光的三原色/单色LED原件结构和发光效率在线视频

好 我们说长出在

你们看看我这个图上

它的结构

这是一个芯片的结构

结构这是蓝宝石

蓝宝石上它里边有

肯定是有两边的有缓冲层

或者阻挡层

中间有一个活性层

活性层就是发光的

那么由于我们采用蓝宝石

它焊盘是

就是说得双端子器件

它双端子器件

一个是正极一个是负极

这是N焊盘

这是P焊盘

它为什么不这边一个N

这边一个P焊盘

为什么不在两端引出来

就在于什么

蓝宝石本身它是绝缘体

蓝宝石本身是绝缘体

所以

只能是在同一端

引出焊盘出来

那么

这个是电极面朝上的

就是电极面朝上

这个是电极面朝下的

好 这种是贴合型的

现在我们看看

我给的图是发绿光的LED

和蓝光的LED

所涉及的技术

我们看看在芯片里边

它涉及哪些技术

我们看看高品质的单晶制作技术

N型导电的控制技术

P型单晶的制作技术

高效率发光层的制作技术

所以要做基板外延层

同时要实现N型层 实现P型层

N型层 P型层

那么有的还要制作发光层

还要制作量子阱

这些都是难度比较大的

比方说氮化镓要实现N型的

或者实现P型的

我上次讲过了N型层好办

往里加硅可以

如果实现P型层

往里加镁问题就比较大

为什么

镁它是很活泼的金属膜

想加镁

它加进去它不是镁了

所以必须得采取很多很多的措施

那这是发蓝光的

发蓝光的LED元件

底下也是个蓝宝石

氮化镓缓冲层

缓冲层是为了使N型的氮化镓

跟蓝宝石尽量的匹配

有个缓冲层

那么上面有P型的氮化镓

注意P型的氮化镓

里边有量子阱

量子阱它是发光的

那么发光层就是说

因为它是蓝光

它是氮化镓铟

要比氮化镓的禁带宽度

要略微窄一下

它就是发蓝光

那么两边

两边的都是氮化镓

它的禁带宽度比较宽

中间是量子阱

那么两边比较宽

它就可以实现

就是刚才讲的

中间氮化镓铟禁带宽度宽

它发蓝光

边上量子阱是氮化镓的

挡着它

两头也是量子阱也挡着它

一个是透明用的

另外一个不会发生

无谓的复合

不发光的复合

那么这张图就是表现了

LED元件各种效率的定义

各种效率

我们看看我们说发光二极管

它的发光效率比较高

大家伙都这么说

比白炽灯要高的多

比荧光灯要高的多

它的发光效率

到底发光效率

它是由哪些因素所决定的

我们看看一个发光二极管

外边是接入层包覆层

中间是活性层

那么两边给它加个电压

加一个电压

我们说它的光的取出效率

注意它的 电流

在这么流的过程当中

注意

在这么流的过程当中

首先

它有接入层 包覆层

它有电阻要损失掉一部分

然后

在活性层当中它又有三部分

一部分是流过去了

根本就没有发光

它就流过去了

所以一个载流子就流过去了

不复合 流过去了

第二个

它是发生了不发光的复合

注意这两部分都是无效的

真正有效的是谁

就是那些

就是那些发光的复合

发光的复合它发出来了

光发出来以后

到了界面上有一部分反射回去了

有一部分反射

这也是无效的了

所以真正的可得到的发光效率

我们说发光效率不是发光效能

待会儿我们再讲

发光效率

应该等于什么

首先是个光取出效率

就是 Pout 比上P什么

Pin 这是Pin Pout

这里边有个效率问题

还有个内部量子效率

内部量子效率我这儿没写全

η 等于什么

等于I

这个I再比上谁

比上这个I加这个I加这个I

加上这三个

那么它出来是有效的了

这才是内部效率

内部量子效率

外部量子效率是什么

外部量子效率真正的定义的

出来的光的效率

比上什么

比上插座功耗

是I乘上VA

插座效率本身是什么

本身就等于说输出的

比上VA

所以你们看看

发光二极管

要想提高效率

在这些方面都要采取措施

比方说接入 接入层

还有一个包覆层

它是不是有电流损失了

然后

流过活性层

有穿过活性层的

当然连复合都没发生复合

第二部分发生复合了不发光

这也是不行的

真正的起作用

是发光的复合

在发光的复合当中

发出来的光又有一部分

反射回去了

所以真正的有效

就是Pout

要想增加Pout

必须采取各种各样的措施

比方减少接入电阻

减少流过去的没有复合的

减少不发光复合

另外

要减少反射

不让它内部反射过来

这些都要采取办法

我们最后所需要的是什么

就是说那个插座效率

什么叫插座效率

就是说耗的电

耗的电当中有多少作为光输出来了

这才是 插座效率

这是最终的

最终的是插座效率

就是说耗的电是IV

真正输出来的光功率是Pout

应该发光效率本身

它是个百分比

但是我们在发光二极管

产业当中

往往是每瓦流明

都说它这是发光效率

我后面讲课当中也这样讲

这样讲是不太合适的

为什么不太合适

每瓦流明它不是个百分数

所以有的文章当中

把每瓦流明叫做发光效能

我觉得这个说法是科学的

说它是发光效率

是不科学的

但是大家伙都这么说

我们把它约定俗成也就这样

也就这样来说来了

那么以上我讲的

这就是单色光的发光二极管的情况

那么1993年最突出的贡献

就在于实现了发蓝光的二极管

应该发蓝光的二极管

这是发光二极管整个的

科研产业领域当中

最突出的贡献

为什么

因为有了蓝光才能有白光

没有蓝光不可能有白光

有了蓝光才能实现全色的发光

到1996年才开始有了白光

所以1993年

是发光二极管的

最突破的时间

那为此2014年诺贝奖金才给了

中村修二他们三个人

我讲过了是以

环境可持续发展的方式

照亮了二十一世纪

它的贡献在这个地方

那么前边

讲的是单色光

下边

我们就讲一讲

如何实现白光的

这个图是个色度图

那么色度图代表什么意思

就是代表 你们看看

色度图像个色板一样

那么这个角是红 这个角是蓝

这个是绿

那么我们看从色度图上

有这么几条可以看

就是说中间这一点是白

从白的这一点引任何直线

跟边缘相交

那个交点的位置就是主波长

那么我们划一条线

我们从白这一点划一条线

那么划一条线

比方说我的光 我发的颜色

是在从白到某一个线上的连线上

那么连线上

我们就说我们发出来的光的

主波长是在交点上

主波长能定下来

第二条就是根据我们这一点

离白色的远近

杠杆定理 用杠杆定理

离着它越近

离着白的越近

就是色的纯度越低

如果是离的边沿越近

色的纯度越高

所以从色度图上

起码我们看出这么几点来

看出几点来

首先任何一点代表一种颜色

上边任何一点代表一种颜色

把这一点跟白这一点连接起来

交于外边痕迹线上的

这一点 这一点就是主波长

从这里边这一点

杠杆定理

就可以求出来这一个

发出颜色的那个色纯度

那么再有条我们注意

就是说白这一点

可以是两种颜色的复合混合

也可能是三种颜色的复合

你们看这白这一点

可以跟这一点连上

可以跟绿连上

我们可以认为是白色

是红色 蓝色 绿色

叠加的结果

同时白色也可以由一种颜色

跟它的补色来实现

什么叫补色来实现

比方说这一点是白

我们要想实现白

就从蓝这一点跟白做连线

连到这一点

这一点是黄

把黄跟蓝加在一块就是白

所以实现白色发光

可以是三种颜色的加和

也可以是某一种颜色

跟它补色的加合

加在一块就是白

因为我们所需要的是什么

需要的是白色

因为有了白色才能实现全色

没有白色

就说明没有实现全色

那么这里边

这个图三原色的色坐标

红色的色坐标

用X Y坐标

绿色的色坐标

蓝色的色坐标

白色的色坐标

白色的色坐标就在这一点

红的绿的蓝的

色度学坐标都在里边

我们说有三种颜色

就可以混成白色

那么我们平常用的日光灯

就是荧光灯

我讲过它是用紫外线

用汞发出来紫外线

245纳米的紫外线

照射荧光灯管上的

红绿蓝三色荧光体

配好了荧光体

那么一照 红的发红光

绿的发绿光

蓝的发蓝光

那么红绿蓝三色配在一块

发出来的光就是白光

所以我们看

我们说荧光灯没有任何

两只荧光灯

它的颜色是一样的

为什么说

因为红绿蓝它的颜色略微有点

就是红绿蓝略微有点差异

采取不同的荧光体

那都会得到不同的白光

都是不同的白光

这是我们实现白色的原理

实现白色 怎么实现白色

我再强调一遍

可以红绿蓝三色相加

也可以一种颜色跟它的补色

变成白色

这是蓝色加黄色

也可以实现白色

红绿蓝也可以实现白色

这是黄色跟这边相连

它是补色关系

都可以实现

加合

都可以实现加合

好了

另外关于发光

我们知道发光这件事

大家伙都比较熟悉了

发光实际上是电子跃迁

所决定

想办法使原子的

电子的能级使它激发

一激发

从低能级跃迁到高能级上去

这叫激发过程

它处在激发态

从激发态往回返回的时候

它才发光

那么发的光的波长

一定等于激发态能级

跟它基态能级

这二者之差

这是发光率原理就是这个原理

但是我们平常一些光源

蜡烛 柴火 太阳光

还有电灯或者什么东西

它是怎么激发的

激发无非是三种方法

一种是热激发

一种是光激发

一种是电子激发

平常我们所见的

我再说一遍

一种热激发 一种是光激发

一种是电子激发

光激发一定是

短波长的

激发长波长的

那么热激发

它把各种能级都激发了

所以发出的光

就是我们平常的自然光

蜡烛光 柴草的光

等等这些都是我们习惯于这种光

但是关于颜色的问题

是这样就是说眼球的构造

及神经细胞

就是说人的眼睛有两种细胞

一种细胞叫做锥细胞

一种细胞叫做杆细胞

锥细胞和杆细胞

那么接收

就是说对不同的波长有反应

产生不同颜色的反应是什么

是锥细胞

我们看图当中

是对这个波长的光

它有蓝色的反应

对这个波长的光有红色的反应

对这个波长的光

有绿色的反应

那么当比较暗的时候

它是利用那个杆细胞

实际上可能大家伙这都是常识

光线并没有颜色之分

之所以人觉得有红绿蓝三色

主要是人的锥细胞

对不同波长的光

有不同的反应而已

实际上

并没有不同的光

就是说人的这种锥细胞

对这种波长的光

它就反应它是蓝色的

对这种波长的光

它就觉得是红色的

对这种波长的光

它就反应是绿色的

红绿蓝一相加就是白色的

它实现了的全色显示

本身并没有

所以这个波长就代表红的

那个波长就代表蓝的

那个波长就代表红的

并不是这样

这就是人眼对不同的

不同光的反应

当然话又说回来

因为看颜色是人看的

那么要想人

有红绿蓝全色的反应

当然波长发的光的波长

跟人眼的

锥细胞的反应得统一才行