淺談LED發(fā)光基礎(chǔ)

發(fā)光二極體是一種將電流順向通到半導(dǎo)體p-n結(jié)處而發(fā)光的器件，通常采用雙異質(zhì)結(jié)和量子阱結(jié)構(gòu)。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(fā)光效率大約每10年提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。最近，藍(lán)色、綠色LED已實(shí)用化，其發(fā)光強(qiáng)度超過AlGaAs類紅色LED。

這種LED采用氮化物半導(dǎo)體（InGaN混晶）作活性（發(fā)光）層的量子阱結(jié)構(gòu)，其發(fā)光強(qiáng)度超過10cd，量子效率超過20%。此外，還開發(fā)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(lán)色LED的量子效率也接近上述值。

坎德拉（cd）是發(fā)光強(qiáng)度的單位，用以表示可見光LED發(fā)光強(qiáng)度的指標(biāo)。發(fā)光強(qiáng)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范圍內(nèi)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(shí)的相對可見度［V（555nm）=1］，Pλ為光譜輻射通量。

白光LED發(fā)光原理：

是一種由InGaN藍(lán)色LED和螢光體組成的新型LED。在藍(lán)色LED芯片上涂敷螢光體，最后用環(huán)氧樹脂將芯片周圍密封。兩種方式（單芯片型和多芯片型）可得到色調(diào)效果好（Ra 85）的白光。一是同時(shí)點(diǎn)亮紅色、綠色、藍(lán)色（R.G.B）或藍(lán)綠色和黃橙色2、3種LED；二是用輻射藍(lán)色或紫外LED作激勵(lì)光源激勵(lì)螢光體的方式。第一種方式不僅在LED的驅(qū)動(dòng)電壓或發(fā)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(shí)用化還有一段距離。第二種方式則用一個(gè)器件即可，驅(qū)動(dòng)電路，易于設(shè)計(jì)。

白光LED有三種激勵(lì)方式：

1.用藍(lán)色LED激勵(lì)發(fā)黃光的螢光體。這種白光構(gòu)就是將藍(lán)光LED與YAG螢光物質(zhì)放在一起，用藍(lán)光激發(fā)螢光物質(zhì)，這樣它發(fā)出的光譜就是白光。在這方面日亞化學(xué)公司擁有世界性的專利。

2.用紫外LED激勵(lì)R.G.B螢光體。激勵(lì)螢光體的白色LED照明光源因螢光體組拿來不同可發(fā)射白光以外的各種顏色的光，因而可廣泛應(yīng)用于照明。用R.G.B三基色LED開發(fā)了白色LED，現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室水準(zhǔn)的發(fā)光效率已超過50lm/W，近幾年內(nèi)可望超過100lm/W，而紅光部份最佳的發(fā)光效率已超過100 lm/W。

3.利用紅、綠、藍(lán)3種發(fā)光二極體調(diào)整其個(gè)別亮度來達(dá)到白光，一般來說，紅、綠、藍(lán)的亮度比應(yīng)為3：6 ：1 ，或者只用紅、綠或藍(lán)、黃兩顆LED調(diào)整其個(gè)別亮度來發(fā)出白光，這樣的白光結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)就是造價(jià)較高，不利于商品化發(fā)展。