白光LED的发光材料

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。

白光发光二极管设计制造