白光二极管的原理及发光性能PPT课件

1、白光二极管的原理白光二极管的原理和和发光发光性能性能12021/7/23u发光二极管u白光LED的原理u白光LED的性能及其应用22021/7/23发光二极管发光二极管32021/7/23环保环保 LEDLED优点优点高亮度、低热量高亮度、低热量 使用寿命长使用寿命长 耗电量低耗电量低 体积小体积小 坚固耐用坚固耐用 42021/7/23半导体发光二极管的结构示意图半导体发光二极管的结构示意图PNP-N结结光输出光输出 发光二极管发光二极管（light emitting diode，LED），是利用正向偏置），是利用正向偏置PN结中结中电子与空穴的复合辐射发光的，是电子与空穴的复合辐射发光的，

2、是自发辐射发光自发辐射发光。光的颜色视做成光的颜色视做成PN结的材料和发结的材料和发光的波长而定，而波长与材料浓光的波长而定，而波长与材料浓度有关。如采用磷砷化镓可以发度有关。如采用磷砷化镓可以发出红光或黄光；采用磷化镓出红光或黄光；采用磷化镓 则发则发出绿光出绿光发光二极管的工作原理发光二极管的工作原理52021/7/23材料材料禁带宽度禁带宽度(eV)发光波长发光波长发光颜色发光颜色GaAs1.35940 接近接近红外线红外线GaP2.26700 红红565 绿绿555 纯绿纯绿GaAs1-xPx/GaAs590660 红红GaAs1-xPx/ GaP630 红红610橙橙590黃黃Ga1

3、-xAlxAs1.422.26660 红红GaN3.39400蓝蓝、紫、紫LED材料比较材料比较6白光白光LED72021/7/231998年年GaN系蓝光系蓝光LED被开发出来，白光被开发出来，白光LED才成为实际可行的产才成为实际可行的产品。品。所谓白光是多种颜色混合而成的光，如二波长光所谓白光是多种颜色混合而成的光，如二波长光(蓝色光蓝色光+黄色光黄色光)或三波长光或三波长光(蓝色光蓝色光+绿色光绿色光+红色光红色光)白光白光LED开发基础在于蓝光技术开发基础在于蓝光技术白光白光LED概况概况82021/7/23芯片数芯片数 激发源激发源 发光材料发光材料 发光原理发光原理 1 1 蓝色

4、蓝色 LED LED InGaN/YAG InGaN/YAG InGaNInGaN的蓝光与的蓝光与YAGYAG的黄光混合的黄光混合成白光成白光 蓝色蓝色 LED LED InGaN/InGaN/荧光粉荧光粉 InGaNInGaN的蓝光激发的红绿蓝三基的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光色荧光粉发白光 蓝色蓝色 LED LED ZnSe ZnSe 由薄膜层发出的蓝光和在基板由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光上激发出的黄光混色成白光 紫外紫外 LED LED InGaN/InGaN/荧光粉荧光粉 InGaNInGaN的紫外激发的红绿蓝三基的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光色荧光粉

5、发白光 2 2 蓝色蓝色 LED LED InGaNInGaN、GaP GaP 将具有补色关系的两种芯片封将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色装在一起，构成白色LED LED 黄绿黄绿 LED LED 3 3 蓝色蓝色 LED LED InGaN InGaN AlInGaP AlInGaP 将发三原色的三种小片封装在将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色一起，构成白色LED LED 绿色绿色 LED LED 红色红色 LED LED 多个多个 多种光色的多种光色的 LED LED InGaNInGaN、GaP GaP 将遍布可见光区的多种光芯片将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构

6、成白色封装在一起，构成白色LED LED AlInGaP AlInGaP 白白光光LED的种类和原理的种类和原理 92021/7/23 第一为利用荧光粉将蓝光LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长(Dichromatic) 或三波长(Trichromatic)白光，此项元件技术称之为荧光粉转换白光LED(Phosphor Converted-LED)；第二类则为多芯片型白光LED，经由组合两种(或以上)不同色光的LED组合以形成白光，目前市场上白光LED商品以蓝光LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍， 102021/7/23图图(a)所示发光均匀性不佳，所以改变方式如图所示发

7、光均匀性不佳，所以改变方式如图(b)所示，将荧光粉均匀地涂在所示，将荧光粉均匀地涂在LED表面上表面上112021/7/23色温：色温：correlated colour temperature。 指指当一标准黑体被加热时，随着温度的升高，其颜色由深红至浅红至橙黄至白当一标准黑体被加热时，随着温度的升高，其颜色由深红至浅红至橙黄至白至蓝白至蓝色的变化，利用黑体的这一特征，当待测光源与黑体在某一温度下的光至蓝白至蓝色的变化，利用黑体的这一特征，当待测光源与黑体在某一温度下的光色相同时，该黑体的温度即为待测光源的色温色相同时，该黑体的温度即为待测光源的色温。色色温高光色偏冷，色温低光色偏暖。温高光

8、色偏冷，色温低光色偏暖。现在，对于现在，对于InGaN/YAG白色白色LED，通过改变，通过改变 YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温可以获得色温3500-10000K 的各色白光。的各色白光。白白光光LED的的发光性能发光性能 122021/7/23各种白色光源特性比较各种白色光源特性比较全光束全光束（lmlm）发光效率发光效率（lm/Wlm/W）显色性显色性（CRICRI）成本成本（元（元）寿命寿命（HoursHours）白炽灯泡白炽灯泡(100W)(100W)1,7501,75017171001002 2750750荧光灯荧光灯(

9、40W)(40W)3,2003,20080807373151520,00020,000节能灯节能灯( (1 10 0 W)W)6 6000060606969505010,00010,000卤素灯泡卤素灯泡(100W)(100W)2,5002,500232310010080802,0002,000白光白光1,2001,200808085853 30 010,000 10,000 100,000100,00013人眼最不能接受的是蓝人眼最不能接受的是蓝光和光和UV光，蓝光杀伤人眼光，蓝光杀伤人眼活性细胞的能力是绿光的活性细胞的能力是绿光的10倍，而倍，而UV光杀伤人眼活光杀伤人眼活性细胞的能力又是

10、蓝光的性细胞的能力又是蓝光的10倍，长期接触大量低波倍，长期接触大量低波长的蓝光能大量杀伤人眼长的蓝光能大量杀伤人眼活性细胞。即使到时多吃活性细胞。即使到时多吃有利眼睛的食品也会无作有利眼睛的食品也会无作用。用。白光白光LED光谱对人眼的影响光谱对人眼的影响14LED白光形成主要是靠蓝光的白光形成主要是靠蓝光的450-455nm波波长激发荧长激发荧光粉，其中波长光粉，其中波长越越小激发能小激发能力越力越强。强。LED中蓝光产生的机制主要是蓝光芯片发中蓝光产生的机制主要是蓝光芯片发出主出主要集中在要集中在450-455nm的蓝的蓝光，光，而荧光灯的蓝光波长是很广的，从而荧光灯的蓝光波长是很广的，

11、从435-500nm；LED中采用黄色荧光粉（或红色、绿色荧光粉），在制造中可能出现因荧中采用黄色荧光粉（或红色、绿色荧光粉），在制造中可能出现因荧光粉衰减（或荧光粉量少，反射不够）光粉衰减（或荧光粉量少，反射不够）而使蓝而使蓝光与初光与初始状态不始状态不一一样导致大样导致大量涌出，对人眼伤害大大增加量涌出，对人眼伤害大大增加；LED的蓝光部分是靠芯片保证的，而其它光色是靠荧光粉保证的，其中芯的蓝光部分是靠芯片保证的，而其它光色是靠荧光粉保证的，其中芯片的保证能力强，而荧光粉的保证能力弱，形成白光片的保证能力强，而荧光粉的保证能力弱，形成白光LED点灯越久蓝光的比点灯越久蓝光的比例越来越高。例越来越高。15u固体冷光源，效率高，绿色环保固体冷光源，效率高，绿色环保u寿命长，可以达到寿命长，可以达到10万小时（连续万小时（连续10年）年）u低电压工作低电压工作u是照明领域的又一次革命是照明领域的又一次革命162021/7/23白光白光LED的应用的应用局部范围低照度照明方面局部范围低照度照明方面LED有其不可取代的优势，例如手电筒、有其不