基于InGaN蓝光LED的光转换型白光LED用稀土发光材料的研究进展
基于蓝光LED芯片激发的荧光粉研究进展
基于蓝光LED芯片激发的荧光粉研究进展一．引言固体白光发光二极管将成为21世纪新一代节能光源。
要实现白光的重要途径之一是利用稀土发光材料的荧光转换技术，把InGaN半导体管芯发射的460 nm蓝光或400 nm近紫外光转换成白光。
二．黄光荧光粉日本日亚化学公司于1996年首先研制出发黄光系列的钇铝石榴石（yttrium aluminum garnet，YAG）荧光粉配合蓝光LED得到高效率的白光光源。
近年来，科研人员对钇铝石榴石系列荧光粉的制备、物理性能、发光性能进行了大量的研究。
图1为采用不同方法合成的YAG:Ce荧光粉的发射光谱，从图中可以看出，由燃烧法和固相法合成样品的发射光谱与采用溶胶凝胶法和共沉淀法合成的样品有明显的红移，可能是由于后两种方法得到的样品颗粒较小而导致表明张力较大。
台湾大学刘如熹等用固相法合成了Ce，Gd取代Y，Ga取代Al的Y3Al5O12，研究得出只需少量Ce取代就可实现黄色荧光。
Gd取代Y时，钇铝石榴石荧光粉晶格常数变大，发射光谱最大峰有红移现象。
Ga取代Al时，钇铝石榴石荧光粉晶格常数变大，发射光谱最大峰有蓝移现象。
通过调节Gd，Ga的量可使发射光谱在510~560 nm之间变化。
图1不同方法合成的Y AG:4%Ce荧光粉的发射光谱（(a)燃烧法，(b)溶胶凝胶法，(c)共沉淀法，(d)高温固相法）由于商用的发射蓝光的InGaN的发射波长在460 nm附近变动，因此，为了保持发射白光，YAG:Ce3+的发射波长和色坐标也必须相应变动。
为此，可改变Ce3+的掺入浓度或调整Y3Al5O12的组成。
随着Ce3+的掺入浓度的增大，发射峰值移向长波，当以Gd3+部分取代Y+，或以Ga3+或In3+部分取代Al3+，可使Ce3+在Y3-x Gd x Al5O12或Y3Al5-y M y O12(M=Ga3+或In3+)中的发射波长发生相应的变动，随着x的增大，发射波长移向长波；随着y的增大，发射波长移向短波，同时，发光强度都下降。
《近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青-蓝色荧光材料的制备与性能研究》范文
《近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青-蓝色荧光材料的制备与性能研究》篇一近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青-蓝色荧光材料的制备与性能研究一、引言随着科技的飞速发展，白光LED技术逐渐成为照明、显示等领域的主流技术。
近紫外激发白光LED，由于具备高亮度、高显色指数、长寿命等特点，更是受到广泛的关注和追捧。
本文致力于探讨近紫外激发白光LED中稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂的青/蓝色荧光材料的制备及其性能研究。
该荧光材料对白光LED的发光性能有着重要的影响，其研究对于推动LED技术的进步具有重要意义。
二、材料制备本实验所制备的稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青/蓝色荧光材料主要采用了传统的固态合成法。
其制备流程如下：1. 根据预设比例混合Eu2O3、CeO2、所需基质及助溶剂。
2. 在高温条件下，通过混合物的煅烧过程合成掺杂稀土的青/蓝色荧光材料。
3. 待煅烧完成后，将材料进行研磨、筛选，得到所需的荧光粉。
三、性能研究1. 光学性能：我们首先研究了制备的青/蓝色荧光材料的吸收光谱、发射光谱以及量子效率等光学性能。
结果表明，在近紫外光激发下，掺杂Eu2+与Ce3+离子的荧光材料表现出良好的发光性能，其发光颜色可调，且量子效率较高。
2. 稳定性：我们进一步测试了荧光材料的热稳定性和光稳定性。
实验结果显示，该荧光材料在高温和持续光照下均表现出良好的稳定性，具有较长的使用寿命。
3. 实际应用：我们将该荧光材料应用于近紫外激发白光LED 中，通过调整掺杂比例和LED结构参数，实现了白光LED的高效发光。
实验结果表明，该荧光材料显著提高了白光LED的发光效率和显色指数。
四、结论本文研究了近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青/蓝色荧光材料的制备及其性能。
通过实验证明，该荧光材料具有优良的光学性能、热稳定性和光稳定性，可有效提高近紫外激发白光LED的发光效率和显色指数。
稀土材料在纳米荧光材料中的应用与研究现状
稀土材料在纳米荧光材料中的应用与研究现状引言纳米材料是指在尺寸范围为纳米级别的材料，具有优异的光学、电学、热学等性质。
纳米荧光材料作为一种重要的纳米材料，具有较强的荧光特性，可广泛应用于生物医学、能源、电子器件等领域。
而稀土材料由于其特殊的电子结构和能带特性，被广泛用于纳米荧光材料的研究和应用中。
本文将对稀土材料在纳米荧光材料中的应用和研究现状进行综述。
稀土材料的特性稀土材料是指具有原子编号57至71的元素，也称为镧系元素。
稀土材料由于其特殊的电子结构和能带特性，具有以下几个特点：1.显著的光学性质：由于稀土元素的内层电子结构，稀土材料可以发出强烈的荧光，具有较长的激发和发射寿命，适用于纳米荧光材料的制备。
2.宽波段光谱特性：稀土材料可以在可见光范围内发射多种颜色的荧光，可以根据需求调控其发射波长，实现多色发光应用。
3.高量子效率：稀土材料的荧光量子效率一般较高，可以提供较强的荧光信号，在生物标记和荧光探针方面具有广阔的应用前景。
稀土材料在纳米荧光材料中的制备方法稀土材料在纳米荧光材料中的应用主要通过合成纳米荧光材料的方法实现。
常见的制备方法包括溶剂热法、共沉淀法、气相沉积法等。
以下是几种常见的制备方法：1.溶剂热法：将稀土盐、有机溶剂和表面活性剂加热并搅拌反应，经过一系列的步骤，生成纳米荧光材料。
2.共沉淀法：将稀土盐和其他金属盐溶解在水中，调节pH值，添加沉淀剂，生成沉淀，经过煅烧后得到纳米荧光材料。
3.气相沉积法：将稀土金属有机化合物气体引入反应室中，经过一系列的化学反应，生成纳米荧光材料。
稀土材料在生物医学领域的应用稀土材料在生物医学领域的应用主要体现在生物标记、光动力疗法和生物成像等方面。
1.生物标记：通过将稀土材料与生物分子（如抗体、核酸等）结合，可以实现对生物分子在细胞和组织中的定位和追踪，用于疾病诊断和治疗。
2.光动力疗法：将稀土材料作为光敏剂，通过激活产生的荧光来产生活性氧，进而实现光动力疗法，广泛应用于肿瘤治疗等领域。
稀土上转换发光材料研究进展
科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 工 程 技 术稀土上转换发光材料是指材料吸收能量较低的光子时却能够发出较高能量的光子的材料,或者也可以说是受到某种光激发时,材料可以发射比激发光波长短的荧光材料。
由此可知,上转换发光的本质是一种反Stokes发光。
一般来说,稀土离子上转换发光所用介质是晶体或玻璃态物质,通过激发态吸收或者各种能量的传递过程,稀土离子被激发至高于泵浦光子能量的能级,向下跃迁而发射上转换荧光。
早在1959年,就已经出现了利用960nm 的红外光激发多晶ZnS,观察到了525nm绿色发光的报道。
但由于早期最好的上转换材料的发光效率还不超过1‰,并且由于发光二极管的发射峰与上转换材料的激发峰匹配的不是特别理想,因此并没有达到实用化的水平。
1962年,上转换发光现象又在硒化物中得到了进一步的证实,红外辐射转换成可见光的效率达到了相当高的水平。
1966年,Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时意外发现,当基质材料中掺入Y b3+离子时, Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。
在此后的十几年内,上转换材料就发展成为了一种把红外光转变为可见光的有效材料,并且达到了实用的水平。
例如,上转换材料与发红外光的Si-GaAs发光二极管(LED)配合,能够得到绿光,其效率可以与Ga P发光二极管媲美,这可以说是很大的突破。
它还可以用于各类半导体激光器的红外检测、红外发光二极管发射光跟踪、Y A G等大型激光器的校对等。
20世纪90年代初,利用上转换材料实现激光输出获得了令人振奋的成果:不仅在低温下(液氮温度),于光纤中实现了激光运转,而且在室温下,在氟化物晶体中也成功地获得了激光运转,光-光转换效率超过了1%,高达1.4%,从而使红外激发上转换材料在显示、光计算和信息处理等领域显示了广泛的实用前景。
稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究
稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究1.引言发光材料是一类在外界激发下能够发出可见光的材料，其在照明、显示、激光、生物医学等领域具有广泛的应用。
稀土元素作为一类特殊的元素，在发光材料中扮演着重要的角色。
本文将探讨稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究。
2.稀土元素在发光材料中的应用稀土元素具有较高的原子序数和复杂的能级结构，使其在发光材料中具有独特的发光性能。
稀土元素常被用于制备荧光粉、磷光体、荧光玻璃等发光材料。
以镝、钬、铒、钆等为代表的稀土元素在不同的发光材料中展现出不同的发光行为，例如镝离子表现出红色荧光、钬离子表现出蓝色荧光等。
通过调控稀土元素的掺杂浓度、晶体结构等因素，可以实现针对性地调节发光颜色和发光强度，满足不同应用领域的需求。
3.稀土元素发光性能研究稀土元素发光性能的研究是深入了解其在发光材料中的作用机制和性能表现的关键。
研究表明，稀土元素的发光性能受多种因素影响，包括晶体结构、掺杂浓度、激发光源等。
例如，通过增加稀土元素的掺杂浓度，可以提高发光材料的发光效率和色纯度；通过选择合适的晶体结构，可以改善发光材料的光学性能；通过设计合适的激发光源，可以实现更高强度的发光效果。
此外，稀土元素的能级结构和跃迁规律也对发光性能起着决定性的作用，深入研究这些规律对于提升发光材料性能具有重要意义。
4.稀土元素的应用案例稀土元素在发光材料中的应用案例丰富多样，涉及照明、显示、激光等多个领域。
以镝为例，其在LED照明中的应用已经成为主流。
镝离子作为红色荧光发射剂，可以实现LED的白光变色效果，提高照明品质；钆和铒等稀土元素在激光器件中的应用也取得了显著的效果，为激光技术的发展提供了关键支持。
随着稀土元素在发光材料中的研究不断深入，其应用领域将进一步拓展，为科技发展和产业升级注入新动力。
5.结论稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究具有重要意义，对于推动发光材料技术的发展具有深远影响。
稀土掺杂铝酸盐白光LED发光材料
TAG
TAG是2002年在YAG基础上研究出来的新型荧光粉，它 与蓝光LED组合可发出暖色调的白光。化学式 Tb3Al5O12:Ce3+（黄粉）。这种荧光粉与蓝光LED组合可 发出暖色调的白光。是突破日亚化学公司荧光粉专利最具 代表性的一项。激发光谱：467nm蓝光，发射光谱： 536~560nm黄光。主要缺点：比较难做亮，它多用于制 造低于5000K的低色温白光LED。
沉淀法
· 优点：沉淀法的制作工艺简单、方便、生产的周期短，还 能够在生产的过程中控制原料溶液的浓度，反应温度、反 应时间等来改变合成的条件，提高荧光粉的发光特性。
· 缺点：需要考虑许多动力学因素的影响并加以控制，如离 子的浓度、溶液的pH值反应温度、沉淀剂的种类、沉淀 的速度、沉淀剂滴加的方式、干燥方式、分散剂等，都必 须经过实验和反应机理的考虑加以选择和控制。
溶胶-凝胶法
· 溶胶一凝胶法是20世纪60年代发展起来的制备无机材料的 新工艺，用这种方法来制备YAG:Ce荧光粉是一种具有广 阔应用前景的软化学合成方法，基本原理是:稀土元素的 硝酸盐或醇盐溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均质溶液，溶 质与溶剂发生水解或醇解反应，反应产物为1 nm左右的粒 子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶。凝胶再经干 燥、锻烧，转化为最终产物。
LuAG
· Lu3Al5O12:Ce3+（绿粉）具有耐高温、抗潮的优点，经蓝 光激发后的亮度高，是目前最好的白光LED用绿色荧光粉 紫外激发条件下，Ce掺杂I,uAU粉体表现出涵盖480 – 700nm左右宽带发射.中心位置位于520 nm左右。
· LuAG荧光粉产品由于其原材料价格比较昂贵，且工艺较 为复杂，因此生产LuAG荧光粉的公司比较少。
实现白光的方式
《近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青-蓝色荧光材料的制备与性能研究》范文
《近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青-蓝色荧光材料的制备与性能研究》篇一近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂青-蓝色荧光材料的制备与性能研究一、引言随着LED技术的不断发展，白光LED作为新型光源已经逐渐成为了人们日常生活中的重要组成部分。
为了提高LED的性能及延长其使用寿命，开发出高效率、低成本的荧光材料成为了关键。
本文针对近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂的青/蓝色荧光材料进行研究，通过制备工艺的优化和性能分析，为实际应用提供理论依据。
二、材料制备1. 材料选择与配比本实验选用稀土Eu2+与Ce3+离子作为掺杂剂，青/蓝色基质材料作为主体。
根据实验需求，确定合适的稀土离子浓度及基质材料配比。
2. 制备方法采用高温固相法进行材料的制备。
将选定的基质材料、稀土掺杂剂及其他助剂按比例混合，充分研磨后置于高温炉中，在保护气氛下进行烧结，得到青/蓝色荧光材料。
三、性能研究1. 发光性能通过测量荧光光谱、色坐标及量子效率等参数，研究Eu2+与Ce3+离子掺杂对青/蓝色荧光材料发光性能的影响。
实验结果表明，掺杂后的荧光材料具有较高的发光强度和较好的色纯度。
2. 稳定性与耐候性通过加速老化试验，研究荧光材料在紫外、温度等环境因素下的稳定性及耐候性。
实验结果显示，本研究所制备的荧光材料具有良好的稳定性和耐候性，可满足近紫外激发白光LED的应用需求。
四、结果与讨论1. 发光机理分析Eu2+与Ce3+离子的能级结构及发光特性使得它们在受到近紫外光激发时能够产生有效的能量传递和光致发光现象。
通过分析荧光光谱，得出能量传递过程及发光机理。
2. 制备工艺优化针对制备过程中可能影响荧光材料性能的因素，如烧结温度、掺杂浓度等，进行工艺优化。
实验结果表明，适当的烧结温度和掺杂浓度有助于提高荧光材料的发光性能。
五、结论本文成功制备了近紫外激发白光LED用稀土Eu2+与Ce3+离子掺杂的青/蓝色荧光材料，并对其性能进行了深入研究。
稀土上转换发光纳米材料的研究
65k
210k -
氩离子泵浦
PA泵浦 PA泵浦
551nm绿光
红光 红蓝光
6
在室温下，在氧化物等晶体中也成功地获得了激光运转， 上转换发光效率超过了1％，高达1.4％。
年份 上转换材料 泵浦 双波长1540nm和 1054 nm泵浦 1054nm泵浦 810nm泵浦 上转换发光 670nm红光 649nm红光 551nm绿光
PEI／NaYF4：Yb3+，Er3+纳米微粒
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不同水热处理时间的产物比较
20
• 操作简单，反应条件温和、可制备的材料种类多， 液相法 产物通常纯度比较高、微粒的粒径和表面属性比 较容易控制。
13
3.2 比较常用的几种液相制各方法：
1）水热/溶剂热法 2）沉淀法 3）溶胶—凝胶法 4）微乳液法
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3.2.1 水热/溶剂热法
在特制的密闭反应容器（如高压釜） 中，以水或有机溶剂作为反应介质， 在高温高压下进行化学反应的一种方 法。 样品的扫描电镜图 a、 55000倍 b、 220000倍
5
1、2
20世纪 90年代初： 在低温下(液氮温度) 在掺Er3+：CaF2晶体中上转换发光效率高达25%。
年份
上转换材料
温度 90K
泵浦 半导体LD 泵浦
上转换发光 850nm
1989 掺Er3+：LiYF4 晶体
1989 掺Er3+：LiYF4 晶体
1990 掺Er3+：CaF2晶体 1992 掺Pr3+：LaCl3 晶体
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3.2.2 沉淀法
张俊文等制备的纳米上转换 发光材料Y2O2S：Yb，Er
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白光LED发光机制及发光材料的研究进展
贾世庆
SC14038018
光学与光学工程系
元素的总称，常用R或RE表示，其中包括钪(Sc）、钇(Y）、镧(La）、铈(Ce）、 镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝 (Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu）。这些元素拥有特殊 的电子结构，从而形成丰富的能级来跃迁发光，而且一些元素离子作为发光中 心拥有优良的性能，作为白光LED的发光材料再合适不过。具体说来，稀土元素 具有外层电子结构相同，内层4f电子能级相近的电子层构型，很特别。而其发 光和激光性能都来自于这些4f电子在不同能级间的跃迁。4f电子的跃迁主要有 两类，一类是在f组态内不同能级之间的跃迁，被称作f-f跃迁；另一种是d组态 与f组态之间的跃迁，被称作f—d跃迁。其两种能级跃迁发射的光谱大概有三万 余条，可以说极其丰富，因此稀土元素适当选用，既可作发光材料的基质成分， 又可以用作激活剂、敏化剂或掺杂剂。而当中起主要作用的其实是稀土元素的 离子，不同化合价的离子（包括+2价、+3价、+4价）往往具有不同的特性，这 些都是由不同离子的不同电子层结构决定的。其中作为激活剂的主要是+3价Gd 离子两侧的+3价的Sm、Eu、Tb、Dy和+2价的Eu，应用最多的是+3价的Eu和Tb。 这里多用+3价离子，原因就在于这些离子的价电子都在4f轨道上填充，电子层 都具有未配对的电子，可以跃迁发光，而且属于内层电子跃迁，有外层电子的 屏蔽作用，发光不受太大干扰，非常稳定。材料的发光颜色基本上不随基质的 不同而改变，是很理想的发光中心。再者由于这些离子主要是进行f—f能级跃 迁，其发射光谱呈现线状，色纯度高，荧光寿命长，光谱形状也很少随温度而 改变，温度猝灭和浓度猝灭都很小，辐射出的光非常的理想。基于稀土元素的 诸多优点，在白光LED的发展中起到了重要的作用。我国是稀土资源大国，其稀 土储量约占世界总储量的43%，排在世界首位，并控制世界稀土市场98%的份额。 我国的稀土分离提纯技术也处于国际先进水平。利用这些优势，大力发展稀土 离子发光材料，努力推动白光LED照明光源的发展，具有十分重要的经济意义甚 至战略意义。 碱土金属构成的卤磷酸盐是一类十分重要的发光材料基质，由它配合稀土 材料可以明显的提高其发光效率和稳定性，并能调节发射光的波长范围，制备 出高效率、高性能、价格低廉的荧光粉。卤磷酸盐荧光粉经过多年的改进和发 展，自身就具有了很高的发光效率，其量子效率为90％，显色指数是50～60。 正由于这类荧光粉具有发光效率高、价格低而且稳定性好等优点，曾在荧光灯 中得到广泛应用。 而碱土金属卤磷酸盐荧光粉掺杂了稀土离子之后，以碱土金 属盐为基质，稀土离子为激活剂，会呈现出更加实用的特性。其中+2价Eu离子 激活的碱土金属氯磷酸盐就是一类发蓝光和蓝绿光、性能优良的高效光致发光 材料。+2价的Eu离子在碱土金属氯磷酸盐中，因碱土金属的种类和数量的不同， 会引起离子周围晶体场环境的不同改变，使得Eu离子的发射范围一直从蓝光到 绿光 。而且Eu离子掺杂的碱土金属氯磷酸盐可以被250～420 nm的紫外光激发， 可以将此类荧光粉应用于制备近紫外光芯片基的白光LED。当然，这种发光材料 需要稀土离子激活剂和碱土金属卤磷酸盐基质有很好的匹配以发挥更好的发光 效率，这种匹配和发光性质也是发光材料成功与否的重点，也是研发工作一直 以来的难点。 另外的，白光LED光源的两个重要部分LED器件和发光材料的合适匹配更加 难以实现可控制，这也是白光LED最终能够实现并具有节能优质光源的重中之重。 其实，能被现今普遍使用的蓝光、红橙光以及紫外近紫外光LED辐射光激发且易 于合成的荧光粉并不多。即使能被激活，能够和LED发射光匹配学与光学工程系
稀土材料在光电技术中的应用与发展趋势
稀土材料在光电技术中的应用与发展趋势引言光电技术是目前科技领域中研究和应用最广泛的领域之一。
随着人们对高性能、高效率的光电材料的需求不断增长，稀土材料作为一类特殊的材料，逐渐引起了科研人员的关注。
稀土材料因其在原子和电子结构方面的独特性质，被广泛应用于光电技术领域。
本文将介绍稀土材料在光电技术中的应用及其发展趋势。
稀土材料的特性稀土元素是指周期表中的镧系元素，包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥和镧系后三个过渡金属：钋、钅、钳。
稀土元素具有特殊的电子结构和磁学性质，这使得稀土材料在光电技术中具有独特的应用价值。
稀土材料具有的一些重要特性包括： - 发射和吸收特定波长的光 - 高荧光效率 - 高稳定性和长寿命 - 良好的光学透明性稀土材料在发光技术中的应用LED技术稀土材料在LED（发光二极管）技术中被广泛应用。
以铟镓氮（InGaN）材料为基础的蓝光LED已经被商业化生产，而将稀土材料添加到InGaN材料中可以产生丰富的颜色。
稀土材料可以发射各种波长的光，包括红光、绿光和近红外光。
这些特性使得稀土材料在LED显示器、红外LED和车灯等领域具有广泛的应用前景。
光纤通信稀土材料在光纤通信中的应用也十分重要。
稀土离子在光纤中起到增强光信号的作用，这是由于稀土材料具有较高的荧光效率和长寿命。
稀土掺杂光纤可广泛应用于光纤激光器、放大器和传感器等设备中，提高光信号的传输效率和质量。
显示技术稀土材料的荧光性质使其在显示技术中具有广泛应用。
利用稀土材料的发光特性，可以实现显示屏的全彩色和高对比度效果。
稀土材料的透明性和稳定性也使其成为制备柔性和折叠显示屏的理想材料。
太阳能电池稀土材料在太阳能电池中的应用也受到了广泛关注。
通过将稀土材料掺杂到传统的硅太阳能电池中，可以提高电池的效率和稳定性。
此外，稀土材料也可以用于制备柔性太阳能电池，扩大其在光伏领域的应用范围。
稀土材料在光电技术中的发展趋势稀土材料在光电技术中的应用还有很大的发展潜力，以下是一些未来发展的趋势： - 发展高效率的稀土材料掺杂技术，将其应用于LED、光纤通信和显示技术等领域，以提高能源利用效率和光信号传输质量。
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基于InGaN蓝光LED的光转换型白光LED用稀土发光材料的研究进展张秋红一，倪海勇，王灵利，肖方明(广州有色金属研究院稀有金属研究所，广东，广州，510651)摘要：白光LED被称作为第四代照明光源，对其研究具有重要意义。
基于InGaN蓝光LED 的光转换型白光LED是目前市场应用的主流产品。
本文对近年来基于InGaN蓝光LED的光转换型白光LED用稀土发光材料的研究进展作了综述。
关键词：白光LED，稀土发光材料，光转换一通讯作者：张秋红（E-mail:wszqh@）基金项目：广东省重点科技攻关项(2008A010500004)和广东省条件建设项目(2008A060303001)作者简介：张秋红（1981-），女，工程师，博士；研究方向：稀土发光材料白光LED是一种新型固体冷光源，与传统的白炽灯和荧光灯相比，它具有高亮度、低能耗、长寿命、结构紧凑、体积小、平面化、重量轻、方向性好、响应快、无辐射、无污染以及抗震等优点，被称为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯后的第四代光源[l-4]。
采用白光LED照明可以节约大量能源，少建电厂，减少CO2排放量，防止温室效应，而且不含有汞等对环境有害的重金属。
所以，对白光LED的理论研究及产业化应用研究具有十分重大的意义。
目前各个国家纷纷将LED半导体照明产业列为国家重大发展项目进行支持，国际性大公司如GE、西门子、飞利浦、西门子、惠普等都已积极投入白光LED的研发工作。
我国政府对发展蓝光、白光LED也高度重视。
“九五”和“十五”均列入科技部“863”和“973”计划。
依据发光学和色度学原理[5]，以LED为基板实现白光LED的途径主要有：多色组合型、光转换型。
多色组合型是将两个互补光色的LED或三个以上不同光色的LED按一定的方式排布，集合成一个发白光的标准模块，为多芯片白光LED。
对于这种多芯片的白光发射器件，可以通过控制不同LED所加电流，随意调节出令人赏心悦目的白光。
这种获取白光的方法简单易行，发光亮度高，但由于驱动电路复杂、成本也较高，且个别单色LED劣化将导致光色不纯或不均匀等缺点，使得该种实现白光的方式的应用受到了限制。
光转换型是指将光转换材料(荧光粉)涂在LED上，利用LED激发荧光粉发光。
通常采用三种方式：(1)蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的黄色荧光粉结合组成白光。
（2）蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的绿色荧光粉，红色荧光粉组合得到白光。
(3)用发紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色荧光粉组成白光LED。
光转换型白光LED的工艺具有以下优点：一块芯片作光源，电路设计和控制简便，成本低；可以通过改变荧光粉的发射波长来调节白光LED的显色指数，色温等。
因此光转型白光LED受到许多研究工作者的高度关注，光转换材料的研究也是当前发光材料研究领域中的前沿课题。
由于紫光LED芯片的发光效率较低，封装得到的白光LED由于紫光的泄露而造成的封装材料的老化问题还没有得到解决，目前实现产业化的主要是蓝光LED芯片激发的白光LED。
本文重点讨论目前能被蓝光LED芯片有效激发的黄色、绿色和红色荧光粉的研究现状。
1基于InGaN蓝光LED光转换型白光LED用黄色荧光粉的研究进展目前商业化的白光LED是用发射460nm蓝光InGaN管芯与发射黄光的Y3Al5O l2:Ce3+(YAG:Ce3+)荧光粉封装得到的。
近年来，新荧光体系探索和YAG:Ce3+体系改进工作几乎是在齐头并进。
1.1YAG:Ce3+体系研究进展Nakamura等早在1996年就率先使用蓝光LED和黄色荧光粉封装得到了白光发光二极管，此组合中应用的黄色荧光粉是Y3Al5O l2:Ce3+(简称YAG:Ce3+)，它在470nm附近有较强的宽带吸收，其发射波长再540nm附近，能与蓝光LED芯片组合形成白光[6,7]。
在随后几年，国内外研究人员围绕该体系做了大量的研究工作，使该白光发射体系的色坐标、显色性、功效和发光强度等性能有了显著的提高，显色指数Ra>80，流明功效达到20~30lm/W[8-11]。
1.1.1通过改变基质组分和掺杂离子的浓度来调节YAG:Ce3+的吸收和发射位置由于商用的发射蓝光的InGaN的发射波长在460nm附近变动,因此,为了保持发射白光,YAG:Ce3+的发射波长和色坐标也必须相应变动。
为此,可改变Ce3+的掺入浓度或调整Y3Al5O12的组成。
随着Ce3+的掺入浓度的增大,发射峰值移向长波,当Ce/Y=1%时,发射峰值为530nm;当Ce/Y增大至15%时,发射峰值红移至570nm，发光强度以Ce/Y=6%最强[12]。
当以Tb3+或Gd3+取代Y3Al5O l2:Ce3+中Y3+时，发射波长随着Tb3+或Gd3+浓度的增加向长波方向移动[13,14]。
在Y3Al5O l2:Ce3+中以Lu3+取代Y3+,以Ga3+或In3+部分取代Al3+时，随着Lu3+，Ga3+或In3+浓度的增加发射波长蓝移,发光强度基本不随基质中Lu的含量而变化，而Ga3+或In3+浓度的增加则导致发光强度下降[15,12]。
台湾大学的刘如熹等发现通过调节Gd、Ga的量可使发射光谱的最大峰波长在510～560m之间变化，这正好可以弥补蓝光LED波长变化造成的白光色度变化[16]。
1.1.2通过发红光稀土离子的共掺杂来提高显色指数为了提高采用InGaN芯片涂敷黄色荧光粉所形成的白光LED的显色指数，近年来一些研究者通过YAG:Ce3+黄色荧光粉中共掺杂Eu3+,Pr3+或Sm3+等在YAG基质中发射红光的稀土离子来增强光谱中的红色成分。
Eu3+,Pr3+或者Sm3+的共掺杂可以增强光谱中的红色成分，但是发光强度会随着掺杂离子浓度的增加而降低，而掺入适量Sm3+可以改善荧光粉的热稳定性[12,17]。
此外研究人员还通过添加另外一种红粉来增强红区发射，关于这部分的研究我们在下面红色研究进展中会重点论述。
1.1.3通过不同合成方法获得颗粒均匀，具有一定形貌的YAG:Ce3+荧光粉均匀和适当的中心粒径有助于荧光粉的涂覆，改善LED的显色性和发光性能。
目前，国内外制备YAG:Ce3+的方法一般采用高温固相法，高温固相反应合成温度太高，反应时间长，生产设备易于损坏。
荧光粉产品产物粒径偏大且粒度分布宽，难以达到满意的粒度，即使在很高的温度下的高温下合成，仍有较多的中间相YAP和YAM存在。
随着材料科学的发展，用软化学法和物理合成法(微波辐射合成法)制备荧光粉受到国内外关注。
采用软化学方法合成YAG:Ce3+荧光粉的报道也有很多，其优势在于可以有效降低样品的烧结温度，有助于获得粒径均匀、形状规则一致、纯度高的荧光材料，从而提高其发光性能。
如采用溶胶-凝胶[18, 19]、燃烧法[20,21]、沉淀法[22]均能在900~1000℃下烧结得到纯的YAG相。
而采用喷雾热解法则能得到球形的YAG:Ce3+荧光粉[23,24]。
1.1.4通过使用不同助熔剂以及改变助熔剂的用量来调节样品的粒径和发光效率荧光粉制备时所加入的助熔剂，对荧光粉的粒径分布、发光效率等发光性能有直接的影响。
张书生，马林等[25,26]研究了高温固相反应合成白光LED用黄色荧光粉YAG:Ce3+中助熔剂对荧光粉发光特性的影响，结果表明，加入合适种类的助熔剂有利于YAG:Ce3+荧光粉的晶化，并且不引入杂相。
助熔剂的加入可增大YAG:Ce3+荧光粉的激发和发射光谱强度，能有效降低荧光粉的中心粒径，控制粉体的粒径分布，得到物理性能良好的荧光粉体。
1.1.5通过后处理来提高YAG:Ce3+荧光粉稳定性荧光粉在使用过程中必然要受使用过程中化学和物理因素的影响，这些影响会使荧光粉的发光效率、光色稳定性和使用寿命降低。
通过化学方法进行包膜后处理，对荧光粉的表面进行修饰。
可以使荧光粉具有较好的物理化学稳定性，使荧光粉使用寿命达10000h,转化效率衰减≤15%的实用标准。
李永绣[27]等用溶胶-凝胶法和水解沉淀法在YAG:Ce3+荧光粉上包覆了氧化铝和氧化镧，发现经过包膜的YAG:Ce3+荧光粉的热稳定性有明显的改善，但使荧光粉的发光强度稍有降低。
因此，合适的后处理方式，以及后处理材料的选择仍然是白光LED用YAG:Ce3+荧光粉大规模生产必须解决的难题。
1.2白光LED用黄色发光材料新体系的探索与研究YAG:Ce3+是一种性能非常好的光转换材料，但是也存在合成温度高、发光强度和显色性不好等缺点。
因此国内外研究人员也在努力探找性能更加优异的新型光转换材料。
1.2.1硅酸盐体系Park等报道了新型的光转换材料——铕激活的硅酸锶Sr3SiO5:Eu2+，Sr3SiO5:Eu2+能与发射460nm蓝光的InGaN匹配产生白光[28]。
与YAG:Ce3+相比，Sr3SiO5:Eu2+具有更优的温度特性，发射强度随温度升高逐渐增强，但是由于单一荧光材料中缺少绿色和红色成分导致其显色指数较低(只有64)。
改变Sr3SiO5基质的组成，掺入Ba2+离子，Eu2+离子发射峰发生红移，Sr3-x Ba x SiO5:Eu2+发射585nm左右的橙黄光[29]，可以改善其显色指数（达到85）,色温2500 ~5000K，得到一种暖白光。
Sr3SiO5:Ce3+,Li+是一种可被近紫外光和蓝光有效激发的黄色荧光粉，Jang等[30]报道将该荧光粉与460nm蓝光芯片组合成白光LED，色坐标(0.3086,0.3167)，相关色温6857K，显色指数81，发光效率3l.7lm/W。
Li2SrSiO4:Eu2+与YAG:Ce3+相比呈现出许多优越性，其激发波长延至530nm，最强谱峰位于420nm和450nm，发射带最强谱峰位于562nm。
由于红光组分增多，显色性明显改善。
Li2SrSiO4:Eu2+与InGaN组合得到的白光LED的色坐标为X=0.3346，Y=0.3401[31]。
1.2.2氮化物/氮氧化物体系Xie[32]等人研究Ca-α-SiAlON:Eu2+橙黄色荧光材料,通过改变Eu2+的掺杂量,调整Ca-α-SiAlON:Eu2+(Ca m/2Si12-m-n Al m-n O n N16-n:Eu2+)基质中m,n的比例以及用Li,Mg,Y等取代Ca，荧光材料可实现在UV-可见光区范围内的吸收增强，以及发射波长在563nm到603nm 范围内可调，同YAG:Ce3+相比，此类荧光材料具有更好的稳定性，并且发射波长较长，将此荧光材料与蓝光LED芯片组合得到一个暖白光LED，研究发现增大氮的含量，Eu2+的发射峰发生红移，由此通过调节氮的含量，可在一定范围内调节白光的色温。
Li[33]等人合成出了发黄绿光的CaAlSiN3:Ce3+，与发蓝光的LED芯片组装得到白光LED的色坐标为(0.389, 0.345),显色指数为69。