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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
LEDs. Prinzipien zur Erzielung von weißem Licht. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / LEDs Die Erfindung der blauen LEDs schloss den RGB-Kreis und ermöglichte die Herstellung weißer LEDs. Existiert mehrere Möglichkeiten, weiße LEDs zu erzeugen mit seinen eigenen Vor- und Nachteilen. Erster Weg - Mischen von LED-Strahlung aus drei oder mehr Farben. In Abb. Abbildung 4.2 zeigt die Erzeugung von weißem Licht durch Mischung der Strahlung roter, grüner und blauer LEDs in einem bestimmten Verhältnis. Grundsätzlich dürfte diese Methode die effektivste sein. Für jede LED – rot, grün oder blau – können Sie Stromwerte auswählen, die dem Maximum ihrer externen Quantenstrahlungsleistung entsprechen. Bei diesen J (LED-Strom) und V (LED-Betriebsspannung) entsprechen die Intensitäten der einzelnen Farben jedoch nicht den Werten, die für die resultierenden Farbkoordinaten im weißen Bereich erforderlich sind. Dies kann erreicht werden, indem die Anzahl der Dioden jeder Farbe variiert und eine Quelle aus vielen Dioden zusammengestellt wird. Für praktische Anwendungen stößt diese Methode auf Unannehmlichkeiten, da mehrere Quellen mit unterschiedlichen Spannungen, viele Kontakteingänge und Geräte erforderlich sind, die das Licht mehrerer oder mehrerer LEDs mischen und fokussieren. Selbst die hochwertigsten RGB-LEDs zeichnen sich dadurch aus, dass der von ihnen erzeugte Lichtfleck bei der Beleuchtung der Fläche zwar großflächig weiß ohne jegliche Schattierungen ist, an den Rändern jedoch dennoch farbige Streifen in Form von Bögen hervorstechen. Dies liegt daran, dass die Kristalle, die blaues, rotes und grünes Licht aussenden, bei der LED naturgemäß etwas voneinander entfernt sind.
Der zweite Weg ist Mischung von blauer LED-Strahlung mit gelbgrüner Phosphorstrahlung. In Abb. Abbildung 4.3 zeigt die Erzeugung von weißem Licht mit einem blauen LED-Kristall und einer darauf aufgebrachten gelben Leuchtstoffschicht. Diese Methode ist die einfachste und derzeit wirtschaftlichste. Die Zusammensetzung des Kristalls mit Heterostrukturen auf Basis von InGaN/GaN ist so gewählt, dass sein Emissionsspektrum den Anregungsspektren der Leuchtstoffe entspricht. Der Kristall ist mit einer Gelschicht mit Leuchtstoffpulver bedeckt, so dass ein Teil der blauen Strahlung den Leuchtstoff anregt und ein Teil ohne Absorption durchdringt. Die Form des Halters, die Dicke der Gelschicht und die Form der Kunststoffkuppel werden so berechnet und ausgewählt, dass das Spektrum im gewünschten Raumwinkel eine weiße Farbe aufweist. Derzeit werden etwa ein Dutzend verschiedene Leuchtstoffe für weiße LEDs untersucht. In Abb. Abbildung 4.4 zeigt den Aufbau einer 5-mm-LED, die weißes Licht ausstrahlt. Dritter Weg - Mischen der Strahlung von drei Leuchtstoffen (Rot, Grün und Blau), angeregt durch eine ultraviolette LED. In Abb. Abbildung 4.5 zeigt die Erzeugung von weißem Licht mit einer ultravioletten LED und einem RGB-Leuchtstoff.
Diese Methode nutzt Prinzipien und Leuchtstoffe, die im Laufe der Jahre für Leuchtstofflampen entwickelt wurden. Es sind nur zwei Kontakteingänge pro Emitter erforderlich. Allerdings ist diese Methode mit erheblichen Energieverlusten bei der Umwandlung von Licht einer Diode in Leuchtstoffe verbunden. Darüber hinaus nimmt die Effizienz der Strahlungsquelle ab, weil Unterschiedliche Leuchtstoffe weisen unterschiedliche Lumineszenzanregungsspektren auf, die nicht genau dem UV-Emissionsspektrum des LED-Kristalls entsprechen. Bei weißen Lichtquellen sind nicht nur die Farbkoordinaten des Gesamtspektrums der verschiedenen Komponenten des Emitters wichtig. Langzeitstudien an Leuchtstofflampen haben gezeigt, dass für die Farbeigenschaften die Reflexion von Licht von Oberflächen mit unterschiedlichen Reflexionsspektren berücksichtigt werden muss. Dieses Konto kann quantifiziert werden, indem der Farbwiedergabeindex empirisch als Durchschnittswert der Farbwiedergabeindizes von 8 Standardfarboberflächen eingeführt wird.
Farbwiedergabeindex, Ra – CRI (Color Rendering Index), charakterisiert, wie nahe an den „echten“ Farben von Objekten sichtbar sind, wenn sie im LED-Licht betrachtet werden. Unter "wahr„bezieht sich auf Farben, die mit einer Testquelle generiert wurden. Ra nimmt Werte von 1 bis 100 an:
Ein Index von mehr als 80 ist ein guter Indikator, mehr als 90 ist ausgezeichnet. Summe der LED-Strahlung Mehr als drei Farben ermöglichen es, weißes Licht mit einem Farbwiedergabeindex von nahezu 100 % zu erhalten. Der Farbwiedergabeindex für die Summe blauer LED-Strahlung mit gelbgrüner Leuchtstoffstrahlung ist niedriger als bei anderen Verfahren, kann aber durch den Einsatz eines zusätzlichen orangeroten Leuchtstoffs verbessert werden.
Für den breiten Einsatz von LEDs in der gewöhnlichen Beleuchtung sind psychophysiologische Studien zur visuellen Wahrnehmung der LED-Farbe erforderlich. Die Zukunft wird zeigen, in welchen Anwendungen sich der Einsatz der einzelnen weißen LED-Typen empfiehlt. Autor: Koryakin-Chernyak S.L.
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