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LED燈的發光原理及光源種類

文章出處:深圳市錦創宏光電科技有限公司 人氣:-發表時間:2017-04-11

                                       LED燈的發光原理及光源種類

   發光原理:

          要了解LED二極管的發光原理,首先要了解半導體的基本知識。半導體材料的導電性質介于導體和絕緣體材料之間,它的獨特之處在于:當半導體受到外界光和熱條件的刺激時,它的導電能力會發生顯著的變化;在純凈的半導體中加入微量的雜質,其導電能力也會顯著的增加。在近代電子學中用得最多的半導體就是硅(Si)和鍺(Ge),它們的最外層電子都是4個,在硅或者鍺原子組成晶體時相鄰的原子相互影響,使外側電子變成兩個原子共有的,這就形成了晶體中的共價鍵結構,這是一種約束能力很小的分子結構。在室溫(300K)情況下,由于受到熱激發就會使一些最外層電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵束縛變成自由電子,這個過程叫做本征激發。在電子擺脫束縛成為自由電子后,共價鍵中會留下一個空位,這個空位稱為空穴,空穴的出現是半導體區別于導體的一個重要特征。LED燈 2.jpg

在本征半導體中加入少量的五價元素雜質如磷等,它在與其他半導體原子結成共價鍵以后會有一個多余的電子,這個多余的電子只需要非常小的能量就能擺脫束縛成為自由電子,這類雜質半導體被稱為電子半導體(N型半導體)。而在本征半導體中加入少量的三價元素雜質(如硼等),因為它外層只有三個電子,在與周圍的半導體原子組成共價鍵以后會在晶體中產生一個空位,這類雜質半導體被稱為空穴半導體(P型半導體)。在N型和P型半導體結合后,在它們的交界處就會出現自由電子和空穴的濃度差別,于是電子和空穴都要向濃度低的地方擴散,留下了一些帶電卻不能移動的離子,從而破壞了N區和P區原來的電中性。這些不能移動的帶電粒子通常被稱為空間電荷,它們集中在N區和P區交界面附近形成了一個很薄的空間電荷區,這就是我們所說的PN結。

PN結的兩端加上正向偏置電壓(P型的一邊加正電壓)后,空穴和自由電子就會相互移動,形成一個內電場。隨后新注入的空穴和自由電子再重新復合,復合的同時有時會以光子的形式釋放多余能量,這就是我們所見到的LED發出的光。這樣的光譜范圍是比較窄的,由于每種材料的禁帶寬度不相同,所以釋放出的光子波長也不同,所以LED發光的顏色由所使用的基本材料決定.。

光源的種類:

1.多芯片白光LED光源,將紅、綠、藍三色LED芯片封裝在一起,將它們發出的光混合在一起,也可以得到白光。這種類型的白光LED光源,稱為多芯片白光LED光源。與熒光粉轉換白光LED相比,這種類型LED的好處是避免了熒光粉在光轉換過程中的能量損耗,可以得到較高的光效;而且可以分開控制不同光色LED的光強,達到全彩變色效果,并可通過LED的波長和強度的選擇得到較好的顯色性。此方法弊端在于,不同光色的LED芯片的半導體材質相差很大,量子效率不同,光色隨驅動電流和溫度變化不一致,隨時間的衰減速度也不同。為了保持顏色的穩定性,需要對3種顏色的LED分別加反饋電路進行補償和調節,這就使得電路過于復雜。另外,散熱也是困擾多芯片白光LED光源的主要問題。

2.三基色熒光粉轉換,在較高效率前提下有效提升LED的顯色性。得到三基色白光LED的最常用辦法是,利用紫外光LED激發一組可被輻射有效的三基色熒光粉。這種類型的白光LED具有高顯色性,光色和色溫可調,使用高轉換效率的熒光粉可以提高LED的光效。不過,紫外LED+三基色熒光粉的方法還存在一定的缺陷,比如熒光粉在轉換紫外輻射時效率較低;粉體混合較為困難;封裝材料在紫外光照射下容易老化,壽命較短等。

3.二基色熒光粉轉換,二基色白光LED是利用藍光LED片和YAG熒光粉制成的。一般使用的藍光芯片是InGaN芯片,另外也可以使用A1InGaN芯片。藍光芯片LEDYAG熒光粉方法的優點是:結構簡單,成本較低,制作工藝相對簡單,而且YAG熒光粉在熒光燈中應用了許多年,工藝比較成熟。其缺點是,藍光LED效率不夠高,到使LED效率較低;熒光粉自身存在能量損耗;熒光粉與封裝材料隨著時間老化,導致色溫漂移和壽命縮短等。










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