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白光LED發光二極管的幾種光的損失

文章出處:http://www.club4it.com網責任編輯:LED燈珠作者:拓展LED人氣:-發表時間:2019-07-29 17:49:00

 

 
 白光LED發光二極管在生活中有廣泛的應用,但是白光LED燈珠的光衰減也是最嚴重的LED發光二極管之一,拓展光電將為大家介紹一下白光LED發光二極管的幾種光的損失。
 
原因一、白光的產生和顯色指數的提高
 
 藍光芯片與熒光粉是商品化白光LED發光二極管的主要產生方式,圖1是藍光芯片與YAG:Ce3+熒光粉組合制作的白光LED的光譜,從白光的光譜圖上可以看出,熒光粉光致發光的發射譜在整個可見光波段都有分布,峰值位于人眼視覺曲線的峰值附近。因此這種方法制作的白光LED發光效率(流明效率)較高,顯色指數可以達到70以上,與傳統的日光燈接近,能夠滿足普通的照明需要。
 
 為了提高藍光芯片+YAG熒光粉方法產生的白光LED的顯色指數,可以通過引入發射峰值在490nm的硅基氮氧化物青色LED熒光粉、紫光LED芯片和發射峰值在630nm以上的硅基氮氧化物紅色LED熒光粉來彌補。
 
一般情況下,適當添加紅色熒光粉可以將顯色指數提高到80以上,再引入青色熒光粉可以得到高于90的顯色指數,在此基礎上,增加紫光芯片可以得到全光譜的白光LED,顯色指數可以接近日光的100。
 
 
原因二、光致發光的能量損失
 
 藍光LED芯片+熒光粉方法產生白光的一個關鍵物理過程是光致發光,即熒光粉將藍光其他波長的光。這個過程不可避免存在著能量的損失。這個損失包括三個部分:
 
一是熒光粉有低能級向高能級激發過程量子效率的損失,躍遷到高能級的粒子數少于吸收的藍光光子數;
 
二是熒光粉由高能級向低能級躍遷時,存在著非輻射躍遷,引起的輻射發光量子效率的損失,發射的可見光子數目少于向低能級躍遷的光子數目;
 
三是單個藍光的光子能量高于熒光粉轉換后發射的長波長光子能量,在光子數相同的情況下,對應的輻射通量較小。
 
第一、二兩種能量損失,損失的是光子數目,改進熒光粉的配方和制備工藝,提高熒光粉激發和發射兩個過程的量子效率,可以減少這兩部分的能量損失。
 
第三種能量損失是不同波長光子本身能量不同,這一點是光子的物理本質所決定的,改變工藝無法減少這一部分的能量損失。在現在的白光LED中,上述三部分的損失大約占到藍光能量的20%-30%。
 
原因三、提高顯指的發光效率損失
 
 使用藍光LED芯片+YAG熒光粉制作的白光LED具有較高的發光效率,一方面是得益于YAG熒光粉商業化的時間早,工藝和技術成熟度高,熒光粉激發和發射的量子效率都比較高,另一方面YAG熒光粉的發射波長峰值位于人眼視覺函數的峰值附近,流明效率高。青色和紅色熒光粉發射峰值遠離視覺函數的峰值,流明效率低。摻入青色和紅色熒光粉后,在顯色指數提高的同時,必須接受發光效率的下降。
 
一般情況下,顯色指數由70提高到80,發光效率會下降10-15%,顯色指數由80提高到90,發光效率會再下降10%左右。
 
原因四、界面處菲涅爾損耗
 
 光子從LED芯片有源層(PN結)發射到空氣中,需要透過芯片與封裝膠、封裝膠與空氣兩個界面,因為這兩個界面的兩側材料折射率存在差異,光透過這界面時,一部分光會反射回來,反射回來的的光中很大一部分會被吸收損耗掉。這一種界面反射光造成的損失稱為菲涅爾損耗。菲涅爾損耗的大小與界面兩側光學介質的射射率大小和折射率差有關,定量的分析非常復雜,一般情況下,折射率差越大,菲涅爾反射就越嚴重。
 
原因五、全反射損耗
 
當光由光密介質射向光疏媒質時,光的入射角大于某一個臨界值qc時,將在界面發生全反射,這個臨界值稱為全反射角。
 
 LED芯片制造的材料是高折射率的半導體材料,折射率大于封裝膠和空氣的折射率,這樣在LED芯片和封裝膠的界面、封裝膠和空氣的界面都只有小于一定入射角的光線能夠穿過,這一部分光線形成了一個以全反射角為半角寬度的錐形,通常被形象地稱為光線的“逸出錐”。
 
 藍光芯片的主要材料是GaN和藍寶石,典型折射率分別是2.45和1.78;封裝膠主要是環氧樹脂和硅膠,典型折射率分別是1.42和1.51;空氣的折射率近似為1。
 
 由GaN入射至硅膠時,全反射臨界角為38.050;由GaN入射至空氣時,全反射臨界角為24.090;由藍寶石入射至硅膠時(對應于倒裝封裝),全反射臨界角為58.030;由GaN入射至空氣時,全反射臨界角為34.180??梢钥闯鰪脑龃笕瓷渑R界角的角度看,倒裝技術也是有利于芯片光提取效率的提高。(拓展LED http://www.club4it.com)
此文關鍵字:白光LED,白光LED發光二極管,白光燈珠
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