三基色荧光粉分解

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，将电能

3、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光的颜色2.1光的波长与颜

4、色蓝光波长在蓝光波长在450nm左右左右绿光波长在绿光波长在520nm左右左右红光波长在红光波长在600nm以上以上 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

5、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。光的颜色光的颜色2.3色温、光色和显色指数色温：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。日光色日光色(Daylight)简

6、称D，对应的色温为6500K。冷白色冷白色(CoolWhite)简称CW，对应的色温为4200K。白色白色(White)简称W，对应的色温为3450K。暖白色暖白色(WarmWhite)简称WW，对应的色温为2850K。光的颜色光的颜色2.3色温、光色和显色指数光的颜色光的颜色显色指数：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

7、料的种类按余辉时间分类按余辉时间分类按转换方式分类按转换方式分类按激发源分类按激发源分类3.1按照余辉时间分类发光材料的种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

8、料的种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

9、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

10、按照激发源分类发光材料的种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的种类发光材料在通电的情

11、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：稀土三基色荧光粉一灯用荧光粉的发展历史二稀土红色荧光粉三稀土绿色荧光粉四稀土蓝色荧光粉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

12、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

13、白色；(d)白色荧光粉的发展历史荧光粉的发展历史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)(C

14、e,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。灯用荧光粉灯用荧光粉的介绍的介绍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。灯用荧光粉灯用荧光粉的介绍的介绍4.2三基色荧光粉的种类铝酸盐体系红粉YOX绿粉CAT蓝粉

15、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

16、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),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稀土红色荧光粉Eu3

17、+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5D07F1磁偶极跃迁，是禁戒的，发射弱的595nm的光，寿命为8ms。4.2红粉性能的影响因素稀土红色荧光粉稀土红色荧光粉在较低Eu3+浓度时，人们可以观测到更高能级的5D1，5D2甚至5D3的跃迁，这些发射位于光谱的黄区和绿区，是有害的；当Eu3+浓度升高时这些高能级的发射通过交叉弛豫被猝灭，所以荧光粉中Eu3+浓度一般在4%以上。当Eu3

18、+浓度太高时，会形成Eu3+Eu3+离子对。这些离子对吸收能量后形成共振，把能量以热的形式消耗掉而不发射光。Eu3+离子浓度的影响：杂质离子的影响：除了La、Gd和Yb外，其他的稀土杂质离子都对红粉产生不利影响，其中Ce的影响最为明显，即使是微量的Ce也会有严重影响，因为Ce是以Ce4+的形式存在。 Ce4+强烈吸收254nm的紫外线却不发射光。稀土杂质离子对红粉的影响4.2稀土红粉的制备工艺稀土红色荧光粉稀土红色荧光粉Y2O3:Eu3+荧光粉的制备比较简单。由Y2O3，Eu2O3按一定比例混合，或按一定比例的Y，Eu草酸共沉淀，烧成(Y,Eu)2O3原料，加入少量助熔剂。在空气中125014

19、50煅烧数小时。Y2O3Eu2O3助熔剂混合煅烧破碎清洗烘干混合包装稀土绿色荧光粉稀土绿色荧光粉4.3稀土绿粉的物理特性MgAl11O19:Ce3+,Tb3+(简称CAT)CAT属于六方晶系，Ce,Tb取代LnMgAl11O19中的稀土离子Ln，外观为白色晶体。密度为4.3g/cm3,化学性质稳定，不溶于水、弱酸、弱碱粒度为6um左右。发射主峰543nm，色坐标为x=0.335，y=0.595稀土绿色荧光粉稀土绿色荧光粉4.3稀土绿粉的光学特性(Ce,Tb)MgAl11O19荧光粉吸收254nm的紫外光，发射543nm的绿光，半高宽10nm。其色纯度高，量子效率90%左右。温度猝灭特性好，耐1

20、85nm短波辐射的能力低于红粉。(Ce,Tb)MgAl11O19荧光粉的激发光谱(1),漫反射光谱(2)(Ce,Tb)MgAl11O19荧光粉的发射光谱光谱图及色品参数 绿粉TbCe稀土绿色荧光粉稀土绿色荧光粉4.3稀土绿粉的发光原理紫外光能量传递CAT荧光粉中Tb3+为发光中心。 发射峰位于543nm，属于Tb3+ 的5D47F5跃迁。Ce3+离子为敏化剂， Ce3+离子吸收紫外光然后通过无辐射能量传递有效地将能量传递给Tb3+离子，使之被激发然后发出绿光。由于在大多数基质中Tb3+离子的4f5d吸收峰不能与254nm紫外线辐射相吻合,没法被激发。Ce3+离子能强烈的吸收254nm紫外线，而

21、且在330360nm的长波紫外区具有强的发射，所以Ce3+离子通过无辐射传递将能量传递给Tb3+离子， Tb3+离子被激发后跃迁产生绿光。CAT中几乎不存在Ce3+- Ce3+之间的能量传递。 Ce3+- Tb3+之间的最短距离大约为0.56nm，这样大的距离交换传递的概率低，主要是偶极子-四极子耦合作用决定能量传递过程。热热绿光绿光CAT的发光过程示意图稀土绿色荧光粉稀土绿色荧光粉4.3杂质对绿粉性能的影响 少量稀土杂质离子会对CAT绿色荧光粉的发光强度产生严重影响。Eu，Nd和Pr杂质使CAT的发光强度急剧下降，而Sm影响相对较小。CeO2中稀土杂质主要是La、Pr、Nd。因此，必须使用高

22、纯度CeO2原料。 Ce3+是一种变价离子，在185nm短波紫外线照射下容易被氧化成Ce4+离子。 Ce4+离子强烈的吸收254nm的紫外线而不发光，从而是灯的光通维持率下降。适当减少Ce3+的含量可改善绿粉的光衰特性。例如，用少量的La3+(少于10%)置换Ce3+ 。CAT中杂质离子浓度和发光强度的关系=254nm稀土绿色荧光粉稀土绿色荧光粉4.3稀土绿粉的制备工艺原料原料助熔剂助熔剂混合煅烧破碎清洗烘干混合包装还原绿粉制备工艺比红粉多了还原一道工序稀土蓝色荧光粉稀土蓝色荧光粉4.4稀土蓝粉的物理特性BAM属于六方晶系，Eu取代Ba离子，Mn取代Mg离子，外观为白色晶体。密度为3.7g/c

23、m3,化学性质稳定。粒度为6um左右。单峰蓝粉发射主峰450nm，色坐标为x=0.145，y=0.060。双峰蓝粉发射次峰515nm，色坐标为x=0.141，y=0.145。BaMgAl10O17:Eu2+(单峰)BAM的晶体结构BaMgAl10O17:Eu,Mn(双峰)简称BAM稀土蓝色荧光粉稀土蓝色荧光粉4.4单峰蓝粉的光学特性BaMgAl10O17:Eu2+荧光粉吸收254nm的紫外光，发射450nm的蓝光，半高宽50nm，属于宽带发光。量子效率95%左右。耐185nm短波辐射的能力介于红粉和绿粉之间，但热稳定性不佳。单峰蓝粉的激发光谱(a)和发射光谱(b)光谱图及色品参数 单峰蓝粉稀土

24、蓝色荧光粉稀土蓝色荧光粉4.4双峰蓝粉的光学特性BaMgAl10O17:Eu,Mn荧光粉吸收254nm的紫外光，发射450nm的蓝光和515nm的蓝绿光，主峰半高宽50nm，属于宽带发光。量子效率95%左右。耐185nm短波辐射的能力强，但热稳定性同样不佳。单峰蓝粉的激发光谱(a)和发射光谱(b)曲线1:em=458nm，曲线2:em=515nm光谱图及色品参数 双峰蓝粉稀土蓝色荧光粉稀土蓝色荧光粉4.4稀土蓝粉的发光原理单峰蓝粉BAM:Eu2+BAM为基质，Eu2+为发光中心，取代位于镜面层中的Ba2+。450nm的蓝光是由Eu2+离子的5d4f跃迁产生的，属于宽带发光。与红粉和绿粉不同的是

25、，由于此跃迁涉及外层电子，所以光学特性受基质晶格的影响较大，杂相可能会对蓝粉的亮度、色坐标和温度特性等产生比较严重的影响。双峰蓝粉BAM:Eu,MnBAM为基质，Eu2+既为发光中心，又为敏化剂。Mn2+离子也是发光中心， 取代Mg2+离子，其发射峰位于515nm。在双峰蓝粉中大部分Eu2+跃迁产生蓝光，少部分Eu2+通过无辐射传递将能量转移给Mn2+离子，然后Mn2+离子跃迁发射蓝绿光。 Mn2+浓度增加则其绿光增强， Eu2+的蓝光减弱，双峰蓝粉可以提高显色指数，但却牺牲了一定的亮度。稀土蓝色荧光粉稀土蓝色荧光粉4.4组分对蓝粉性能的影响Mg含量的影响：若以BaMgxAl10O16+x里x

26、表示Mg含量的变化，x在01.0之间，发射主峰不发生移动， Mg含量的影响主要表现为，决定Eu2+发射光谱的绿色发射。主峰右侧长波随x的减小而增强，故坐标y值趋于增大。y值大，荧光粉的光效低，但显色性高；反之亦然。Ba含量影响的总趋势是：随着Ba含量的减少，发射波长和色坐标值都减小。激活离子Eu2+浓度的增加，可使BAM抗185nm的真空紫外辐射能力大幅度提高。在185nm紫外线的照射下，荧光粉表面的氧被释放出来产生氧空位，形成色心，破坏了荧光粉的晶体结构和化学计量比，导致激活离子周围的晶体场增强。提高激活离子浓度，可以降低晶格缺陷，减少色心的形成，从而提高了荧光粉的稳定性。稀土蓝色荧光粉稀土

27、蓝色荧光粉4.4稀土蓝粉的制备工艺原料原料助熔剂助熔剂混合烧成取出清洗烘干包装蓝粉制备工艺与绿粉制备工艺基本相同脱水第五章：荧光粉制造工艺一荧光粉的制造方法二荧光粉生产工艺三荧光粉制造关键控制点荧光粉生产工艺荧光粉生产工艺5.1荧光粉的制备方法固相法高温烧成微波合成燃烧法喷雾热解法水热法溶胶凝胶法共沉淀法液相法荧光粉生产工艺荧光粉生产工艺5.2荧光粉的生产工艺荧光粉生产工艺荧光粉生产工艺5.3荧光粉生产的关键点一、原材料混合1、原材料纯度要求高，杂质会影响粉体亮度和光衰；2、配比计算要正确；3、混料时间要严格控制，确保原材料混合均匀。二、烧成关键控制点：烧成时间、烧成温度、气氛等。荧光粉生产工

28、艺荧光粉生产工艺5.3荧光粉生产的关键点三、球磨关键控制点：通过调节球磨的转速和球磨时间控制粉体粒径。四、湿筛保证筛网完整、不变形，去除粗颗粒和杂质异物。五、清洗控制清洗的水温和最终电导率，洗净产品的可溶物。六、烘干控制烘干的温度和时间，保证产品干燥，分散性好。第六章：荧光粉的应用一节能灯的介绍二LED的介绍三常用显示器件的介绍荧光灯介绍荧光灯介绍6.1荧光灯的发光原理荧光灯主要由灯头、低压汞蒸气和荧光粉组成。荧光灯的结构示意图荧光灯的发光过程灯丝预热发射电子电子轰击气体放电紫外线激发荧光粉荧光灯的介绍荧光灯的介绍6.1荧光灯的种类介绍节能灯主要类型：紧凑型(T2,T3)，直管型(T5，T8)

29、紧凑型特点：光效6070lm/w； 体积小，功率小； 主要替代白炽灯；特点：光效高，90lm/w以上； 功率比较大，体积大； 用于办公场所照明。直管型LED的介绍的介绍6.2 LED的发光原理在半导体中电子与空穴复合发光称为半导体发光LED发光优缺点优点：效率高(120lm/w)、寿命长、防震、小型固体化、启动响应快、无污染。缺点：功率小、成本高、没有发射254nm紫外线的LED。子弹型白光LED显示器件的介绍显示器件的介绍6.3 常见显示器件的种类液晶电视PDP等离子体电视AMOLED显示屏CRT电视显示器件的介绍显示器件的介绍6.3 CRT电视显示原理介绍显示原理： 阴极通电后发射电子束，通过加速线圈使电子束加速，再通过偏转线圈，使电子束转向需要的位置，电子束到达荧光屏后，荧光粉被激发发出各种颜色的光，形成图像。显示器件