LED的色彩與工藝:
制造LED的材料不同,可以產(chǎn)生具有不同能量的光子,借此可以控制LED所發(fā)出光的波長(zhǎng),也就是光譜或顏色。歷史上第一個(gè)LED所使用的材料是砷(As)化鎵(Ga),其正向PN結(jié)壓降(VF,可以理解為點(diǎn)亮或工作電壓)為1.424V,發(fā)出的光線為紅外光譜。另一種常用的LED材料為磷(P)化鎵(Ga),其正向PN結(jié)壓降為2.261V,發(fā)出的光線為綠光。
基于這兩種材料,早期LED工業(yè)運(yùn)用GaAs1-xPx材枓結(jié)構(gòu),理論上可以生產(chǎn)從紅外光一直到綠光范圍內(nèi)任何波長(zhǎng)的LED,下標(biāo)X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過PN結(jié)壓降可以確定LED的波長(zhǎng)顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4的紅光LED,GaAs0.35P0.65的橙光LED,GaAs0.14P0.86的黃光LED等。由于制造采用了鎵、砷、磷三種元素,所以俗稱這些LED為三元素發(fā)光管。而GaN(氮化鎵)的藍(lán)光LED、GaP的綠光LED和GaAs紅外光LED,被稱為二元素發(fā)光管。而目前最新的工藝是用混合鋁(Al)、鈣(Ca)、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN的四元素材料制造的四元素LED,可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜范圍。
發(fā)光強(qiáng)度:
發(fā)光強(qiáng)度的衡量單位有照度單位(勒克司Lux)、光通量單位(流明Lumen)、發(fā)光強(qiáng)度單位(燭光Candlepower)
1CD(燭光)指完全輻射的物體,在白金凝固點(diǎn)溫度下,每六十分之一平方厘米面積的發(fā)光強(qiáng)度。(以前指直徑為2.2厘米,質(zhì)量為75.5克的鯨油燭,每小時(shí)燃燒7.78克,火焰高度為4.5厘米,沿水平方向的發(fā)光強(qiáng)度)
1L(流明)指1CD燭光照射在距離為1厘米,面積為1平方厘米的平面上的光通量。
1Lux(勒克司)指1L的光通量均勻地分布在1平方米面積上的照度。
一般主動(dòng)發(fā)光體采用發(fā)光強(qiáng)度單位燭光CD,如白熾燈、LED等;反射或穿透型的物體采用光通量單位流明L,如LCD投影機(jī)等;而照度單位勒克司Lux,一般用于攝影等領(lǐng)域。三種衡量單位在數(shù)值上是等效的,但需要從不同的角度去理解。比如:如果說一部LCD投影機(jī)的亮度(光通量)為1600流明,其投影到全反射屏幕的尺寸為60英寸(1平方米),則其照度為1600勒克司,假設(shè)其出光口距光源1厘米,出光口面積為1平方厘米,則出光口的發(fā)光強(qiáng)度為1600CD。而真正的LCD投影機(jī)由于光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線分布不均勻,亮度將大打折扣,一般有50%的效率就很好了。
實(shí)際使用中,光強(qiáng)計(jì)算常常采用比較容易測(cè)繪的數(shù)據(jù)單位或變向使用。
對(duì)于LED顯示屏這種主動(dòng)發(fā)光體一般采用CD/平方米作為發(fā)光強(qiáng)度單位,并配合觀察角度為輔助參數(shù),其等效于屏體表面的照度單位勒克司;將此數(shù)值與屏體有效顯示面積相乘,得到整個(gè)屏體的在最佳視角上的發(fā)光強(qiáng)度,假設(shè)屏體中每個(gè)像素的發(fā)光強(qiáng)度在相應(yīng)空間內(nèi)恒定,則此數(shù)值可被認(rèn)為也是整個(gè)屏體的光通量。一般室外LED顯示屏須達(dá)到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內(nèi)LED,最大亮度在700~2000CD/平方米左右。
單個(gè)LED的發(fā)光強(qiáng)度以CD為單位,同時(shí)配有視角參數(shù),發(fā)光強(qiáng)度與LED的色彩沒有關(guān)系。單管的發(fā)光強(qiáng)度從幾個(gè)mCD到五千mCD不等。LED生產(chǎn)廠商所給出的發(fā)光強(qiáng)度指LED在20mA電流下點(diǎn)亮,最佳視角上及中心位置上發(fā)光強(qiáng)度最大的點(diǎn)。封裝LED時(shí)頂部透鏡的形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強(qiáng)分布。一般來說相同的LED視角越大,最大發(fā)光強(qiáng)度越小,但在整個(gè)立體半球面上累計(jì)的光通量不變
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