简述LED发光原理

LED发光原理:

发光二极体是一种将电流顺向通到半导体p-n结处而发光的器件,通常采用双异质结和量子阱结构。1962年GE(General Electric)公司用GaAsP首次将红色LED商品化。最初的红色LED的光通量为0.1lm/W,约是普通灯光的1/150,其发光效率大约每10年提高一个数量级。最近,蓝色、绿色LED已实用化,其发光强度超过AlGaAs类红色LED。

这种LED采用氮化物半导体(InGaN混晶)作活性(发光)层的量子阱结构,其发光强度超过10cd,量子效率超过20%。此外,还开发了外部量子效率超过50%的AIInGaP红色LED(630nm)和琥珀--LED(595nm)。InGaN绿色、蓝色LED的量子效率也接近上述值。

坎德拉(cd)是发光强度的单位,用以表示可见光LED发光强度的指标。发光强度I可用光通量Φ和立体角Ω表示。I=dΦ/dΩ[cd]Φ=Km∫V(λ)Pλdλ[lm]其中,Km为在波长555nm范围内的最大可见度(683nm),绿色对人眼是最亮的。V(λ)是在波长为λ时的相对可见度[V(555nm)=1],Pλ为光谱辐射通量。

白光LED发光原理:

是一种由InGaN蓝色LED和萤光体组成的新型LED。在蓝色LED芯片上涂敷萤光体,最后用环氧树脂将芯片周围密封。两种方式(单芯片型和多芯片型)可得到色调效果好(Ra 85)的白光。一是同时点亮红色、绿色、蓝色(R.G.B)或蓝绿色和黄橙色2、3种LED;二是用辐射蓝色或紫外LED作激励光源激励萤光体的方式。第一种方式不仅在LED的驱动电压或发光输出上有缺陷,而且在温度特徴或器件寿命上也存在问题,因此距实用化还有一段距离。第二种方式则用一个器件即可,驱动电路,易于设计。

白光LED有三种激励方式:

1.用蓝色LED激励发黄光的萤光体。这种白光构就是将蓝光LED与YAG萤光物质放在一起,用蓝光激发萤光物质,这样它发出的光谱就是白光。在这方面日亚化学公司拥有世界性的专利。

2.用紫外LED激励R.G.B萤光体。激励萤光体的白色LED照明光源因萤光体组拿来不同可发射白光以外的各种顏色的光,因而可广泛应用于照明。用R.G.B三基色LED开发了白色LED,现实验室水准的发光效率已超过50lm/W,近几年内可望超过100lm/W,而红光部份最佳的发光效率已超过100 lm/W。

3.利用红、绿、蓝3种发光二极体调整其个别亮度来达到白光,一般来说,红、绿、蓝的亮度比应为3:6 :1? ,或者只用红、绿或蓝、黄两颗LED调整其个别亮度来发出白光,这样的白光结构最大的缺点就是造价较高,不利于商品化发展。
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