（应用化学专业论文）白光LED用红色与白色荧光粉的固相合成及其发光性能.pdf

揪 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：卫是钮 学位论文使用授权说明 z o o 年莎月眇日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 囹即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：易灵钮导师签名：问钞易2 吖。年占月，乙日 白光l e d 用红色与白色荧光粉的固相合成及其发光性能 摘要 白光l e d 由于具有效率高、寿命长、响应快、安全、环保等优点，被 誉为继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯后的“第四代照明光源。目前， 实现白光l e d 的主要方法是荧光转换法，即在单个l e d 芯片上涂敷相应组分 的荧光材料来实现白光。白光l e d 用荧光材料的制备及其发光性能的研究 已成为半导体照明领域的一个热点。本文以适合于近紫p b l n g a n 基荧光转换 型l e d 用的荧光材料为研究对象，采用传统的高温固相法合成了一系列白 光l e d 用荧光粉。首先以钼酸盐为基质材料，制备了e u 3 + 掺杂的 n a o 5 g d o 5 m 0 0 4 ：e u 3 + 、l i g d ( m 0 0 4 ) 2 ：e u 3 + 和k g d ( m 0 0 4 ) 2 ：e u 3 + 红色荧光粉。 研究了不同烧结温度对荧光粉粒径的影响，探讨了激活剂e u 3 + 的不同掺杂 浓度对荧光粉发光性能的影响。研究结果表明：e u 3 + 的掺入，不影响样品 晶体结构的形成。随着烧结温度的升高，样品粒径增大。以3 9 3 姗近紫外 光激发样品，荧光粉在6 1 6n l t i 处有强的红光发射，对应于e u 3 + 5 d o _ 7 f 2 跃迁。 随着e u 3 + 浓度的增加，样品在6 1 6n l n 处的发光强度逐渐增强，当发光强度达 到最大值后，e u 3 + 浓度继续增加，样品发光强度反而下降，出现浓度猝灭 现象。e u 3 + 在n a o 5 g d 0 5 x m 0 0 4 ：e u 3 + x 、l i g d l x ( m 0 0 4 h ：e u 3 + x 和k g d l 嗤( m 0 0 4 ) 2 ： e u 3 + x 体系中的最佳掺杂浓度分别为2 5m 0 1 、3 0m 0 1 和2 5m 0 1 。其次， 本文利用高温固相法在还原性气氛中合成了e u 2 + ，m n 2 + 共掺杂的 s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 、s r a l 2 8 2 0 7 和s r b p 0 5 单一基质白光荧光粉。分别研究了稀土 离子e u 2 + ，m n 2 + 的掺杂浓度对s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 、s r a l 2 8 2 0 7 和s r b p 0 5 发光性能 的影响。通过对样品荧光光谱和色坐标( c i e ) 的分析，确定e u 2 + ，m n 2 + 共 掺的最佳配比。从而在e u 2 + ，m 1 1 2 + 共掺配比下，继而分别进行掺b a 2 + 与掺 c 矿的研究。研究结果表明：所合成的s r z n 2 0 0 4 ) 2 ：e u 2 + ，m r 2 + 、s r a l 2 8 2 0 7 ： e u 2 + ，m n 2 + 和s r b p 0 5 ：e u 2 + ，m n 2 + 荧光粉在2 5 0 - 3 8 0n m 的区域都有较强的 激发光谱，可以被紫外光有效激发。在s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 、s r a l 2 8 2 0 7 和s r b p 0 5 体系中，e u 2 + ，m n 2 + 共掺的最佳配比分别为0 0 3 ：0 0 1 ，0 0 6 ：0 0 2 和0 0 4 ：0 0 1 。 最后，本文研究了所制备的荧光粉在近紫# i n g a n 基白光l e d 中的应用。将 制备的性能较好的红、白色荧光粉分别与- 3 9 5n l t l 和 3 7 0n l n 芯片结合，制 成了红光l e d 和白光l e d 。 关键词：白光l e d 高温固相法红色荧光粉白色荧光粉发光性能 s o l i d p h - a s es y n t h e s i sa n dl i 瓜御小s c e n c e p r o p e r t i e so fr e da n dw h i t ep h o s p h o r sf o r 礓t e l i g h te 蚤t t i n gd i o d ea p p l i c a t i o n a b s t r a c t b e c a u s ew h i t el i g h te m i t t i n gd i o d eh a st h ea d v a n t a g e so fh i g he f f i c i e n c y , l o n gl i f e t i m e ，f a s tr e s p o n s e ，s a f e t ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，i ti sc o n s i d e r e d a st h e “f o u r t hg e n e r a t i o nl i g h t i n gs o u r c e t h a tf o l l o w i n gt h ei n c a n d e s c e n tl a m p ， f l u o r e s c e n tl a m pa n dh i 曲i n t e n s i t yd i s c h a r g el a m p a tp r e s e n t ，t h em o s t l y m e t h o dt or e a l i z ew h i t el e di st h ep h o s p h o r - c o n v e r t e d l e d ( p c l e d ) ，w h i c h c o a t st h ec o r r e s p o n d i n gc o m p o n e n t so fp h o s p h o ro nas i n g l el e dc h i p t h e p r e p a r a t i o n a n dt h e i n v e s t i g a t i o n o ft h el u m i n e s c e n c e p r o p e r t i e s o ft h e p h o s p h o r sw h i c hu s e d f o rw h i t el e dw e r eb e c a m eah o t t o p i ci n t h e s e m i c o n d u c t o rl i g h t i n ga r e a i nt h i sp a p e r , t h ep h o s p h o r st h a ts u i t a b l ef o rn e a r u vi n g a n - b a s e dp c l e dw e r es e l e c t e da st h es t u d yo b je c t s ，a n das e r i e so f p h o s p h o r sf o rw h i t el e da p p l i c a t i o nw e r es y n t h e s i s e db yt h et r a d i t i o n a lh i g h t e m p e r a t u r es o l i d s t a t er e a c t i o nm e t h o d f i r s t l y , w ec h o o s e dt h em o l y b d a t ea s t h eh o s tc a n d i d a t ea n ds y n t h e s i s e dt h ee u 3 + d o p e dn a 0 5 g d 0 5 m 0 0 4 ：e u 3 + ， l i g d ( m 0 0 4 ) 2 ：e u 3 + a n dk g d ( m 0 0 4 ) 2 ：e u 3 + r e dp h o s p h o r s t h ee f f e c to ft h e d i f f e r e n tc a l c i n e dt e m p e r a t u r eo i l t h ep a r t i c l es i z eo ft h ep h o s p h o r sw a ss t u d i e d , a n dt h ee f f e c to ft h ee u 3 + d o p i n gc o n c e n t r a t i o no nt h el u m i n e s c e n tp r o p e r t i e so f t h ep h o s p h o r sw a si n v e s t i g a t e d t h es t u d yr e s u l t ss h o wt h a t ：t h ed o p e de u 3 + h a s i l l n oi n f l u e n c eo nt h ef o r m a t i o no ft h ec r y s t a ls t r u c t u r e t h es i z eo ft h es a m p l e i n c r e a s e dw i t ht h er i s e so ft h ec a l c i n e dt e m p e r a t u r e o ne x c i t a t i o nw i t h3 9 3n l i l n e a ru vi r r a d i a t i o n , t h ep h o s p h o rs h o w ss t r o n gr e d e m i s s i o na t616n n l c o r r e s p o n d i n g t ot h ee l e c t r i c d i p o l e5 d o _ 7 f 2t r a n s i t i o n o fe u 3 + t h e l u m i n e s c e n c ei n t e n s i t ya t616n l ne n h a n c e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ee u 3 + d o p 吨 r a t i o a f t e rt h ee m i s s i o ni n t e n s i t yr e a c h e sam a x i m u m , t h el u m i n e s c e n c e i n t e n s i t yd e c r e a s e sc o n t r a r i l yw i t ht h ec o n t i n u i n gi n c r e a s eo ft h ez u 3 + d o p i n g r a t i o ，a p p e a r st h ec o n c e n t r a t i o nq u e n c h i n gp h e n o m e n o n t h eo p t i m u md o p i n g r a t i oo fe u 3 + d o p e di nn a o 5 g d o 5 x m 0 0 4 ：e u 3 + x ，l i g d l x ( m o o a h ：e u 3 + xa n d k g d l x ( m 0 0 4 ) 2 ：e u 3 + xa r e 2 5m 0 1 ，3 0m 0 1 a n d2 5 m 0 1 ，r e s p e c t i v e l y s e c o n d l y , e u 2 + ，m n 2 + c o d o p e ds r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ，s r a l 2 8 2 0 7a n ds r b p 0 5w h i t e e m i t t i n gp h o s p h o r so fs i n g l em a t e r i a lw e r ep r e p a r e db yh i 曲t e m p e r a t u r e s o l i d - s t a t er e a c t i o nm e t h o du n d e rr e d u c i n ga t m o s p h e r ei nt h i sp a p e r t h ee f f e c t o fe u 2 + a n d v i n 2 + i o n sd o p i n gc o n c e n t r a t i o no nt h el u m i n e s c e n tp r o p e r t i e so ft h e s r z n 2 ( p 0 4 ) ：，s r a l 2 8 2 0 7a n ds r b p 0 5p h o s p h o r sw e r ei n v e s t i g a t e d ，r e s p e c t i v e l y t h r o u g ha n a l y s et h ef l u o r e s c e n c es p e c t r aa n dc o l o rc o o r d i n a t e s ( c m ) o ft h e s a m p l e s ，t h eb e s te u 2 + ，m n 2 + c o d o p e dr a t i ow a sd e t e r m i n e d t h es t u d yr e s u l t s s h o wt h a t ：t h ep r e p a r e ds r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ，s r a l 2 8 2 0 7a n ds r b p 0 5p h o s p h o r ss h o wa s t r o n ge x c i t a t i o ns p e c t r u ma tt h e2 5 0 3 8 0n l nr e g i o n ，a n dc a nb ee f f e c t i v e l y e x c i t e db yu l t r a v i o l e tl i g h t t h eb e s te u 2 + ，m n 2 + c o d o p e dr a t i oi ns r z n 2 ( p o , h ， s r a l 2 8 2 0 7a n ds r b p 0 5p h o s p h o r sa r e0 0 3 ：0 0 1 ，0 0 6 ：0 0 2 a n d0 0 4 ：0 0 1 ， r e s p e c t i v e l y f i n a l l y , t h ea p p l i c a t i o no ft h ep r e p a r e dp h o s p h o r so nt h en e a ru v i v i n g a n b a s e dw h i t el e dw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r t h er e dl e da n dw h i t el e d w e r ef a b r i c a t e dt h r o u g hc o m b i n i n gt h ep r e p a r e dr e da n dw h i t ep h o s p h o r st h a t h a v eg o o dl u m i n e s c e n tp r o p e r t i e sw i t ha - 3 9 5n l r la n d 3 7 0r m le m i t t i n gi n g a n c h i p ，r e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：w h i t e - l e d ；h i 曲t e m p e r a t u r es o l i d s t a t e r e a c t i o n ；r e d p h o s p h o r s ；w h i t ep h o s p h o r s ；l u m i n e s c e n tp r o p e r t i e s v 目录 摘要“i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 白光l e d 简介l 1 1 1 发光二极管的发展历程1 1 1 2 发光二极管的工作原理及特点一1 1 1 3 实现白光l e d 的方法2 1 1 4 白光l e d 研究现状及发展趋势3 1 2 白光l e d 用荧光粉技术要求5 1 2 1 荧光粉的特性5 1 2 2 白光l e d 对荧光粉的要求6 1 3 荧光粉的主要制备方法6 1 3 1 高温固相法6 1 3 2 溶胶一凝胶法7 1 3 3 沉淀法7 1 3 4 水热法8 1 3 5 燃烧法8 1 4 白光l e d 用新型荧光粉的探索o o l i p g qod o g 9 1 4 1 钼酸盐红色荧光粉9 1 4 2 单一基质白光荧光粉1 0 1 5 本文研究的目的意义及主要工作1 1 1 5 1 研究目的和意义1 1 1 5 2 主要研究工作1 1 第二章实验部分1 3 2 1 实验试剂及仪器1 3 2 1 1 实验试剂1 3 2 1 2 实验仪器1 3 2 2 实验方法1 4 2 3 实验测试及表征1 4 2 3 1 汁射线粉末衍射分析1 4 2 3 2 荧光光谱分析1 4 2 3 3 粒度分析1 4 2 3 4 形貌分析1 4 2 3 5 紫外一可见光谱( u v 二s ) 分析1 4 第三章钼酸盐红色荧光粉的制备及其发光性能1 5 3 1 弓i 言1 5 3 2 实验1 5 3 2 1 荧光粉的制各1 5 3 2 2 红光l e d 的制备1 5 3 3 结果与讨论1 6 3 3 1 荧光粉x r d 分析1 6 3 3 2 荧光粉粒度分布及形貌分析1 8 3 3 3 荧光粉的发光性能2 1 3 3 4 不同浓度e u 3 + 掺杂对荧光粉发光性能的影响2 4 3 3 5 荧光粉的紫外一可见吸收光谱2 6 3 3 6 荧光粉红色l e d 的发光性能2 7 3 4 荧光粉与y 2 0 2 s ：o 0 5 e o a + 发光性能比较2 9 3 5 本章小结3 0 第四章单一基质白光荧光粉的制备及其发光性能3 2 4 1 引言3 2 4 2 实验”3 2 4 2 1 荧光粉的制各3 2 4 2 1 1 s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ：e u 2 + ，m n 2 + 的制各3 2 4 2 1 2s r a l 2 8 2 0 7 ：e u 2 + ，m n 2 + 的制备3 2 v 4 2 1 3s r b p 0 5 ：e u 寸，m n 2 + 的制备3 2 4 2 2 白光l e d 的制备3 3 4 - 3 结果与讨论3 3 4 3 1 s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ：e u 2 + ，m n 2 + 3 3 4 3 1 1s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ：e u 2 + ，m n 2 + f 约x r d 分析3 3 4 3 1 2s r z n 2 ( p 0 4 ) u ：e u 2 + ，m n 2 + 形貌分析3 4 4 3 1 3s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ：e u u + 的发光性能3 4 4 3 1 4s r z n 2 ( p 0 4 ) 2 ：e u 2 + ，m n 2 + 的发光性能3 5 4 3 1 5s r o 9 7 - z b a z z n i 9 9 ( p 0 4 ) 2 ：e u 2 + o 0 3 ，m 1 1 2 + o 0 1 的发光性能3 7 4 3 1 6s r o 9 7 z n l 舯( p 0 4 ) 2 ：e u 2 + o 0 3 ，m n 2 + o o l 白光l e d 的发光性能3 8 4 3 2s r a l 2 8 2 0 7 ：e u 2 + ，m n 2 + - - 4 0 4 3 2 1s r a l 2 8 2 0 7 ：e u 2 + 的x r d 分析4 0 4 3 2 2s r a l 2 8 2 0 7 ：e u 2 + 的发光性能4 0 4 3 2 3s r o 9 7 2 8 2 0 7 ：e u 2 + o 0 3 ，峨的发光性能4 2 4 3 2 4c a x s r o 9 2 - x a l 2 8 2 0 7 ：e l p o 0 6 ，p o 舵的发光性能4 3 4 3 2 c a 5 s r o 4 2 a 1 2 8 2 0 7 ：e u 2 + o o e , m n 2 + o 0 2 自光l e d 的发光性能4 4 4 3 3s r b p 0 5 ：e u 2 + ，1 1 1 2 + 4 5 4 3 3 1s r b p 0 5 ：e u ，m n 2 + 的x 】m 分析4 5 4 3 3 2s r b p 0 5 ：e u 2 + 的发光性能4 6 4 3 3 3s r b p 0 5 ：e u 2 + ，m n 2 + 的发光性能4 7 4 3 34s r o 9 孓x m x b p 0 5 ：e u 2 + o 0 4 ，m n 2 + o o l ( m = c a , b a ) 的发光性能4 8 4 4 荧光粉发光性能比较5 0 4 5 本章小结5 1 第五章结论与展望5 2 5 1 结论5 2 5 2 前景展望5 3 参考文献5 4 致谢一一6 0 攻读硕士学位期间发表论文情况6 l l i 广西大掌硕士掌位论文白光l e d 用红色与白色荧光粉的同相合成及其发光性能 1 1 白光l e d 简介 第一章绪论 1 1 1 发光二极管的发展历程 发光二极管( l i g h te m i t t i n gd i o d e s ，简称l e d ) f 1 2 0 世纪6 0 年代问世以来，发展迅 速，发光效率不断提高。在全球能源短缺的背景下，节能、环保、绿色已成为当今社会 的热门话题，而白光l e d 因其本身所具备的优点，使得它在照明市场的前景越来越受到 人们的关注，有望取代白炽灯、荧光灯和高压汞灯，成为二十一世纪最具发展前景的绿 色照明光源。 第一只l e d 是1 9 6 2 年由n h o l o n y a k 等人利用g a a s p 材料制得的红光l e d ( a , p = 6 5 0n m ) ，其发光效率大约为0 1 删，是白炽灯效率的1 1 5 0 f 1 1 ，只能用来做指示灯。2 0 世纪7 0 年代，随着新型材料的生长和器件制备技术的不断改善，g a p ：z n o 红光l e d 和 g 柚：n 绿光l e d ( x p = 5 5 5n m ) 开始进入市场【2 1 。接着c r a a s 0 3 5 p o 6 5 n g a p 橙红色l e d ( x p = 6 1 0n m ) 和g a a s o 1 5 p o s 5 n g a p 黄色l e d ( x p = 5 9 0n m ) 相继问世，光效提高到1 l m w ，其应用进入显示领域。2 0 世纪8 0 年代，a i g a l n p 材料和a 1 g a l n n 材料成为制备 l e d 芯片的新材料，制备出了高亮度的黄光和黄绿光l e d 。1 9 9 3 年日本n i c h i a 公司首 先在蓝色g a n 发光二极管上获得技术突破【3 】，为白光l e d 的出现奠定了基础，于1 9 9 6 年实现白光l e d 4 ，并于1 9 9 8 年推向市场作为照明光源使用。2 0 世纪9 0 年代末，随着氮 化物研究领域缓冲层技术、柔性衬底技术、侧向外延技术等新的生长技术的不断推出 1 5 - 7 1 ，蓝光l e d 的效率已达n 2 0l m w 。2 0 0 0 年，n i c h i a 公司的试验样品达到2 5l m w ，其 发光效率相当于卤钨灯水平。最近l e d 芯片的发射波长由蓝光区移至近紫；, f n t 引，大大 地提高了l e d 芯片的功率。随着l e d 研制技术的不断进步，至l j 2 0 1 0 2 0 1 5 年时，l e d 发光 效率有望达到1 5 0 2 0 0l m w 。 1 1 2 发光二极管的工作原理及特点 发光二极管是把电能转化为光能的固体电致发光器件，其核心部分是由p 型半导 体和1 1 型半导体组成的p - n 结。l e d 的发光原理及基本结构如图1 1 所示，发光过程 包括正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输三个部分。当p n 结外加一个正向偏 执电压时，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出 广西大掌硕士掌位论文白光l e d 用红色与白色荧光粉的固相合成及其发光性能 来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二 极管，通称l e d 。它能发出从紫外到红外不同颜色的光，光的强弱与电流有关p ，1 0 1 。 ，。连接导线 环氧树脂 极 j ； 图1 - 1l e d 身 , z 光原理( 左) 和l e d 结构图( 右) f i g 1 - 1t h el i g h t - e m i t t i n gp r i n c i p l eo f l e d ( 1 e f t ) a n dt h es t r u c t u r eo f l e d ( r i g h t ) 与传统的照明光源( 白炽灯、荧光灯) 相比，白光l e d 具有以下特点【1 1 ，1 2 】： ( 1 ) 使用电压低：白炽灯和荧光灯使用的电压一般为1 1 0 2 2 0v ，而l e d 使用的是低 压电源，供电电压在6 2 4v 之间；( 2 ) 节能，耗电量少：在同样的照明效果下，l e d 的 耗电量仅为白炽灯的八分之一，荧光灯的二分之一；( 3 ) 使用寿命长：普通白炽灯的寿 命约为1 0 0 0 d 、时，而l e d 的平均寿命可达1 0 万小时。l e d 灯具的使用寿命可达5 1 0 年， 大大降低了灯具的维护费用；( 4 ) 响应时间短：l e d 灯的响应时间为纳秒级，而一般白 炽灯的响应时间为毫秒级；( 5 ) 安全环保：l e d 为全固态发光体，是冷光源，发热量低， 无热辐射，不含h g 、n a 等可能危害人体健康的物质，废弃物可回收，没有污染；( 6 ) 颜 色可调：改变电流可以改变发光颜色，可以方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带 结构和带隙，实现红黄绿蓝橙多色发光；( 7 ) 光色纯，光线质量高：单一颜色l e d 的光 谱狭窄，谱线集中在可见光波段；( 8 ) 适用性广：l e d 体积小，可以制备成各种形状的 器件，并且适合于易变的环境。 1 1 3 实现白光l e d 的方法 目前，利用l e d 技术实现白光的方法主要有3 种【1 3 。1 5 】：三基色l e d 直接混色法、蓝 光芯片加黄色荧光粉法和紫外转换法，如图1 2 所示。下面分别介绍这3 种方法的原理和 实现白光的过程。 ( 1 ) 三基色l e d 混色法：直接将红、绿、蓝三色芯片组合封装在一起，形成多芯片 型白光l e d ，通过空间混色的原理，将发出的红、绿、蓝光按照适当的比例进行匹配， 2 广西大掌硕士学位论文白光l e d 用红色与白色荧光粉的嗣相合成及其发光性能 混合成白光。由于不同的l e d 器件随着温度的升高，发光亮度下降的程度差别很大，其 结果会造成混合自光的色坐标漂移。 ( 2 ) 蓝光芯片加黄色荧光粉法：利用波长为4 6 0 , - 4 7 0n m 的g a n 基蓝光l e d 芯片激 发黄色发射的y a g ：c e 荧光粉，g a n 基发出的蓝光与荧光粉发出的黄光混合而形成白 光。这种方法采用单芯片与单种荧光粉，转换效率高，操作上较易实现，且没有紫外成 分，不会造成紫外辐射污染，是目前白光l e d 锘i j 作的主要方向。但由于这种白光中缺少 红色光谱成分，光源的显色指数较低。 ( 3 ) 紫外转换法：利用近紫外0 0r i m ) l e d 芯片发出的近紫外光激发红、绿、蓝三 基色荧光粉，通过调整三色荧光粉的配比而得到白光。以r g b 为三基色的系统中，绿色 和蓝色荧光粉的研究和使用已经相对成熟，目前缺少能够被近紫外光和蓝光有效激发的 红色荧光粉。用这种方法制备的白光l e d 具有成本低、显色性好的优势。 r e d + g “煳+ b l u el e i 兔u vl e d + r g bp h o s p h o r b i n a r yc o m p l i m e n t a r y 移少 ) q 釜遗 从苏麓 m冲 ”，嘲柚铀 u vl e d + r g bp h o s p h o r 图1 2 实现白光l e d 的三种方法 b l u e l e d + y e l l o wp h o s p h o r f i g 1 - 2t h r e em e t h o d so fg e n e r a t i n gw - l e d 1 1 4 白光l e d 研究现状及发展趋判1 6 1 8 1 白光l e d 这种环保、节能的绿色照明光源，无论从市场应用前景、经济价值还是社 会效益上来讲，都具有重要的意义。目前，从事g a n 基l e d 材料生长、器件制作工艺和 相关设备制造研究和开发工作的公司及研究机构中，处于领先水平的公司主要有日本的 n i c h i a 、t o y o t ag o s e i 、索尼、三洋，美国的g r e e 、l u m i l e d s ，欧洲的o s r a m 、p h i l i p s 等。日本、美国和欧盟都成立了专门机构制定战略目标和计划，以确保推动固体白光 l e d 发展处于领先地位。 3 广西大学硕士掌位论文白光l e d 用红色与白色荧光粉的同相合成及其发光性能 1 9 9 8 年日本政府投资5 0 亿日元率先启动t 2 1 世纪光计划，计划2 0 1 0 年发光效率达 1 2 0l m w ，每年节省1 0 亿公升以上的原油消耗，并制定固态照明灯具国家标准。美国政 府决定从2 0 0 0 年至2 0 1 0 年投入5 亿美元，执行国家半导体照明研究计划，主要研究 l e d 生产成本的降低和l e d 转换效率的提高。预计2 0 1 0 年有5 5 的白炽灯和荧光灯被白 光l e d 取代，每年节省电费3 5 0 亿美元，减少c 0 2 排放量7 5 5 亿吨。1 9 9 9 年，欧盟制定彩 虹计划，主要是推动固体白光l e d 的应用，预计采用半导体照明达到高效、节能、不 使用有害环境的材料、模拟自然光的目标。韩国政府2 0 0 0 年执行固态照明计划， 其计划的实施由光产业振兴会负责。计划2 0 0 0 年至2 0 0 8 年期间，政府和企业分别投资4 7 2 亿美元和7 3 6 亿美元，目标称为亚洲最大光电子生产国。在国内，台湾2 0 0 1 年制定次 世纪照明光源开发计划，参加该计划的有1 4 个企业、研究机构和大学，预计2 5 的白 炽灯和1 0 0 的荧光灯被白光l e d 取代，每年节省1 1 0 亿千瓦时的电量。在国内大陆，我 国于2 0 0 3 年6 月正式设立了国家半导体照明工程项目计划。预计投资5 0 - - 1 0 0 亿元发 展具有自主知识产权的半导体照明技术，l e d 效率达到1 5 0 2 0 0l m w 。 为了强占固态照明这一高新产业和市场，世界上掌握半导体照明技术的半导体材料 器件公司和著名光源厂商纷纷联盟，实行强强联合，重组半导体照明新公司。( 1 ) 1 9 9 9 年7 月全球第一大照明光源荷兰p h i l i p sl i g h t i n g 公司与美国h p 的a g i l e n t 技术公司合 资1 5 亿美元成立l u m i l e d s 公司；( 2 ) 1 9 9 9 年美国最大灯具厂g el i g h t i n g 与美国光电 半导体m o c v d 设备大厂e m c o r e 联合成立g e l c o r e 公司：( 3 ) 1 9 9 9 年1 月德国 s i m e n s 光电公司和德国世界第三大光源灯具厂商o s r a mg m b h 公司合资成立o s r a m o p t os e m i c o n d u c t o r s 公司；( 4 ) 日本丰田合成公司和东芝公司联合发展紫外白光l e d 。 近年来，白光l e d 照明光源的进展速度比原来预期的要快得多，在质和量方面均取 得了举世瞩目的进步。目前白光l e d 的发光效率达到4 0i m w ，已超过白炽灯( 7 4 1 6l m 聊的水平，但价格高于白炽灯。为了真正能够取代日光灯( 4 0 - - - 7 0l m m 进入通用照明 市场，还需进一步提高其发光效率和解决发光亮度低、成本高、显色指数差等问题。为 此，人们正围绕着芯片、荧光体和封装三个方面进行攻关，促使l e d 芯片的质量和结构 得到进一步的改进，同时提高内量子效率，优化取光率，降低色温，争取早日实现大规 模的半导体照明。 4 广西大学硕士掌位论文白光l e d 用红色与白色荧光粉的固相合成及其戋光佳能 1 2 白光l e d 用荧光粉技术要求 1 2 1 荧光粉的特性 荧光粉必须满足发光学及l e d 灯制造工艺的基本条件，其技术性能包括一次特性 ( 测试性能) 和二次特性( 使用性能) 1 9 l 。 荧光粉的一次特性： ( 1 ) 吸收光谱 吸收光谱反映荧光粉吸收能量与辐照光波长的关系。吸收光谱主要由基质材料决 定，通过它可以知道哪些波长的光被吸收，吸收率是多少。 ( 2 ) 激发光谱 激发光谱是指某一谱线或谱带发光的强度随激发光波长( 或频率) 的变化。通过激 发光谱分析，可以确定对发光有贡献的激发光的波长范围，它反映不同波长的光激发发 光材料的效果。 ( 3 ) 发射光谱 发射光谱是指发光强度按波长或能量的分布，发射光谱的形状由发光中心的结构决 定。由于不同的发光谱带来源于不同的发光中心，因而有不同的性能。 ( 4 ) 量子效率 量子效率是荧光粉所发射的光子数与激发时所吸收的光子数的比值。 ( 5 ) 发光效率( 流明效率) 发光效率表示荧光粉发光的光通量与激发能量之比。通常用发光效率来表示荧光粉 的发光能力。 ( 6 ) 余辉 余辉指荧光粉在激发停止后仍持续一段时间的发光。 ( 7 ) 温度特性 荧光粉在高温下必须具有良好的发光特性。 ( 8 ) 粒度 荧光粉的粒度必须兼顾涂粉工艺和获得优良发光性能的要求。荧光粉粒径过大会导 致涂层不均匀；粒径过小则会增大对紫外光辐射的反射，降低对紫外光辐射的吸收，从 而导致灯的光效下降。 荧光粉的二次特性： s 广西大掌硕士掌位论文白光l e d 用红色与白色荧光粉的固相合成及其发光性能 ( 1 ) 分散性 荧光粉良好的分散性是保证涂层均匀的前提，否则荧光粉在涂覆液中容易发生团 聚。 ( 2 ) 稳定性 荧光粉的稳定性包括化学稳定性、热稳定性及耐紫外光辐射稳定性。荧光粉应对水 和各种化学试剂具有良好的稳定性，在5 5 0 高温下不发生氧化或还原反应，耐受低压 汞灯放电中的短波紫外光辐射。 ( 3 ) 光衰特性 光衰特性是指荧光粉的光输出随点燃时间而衰减的性质。 1 2 2 白光l e d 对荧光粉的要求 白光l e d 对荧光体的要求与荧光灯、p d p 、c r t 显示器等对荧光体的要求有很大区 别，适用于白光l e d 的荧光粉必须满足以下要求1 2 0 1 ： ( 1 ) 在蓝光( 4 6 04 - 1 0 n m ) 、近紫外光( 3 6 5 - - - 4 1 0r i m ) 激发下，荧光粉有高效吸收，产生 高强度的可见光发射，其发射光谱光能转换率和流明效率高，满足白光要求。 ( 2 ) 荧光粉的激发光谱应与蓝光l e d 芯片或紫外光l