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LED灯的发光原理及光源种类

文章出处:深圳市锦创宏光电科技有限公司 人气:-发表时间:2017-04-11

                                       LED灯的发光原理及光源种类

   发光原理:

          要了解LED二极管的发光原理,首先要了解半导体的基本知识。半导体材料的导电性质介于导体和绝缘体材料之间,它的独特之处在于:当半导体受到外界光和热条件的刺激时,它的导电能力会发生显著的变化;在纯净的半导体中加入微量的杂质,其导电能力也会显著的增加。在近代电子学中用得最多的半导体就是硅(Si)和锗(Ge),它们的最外层电子都是4个,在硅或者锗原子组成晶体时相邻的原子相互影响,使外侧电子变?#38378;?#20010;原子共有的,这就形成?#21496;?#20307;中的共价键结构,这是一种约束能力很小的分子结构。在室温(300K)情况下,由于受到热激发就会使一些最外层电子获得足够的能量而脱离共价键束缚变成?#26434;?#30005;子,这个过程叫做本征激发。在电子摆脱束缚成为?#26434;?#30005;子后,共价键中会留下一个空位,这个空位称为空穴,空穴的出?#36136;前?#23548;体区别于导体的一个重要特征。LED灯 2.jpg

在本征半导体中加入少量的五价元素杂质如磷等,它在与其他半导体原子结成共价键以后会有一个多余的电子,这个多余的电子只需要非常小的能量就能摆脱束缚成为?#26434;?#30005;子,这类杂质半导体被称为电子半导体(N型半导体)。而在本征半导体中加入少量的三价元素杂质(如硼等),因为它外层只有三个电子,在与周围的半导体原子组成共价键以后会在晶体中产生一个空位,这类杂质半导体被称为空穴半导体(P型半导体)。在N型和P型半导体结合后,在它们的交界处就会出现?#26434;?#30005;子和空穴的浓度差别,于是电子和空穴?#23478;?#21521;浓度低的地方扩散,留下了一些带电却不能移动的离子,从而破坏了N区和P区原来的电?#34892;浴?#36825;些不能移动的带电粒子通常被称为空间电荷,它们集中在N区和P区交界面附近形?#38378;?#19968;个很薄的空间电荷区,这就是我们所说的PN结。

PN结的两端加上正向偏置电压(P型的一边加正电压)后,空穴和?#26434;?#30005;子就会相互移动,形成一个内电场。随后新注入的空穴和?#26434;?#30005;子再重新复合,复合的同时有时会以光子的形式释放多余能量,这就是我们所见到的LED发出的光。这样的光谱范围是比较窄的,由于每种材料的禁带宽度不相同,所以释放出的光子波长也不同,所以LED发光的颜色由所使用的基本材料决定.。

光源的种类:

1.多芯片白光LED光源,将红、绿、?#24230;?#33394;LED芯片封装在一起,将它们发出的光混合在一起,也可?#32536;?#21040;白光。这种类型的白光LED光源,称为多芯片白光LED光源。与荧光粉转换白光LED相比,这种类型LED的好处是避免了荧光粉在光转换过程中的能量损耗,可?#32536;?#21040;较高的光效?#27426;?#19988;可以分开控制不同光色LED的光强,达到全彩变色效果,并可通过LED的波长和强度的选择得到较好的显色性。此方法弊端在于,不同光色的LED芯片的半导体材质相差很大,量?#26377;?#29575;不同,光色随驱动电流和温度变化不一致,随时间的衰减速度也不同。为了保持颜色的稳定性,需要对3种颜色的LED?#30452;?#21152;反馈电?#26041;?#34892;补偿和调节,这就使得电路过于复杂。另外,散热?#24425;?#22256;扰多芯片白光LED光源的主要问题。

2.三基色荧光粉转换,在较高效率前提下有效提升LED的显色性。得到三基色白光LED的最常用办法是,利用紫外光LED激发一组可被辐射有效的三基色荧光粉。这种类型的白光LED具有高显色性,光色和色温可调,使用高转换效率的荧光粉可以提高LED的光效。不过,紫外LED+三基色荧光粉的方法还存在一定的缺陷,?#28909;?#33639;光粉在转换紫外辐射时效?#24335;系?/span>;粉体混合较为困难;封装材料在紫外光照射下容易老化,寿命较短等。

3.二基色荧光粉转换,二基色白光LED是利用蓝光LED片和YAG荧光粉制成的。一般使用的蓝光芯片是InGaN芯片,另外也可以使用A1InGaN芯片。蓝光芯片LEDYAG荧光粉方法的优点是:结构简单,成本?#31995;停?#21046;作工艺相?#32422;?#21333;,而且YAG荧光粉在荧光灯中应用了许多年,工艺比较成熟。其缺点是,蓝光LED效率不够高,到使LED效?#24335;系停?#33639;光粉自身存在能量损耗;荧光粉与封装材料随着时间老化,导致色温漂移和寿命缩短等。










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