【正文】 化發(fā)展。例如，利用LED微型化特點制作的微型化貼片式白光LED，片式白光LED現(xiàn)在己經(jīng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于手機背景光源。現(xiàn)在白光LED光源已經(jīng)廣泛用于照明領(lǐng)域并開始批量生產(chǎn)并投入軍隊和民用。我國對LED的研究起步較晚，2003年國家半導體照明工程啟動的時候才真正把LED發(fā)展提上議程，但在北京有色金屬研究總院稀土材料國家工程研究中心、北京大學、中國科學院長春光機與物理研究所、中山大學等主要單位的帶領(lǐng)下，在科研成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化方面均有一定進展。另外，國內(nèi)在LED專利方面嚴重缺乏核心專利，在該領(lǐng)域盡管我國申請300多項專利，接近全世界LED方面專利總量的40%,但這些專利絕大部分是我國發(fā)明專利，缺乏原創(chuàng)性的東西，很多是對國際核心專利的改性而成，另外國內(nèi)白光LED的研究主要集中于大學和研究所，缺乏與國外先進廠家的緊密聯(lián)系，沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?。 雖然近年來對氮化物熒光粉的研究比較熱門，然而遺憾的是，由于原料氮化物的相對惰性，合成熒光粉通常需要高溫、高壓、氣氛保護等苛刻條件，極大地限制了該系列熒光粉的應(yīng)用。目前僅有少數(shù)企業(yè)有少量上述氮化物紅色熒光粉的銷售，且價格極為昂貴。 熒光型白光LED的實現(xiàn)途徑及其應(yīng)用LED通過多種方式可以獲得白光，在LED芯片上涂熒光粉產(chǎn)生白光這種方法開發(fā)較早，而且實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。LED實現(xiàn)白光主要方法有三種，但這些方法并不成熟，因而影響白光LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域。 (l)將能被藍光激發(fā)的黃色熒光粉涂在藍色LED芯片上，與熒光粉發(fā)出的黃光和芯片發(fā)出的藍光相互作用產(chǎn)生白光[12]。這種方法最大缺點是黃色熒光體中Ce3+離子的發(fā)光效率不高，顯色性較差，不能滿足低色溫照明要求，目前日本Nichia公司壟斷了這種技術(shù)。 (2)將綠色和紅色兩種熒光粉涂在藍色LED芯片上，與熒光粉發(fā)出的綠光和紅光經(jīng)過與芯片發(fā)出的藍光復(fù)合得到白光。這種方法顯色性較好，但是轉(zhuǎn)換效率較低。 (3)將三基色或多種顏色的熒光粉涂在紫光或紫外LED芯片上，該芯片發(fā)射380nm410nm的紫光或370nm380nm的紫外光，利用發(fā)出的光激發(fā)熒光粉發(fā)射出白光，該法優(yōu)點是顯色性較好，缺點是存在和前兩種方法同樣的問題。對上述三種實現(xiàn)途徑的優(yōu)缺點用表格對比如下所示: 綜合以上三種方法的優(yōu)缺點可以知道前兩種方法較容易實現(xiàn)，隨著科學的不斷進步和制備工藝的不斷改進，幾十年后LED照明光源必將廣泛應(yīng)用于軍民照明領(lǐng)域，徹底取代白熾燈和熒光燈發(fā)展成為第四代綠色照明產(chǎn)業(yè)。 從1994年以來,隨著LED封裝技術(shù)的改進，該行業(yè)逐步向高亮度、多色化、顯示信息大型化發(fā)展,為市場帶來很多商機。這些LED新產(chǎn)品應(yīng)用在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域,其具體應(yīng)用主要在如下幾個方面[13]:(l)應(yīng)用于汽車車燈 以前汽車使用的是白熾燈，這有諸多缺點，例如不抗震、易損壞和壽命短等。我國在1987年開始將高亮度鋁稼錮磷紅光和黃光LED應(yīng)用于汽車的尾燈、方向燈和剎車燈等?，F(xiàn)在全世界每年生產(chǎn)汽車的20%用LED作光源,每年能為LED產(chǎn)業(yè)帶來幾百億美元的銷售收入。(2)應(yīng)用于交通信號燈和信息顯示板 高亮度的紅、黃和綠LED具有響應(yīng)速度快、耐沖擊和壽命長等優(yōu)點，最主要是它在濃霧與日光下可視性高。因此它被用于道路交通信號燈和交通顯示板，現(xiàn)在逐漸步入公路、鐵路、航空航運等領(lǐng)域。(3)應(yīng)用于LCD背光源 由于LED有無干擾和性價比高的優(yōu)點，隨著電子產(chǎn)品逐漸微型化，手機、電子計算器、電腦和手表等領(lǐng)域逐漸在應(yīng)用此光源。目前,我國己經(jīng)步入手機和電腦消費大國，這對于國內(nèi)外的LED生產(chǎn)商來說是一個很有潛力的市場。(4)應(yīng)用于全彩色顯示屏 LED顯示屏從單色、多色顯示過度到全彩色顯示用了幾年時間，屏幕尺寸在一定范圍內(nèi)可以無限做大，而且這種顯示屏逐步從室內(nèi)發(fā)展到室外，現(xiàn)在一般大型廣場、運動場或者演都采用LED全彩色顯示屏。(5)應(yīng)用于生產(chǎn)生活照明領(lǐng)域在全球能源危機和環(huán)境污染日益嚴重的背景下，作為第四代綠色照明光源的LED受到各國政府的重視，進入21世紀它逐步取代白熾燈和熒光燈步入照明領(lǐng)域。它不僅可以節(jié)約能源為社會帶來巨大經(jīng)濟效益而且減少了二氧化碳等溫室氣體的排放，改善了人們周圍的生活環(huán)境。第二章 白光LED基本原理 熒光粉的發(fā)光原理 發(fā)光的定義和發(fā)光材料的分類 在物體不發(fā)生化學變化條件下,受到外界的光照、電場和電子束影響，以光或熱的形式放出多余能量，這些能量以可見光或近可見光形式發(fā)射出來的現(xiàn)象就叫做發(fā)光。發(fā)光材料因為激發(fā)方式的不同分為以下幾種: (l)光致發(fā)光材料：以紫外光、可見光或紅外光為激發(fā)源。 (2)陰極射線發(fā)光材料：把電子束轟擊作為激發(fā)源。 (3)電致發(fā)光材料：用電場或電流作為激發(fā)源。 (4)X射線發(fā)光材料：以X射線作為激發(fā)源。 (5)放射線發(fā)光材料：以放射性物質(zhì)微粒輻射作為激發(fā)源。 (1)激發(fā)光譜和發(fā)射光譜：發(fā)射光譜取決于發(fā)光中心結(jié)構(gòu)，因此不同發(fā)光中心會產(chǎn)生不同光譜帶，它反應(yīng)的是發(fā)射光能量隨波長或頻率的分布。 (2)光強：點光源在某一方向上的發(fā)光強度，即是發(fā)光體在單位時間內(nèi)所射出的光量，也簡稱為光度，常用單位為燭光(cd,坎德拉)。 (3)發(fā)光亮度：單位為cd/m2,表示沿lm2發(fā)光表面的法線方向產(chǎn)生1燭光的光強。 (4)光通量：點光源或非點光源在單位時間內(nèi)所發(fā)出的能量，其中可產(chǎn)生視覺者(人能感覺出來的輻射通量)即稱為光通量。光通量的單位為流明(簡寫lm)。(5)照度：被照物體單位受照面積上所接受的光通量，或者說受光照射的物體在單位時間內(nèi)每單位面積上所接受的光度。 Eu2+離子的發(fā)光特性Eu2+離子的電子構(gòu)型是（Xe）（4f）7（5s）2（5p）6：Eu2+離子的基態(tài)中的7個電子自行排列成4f7構(gòu)型,8S7/2是其基態(tài)光譜項,+離子所處晶場環(huán)境決定,: Eu2+能級與場強關(guān)系示意圖 Eu2+離子電子躍遷有四種類型分別如下: (l)fd躍遷或df躍遷：從4f65d1組態(tài)到基態(tài)4f7（8S7/2）的允許躍遷； (2)ff躍遷：4f7（8S7/2）同一組態(tài)內(nèi)的禁戒躍遷； (3)ff躍遷：4f7（8S7/2）同一組態(tài)內(nèi)的禁戒躍遷；(4)4f65d6S→4f7（8S7/2）：4f65d與4f66S組態(tài)之間相互作用產(chǎn)生的禁戒躍遷；其中，不易實現(xiàn)的是第四種躍遷，由于所需能量較高，只能在部分堿土金屬硫族化合物中才會實現(xiàn)。在很多基質(zhì)中，4f65d組態(tài)躍遷產(chǎn)生的帶狀吸收和發(fā)射光譜，這是由Eu2+離子的4f6與5d狀態(tài)重疊導致的。同時，fd躍遷能量的改變是由裸露的5d電子造成結(jié)晶學環(huán)境改變造成的。從中可以看出，由于不同基質(zhì)晶格的組成不同導致了晶體場強度和共價性的不同，從而激發(fā)光譜在不同能量區(qū)出現(xiàn)。Eu2+的最近鄰陰離子配位基控制和陰離子極化率，共價性，電負性，配位陰離子等分別會導致它5d能級很大程度的劈裂和影響它5d能級重心移動。由于氮化物及氮氧化物具有很強的陰離子極化率，而且由于Eu2+共價性和電子云擴展效應(yīng)伽（Nepelanxetic effect)增強使得5d能級晶場發(fā)生劈裂和加大它的重心向低能方向移動,出現(xiàn)紅移。熒光粉發(fā)光過程主要有四種能量傳輸機理，分別如下: (l)基質(zhì)吸收激發(fā)能量,轉(zhuǎn)化為發(fā)光； (2)激發(fā)光照射激活中心使它吸收能量而成為激發(fā)態(tài)，激活中心返回基態(tài)發(fā)出光；由這一過程中，一些能量通過熱振動而釋放形成無輻射躍遷，熒光材料的量子效率由它的幾率決定； (3)多數(shù)條件下，激發(fā)能不能被激活中心很好吸收，因此可以在基質(zhì)中摻雜另一種離子，它能夠吸收激發(fā)能量后傳遞給激活中心，這種離子叫作敏化劑； (4)有時候,基質(zhì)本身也是一種敏化劑；紅色熒光材料發(fā)光含有兩個過程:(l)其中一個激發(fā)中心將能量傳遞給另一個激發(fā)中心(2)由電子和空穴的運動把激發(fā)能從一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。吸收輻射能量的是敏化劑，能量轉(zhuǎn)移中心為激活劑，發(fā)光機理包含兩個過程，第一是敏化劑輻射躍遷和激活劑再吸收，第二是由于共振作用，敏化劑和激活劑產(chǎn)生無輻射躍遷。敏化劑對激活劑激發(fā)效率由輻射在吸收幾率決定，所以影響輻射能量傳遞效率有兩個因素，一是敏化劑和激活劑吸收帶的重疊程度，二是激活劑吸收敏化劑發(fā)射光的效率。一般紅色熒光材料中激活劑吸收率較低，因此輻射能量傳遞效率也低。 LED基本工作原理(發(fā)光二極管)的發(fā)光原理示意圖 ，PN結(jié)是LED的核心，它由ⅢⅣ族化合物GaAs(砷化稼)、GaAsP(磷砷化稼)半導體制成。熱平衡態(tài)時，N區(qū)含有很多遷移率高的電子，P區(qū)含有許多遷移率低的空穴。由于PN結(jié)存在，常態(tài)下二者不能越過勢壘發(fā)生復(fù)合；給PN結(jié)施加正向電壓時，由于外加電場與勢壘區(qū)的自建電場相比擁有相反的方向，因此導致勢壘高度降低和寬度變窄，打破了PN結(jié)的動態(tài)平衡。發(fā)生少數(shù)載流子的注入，空穴從P區(qū)注入到N區(qū)，電子從N區(qū)注入到P區(qū)。該區(qū)的多數(shù)載流子和注入的少數(shù)載流子復(fù)合，以光形式發(fā)射出多余能量。 LED主要性能指標及其產(chǎn)品分類 LED主要性能指標 (1)LED的顏色：目前主要有紅、綠、青、藍、黃、白、暖白和唬拍色等,由于顏色不同,它的其它性能參數(shù)設(shè)計也不同。 (2)LED的電流：LED的正向極限(IF)電流最多在20MA,LED的光衰電流不能大于IF/3,大約15MA和18MA。在一定范圍內(nèi)LED的發(fā)光強度與IF成正比,當IF20MA時,亮度的增強己經(jīng)無法用內(nèi)眼分辨出來,因此LED的工作電流一般選在1719MA比較合理。 (3)LED的電壓：LED的正向電壓是指LED的正極接電源正極,負極接電源負極。電壓與顏色有關(guān)系,紅、,白、。 (4)LED的色溫：利用絕對溫度K表示色溫,將一標準黑體加熱到一定程度時顏色發(fā)生改變,當光源顏色與黑體相近時,此時黑體的絕對溫度就是該光源的色溫。 (5)LED顯色性：顯色性就是相對于光源而言物體顏色所表現(xiàn)出來的程度,它由顯色指數(shù)來衡量,它反應(yīng)的是物體被燈光照射時和被太陽光照射時相比發(fā)生顏色的變化,這可以表示光源發(fā)光顏色的性能。 (6)眩光：由于人眼睛周圍有很強烈的光或發(fā)光物體造成了人眼睛的不舒服,這就稱之為眩光。 (7)LED的壽命:LED的說明中,都可以使用50000小時以上,一些生產(chǎn)商宣稱其LED可以運作100000小時左右。主要問題是LED并不是簡單的不再運作而已,它的額定使用壽命不能用傳統(tǒng)燈具的衡量方法來計算。在測試LED使用壽命時,不會有人一直呆在旁邊等著它停止運作,LED之所以持久是因為它不會產(chǎn)生燈絲熔斷的問題,LED不會直接停止運作,但它會隨著使用時間的增加而逐漸退化。有預(yù)測表明,高質(zhì)量LED在經(jīng)過50000小時的持續(xù)運作后,還能維持初始燈光亮度的60%以上。 LED產(chǎn)品分類 (l)根據(jù)發(fā)光管顏色分類:可分為紅光、橙光、綠光和藍光等。根據(jù)發(fā)光二極管有色還是無色、出光處有沒有摻散射劑,上述發(fā)光二極管可被分為四種類型,分別是有色透明、無色透明、有色散射和無色散射。 (2)按照發(fā)光管出光面的形狀可分為圓形燈、方形燈、矩形燈、面發(fā)光管、側(cè)向管和表面安裝用微型管等。 (3)根據(jù)二極管結(jié)構(gòu)分類:分為全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等。 (4)根據(jù)發(fā)光強度和工作電流分類:可分為普通亮度LED(發(fā)光強度10mcd)、高亮度LED(10100mcd)和超高亮度LED(發(fā)光強度1OOmcd)。 (5)按功率分類:有小功率LED(),中功率LED(),大功率LED(15OOW),隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,LED的功率越做越大。(6)按封裝形式分類:可以分為SMD(貼片)和DIP(直插)兩種。第三章 氮化物熒光粉的研究現(xiàn)狀及合成近年來發(fā)展起來的一類新型熒光粉一氮化物熒光粉，用氮元素部分或