无机发光材料与半导体照明

1、无机发光材料及半导体照明引言在当前全球能源短缺危机不断升高的背景下，节约能源是我们面临的重要问题。在同样亮度下，LED（发光二极管）电能消耗仅为白炽灯的1/10,而寿命则是白炽灯的100倍。目前我国每年用于照明的电力约2500亿千瓦时，如果采用LED照明，每年就可节电2200多亿千瓦时，而这个数字是三峡电站年发电量的3倍，可见LED的节能效果相当可观。发光二极管LED是一种可以将电能转化为光能的固体半导体发光器件。半导体照明就是将P型半导体与N型半导体结合，通过空穴与电子的复合产生激子进而激子跃迁发光。无机发光材料可以与当今固体半导体照明匹配而产生白光。无机发光材料无机发光材料一般由基质和掺杂

2、物两部分组成，其中掺杂物包括激活剂、共激活剂、敏化剂和电荷补偿剂等。基质是荧光粉的主要组成部分，主要起禁锢激活离子或吸收能量的作用。由于基质中结构和化学键的不同，对基质中特定发光中心的晶体场环境也不同，可以使某些发光跃迁增强或减弱，还可以使某些发光跃迁产生劈裂。因此，基质对荧光材料的发光性能有重要的影响。目前正在研究的红色荧光粉的基质可以分为：硫化物体系、氧化物体系、硫氧化物体系、钮酸盐体系、钛酸盐体系、硅酸盐体系、铝酸盐体系等。激活剂在荧光粉中的含量非常少，一般只占荧光粉体系的万分之几到百分之几，但激活剂在荧光粉的发光中起着决定性作用。荧光粉中可能只有一种激活离子，也有可能存在两种或多种激活

3、离子。对于只有一种激活离子的荧光粉，激活离子作为发光中心存在，它与基质晶格或同离子之间发生能量传递。对于有多激活离子的荧光粉，有的激活离子并不能起到发光中心的作用，但它可以将自己吸收的能量传递给发光中心，改善荧光粉的发光强度和余辉时间；这种激活离子称为敏化剂。激活剂并不是在所有的基质中都可以作为发光中心，只是相对于某种发光基质而言的；敏化剂并不是对所有的激活剂具有敏化作用，也只是相对于某种基质中的某种激活剂而言的。由于离子电荷数存在差异，激活离子进入基质晶格后可能会引起电荷的增加后减少，并产生电荷缺陷。为了补偿激活离子进入基质晶格所引起的电荷变化，以有利于激活离子进入基质晶格和不影响激活离子的

4、发光性能，常常在基质晶格中引入点和补偿剂。例如在钛酸盐基质荧光材料中，常用的电荷补偿剂一般为碱金属阳离子和铝离子等。稀土荧光无机发光材料稀土元素的原子具有未充?t的受到外界屏蔽的4f5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁多达20余万个，可以产生多种的辐射吸收的发射，构成广泛的发光和激发材料。稀土化合物的发光基于它们的4f电子在f-f组态之间或f-d组态之间的跃迁。具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30000条可观察到的谱线，它们的发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4f电子跃迁性能，使稀土成为巨大的发光宝库。稀土发光材料具

5、有很多特点：发光谱带摘，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。在现阶段的LED丁用无机发光材料是在基底物质上掺杂稀土离子而制成的。LED吉构及发光原理（半导体照明原理）透明环氧树脂封装LlLI心再阳极才干楔形支架引线架-有发射碗的阴极杆发光二极管的构造图结构：LEM核心部分是半导体组成的芯片，芯片利用胶体固定在支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，整个芯片采用环氧树脂进行封装。所以方正性能较好。发光原理半导体芯片主要是由M半导体和N型半导体组成。在困半

6、导体里面是地迁移率的空穴占主导地位，在N®半导体里面是高迁移率的电子占主导地位。这两种半导体之间的载流子浓度是不同的，可以产生相互扩散形成一个过渡层，称为P-N结；在正常条件下，P-N结中的内电厂起到势能垒作用，可以组织电子和空穴继续扩散而发生复合。而当在P-N结两端施加正向电压时外加电场可以降低是能类区域内的电场强度，进而破坏P-N结附近载流子的动态平衡。于是电子从N区注入到P区，空穴从P区注入到N区；这样注入的少数载流子与被注入的多数载流子发生复合，复合产生的能量就会以光子的形式散射出去。LEDZ用转向信号指示灯琬故灯普通灯阅读灯后看箱灯转向信号灯/刹车灯（包括CHSML）方向灯

7、内部）杂物箱灯方向灯（外部）仪哂脚下灯导航背光照照力能的内部短聘果酰门格灯车门容器灯水坑灯行驶灯LED实现白光的三种方法及存在问题和解决办法一是通过红绿蓝三基色多芯组和发光合成白光，该方法的优点是效率高、色温可控、显色性较好，缺点是三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较高。OLED彩色化技术二是蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光，为改善显色性能还可以在其中加入少量红色荧光粉或同时加入适量绿色、红色荧光粉，该方法的优点是效率高、显色性较好，但也存在着一致性差、色温随角度变化的缺点三是紫外光LED激发荧光粉获得白光，优点是显色性好、制备简单，缺点在

8、于有紫外光泄露问题，效率较低Red<；rvcnTUut-LlJkHlixUlkilluiLl?nivtn>Hf；Hplblkllull一最成勤我版。惟成本，惬演包性，离包工'日费化晕字轲也断7上蝎基依）书依曷闻而我光龄入而震也担L乌利地索目R憾et事，士偏昆目前，商用白光LED是用蓝光InGaN管芯泵浦YAGCe3+黄色荧光粉，黄光和蓝光混合以得到白光。该白光发射体系存在一定的不足，主要是二极管的工作温度及电流改变后，,芯的蓝光发射和YAGCe3+荧光粉的黄光发射都会产生一定的波长位移，从而导致其白光发射不稳定。为解决上述问题，国内外研究人员开始尝试用发射350410nm紫

9、外光的InGaN管芯泵浦红绿蓝三基色混合荧光粉而产生白光，制成白光LEQ然而，混合荧光粉之间存在颜色再吸收和配比调控问题，使流明效率和色彩还原性受到较大影响。因此，实现单一基质中的白光发射是解决混合荧光粉不足的一条有效途径。我国半导体照明技术发展状况我国自主研制的第一只LED,比世界上第一只LED仅仅晚几个月。但从总体上看，目前我国半导体LED产业的技术水平与发达国家还有很大差距。大功率LED封装领域的产业化技术研究开发尚处于起步阶段，竞争力不强。而大功率LED用外延片和芯片还处于研发阶段，离产业化水平相距甚远。2003年6月17日，国家半导体照明工程计划”开始启动。2004年7月3日，科技部

10、宣布正式启动该工程的首批50个项目。根据计划，到2012年后LED照明将逐步取代白炽灯和荧光灯。国家发改委计划十一五”期间安排100亿元资金用于发展我国LED照明产业，以保证我国在该领域与国际同步发展29。我国相关科研和生产单位正在有针对性地加大对高亮度LED高档芯片和大功率外延片、芯片的研发工作，提高大功率LED封装技术水平和产业化程度，大力开发和推广LED应用，扩大产业化规模，逐步建立并完善LED产业链。展望LEDKKttnRjJI19962000200420052»20072006的随着人类文明的进步，高效能、长寿命、无汞化、多元化和艺术化称为世界照明领域的发展方向，而作为新型的固体光源的LED可以满足这一发展要求。白光LED照明的耗能远低于同等亮度的白炽灯和日光灯，使用