自己动手制作白色led专用设备

自己动手制作白色led专用设备本文介绍了作者自己制作led专用分光仪的细节，解决了白色led生产过程中分光仪设备的价格昂贵问题，对于那些想生产白色led又苦于设备价格太贵的led生产厂有特别意义。通过与作者联系后发现，作者所在的公司并非没有全自动分光仪，而是他们生产的led的形状不适合分光仪工作，所以他的经验也适合那些想生产高档、高附加值的led的企业关键词：白光LED，分光仪,光谱议LED的种种优点和白光发光二极管的市场前景想必大家比我更明白,用InGaN/GaN蓝光发光二极管（LED）与钇铝石榴石(YAG)荧光粉结合而得的白光发光二极管（W-LED）的技术相信大家比我用得更好，关键是要有一个点荧光粉的光谱仪和把白色led分类的分光仪,本文就是介绍自己做点荧光粉设备的体会，如果大家喜欢，我再把自己做的简易分光仪的文章奉献给大家。一；点荧光粉设备的构想：把一个蓝光发光二极管半成品(连支架)放在底座上，通以一个恒定电流(如350MA)此时LED亮了，在LED上方加一个光谱仪或是分光仪，仪器应指示你加入多少荧光粉，加入荧光粉后，再放到仪器下看，仪器应指示你还需要添加多少荧光粉。一旦色温达到设定的范围，仪器即指示该产品合格见图1.1图1.1点荧光粉设备的构想二；设备的制作：材料准备：1：PC电脑一台，新旧不论，只要有USB接口就好，只要不是1990年以前的老电脑。相信你也没有这种老古董。哈哈2：找一个光谱仪或是分光仪，要求输出能至USB接口的。本人使用的是加拿大Automatictestingandprocesscontrollinginc公司生产的3A06M3-1型集成微型分光仪机芯，性能好，因为是大批量生产的产品，所以价格也很便宜。3：找一个恒流源，要求输出稳定。如果买不到，可联系本文作者，获取一份图纸，按图纸自己做一个只要十来元钱。（作者信箱[e-mail]全部小写）4：做一个机箱(或称遮光盖)，这可是要根据你的led形状自己做，它的作用是底座部分给led供电，上面遮光，最上方装分光仪头。笔者是用黑色有机玻璃，为了保证不透光，做好后，再在内部再喷一层黑色油漆。制作1：机座部份我们根据自己生产的持点，制作了一个led支架，由于支架是别人设计的，我不便随便发表，只是告诉一个原理，很简单的。支架下部提供350ma电流，并夹住led,使插入的led半成品被点亮，上部遮光，顶端夹住一个传感器。如需350ma电流恒流源电路图，可来email索要（作者信箱[e-mail]全部小写）。2：电脑部份由于3A06M3-1型集成微型分光仪机芯集成了分光仪所需要的一切，体积特小，故障率低，输出直接可接接usb口，我又是电脑专业人员，于是就针对点荧光粉的过程，编写了一个点荧光粉的软件，以动画方式指示操作者添加荧光粉以及需要添加的数量。把安装光盘放入电脑光驱中,双击setup.exe系统自动地把软件安装在你的电脑中(一次安装以后无需安装)。如有系统提示，全部选yes，如提问密码，键入3A06M3-1即可。把传感器的usb线插入电脑的usb口，电脑会显示Automatictestingandprocesscontrollinginc.CANADA，并自动安装设备驱动程序。(此时，如从开始-设置-系统-硬件配置中会多一个设备3A06M3-1colorcontroldeviceV2.0出现)，表示一切都安装完毕。3：就这样，在有安装盘的情况下，一台点荧光粉设备只化二天时间全部搞定。接下来开机试用了。三：使用按原先的计划，我们开始试用自己做的专用装置。接上电源,把被测LED放在支架上，半成品LED被点亮。把带有测试头的光遮盖放在LED上面，此时电脑显示屏立即显示(图3.1)其中，LED身上的颜色是现在实测的LED颜色,它现在对应的色温和颜色坐标显示在屏幕中，LED上方的吸管以及吸管旁边的数字代表建议操作者需要添加荧光粉的数量。屏幕下方还有二个指示条，上部的指示条指示操作者设定的目标颜色，下部的指示条指示现在被测LED当前颜色的位置，操作者从这些信息中可以一目了然地知道还需要添加多少荧光粉。反复几次，就做好了一个达到要求的LED。作者简介：刘昌明华裔加拿大科学家。现定据上海。曾参加多项中国尖端电子技术设计，现任职于加拿大飞机座舱仪表公司，和一家美国led公司。设计特色：复杂问题简单化中国手机号[phone];电子邮件地址:[e-mail]([e-mail])欢迎交流附：用InGaN蓝光LED与YAG荧光粉制造自然白光LED用InGaN蓝光LED与YAG荧光粉制造自然白光LEDTheFabricationofWhiteLEDUsingInGaNBlueLEDandYAGFluorescence物理学院物理学系98级王宇方摘要本文报导了通过结合自行研制的InGaN/GaN蓝光发光二极管（LED）与钇铝石榴石(YAG)荧光粉结合而得的白光发光二极管（W-LED）。在室温、正向电压3.5V、正向电流20mA时W-LED轴向亮度为1cd，CIE色坐标为（0.31,0.38），接近纯白色（0.33,0.33）。AbstractItisreportedthatthewhitelightemittingdiodesarefabricatedbycombiningInGaN/GaNblueLEDandYAGfluorescence.AtforwardvoltageVf=3.5V,forwardcurrentIf=20mA,androomtemperature,theluminousintensityofthewhiteLEDis1cd,andthechromaticitycoordinate(x,y)(0.31,0.38),whichisneartothepurewhite(0.33,0.33).Keywords:whitelight,LED,YAGfluorescence全固体白光发光二极管（W-LED）将作为照明光源取代以爱迪生发明的白炽灯泡为代表的照明光源，引发照明界的一场革命，已取得科学界与产业界的共识。[1，2]作为照明光源，W-LED具有体积小、寿命长等优点，而且，与白炽灯相比，后者的辐射主要集中在红外区，产生大量热量，W-LED则是一种冷光源，辐射主要集中在可见光区，几乎不产生热，也消除了非可见光区电磁波对人体的危害；与荧光灯相比，W-LED的制造与使用过程都不会引入汞的污染，与叠有许多线状光谱的荧光灯光谱，W-LED的连续光谱更接近自然光；此外，由于使用低于5V的直流电源，W-LED不会有50Hz的闪烁现象；由于灯体封装在树脂中，W-LED对震动等因素不敏感，比灯丝或灯管对环境的适应性更高。基于LED的种种优点，它将能取代部分难以更换或昂贵的发光设备，比如目前已开始应用在交通照明以及背景光照明等，[4]甚至在医学上，W-LED被用于内窥镜的照明，使无引线内窥镜得以实现。[5]近年来，随着气相外延生长的化合物半导体薄膜技术的改进，特别是在金属有机化合气相沉积(MOCVD)技术方面取得的巨大进展。用MOCVD方法制成的发光二极管（LED）显著的提高了发光强度，并增加了颜色的变化范围。GaN基蓝色LED出现后，红绿蓝三色LED全部完成，几乎可以实现人眼能分辨的全部颜色。其中白色LED成了人们关注的焦点。[6]1931国际照明委员会（CIE）色度图（如图1）显示了颜色之间的关系。色度图是建立在人眼视网膜上有三种不同的颜色感应细胞的基础上。相应每种细胞的不同响应，每种颜色可以用三个色度参量（X，Y，Z）来表示。又由于理论上任何颜色都可以用三基色混合而成，用归一化的色坐标（x，y，z）表示这三种基色所占的份量，x+y+z=100%，z由（x，y）唯一确定，因此任何颜色都可以用（x，y）色度图上的点来表示。图中E是概念中的纯白色，坐标为（0.33,0.33）。作为色彩混合的一个例子，白光可以用若干方法得到。它可以是可见光区的连续光谱，如日光、白炽灯的黑体辐射，也可以是由若干光谱色合成，如汞灯的线状光谱。[7]这里的W-LED所发出的白光是由InGaN/GaN蓝光LED的蓝光与YAG荧光粉发出的黄光合成，[5]色坐标（0.31,0.38）接近纯白色点。图1：CIE（x,y）色度图。其中E代表纯白色，X带表W-LED的颜色。照明光的光谱不同，物体反射光的颜色也不同，甚至面目全非。人们习惯于看日光下的东西，所以用日光来定义照明光的显色指数，也就是色彩还原性。规定能将标准检测色还原到日光下颜色的光源，其显色指数为100，显色指数的最大值。W-LED显色指数为60~70，与普通荧光灯接近。采用低压MOCVD技术制成的单量子阱（SQW）InGaN/GaN蓝光LED的电致发光光谱如图2，发光峰为460nm，半峰值全宽（FWHM）为30nm，荧光染料是高温烧结制成的含Ce3+的钇铝石榴石（YAG）荧光粉，吸收峰为460nm，发射光谱如图3。发射谱是可见光区内的宽谱，峰值550nm，颜色为黄色。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm，YAG的质量含量为30-50%。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。之所以采用这种方法，是因为这样得到的白光均匀稳定，与红绿蓝三基色白光等相比，更接近自然日光。[4]发光部分封装在树脂中，成为直径3mm（Φ3）的LED。图2，蓝光光谱图3，YAG发射光谱改变YAG的含量制得一系列LED，它们颜色的（x，y）坐标如图4所示。正如色彩相加混合原理所预计，它们分布在直线AB上，E是概念中的纯白光。这说明可以通过改变YAG的含量来控制LED的固有色。进一步加大YAG含量，则有可能得到不同的白色甚至黄色。图4.LED色度随荧光粉含量的变化W-LED的xy色坐标为(0.31,0.38)。根据相关色温公式(McCamy，1992)[8]：T=-437n3+3601n2-6861n+5514.31n=(x-0.3320)/(y-0.1858)可知其色温为6400K。调节荧光粉的含量，色温可以在5000～20000K间变化。通过对标准检测色的还原程度计算[8]，W-LED的显色指数多在70左右。发光光谱如图5，亮度通常是1cd，个别达到2cd，甚至3cd以上。可以看出发光光谱是由一个宽带和一个窄带组成，峰值分别在460nm，即蓝光LED发射峰和主要在550nm的宽带谱，即YAG的发射峰。光谱能量分布集中在可见光区，包含了从蓝到红的全可见波长。图5.白色LED光谱图6.白色LED光强角分布W-LED光强的角分布如图6。可以看出它是一种高聚光发光二极管，半强度角约为150。同时，改善封装工艺，减小半强度角或提高YAG在树脂中溶解的均匀性，也有助于提高轴向亮度。使其具有更好的色彩还原性。并且通过控制YAG含量得到一系列适用于不同用途的白色，如冷白、日光色、暖白、紫白等。总之，W-LED是结合InGaN蓝色LED与YAG荧光粉而得，固有色随荧光物质的量变化而改变。在室温，正向电压3.5V，正向电流20mA时，轴向亮度1cd，xy色度坐标(0.31，0.38)。致谢衷心感谢张国义老师一年来在科研上给我的精心指导与接触前沿科技的机遇，张老师渊博的知识，严谨的治学态度，独到的见解给我留下了深刻的印象。感谢杨志坚老师在实验上对我的指导，鼓励我放开手脚，大胆灵活地实现我的想法。感谢丁晓民老师教我养成一丝不苟的科研习惯，丁老师对我的学习、生活和工作都十分关心，她无微不至的关怀让我深受感动。感谢GaN系列材料与器件研究组的全体老师和同学对我的关心与帮助。感谢政基金给我这个走进实验室的机会。参考文献：[1]梁春广，半导体情报2000，37（1）：1[2]SavageN,TechnologyReview,2000,103(5):38[3]EngelkeR,ElectronicDesign,1999,47(1):20[4]CohenS,E