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led光源的发光原理

2020年06月21日 11:36 次阅读

  现在随着LED产业供应连发展成熟,入门门槛低,大量小企业涌入,造成了LED产业过剩,并且由于企业产能利用率低,在市场上肯定竞争不过品牌大厂飞利浦(Philips)、欧司朗 (Osram)及GE,这些大厂通过垂直整合或策略联盟布局,积极占领LED主照明市场。无论是毛利率经过层层剥削或强敌环伺,因而小厂难逃巨大的市场压力。

  中国具有丰富的有色金属资源,镓、铟储量丰富,占世界储量的70%-80%,这使我国发展半导体照明产业具有资源上的优势。到2010年,整个中国LED产业产值将超过1500亿元。日本则早在2002年耗费50亿日元推行白光照明,整个计划的财政预算为60亿日元。

  随着LED的渗透急速增长速度,伴随着价格战将在2010年到来,因为LED不同于传统灯具与光源分开的销售模式,在这种压力下,有些企业无法兼顾产品品质与价格竞争力,可能会落入到并购或是被淘汰的命运。

  近年来,在照明领域最引人关注的事 件是半导体照明的兴起。20世纪90年代中期,日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力,突破了制造蓝光发光二极管(LED)的关键技术,并由此开发出以荧光材料覆盖蓝光LED产生白光光源的技术。

  led是LightEmittingDiode(发光二极管)的缩写。发光二极管是一种新型固态冷光源,LED的最显著特点是使用寿命长,光电转换效能高、抗震性能好、使用方便等优点,在照明系统中的应用越来越广泛。在同样照度下,LED灯的电能消耗和寿命比白炽灯和日光灯都有明显的优势。

  各种白色发光方法的开发,以及新一代荧光粉的开发,已经使得LED的发光效率大幅提高,目前产业化产品已从45lm/w提高到100lm/w(到2009年,Cree公司的冷白光光效在350mA时已经超过100lm/W,而暖白光也超过75lm/W),研究水平160lm/w,目标最高水平期望达200lm/w以上。寿命4万小时至8万小时。

  一、LED光源的发光机理

  与白炽灯或者气体放电灯的发光原理迥然不同。LED自发性的发光是由于电子与空穴的复合而产生的。

  LED是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层,以及中间的由双异质结构成的有源层组成。有源层是发光区,利用外电源向PN结注入电子,在正向偏压作用下,N区的电子将向正方向扩散,进入有源层,P区的空穴也将向负方向扩散,进入有源层,电子与空穴复合时,将产生自发辐射光。LED因其使用的材料不同,其二极管内中电子、空穴所占的能阶也有所不同,能阶的高低差影响结合后光子的能量而产生不同波长光,也就是不同颜色的光,如红、橙光、黄、绿、蓝或不可见光等。

  二、白光LED

  白光LED的出现为越来越多的室内室外照明工程提供了白光LED半导体照明。白光LED的光效等都有了长足的进步,白光LED甚至已经开始挑战传统光源的地位。

  目前获得白光LED主要有两个途径:第一个是通过荧光粉转换得到白光;第二个是把不同颜色的LED芯片封装到一起,多芯片混合发出白光。对于上述两种途径,根据参与混合白光的基色光源的数目,又可分为二基色体系和多基色体系。

  荧光粉转换白光LED

  (1)二基色荧光粉转换白光LED

  二基色白光LED是利用蓝光LED芯片和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AlInGaN芯片。蓝光芯片LED配YAG荧光粉方法的优点是:结构简单,成本较低,制作工艺相对简单,不过该方法也存在若干缺点,比如蓝光LED效率不够高,致使白光LED效率较低;荧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。

  (2)三基色荧光粉转换LED

  三基色荧光粉LED能在较高发光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激发一组可被紫外辐射有效激发的三基色荧光粉。

  相对于蓝光LED+YAG荧光粉获取白光的方法,采用紫外LED+三基色荧光粉的方法更易于获得颜色一致的白光,这是因为LED的光色仅仅由荧光粉的配比决定。另外,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,比如荧光粉在转换紫外辐射时效率较低;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。而且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系,这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大。

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