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LED的不同制備原理及其性能比較

作者：宏拓新軟件
發(fā)布日期：2008-10-20	閱讀：44

20世紀(jì)中葉出現(xiàn)在市場上的第一批LED（Light Emitting Diode）發(fā)光二極管，經(jīng)過50余年的歷程，其性能提高了10倍，制造成本下降了10倍，取得了引人囑目的長足進(jìn)步。其發(fā)光效率已達(dá)到熱輻射光源的水平，光強(qiáng)達(dá)燭光級，輻射顏色豐富，尤其是白光LED的誕生，LED產(chǎn)品在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，已成為極具影響的新產(chǎn)品。本文就白光LED的不同制備原理及其性能比較加以探討，希與同行加以交流。
目前有三種工藝來制造白光LED。一種是利用各種顏色光混合產(chǎn)生白光，其原理就是色度學(xué)中三基色光為基礎(chǔ)。具體的方法就是將三種分別為紅、綠、藍(lán)的LED放置十分靠近，控制它們各自的輸出的比例，混合后就可以得到白光。
第二種方法是使用藍(lán)光LED外面涂敷熒光粉，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。具體工藝是將發(fā)射主峰在450~470nm波長范圍內(nèi)的藍(lán)光LED表面涂敷稀土石榴石系列熒光粉，該熒光粉在藍(lán)光輻照下會發(fā)射黃光，這樣部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成黃光和剩余的藍(lán)光混合后就能形成白光LED。
由于稀土石榴石熒光粉具有二個(gè)特點(diǎn)，首先是它的發(fā)射主峰可在500~580nm范圍內(nèi)，即黃光區(qū)域的任意位置，其次是它的最佳激發(fā)波長在430~480nm范圍之內(nèi)不同位置，這樣選用該系列熒光粉，加上配以不同波長藍(lán)光LED，就可制備不同色溫的白光LED。

圖1 涂熒光粉的白光LED結(jié)構(gòu)示意圖

同時(shí)，藍(lán)光LED芯片加涂敷熒光粉的方法制備白光LED還能夠以下述方式實(shí)現(xiàn)，即用藍(lán)光LED激發(fā)綠色和紅色熒光粉，其中綠色熒光粉可采用發(fā)射主峰為500~530nm的稀土石榴石熒光粉，而紅色熒光粉目前尚未找到一種發(fā)光效率足夠高的材料，通常是采用銪或錳激活的氧化物或鹽類化合物，亦可能是銪激活的有機(jī)發(fā)光材料。圖2顯示的就是應(yīng)用這種方法獲得白光LED的光譜能量分布改進(jìn)的情況。

圖2涂涂熒光粉的白光LED的光譜分布，左圖是早期的情況，右圖就是改進(jìn)熒光粉后的情況在紅光部分有顯著增強(qiáng)
第三種獲得白光LED產(chǎn)品的的方法,是由于紫光或紫外LED的出現(xiàn)，它提供了用紫光或紫外光激發(fā)三基色熒光粉或多種發(fā)光色的熒光粉，從而得到白光的途經(jīng)。由于紫光，尤其是紫外光的能量比藍(lán)光要高，制備出的白光LED光效可進(jìn)一步提高，同時(shí)它的光譜范圍更寬，顯色指數(shù)可進(jìn)一步增加，并可根據(jù)需要制備出不同色溫或不同顏色的LED產(chǎn)品。但我們必須注意到目前紫光或紫外光LED發(fā)展的現(xiàn)狀，小于370nm的紫外LED的發(fā)射強(qiáng)度極低，沒有實(shí)用價(jià)值，現(xiàn)LED芯片研制和生產(chǎn)領(lǐng)域都在努力提高370~420nm紫光和紫外光LED的效率。因而與主要輻射253.7nm紫外光的緊湊型節(jié)能熒光燈不同，白光LED要求熒光粉在更低能量的紫外，甚至于紫外激發(fā)下有較高的發(fā)光效率，目前廣泛用于緊湊型節(jié)能熒光燈的三基色熒光粉是不適用于這種白光LED的需求，必須開發(fā)新的白光LED專用的三基色或多色熒光粉，現(xiàn)發(fā)展出來適于應(yīng)用的熒光粉為：紅色熒光粉：Y2O2S：Eu3+，Y2O：Eu3+等；綠色熒光粉BaMgAl10O17：Mn2+，Ca8Mg（SiO4）4Cl2：Eu2+，Mn2+等；藍(lán)色熒光粉BaMgAl10O17：En2+，Sr5（PO4）3Cl：Eu2+等。三種方法開發(fā)的白光LED有很多種類，見表1所示。


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