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1、稀土三基色荧光粉简介报告人：李甜稀土三基色荧光粉简介光的基本知识光的颜色稀土三基色荧光粉荧光粉的应用发光材料的种类荧光粉的制备工艺第一章：光的基本知识 光的本质 发光的种类1.1光的本质光的基本知识光是一种电磁波，光既有“波动性”又有“粒子性”：这 就是光的波粒二象性。 1666年牛顿提出了“微粒说”，他认为光是一种弹性粒子， 因为光的反射；同时惠更斯提出了“波动说”很好的解释了光的 折射； 十九世纪早期由托马斯杨所演示的双缝干涉实验为惠更斯 的理论提供了实验依据，证明光实际上是电磁波； 1905年爱因斯坦为了解释光电效应，提出了“光子”的假说 ，后来由于康普顿效应的发现而得到证实，最终提出光
2、具有波 粒二象性。1.1光的本质光的基本知识 光是一种电磁波，可见光波长在390770nm。1mm=1000um1um=1000nm光的基本知识1.1光的本质 光的能量E、波长及频率之间符合 下式所示的电磁波在真空中的一般关系 ： E = h =hc/h是普朗克常数=6.63*10-34 光的波长越长，能量越小；频率越高，能 量越大。这就是为什么x光对人体有伤害，而 无线电波基本上没有影响的原因。光的基本知识1.2发光的种类 燃烧照明化学反应特点： 1、通过化学反应把化学能转化为光能； 2、利用率低，亮度低，不稳定。光的基本知识1.2发光的种类 白炽灯照明热辐射特点： 1、利用电能加热钨丝使之
3、发热发光，将电能转化为热能和光能； 2、比燃烧法更稳定，能量利用率更高，但是还是有很大一部分能量 转化为热能浪费。光的基本知识1.2发光的种类 荧光灯照明气体放电发光特点： 1、利用电子轰击气体分子发出紫外线，紫外线照射荧光粉发光，将电 能转化为光能； 2、免去发热的环节，提高能量利用率，但是还是有部分热量损失。光的基本知识1.2发光的种类 LED照明半导体发光特点： 1、利用PN结使电子与空穴泯灭，直接将电能转为光能； 2、热量损失少，能量利用率高。第二章：光的颜色 光的波长与颜色 光的三原色 色温、光色和显色指数光的颜色2.1光的波长与颜色 蓝光波长在450nm左右 绿光波长在520nm左
4、右 红光波长在600nm以上 单纯的用波长不足以很好的描述光的颜色，所以人们发明 了色坐标图，用坐标定量的描述光的颜色光的颜色2.1光的色坐标色坐标，就是颜色的坐标现在常用的颜色坐标，横轴为 x ，纵轴为 y 。有了色坐标，可以 在色度图上确定一个点。这个点 精确表示了发光颜色。即：色坐 标精确表示了颜色。F2700 白炽灯色 .463 .420F6500 日光色 .313 .337红粉：x,0.650；y,0.346绿粉：x,0.327；y,0.597蓝粉：x,0.149；y,0.060曲线上的点表示单色光，区域 内代表复合光，越靠近边缘色 越纯，饱和度越高。2.2光的三原色 任何颜色可由三
5、种基本色以适当的比例混合而成。 叠加法用红(R)、绿(G)、蓝(B) 作为三原色(比如光)。 减法用红(R)、黄(Y)、蓝(B)作为三原色(例如绘画)。 通常选取700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B)波长的 光作为三原色光。光的颜色2.3色温、光色和显色指数色温：一个光源的发光颜色与某个温度的黑体的发光颜色相同时，这一黑体的温 度就可定义为该光源的色温。光色：光源的颜色简称光色。IEC(国际电工委员会)规定了荧光灯的四种光色的名 称及对应的色温。 日光色(Daylight)简称D，对应的色温为6500K。 冷白色(CoolWhite)简称CW，对应的色温为4200K。 白
6、色(White)简称W，对应的色温为3450K。 暖白色(WarmWhite)简称WW，对应的色温为2850K。光的颜色2.3色温、光色和显色指数光的颜色显色指数： 在特定条件下，物体由光源照明和由标准光源D65照 明时，知觉色复合程度的度量就称作该光源的显色指数 。 显色指数用Ra表示；白炽灯的理论显色指数为100，实际只能说是接近100，是显色性最好的灯 具。具体灯具的Ra值可见下表所举。 光源 显色指数Ra白炽灯 97日光色荧光灯 80-94 问题一：一种光的波长为450nm，请问这种光是什么颜色，计算其能量。第三章：发光材料的种类 按余辉时间分类 按转换方式分类 按激发源分类3.1按照
7、余辉时间分类发光材料的种类荧光粉按照余辉时间可以分为：长余辉和短余辉荧光粉 长余辉荧光粉：俗称夜光粉，在去掉激发光源后还能够长时间 发光。硫化物：CaSrS：Eu,Dy,Er特点：颜色变化丰富，从红色到蓝色，但是亮度低，余辉短(持续几十分钟)、稳定性差。 铝酸盐：SrAl2O4：Eu,Dy特点：颜色单调，黄绿色，波长440nm520nm但是亮度高，余辉长(持续2000分钟)、稳定性差。应用：道路交通标示、仪表及发光涂料等3.1按照余辉时间分类发光材料的种类照明和显示用发光材料都是采用短余辉发光材料 短余辉荧光粉余辉一般都在十几ms以下，显示对于 余辉时间要求更短，特别是3D电视，因为电视画面的
8、快 速转换，一般要求发光材料的余辉时间小于5ms。 短余辉材料也有其他用途，比如闪烁体发光材料， 被用在探测和记录。要求余辉时间非常短，一般在ns或 者us级。3.2按照转换方式分类发光材料的种类 荧光粉按照转换方式分为：上转换荧光粉和下转换 荧光粉。基态激发态下转换材料热损失发光 下转换荧光粉就是指激发源的能量大 于发射光的能量。 例如：红粉YOX吸收254nm的紫外线，由基态跃迁 到激发态，然后再回到基态时发出611nm 的红光。 在下转换荧光粉中有种特殊的转换类 型叫做量子裁剪，也就是吸收一个光子的 能量，产生多次跃迁，发出多个光子，提 高能量的利用率。3.2按照转换方式分类发光材料的种
9、类上转换材料基态激发态热损失发光 上转换发光过程一般被称作反施托克位移，是 一种比较特殊的激发形式，特点是吸收光子能量 低于发射光子能量。例如：Y3O4Br：Er吸收980nm的红外 线，发射出530nm左右 的绿光。 用途：做为激光器，生 物分子荧光标记等。3.3按照激发源分类发光材料的种类 根据发光材料的激发光源不同，荧光粉可以分为 不同的种类： 阴极射线发光 光致发光 电致发光3.3按照激发源分类发光材料的种类 阴极射线发光就是指荧光粉在电子的轰击下发光。例如：电视机显像管（CRT）的发光：显像管发射出电子，在电场的加速作用下， 电子的能量被提高，高能电子轰击显示屏上的荧 光粉，使荧光粉
10、发出光，通过不同的荧光粉发出 的不同颜色的光组成显示画面，人眼就能够观察 到显示屏上显示的画面。红光绿光蓝光3.3按照激发源分类发光材料的种类 光致发光就是指荧光粉在光的激发下发出另一波 长的光。例如：三基色荧光灯三基色荧光粉在274nm的紫外线激发下分别 发出红光、绿光和蓝光，经过不同比例的混合 成为白光。3.3按照激发源分类发光材料的种类 发光材料在通电的情况下，直接将电能转化为光能的 发光称为电致发光。电致发光无机电致发光粉末型薄膜型交流直流交流直流有机电致发光(OLED)3.3按照激发源分类发光材料的种类 例如：ZnS:TbF2粉末型交流电致发光材料，涂在 绝缘层BaTiO3上，在交变
11、电场的作用下发出绿光。用途：用于特殊环境和形状的显示器件，比如飞行器和潜艇等特点：产品颜色丰富，覆盖几乎所有可见光范围；发光效率高；但是亮度比较低、寿命短。问题二：一种YAG:Ce荧光粉，涂在LED芯片上，当通电时，LED芯片发出蓝光 ，荧光粉吸收蓝光后发出黄光，断电后光也立即消失，请问该荧光粉按照上述 分类方法分别属于那种材料。第四章：稀土三基色荧光粉1 灯用荧光粉的发展历史2 稀土红色荧光粉3 稀土绿色荧光粉4 稀土蓝色荧光粉4.1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
12、粉(1974 ）荧光粉的发展历史4.1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4.1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4.1卤磷酸盐发光材料 卤磷酸盐发光材料的优缺
13、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4.1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
14、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4.1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4.2三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。
15、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4.2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=0.3454.2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5D0 7F2跃迁，同时发射出611nm的红光。4.2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
