《電子技術應用》
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圖解白光LED發光原理
摘要: 本文主要介紹目前市場上白光LED生產技術主要分為兩大主流。同時通過原理分析白光LED的發光原理,以及利用發光二極管產生白光的原理與優劣點。
Abstract:
Key words :

     目前市場上白光LED生產技術主要分為兩大主流:

  第一為利用熒光粉將藍光LED或紫外UV-LED所產生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長(Dichromatic) 或三波長(Trichromatic)白光,此項元件技術稱之為熒光粉轉換白光LED(Phosphor Converted-LED);

  第二類則為多芯片型白光LED,經由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光,目前市場上白光LED商品以藍光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍,主要應用于汽車照明與手機面板等領域,以目前白光LED產品市場分析,熒光粉轉換白光LED可謂主流。 (紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系,這類熒光粉發光穩定性差、光衰較大。)

  下圖簡要歸納并比較多種白光LED構裝原理和優劣點,其中(a)型構裝方式、演色性最佳,但成本最高,尚未能普及;構裝方式(b)則具有技術最成熟且成本低廉之優勢,但色偏、演色性不佳,須以適當紅、黃光熒光粉加以改善,此外,最嚴重者為日亞化學專利限制難以規避;而構裝方式(c)與(d)兩者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且專利局限較不嚴重,因此未來深具發展潛力。

LED

  利用發光二極管產生白光的原理與優劣點

  熒光粉如何涂在LED燈上?

  M.R.Kramas等人發現,如果將熒光粉隨意放在LED芯片上,如下圖(a)所示發光均勻性不佳,所以改變方式如圖(b)所示,將熒光粉均勻地涂在LED表面上,圖(c)則比較兩者的CCT及Ra值,發現用圖(b)方法者其CCT值變動甚少。

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        什么是CCT?

  CCT是correlated colour temperature的縮寫,意思是相關色溫。色溫是指當一標準黑體被加熱時,隨著溫度的升高,其顏色由深紅至淺紅至橙黃至白至藍白至藍色的變化,利用黑體的這一特征,當待測光源與黑體在某一溫度下的光色相同時,該黑體的溫度即為待測光源的色溫。色溫高光色偏冷,色溫低光色偏暖。

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  白光LED光譜對人眼的影響

  人眼最不能接受的是藍光和UV光,藍光殺傷人眼活性細胞的能力是綠光的10倍,而UV光殺傷人眼活性細胞的能力又是藍光的10倍,長期接觸大量低波長的藍光能大量殺傷人眼活性細胞。即使到時多吃有利眼睛的食品也會無作用。

LED

  參見上圖,LED白光形成主要是靠藍光的450-455nm波長擊發熒光粉,其中波長越低擊發能力越強,通常LED的波長出廠控制在5nm之內。

  ★LED中藍光產生的機制主要是藍光芯片發出藍光主要集中在450-455nm,而熒光燈的藍光波長是很廣的,從435-500nm;

  ★LED中采用黃色熒光粉(或紅色、綠色熒光粉),在制造中可能出現因熒光粉衰減(或熒光粉量少,反射不夠)而藍光與初始態不一樣而大量涌出,對人眼傷害大大增加;

  ★LED的藍光部分是靠芯片保證的,而其它光色是靠熒光粉保證的,其中芯片的保證能力強,而熒光粉的保證能力弱,形成白光LED點燈越久藍光的比例越來越高。

  所以,剛開始使用LED背光的筆記本電腦、手機、電視比較刺眼,用久了頭暈眼花、不舒服,長期使用變成眼晴傷害。如果接觸LED藍光的時間越長,患眼病的機率也越高。

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