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    白光LED的本質

    發布時間:2021-10-12 文章出自:http://www.politicalbadger.com/

                     
      LED本身是單色光源,而自然界的白光(陽光)的光譜是闊頻帶的,所以LED本身不可能做到。白光LED是通過發出三源色的單色光(藍、綠、紅)或以螢光劑把LED發出的單色光轉化,使整體光譜含為含有三源色的光譜,刺激人眼感光細胞,使人有看見白光的感覺。

       現在普及的白光LED都采用單一發光單元發出波長較短的光,如藍或紫外光,再用磷光劑把部份或全部光轉化成一頻譜含有綠、紅光等波長較長的光。這種光波波長轉化作用稱為螢光,原理是短波長的光子(藍、紫、紫外光)被螢光物質(如磷光劑)中的電子吸收后,電子被激發(跳)至較高能量、不穩定的激發狀態,之后電子在返回原位時,一部份能量散失成熱能,一部份以光子形式放出,由于放出的光子能量比之前的小,所以波長較長。由于轉化過程中有部份能量化成熱能,造成能量損耗,因此這類白光LED的效率較低。

      發光單元有采用藍光LED的,也有采用紫外光LED的。日亞化工開發并從1996年開始生產的白光LED采用藍光LED作發光單元,波長450nm至470nm,磷光劑通常是摻雜了鈰的釔-鋁-鎵(Ce3+:YAG)(實際上單晶的摻鈰(Ce)的YAG被視為閃爍器多于磷光體。)。LED發出的部份藍光由螢光劑轉換成黃光為主的較寬光譜(光譜中心約為580nm),由于黃光能刺激人眼中的紅光和綠光受體,加上原有余下的藍光刺激人眼中的藍光受體,看起看起來就像白色光,而其所呈現的色澤常被稱作“月光的白色”。若要調校淡黃色光的顏色,可以把摻雜在Ce3+:YAG中的鈰(Ce)換作其他稀釋金屬,例如鋱或釓,甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的模式做到。而基于其光譜的特性,紅色和綠色的物件在這種LED照射下看起來會不及闊譜光源照射時那么鮮明。另外由于生產工藝的波動,這種LED的成品的色溫并不統一,從暖的黃色到冷的藍色都有,所以在生產過程中會以其出來的特性作出區分。而這種LED發光二極管的結構是把藍光LED封進混入了磷光劑的環氧樹脂中而造成,但也有較復雜的方法,由PhilipsLumileds取得專利的方法便是把磷光劑涂在LED上,值由控制磷光劑的厚度增加效率。

      另一種白光LED的發光原理跟螢光燈是一樣的。發光單元是紫外光LED,外面包著兩種磷光劑混合物,一種是發紅光和藍光的銪,另一種磷光劑是發綠光的銅和鋁摻雜了硫化鋅。內里的紫外光LED發出的紫外光被外層的磷光劑轉換成紅、藍、綠三色光,混合后就成了白光。但由于紫外線會使黏合劑中的環氧樹脂劣化變質,所以生產難度較高,而壽命亦較短。與第一種方法比較,因為斯托克司頻移(StokesShift)前者較大,光波在轉化過程中有較多被化成熱能,因此效率較低,但好處是光譜的特性較佳,產生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高,所以其效率雖比較第一種方法低,但出來的亮度卻相若。
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