(灯用荧光粉)灯用发光材料----课题组
日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分
日光灯中荧光粉的主要成分引言日光灯是一种常见的照明设备，其工作原理是通过荧光粉的发光效应来产生光线。
荧光粉是日光灯中的重要组成部分，它能够将紫外线能量转化为可见光，从而使日光灯发出明亮的光线。
本文将介绍日光灯中常用的一种荧光粉的主要成分及其特性。
荧光粉的基本原理荧光粉是一种能够吸收一定波长的光能，并在短时间内释放出较长波长的光的物质。
在日光灯中，紫外线灯管发出的紫外线照射到荧光粉上，荧光粉吸收紫外线能量后，发生激发态电子的跃迁，从而产生可见光。
荧光粉的发光效果取决于其主要成分以及添加的其他材料。
日光灯中常用的荧光粉成分日光灯中常用的荧光粉成分主要有三种：碱金属卤化物、稀土元素和稀有气体。
1. 碱金属卤化物碱金属卤化物是一类化合物，由碱金属（如钠、钾）和卤素（如氯、溴）组成。
这类化合物具有较高的光转换效率和发光强度，因此被广泛应用于日光灯中的荧光粉。
常见的碱金属卤化物包括氯化钠、氯化钾等。
2. 稀土元素稀土元素是一类元素，包括镧系元素和锕系元素。
这些元素具有特殊的能级结构和电子跃迁规律，因此能够产生较为纯净的发光效果。
在日光灯中，常用的稀土元素有钐、铽、镓等。
它们与碱金属卤化物的混合使用，可以调节荧光粉的发光颜色和亮度。
3. 稀有气体稀有气体是指元素周期表中第18族的气体，包括氦、氖、氩等。
这些气体在日光灯中主要用于提供激发态电子的能量，从而促进荧光粉的发光效果。
稀有气体的加入可以增强荧光粉的发光强度和稳定性。
荧光粉的特性及应用荧光粉具有以下几个特性：1. 发光颜色可调荧光粉的发光颜色可以通过调整成分和掺杂其他物质来实现。
不同的荧光粉可以发出不同颜色的光，如蓝色、绿色、黄色等。
这使得日光灯可以适应不同场合和需求。
2. 高光转换效率荧光粉能够将紫外线能量高效地转化为可见光，其光转换效率通常在70%以上。
这意味着日光灯在发光过程中能够更有效地利用能源，降低能耗。
3. 长寿命荧光粉的寿命较长，通常可达数千小时。
高显色性灯用荧光粉研究
ｎ ５ ５ｎ 作 为 ｉ基 色 粉 的蓝 色组 份 制 备 的 各种 ｍ， １ ｍ） 紧凑 型节能灯 ， 由于增 加 了４ ０ ５ ０ｎ ８ ～ ２ ｍ的光谱成 份 ，
显 色指 数 有 一 定 的 提 高 ， 温 ６ ０ 能 灯 Ｒ ≥ 色 ４ ０Ｋ节 ｎ
：ｕ 峰 ４０ ｍ）（ ｈ Ｍ Ａｌ Ｉ 蟓 ５５ｎ 带 Ｅ（ ＝ ５ｎ 、 Ｃ ｒ ） ｇ ｌＯ。 Ｉ （ ＝４ ｍ） ０
技 术指标 ， 它包 括两方 面的含 义 ， 一是 荧光灯 的相关 色温 、 另一个是显 色指 数。 所谓 相关 色温是荧光 灯 的 色坐标 与颜 色最接 近的黑体轨迹 所对应 的温度 。 色 指 数是 指荧 光灯 照 射下 物体 的颜 色 与标准 参照 光源
色性 要求 很 高。如 日本 推荐 的 医院荧 光灯 Ｒ ＞ １ ａ９ ， Ｒ， 西方 人肤 色 ） ５ Ｒ 』日本人肤 色 ） ６ 凶此 ， ≥９ ， ≥９ 。
源并将其 显色指 数定为 １ ０ 用 ８ Ｍ ｎｅ 色 片作测 ０， 个 ｕ ｓｌ ｌ 色样 品 ， 察 比较参照 光源下与待测 光源 下颜 色再现 观 的符 合程 度 ， 个 色片各 有一 个 色 指数 Ｒ１Ｒ ， ８ ～ ８ 平 均值称 一般 色指 数 Ｒ１ 最 高为 １０ ｆ ， ０ 。其它还规 定 四簇
板， Ｒ ～ ４ 川 ９ ＲＩ（日本刚 Ｒ ～ Ｉ 表示。 着生活 水平 ９ Ｒ ６） 随
灯Ｒ ａ＝８ ， ５ 光效 ＞ １０ｌ ／ ０ Ｗ。用 上述 三 基 色荧 光粉 ｍ
制成 的各 种色 温 ６ ０ ０ ０Ｋ以下 紧凑 型 节能 灯 Ｒ ≥ ８ ｌ ｎ 、 ０ 但 高 色温 （ ４ ０Ｋ） ６ ０ 紧凑 型 节 能灯 的显 色 指 数
白色LED用荧光粉的制备与应用
白色LED 用荧光粉的制备与应用LED 照明是当下具有很高的实用性的照明光源，并且已经成为应用最为广泛的一种照明的光源。
作为照明用的白色LED 更是受到了很大的关注，获得白光LED 共有三种：第一种是荧光粉涂敷光转换法，就是采用荧光粉将紫光或蓝光转换复合产生白光；第二种是多色LED 组合法，由发射不同波长的绿色和红色等的单色的LED 组合而发射复合的白光，第三种是多量子阱法，单一的LED 材料中中进行掺杂。
荧光粉材料的制备方法主要有高温制备和溶液法制备两类方法。
本文主要综述了蓝光转换型荧光粉和近紫外转换型荧光粉的中的典型几种荧光粉材料，介绍了相关荧光粉的发展现状以及相关材料的优缺点1.1 LED 发光原理LED 主要是半导体化合物，例如砷化镓（GaAS ），磷化镓（GaP ），磷砷化镓（GaAsP ）等半导体制成的，LED 的核心是PN 结。
LED 的发光机理是:热平衡的条件下,PN 结中有很多迁移率很高的电子在N 区中, P 区则不同，在P 区中有较多的迁移率较低的空穴, 由于PN 结势垒层的限制, 由于该PN 结势垒层的限制，在正常状态下，不能穿过屏障复合发生;而当施加于PN 结的正向电压，所施加的电场方向由于自建电场方向和所述势垒区与此相反，它减少了势垒高度，该势垒宽度较窄，破坏了PN 结动态平衡发电少数载流子注入，而空穴注入从PN 区面积，在同一地区的电子注入从N 到P 区，少数载流子注入，在多数载流子复合会保持多余的能量在光辐射从而形式的同一区域，直接将电能转换为光能。
自从1965年第一支发光二极管的产生，LED 已经历经50年的发展历程，第一支发光二极管是利用半导体锗材料制作而成的]1[，第一支LED 能够发射出红光；随后在1985年日本Nishizawa 利用液相外延法制备出了使用异质结构的GaAlAs 作为发光材料的LED ]2[，从而使得LED 的封装技术也得到了很大的提高；1993日亚化学公司，在蓝色 氮化镓LED 的研究上取得了重大突破]3[，并且很快的实现了产业化的生产，在1996年实现了白光LED 的发光二极管（white lightEmitting Diodes ），简称白光LED ]4[，将发射黄光粉+31253:Ge O Al Y （YAG ：Ge ）作为荧光粉，涂在发射蓝光的GaN 二极管上，制备出白光LED 。
基于LED用红色荧光粉研究进展的研究
基于LED用红色荧光粉研究进展的研究LED技术是一种无污染、低能耗的新型照明技术，具有使用寿命长、光效高等优点，被广泛应用于照明和显示领域。
然而，LED光源发光波长往往只覆盖蓝色、绿色和紫色等颜色，缺乏红色发光，这限制了LED在照明领域中的应用。
为了解决这一问题，目前研究人员采用了添加红色荧光材料的方法来扩展LED发光波长范围，以实现白光LED的制备。
本文将对基于LED用红色荧光粉研究进展进行综述。
一、红色荧光材料的研究进展红色荧光材料的研究是LED制备中的一个重要领域，目前主要研究方向有以下几个方面。
1. 钙钛矿荧光材料钙钛矿是一种具有优异的光电学性能的材料，具有很高的荧光效率和发光亮度，成为研究红色荧光材料的主流选择。
钙钛矿红色荧光材料的优点在于，光电转换效率高，发光光谱窄，且不易退色。
2. 磷光材料磷光材料是目前LED照明领域中广泛使用的一种添加剂。
研究人员通过掺杂适当的稀土元素，用磷光材料制备红色发光的LED，可以实现高效的光电转换，且光谱波长可调节。
有机发光材料的特点在于制备简单、发光亮度高、发光光谱范围广，可以适应不同的LED发光波长。
目前，研究人员往往利用有机分子的共轭结构设计合成不同的荧光材料，以实现高效、稳定的红色荧光发光。
1. 衬底上生长红色荧光材料该方法是将红色荧光材料生长在LED衬底上，可以获得高品质的红色荧光LED。
但是，生长红色荧光材料的条件往往比较苛刻，制备工艺复杂，成本较高。
2. 显色剂法该方法是利用红色荧光的显色剂覆盖在LED芯片上，使其发光范围从蓝色、绿色扩展到红色。
显色剂法的制备过程简单，但是存在光衰问题，使其发光效率降低。
3. 粉末混合法该方法是将LED芯片和红色荧光粉混合后封装成组件，形成红色荧光LED。
这种制备方法成本低，易于实现工业化生产。
三、红色荧光LED应用红色荧光LED广泛应用于室内和室外照明中，如LED橱柜灯、普通照明、LED路灯等。
此外，红色荧光LED还应用于汽车制造、显示屏、仪器检测等领域。
荧光粉发光特性简介分解
Y2O3:Eu3+荧光粉的 激发光谱(a),漫反射光谱(b)
Y2O3:Eu3+荧光粉的 发射光谱
ห้องสมุดไป่ตู้
2.2稀土绿粉的物理特性 稀土绿色荧光粉
MgAl11O19:Ce3+,Tb3+ (简称CAT)
➢发射主峰543nm，色坐标为x=0.335，y=0.595
LaPO4:Ce3+,Tb3+ (简称LAP)
➢发射主峰543nm，色坐标为x=0.360，y=0.574
➢1948年单一组份的卤磷酸盐发光材料开始普及使用。
化学组成：3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn
各种卤粉的发射光谱 (a)蓝白色；(b)日光色 (c)冷白色；(d)白色
1.2卤磷酸盐发光材料
➢卤磷酸盐发光材料的优缺点：
卤粉的优点：
➢发光效率高，达到80lm/W。 ➢单一基质，原料丰富，生产成本低。 ➢色温可调(暖白色、白色、日光色等)。
3.1PDP用荧光粉的光学特性
PDP主要使用的RBG荧光粉的发射光谱
3.1PDP用荧光粉的光学特性
PDP用蓝色荧光粉的发射光谱
3.1PDP用荧光粉的光学特性
荧光粉发光特性简介
2011/8/21
荧光粉发光特性简介
荧光粉的发展历史 灯用荧光粉的发光特性 PDP用荧光粉的发光特性
第一章：荧光粉的发展历程
➢从1938年荧光灯问世以来，灯用发光材料已经历了三代的发展。
第一代灯用荧光粉(1938——1948年) 卤磷酸盐发光材料(1948—— ） 稀土三基色荧光粉(1974—— ）
YOX Y2O3:Eu ， x=0.641 ， y=0.344；
YVO YVO4:Eu ， x=0.645 ， y=0.343；
荧光粉简介
卤磷酸盐发光材料(1948—— ）
稀土三基色荧光粉(1974—— ）
第一代荧光粉
第一代灯用荧光粉(1938——1948年） CaWO4蓝粉 最早的灯用荧光粉： Zn2SiO4:Mn绿粉 CdB2O5:Mn橙红粉
荧光粉的发展历史
MgWO4
+
(Zn,Be)2SiO4:Mn (黄粉)
缺点：
光效低 (40lm/W~50lm/W) 。 Be有毒。 相对密度、粒度不同，不易匹配。
卤磷酸盐发光材料
荧光粉的发展历史
1948年单一组份的卤磷酸盐发光材料开始普及使用。
化学组成：3Ca3(PO4)2· Ca(F,Cl)2:Sb,Mn
各种卤粉的发射光谱 (a)蓝白色；(b)日光色 (c)冷白色；(d)白色
卤磷酸盐发光材料
卤磷酸盐发光材料的优缺点： 卤粉的优点：
发光效率相对较高，达到80lm/W。 单一基质，原料丰富，生产成本低。 色温可调(暖白色、白色、日光色等)。
Y2O3:Eu3+荧光粉的 激发光谱(a),漫反射光谱(b)
Y2O3:Eu3+荧光粉的 发射光谱
光谱图及色品参数
• 红粉
稀土红粉的发光原理
稀土红色荧光粉
Y2O3:Eu3+荧光粉中Y2O3为基质材料，Eu3+为发光中心。 Y2O3基质是强离子 型晶体，晶体场的微扰作用显著削弱了原属禁戒跃迁的4f电子层的禁戒程度， 在200~300nm范围内形成一个宽激发带，使其能强烈的吸收254nm的紫外 光。然后把能量传递给Eu3+离子使之被激发，被激发的Eu3+离子发生5D0— 7F 跃迁，同时发射出611nm的红光。 2
三、球磨
荧光粉生产工艺
荧光粉简介PPT课件
➢CAT属于六方晶系，Ce,Tb取代LnMgAl11O19中的稀土离 子Ln，外观为白色晶体。 ➢密度为4.3g/cm3,化学性质稳定，不溶于水、弱酸、弱碱 ➢粒度为6um左右。 ➢发射主峰543nm，色坐标为x=0.327，y=0.598
稀土绿粉的光学特性 稀土绿色荧光粉
第一代荧光粉
第一代灯用荧光粉(1938——1948年）
CaWO4蓝粉 最早的灯用荧光粉： Zn2SiO4:Mn绿粉
缺点：
CdB2O5:Mn橙红粉
➢光效低 (40lm/W~50lm/W) 。 ➢Be有毒。 ➢相对密度、粒度不同，不易匹配。
荧光粉的发展历史
MgWO4
+
(Zn,Be)2SiO4:Mn (黄粉)
卤磷酸盐发光材料 荧光粉的发展历史
➢1948年单一组份的卤磷酸盐发光材料开始普及使用。
化学组成：3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn
各种卤粉的发射光谱 (a)蓝白色；(b)日光色 (c)冷白色；(d)白色
卤磷酸盐发光材料
荧光粉的发展历史
➢卤磷酸盐发光材料的优缺点：
卤粉的优点：
➢发光效率相对较高，达到80lm/W。 ➢单一基质，原料丰富，生产成本低。 ➢色温可调(暖白色、白色、日光色等)。
稀土红粉的制备工艺 稀土红色荧光粉
➢Y2O3:Eu3+荧光粉的制备比较简单。由Y2O3，Eu2O3按一定比例混合，或 按一定比例的Y，Eu草酸共沉淀，烧成(Y,Eu)2O3原料，加入少量助熔剂。 在空气中1250~1450℃煅烧数小时。
Y2O3 Eu2O3 助熔剂
混合
烧成
球磨
青色LED用荧光粉的制备与应用
青色LED用荧光粉的制备与应用1. 引言青色LED（Light Emitting Diode）作为一种重要的光电器件，在照明、显示等领域具有广泛的应用。
荧光粉被广泛应用于青色LED的制备中，可以提升其光电性能和发光效果。
本文旨在介绍青色LED用荧光粉的制备方法以及在实际应用中的一些技术要点。
2. 青色LED用荧光粉的制备方法青色LED用荧光粉的制备主要包括荧光粉的原料选择、制备工艺和后处理等环节。
2.1 荧光粉的原料选择荧光粉的原料选择对青色LED的发光效果和色彩稳定性具有重要影响。
通常选择具有良好发光性能、高稳定性和优异的光电特性的荧光粉原料。
2.2 制备工艺荧光粉的制备工艺主要包括物料混合、粉碎和分级、固相反应等步骤。
具体制备工艺可以根据实际需求进行调整和优化。
2.3 后处理荧光粉的后处理是为了提高其发光效果和稳定性。
常见的后处理方法包括烧结、表面修饰和混合等步骤。
3. 青色LED用荧光粉的应用技术要点在实际应用中，使用青色LED荧光粉需要注意以下技术要点：3.1 光学性能调控通过调控荧光粉的组成和粒径，可以实现对青色LED的光学性能的调控。
可以根据实际需求选择合适的荧光粉制备方法和后处理工艺，以实现对LED发光颜色和色温的控制。
3.2 荧光粉和LED的匹配荧光粉的选择应考虑与LED器件的光谱性质相匹配。
合理选择荧光粉的颗粒大小和分布，可以提高荧光粉和LED之间的能量转移效率，从而提高LED的发光亮度和效率。
3.3 荧光粉的稳定性荧光粉的稳定性对青色LED的寿命和性能稳定性有着关键影响。
在荧光粉制备过程中，应注重对其稳定性的控制，并优化制备工艺和后处理方法，以提升青色LED的长期稳定性。
4. 结论青色LED用荧光粉的制备和应用是提升LED光电性能和发光效果的重要技术手段。
通过合理的荧光粉选择、制备工艺和后处理方法，并注意光学性能调控、荧光粉和LED的匹配以及荧光粉的稳定性，可以实现青色LED的优化制备和应用。
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产生白光的LED的几种方案
A. A. Bergh, Phys. Stat. Sol. (a) 201,2740(2004)
LED用和灯用荧光粉的异同
相同点： 均为光致发光
相异点：激发源，环境（汞，气体）
灯用荧光粉
λex = 253.7nm
——Hg的253.7nm紫外辐射，Ar＋，Hg＋，Hg气 白光LED激发源
荧光灯管壁涂发光材料，管内充(400Pa)Ar和(0.8Pa)Hg。
灯丝为涂碱土金属氧化物的钨丝。电流通过灯管，Hg原
子受电子轰击被激发，随即回到基态产生发射。Hg的某 些发射(253.7nm)激发荧光粉发光。
输入电能转化情况
荧光灯的结构和基本电路
185nm 5% 254nm 60% 可见 6％ 热能 26％ 电极损耗 3％
546 436 578 405
～25％辐射为可见， 缺红光，它照射下 的物体发青，因此 只适于广场、街道 的照明 。为了改 善颜色特性，需加 一些荧光粉。
高压Hg蒸气谱线
颜色校正用荧光粉
4 金属卤化物灯
高压汞灯基础上发展来，将金属卤 化物加入到高压汞灯中，放电时金 属发出自己的特征谱线，填补汞谱 线的空白，增加灯光的红色部分。 大约24％的输入能量产生光辐射。
磷化镓 铝镓砷
570
氮化铟镓
380 540
铝铟镓磷
640 660
580
350 UV
und semiconductors used in visible light emitters
F. A. Ponce and D. P. Bour, Nature 386, 351 (1997)
2 冷阴极荧光灯 CCFL
(LCD背光源）
• 主要由玻壳、电极、荧光粉、惰性气体等组成 • CCFL灯管是辉光放电（原理同霓虹灯） 灯管两端接入高电压，电极发射出电子，电子与管 内Hg撞击， 激发Hg， Hg发出紫外线（主要 253.7nm）激发内管壁涂敷的荧光粉。
3高压汞灯HPML
工作气压为几个大气压 管壁温度可达200~250 oC
欧盟， 澳洲， 加拿大 逐步禁止使用
卤钨灯
光效： ～15lm/W
大腹便便
气体放电灯
电流流经气体(金属蒸气)，使之产生气体放电而发光的光源
1 荧光灯FL（低压汞灯）
直管型T5，T8，T12 U、双U型 鞍型、螺旋型
荧光灯比白炽灯节电约
80％。如果50％白炽灯
被荧光灯取代，CO2排 放减少1亿吨。
荧光灯发光机理：
灯用荧光粉
2009.2.14
主要内容
1 、照明光源发展历程
2、有关光源及荧光粉的几个概念 3、三基色荧光粉及几种特殊用途荧光粉
辐射与光
E=ħ= ħC/
White light
Prism
: 380~780 nm 可见光
Visible light
400 500 600 700
Gamma rays
白炽灯
白炽灯具有黑体辐射的特点，光的颜色和亮度取决
于灯丝温度-基尔霍夫辐射定律 。
黑体的光谱辐射亮度
Black Body Radiation
1879年 光效 1.4 lm/W 寿命 几十小时
2001年 10～15 lm/W 2000 小时
特点：
显色指数：100% 色温 2800 K 转化为可见光能为12~18%。
85 20 80
一般照明 一般照明 发光指示
冷阴极灯
无极荧光灯
低压汞稀有气体放 电UV 高频感应气体放电
80
80
LCD背光 源 保养灯
白光LED Light Emitting Diode
发热量低 耗电量少—白炽灯的 1/8，荧光灯的1/2
新型无Hg光源
环保—耐冲击不易破， 废弃物可回收
几种采用气体放电激发发光材料的光源比较
激发源
荧光灯 高压汞灯 荧光指示灯 低压汞电弧放电UV 高压汞电弧放电UV 低压汞辉光放电UV
激发波长 荧光粉上
（nm）
荧光粉发射 激发源强 占总发光的 度W.M-2） 百分比
主要应用 领域
185,254 250-450 297，313，600-900 365 254 50-100 254（其 50-150 他线谱） 254 （UV）100-200
寿命长—数万小时以 上，荧光灯的10倍 体积小可平面封装
LED的发光原理
在p-n结处，电子和空穴相遇、复合，产生发光。光子 的波长由能带间隙Eg=所决定: =1240/Eg
Eg：
eV； ：nm.
每一种LED的芯片都有其特定的Eg值，因而都有其特
定的发光颜色。
单色光LED
Lamp Spectrum vs Material System
λex = 460 ~ 480nm λex = 360 ~ 430nm
——主要由芯片发出370 ~ 480nm波段的 长波紫外、紫光和蓝光（无气体吸附，离子轰击）
X-rays
Ultraviolet rays
Infrared rays
Radar
Broadcast bands
AC circuits
10 -5
10 -3
10 -1
10 1
10 3
10 5
10 7
10 9
10 11
10 13
10 15
10 17
Wavelength in nanometers (billionths of a meter)
Old and new lighting technologies
照明耗电占总电消耗的20～25％（在超市商场占40 ％），高效照明光源的使用对节能减排，环境保护 有重要意义。
烛光照明
古代油灯
烛光油灯传承人 类文明
白炽灯－热辐射光源。电流流经导电物体，
使之在高温下辐射光能的光源。
1879年爱迪生发明
照明是多么重要
Earth at Night
Night-time satellite image of the world.
The use of light at night appears to be directly related to wealth and prosperity. The lights also reflect trends in population and energy consumption. Acquired by NASA, Nov 2001 Physics Today, April 2002 Issue