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1、辽宁大学学年论文题 目： 白光LED材料最新进展 学 院： 物理学院 专 业： 应用物理学 姓 名： XXXXXX 指导教师： XXXXXX 完成日期： 201X年X月XX日 摘 要白光LED是21世纪引人注目的绿色光源，具有广阔的市场与潜在照明应用前景。随着第二代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿发光二极管的问世 ,在与人类生产、生活息息相关的照明领域,正在孕育着第二次产业革命照明技术革命,其标志是基于白光 LED的半导体灯逐步取代白炽灯和荧光灯。半导体照明采用LED作为新型光源,同样亮度下 ,耗电仅为普通白炽灯的1/10,而寿命却可以延长100倍。本文对白光LED的原理及最新进展做了简要的阐述
2、。全文共分为三个部分，第一部分主要指出白光LED主要是的基本原理及其国际上的一些研究成果；第二部分主要是阐述白光LED用荧光粉及功率型白光LED的研究进展；第三部分进一步得出结论并提出一些建议和意见。关键词：白光LED；荧光粉；半导体照明目 录序言1一、 近年来白光LED进展21. 白光LED的基本原理 22. 国际研究成果3二、 白光LED的最新进展41. 白光LED用荧光粉研究进展42. 功率型白光LED研究进展 5三、 结论和建议61. 结论 62. 建议 7参 考 文 献 8致 谢9序 言 近年来，国际上发光二极管(以下简称 LED)的研究和产业化方面的工作得到了迅速发展。“九五”期间
3、，在“863”新材料领域资助下,我国LED产业化取得了巨大的进展，大大地缩小了与国际先进水平的差距。由于LED效率的不断提高,特别是高效蓝色LED(InGaN/GaN )技术的突破,不仅填补了LED三基色中的蓝色空白，同时使得人们看到了利用 LED 实现白光的希望。美国科学院在一份给政府提供的报告中以交通指示灯为例，对比了原交通指示灯与LED交通指示灯的经济效益,原交通指示灯每年耗2亿美元，而LED交通指示灯每年耗资2500万美元,并预计在未来十年内，LED的市场将增长一个数量级。LED白光是未来LED用于照明的基础。半导体LED照明光源具有广阔的应用前景,主要可用作城市改建、扩建工程等建设项
4、目中所需的特种光源、宣传橱窗的装饰照明灯、体育场馆的过道引路灯、停车场道路指示灯、公共信息指示牌内部照明灯、草坪灯、庭院灯、壁灯、埋地灯、围墙灯、建筑物内部紧急出口指示牌、用作高速公路及其它高级公路的交通信号灯、指示牌及护栏灯、立交桥、广告牌等公共设施的照明灯、城市夜景装饰灯和用于其它城市景观照明灯具等等。随着半导体照明光源在城市景观、商业大屏幕、交通信号灯、手机及LED背光源等特殊照明领域的应用, 以其饱满色光、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、超长寿、少维修等优势,被认为是21世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固态冷光源和最具发展前景的高技术领域之一。白光LED材料的最新进展一、
5、近年来白光LED进展1、白光LED的基本原理白光LED主要是利用蓝色LED为基础光源,将蓝色LED发光的一部分蓝光用来激发荧光粉,使荧光粉发出黄绿光或红光和绿光,另一部分蓝光透射出来,由荧光粉的黄绿色光或红和绿光与透射的蓝光组成白光。由发光峰值在430nm或470nm的蓝色LED与黄绿色(580nm)荧光粉组成白光我们称其为二基色白光 LED，由发光峰值在430nm或470nm的蓝色LED与红色(650nm)和绿色(540nm)组成的白光我们称其为三基色白光LED。白光LED发光的方式主要按使用LED发光二极管的使用数量可以分为单晶型和多晶型两种类型。一种是多晶型，即使用两个或两个以上的互补的
6、2色LED发光二极管或把3原色LED发光二极管做混合光而形成白光。采用多晶型的产生白光的方式，因为不同的色彩的LED发光二极管的驱动电压、发光输出、温度特性及寿命各不相同，因此在使用多晶型LED发光二极管的方式产生白光，比单晶型LED产生白光的方式复杂，也因LED发光二极管的数量多，也使得多晶型LED的成本亦较高；若采用单晶型，则只要用一种单色LED发光二极管元素即可，而且在驱动电路上的设计会较为容易。另一种是单晶型，即一只单色的LED发光二极管加上相应的荧光粉，就如同日光灯的发光方式一样，采用LED发光二极管激发荧光粉发光。通常采用两种方式，一种方式是蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白
7、光，另一种方式是紫外光LED激发RGB三波长荧光粉来产生白光。许多厂商主要从事白光LED的研究，通常都先从蓝光LED开始研发及量产，有了蓝光LED的技术之后再开始研发白光LED，然而目前最常用蓝光LED激发黄色荧光粉来产生白光，但是用蓝光LED来发白光的方式的发光效率仍然不足，许多厂商开始向另外一个方向就是往紫外光LED来发展，利用紫外光LED加RGB三波长荧光粉来达到白光的效果，其发光效率比蓝光好上许多。而紫外光LED加RGB三波长荧光粉的方法，则关键技术在高效率的荧光体合成法，也就是如何把荧光粉有效的附着在晶粒上的一项技术。2、国际研究成果（1）光效LED自上世纪60年代诞生以来，以每10
8、年亮度提高30倍，价格下降10倍的“海兹定律”般的速度发展。其理论光效达到260LM/W。据报道，白光LED光效的实验室数据已超过100lm/W，而进入商业领域的大功率白光LED也达到40lm/W。随着关键技术的突破，未来大功率LED的光效仍具有很大的上升空间，最高有可能达到150200lm/W。（2）光通量随着大功率LED的面世和封装、散热等关键技术的突破，5WLED的商业化进程已初具规模，这使LED模块的光通量得到很大提高。来自日亚公司最新的研究数据表明，功率分别为5.5W和11W，光通量分别为250lm和400lm的大功率LED集成模块已经研制成功。这使LED用于普通照明的进程又向前迈进
9、了一大步。（3）色温和显色性白光LED的色温和显色性与白光LED的制备方案密切相关。1996年日亚公司首先采用InGaN蓝光芯片加YAG(钇铝石榴石)荧光粉的方法制成白光LED。 此后，人们又采用R、G、B三色芯片混光和近紫外芯片激发R、G、B三色荧光粉混光制成了白光LED。采用蓝光LED加YAG荧光粉的方式因其工艺较为简单，技术成本较低，是目前制备白光LED最常用的方式，但其显色指数也相对较低。添加一定的红光荧光粉和绿光荧光粉虽能提高显色指数，但由于红光荧光粉的相对转化率较低，通常会引起总体光通量的衰减，即光效的下降。采用近紫外的LED加RGB三基色荧光粉理论上可以获得任意色温及较高显色指数
10、的白光LED，但用于紫外LED荧光粉的技术尚未成熟。单芯片涂荧光粉的方法根据荧光粉的涂敷技术的不同，通常具有80800K的色温差异。多芯片的LED理论上可以获得任意色温和高显色性的白光LED，但由于多芯片LED的正向电压和光输出不同，另外它们的温度特性和光维持特性也不相同，因而对电路设计的要求较高，技术还不成熟，模块间色温差异较大。二、白光LED的最新进展1、 白光LED用荧光粉研究进展（1）黄色荧光粉1996 年日本日亚公司首先研制出发黄光的钇铝石榴石( YAG)荧光粉。YAG荧光粉配合蓝光LED得到高效率的白光光源。蓝光激励YAG荧光粉,部分蓝光被荧光粉吸收而激发出黄光,其余部分蓝光同黄光
11、混合成白光。近年来,研究人员以YAG黄色荧光粉为主要体系,采用掺杂其它元素等方法,使YAG的发光强度、显色指数、发射峰的位置都有明显改进。白光LED的实现方式通常是用高效InGaN/GaN基蓝色LED芯片发出蓝光来激发YAG:Ce3+稀土荧光粉,YAG荧光粉被激发而发出黄光,激发出的黄光与剩余蓝光混合形成白光。而超细且发光性能优良的YAG:Ce3+粉的制备是该技术的关键之一。虽然YAG:Ce3+是性能非常好的蓝转换材料,但也存在合成温度高、发光强度和显色性不好等缺点。因此国内外研究人员也在努力寻找性能更加优异的新型蓝光转换材料。（2）红色荧光粉 YAG:Ce3+由于缺少红光成分,造成目前制得的
12、白光LED显色指数偏低,色温高,偏冷白光。因此,研制高效的红色荧光粉很重要。胡运生等采用固相反应在 CO 高温气氛中制备出(Ca1-x,Srx)S:Eu2+,该荧光粉在430490nm可见光激发时发射宽带红光,通过调整Sr/Ca的比例,可以改变发光的范围,发射效率较高。但因其化学稳定性不好,可以通过包裹SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3 等提高化学稳定性。HoppeHA报道了新型红色全氮化合物M2Si5N8:Eu(M =Ca,Sr，Ba),538nm,激发峰为460nm，半峰宽为78nm，具有荧光转化效率高、化学性能稳定等优点, 已成功应用于低色温白光LED。XieRJ 等对Sr Si2O
13、2N2:Eu2+,Sr2Si5 N8:Eu2 +及YAG:Ce3+荧光粉进行了激发光谱和发射光谱分析。Sr2Si5N8:Eu2 +发射峰位于635nm,半峰宽为88nm。这些光谱性质均为 Eu2+的4f74f6 5d1的跃迁。这种新型氮化物红色荧光粉具有较高的量子效率(q=90%)。因此, Sr2Si5N8:Eu2+是一种极有潜力的白光LED用红色荧光粉。2009年Horikawa等采用试剂还原法制备Sr2Si5N8:Eu2+荧光粉,将其与Y AG:Ce3+商业荧光粉按不同比例混合后与蓝光LED封装,可得到色温在 2900 6300K ,显色指数高达80的白光LED。（3）绿光荧光粉目前蓝光激
14、发的绿色荧光粉不多, 主要以硅酸盐体系为主。庄卫东等制备了二价铕激活的氯硅酸镁 钙 Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+的绿色荧光粉。它的激发光谱非常宽,适于紫外、紫光或蓝光LED激发,在波长460nm的蓝光激发下,在500nm 附近有很强的峰。当Eu的含量为2%时,发光强度达到最大值。另一类绿光荧光粉是 SrSi2O2N2:Eu2+,SrSi2O2N2:Eu2+的发射光谱是一宽带,发射峰位于540 nm 处,300470nm均可有效激发,半峰宽为 65nm ,主激发峰为400nm。此类荧光粉具有良好的热稳定性,从室温到200,SrSi2O2N2:Eu2 +的相对亮度只下降14%。2、功率型白光LED研究进展（1）功率型白光LED原理UV LED +R. G. B 荧光粉采用高亮度的近紫外LED( 400nm)泵浦R.G.B三色荧光粉,产生红 、绿、蓝三基色。通过调整三色荧光粉的配比可以形成白光。相对于蓝光 LED +YAG 荧光粉
