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LED的不同制备原理及其性能比较

    作者：宏拓新软件
    发布日期：2008-10-20         
阅读：47     
 
 
20世纪中叶出现在市场上的第一批LED（Light Emitting Diode）发光二极管，经过50余年的历程，其性能提高了10倍，制造成本下降了10倍，取得了引人嘱目的长足进步。其发光效率已达到热辐射光源的水平，光强达烛光级，辐射颜色丰富，尤其是白光LED的诞生，LED产品在照明领域的应用，已成为极具影响的新产品。本文就白光LED的不同制备原理及其性能比较加以探讨，希与同行加以交流。
目前有三种工艺来制造白光LED。一种是利用各种颜色光混合产生白光，其原理就是色度学中三基色光为基础。具体的方法就是将三种分别为红、绿、蓝的LED放置十分靠近，控制它们各自的输出的比例，混合后就可以得到白光。
第二种方法是使用蓝光LED外面涂敷荧光粉，其结构如图1所示。具体工艺是将发射主峰在450~470nm波长范围内的蓝光LED表面涂敷稀土石榴石系列荧光粉，该荧光粉在蓝光辐照下会发射黄光，这样部分蓝光转变成黄光和剩余的蓝光混合后就能形成白光LED。
由于稀土石榴石荧光粉具有二个特点，首先是它的发射主峰可在500~580nm范围内，即黄光区域的任意位置，其次是它的最佳激发波长在430~480nm范围之内不同位置，这样选用该系列荧光粉，加上配以不同波长蓝光LED，就可制备不同色温的白光LED。

图1 涂荧光粉的白光LED结构示意图

同时，蓝光LED芯片加涂敷荧光粉的方法制备白光LED还能够以下述方式实现，即用蓝光LED激发绿色和红色荧光粉，其中绿色荧光粉可采用发射主峰为500~530nm的稀土石榴石荧光粉，而红色荧光粉目前尚未找到一种发光效率足够高的材料，通常是采用铕或锰激活的氧化物或盐类化合物，亦可能是铕激活的有机发光材料。图2显示的就是应用这种方法获得白光LED的光谱能量分布改进的情况。

图2涂涂荧光粉的白光LED的光谱分布，左图是早期的情况，右图就是改进荧光粉后的情况在红光部分有显著增强
第三种获得白光LED产品的的方法,是由于紫光或紫外LED的出现，它提供了用紫光或紫外光激发三基色荧光粉或多种发光色的荧光粉，从而得到白光的途经。由于紫光，尤其是紫外光的能量比蓝光要高，制备出的白光LED光效可进一步提高，同时它的光谱范围更宽，显色指数可进一步增加，并可根据需要制备出不同色温或不同颜色的LED产品。但我们必须注意到目前紫光或紫外光LED发展的现状，小于370nm的紫外LED的发射强度极低，没有实用价值，现LED芯片研制和生产领域都在努力提高370~420nm紫光和紫外光LED的效率。因而与主要辐射253.7nm紫外光的紧凑型节能荧光灯不同，白光LED要求荧光粉在更低能量的紫外，甚至于紫外激发下有较高的发光效率，目前广泛用于紧凑型节能荧光灯的三基色荧光粉是不适用于这种白光LED的需求，必须开发新的白光LED专用的三基色或多色荧光粉，现发展出来适于应用的荧光粉为：红色荧光粉：Y2O2S：Eu3+，Y2O：Eu3+等；绿色荧光粉BaMgAl10O17：Mn2+，Ca8Mg（SiO4）4Cl2：Eu2+，Mn2+等；蓝色荧光粉BaMgAl10O17：En2+，Sr5（PO4）3Cl：Eu2+等。三种方法开发的白光LED有很多种类，见表1所示。
 

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