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摘 要

在全球加速发展的时候，环保成为了当前面临的严峻问题。LED因具有长寿命、安全、节能、绿色环保无污染、色彩丰富等优势逐渐成为目前照明的主流，并被誉为新一代的照明光源，荧光粉的性质是影响LED器件质量的主要因素之一，因此研究LED用荧光粉的发光性质，改善现有荧光粉性能及开发新型荧光粉材料是目前荧光粉材料研究的主要目标。本论文主要针对长波发射的LED用荧光粉的研究进展。系统地总结了绿光到红光发射的典型荧光粉的主要发光性质特点，并介绍了最新的长波发射荧光粉材料，这在改善现有荧光粉并开发新型荧光粉方面具有一定的指导意义。

关键词：荧光粉，发光性质，LED

Abstract: In the global speed up development, the environmental protection has become the current serious problems. LED for a long life, safety, energy saving, green environmental protection pollution-free, rich colors, etc advantages gradually become the mainstream of the current lighting, and was regarded as a new generation of lighting source, the nature of the fluorescent powder is one of the main factors affecting the quality of the LED device, so the LED with the luminescence properties of phosphor, improve existing fluorescent powder properties and development of novel phosphor materials is one of the main targets of the phosphor powder materials research. This paper mainly in view of the long wave emission LED research progress of phosphors.Systematically summarizes the green light to red light emission of the typical characteristics of main luminescence properties of phosphor, and introduces the latest long wave emission fluorescent powder material, it in improving existing fluorescent powder and has a certain guiding significance to the development of novel phosphor.

Keywords: phosphor, luminescence properties, LED

目录

1 LED的概述 4

2 LED的结构及其发光原理 4

3 LED的种类和应用 4

4 发光材料的激发波段 5

4.1 100-200 nm真空紫外光 5

4.2 200-300 nm紫外光 5

4.3 300-480 nm紫外-蓝光 5

5 LED激发的荧光粉体系 6

5.1 白光LED用黄色荧光粉 6

5.2 白光LED用红色荧光粉 7

5.3 白光LED用蓝光激发的绿色荧光粉 8

6 LED用几种最新典型长波发射荧光粉体系 8

6.1 GdSr₂AlO₅:Ce³ (Ce³ :GSA)荧光粉 8

6.2 Ca₅(PO₄)₂SiO₄：Eu² 荧光粉 11

6.3 LiCaPO₄:Eu² 和Ca₂BO₃Cl:Eu² 系列的荧光粉 12

6.4 Ca_2.955Sc_2-xAl_xSi₃O₁₂:Ce³ 荧光粉 13

结 论 15

参考文献 16

致 谢 17

1 LED的概述

伴随着发光二极管(LED)发明，LED在各个领域上展露头角，显示出巨大的发展潜力，有着长久的寿命并且能节约能源，是能够将电能直接转化为可见光的半导体器件，所以绝大多数的研究者都对LED的发展持有乐观的态度。1993年在日本蓝光发光二极管上取得了技术性的突破，并在接下来的几年时间中用光转换技术实现了白光LED^[1]。随着时间的推移，研究人员的发展与研究，LED又出现了许多新型光源，使红色LED发光效率得到很大的提高。在2009年,日本发明了高达249lm/W的LED，这是当时具有最高发光效率的LED，接着2011年佛山Vclab.org也研究出一种新型LED，这种新型LED功率虽然不变，但发热量明显降低，寿命大幅增长。

2 LED的结构及其发光原理

LED有如下图所示的结构，其基本的组成是一块能发光的半导体材料，放置在一具有引线的架子上，然后用环绕树脂在其四周密封，来保护内部芯线，增强LED的抗震功能^[2]。其发光原理是将电能在转换为光能，其核心材料的组成是p型和n型半导体，其中，在p-n间还有一个过渡层，当少数载流子与多数载流子复合时会有多余的能量释放出来，在外部电场的情况下，半导体中的电子做空穴定向移动，在p-n的过渡层中结合，最后以光子的形式释放能量，这就形成了发光。

图1 LED的结构示意图和发光原理示意图

3 LED的种类和应用

白光LED虽然有着良好的发展前景。但由于半导体蕊片的发光原理，单一的LED芯片不可能连续的发光，因此需要用其他方式复合而形成白光。由于合成方式的多样性，不一样的方式决定着不一样的发光机理。由于LED具有丰富的色彩，悠久的命长，节能等优点，其应用十分广泛。以下列举一些常见的应用：常有应用有手电筒，汽车照明台灯照明等，由于发光范围较小，发射光集中分布在小区域上，因此有高效节能的效果。接着是液晶显示屏的背光源，由于显示屏所采用的LED功率小，数量少，p-n结发热低，因此在显示屏上的应用取得了很大的效果，而大显示板则存在许多问题，如散热性能差，成本高，寿命短等问题。还有道路照明方面的应用，目前最为常见的道路照明光源时250W-400W的高压钠灯，其售价高，散热难，因此还需改善。此外汽车车灯景观照明等应用。

4 发光材料的激发波段

现阶段，发光材料在许多方面都有广泛的应用，尤其是照明方面的应用，其不同的用途则是由材料的发光特点即由激发光谱和发射光谱决定的。对于发光材料，一般的激发光的波长范围是100-800 nm，即从红外光到紫外光的范围。在一些应用中，不同激发光波段的发光材料决定了不同的应用领域。下面简单列举一些激发光波段在100-480 nm 的发光材料与其相应的应用场合。

4.1 100-200 nm真空紫外光

在100-200 nm这个波段的激发光中，主要是气体Xe和Xe-He产生的130 nm，147nm和172nm发射，其中最强的发射是147 nm。能高效的吸收这个波段的激发光能量，并能够产生可见光发射的材料，也就是真空紫外发光材料^[3]。目前应用最为主要的是等离子平板显示和无汞荧光灯用荧光粉^[4]。

4.2 200-300 nm紫外光

荧光照明设备主要是在200-300 nm这个波段的激发光中。利用低压汞蒸汽放电产生254 nm的紫外激发，接着再与荧光粉一起使用，就可产生白光用于普通照明。荧光粉的种类繁多，其中具有代表性的荧光粉材料是Ca₁₀(PO₄)₆(F,Cl):Sb, Mn(卤粉)，符合普通荧光灯所用^[5]。在该体系中，Sb和Mn这两种激活剂分别能够发射出峰值为480nm的蓝光和580 nm的橙光，通过改变两种激活剂的浓度比例，就可得到相对色温范围3000-6500 K的白光，从而满足各个照明领域的需求。

4.3 300-480 nm紫外-蓝光

在此波段激发的发光材料主要由LED发光材料和长余辉发光材料组成。本论文主要研究的对象是LED发光材料。图2是白光LED(Blue LED chip YAG:Ce)的发射光谱：

图2 LED(Blue LED chip YAG:Ce)的发射光谱

5 LED激发的荧光粉体系

5.1 白光LED用黄色荧光粉

LED用黄色荧光粉主要是Y₃AlO₁₂：Ce³ (简称YAG：Ce)，白光LED光源可由蓝色LED芯片与该黄色荧光粉结合，但是这种光源还存在一些缺点，显色指数会比较偏低，而色温会偏高(gt;3000K)温度高低衰严重等缺点，很难得到令人们满意的用于普通照明的“暖白光”，而这些问题是由于黄色荧光粉本身存在的一些缺陷。其主要原因是由于该黄色荧光粉(YAG:Ce)的发射光谱分布单一，仅由黄色光组成，特别是缺少红色可见光部分，导致白光LED的(Ralt;80)显色性能远比传统白炽灯(Ra~100)差，最后得到的白光LED照明效果比较虚幻，无法普遍应用于家庭照明和一些特殊需求照明，如医学照明或艺术品等高显色领域^[6]。近些年,研究人员对黄色荧光粉做了大量的研究及实验, 对基础材料稳定性加强和改善以及合成新型工艺的研究探索等,使该黄色荧光粉发射白光体系的显色性、发光效率等性能有了显著的提高。

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