发光学与发光材料Word格式文档下载.docx

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1白光LED应用及其实现方法1

1.1白光LED的应用范围和市场前景1

1.2实现白光LED的多种方案2

2蓝光LED激发的荧光粉3

2.1黄色荧光粉3

2.2红色荧光粉4

2.3绿色荧光粉5

2.4存在的问题5

3发展展望6

[参考文献]7

1白光LED应用及其实现方法

1.1白光LED的应用范围和市场前景

目前，白光LED的应用已经十分普遍，由于其工作电压低、耗电省、高亮度，因而受到电气工程师和科研人员的青睐。

其主要的应用有以下几个领域[1]:

首先，白光LED灯主要用于汽车前大灯、空中远程探照灯和路灯

等。

如图1.1、图1.2和图1.3所示:

图1.1汽车前大灯图1.2空中远程探照灯图1.3路灯

其次，白光LED在室内照明开始占据比重，特别是高效高效节能

另外各种色温的白光LED正被广泛应用于体育场馆、车站、机场、

商业、工业和其它行业大楼里的照明或景观背景灯光。

如图1.6和图

1.7所示

图1.7楼盘夜景灯光

图1.6酒店大堂暖色系LED照明

世界三大照明工业公司GE、Philips和Orsam均成立半导体照明企业，以争夺半导体照明新兴产业的制高点，并且争相推出高亮度、大功率LED，力推使其成为传统的白炽灯和充气光源的理想替代品。

1.2实现白光LED的多种方案

依据发光学和色度学原理[2]，以LED为基板实现白光LED有多种方案，对比之下有3种方案发展较快。

（1）蓝色LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉结合组成白光LED。

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，调控它们的强度比，即可得到各种色温的白光。

（2）用发紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色荧光粉结合组成白光LED。

（3）将红、绿、蓝三基LED芯片组装实现白光。

但是，由于LED器件光输出会随温度的升高而下降，不同的LED下降程度差别很大，其结果是造成混合白光的色差[3]，使得此应用受到了限制。

使用荧光粉与LED组合实现白光的工艺，可以通过改变荧光粉的发射波长、荧光粉厚度来调节白光LED的色度、色温等，因此被广泛采用、发展迅速。

2蓝光LED激发的荧光粉

2.1黄色荧光粉

当今使用最多的蓝光LED是InGaN蓝光LED，发射峰值450--480nm[4]（如图2.1所示）。

日本日亚化学公司于1996年首先研制出以发黄光系列的钇铝石榴石（YAG）荧光粉配合蓝光LED得到高效率的白光光源。

图2.2和图2.3分别给出了Y3Al5O12:

Ce3+的激发光谱和发射光谱。

图2.3Y3Al5O12:

Ce3+的发射光谱（λex.=460nm）台湾大学的刘如熹等用固相法合成了Ce、Gd取代Y，Ga取代A1的Y3

Al5O12，研究了其发光特性[5]，得出:

只需少量Ce取代即可实现产生黄色荧光。

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趋势。

Ga取代量Al时，钇铝石榴石荧光粉晶格常数变大，发射

光谱最大峰有蓝移趋势。

通过调节Gd、Ga的量可使发射光谱的最大峰

波长在510～560nm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。

当Gd、Ga的量超过一定值则有杂相生成，对荧光粉的性能产生不利影响。

2.2红色荧光粉

刘行仁等制备了A3M2Ge3O12:

Cr3（A≡Cd2+、Ca2+；

M≡Al3+、Ga3+、Sc3+）锗酸盐石榴石体系[6]，研究了荧光粉在450nm蓝光激发下的荧光光谱，发现Cr3+离子发射光谱在室温下具有近红外的宽发射带，这类材料可有效地将LED蓝光转换为红光。

庄卫东[7]等合成了二价铕激活硫化物和三价铕激活碱土过渡金属复合氧化物2个系列的红色荧光粉。

二价铕激活硫化物（Sr，Ca）S:

Eu2+在460nm激发下，发射峰波长为600nm。

当SrS中的Sr2+被Ca2+逐渐取代后，激发和发射光谱最大波长向长波方向移动，且峰值明显增强；

Ca2+:

Sr2+≡1:

1（摩尔比）时，发射峰由609nm红移到647nm，这样可以通过调整基质中碱土金属阳离子的比例得到不同性能的红光。

但是，这种荧光粉稳定性差、容易潮解，须进行包覆处理。

三价铕激活碱土过渡金属复合氧化物荧光粉在小于350nm、360nm、380nm、460nm左右均出现较强的激发峰，因此该荧光粉能被紫外、紫光或蓝光LED有效激发。

其在460nm波长的蓝光激发下，在600nm附近出现了Eu3+的5D0→7F2的跃迁峰。

该红色荧光粉稳定性高、光衰小、色纯度高，是非常适用的红色荧光粉。

2.3绿色荧光粉

庄卫东[7]等制备了二价铕激活氯硅酸镁钙Ca8Mg-（SiO4）4Cl2绿色荧光粉。

它的激发光谱非常宽，适于紫外、紫光或蓝光LED激发，在460nm波长的蓝光激发下，在500nm附近有很强的峰。

2.4存在的问题

近年来，研究人员对不同种类的荧光粉的制备、物理性能、发光性能进行了大量研究，并取得了许多研究成果。

但是，还存在不少问题，如:

能够匹配蓝光LED的荧光粉，特别是可被蓝光有效激发的高效红色、绿色荧光粉很少，而要制备高显色指数的白光LED，这类荧光粉又是必不可少的。

同时，现在的制备方法主要集中在高温固相法，但固相法合成温度高、产物粒径偏大且粒度分布宽，难以达到要求的粒度，且不易得到纯相物质，存在很大的弊端。

随着材料科学的发展，用软化学法[10]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。

溶胶-凝胶法[11,12]、低温燃烧法[13,14]、水热合成法[15,16]、缓冲溶液沉淀法[17～19]、喷雾热解法[20]等软化学方法，由于是在液相中制备前驱体，各组分的含量可精确控制，反应组分可以在分子水平上混合均匀，得到的前躯体粒径小且粒度分布窄，烧结后得到荧光粉不用研磨即可使用。

合成温度比固相法低，可节省能源。

用微波辐射合成法[21]制备荧光粉，加热时材料内部整体同时发热，升温速度较快，从而显著缩短加热时间。

另外，微波能转换为热能的效率可达80%～90%，所以，微波烧结可以有效节省能源。

微波加热速度快，避免了材料合成过程

中晶粒的异常长大，能够在短时间、低温下合成纯度高、结晶较好、

晶形发育较完整、粒度细、分布均匀的材料。

而且，微波加热试样是

从内部开始的，因此无论颗粒大小都能快速加热，并可以减小处理过程中引起裂纹的热应力。

3发展展望

当前能够与蓝光LED匹配的荧光粉不多，合成方法也主要集中在固相法，所得粉体二次特性差。

用荧光粉涂敷制得的白光LED的光通和光效与大量使用的节能灯存在相当大的差距，色品质也存在一定问题，而且随着LED工作器件温度的升高，还容易发生色漂移。

因此，应该着重从以下几个方面改进现有的白光LED用荧光粉:

（1）研究用软化学方法和微波法合成荧光粉。

使用软化学方法和微

波法制备荧光粉能够得到二次特性好的荧光粉，从而提高荧光粉的光效。

（2）在原有灯用荧光粉基础上，通过稀土、碱土金属掺杂改变荧光粉的晶体性质，从而改变荧光粉的激发光谱，达到与当前LED的最好匹配，提高白光LED的光效。

（3）寻找与LED发射谱匹配好，而发射谱为窄带光谱的红、绿、蓝荧光粉，以提高显色指数。

（4）通过粉体的后续处理如包膜[22]，提高荧光粉的稳定性。

（5）对荧光粉的晶体结构、掺杂、能量传递机制等进行理论研究，从理论上指导荧光粉的研制

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