如何製作白光發光二極體

　　如何製作白光發光二極體

　　白光LED熒光粉的特性、發展和應用

近年來能源緊缺，地球暖化，威脅人類安全，哥本哈根會議未能達成實質協議。低碳經濟成爲時尚的號角，具有節能環保特點的LED成爲低碳經濟產業的新寵。提高白光LED的發光效率，成爲LED產業中芯片製造者和熒光粉工程師最爲緊迫的任務。

本文從熒光粉的性質、白光LED熒光粉的發展到LED熒光粉的應用闡述自己的認識，與廣大讀者交流。

　　熒光粉的特性

1. 定義

熒光粉是在一定激發條件下能發光的無機粉末材料，這些材料應是粉末晶體。在人類文明史中熒光粉起着至關重要的作用，特別是在信息時代的今天，熒光粉已成爲人們日常生活中不可或缺的材料，它廣泛應用於貨幣的防僞標識，手機、電腦顯示器，彩色電視熒光屏，醫院胸透設備、機場安檢、消防指示牌，車燈，道路照明、室內照明，在工業、農業、醫療、國防、建築、通訊、航天、高能物理等諸多領域有着廣泛的用途。

2. 熒光粉的分類有多種方法

(1)按照激發的方式可分爲：

(2)按激發光的波長的分類如表1所示。

表1 光波長的劃分

(3)按照基質材料分類情況及代表性材料如下：

硫化物：CaS∶Eu2+，SrS∶Eu2+，CaSrS∶Eu2+，Dy2+，Er3+紅色熒光粉;

氧化物：Y2O3∶Eu2+，Lu2O3：Eu3+(Lu=Y，Gd，La);

硫氧化物：Y2O2S∶Eu3+;

氮化物：BaSi7N10;

氮氧化物：SrSi2O2N2∶Yb2+;

CaSi9Al3ON15∶Yb

硅酸鹽： CaAlSiN3∶Eu2+;

BaSrSiO4∶Eu2+;

磷酸鹽：Sr2P2O7∶Eu2+，Mn2+;

鋁酸鹽： Y3Al5O12∶Ce3+;

Tb3Al5O12∶Ce3+;

還有鉬酸鹽等。

(4)按製備方法可分爲：

高溫固相反應法，溶膠-凝膠法，固液相結合法，燃燒法，微波法，噴霧合成法，電弧法，水熱合成法等。

3、熒光粉的性質

熒光粉的性質，也叫一次特性，主要包括以下幾種：

相對亮度

在規定的激發條件下，熒光粉試樣與參比熒光粉的亮度之比。

激發光譜

指熒光粉在不同波長光的激發下，其發光譜線和譜帶的強度或者發光效率與激發光波長的關係，如450nm或者457~462nm，465~470nm藍光激發光譜。激發光譜不同，發光效率迥然不同。

發射光譜

指熒光粉在某一特定激發波長光的激發下，所發射的不同波長光的強度或者能量分佈，以發射光的能量分佈來作圖稱爲光譜能量分佈圖。發射光譜中強度最大的波長稱爲主峯。吸收光譜

熒光粉的吸收係數Kλ隨入射光波長的變化叫做吸收光譜，吸收光譜決定於熒光粉的基質，也與激活劑和摻雜材料有關。

漫反射光譜

光線投射到粗糙表面時，它向各方向反射稱爲漫反射。漫反射隨入射波長而變化的圖譜稱爲漫反射光譜。

外量子效率

熒光粉在一定波長的光激發下，發射的熒光光子數與激發光的光子數之比。當一束光照射到熒光粉時，一部分被反射、散射，一部分透射，其他的被吸收。只有被吸收的這部分光才能對熒光粉的`發光起作用，但不是所有被吸收的各種波長光都能對發光有貢獻。熒光粉對光的吸收遵循下述規律。

其中I0(λ)是波長爲λ的入射光的原始光強，I(λ)是通過厚度爲x的熒光粉後的光強，Ki是不隨光強但隨波長而變化的一個係數，稱爲吸收係數。

中心粒徑

粒徑的體積累積分佈中對應於50%的熒光粉的粒徑，單位是μm。

溫度特性

表示熒光粉的發射特性與溫度的關係。通常指粉體加熱到120℃並恆溫10分鐘時的改變量，包括髮光亮度、激發波長、發射主峯及色品座標等。

色品座標

在RGB三原色系統中，三原色光亮度並不相同，其光亮度之比爲

R∶G∶B=1∶4.5907∶0.0601。在三色系統中，任何一種顏色的色刺激可用適當數量的三個原色的色刺激相匹配，每一原色的刺激量與三原色刺激總量的比稱爲該色的色品座標，簡稱色座標。每種表示系統有其對應的色品座標，在CIE1931的xyz表色系統中的色座標爲x=X/(X+Y+Z)

y=Y/(X+Y+Z)

z=Z/(X+Y+Z)

式中X，Y，Z三基色刺激量;

x，y，z色品座標;

由於x+y+z=1，故由一對色品座標(x，y)就可以表示一種顏色。

色溫、相關色溫及光色

由普朗克公式可得不同色溫的黑體的光譜能量分佈曲線，按照三刺激值計算它們的色座標x，y值，將這些x，y值繪製在x，y的色品圖上，各點連成一條曲線，其形狀如圖1所示，這條曲線就稱爲黑體軌跡。用這個黑體的溫度來表示該光源的顏色溫度，稱爲色溫(Tc)。由圖1可知，當黑體的溫度較低時，光色呈橙黃色。光色隨溫度升高逐漸接近白色，繼續升高黑體的發光就略顯藍色。