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荧光粉简介,主讲人：薛丁龙,荧光粉简介,稀土三基色荧光粉,荧光粉制造工艺,荧光粉的应用,三基色混合荧光粉,稀土三基色荧光粉,灯用荧光粉的发展历史,稀土红色荧光粉,稀土绿色荧光粉,稀土蓝色荧光粉,荧光粉的发展历程,第一代灯用荧光粉(19381948年),卤磷酸盐发光材料(1948）,从1938年荧光灯问世以来，灯用发光材料已经历了三代的发展。,稀土三基色荧光粉(1974）,荧光粉的发展历史,第一代荧光粉,第一代灯用荧光粉(19381948年）,最早的灯用荧光粉：,CaWO4蓝粉,Zn2SiO4:Mn绿粉,CdB2O5:Mn橙红粉,MgWO4,+,(Zn,Be)2SiO4:Mn(黄粉),缺点：,光效低(40lm/W50lm/W)。,Be有毒。,相对密度、粒度不同，不易匹配。,荧光粉的发展历史,卤磷酸盐发光材料,1948年单一组份的卤磷酸盐发光材料开始普及使用。,化学组成：3Ca3(PO4)2Ca(F,Cl)2:Sb,Mn,各种卤粉的发射光谱(a)蓝白色；(b)日光色(c)冷白色；(d)白色,荧光粉的发展历史,卤磷酸盐发光材料,卤磷酸盐发光材料的优缺点：,卤粉的优点：,发光效率相对较高，达到80lm/W。,单一基质，原料丰富，生产成本低。,色温可调(暖白色、白色、日光色等)。,卤粉的缺点：,发色光谱中缺少450nm以下蓝光和600nm以上红光，Ra偏低。,在185nm紫外线照射下，卤族原子形成色心，光衰严重。,温度猝灭严重，不适合于紧凑型节能灯。,荧光粉的发展历史,第三代灯用荧光粉,1974年荷兰的Philips公司研制成功了铝酸盐绿粉和蓝粉，加上已知的稀土红粉，使得稀土三基色荧光粉应用得以实现。,化学组成,Y2O3:Eu3+(发射波长611nm),(Ce,Tb)MgAl11O19(发射波长543nm),BaMgAl10O17:Eu2+(发射波长451nm),稀土发光材料的特点：,谱线丰富，属于窄带发光，光色纯，能得到高的显色指数。,抗紫外辐照，高温特性好，能适应高负荷荧光灯的要求。,发光效率高，三基色荧光粉的量子效率均在90%以上。,灯用荧光粉的介绍,灯用荧光粉的要求,能吸收254nm紫外线，发射可见光。,在可见光范围内具有合适的发射光谱，使荧光灯有高显色性。,具有良好的颗粒特性和分散性。,具有耐热的温度特性。,具有一定的耐紫外辐照和离子轰击的稳定性。,灯用荧光粉的介绍,三基色荧光粉的种类,铝酸盐体系,红粉YOX,绿粉CAT,蓝粉BAM,磷酸盐体系,红粉YOX,绿粉LAP,蓝粉SCA,特点：铝酸盐荧光粉成本比较低，制造工艺简单，光效比磷酸盐低。磷酸盐荧光粉稀土含量高，制造工艺复杂，稳定性不如铝酸盐荧光粉。,稀土红色荧光粉,稀土红粉的物理特性,Y2O3:Eu3+红粉,Y2O3:Eu3+属于体心立方结构，Eu3+取代Y3+的位置。外观为白色晶体。,密度为5.1g/cm3,化学性质稳定，不溶于水、弱酸、弱碱,粒度为5um左右。,发射主峰611nm，色坐标为x=0.650，y=0.345,稀土红粉的光学特性,稀土红色荧光粉,Y2O3:Eu3+荧光粉吸收254nm的紫外光，发射611nm的红光，半高宽7nm。其色纯度高，量子效率高，接近100%。光衰特性好，耐185nm的短波辐射。,Y2O3:Eu3+荧光粉的激发光谱(a),漫反射光谱(b),Y2O3:Eu3+荧光粉的发射光谱,光谱图及色品参数,红粉,Y2O3:Eu3+荧光粉中Y2O3为基质材料，Eu3+为发光中心。Y2O3基质是强离子型晶体，晶体场的微扰作用显著削弱了原属禁戒跃迁的4f电子层的禁戒程度，在200300nm范围内形成一个宽激发带，使其能强烈的吸收254nm的紫外光。然后把能量传递给Eu3+离子使之被激发，被激发的Eu3+离子发生5D07F2跃迁，同时发射出611nm的红光。,稀土红粉的发光原理,稀土红色荧光粉,Eu3+的位形坐标图,Y2O3中有C2和S6两种对称性不同的格位，后者具有反演对称性。一般75%的Eu3+占据C2格位，发生5D07F2电偶极跃迁，这种跃迁属超灵敏跃迁，故发射很强的峰值为611nm的红光，荧光寿命为1.1ms；剩下少数Eu3+占据S6格位，发生5D07F1磁偶极跃迁，是禁戒的，发射弱的595nm的光，寿命为8ms。,稀土红粉的制备工艺,稀土红色荧光粉,Y2O3:Eu3+荧光粉的制备比较简单。由Y2O3，Eu2O3按一定比例混合，或按一定比例的Y，Eu草酸共沉淀，烧成(Y,Eu)2O3原料，加入少量助熔剂。在空气中12501450煅烧数小时。,Y2O3,Eu2O3,助熔剂,混合,烧成,球磨,清洗,烘干,混合包装,稀土绿色荧光粉,稀土绿粉的物理特性,MgAl11O19:Ce3+,Tb3+(简称CAT),CAT属于六方晶系，Ce,Tb取代LnMgAl11O19中的稀土离子Ln，外观为白色晶体。,密度为4.3g/cm3,化学性质稳定，不溶于水、弱酸、弱碱,粒度为6um左右。,发射主峰543nm，色坐标为x=0.327，y=0.598,稀土绿色荧光粉,稀土绿粉的光学特性,(Ce,Tb)MgAl11O19荧光粉吸收254nm的紫外光，发射543nm的绿光，半高宽10nm。其色纯度高，量子效率90%左右。温度猝灭特性好，耐185nm短波辐射的能力低于红粉。,(Ce,Tb)MgAl11O19荧光粉的激发光谱(1),漫反射光谱(2),(Ce,Tb)MgAl11O19荧光粉的发射光谱,光谱图及色品参数,绿粉,Tb,Ce,稀土绿色荧光粉,稀土绿粉的发光原理,紫外光,能量传递,CAT荧光粉中Tb3+为发光中心。发射峰位于543nm，属于Tb3+的5D47F5跃迁。Ce3+离子为敏化剂，Ce3+离子吸收紫外光然后通过无辐射能量传递有效地将能量传递给Tb3+离子，使之被激发然后发出绿光。,由于在大多数基质中Tb3+离子的4f5d吸收峰不能与254nm紫外线辐射相吻合,没法被激发。Ce3+离子能强烈的吸收254nm紫外线，而且在330360nm的长波紫外区具有强的发射，所以Ce3+离子通过无辐射传递将能量传递给Tb3+离子，Tb3+离子被激发后跃迁产生绿光。CAT中几乎不存在Ce3+-Ce3+之间的能量传递。Ce3+-Tb3+之间的最短距离大约为0.56nm，这样大的距离交换传递的概率低，主要是偶极子-四极子耦合作用决定能量传递过程。,热,热,绿光,CAT的发光过程示意图,稀土绿色荧光粉,稀土绿粉的制备工艺,原料,助熔剂,混合,煅烧,破碎,清洗,烘干,混合包装,还原,绿粉制备工艺比红粉多了还原一道工序,稀土蓝色荧光粉,稀土蓝粉的物理特性,BAM属于六方晶系，Eu取代Ba离子，Mn取代Mg离子，外观为白色晶体。,密度为3.7g/cm3,化学性质稳定。,粒度为6um左右。,单峰蓝粉发射主峰450nm，色坐标为x=0.147，y=0.060。双峰蓝粉发射次峰515nm，色坐标为x=0.142，y=0.145。,BaMgAl10O17:Eu2+(单峰),BAM的晶体结构,BaMgAl10O17:Eu,Mn(双峰),简称BAM,稀土蓝色荧光粉,单峰蓝粉的光学特性,BaMgAl10O17:Eu2+荧光粉吸收254nm的紫外光，发射450nm的蓝光，半高宽50nm，属于宽带发光。量子效率95%左右。蓝粉稳定性不佳。,单峰蓝粉的激发光谱(a)和发射光谱(b),光谱图及色品参数,单峰蓝粉,稀土蓝色荧光粉,双峰蓝粉的光学特性,BaMgAl10O17:Eu,Mn荧光粉吸收254nm的紫外光，发射450nm的蓝光和515nm的蓝绿光，主峰半高宽50nm，属于宽带发光。量子效率95%左右。,单峰蓝粉的激发光谱(a)和发射光谱(b)曲线1:em=458nm，曲线2:em=515nm,光谱图及色品参数,双峰蓝粉,稀土蓝色荧光粉,稀土蓝粉的发光原理,单峰蓝粉BAM:Eu2+BAM为基质，Eu2+为发光中心，取代位于镜面层中的Ba2+。450nm的蓝光是由Eu2+离子的5d4f跃迁产生的，属于宽带发光。与红粉和绿粉不同的是，由于此跃迁涉及外层电子，所以光学特性受基质晶格的影响较大，杂相可能会对蓝粉的亮度、色坐标和温度特性等产生比较严重的影响。,双峰蓝粉BAM:Eu,MnBAM为基质，Eu2+既为发光中心，又为敏化剂。Mn2+离子也是发光中心，取代Mg2+离子，其发射峰位于515nm。在双峰蓝粉中大部分Eu2+跃迁产生蓝光，少部分Eu2+通过无辐射传递将能量转移给Mn2+离子，然后Mn2+离子跃迁发射蓝绿光。Mn2+浓度增加则其绿光增强，Eu2+的蓝光减弱，双峰蓝粉可以提高显色指数，但却牺牲了一定的亮度。,稀土蓝色荧光粉,稀土蓝粉的制备工艺,原料,助熔剂,混合,烧成,球磨,清洗,烘干,包装,蓝粉制备工艺与红粉制备工艺基本相同,脱水,荧光粉制造工艺,荧光粉的制造方法,荧光粉生产工艺,荧光粉制造关键控制点,荧光粉生产工艺,荧光粉的制备方法,固相法,高温烧成,微波合成,燃烧法,喷雾热解法,水热法,溶胶凝胶法,共沉淀法,液相法,荧光粉生产工艺,荧光粉的生产工艺,混合烧成取出浆化球磨,湿筛脱水清洗干燥精筛包装,全自动烧成炉,万级洁净后处理车间,荧光粉生产工艺,荧光粉的生产设备,荧光粉生产工艺,荧光粉生产的关键点,一、原材料混合,1、原材料纯度要求高，杂质会影响粉体亮度和光衰；,2、配比计算要正确；,3、混料时间要严格控制，确保原材料混合均匀。,二、烧成,关键控制点：烧成时间、烧成温度、气氛等。,烧成对产品有决定性的影响，在这里需要控制产品的粒度，亮度，FSSS，色坐标等关键指标。,1、窑炉分为升温区、高温区、降温区。每支热电偶控制一个加热区，两支热电偶之间算一个温区。温度处于上升阶段的算升温区，保温阶段的算高温区，下降的算降温区。2、加热时间一般算通过保温区的时间。,荧光粉生产工艺,荧光粉生产的关键点,三、球磨,关键控制点：通过调节球磨的转速和球磨时间控制粉体粒径。,四、湿筛,保证筛网完整、不变形，去除粗颗粒和杂质异物。,五、清洗,控制清洗的水温和最终电导率，洗净产品的可溶物。,六、烘干,控制烘干的温度和时间，保证产品干燥，分散性好。,荧光粉的应用,节能灯的介绍,LED的介绍,常用显示器件的介绍,荧光灯介绍,荧光灯的发光原理,荧光灯主要由灯头、低压汞蒸气和荧光粉组成。,荧光灯的结构示意图,荧光灯的发光过程,灯丝预热发射电子,电子轰击气体放电,紫外线激发荧光粉,荧光灯的介绍,荧光灯的种类介绍,节能灯主要类型：紧凑型(T2,T3)，直管型(T5，T8),紧凑型,特点：光效6070lm/w；体积小，功率小；主要替代白炽灯；,特点：光效高，90lm/w以上；功率比较大，体积大；用于办公场所照明。,直管型,LED的介绍,LED的发光原理,在半导体中电子与空穴复合发光称为半导体发光,LED发光优缺点,优点：,效率高(120lm/w)、寿命长、防震、小型固体化、启动响应快、无污染。,缺点：,功率小、成本高、没有发射254nm紫外线的LED。,子弹型白光LED,显示器件的介绍,常见显示器件的种类,液晶电视,PDP等离子体电视,AMOLED显示屏,CRT电视,三基色混合荧光粉,三基色荧光粉的现状,单色荧光粉的特点,三基色荧光粉的配比,红粉基本过关，主要问题是成本高，在一致性和粒度分布方面还需努力。,绿粉初始光通量很高，但是在灯点燃2000h后光衰大，导致亮度下降。,蓝粉最突出的问题是光衰大，制灯后的光衰达到5%，导致制灯后出现色漂移。,三基色荧光粉的现状,三种单色粉中绿粉的光效最高，红粉次之，蓝粉最低约为绿粉的1/5,混合粉中红粉主要是降低色温，绿粉是增加光效提高亮度，蓝粉则主要是为了提高显色指数。,另外，红绿蓝粉的密度分别为5.1g/cm3、4.3g/cm3和3.7g/cm3，为了使荧光粉在涂管的过程中能够均匀的分散在胶黏剂中，三种粉的粒度也应该由小