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蓝光与白光发光二极管
作者:系统管理员    发布于:2012-12-14 15:36:20    文字:【】【】【
摘要:用氮化镓(GaN)形成的蓝光LED自LED面世后,相隔多年仍未能制造出能产生蓝光的LED,由于蓝色是三原色之一,以当时其他LED所能产生的光波长较蓝光长,因此未能以其他已有的LED间接制造出蓝光来,缺少了蓝光LED也导致不能制造出同白光LED。
用氮化镓(GaN)形成的蓝光LED自LED面世后,相隔多年仍未能制造出能产生蓝光的LED,由于蓝色是三原色之一,以当时其他LED所能产生的光波长较蓝光长,因此未能以其他已有的LED间接制造出蓝光来,缺少了蓝光LED也导致不能制造出同白光LED。

蓝光LED
      1993年,当时在日本日亚化工(Nichia Corporation)工作的中村修二(Shuji Nakamura)发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)和铟氮化镓(InGaN)的具有商业应用价值的蓝光LED,这类LED在1990年代后期得到广泛应用。

白光LED
      红绿蓝系统(RGB system)
      有了蓝光LED之后,结合原有的红光LED和绿光LED便可产生白光,这样产生的白光LED有很广的色域,但由于成本相当高,大部份白光LED很少采用这方法,现在只有只有在高档次、有高要求的产品中使用。

磷光剂白光LED
      现在大部份的白光LED都采用单一发光单元发出较短波长的光,再用磷光剂把部份或全部光转化成一或多种其他颜色的光(波长较长的光),当所有光混合起来后,看起来便像白光。
      这种光波波长转化作用称为萤光,原理是短波长的光子(如蓝光或紫外光)被萤光物质(如磷光剂)中的电子吸收后,电子被激发(跳)至较高能量、不稳定的激发状态,之后电子在返回原位时,一部份能量散失成热能,一部份以光子形式放出,由于放出的光子能量比之前的小,所以波长较长。
       由于转化过程中有部份能量化成热能,造成能量损耗,因此这类白光LED的效率型都较低。

      发光单元有采用蓝光LED的,也有采用紫外光LED的。日亚化工开发并从1996年开始生产的白光LED采用蓝光LED作发光单元,波长 450 nm 至 470 nm,磷光剂通常是掺杂了铈的钇-铝-镓(Ce3+:YAG)(实际上单晶的掺铈(Ce)的YAG被视为闪烁器多于磷光体。)。LED发出的部份蓝光由萤光剂转换成黄光为主的较宽光谱(光谱中心约为580nm),由于黄光能刺激人眼中的红光和绿光受体,加上原有余下的蓝光刺激人眼中的蓝光受体,看起看起来就像白色光,而其所呈现的色泽常被称作“月光的白色”。

      若要调校淡黄色光的颜色,可以把掺杂在Ce3+:YAG 中的铈(Ce)换作其他稀释金属,例如铽或钆,甚至可以以取代YAG中的部份或全部铝的模式做到。

而基于其光谱的特性,红色和绿色的物件在这种LED照射下看起来会不及阔谱光源照射时那么鲜明。

      另外由于生产工艺的波动,这种LED的成品的色温并不统一,从暖黄色的到冷的蓝色都有,所以在生产过程中会以其出来的特性作出区分。

      而这种LED的结构是把蓝光LED封进混入了磷光剂的环氧树脂中而造成,但也有较复杂的方法,由Philips Lumileds取得专利的方法便是把磷光剂涂在LED上,值由控制磷光剂的厚度增加效率。

      另一种白光LED的发光原理跟萤光灯是一样的。发光单元是紫外光LED,外面包着两种磷光剂混合物,一种是发红光和蓝光的铕,另一种磷光剂是发绿光的铜和铝掺杂了硫化锌(ZnS)。
      内里的紫外光LED发出的紫外光被外层的磷光剂转换成红、蓝、绿三色光,混合后就成了白光。
      但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂劣化变质,所以生产难度较高,而寿命亦较短。与第一种方法比较,因为Stokes Shift前者较大,光波在转化过程中有较多被化成热能,因此效率较低,但好处是光谱的特性较佳,产生的光比较好看。而由于紫外光的LED功率较高,所以其效率虽比较第一种方法低,但出来的亮度却相若。
      最新一种制造白光LED的方法没再用上磷光体。新的做法是在硒化锌(ZnSe)基板上生长硒化锌的磊晶层。通电时其活跃地带会发出蓝光而基板会发黄光,混合起来便是白色光。

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