荧光粉配比对色坐标的影响

荧光粉与灯 上海 刘义成摘要：荧光灯色度参数 — 发光色坐标(包含相关色温)、显色指数、光通、光效及光衰等，不仅与荧光粉性能相关，还与制灯工艺及灯的其它材料有关。

本文探讨荧光粉与制灯工艺对灯质量的影响。

一 问题由来同样红粉、绿粉，按72.2:27.8比例配制成的荧光粉，送多家制灯公司制成“毛管”。

他们传送来的0小时及100小时测试数据汇总于表一，坐标图见图一。

表一 各制灯公司2700K灯的0与100小时测试数据CCT x Y Raη0η100衰%x100y100W备注粉2386.5120.453081.7R:G = 72.2:27.8D50=5.7体12699.4644.418381.766.163.8 3.5.4652.419114W22772.4588.418181.170.570.20.4.4591.417811W两U管32638.4686.417882.472.869.6 4.4.4702.418618W3n*12*95管42667.4644.413482.471.368.8 2.2.4657.412917W3n*12*95管52772.4566.413081.065.965.60.8少此数据13W两U管62775.4602.420081.272.469.4 3.2.4618.420617W3n*12*95管72815.4608.427781.661.557.9 5.8.4626.427913W单色粉自配图一 表一各灯的色坐标图可见，同样荧光粉在不同制灯公司所制成灯的数据有较大差异。

光效差异可能是“光通标准灯”不一致的关系，但灯的发光色坐标、光衰、色坐标漂移方向的差异就不能说是荧光粉的原故。

图二 红绿蓝荧光粉、汞谱及灯圈的色坐标图中R为红粉、G为绿粉、B1为单峰蓝粉、B2为双峰蓝粉、H为汞谱(采于无粉石英管灯)色坐标点，从右到左六个椭圆分别为2700K至6400K 的灯圈。

说明：除非色坐标在黑体轨迹上，否则应该称相关色温(CCT)，因为通俗称“色温”，本文也入俗称之为“色温”。

色坐标，色温，容差，显色指数是什么关系?该如何控制?2700K X:0.463 Y:0.420 4000K X:0.380 Y:0.3805000K X:0.346 Y:0.359 6400K X:0.313 Y:0.337色坐标反映的是被测灯管颜色在色品图中的位置,他是利用数学方法来表示颜色的基本参数。

色温就是说灯管在某一温度T下所呈现出的颜色与黑体在某一温度T0下的颜色相同时,则把黑体此时的温度T0定义为灯管的色温。

容差是表征的是光源色品坐标偏离标准坐标点的差异,是光源颜色一致性性能的体现.显色指数实际上就是显示物体真实颜色的能力，这里的真实颜色指的是在太阳光下照射所反映出的颜色。

显色指数与色温是有关系的，一般而言，色温越低显色指数越高，白炽灯就是100，节能灯通常在75-90之间。

显色指数反映了照明体复现颜色的能力,根据人们的生活习惯,认为日光下看到的颜色为物体的真实颜色.色坐标和容差\色温是有关系的,坐标确定后容差和色温也就确定.但他们和现色指数无关.控制它们主要是要稳定制灯工艺,特别是粉层厚薄和真空度,充氩量.然后用荧光粉进行调配,不要随意更换荧光粉厂家.色坐标与色容差是有关系的，色坐标是根据色标图而算出来的，色差就是实际测出的色坐标与标准的差。

色差大从一方面来说也就是你的灯管的稳定性怎么样，以我的经验，你可以去检查一下氩气是否达到工艺要求(氩气适当多一些可增强灯管的一致性)，由于T5是自动圆排机，所以也要检查一下系统的真空度是否良好(真空度差也会使颜色产生较大的差异，最后去测一下，圆排机烘箱的上下端温度差是否在40以内。

白光LED光通量随色坐标增大而增加研究了在蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法中,色坐标位置对光通量的影响。

在同样蓝光功率条件下,我们对标准白光点(色坐标x=0.33±0.05,y=0.33±0.05)附近不同色坐标位置的光通量进行了计算。

假设(0.325,0.332)位置流明效率为100 lm/W,计算得出,最大光通量对应的色坐标位置为(0.35,0.38),光通量为112 lm;最小光通量对应的色坐标位置为(0.29,0.28),光通量为93.5 lm。

第49卷第12期人工晶体学报Vol.49No.12 2020年12月JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS December,2020 Ba2YAlO5：Eu3+,Na+荧光粉的合成和光致发光性能研究段欢，崔瑞瑞，邓朝勇(贵州大学大数据与信息工程学院,贵州省电子功能复合材料特色重点实验室，贵阳550025)摘要:本文采用高温固相法成功合成了一系列Ba2YAlO5：0.2Eu3+,x Na+(x=0.01,0.03,0.05,0.10,0.20,0.30)荧光粉,研究了Eu3+,Na+掺杂对晶体结构的影响。

使用扫描电子显微镜观察荧光材料的微观形貌,使用荧光光谱仪对荧光粉的激发和发射光学特性进行观测和分析，从理论上研究了浓度猝灭和能量传递现象。

在613nm监测波段下，激发光谱在270~290nm处岀现O2-—Eu3+电荷转移带,395nm和465nm处岀现峰值，在465nm处峰值最大,对应于7F…^5D2跃迁。

在465nm监测波长下，观察到在613nm处发射峰最强，对应于跃迁,钠离子最优掺杂浓度为x=0.03。

通过理论计算得岀基质中的能量传递在最近邻离子之间。

对发光材料进行热稳定性测试和分析，计算得到热猝灭激活能的值为0.058eV,计算岀Ba2YAlO5：0.2Eu3+,0.03Na+荧光粉的色坐标位于(0.61,0.39)，非常接近于国际照明委员会规定的标准色坐标(0.67,0.33)。

关键词:荧光粉;高温固相;光致发光;浓度猝灭;能量传递;热稳定性;色坐标中图分类号：O734文献标识码:A文章编号：1000-985X(2020)12-230246Synthesis and Photoluminescence Properties ofBa2YAlO5：Eu3+,Na+PhosphorDUAN Huan,CUI Ruirui,DENG Chaoyong(Key Laboratory of Electronic Composites of Guizhou Province,College of Big Data and Information Engineering,Guizhou Lniversity,Guiyang550025,China)Abstract: A series of Ba YAlO5:0.2Eu3+,x Na+(x=0.01,0.03,0.05,0.10,0.20,0.30)phosphors were synthesized successfully by high temperature solid phase method.The effect of Eu3+,Na+doping on the crystal structure was studied.Observe the morphology of fluorescent materials with scanning electron microscope.The excitation and emission optical properties of phosphors were observed and analyzed by fluorescence spectrometer.Conducted theoretical research on concentration quenching and energy transfer.Under613nm emission,O2-—Eu3+charge transfer band appears at270nm to 290nm,peaks appear at395nm and465nm,the peak at465nm is the highest,corresponding to the7F()—5D transition.Under465nm excitation,it is observed that emission peak is the strongest at613nm,corresponding to the5D()—7F transition,and the optimal doping concentration of sodium ion is x=0.03.Theoretical calculation verified that the energy transfer in the host material is between the nearest neighbor ions.Thermal stability test analysis of the luminescent material show that activation energy of thermal quenching is0.058eV,and color coordinates of Ba YAlO5:0.2Eu3+,0.03Na+ phosphors are calculated locate in(0.61,0.39),which is very close to the standard chromaticity coordinates(0.67,0.33) stipulated by the International Commission on Lighting.Key words:phosphor；high temperature solid phase；photoluminescence；concentration quenching；energy transfer；thermal stability；chromaticity coordinate基金项目：国家自然科学基金（51762010）；贵州省高层次创新人才（黔科合人才[2015]4006号）；贵州省科技计划（黔科合平台人才[2018]5781号）作者简介：段欢（1993—），男，湖北省人,硕士研究生。

第48卷第9期 2020年9月硅 酸 盐 学 报Vol. 48，No. 9 September ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20190719Bi 3+浓度对Y 2O 3基荧光粉发光性能的影响李 倩1，张 彪1，史忠旗1，康永锋2(1. 西安交通大学材料科学与工程学院，金属材料强度国家重点实验室，西安 710049；2. 西安交通大学电子与信息工程学院，电子物理与器件教育部重点实验室，西安 710049)摘 要：采用高温固相法合成了Y 2O 3:x Bi 3+[x =0.05–1.00%(摩尔分数)]荧光粉，研究了Bi 3+掺杂浓度对荧光粉相组成、微观形貌及发光性能的影响。

结果表明：Bi 3+掺杂量增加会引起Y 2O 3基质晶格膨胀和晶胞体积增大；荧光粉呈等轴状颗粒形貌，且随着Bi 3+掺杂量的增加，粒径逐渐从250 nm 增加到600 nm 。

Y 2O 3:x Bi 3+荧光粉在波长为335 nm 的紫外光激发下，其发射光谱由370、410和483 nm 3个宽带发射组成。

370 nm 紫外光发射和410 nm 蓝光发射分别是由Bi 3+的S 6位点的3A u →1A g 和3E u →1A g 电子跃迁产生，483 nm 蓝绿光发射是由C 2位点的3B →1A 电子跃迁产生。

当Bi 3+掺杂浓度为0.25%时，荧光粉发光性能最优；掺杂量大于0.25%时，由于Bi 3+间的偶极–偶极相互作用，产生浓度猝灭现象。

所制备的Y 2O 3:0.25%Bi 3+荧光粉的色坐标为 (0.159 2、0.218 1)，显色指数R a 为69.27，表明这种蓝绿色荧光粉在白光LED 领域具有良好应用前景。

关键词：氧化钇；蓝绿色；浓度猝灭；荧光粉中图分类号：TB32 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)09–1468–06 网络出版时间：2020–07–13Effect of Bi 3+ Concentration on Photoluminescence Properties of Y 2O 3:Bi 3+ PhosphorsLI Qian 1, ZHANG Biao 1, SHI Zhongqi 1, KANG Yongfeng 2(1. State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, School of Materials Science and Engineering,Xi'an Jiaotong University, Xi ′an 710049, China2. Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education, Xi'an Jiaotong University, Xi ′an 710049, China)Abstract: Y 2O 3:x Bi 3+ (x =0.05–1.0% (mole fraction)) phosphors were synthesized by a solid-phase reaction route. Effect of Bi 3+ concentration on the phase composition, microstructure and photoluminescence (PL) performance was investigated. The results show that the lattice parameter and cell volume of Y 2O 3 host increase with the increase of Bi 3+ concentration. In addition, the phosphors are equiaxed grains, and the grain size increases gradually from 250 to 600 nm with the Bi 3+ concentration increasing. The emission spectra of Y 2O 3:Bi 3+ phosphors excited by ultraviolet light (λEX =335 nm) are composed of three broadband emission spectra centered at 370 nm, 410 nm and 483 nm. The ultraviolet-emission at 370 nm and blue-light emission at 410 nm appear due to 3A u →1A g and 3E u →1A g electron transitions of S 6 sites of Bi 3+, respectively. The blue-green emission at 483 nm occurs due to 3B →1A electron transition of C 2 sites of Bi 3+. The Y 2O 3:0.25%Bi 3+ phosphor shows the optimal PL performance. The concentration quenching occurs when Bi 3+ concentration is higher than 0.25% due to the dipole-dipole interaction between Bi 3+ ions. The color coordinate of Y 2O 3:0.25%Bi 3+ is (0.159 2, 0.218 1), and the color rendering index R a is 69.27, indicating that the as-synthesized blue-green phosphors have a broad application prospect in the field of white light-emitting diode.Keywords: yttrium oxide; blue-green; concentration quenching; phosphor白光发光二极管(LED)与传统的白炽灯和荧光灯相比，具有寿命长、环境友好、效率高等优点，被认为是下一代照明光源[1–3]。

LED封装行业分光分色标准中的色坐标、黑体轨迹、等温线等色度学概念的计算方法摘要在当今全球能源紧缺的环境下，节约能源已成为全人类共同的意识。

同时，国家也在大力倡导节能减排，在刚刚成功举办的2010年上海世博会和2008年的北京奥运会都不约而同的以绿色节能为主题，这就给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。

发光二极管（LED）作为新一代绿色光源，与传统光源（白炽灯、荧光灯和高强度放电灯等）相比，具有节能、环保、响应时间短，体积小，寿命长、抗震性好等多项优势，因而受到人们的青睐，成为各国半导体照明领域研究的热点。

本文主要是围绕LED的发光原理和LED封装行业的发展状态，重点探讨在LED封装行业分光分色标准制定过程中涉及的色坐标、等色温线、黑体轨迹曲线等色度学概念的计算方法，为LED封装行业的工程师提供非常实用的理论指导。

关键词：LED、等色温线、黑体轨迹。

第一章前言发光二极管（Light Emitting Diode，即LED）于20世纪60年代问世，在20世纪80年代以前，只有红光、橙光、黄光和绿光等几种单色光，主要作为指示灯使用，这一时期属于LED“指示应用阶段”。

20世纪90年代初，LED的亮度有了较大提高，LED的发展和应用进入了“信号和显示阶段”。

1994年，日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝光LED，在1997年诞生了InGaN蓝光芯片+YAG荧光粉的白光LED，使LED的发展和应用进入了“全彩显示和普通照明阶段”。

LED作为一种固态冷光源，是一种典型的节能、环保型绿色照明光源，必将成为继白炽灯、荧光灯和高强度放电灯（HID）之后的第四代新光源。

LED芯片通常用III-V族化合物半导体材料(如GaAs、GaP、GaN）通过外延生产工艺制造而成，其发光核心是PN结，具有一般PN结的特性，即正向导通，反向截止、击穿特性等。

LED发光原理是LED在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，电子和空穴在PN结复合，其中部分复合能转换成辐射发光，另一部分转换成热辐射，后者不产生可见光。

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。