led灯的发光原理及荧光粉改善技术

led灯的发光原理及荧光粉改善技术

led的发光原理。led是由ⅲ一v族化合物，如gaas（砷化镓）、gaasp（磷化镓砷）、a1gaas（砷化铝镓）等半导体制成，其核心是p-n结，因此它具有一般p-n结的伏一安特性，即正向导通、反向截止、击穿特性。当p型半导体和n型半导体结合时，由于交界面处存在的载流子浓度差。于是电子和空穴都会从高浓度区域向低浓度区域扩散。这样，p区一侧失去空穴剩下不能移动的负离子，n区一侧失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子就是空间电荷。空间电荷集中在p区和n区交界面附近，形成了一很薄的空间电荷区，就是p-n结。当给p-n结1个正向电压时。便改变了p-n结的动态平衡。注入的少数载流子（少子）与多数载流子（多子）复合时，便将多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。如果给pn结加反向电压，少数载流子（少子）难以注入，故不发光。

白光led的主要实现方法。目前，氮化镓基led获得白光主要有：蓝光led+黄色荧光粉、三色led合成白光、紫光led+三色荧光粉3种办法。最为常见形成白光的技术途径是蓝光led芯片和可被蓝光有效激发的荧光粉结合组成白光led.led辐射出峰值为470nm左右的蓝光，而部分蓝光激发荧光粉发出峰值为570nm左右的黄绿

光。与另一部分的蓝光与激发荧光粉产生的黄绿光混合产生ylo:ce白光。目前采用的荧光粉多为稀土激活的铝酸盐ylo:ce（yag），当有蓝光激发它时发出黄绿色光，所以称作黄绿色荧光粉。该方法发光，发光效率高，制备简单，工艺成熟。但色彩随角度而变。光一致性差，而且荧光粉与led的寿命也不一致，随着时问的推移，显色指数和色温都会变化，影响了发光光源的发光质量。

采用红、绿、蓝三原色led芯片或三原色led管混合实现白光。前者为三芯片型，后者为3个发光管组装型。红、绿、蓝led封装在1个管内，光效可达20lm/w,发光效率较高，显色性较好。不过，这种合成白光方法的不足之处就是led的驱动电路较为复杂。三芯片型三原色混合成本较高，而且由于红绿蓝3种led的光衰特性不一致，随着使用时间的增加，三色的混合比例会变化。显色指数也会相应变化紫外光或紫光led激发三原色荧光粉，产生白光。采用这种方法更容易获得颜色一致的白光，因为颜色仅仅由荧光粉的配比决定，此外，还可以获得很高的显色指数。但其最大的难点在于如何获得高转换效率的三色荧光粉，特别是高效红色荧光粉。而且防止紫外线泄露也是很重要的。

添加红色荧光粉对大功率白光led光效和显色指数的影响 白光led是最具吸引力的21世纪绿色照明光源，日亚发明的制

作白光led的方法即是使用蓝光led激发黄色荧光粉，这种制备方法非常普及，已被用于工业化量产。其发光效率高低主要取决于材料（晶片、荧光粉、胶水）的优劣和生产制程的过程控制。

有研究机构对传统制备工艺进行了改良，并做了大量的大功率白光led实验，用蓝光led激发黄色荧光粉、红色荧光粉、及添加适当比例红色荧光粉的黄色荧光粉混合物，分别产生白光，从而探讨黄色荧光粉和红色荧光粉的放射光谱，以及相应led的特性。最终证明激发添加适当比例红色荧光粉的黄色荧光粉混合物的白光led,其发光效率比激发黄色荧光粉的白光led要低，但是显色指数（cri）要高。

可用于tv背光与普通照明的新型红绿荧光粉技术

黄色、绿色硅酸盐荧光粉在455nm以下激发效率较高；橙色硅酸盐和红色氮化物荧光粉在整个蓝光波段有较高的激发效率；yag荧光粉在以460nm为中心波长的光谱范围内激发效率较高。 电视背光对led光源的要求主要包括以下几个方面：中等功率，冷白光，高显色性，良好的热稳定性，长期工作可靠性。针对上述要求电视背光可采用的荧光粉包括：

1、绿色荧光粉，包括硅酸盐荧光粉、β-sialon、铝酸盐绿色荧光粉、yag等，性能各有优劣。其中硅酸盐绿色荧光粉激发效率

高，但热稳定性能差且易吸潮；β-sialon热稳定性能优良，但激发效率不高且价格昂贵；铝酸盐绿色荧光粉激发效率高、热稳定性能优良、长期工作可靠性好。

2、红色荧光粉主要采用氮化物红色荧光粉，热稳定性能优良，激发效率得到进一步提升，但价格相对较高。

普通照明对led光源的要求主要包括以下几个方面：高功率，暖白光，高显色性，良好的热稳定性，长期工作可靠性。针对上述要求普通照明可采用的荧光粉包括：

1、yag荧光粉是最佳的黄色荧光粉，热稳定性能好，寿命长，但缺少绿光段导致显色指数较低。

2、硅酸盐荧光粉可以提供混合绿色、黄色、橙色荧光粉以提高显色指数，但硅酸盐荧光粉的缺点在于热稳定性能差且易吸潮。

3、铝酸盐绿色荧光粉热稳定性能好，寿命长，黄绿波段转换效率高，可以实现高显色指数。

4、氮化物红色荧光粉与黄色、绿色荧光粉混合可以实现高显色性暖白光，热稳定性能好，寿命长。

铝酸盐绿色荧光粉峰值波长515nm-540nm,典型颗粒度10-17um,与硅酸盐绿色荧光粉和β-sialon相比，波谱更宽；与yag荧光粉相比热稳定性能更佳。

氮化物红色荧光粉caalsi（na）3:eu2+,波长范围620nm-670nm,630nm系列红色荧光粉可用于实现显色指数80的暖白光

led,650nm系列红色荧光粉可用于实现显色指数90的暖白光led及高ntsc电视背光源。

将beta-sialon绿色荧光粉、硅酸盐绿色荧光粉、新型铝酸盐绿光荧光粉，分别与氮化物红色荧光粉r650组合用于液晶电视背光源，并对其温度特性进行对比。结果显示，铝酸盐绿光荧光粉与氮化物红光荧光粉r630组合可实现用于普通照明的暖白光led.yag、og450、硅酸盐黄光荧光粉等荧光粉可实现用于普通照明的冷白光led.