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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
2、实，最终提出光具有波粒二象性。,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。,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发热发光，将电
3、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。,课后习题：,1、请问波长为1纳米的光属于什么光，计算其的能量。,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
4、光的波长与颜色,蓝光波长在450nm左右,绿光波长在520nm左右,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 .420,F6500 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
5、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
6、6500K。 冷白色(CoolWhite)简称CW，对应的色温为4200K。 白色(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,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
7、激发源分类,3.1按照余辉时间分类,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
8、要求更短，特别是3D电视，因为电视画面的快速转换，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
9、。,3.2按照转换方式分类,发光材料的种类,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
10、能量被提高，高能电子轰击显示屏上的荧光粉，使荧光粉发出光，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,无机电致发光(OLED),3.3按照激发源分类,发光材料的种类,例
11、如：ZnS:TbF2粉末型交流电致发光材料，涂在绝缘层BaTiO3上，在交变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。,第四章：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,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
12、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点：,卤粉的优点：,发光效率相对较高，达到80lm/W。,单
13、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，不适合与紧凑型节能灯。,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+ (发射波长451nm),稀土发光材料的特点：,谱线丰
14、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。 磷酸盐荧光粉稀
15、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=0.345,4.2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，不易在185nm短波辐射下形成空位色心。,Y2O3:Eu3+荧光粉的 激发光谱(a),
16、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。,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5D0
