（天津三安光电有限公司，天津 西青 300384）
摘要：节能照明产业迅猛发展，尤其是以白光LED为代表的新型固态照明光源，因其节能、环保以及寿命长等优点，迅速成为第四代照明光源。当前，白光LED是由荧光材料加上蓝光或者紫外光LED芯片来实现的，而其发光性能的好坏主要是通过测量荧光材料的一系列参数来衡量的，尤其是以畺子效率为代表的光学参数。鉴于此，本文就LED用荧光材料发光性能的测量技术展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：LED；荧光材料；半积分球；光纤探测
1、LED的发光原理
LED发光二极管不但具有一般PN结的电学特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
LED加正向电压后，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光，如图3所示。就能源源不断地从相对的方向将大量的多数空穴载流子与大量的多数电子载流子分别注入PN结，大量的空穴，电子载流子在PN结中复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入载流子的电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当电流从LED阳极(P区)流向阴极(N区)时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的颜色与LED的晶体材料种类有关，光的强弱与电流强度有关。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即λ≈1240，Eg(nlTl)式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光～780rim红光)，半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光LED发光二极管，但其中蓝光LED发光二极管成本、价格很高，使用不普遍。
2、测量方案
（1）积分球内不放置任何物体，使得激发光源直接照射到积分球内，并用光纤探测器探测光谱信号，最后通过光纤光谱仪将探测到的光谱数据在电脑上进行显示，此时显示的光谱，我们称之为激发光谱；（2）将待测焚光材料样品放置于积分球内，但不要将激发光源直接照射到待测样品上，此时用光纤探测器探测以及用光纤光谱仪进行显示，此时测得的光谱信号为该荧光材料样品二次吸收后发射的光谱信号，然而这样做的主要目的是为了防止该荧光材料样品的二次吸收作用对其最终量子效率的测量结果的影响；（3）同样的将待测荧光材料样品放入置于积分球中，这次使得激发光源直接照射到待测荧光样品上，此时用光纤探测器以及光纤光谱仪测得的光谱信号数据为该荧光材料一次发射光与二次发射光的总和，我们称之为总的荧光材料发射光谱。
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3、系统的总体设计
3.1、总体设计流程
对于该荧光材料量子效率测量系统，其设计流程主要分为以下几步：（1）根据测量方案的三步，先分别测量出激发光光谱数据、二次照射后的发射光的光谱数据以及直接照射后总的发射光光谱数据；（2）对光谱数据进行处理，主要包括去噪声、定标以及分峰，使其得到适合量子效率计算的光谱数据；（3）根据处理后的光谱数据进行量子效率的汁算，最终得到该荧光材料的绝对量子效率。
3.2、激发光源的选择设计
荧光材料的量子效率指的是在一定波长的激发光源激发下，荧光材料发射的光子数与吸收的光子数之比。由此可以了解，只有在定义一定的波长的情况下，测量荧光材料的量子效率才有意义。若激发光源不同，即使测量同一种荧光材料的量子效率也不会相同。所以，在说明某一荧光材料的量子效率时，必须要指定其激发光源的激发波长。目前，主要有三种测量荧光材料的量子效率的激发光源，分别为激光、氙灯和LED灯。若采用的入射光源为激光，由于其较差的稳定性，会影响不同荧光材料的量子效率的测量结果。同时，若测量的荧光材料的不同，也需要使用不同波长的激发光，这样会间接增加测量荧光材料量子效率的成本。最重要的是，当激发光源与积分球耦合的过程中，会很容易造成光不能全部进入积分球的状况，这样会使的测得的光强偏弱，测量的结果有误差。若采用的激发光源为氙灯，虽然氙灯可以测量不同激发波长的荧光材料的量子效率，然而当使用氙灯进行测量时，需要使用单色仪或者滤光片，同样的两者的耦合较为麻烦。即使耦合后，测得的光强也会进一步减弱，致使其测得的该荧光材料的量子效率偏小。最后还有最重要的一点是，氙灯的价格比较昂贵。而采用发光二极管（LED）作为激发光源时，由于其较小的体积，使其可以直接放置于积分球内，这样做不仅避免了与积分球的耦合问题，也增加光的探测强度，最终提高了测量的精确度。但若使用此光源作为激发光源，则需要控制其老化时间，使其具有更好的稳定性。还有一点是，LED价格便宜，在市场的价格竞争中，能够处于领先的地位。
结束语
综上所述，LED直接把电能转化为光能，是人们认识了本征半导体导电特性之后，有意识地改造本征半导体制作出了全新的P型和N型杂质半导体，利用P型半导体中多数空穴载流子与N型半导体中多数电子载流子在PN结里复合而释放光子能量。
参考文献
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作者简介:杨怡欣（1990年7月—），女，汉族，天津市蓟州区人，天津三安光电有限公司，工程师。
王立伟（1990年8月—），男，汉族，天津市蓟州区人，天津三安光电有限公司，工程师。
论文作者:杨怡欣 王立伟
论文发表刊物:《知识-力量》4中
论文发表时间:2018/9/18