(灯用荧光粉)灯用发光材料----课题组

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。

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。

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。

第六章灯用荧光粉•提纲• 6.1 引言• 6.2 荧光灯• 6.3 灯用荧光粉的制备• 6.4 光致发光材料– 6.4.1 灯用照明荧光粉• 6.4.1.1 早期荧光粉• 6.4.1.2 卤磷酸盐荧光粉• 6.4.1.3 三基色灯用荧光粉• 6.4.1.4 红光荧光粉• 6.4.1.5 蓝色荧光粉• 6.4.1.6 绿色荧光粉– 6.4.2 其它灯用荧光粉介绍– 6.4.3 高压汞灯用荧光粉– 6.4.4 提高真空紫外激发下发光材料效率的重要途径——量子剪裁发光材料6.1 引言三基色荧光粉6.2 荧光灯•发光照明：二战之前人们利用低压汞蒸汽放电产生紫外光，激发荧光粉产生可见光发射，即传统的荧光灯。

•荧光灯具有比白炽灯高的流明效率：–60W 白炽灯 15 lm/W–40W 荧光灯 80 lm/W荧光灯（低压汞灯）工作原理低压汞灯结构图1.玻璃管2.荧光粉3.阴极4.灯冒传统型荧光灯内装有两个灯丝。

在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。

灯管内壁涂有荧光粉。

玻璃管中充入惰性气体400Pa 和汞蒸气0.8Pa 。

在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，放电发光的主要成分包括：254nm 85%185nm 12%365，405，436，546nm 3%荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。

荧光粉不同，发出的光线也不同，可做成白色和各种彩色的荧光灯。

荧光粉要求：有效吸收254和185nm 紫外线，高的量子效率。

由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯高，是目前节能的电光源。

白光发射•模拟太阳，发射白光，•黑体辐射谱遵循规律：白光产生•蓝色+橙色•红+绿+蓝•混合许多发射谱带•具体颜色决定于所有颜色光谱和相对强度，可以通过色坐标的计算获得。

高压汞灯工作温度高达300摄氏度，功率大，用于户外照明。

放电发光中包含大量365nm 紫外光，要求荧光粉可以吸收较长波长的紫外线。

荧光粉的发光原理、发展历史及应用前景引言荧光粉是一种能将外部能量转变为可见光的发光材料，是照明、显示领域中重要的支撑材料，它是现今生活中极其重要的材料。

因此有必要对荧光粉进行深入了解。

1.荧光粉的发光原理与热辐射相比，荧光是一种产生具有很少热量的光的过程。

适当的材料吸收高能辐射，接着就发出光，所发光子的能量比激发辐射的能量低。

当发光材料是固体时，该材料通常称为荧光粉。

激发荧光粉的高能辐射可以是电子或具有高速度的离子，也可以是从γ射线到可见光范围的光子。

1.1常见照明用荧光粉的发光原理目前 ,实际用于照明用途的荧光粉 ,大部分是粉末状的以汞原子发出的紫外线 (主峰波长 253.17nm) 为激发源的光致发光荧光粉 ,它们是利用氧化物晶体中孤立离子的电子跃迁来发光的。

图1-1 原子的结构和光的转换由量子理论可知 ,孤立的单个原子或离子中具有多个能级 ,如图1-1(a) 所示 ,当原子或离子中的束缚电子由高能级向低能级跃迁时 ,会形成自身固有的发光。

下面以最简单的氢原子为例进行说明。

氢原子中含有 1 个电子 ,并且从原子核向外依次为称作 1s、2s、3s ……的电子轨道 ,各电子轨道对应不同的能级 ,氢原子的这 1 个电子通常位于最内侧的 1s 轨道上 ,该电子的状态称为基态。

若该电子受到电子碰撞或光等外来能量的刺激(激发) ,它就会吸收激发能量而向其外侧的轨道如 2s 轨道迁移。

2s 轨道的能量高于 1s 轨道的能量 ,如图1-1(b) 所示 ,电子的这种状态称为激发态。

原子发光就是电子由激发态返回到基态时产生的(见图1-1(c) ) 。

这类以光束激发的荧光粉主要用于荧光灯、等离子体显示屏 (PDP) 和白光LED 中。

1.2阴极射线管(CRT)用荧光粉的发光原理用于 CRT等装置中的荧光粉是以加速的电子束作为激发源的 ,这称为阴极射线致发光。

阴极射线致发光的原理为：射入固体中的电子慢慢失去能量。

由于 CRT 中以几十千伏高压使电子加速发射 ,当能量消失时会使周围产生电离 ,从而产生大量新的电子(二次电子) 。

在PDP中，用等离子气体（Xe）激发三种无机荧光粉发出红、绿、蓝三种颜色的光，从而形成影像。

然而就目前实用化的荧光粉来说,在等离子气体Xe的147nm 激发下其发光效率很低。

与灯用荧光粉的相对发光效率（80-100Lm/w）、阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）的相对发光效率（5-6Lm/w）相比，PDP荧光粉的相对发光效率仅为（1-1.5Lm/w），这主要与荧光粉的本身性能有关。

具有较高能量和较强辐射的真空紫外光（VUV）激发会造成荧光粉的色心、表面缺陷，从而导致发光性能降低，因此PDP用荧光粉除了需要高的发光效率外，还必须具有亮度高、色度纯、余辉时间短和稳定性好等特点。

目前PDP中应用的荧光粉为：(Y,Gd)BO3:Eu3＋(红)、Zn2SiO4:Mn2＋(绿)、BaMgAl10O17:Eu2＋(蓝)。

然而，它们均存有不足之处，即红色色纯度差（偏黄），绿色余辉时间过长，蓝色不稳定。

因此，目前在一些发达国家，改进和开发新的PDP用荧光粉已经成为材料领域研究重要课题，以期尽快改善PDP性能、提高PDP的产业化和商用化水平。

1 红色荧光粉目前PDP采用的商业红色荧光粉是(Y,Gd)BO3:Eu3＋和Y2O3:Eu3＋，并且只有(Y,Gd)BO3:Eu3＋被广泛的使用。

这主要是(Y,Gd)BO3:Eu3＋具有优良的真空紫外吸收特性，在真空紫外光（147nm）激发下发光效率比较高。

然而与CIE （The commission international declared standards）比较，(Y,Gd)BO3:Eu3＋发生了黄移。

所以对红色荧光粉的研究，主要需要解决色度不纯的问题。

本研究小组课题组与日本东北大学等合作，系统研究了现有材料并开发出了新型的红色荧光粉。

主要的成果有：首次提出了在100—300nm激发下(Y,Gd)BO3:Eu3+中存在Gd3＋－O2－和Y3＋－O2－电荷转移跃迁，阐明了其在真空紫外光激发下的发光机理，在此成果的基础上对(Y,Gd)BO3:Eu3+进行改性，其红橙比（R/O）由0.45（KX-504,日本化成公司产）增至1.250，取得了突破性进展；用水热法在低于300℃成功合成粒度均匀，高亮度的板状和球状的（Y,Gd）BO3:Eu３＋红色荧光粉（图1），其中球形的（Y,Gd）BO3:Eu３＋具有涂覆性好、致密度高、可有效减小荧光粉表面的光散射、发光效率高、有利于提高荧光屏的亮度等优点；为从根本上解决现有红色荧光粉色纯度不高的缺点，研制了色度非常好、亮度适中的系列新型红色发光材料，代表性的有GdAl3(BO3)4:Eu３＋。

摘要摘要近年来,InGaN基白光LED因为其出色的发光性质在照明世界中被广泛应用。

传统的白光产生方式是由InGaN基蓝光芯片激发黄色荧光粉产生白光,但是这种白光光谱中的红色光的缺失造成该白光的色温高、显色性能差,因此,为了获得高显色性低色温的白光,红色荧光粉被应用于白光LED中。

Eu2+激活的氮化物红色荧光粉可以被蓝光或紫外光有效激发,发射出590-680nm的红光。

这种荧光粉具有出色的温度特性和化学稳定性,且波长可调范围广、发光效率高,从而吸引了越来越多的关注。

白光LED是一种符合环保和节能的绿色照明光源,而红色荧光粉的性能对白光LED的显色指数及色温的影响极其显著。

氮化物体系红色荧光粉是一种非常优质的LED用荧光粉。

介绍了氮化物红色荧光粉的研究现状、晶体结构、主要的制备方法,针对目前还存在的一些问题,指出了今后的研究方向。

关键词:氮化物荧光粉发光白光LED CaAlSiN3：Eu2+ABSTRACRABSTRACTInGaN-based white LED is widely applied in the lighting world for its excellent Luminescent properties.The traditional white light conslsts of a high performance blue led and yellow PhosPhor, but the white light sPeetrum Produeed by this way lacks red 1ight and caused high color temperature and poor eolor performance. Therefore,in order to meet the LED needs of high CRI (color rendering index) and low color temperature, red phosphors are applied to white LED. Eu2+ aetivated nitride red phosphor can be effectively excited by ultraviolet or blue light and emit 590-68Onm red 1ight. This phosphor not only has excellent thermal stability and chemical stability, but also has wide emission wavelength range and high luminous effieiency, for which attracted more and more attention.White LED is a kind of environmental and energy-saving green lighting. However the performance of the red emitting phosphor can affect the color rending index and the color temperature of the white LED extremely. And the nitride or oxynitride red phosphor is a very high-quality kind for the white LED. The present research situa-tion, crystal structure, primary preparation technology of the nitride and oxynitride red phosphors are introduced. For the existing problems in the research, the new research direction is pointed out.Key Word：:nitrides; phosphorus; luminescence; white led;CaAlSiN3：Eu2+目录第一章绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 白光LED氮化物荧光粉简介 (2)1.3 国内外白光LED研究现状及发展前景 (3)1.4 荧光型白光LED的实现途径及其应用 (5)第二章白光LED基本原理 (9)2.1 荧光粉的发光原理 (9)2.1.1 发光的定义和发光材料的分类 (9)2.1.2发光的主要特征 (9)2.1.3 Eu2+离子的发光特性 (10)2.1.4荧光材料的能量传输机理 (11)2.2 LED基本工作原理 (12)2.3 LED主要性能指标及其产品分类 (12)2.3.1 LED主要性能指标 (12)2.3.2 LED产品分类 (13)第三章氮化物荧光粉的研究现状及合成 (15)3.1氮化物红色荧光粉的研究现状 (15)3.2 氮化物荧光粉的主要类型及特性 (16)3.3氮化物荧光粉的性能优势 (17)3.4 氮化物荧光粉的主要合成方法 (17)第四章氮化物荧光粉的发光特性研究 (23)4.1 氮化物荧光粉的制备及结构分析 (23)4.2 氮化物的发光特性 (24)4.2.1 CaAlSiN3：Eu2+的激发光谱 (25)4.2.2 CaAlSiN3：Eu2+的发射光谱 (25)4.2.3 Eu2+的浓度对氮化物发光强度的影响 (27)第五章氮化物红色荧光粉温度特性研究 (31)5.1 两种氮化物红粉在不同温度下被激发的发光特性 (31)5.2 两种氮化物红粉的热稳定性 (32)5.3 本章小结 (33)第六章结论与展望 (35)致谢 (37)参考文献 (39)第一章绪论1第一章绪论1.1 研究意义自20世纪90年代以来,人类需要更多的能源来快速发展全球的经济,这就能源需求和供应间发生了矛盾,人类逐渐需求更加节能的产品。

LED与荧光粉知识LED用荧光粉尚待创新近年来，在照明领域最引人关注的事件是半导体照明的兴起。

20世纪90年代中期，日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力，突破了制造蓝光发光二极管（LED）的关键技术，并由此开发出以荧光材料覆盖蓝光LED产生白光光源的技术。

半导体照明具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点，因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源，或称为21世纪绿色光源。

美国、日本及欧洲均注入大量人力和财力，设立专门的机构推动半导体照明技术的发展。

LED实现白光有多种方式，而开发较早、已实现产业化的方式是在LED芯片上涂敷荧光粉而实现白光发射。

LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法，但它们并没有完全成熟，由此严重地影响白光LED在照明领域的应用。

具体来说，第一种方法是在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。

该技术被日本Nichia公司垄断，而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色性较差，难以满足低色温照明的要求，同时发光效率还不够高，需要通过开发新型的高效荧光粉来改善。

第二种实现方法是蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光，显色性较好。

但是，这种方法所用荧光粉有效转换效率较低，尤其是红色荧光粉的效率需要较大幅度的提高。

第三种实现方法是在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫外光（370nm-380nm）或紫光（380nm -410nm）来激发荧光粉而实现白光发射，该方法显色性更好，但同样存在和第二种方法相似的问题，且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大，因此开发高效的、低光衰的白光LED用荧光粉已成为一项迫在眉睫的工作。