Как делают белый светодиод? Берут синий кристалл и покрывают его тем или иным способом люминофором (желтым, или смесью зеленого и красного). При этом неизбежны потери, поэтому оптическая мощность белого светодиода будет существенно меньше мощности синего светодиода. Но яркость будет выше. Почему?
Если длина волны люминесценции больше длины волны возбуждающего излучения, то такие люминофоры называются стоксовыми, в честь Дж. Г. Стокса (1819–1903), английского математика, механика и физика. Существуют и антистоксовы, излучающие на более короткой длине волны, чем длина волны возбуждающих свечение фотонов.
Рассмотрим энергетические спектры мощного светодиода X-LAMP Cree.
Выберем средний спектр (желто-зеленая кривая) и смоделируем его. Энергетический спектр белого светодиода будет выглядеть следующим образом.
Отметим, что левая часть спектра белого светодиода не соответствует форме гауссовой кривой. Это потому, что в покрытии синего кристалла с длиной волны около 450 нм (royal blue) используются два люминофора, зеленый с длиной волны около 545 нм и красный, с длиной волны около 605 нм. При сложении спектров и получается такая форма кривой. Впрочем, точные данные об используемых люминофорах и их пропорциях являются секретом фирмы.
Толщина слоя и пропорции люминофоров выбираются таким образом, чтобы в результате получились цвета со следующей оптической мощностью: R:G:B = 0.5:0.3:0.2. Тогда на выходе получится белый цвет со средней цветовой температурой 4500 K.
Теперь известен относительный энергетический спектр и соотношение цветов белого светодиода. Перейдем к световым параметрам.
На следующем графике показан уже не энергетический, а световой поток светодиода, с учетом кривой видности V(λ) . Вспомним, что световой поток Fv связан с оптической мощностью Fe следующим выражением (подробнее в статье "Как рассчитать световую эффективность светодиода по его спектру"):
Fv(λ) = Fe(λ)*V(λ), 360<λ<830 nm
Если световой поток (площадь спектра) белого светодиода принять за единицу, то световой поток по синему цвету составит 0.02, по зеленому - 0.44 и по красному - 0.54.
Для синего (royal blue) светодиода оптическая мощность указывается в ваттах, потому что, с учетом кривой видности, численное значение светового потока оказывается очень уж малым. По данным Cree выходная мощность светодиода с длиной волны 450 нм в среднем составляет 350 мвт (при закачанной мощности 1000 мвт).
Световой поток белого светодиода с цветовой температурой 3700 - 5000 К по данным Cree в среднем составляет 100 лм. С учетом суммарных потерь в люминофорах порядка 40%, оптическая мощность белого светодиода составит около 200 мвт.
Что же в итоге? Синий светодиод при оптической мощности 350 мвт дает световой поток всего 7 лм. Это потому, что спектр диода находится в крайней левой части кривой видности с малой эффективностью. А белый светодиод, на базе того же синего кристалла, при оптической мощности 200 мвт имеет световой поток целых 100 лм. А это потому, что произошел перенос спектра в центральную часть кривой видности с максимальной эффективностью. Вот потому белый светодиод более, чем в 10 раз ярче синего.
P.S. "А в попугаях я длиннее".
