白光LED的发光材料-Phosphorous
一、荧光体(Phosphorous)
能将各种入射的能量转成光子的形式输出机能,具有此机能的称之为荧光性。而入射的形式有电子束、放射(α、γ……)线、……等。一般放射出来
的光子皆为可见光,可以直接让人眼感受到,具有此种机能的物质,称之为荧光体。对于荧光体可以应用于UV光波段的种类,约有30种材质;其材质的母体有卤化物、硫化物、氧化物、……等种类。
二、荧光体理论(Phosphorous Theory)
为制作高发光亮度(效率)的荧光体,需研究结晶体中可以发光的物质,这部份称为发光中心(luminescence center)。发光中心有许多种不同材质,最平常的是微黄的金属离子扩散在母体中而做成的,为让母体中的发光中心产生作用,有时需添加活性剂(activator),甚至于为让活性剂更容易作用,需要再加入其它的助活剂(Co-activator)。例如硅酸锌母体中,Doping Mn活性剂时,由紫外线或电子线激发,会激发出鲜艳的绿色。在一般荧光体中由于母体和活性剂的材料有所不同,所发出来的光波亦会有所不同,尤其是活性剂的影响度最大。要做为活性剂的物质,需要特定的原子结构,其中电子本身即具有能量,当外加的能量激发基态的电子到激态,而使得被激发到激态的电子成为不稳定
的自由电子,当电子处在高能阶时是活泼的自由电子会释放出能量,再由高能阶跳到基态的过程中会释放能量,而此时所释 放的光波即为光子,但是被释放的能量会因为 光子本身能量的大小而跃迁的大小为有所不同 ,而跃迁回来的距离会使得所发出来的光波有 所不同。而光波的不同会使得能量也不同,而 此时所释放出来的光子属于自然激发的现象; 可以由近代物理中的能阶光谱分裂的跃迁机制 理论证明,(图四)说明可得知。
圖四:II-VI族:Cu、Al能階躍遷圖。
应用在LED磊芯片上的荧光体具有吸收光谱的特性。LED磊芯片会发出多波长的光波,荧光粉涂层会将LED所发出来的光波先吸收再经材料转换而发出白光。荧光体的发光颜色是依禁止带的宽度及电子、电洞对产生时,所放出的能量来决定。而后者随着活性离子的不同而改变。
在II-VI族材料中Doping不同的材料会产生不同的发光光源,这些荧光体是由高能量的光子激发而发光,同时证明用母体结晶覆盖于活性剂金属离子上,而把活性剂变成发光机制中理想化的无机结晶。
圖五:磊晶成長、測試、封裝流程圖
三、II-VI 族化合半导体(II-VI Compound Semiconductor)
由于II-VI族化合物半导体具有强性的离子性结合键,所以比IV族或III-V族更具有较大的禁止带Eg的物质可做为在可见光区的光导电性组件,而禁止带较小的物质可以作为红外光检出器用。另一方面,在II-VI族化合物半导体的II族位置上置换III族掺杂物,或再VI族位置上置换VII族掺和物时,则可成为施体。反之,在II族位置上置换I族的掺和物,或VI族位置置换V族掺和物的话,可成为受体。而可制得N型和P型半导体。所以II-VI族半导体由不纯物掺和作用来制造N型、P型是不容易控制制得。因此,II-VI族半导体是N型、P型?就是由其构成元素的组成,就由哪种载子容易移动来决定之。
四、II-VI族荧光体制作(II-VI Compound Phosphorous manufacture)
1、II-VI族材料:II-VI族的荧光特性、活性剂的使用浓度比其它的荧光体之
用量少,通常荧光体使用活化剂浓度为数mole﹪,而II-VI族的浓度为
0.01mole﹪,对不纯物之纯在极为敏感,尤其特别是过度金属材料,只需
0.1ppm的程度,就会产生反应,故母体的结晶很单纯,需有非常高纯度
的荧光体。
2、制作流程
○1混合(活化剂和融剂的混合):对精制后的1moleII-VI族荧光体而言,融剂之用量为0.1mole及重金属活化剂添加10-3至10-5mole,混合搅拌。
○2干 燥:放入石英坩埚内,加热干燥之。(去除水分)
○3烧 成:干燥后的II-VI族荧光体,放入电炉内加热,直到约900℃-1000℃范围,约恒温60分钟,再降温冷却。
○4洗 净:冷却后,用稀酸洗净之、再用水洗净、再干燥之。
○5结晶分散:用磨钵搅磨之,细度:300mesh之程序,用筛子分离之。
○6表面处理:用稀酸洗净之、在用水洗净之、水蒸水洗净。
○7干 燥:再次加热干燥之。 ○8筛子分离:再次使用筛子分离之。
○9形成荧光体:荧光体和PVA-Cr搅拌合成浆状。
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推荐阅读最新更新时间:2023-10-18 16:16
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