白光LED荧光粉的特性
白色荧光粉末
白色荧光粉末
白色荧光粉末通常是指在紫外线或其他光源的激发下能够发出明亮荧光的白色粉末状物质。
以下是关于白色荧光粉末的一些详细讲解：
1. 成分：白色荧光粉末的成分可以是多种荧光材料，其中常见的包括荧光染料、荧光颜料和荧光树脂等。
2. 发光原理：当白色荧光粉末受到紫外线或其他光源的激发时，其中的荧光物质会吸收光能并进入激发态。
在激发态下，荧光物质会通过放出光能的方式回到基态，同时发出荧光。
3. 应用领域：白色荧光粉末常用于各种领域，如荧光涂料、荧光标记、防伪印刷、夜间标识等。
它可以在黑暗环境中提供可见的标识或装饰效果。
4. 安全性：一般情况下，白色荧光粉末是相对安全的，但仍需遵循正确的使用和处理方法。
避免直接接触皮肤和眼睛，并确保在通风良好的环境中使用。
白光LED用荧光粉Ba2.9
白光LED用荧光粉Ba2.9-x M x Si6O12N2：Eu2﹢(M=Mg2+, Ca2+)的制备及发光性能的研究随着科技进步,人们对照明显示技术的研究有了更高的追求。
近些年,新一代的照明显示技术LED等,取得了突飞猛进的进展。
在照明及显示器件中, 荧光材料因承担了将光源发出的光转化成所人们所需要色彩的作用, 是其重要的组成部分。
正因为荧光材料具有如此重要的地位,近年来随着照明显示技术的快速发展,对荧光材料的研究也越来越受到重视。
传统的荧光材料如：氧化物、硫化物、含氧酸盐等由于合成方法简单以及经过长时间的研究技术方面已较成熟，在性能上已经逐渐难以满足需要。
作为一种优秀的荧光材料,它需具有以下基本性质：光转化效率高、化学及热稳定性好等。
氮氧化物荧光材料正是由于在这些方面有很大的发展潜力,在近些年逐渐兴起并取得了快速的发展。
本文采用高温固相法制备Eu2+ 掺杂的Ba3Si6O12N2荧光粉，反应条件为1350℃的NH3气氛中保温5h。
本文用XRD对其结构进行测定，得出单相。
并对其进行Eu2+掺杂，研究其光谱性质。
第一章绪论1.1 发光二极管（LED）概述1.1.1 LED的基本结构图 1.1 LED的基本结构图发光二极管的结构图如图1.1所示。
其核心部分是由一个n型和p型半导体组成的半导体晶片，该晶片置于一个有引线的楔形上，引线一端是负极引擎，另一端是正极引擎，然后用环氧树脂将四周密封，以便保护内部芯线、增加LED 的抗震性能[1,2]。
1.1.2 LED的发光原理[3,5]图1.2 LED的发光原理示意LED是由Ⅲ－Ⅴ族化合物单晶，如磷化镓(GaP)、砷化镓（GaAs）、磷砷化镓（GaAsP）、磷化铝镓铟（AlGaInP）等半导体制成的，其核心是P-N结。
由于P区带有过量的正电荷(空穴)，N区带有过量的负电荷(电子)，当把一定的正向偏置电压施加在该PN结上时，电子会受电场影响由N区向P区移动，而空穴则会由P 区向N区移动，在P区和N区的交界处发生复合，复合过程中以光子的形式释放能量，实现发光。
YAG荧光粉特征
YAG荧光粉特征1．体色从黄绿到橙黄可调；2．发光亮度高于市场同类产品5-8%；3．发射主峰从530 nm – 575 nm可调，激发波长从440 nm – 475 nm可调；4．发射谱带窄，X色坐标值高；5．中值粒度大小 (D50) 从5 um – 17um可调，颗粒分布系数0.5；6．球形颗粒形貌，结晶好；7．颗粒无团聚，分散性好；8．热猝灭小，200 0C时发光亮度为初始的90%。
品名YAG荧光粉化学组成（Y1-x Gd x）3Al5O12:Ce密度 4.3g/cm3发光Br ≥ 100x 0.400~0.440 y 0.545~0.580粒度d50 (µm) 5.0~15.0产品说明1)样品适用于450 ~ 470nm的蓝光芯片激发；2)样品发射波长在535~565nm 。
制作白光LED的方法之一，是在蓝光LED芯片外面涂覆荧光粉。
具体的工艺是将发射光的波长主峰在450~470nm范围内的蓝光LED芯片焊好后，在其表面涂覆稀土钇铝石榴石（YAG）系列荧光粉。
这种荧光粉在蓝光辐射下会发射黄光，这样，部分蓝光转变成黄光，和剩余的蓝光混合而形成白光LED。
由于稀土钇铝石榴石荧光粉有两个特点：一是它的发射光的波长主峰在500~580nm 范围内，即黄光区域的任意位置；二是它的最佳激发波长在430~480nm范围内的不同位置。
因此，选用该系列荧光粉加上配有不同波长蓝光的LED，就可以制备不同色温的白光LED。
1996年7月29日，日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉被激活后发出的黄光互补而形成白光。
实际上，YAG荧光粉在20世纪70年代时就有许多人研究，当时主要应用在飞点扫描仪上，主要是利用Ce+3的发光具有超短余辉的特点。
1999年，我国的有关单位在YAG荧光粉基础上进行了改进，制备出一系列具有不同发射主峰波长（520~560nm）的黄色荧光粉，并成功地应用于蓝光激发的白光LED。
LED灯荧光粉常识
LED灯荧光粉知识所谓荧光粉是指那些可以吸收能量（这些所吸收的能量包括电磁波（含可见光、X射线、紫外线）、电子束或离子束、热、化学反应等），再经由能量转换后放出可见光的物质，也称之为荧光体或夜光粉。
当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。
在这个过程中，一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。
如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称这种现象为发光。
目前发光材料的发光机理基本是用能带理论进行解释的。
不论采用那一种形式的发光，都包含-激发-能量传递-发光-三个过程激发过程：发光体中可激系统（发光中心、基质和激子等）吸收能量以后，从基态跃迁到较高能量状态的过程称为激发过程。
发光过程：受激系统从激发态跃回基态，而把激发时吸收的一部分能量以光辐射的形式发射出来的过程，称为发光过程。
一般有三种激发和发光过程1. 发光中心直接激发与发光（1）. 自发发光过程1：发光中心吸收能量后，电子从发光中心的基态A跃迁到激发态G过程2：当电子从激发态G回到基态A，激发时吸收的一部分能量以光辐射的形式发射出来的过程。
发光只在发光中心内部进行。
1. 发光中心直接激发与发光（2）. 受迫发光若发光中心激发后，电子不能从激发态G直接回到基态A（禁戒的跃迁），而是先经过亚稳态M （过程2），然后通过热激发从亚稳态M跃迁回激发态G（过程3），最后回到基态A（过程4）发射出光子的过程，成为受迫发光。
受迫发光的余辉时间比自发发光长，发光衰减和温度有关。
2. 基质激发发光基质吸收了能量以后，电子从价带激发到导带（过程1）；在价带中留下空穴，通过热平衡过程，导带中的电子很快降到导带底（过程2）；价带中的空穴很快上升到价带顶（过程2’），然后被发光中俘获（过程3’），2. 基质激发发光导带底部的电子又可以经过三个过程产生发光。
（1）. 直接落入发光中心激发态的发光导带底的电子直接落入发光中心的激发态G（过程3），然后又跃迁回基态A，与发光中上的空穴复合发光（过程4）2. 基质激发发光（2）. 浅陷阱能级俘获的电子产生的发光导带底的电子被浅陷阱能级D1俘获（过程5），由于热扰动，D1上的电子再跃迁到导带，然后与发光中心复合发光（过程6）。
白光LED荧光粉概述
白光LED荧光粉概述白光LED荧光粉概述1 引言在全球气候变化和能源紧张的背景下，节约能源、保护环境成为当今时代的主流，其中寻求高节能的照明光源已受到高度重视. 白光发光二极管(Light EmittingDiode, LED)具有发光效率高、能耗低(仅为白炽灯的1/8)、寿命长(可达10 万h)、无污染等诸多优点，已广泛应用于城市景观照明、液晶显示背光源、室内外普通照明等多种照明领域[1–20]，被认为是替代白炽灯、荧光灯的新一代绿色照明光源.目前，获取白光LED 的主要有效途径有以下几种：(1)蓝色LED 芯片与可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉结合组成白光LED[23.27]. 荧光粉吸收一部分蓝光，受激发发射黄光，发射的黄光与剩余的蓝光混合，通过调控二者强度比，从而获得各种色温的白光；(2)采用发紫外光的LED 芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色的荧光粉，产生多色混合组成白光LED.制备白光发光二极管大多离不开稀土荧光粉，主要有黄色荧光粉、红色荧光粉及三基色荧光粉等，因此获得化学性质稳定和性能优异的荧光粉成为实现白光LED 的关键. 本文综述了白光LED 用荧光粉的发光机理、制备方法、各种体系荧光粉及荧光粉的性能表征做了较为详细的阐述.2 荧光粉的发光机理发光是物质吸收的外部能量转换成光辐射的过程，是热辐射之外的一种辐射，持续时间超过光的振动周期(10?11 s). 发光材料大多数都是晶体材料，其发光性能与合成过程中化合物(发光材料基质)晶格中产生的结构缺陷和杂质有关，这种局部不完整破坏了晶体晶格的规则排列，从而形成了缺陷能级. 在外部光源激发作用下，电子就会在各种能级间跃迁，从而产生发光现象.目前，获取白光LED 的主要途径为光转换型，即利用波长为430~470 nm的InGaN 基蓝光LED 和可被蓝光有效激发的掺杂稀土的钇铝石榴石Y3Al5O12(YAG)荧光材料结合组成白光发光材料.研究[28]发现，当YAG 的晶体结构中均匀掺入稀土元素时，其发光性能会有很大的提高. 以Ce 为例，由于其发光是由电子的5d?4f 跃迁引起的，跃迁能量受晶体环境影响较大，掺入Ce 不但可显著提高YAG 荧光材料的光转化效率和光通量，降低材料色温，还可通过调节发射光谱位置，适应不同白光色度要求. 刘如熹等[29]证实了这一理论，当YAG 中掺入稀土元素Ce 时，激发的黄光强度随Ce 含量增大而增加；Gd 取代Y 后，发射主峰有红移趋势；Ga 取代Al 时，发射主峰有蓝移趋势. 因而通过调节掺杂元素的种类及含量就可使发射主峰在一定波长内发生变化，见图1(a).然而，此类荧光粉还存在着显色性较差、发光效率不够高、难以满足低色温照明要求等缺点. 相关研究[30]表明，BaYF3中Ce3+→E u2+间存在能量传递，当用263 nm的紫外光激发时，Ce3+的4f 电子跃迁到高能级，然后经过晶格驰豫跃迁到低能级，将一部分能量以非辐射方式传递给Eu2+，使其发射增强，Ce3+将另一部分激发能向基态2F7/2 和2F5/2 跃迁，出现2 个发射强度降低的重叠谱带. 通过Ce3+→Eu2+间能量传递，可获得各种颜色的高效发光，KCaF3 中Ce3+→Eu2+间的能量传递有类似途径，见图1(b)，因此进行多元素的掺杂为克服上述缺点提供了一条思路.图 1 不同Gd 及Ga 取代量的(Y2.95-aCe0.05Gda)(Al5-bGab)O12 荧光粉色度坐标图上的色光位置[29] (a)和Eu2+, Ce3+在不同基质中的能级示意图[30] (b)3 荧光粉的合成进展材料的性能主要由材料的化学组分和微观结构决定，因此粉体的化学成分和制备工艺成为决定荧光粉发光效率的重要因素. 目前荧光粉的制备方法主要有固相法、燃烧合成法、溶胶?凝胶法、溶剂热法、化学共沉淀法、喷雾热解法、等离子体法等.3.1 高温固相法高温固相法是发展最早的合成工艺，也是最常用的荧光粉材料的制备工艺之一. 该工艺相当成熟，在反应条件控制、还原剂使用、助熔剂选择、原料配制与混合等方面都已日趋优化. 该方法的制备过程：首先按一定配比称量满足纯度要求的原料，加入适量助熔剂，充分混合均匀，装入坩埚，送入焙烧炉，在一定条件(温度、保护气氛、反应时间等)下进行烧结，得到产品.Glushkova 等[31]以微米级的Al2O3 和Y2O3 为原料，利用高温烧结方法，在1600℃高温下保温20 h，制备了YAG 粉体，但性能并不理想. 随着对固相法反应机理的进一步认识，通过采用纳米级原料、加入助熔剂等措施来降低烧结温度[32,33]. 研究[34,35]表明，掺入少量硼和磷的化合物不仅可较大幅度降低烧结温度，还能在一定程度上提高磷光材料的发光强度. 与荧光材料相比，磷光材料受激发分子的电子在激发态发生自旋反转，当它所处单重态的较低振动能级与激发三重态的较高能级重叠时，就会发生系间窜跃，到达激发三重态，经过振动驰豫达到最低振动能级，然后以辐射形式发射光子跃迁到基态. 磷光材料的发光的持续时间大于10?8 s，长于荧光材料(小于10?8 s).张书生等[36]以Y2O3(4N), Al(OH)3(AR), Ce2O3(4N)为原料，加入适量助熔剂，于1400℃大气气氛下焙烧数小时，得到中间产物，粉碎后，在1500℃还原气氛下，高温烧结数小时，制得高发光效率的YAG:Ce3+黄色荧光粉. 图2 显示加入合适的助熔剂可提高荧光粉发射峰的强度.图2 不同助熔剂条件下YAG:Ce 荧光粉的发射光谱(激发波长460 nm)[36] 高温固相法合成荧光粉的工艺已相当成熟，应用最普遍，但仍存在固有的缺点：烧结温度高(多在1300℃以上)、反应时间长(约6~8 h)、产品冷却也需要相当长的时间. 由于需经过长时间高温烧结，产物颗粒较大、密度高、硬度大. 为满足实际需要，产物必须进行球磨，既耗时又耗能，且在球磨过程中很可能出现表面缺陷，甚至会使其发光性能大幅度下降. 因此，人们在进一步完善高温固相法的同时，致力于寻求各种温和、快速有效地软化学合成方法来取代它.3.2 燃烧合成法燃烧合成法是指通过前驱物的燃烧合成材料的一种方法，最早由前苏联专家研制，并命名为自蔓延高温合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis,SHS). 它是制备具有耐高温性能的无机化合物的一种方法，其过程为：当反应物达到放热反应的点火温度时，以某种方法点燃，依靠原料燃烧放出来的热量，使体系保持高温状态，合成过程持续进行，燃烧产物就是制备的材料. 燃烧过程中发生的化学反应包括溶液的燃烧和材料的分解. 以甘氨酸为例，燃烧过程中的化学反应机理[37]为3M(NO3)3+5NH2CH2COOH→1.5M2O3+7N2+10CO2+12.5H2O, (1)2M(NO3)3→M2O3+6NO2+1.5O2. (2)其中，M2O3 可表示为(Y3/8Al5/8)2O3. 由上述各式可以看出，反应中产生了大量气体，加之反应进行得较为迅速，产物来不及结晶就冷却下来，使前驱物呈现无定形的多孔泡沫状. 所得的前驱物经粉碎、煅烧后，最终制得荧光粉.石士考等[38]利用硝酸钇、硝酸铽、硝酸铝为原料，加入适量甘氨酸进行燃烧反应，将所得前驱物经1450℃高温煅烧制得了纯度较高、尺寸为0.6～1.4 μm的YAG:Tb 荧光粉，如图3 所示.图3 1450℃下烧结所得YAG:Tb 样品的SEM 照片和激发光谱[38] Mukherjee 等[39]将硝酸钇、硝酸铝溶液按比例混合后，加入甘氨酸获得凝胶，进行燃烧反应，制得蓬松状粉体. 在1200℃高温下保温4 h，得到粒径约为30 nm的YAG 荧光粉. 随后掺杂稀土元素，发现由于Eu3+被还原为Eu2+, Ce3+被氧化为Ce4+，导致Eu3+掺杂的YAG:Ce 纳米荧光粉的发光强度大幅度降低.与传统高温固相法相比，燃烧法制备荧光粉过程简单、升温迅速，产品颗粒小、粒径分布均匀、纯度较高、发光亮度不易受破坏，且节省能源、节约成本. 但存在反应过程剧烈难以控制、不易大规模工业生产的缺点.3.3 溶剂(水)热法溶剂(水)热合成法是指在一定温度(100～1000℃)和压强(1～100 MPa)下利用水或溶剂中的物质发生化学反应进行的合成. 其最大的优点是能得到其他方法无法制得的物相或物种，使反应在相对温和的条件下进行，此外所得粉体的组分分布均匀，颗粒大小和形状可控，分散性好，且不必高温煅烧和球磨，从而避免了许多复杂的后处理工艺. 溶剂热合成技术在原理上与水热法十分相似，以有机溶剂代替水大大扩展了水热法的应用范围，是水热法的进一步发展.Inoue 等[40]利用溶剂热法制备了YAG 超细粉体，并对反应机理进行了探讨，指出在溶剂热条件下溶剂较易达到超临界或亚临界状态，即溶剂的压力和温度同时超过其临界点的状态，或溶剂温度高于沸点但低于临界温度，以压力低于临界压力存在的流体状态. 在此状态下，反应前驱物易被溶解且组分分布均匀，成核势垒低，因而可在低温低压下直接形成YAG.李红等[41]以异丙醇溶剂为反应介质，采用溶剂热法在300℃低温下保温10 h，得到了平均粒径为200 nm的球形单分散YAG 粉体，如图4 所示. 通过温度对反应进程的影响分析了YAG 的形成机理，即在一定温度下，前驱体开始溶解脱水，随温度升高，浓度逐渐增大，当达到过饱和溶液时开始析晶形成YAG 晶体.尽管溶剂(水)热法得到了广泛的应用，但也存在明显的缺点：不能应用于对水非常敏感的化合物参与的反应、生产成本高、有机溶剂不易去除、对环境有污染.图4 YAG 粉体在不同温度下烧结10 h 后的XRD 谱和TEM 照片[41]3.4 溶胶?凝胶法溶胶?凝胶法是20 世纪60 年代发展起来的一种制备无机材料的新工艺，已广泛应用于制备纳米发光材料.溶胶?凝胶法分为两类：原料为金属醇盐溶液的醇盐溶胶?凝胶法和原料为无机盐的水溶液溶胶?凝胶法. 其基本原理为：金属醇盐或无机盐溶于溶剂(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形成溶胶，将溶胶经过蒸发干燥转变成为凝胶，凝胶再经干燥、烧结，最后制得所需无机化合物.与传统方法相比，溶胶?凝胶法具有明显的优点：工艺过程温度低、使材料的制备过程易控制、节约能源，原料的混合可达到分子级，产物化学均匀性好，且可对产品的粒度进行有效控制.蒋洪川等[42]利用溶胶?凝胶法，以冰乙酸为催化剂制备了粒径约为1 μm 的Y3Al5O12:Ce3+, Tb3+稀土荧光粉，粉体最大激发波长为273 nm，最大发射波长为545nm，色坐标为x=0.331, y=0.558.Kottaisamy 等[43]利用溶胶?凝胶法，在低温条件下制备了钆或镧共掺杂的YAG:Ce 荧光粉，并研究了共掺杂对粉体结构和发光性能的影响，结果表明，2 种元素的掺杂导致了其荧光谱发生了不同程度的红移，钆或镧共掺杂的YAG:Ce 荧光粉的色坐标由原来的(0.229,0.182)分别增加到(0.262, 0.243), (0.295, 0.282)，更加接近标准白光(0.333, 0.333)，见图5.溶胶－凝胶法的不足在于生产流程过长，成本高，所制前驱体凝胶洗涤困难，干燥时易形成二次颗粒，在热处理时会引起粉体颗粒的硬团聚，使最终制备的粉体分散性较差，且醇盐有较大毒性，对人体及环境都有危害.图5 YAG:Ce, Gd 或YAG:Ce, La 及其与YAG:Ce 混合后在蓝色LED 激发下得到的色坐标图[43] 3.5 化学共沉淀法共沉淀法是现阶段荧光粉合成中应用较多的一种方法，其主要过程为：在含有2 种或2 种以上金属离子的混合溶液中加入沉淀剂(OH?, CO32?, C2O42?等)，使原料溶液中的阳离子形成各种形式的沉淀物，再经过滤、洗涤、干燥、烧结得到高纯超细粉体材料. 沉淀法克服了固相法中原料难混合均匀的缺点，实现了原料分子水平上的混合，低温下直接制备粒度可控、高分散、化学均匀性好、纯度高的粉体，但颗粒的形貌难以控制.张凯等[44]以硝酸铝、硝酸钇、硝酸铈为母盐，NH4HCO3 和NH3·H2O 为复合沉淀剂，利用共沉淀法制备了前驱体，将其在1000℃高温下煅烧，得到荧光粉.粉体形状近球形，平均粒径为80 nm. 研究发现，YAG:Ce 荧光粉激发光谱不随铈浓度的增加而改变，发射光谱发生红移. 袁方利等[45] 采用共沉淀法，以NH4HCO3 为沉淀剂，在1200℃下烧结得到纯度很高的YAG:Ce 荧光粉，并发现随焙烧温度升高，发射光谱发生红移，且发生峰强度越来越高(如图6 所示).图6 1300℃烧结后得到的YAG:Ce 粉体的SEM 照片和不同烧结温度下得到的YAG:Ce 粉体的发射光谱图[45]3.6 喷雾热解法喷雾热解法是近年来新兴的合成无机功能材料的方法，该方法制备的发光材料一般具有均匀的球形形貌，颗粒微细，组成均匀，有利于提高材料的发光强度，还可改善发光材料的涂敷性能并提高发光显示的分辨率. 喷雾热解法可实现产物粒子成分可控，且操作过程简单，可连续生产，产量较大，成本低廉，其缺点是易产生空心结构的球形颗粒.Kang 等[46]采用喷雾热解法制备了球形YAG:Eu 粉体，并对其结晶度、结构、形态及发光性能进行了研究.表明粉体在1000℃下烧结就可完全转化为纯YAG 相，远低于固相法的烧结温度；颗粒大小随溶液浓度升高而增大；通过对其发光性能的测试，得到铕元素最合适的掺杂浓度1.3%(at)，并发现粉体的阴极发光性能随烧结温度的升高而增强.黎学明等[47]采用喷雾干燥法获得前驱体，然后在活性炭提供的还原气氛中，1100℃下烧结5 h 后，得到YAG:Ce3+粉体. 研究发现，加入柠檬酸有助于保持荧光粉的形态，加入适量助熔剂NaF 能显著降低荧光粉的热解温度. 他们将所制荧光粉进行封装，测得其色标为x=0.3184, y=0.3419，色温为6165 K，相关光谱分析结果见图7.图7 YAG:Ce 的激发光谱和发射光谱和白光的LED 发光光谱[47]4 白光LED荧光粉的分类4.1 蓝光转换型荧光粉4.1.1 蓝光激发的黄色荧光粉（1）YAG: Ce3+ 采用蓝光LED 芯片加黄色荧光粉的方法产生白光是基于补色混光的原理,一部分蓝光被荧光粉吸收, 激发荧光粉发射黄光,发射的黄光和剩余的蓝光混合得到白光。
用于白光led的铝酸锶荧光粉的研究
料的合成温度而引入的一种杂质。可以降低合成温度， 达到节约能源、节约时间、降低成本的作用。
１．２发光材料的种类
发光材料的种类非常多，按照激发方式的不同可将其划分为以下类型：
１．２．１光致发光
材料基于外加环境的影响，从外界吸收能量，续而由这些能量诱发而产生发光的 现象，这个过程可简单的说是将从外加场中吸收的能量用光的形式辐射出去。以稀土 化合物作为基质及以稀土镧系元素作为激活剂的荧光发光材料属于后者，我们统称为 稀土发光材料。稀土发光材料具有很多优点，诸如吸收特征强、发光转化效率比较高、 发光光谱的主发射峰宽，光谱跨度大，特别是可见光区，具有很强的发射能力；
ｃａｌｃｉｎｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｒｌ－ｘＣａｘＡｌ２０６：Ｅｕｚ＋ｉｓ １ ３００℃，ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ ２ ｈｏｕｒｓ，
ｗｉｔｈ ｂｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｌ％， Ｏｂｔａｉｎｅｄ ｓａｍｐｌｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｔｔｅｒ １ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
１．２．６生物发光
生物发光（ｂｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）是指生物体发出的光辐射，是生物体释放能量 的一种形式，这种发光现象广泛地分散在生物界中。它不依赖于有机体对光的 吸收，而是一种特殊类型的化学发光，也是氧化发光的一种。生物发光的一般 机制是：由细胞合成的化学物质，在一种特殊酶的作用下，使化学能转化为光 能。自然界具有发光能力的有机体种类繁多。一些细菌和高等真菌有发光现象。 动物界２５个门中，就有１３个门２８个纲的动物具有发光现象，从最简单的原生 动物到低等脊椎动物中都有发光动物，如鞭毛虫、海绵、水螅、海生蠕虫、海 蜘蛛和鱼等。动物的发光，除其自身发光即一次的发光以外，由寄生或共生而 产生二次发光的例子也不少。不同生物体的发光颜色不尽一致，多数发射蓝光 或绿光，少数发射黄光或红光【６】。
探究光品质背后的关键要素——荧光粉
探究光品质背后的关键要素——荧光粉白光LED具有光效高、耗电小、体积小、寿命长、不含汞、铅等有害物质，无红外线和紫外线等优点，是公认的第四代绿色节能环保光源。
随着人们对节能环保意识的日益重视，白光LED取代传统光源进入普通照明市场，已经成为照明行业的大趋势。
目前，制备白光LED的方式主要有两种，一种是以“红光芯片＋绿光芯片＋蓝光芯片（RGB）”混合的方式得到白光，另一种是以“蓝光芯片＋荧光粉”得到白光，而后者在白光LED中占主导地位。
对于这种主要的封装方式来说，荧光粉的好坏决定了光源的色温、显色指数、颜色均匀性和光通量等参数。
最近，人们对白光LED光源光品质的要求越来越高，特别在蓝光危害、眩光和显色性等指标方面的要求越来越严格，荧光粉又该如何满足高品质光源的需求呢？光源的光品质是一项综合性的评价，需要考虑色温、色坐标（颜色偏好度）、Ra、R1——R15（特别是R9）、颜色饱和度、应用需求等多种参数指标，而影响这些参数指标的关键因素就是荧光粉。
目前，市场上常见的商用LED荧光粉主要有八大系列：发射峰值范围在545nm——580nm的YAG黄粉、522nm——545nm的GaYAG黄绿粉、520nm ——545nm的LuAG绿粉、515nm——575nm的硅酸盐绿粉／黄粉、580nm——600nm的硅酸盐橙粉、612nm——675nm的氮化物红粉、490nm——500nm的氮氧化物蓝绿粉和629nm ——632nm的氟化物体系红粉。
这些商用荧光粉因其发射峰值、色坐标、半峰宽、激发效率、粒径、表面光滑度等参数指标不一样，其应用各有千秋。
通俗地说，这如同画画用的彩色笔一样，蓝光LED就像画纸，荧光粉就像彩色笔，通过不过搭配就可以得到一幅色温、色坐标、Ra、R1——R15（特别是R9）、NTSC、光均匀度等参数指标不一样的绚丽的“光彩画”。
1、荧光粉激发光谱范围对光品质的影响LED荧光粉最根本的意义是实现光转换，也就是说把蓝光转换成其他波长的可见光，其转换效率与其激发光谱密切相关。
led荧光粉材料介绍
红色荧光粉
种类
应用
硅酸盐型、铝酸盐型、锡酸盐型等。
红色LED灯珠、显示器背光、照明等。
特性
发射波长范围广，色温稳定，亮度高， 寿命长，成本低。
绿色荧光粉
种类
硅酸盐型、铝酸盐型等。
特性
色纯度高，亮度高，稳定性好，寿命长。
应用
绿色LED灯珠、显示器背光、照明等。
蓝色荧光粉
种类
硅酸盐型、铝酸盐型等。
高温荧光粉
开发能在高温环境下稳定发光的 荧光粉，拓展LED在高温环境下
的应用领域。
长波长荧光粉
研究开发长波长荧光粉，提高 LED在红色和红外光区的发光性
能。
高效蓝色荧光粉
寻找高效、稳定的蓝色荧光粉， 解决蓝色LED的效率瓶颈问题。
LED荧光粉的市场前景与发展趋势
市场规模
随着LED照明的普及和市场份额的扩大，LED荧光粉市场规模也将 不断增长。
特性
色纯度高，亮度高，稳定性好，寿命长。
应用
蓝色LED灯珠、显示器背光、照明等。
黄色荧光粉
种类
01
硅酸盐型、铝酸盐型等。
特性
02
色温稳定，亮度高，稳定性好，寿命长。
应用
03
黄色LED灯珠、显示器背光、照明等。
紫外荧光粉
种类
硅酸盐型、铝酸盐型等。
特性
发射波长范围广，色温稳定，亮度高，寿命长。
应用
紫外LED灯珠、UV固化、消毒杀菌等。
05
LED荧光粉的挑战与前景
荧光粉的性能提升与改进
发光效率
通过优化荧光粉的合成工艺和配 方，提高荧光粉的发光效率，从
而降低能耗和提高照明效果。
稳定性
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白光LED荧光粉的特性、发展和应用近年来能源紧缺，地球暖化，威胁人类安全，哥本哈根会议未能达成实质协议。
低碳经济成为时尚的号角，具有节能环保特点的LED成为低碳经济产业的新宠。
提高白光LED的发光效率，成为LED产业中芯片制造者和荧光粉工程师最为紧迫的任务。
本文从荧光粉的性质、白光LED荧光粉的发展到LED荧光粉的应用阐述自己的认识，与广大读者交流。
一、荧光粉的特性1. 定义荧光粉是在一定激发条件下能发光的无机粉末材料，这些材料应是粉末晶体。
在人类文明史中荧光粉起着至关重要的作用，特别是在信息时代的今天，荧光粉已成为人们日常生活中不可或缺的材料，它广泛应用于货币的防伪标识，手机、电脑显示器，彩色电视荧光屏，医院胸透设备、机场安检、消防指示牌，车灯，道路照明、室内照明，在工业、农业、医疗、国防、建筑、通讯、航天、高能物理等诸多领域有着广泛的用途。
2. 荧光粉的分类有多种方法(1)按照激发的方式可分为：(2)按激发光的波长的分类如表1所示。
表1 光波长的划分(3)按照基质材料分类情况及代表性材料如下：硫化物：CaS∶Eu2+，SrS∶Eu2+，CaSrS∶Eu2+，Dy2+，Er3+红色荧光粉;氧化物：Y2O3∶Eu2+，Lu2O3：Eu3+(Lu=Y，Gd，La);硫氧化物：Y2O2S∶Eu3+;氮化物：BaSi7N10;氮氧化物：SrSi2O2N2∶Yb2+;CaSi9Al3ON15∶Yb硅酸盐：CaAlSiN3∶Eu2+;BaSrSiO4∶Eu2+;磷酸盐：Sr2P2O7∶Eu2+，Mn2+;铝酸盐：Y3Al5O12∶Ce3+;Tb3Al5O12∶Ce3+;还有钼酸盐等。
(4)按制备方法可分为：高温固相反应法，溶胶-凝胶法，固液相结合法，燃烧法，微波法，喷雾合成法，电弧法，水热合成法等。
3、荧光粉的性质荧光粉的性质，也叫一次特性，主要包括以下几种：相对亮度在规定的激发条件下，荧光粉试样与参比荧光粉的亮度之比。
激发光谱指荧光粉在不同波长光的激发下，其发光谱线和谱带的强度或者发光效率与激发光波长的关系，如450nm或者457~462nm，465~470nm蓝光激发光谱。
激发光谱不同，发光效率迥然不同。
发射光谱指荧光粉在某一特定激发波长光的激发下，所发射的不同波长光的强度或者能量分布，以发射光的能量分布来作图称为光谱能量分布图。
发射光谱中强度最大的波长称为主峰。
吸收光谱荧光粉的吸收系数Kλ随入射光波长的变化叫做吸收光谱，吸收光谱决定于荧光粉的基质，也与激活剂和掺杂材料有关。
漫反射光谱光线投射到粗糙表面时，它向各方向反射称为漫反射。
漫反射随入射波长而变化的图谱称为漫反射光谱。
外量子效率荧光粉在一定波长的光激发下，发射的荧光光子数与激发光的光子数之比。
当一束光照射到荧光粉时，一部分被反射、散射，一部分透射，其他的被吸收。
只有被吸收的这部分光才能对荧光粉的发光起作用，但不是所有被吸收的各种波长光都能对发光有贡献。
荧光粉对光的吸收遵循下述规律。
其中I0(λ)是波长为λ的入射光的原始光强，I(λ)是通过厚度为x的荧光粉后的光强，Ki是不随光强但随波长而变化的一个系数，称为吸收系数。
中心粒径粒径的体积累积分布中对应于50%的荧光粉的粒径，单位是μm。
温度特性表示荧光粉的发射特性与温度的关系。
通常指粉体加热到120℃并恒温10分钟时的改变量，包括发光亮度、激发波长、发射主峰及色品坐标等。
色品坐标在RGB三原色系统中，三原色光亮度并不相同，其光亮度之比为R∶G∶B=1∶4.5907∶0.0601。
在三色系统中，任何一种颜色的色刺激可用适当数量的三个原色的色刺激相匹配，每一原色的刺激量与三原色刺激总量的比称为该色的色品坐标，简称色坐标。
每种表示系统有其对应的色品坐标，在CIE1931的xyz 表色系统中的色坐标为x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)式中X，Y，Z??三基色刺激量;x，y，z??色品坐标;由于x+y+z=1，故由一对色品坐标(x，y)就可以表示一种颜色。
色温、相关色温及光色由普朗克公式可得不同色温的黑体的光谱能量分布曲线，按照三刺激值计算它们的色坐标x，y值，将这些x，y值绘制在x，y的色品图上，各点连成一条曲线，其形状如图1所示，这条曲线就称为黑体轨迹。
用这个黑体的温度来表示该光源的颜色温度，称为色温(Tc)。
由图1可知，当黑体的温度较低时，光色呈橙黄色。
光色随温度升高逐渐接近白色，继续升高黑体的发光就略显蓝色。
图1 CIE-1931色品图上的黑体轨迹LED光源的色坐标点到黑体轨迹的最近距离所对应的黑体温度称为相关色温，每一色坐标点到黑体轨迹的最近距离不是垂直线，而是有一定角度的斜线。
与黑体轨迹相交的系列斜线称为等相关色温线。
每条线上的色坐标值虽然不同，但相关色温却是相同的，都等于该斜线与黑体轨迹交点上多对应的黑体温度。
如图2为CIE-1931色品图上等相关色温线。
图2 CIE-1931色品图上的等相关色温线显色指数光源在照射物体后所引起的颜色效果就称为光源的显色性。
它是一个主观的定性的概念。
国际照明委员会(CIE)推荐用一个色温接近于待测光源的普朗克辐射体作参照光源，并将其显示指数定为100，用8个孟塞尔(Munsel)色片做测试样品，ΔEi评定待测光源的显色指数，CIE规定光源显色指数由公式Ri=100-4.6ΔEi确定，单块色片的显色指数称为特殊显色指数Ri，光源的特殊显色指数的算术平均值称为一般显色指数Ra，光源的显色指数越高，其显色性越好。
为了全面的反应光源的显色性能，CIE还规定了14个实验色。
表2给出了15个实验色序号及对应的颜色。
表2 CIE规定的实验色序号及对应的颜色表2中15个实验色的Ri称为特殊显色指数，在高显色荧光灯中经常使用的特殊显色指数是R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15。
粒径分布离散度S指的是荧光粉试样粒度分布的相对宽度或不均匀程度的度量。
定义为分布宽度与中心粒径的比值，其中分布宽度为边界粒径的一组特征粒径的差值。
计算公式为S(10,90)=(d90-d10)/d50式中：d10为粒径的体积累积分布中对应于10%的荧光粉的粒径，单位为μm;d50为粒径的体积累积分布中对应于50%的荧光粉的粒径，单位为μm;d90为粒径的体积累积分布中对应于90%的荧光粉的粒径，单位为μm;PH：荧光粉在一定体积去离子水中的酸碱度的度量;电导率：荧光粉在一定体积去离子水中可溶性杂质离子浓度高低的度量，单位μs/cm;密度：单位立方厘米体积的荧光粉的质量数，单位g/cm3;比表面积：1g荧光粉具有的表面积，单位m2/g。
二、白光LED荧光粉的发展状况1. 何谓白光LED荧光粉根据色彩调配原理，单晶片型白光LED具有三种获得途径。
(1)蓝光LED搭配黄色荧光粉，这种途径是日亚封装专利的核心，所获得的白光是假白光，由460nm+560nm两条谱线组成，光色质量差，显色性不佳，是对65亿人眼的严重危害。
(2)蓝光LED搭配红色荧光粉和绿色荧光粉，该途径是由“460nm+530nm+630nm”三条谱线组成，提高了绿色光谱能量成分和红色光谱能量成分，显色性大为提高，Ra可以达到80~85~90~95，能满足通常状态光色要求，也能满足特殊情况对光色质量的要求。
(3)UV-LED搭配RGB三基色荧光粉，这种途径由紫外线激发，既突破了日亚专利，又可获得高显色性，是国内外的研究重点之一。
因此，白光荧光粉是指能被一种激发光源所激发(可见光或紫外光)而发射白光的荧光粉。
2. 对白光LED荧光粉的要求(1)必须能被蓝光或者紫外光有效激发;(2)必须有高的外量子效率;(3)必须有稳定的物理化学性质，不怕酸碱，不和水，氧气，一氧化碳等反应;(4)必须耐紫外辐射，高的热淬灭温度或高的热稳定性;(5)必须有多品种荧光粉，便利互相搭配;(6)必须有优良的粉体表面形貌，晶体结构完整，有利于不同粉体相互搭配，混成白光后的色温，色坐标，显色指数符合要求，合适封装的粒径及粒径分布窄，一致性好;(7)无放射性，无毒、无害，对人体安全。
3. 白光LED荧光粉的组成荧光粉的组成包括母体材料(基质材料)，活化剂(激活剂)，辅助激活剂和助熔剂等。
荧光粉多为无机化合物，是由阳离子和阴离子组合而成的特定化合物。
一般阳离子或者阴离子都必须不具光学活性。
阳离子须具有饱和外电子层结构。
阴离子也须是化学惰性或者具有活化剂功能。
活化剂的电子层结构为nd10(n+1)S2或半充满轨域nd5，其离子半径与主体阳离子半径需相近，半径相差太多将造成晶格扭曲。
辅助激活剂主要用来协助能量传递以提高发光特性。
厦门科明达的Y3Al5O12∶Ce，Pr，Dy荧光粉中Pr3+和Dy3+吸收发光能量，同时转移给Ce3+活化中心，从而提高发光效率。
助熔剂是熔点比较低，不参与化学反应，不形成副产物又容易去除，对合成产物发光性能无害的物质。
添加在反应物中，在高温下熔融，可提供半流状态的环境，有利于反应物离子间的相互扩散，有利于产物晶化，获得最佳晶相。
助熔剂可以使一种或者多种复合。
碱金属或碱土金属、卤化物、硼酸，胺类等常用作助熔剂。
4. 荧光粉的二次特性灯的流明效率：LED灯的发光效率通常以流明效率表示。
荧光粉的主要特性就是发光特性，如何提高荧光粉的发光效率是荧光粉工程师研究的重点。
凡影响荧光粉发光效率的相关因素必须扬长避短。
如前述荧光粉的主体化学组成、激活剂和助熔剂的种类、浓度、晶体的形貌、晶体结构、颗粒大小，热稳定性等，都影响流明效率，在选材和合成时都得考量。
主体晶格共价键增强，意味着阴离子跃迁能量较低。
荧光粉之离子半径越大，结晶性越差。
激活剂浓度过高，会产生浓度淬灭效应。
当环境温度高于热淬灭温度时，将不发光。
因此在荧光粉专利中，既要研究成分配方，也要研究合成工艺。
发光学告诉我们决定荧光粉转换效率的有八大因素。
这八大因数是：(1)化学组成，即配方。
要分清楚是基质和激活剂，以及哪些是激活剂和助激活剂，基质不发光，只有主激活剂和助激活剂才发光。
(2)晶体结构和形貌。
形貌无定型、扁平状、粒状、方形、球形及聚合度大小等晶体的形貌与光转换密切相关。
(3)合成工艺。
传统的有固相合成法、液相合成法、固相-液相合成法和喷雾法等，合成温度也有高有低。
(4)颗粒大小及分布规律。
不同的合成工艺，颗粒大小不一致，用传统固相法，破碎工艺，颗粒度分布不一致，颗粒分布宽，发光特性差，液相法颗粒一致性好，发光特性好。
(5)晶体发射光谱。
是单一线光谱，或是数条线谱或窄谱或宽谱或宽带谱线。
(6)晶体发光强度。
荧光粉吸光效果高，其发光强度也高，其吸光效果取决于晶体结构和形貌。
晶体结构与化学组成及其摩尔数密切相关。