LED用发光材料的研究进展及应用前景

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可以使三种颜色同时具有256级灰度并任意混合，即可产生256 种颜色，256× 256× 256=16777216种颜色，形成例如水波纹256 × 256种颜色式连续变色或定时色彩变化等，形成夜晚色彩绚丽的式连续变色或定时色彩变化等，灯光幻影，及各种图形。这种“多色彩、多图案”灯光幻影，及各种图形。这种“多色彩、多图案”的变化，正好显现了LED光源的特色。

7 图案变化。LED光源能已平滑缓慢的进行红、黄、蓝、绿、青、 橙、紫、白七种颜色的过度及变色。接通与切断LED 的时间以微妙计算，可以较方便地制成流水般跑动和奔放跳动的动态变化。因此是传统光源无法比拟的，并且变化方式由于受程序控制，所以可以编制无数种程序形成无数种变化，LED光源构成的跑跳式灯光，可以让人感到耳目一新，永不单调，心旷神怡，激情荡漾，可充分体现灯光的动态效果。

8 冷光源。它还提供6500的相关色温，显色指数为72。该系统能用在超市、便利店、杂货店等手取式低温待售产品表面，散发通用质量的灯光，以更大的灯光均匀度、减少地板上扰人的眩光以及隐藏显示柜光源等方式，提高产品的可销性。更适合古建筑物的照明工程中.。

9 “高新尖”技术。与220V交流电控制的传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络技术，无限遥控技术，嵌入式控制器技术，所以亦是数字信息化产品。是半导体光电器件的 “高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点，为照明、显示、景观一次同时展现。

10 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。低压运行，几乎可达到100%的光输出，调光时低到零输出， 可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成1平方毫米。

11 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。

12 适用性：由于LED体积很小，每个单元LED小片是 3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形 状的器件，并且适合于易变的环境.发光体接近点光源（有利于LED的灯具设计）。

13 响应时间短。其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。所以,LED响应时间短反应速度快。

3 普通发光材料

发光是一种物体把吸收的能量，不经过热的阶段，直接转换为特征辐射的现象。发光现象广泛

存在于各种材料中，在半导体、绝缘体、有机物和生物中都有不同形式的发光。

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发光材料分为有机和无机两大类。通常把能在可见光和紫外光谱区发光的无机晶体称为晶态磷体，而将粉末状的发光材料称为荧光粉。 常用的发光材料按激发方式分为：

(1)光致发光材料，由紫外光、可见光以及红外光激发而发光，按照发光性能、应用范围的不同，又

分为长余辉发光材料、灯用发光材料和多光子发光材料。

(2) 阴极射线发光材料，由电子束流激发而发光的材料，又称电子束激发发光材料。 (3) 电致发光材料，由电场激发而发光的材料，又称为场致发光材料。 (4) X射线发光材料，由X射线辐射而发光的材料。

(5) 化学发光材料，两种或两种以上的化学物质之间的化学反应而引起发光的材料。 (6) 放射性发光材料，用天然或人造放射性物质辐照而发光的材料。

4 新型发光材料

稀土配合物发光材料：由于稀土离子本身的独特结构和性质，使得稀土离子在与配体配合后，

所发出的荧光兼有稀土离子发光强度高、颜色纯正和有机发光化合物所需激发能量低、荧光效率高、易溶于有机材料的优点。为人们探索新的发光能源、发光材料提供了新思路。其中吡唑啉酮及席夫碱因其独特的结构和良好的金属络合能力，成为人们研究的热点。

长余辉发光材料：长余辉发光玻璃是指具有长余辉发光性能的玻璃材料或玻璃制品。长余辉发光玻璃同时具有长余辉发光材料晶体和玻璃长程无序、短程有序非晶体的特点。经光激发后，在暗处产生余辉发光，发射光谱从440～650rim，发光颜色可实现白色、紫色，蓝紫色、蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色、黄色、橙红色、红色。其发光的机理可以借鉴长余辉发光材料的发光机理解释，主要是由材料中的稀土激活离子能级跃迁产生长余辉现象。 全色发光材料：采用高温固相法制备了NaCaPO ：Dy“系列样品，并在紫外(uV)及真空紫外(VUV)区域研究了系列样品的发光性能．紫外激发光谱显示在350 nm处有最强的激发峰，可以有效地吸收紫外光并将其转化为可见光．真空紫外激发光谱表明，NaCaPO ：Dy“能有效地吸收无汞荧光灯的激发源并将其转化为可见光．系列样品发光均呈现为白色，这种材料有潜力作为全色显示材料应用于发光二极管(LED)和无汞荧光灯中．关键词荧光粉；磷酸盐；uV光谱；VUV光谱；发光二极管(LED)；无汞荧光灯。

5 LED荧光粉概述

LED荧光粉近几年的发展非常迅速，美国GE公司持有多项专利，国内也有一些专利报道。蓝光LED激发的黄色荧光粉基本上能满足目前白光LED产品的要求。但还需要进一步提高效率，降低粒度。最好能制备出直径3~4nm之间的球形的荧光粉。

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。

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6 LED荧光粉化学成分及特性

7 LED荧光粉的应用

7.1实现白光发射

LED灯被誉为第四代光源，其中白光源毫无疑问是需求量最大的，所以LED荧光粉在实现白光发射领域应用最广泛。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。

第一种方法：蓝光LED芯片+黄色荧光粉，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。

第二种方法：蓝光LED+绿色荧光粉+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。

第三种方法：紫光LED+三基色荧光粉（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

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工作。

7.2利用某波段LED发光效率高的优点制备其它波段LED

虽然不使用荧光粉，就能制备出红、黄、绿、蓝、紫等不同颜色的彩色LED，但由于这些不同颜色LED的发光效率相差很大，采用荧光粉以后，可以利用某些波段LED发光效率高的优点来制备其他波段的LED，以提高该波段的发光效率。例如有些绿色波段的LED效率较低，台湾厂商利用我们提供的荧光粉制 备出一种效率较高，被其称为\苹果绿\的LED用于手机背光源，取得了较好的经济效益。

7.3将发光波长有误差的LED重新利用

LED的发光波长现在还很难精确控制，因而会造成有些波长的LED得不到应用而出现浪费，例如需要制备470nm的LED时，可能制备出来的是从455nm到480nm范围很宽的LED，发光波长在两端的LED只能以较低廉的价格处理掉或者废弃，而采用荧光粉可以将这些所谓的\废品\转化成我们所需要的颜色而得到利用。

7.4让LED光色更柔和、鲜艳

虽然在LED上最广泛的应用还是在白光领域，但由于其特殊的优点，采用荧光粉以后，有些LED的光色会变得更加柔和或鲜艳，以适应不同的应用需要，在彩色LED中也能得到一定的应用，但荧光粉在彩色LED上的应用还刚刚起步，需要进一步进行深入的研究和开发。

8 红色荧光粉的研究现状

3 +

8.1被Eu离子激发的硅酸盐红色荧光粉

3

林惠等利用H3BO3作为助熔剂、尿素为燃料,采用燃烧法成功制备了发光性能良好的Sr2SiO4∶Eu+3 +3 +

红色荧光粉。实验结果表明：Sr2SiO4∶Eu荧光粉的衍射峰发生了偏移，晶格常数减小Eu的加入使得晶格发生了收缩；同时发现H3BO3的加入有利于α－Sr2SiO4纯相的形成和（211）晶面的生长，选

3 +

择H3BO3（1%,2%，3%，5%（质 量分数））作助熔剂，有效地提高了Sr2SiO4∶Eu荧光粉的发光强

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度；H3BO3用量从1%增加到3%时，位于D1→F3跃迁的587nm 的发射峰D0→F2跃迁的622nm的发射峰逐渐增强。翟永清等以金属硝酸盐为原料、正硅酸乙酯为硅源，采用凝胶－燃烧法合成了新型红

3 +.3 +

色荧光粉Li2SrSiO4∶Eu凝胶燃烧所得前驱物在700℃焙烧3h即得目标产物Li2SrSiO;Eu。其晶体结构属六方晶系,激发光谱为一宽带，最大激发峰位于396nm处，最强的发射峰位于618nm处,是典型的3 +573 +3 +

Eu的D0→F2跃迁导致的。当Eu掺杂摩尔分数x在0.04～0.24的范围内时，随Eu浓度的增加，发光强度逐渐增强，无浓度猝灭现象发生。由于该荧光粉能够有效吸收396nm附近的近紫外光，因此适合做350～410nm的InGaN管芯激发的白光发光二极管用亮度红色荧光粉。

3 +3 +

邬洋等采用溶胶--凝胶法在Zn2SiO4基质中掺杂Eu，合成了红色荧光粉Zn2SiO4∶Eu。扫描电镜结果显示样品为球状荧光粉，颗粒直径为1～3nm。在395nm激发下，样品在613nm处发射出很强红

3 ++

光。结合荧光光谱，分析了样品的退火温度、Eu的浓度、电荷补偿剂 Li的浓度对样品发光强度的

3 +3 +

影响。研究发现，红色荧光粉Zn2SiO4：Eu的发光强度随退火温度的升高而增加，发光强度随Eu

+

和Li浓度的增加先增大后减小。