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科技前沿:一种颜色的芯片,能造出不同颜色的LED产品吗?
 

蓝色的海、绿色的树、五彩的花,我们生活的空间就是一个五彩斑斓的世界,有了颜色,我们的生活才会更加的丰富多彩,五彩的LED同样照亮着我们的世界,改变着我们的生活。

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我们都知道,LED芯片由于不同的材质、不同掺杂的元素以及不同的掺杂浓度,可以制造不同颜色的LED芯片。

只用一种颜色的芯片,能制造出不同颜色的LED产品吗?

      答案当然是肯定的,因为瑞丰光电无所不能,答案马上揭晓:白转色光的方案,即紫光或蓝光+荧光粉的方案。

      这样可以做的到吗,理论上行的通吗?我们都知道RGB三原色,通过调整三原色的配比和亮度值,就可以得到不同颜色的光,同样,不同的荧光粉经过激发也可以发射不同的波长和光谱(如下图),选择不同的荧光粉,调整其配比,经过紫光或蓝光LED芯片的激发混光,就可以得到不同颜色光的产品。

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▲ 三原色混光示意图  

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▲ 不同荧光粉受激发后的光谱示意图

全系列EMC3030白转色光的开发:

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▲ 不同白转色光的光谱

      除了上述波长,其他色光波长可以做吗?据了解,瑞丰光电表示完成可以,而且他们还可以定制波长和光谱。

有人一定会问,性能如何呢?

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由上图曲线来看,白转黄与单色黄光的性能相比,随着温度的升高,冷热比(105℃/25℃),单色光的亮度维持率仅为40%左右,白转黄光的维持率高达 83% 左右,波长与色坐标偏移,白转黄的更小,综上所述,白转黄产品热稳定更好。

      与单色光相比,为什么白转色光的冷热比更高呢,原理如下:LED的发光原理是处于激发态的电子/空从高能级向低能级跃迁,与空穴/电子复合而发射光子,载流子的平均总寿命由辐射复合(发射光子)和非辐射复合(缺陷处产生热量)的平均寿命决定的,随着温度的升高,半导体的晶格振动幅度增加,当原子的振动能量高于一定值时,电子从激发态跃迁到基态时,会与晶格原子交换能量,发生非辐射复合,产生热量,这种过程的几率随着温度的增加而呈指数式增加,另外,随着温度的升高,晶格震动加剧,杂质缺陷增多,导致半导体光吸收增加,内量子效率随着温度的升高而降低,导致芯片的发光强度降低。

      白转色光采用蓝光LED芯片,外延材质为GaInN,而单色光芯片外延材质为AlGaInP,由于外延材质的不同,与材质GaInN相比,AlGaInP晶格振动、杂质缺陷等,随着温度的升高,更加敏感,随着温度的升高,内量子效率降低的幅度更高,发光强度更低。因而白转色光产品的冷热态,光通量的维持率更高,热稳定更好。

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▲ 半导体的能级跃迁示意图

      与单色光产品,白转色光只有这些优点吗?亮度高,成本降也是其优点。但白转色光也存在一定的缺点,如光谱的半波宽较宽等,这主要与荧光粉激发光谱有关。

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▲ 白转黄与单色黄光的光谱对比

大家肯定很关心这些产品应用在什么地方呢?

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      目前,白转色光以其独特的性能,如高功率、高热稳定性以及高可靠性的优点,在汽车转向灯、尾灯、植物照明、洗墙灯灯以及舞台灯等领域广泛应用,而它的应用场景不仅仅只局限于上述领域。

      Mini Led和Micro LED才是它的未来,说到这里,首先要说一下LED Display应用的发展趋势,近年来,我们看到Mini-LED和Micro LED在显示领域已崭露头角,三星在第51届国际消费电子产品展览会上推出了全球首款146英寸家用模块化电视—The Wall,采用无边框的Micro LED模块化技术,使得其呈现绚丽的色彩,极高的分辨率,高品质的画面,给电视画面的观感带来了极高的提升。

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       Mini LED和Micro LED的混光设计是其中一个重要组成部分,它的的实现方法有:

      1、RGB三色LED法, RGB三原色通过一定的配比,施以不同的不同电流,控制其亮度值,从而实现三原色的组合,达到全彩显示的效果。

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▲ RGB三原色的组合和RGB全彩色显示驱动原理示意图

       2、白转色光的方案——紫光或蓝色LED芯片+量子点荧光粉,紫外或蓝色Mini-LED、Micro LED激发红色、绿色量子点荧光粉,即将蓝色转为红色、绿色,从而实现RGB三色配比,达到全彩显示的效果。

      量子点的粒径一般介于1-10nm之间,化学成分多样,由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒,具有高能力的吸光—发光效率,很窄的半高宽,宽吸收频谱等特性,拥有很高的色彩纯度与饱和度,结构简单、薄型化、可卷曲。开发量子点技术,解决红、绿、蓝三色分离与各色均匀性成为量子点开发技术的重要难题之一,目前采用的技术有旋转涂布、雾状喷涂技术开发量子点技术。


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▲ 量子点喷涂技术示意图

      尽管现在传统荧光粉的半波宽光谱比较宽,量子点荧光粉存在材料稳定不好、对散热的要求高,需要密封、寿命短的缺点,但其与单色光相比,具有更高的热稳定性,更高的激发效率,更低的成本,随着技术的进步和成熟,紫外或蓝色芯片+荧光粉的白转色的方案一定会在LED应用的各个领域大放异彩,白转色光的时代不会太远。


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来源:每日LED