白光LED灯珠的几种光损失

 白光LED珠广泛应用于生活中，但白光LED珠的光衰减也是最严重的LED珠之一。下面，我们将介绍白光LED珠的几种光损失。

原因一:白光的产生和显色指数的提高

蓝光芯片和荧光粉是产生商业白光LED的主要方式，图1是蓝光芯片和YAG：从白光光谱图可以看出，由Ce3+荧光粉组合而成的白光LED光谱分布在整个可见光波段，峰值靠近人眼视觉曲线的峰值。因此，该方法生产的白光LED发光效率（流明效率）较高，显色指数可达70以上，接近传统太阳能灯，可满足普通照明需求。

为了提高蓝光芯片+YAG荧光粉法产生的白光LED显色指数，可以通过引入发射峰值在490nm以上的硅基氮氧化物青色LED荧光粉、紫光LED芯片和发射峰值在630nm以上的红色LED荧光粉来弥补。

正常情况下，适当添加红色荧光粉可将显色指数提高到80以上，然后引入青色荧光粉可获得90以上的显色指数。在此基础上，增加紫光芯片可获得全光谱白光LED，显色指数可接近日光100。

二是光致发光能量损失的原因

蓝光LED芯片+荧光粉产生白光的关键物理过程之一是光发光，即荧光粉会产生蓝光的其他波长光。这个过程不可避免地会失去能量。损失包括三个部分：

一是荧光粉从低能级到高能级的量子效率损失，向高能级的粒子数少于吸收的蓝光光子数；

二是荧光粉从高能级向低能级跃迁时，存在非辐射跃迁造成的辐射发光量子效率损失，发射的可见光子数少于向低能级跃迁的光子数；

第三，单个蓝光的光子能量高于荧光粉转换后发射的长波长光子能量。当光子数相同时，相应的辐射通量较小。

首先，两种能量损失是光子的数量，改进荧光粉的配方和制备工艺，提高荧光粉刺激和发射的量子效率，可以减少这两部分的能量损失。

第三种能量损失是由不同波长光子本身的能量不同决定的，这是由光子的物理性质决定的。改变工艺不能减少这部分能量损失。在目前的白光LED中，上述三部分的损失约占蓝光能量的20%-30%。

三、提高显指发光效率损失的原因

由蓝光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，由于YAG荧光粉商业化早，工艺和技术成熟度高，荧光粉刺激和发射的量子效率相对较高。另一方面，YAG荧光粉的发射波长峰值位于人眼视觉函数的峰值附近，流明效率高。青红荧光粉的发射峰值远离视觉函数的峰值，流明效率低。掺入青红荧光粉后，在提高显色指数的同时，必须接受发光效率的下降。

正常情况下，显色指数由70提高到80，发光效率会下降10-15%，显色指数由80提高到90，发光效率会下降10%左右。

4.菲涅尔在界面上的损失

光子从LED芯片源层（PN结）发射到空气中，需要通过芯片和包装胶、包装胶和空气两个界面，因为两个界面的材料折射率不同，光通过界面，部分光反射，反射光的很大一部分会被吸收和丢失。这种界面反射光造成的损失称为菲涅尔损失。菲涅尔损失的大小与界面两侧光学介质的射击率和折射率差有关，定量分析非常复杂。一般来说，折射率差越大，菲涅尔反射就越严重。

原因五、全反射损耗

当光从光密介质射向光疏媒体时，当光的入射角大于某个临界值qc时，界面上会发生全反射，称为全反射角。

LED芯片制造的材料是高折射率的半导体材料，折射率大于包装胶和空气的折射率。因此，LED芯片和包装胶的界面、包装胶和空气的界面只能通过小于一定入射角的光。这部分光形成以全反射角为半角宽度的锥形，通常称为光的“逸出锥”。

蓝光芯片的主要材料是Gan和蓝宝石，典型折射率分别为2.45和1.78；包装胶主要是环氧树脂和硅胶，典型折射率分别为1.42和1.51；空气折射率接近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；当蓝宝石进入硅胶（对应倒装封装）时，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。可见，从增加全反射临界角的角度来看，倒装技术也有利于提高芯片光提取效率。