获得白光的原理。方案、说明

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无线电电子与电气工程百科全书 / 发光二极管

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蓝光LED的发明完成了“RGB循环”，并使白光LED成为可能。存在 几种创建白色 LED 的方法 有其自身的优点和缺点。

第一种方式—— 混合三种或更多种颜色的 LED 辐射.

上图。 4.2 显示了通过按一定比例混合红、绿、蓝 LED 的发射来产生白光。

原则上，这种方法应该是最有效的。对于每个 LED（红色、绿色或蓝色），您可以选择与其最大外部辐射量子产率相对应的电流值。但使用这些 J（LED 电流）和 V（LED 工作电压）时，每种颜色的强度将与白色区域中所得颜色坐标所需的值不匹配。

这可以通过改变每种颜色的二极管的数量并制作许多二极管的源来实现。对于实际应用，这种方法会遇到不便，因为需要有多个不同电压的电源、许多触点输入以及混合和聚焦来自多个或多个LED的光的设备。

即使是最高质量的 RGB LED 的特点是，当它们照射表面时所获得的光斑，虽然在较大区域上是白色的，没有任何阴影，但是，弧形彩色条纹仍然沿着其边缘突出。

这是因为 LED 中发射蓝光、红光和绿光的晶体彼此之间自然存在一定距离。

发光二极管。获得白光的原理
米。 4.2. 通过混合红色、绿色和蓝色 LED 的发射获得白光

第二种方式—— 将蓝色 LED 辐射与黄绿色磷光体辐射混合。上图。 4.3 显示了使用蓝色 LED 晶体和沉积在其上的黄色磷光体层来产生白光。

这种方法是最简单的，也是目前最经济的。选择基于 InGaN/GaN 的异质结构晶体的成分，使其发射光谱与磷光体的激发光谱相对应。晶体上覆盖着一层含有荧光粉的凝胶，这样部分蓝色辐射就会激发荧光粉，而另一部分则通过而不被吸收。

计算并选择支架的形状、凝胶层的厚度和塑料圆顶的形状，使得光谱在所需的立体角中具有白色。目前，大约有十几种不同的白光 LED 荧光粉正在研究中。上图。图 4.4 显示了 5 mm 白光发光二极管的结构。

第三种方式—— 三种荧光粉（红、绿、蓝）的辐射混合由紫外 LED 激发。上图。图 4.5 显示了使用紫外 LED 和 RGB 荧光粉产生白光的情况。

发光二极管。获得白光的原理
米。 4.3. 利用蓝色晶体和黄色荧光粉的发射获得白光

该方法使用多年来为荧光灯开发的原理和磷光体。每个发射器仅需要两个触点输入。但这种方法在荧光体中的二极管转换光的过程中会产生基本的能量损失。另外，辐射源的效率降低，因为。不同的荧光粉具有不同的发光激发光谱，与LED晶体的紫外发射光谱并不完全对应。

对于白色光源，不仅发射器不同成分的总光谱的颜色坐标很重要。对荧光灯的长期研究表明，对于颜色特性，有必要考虑具有不同反射光谱的表面的光反射。通过根据经验输入显色指数作为 8 个标准颜色表面的显色指数的平均值，可以定量地证实这种计算。

发光二极管。获得白光的原理
米。 4.4. 5mm白光LED的结构

显色指数, Ra - CRI（显色指数），表征在 LED 灯下观察时物体颜色与“真实”颜色的接近程度。

在“是真的" 表示使用测试源形成的颜色。Ra 取值从 1 到 100：

1 - 最差的显色性；
100是最好的。

指数超过80为良好，超过90为优秀。

LED 辐射总和 三种以上的颜色可以得到显色指数接近100%的白光。

蓝色 LED 发射与黄绿色荧光粉发射之和的显色指数低于其他方法，但可以通过使用额外的橙红色荧光粉来提高。

发光二极管。获得白光的原理
米。 4.5. 使用紫外线 LED 和 RGB 荧光粉获得白光

为了在传统照明中大量使用 LED，需要对 LED 颜色的视觉感知进行心理生理学研究。未来将展示在哪些应用中建议使用每种类型的白光 LED。

作者：Koryakin-Chernyak S.L.

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