2023-12-30

白光LED灯珠的几种光损失

白光LED灯珠在生活中有着广泛的应用，但是白光LED灯珠的光衰也是最严重的LED灯珠之一，下面，蓝锦光电将为大家介绍几种白光LED灯珠的光衰情况。

第一个原因是白光的产生和显色指数的提高

蓝光芯片和荧光粉是商用白光LED的主要生产模式。图1显示了蓝光芯片与YAG:Ce3+荧光粉组合而成的白光LED的光谱。从白光光谱图可以看出，荧光粉的光致发光发射光谱分布在整个可见光波段，峰值接近人眼视觉曲线峰值。因此，该方法生产的白光LED的发光效率（流明效率）较高，显色指数可达70以上，接近传统荧光灯，可以满足普通照明需求。
为了提高蓝光芯片+YAG荧光粉法生产的白光LED的显色指数，可以引入发射峰值为490nm的硅基氮氧化物青色LED荧光粉、紫光LED芯片和硅基荧光粉组成。氮氧化物红LED荧光粉，发射峰在630nm以上。
一般情况下，适当添加红色荧光粉可以将显色指数提高到80以上，然后引入青色荧光粉可以得到高于90的显色指数，在此基础上增加紫色芯片可以得到全光谱白光LED，显色指数可接近日光100。

第二个原因是光致发光的能量损失

蓝光LED芯片+荧光粉法产生白光的一个关键物理过程是光致发光，即荧光粉将蓝光转变为其他波长的光。这个过程不可避免地涉及能量损失。这种损失由三个部分组成：
首先，荧光粉从低能级激发到高能级的量子效率损失，跃迁到高能级的粒子数量小于吸收的蓝色光子数量。
其次，当荧光粉从高能级跃迁到低能级时，存在非辐射跃迁，导致辐射发光的量子效率损失，发射的可见光子数小于跃迁的光子数至低能量水平。
第三，单一蓝光的光子能量高于荧光粉转换后发出的长波长光子能量，在相同光子数量的情况下，相应的辐射通量更小。
第一种和两种能量损失，损失的是光子的数量，改进荧光粉配方和制备工艺，提高荧光粉激发和发射过程的量子效率，可以减少这两部分的能量损失。
第三种能量损失是光子本身能量的不同，这是由光子的物理性质决定的，改变过程并不能减少这部分的能量损失。在当今的白光LED中，上述三部分的损耗约占蓝光能量的20%-30%。

第三个原因是改善可见手指的发光效率损失

蓝光LED芯片+YAG荧光粉制成的白光LED具有较高的发光效率，一方面得益于YAG荧光粉商业化较早，工艺和技术成熟度较高，荧光粉激发和发射的量子效率较高，另一方面另一方面，YAG荧光粉的发射波长峰值接近人类视觉功能的峰值，流明效率高。青色和红色荧光粉的发射峰远离视觉函数峰值，流明效率较低。掺入青色和红色荧光粉后，显色指数有所提高，发光效率也必须得到认可。
一般情况下，显色指数从70提高到80，发光效率会下降10-15%，显色指数从80提高到90，发光效率会下降10%左右。

原因四、界面菲涅耳损耗

光子从LED芯片有源层（PN结）发射到空气中，需要穿过芯片和封装胶、封装胶和空气两个界面，由于界面两侧材料折射率不同，光线通过这个界面，一部分光会被反射回来，反射回来的光很大一部分会被吸收而损失掉。这种界面反射光造成的损耗称为菲涅尔损耗。菲涅耳损耗的大小与发射率的大小以及界面两侧光学介质的折射率差有关，定量分析非常复杂。一般来说，折射率差越大，菲涅耳反射越严重。

原因五、全反射损耗

当光从光密介质传输到光疏介质时，当光的入射角大于某个临界值qc时，在界面处将发生全反射，称为全反射角。
LED芯片制造材料是高折射率的半导体材料，折射率大于封装胶和空气的折射率，因此在LED芯片与封装胶的界面上，封装胶与空气的界面仅小于一定的角度光可以通过，这部分光形成一个全反射角为半角宽度的锥体，通常图形化地称为光的“逃逸锥体”。
蓝芯片的主要材料是GaN和蓝宝石，典型折射率分别为2.45和1.78。环氧树脂和硅胶的典型折射率分别为1.42和1.51。空气的折射率约为1。
当GaN进入硅胶时，全反射临界角为38.050。当GaN进入空气时，全反射临界角为24.090°。从蓝宝石入射到硅胶（对应倒封装）时的全反射临界角为58.030。当GaN进入空气时，全反射临界角为34.180°。可以看出，从增加全反射临界角的角度来看，反转技术也有利于芯片出光效率的提升。

以上就是关于白光LED灯珠的几种光损的介绍，你学会了吗？想要了解更多LED灯珠知识，欢迎关注蓝锦光电，我们会定期为您推送LED文章。