簡述LED發光原理

LED發光原理:

發光二極體是一種將電流順向通到半導體p-n結處而發光的器件,通常採用雙異質結和量子阱結構。1962年GE(General Electric)公司用GaAsP首次將紅色LED商品化。最初的紅色LED的光通量為0.1lm/W,約是普通燈光的1/150,其發光效率大約每10年提高一個數量級。最近,藍色、綠色LED已實用化,其發光強度超過AlGaAs類紅色LED。

這種LED採用氮化物半導體(InGaN混晶)作活性(發光)層的量子阱結構,其發光強度超過10cd,量子效率超過20%。此外,還開發了外部量子效率超過50%的AIInGaP紅色LED(630nm)和琥珀--LED(595nm)。InGaN綠色、藍色LED的量子效率也接近上述值。

坎德拉(cd)是發光強度的單位,用以表示可見光LED發光強度的指標。發光強度I可用光通量Φ和立體角Ω表示。I=dΦ/dΩ[cd]Φ=Km∫V(λ)Pλdλ[lm]其中,Km為在波長555nm範圍內的最大可見度(683nm),綠色對人眼是最亮的。V(λ)是在波長為λ時的相對可見度[V(555nm)=1],Pλ為光譜輻射通量。

白光LED發光原理:

是一種由InGaN藍色LED和螢光體組成的新型LED。在藍色LED晶片上塗敷螢光體,最後用環氧樹脂將晶片周圍密封。兩種方式(單晶片型和多晶片型)可得到色調效果好(Ra 85)的白光。一是同時點亮紅色、綠色、藍色(R.G.B)或藍綠色和黃橙色2、3種LED;二是用輻射藍色或紫外LED作激勵光源激勵螢光體的方式。第一種方式不僅在LED的驅動電壓或發光輸出上有缺陷,而且在溫度特徴或器件壽命上也存在問題,因此距實用化還有一段距離。第二種方式則用一個器件即可,驅動電路,易於設計。

白光LED有三種激勵方式:

1.用藍色LED激勵發黃光的螢光體。這種白光構就是將藍光LED與YAG螢光物質放在一起,用藍光激發螢光物質,這樣它發出的光譜就是白光。在這方面日亞化學公司擁有世界性的專利。

2.用紫外LED激勵R.G.B螢光體。激勵螢光體的白色LED照明光源因螢光體組拿來不同可發射白光以外的各種顏色的光,因而可廣泛應用於照明。用R.G.B三基色LED開發了白色LED,現實驗室水準的發光效率已超過50lm/W,近幾年內可望超過100lm/W,而紅光部份最佳的發光效率已超過100 lm/W。

3.利用紅、綠、藍3種發光二極體調整其個別亮度來達到白光,一般來說,紅、綠、藍的亮度比應為3:6 :1  ,或者只用紅、綠或藍、黃兩顆LED調整其個別亮度來發出白光,這樣的白光結構最大的缺點就是造價較高,不利於商品化發展。

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