白光led的应用及发展

白光led的应用及发展

led光刻d具有体积小、发热量低、能耗小、寿命长、反应速度快、环保等优点。它可以简单地开发为薄微小产品，实现了提高设计质量的优点。超过了路灯、闪光灯和hid灯的第四盏灯，未来可能会取代传统的照明，并具有广阔的应用前景。白光LED的形式主要有两种：第一种是将红、绿、蓝三种LED组合产生白光；第二种是用LED去激发其它发光材料混合形成白光，即用蓝光LED配合发黄光的荧光粉及红色荧光粉，或者用蓝光LED配合发绿色光和发红色光的荧光粉，或者用紫光或紫外LED去激发红、绿、蓝三种荧光粉等。第二种方法较为典型，而其中所采用的红色荧光粉在调制白光的色温及改善其显色性等方面起重要作用。人们一直力图寻找新的基质，开发新组分的红色荧光粉，同时也在不断对现有红色荧光粉进行合成方法等各方面的改进。下面从白光LED的紫光、紫外光及蓝光激发的红色荧光粉的物质组成、合成方法、光谱特点等几方面进行介绍。y22seu红粉的合成红色荧光粉Y2O2S∶Eu是一种微红色晶体，属六方晶系，不溶于水，化学性质稳定。通过对光致发光性能的研究，发现这种荧光粉在紫外光辐照下能得到有效激发，其发射主峰在626nm附近。监控波长为626nm时，激发光谱最强峰位于330nm附近，在280～375nm范围内激发强度较高，该荧光粉可匹配发光光谱主峰在375nm以下的紫光LED晶片。兰州大学物理科学与技术学院的王志龙等研究了Eu3+浓度变化对该粉发射光谱的影响。当该粉中Eu3+浓度较低时，发出的红色光中混有蓝光和绿光，其色纯度偏低，随着Eu3+含量的增加，蓝光、绿光发射发生猝灭，可有效改善色纯度。当Eu0.063+时该粉的发光效率达到最大，发射光谱最强峰位于626nm。而随着Eu3+含量继续增加，发射光谱不再有大的变化。Y2O2S:Eu红粉的合成方法有以下几种：（1）利用H2或CO还原稀土硫酸盐；（2）利用CO还原稀土亚硫酸盐；（3）用H2S或CS2与稀土氧化物发生硫化反应；（4）在N2+H2O+H2S的混和气氛中使稀土氧化物硫化；（5）在S+Na2CO3+K3PO4混和熔盐体系中使稀土氧化物发生硫化。第五种方法不仅具有较高的工业生产回收率而且得到产物的粒度分布较前四种更容易控制，可实现大批量生产。王志龙等利用硫熔法制得Y2O2S∶Eu的单相产品。初始原料为Y2O3,Eu2O3,Na2CO3和S。按化学计量比精确称量后，把Y2O3和Eu2O3放在一起充分研磨后加入熔融的Na2CO3和S，在1250℃的氮气气氛下，灼烧2h得到Y2O2S∶Eux3+（0.01≤x≤0.10）单相样品。样品形貌呈椭球型，晶粒尺寸在2～4μm之间。另处，用微波辐射法、射频溅射法等其它方法同样可以制备Y2O2S∶Eu。目前Y2O2S∶Eu在LED制造领域应用非常广泛，但该粉色纯度和发光效率也并不理想，需要做深入研究来改善其性能。sr-ca比例对激发谱的影响碱土金属硫化物体系是一类用途广泛的发光基质材料。二价铕掺杂的CaS及SrS可以被蓝光有效激发而发射出红光，因而可用作蓝光LED晶片的白光LED的红色成份，可制造较低色温的白光LED，其显色性明显得到改善。中南大学化学化工学院的胡运生等采用高温固相法在CO气氛下合成了红色荧光粉Ca1-xSrxS:Eu2+。按一定的计量比称取SrS,CaS,Eu2O3和1%～10%wt%的NH4Cl后，将所有原料混合均匀，然后再在箱式高温炉中在900℃条件下烧结3h制得样品。Ca1-xSrxS:Eu2+系列荧光粉在430～500nm范围能被有效激发。该系列荧光粉的发射光谱属600nm附近的宽带发射，半峰宽在70nm左右。胡运生等研究发现Sr/Ca的值对发射光谱有着重要的影响，随着Sr/Ca比的逐渐增大，发射主峰也向长波方向移动，主峰的相对强度也逐渐增大。当Sr2+的摩尔浓度x从1降到0(mol·mol-1)时，该荧光粉Ca1-xSrxS:Eu2+的发射主峰也从609nm相应红移到647nm（激发波长460nm)。因此，可根据白光LED的具体要求，灵活地调整Sr/Ca比例，调制其激发谱及发射谱，实现与晶片的良好匹配。该系列荧光粉因化学性能不稳定，易潮解，它的应用受到一定的限制。但是可以通过添加辅助剂和表面处理，有效地减缓荧光粉的潮解、氧化和硫的析出，使该荧光粉的稳定性得到了很大的提高。红色荧光材料的制备以ZnO作为基质合成的红色荧光材料稳定性很好。红色荧光材料ZnO:Eu,Li和ZnO:Li+的最大激发峰范围都在340～370nm范围内，与365～370nm紫光LED晶片的发射峰大部分相交，因而适用于三基色白光LED制造。四川大学化学工程学院的康明等采用溶胶-凝胶法合成了红色荧光粉ZnO:Eu,Li，在掺杂元素铕和锂的摩尔比为4:1，乙酸锌与柠檬酸三铵的摩尔比为1:2，锻烧温度为600℃的条件下可以合成出ZnO:Eu.Li红色荧光粉体。荧光粉晶体呈球形，粒径平均在70nm左右，且粒径分布相对集中。从样品的发射光谱图1中可以看到592nm和620nm的两个发射带，其中620nm带非常强，样品显示出很强的红色荧光。另外，康明等研究人员还以氧化锌为基质，非稀土金属锂为掺杂元素，采用溶胶-凝胶法制备了纳米级的红色光致发光材料ZnO:Li+，其平均粒径为62nm。合成产物在紫外激发下可发射出波长为615nm左右的宽带光谱。碱土金属多铝酸盐红色荧光粉Ba0.5MgyAl12-xMnxO19在365nm激发下，能发射出676nm的红光，该荧光粉与主峰在365nm的紫光LED晶片相匹配。北京化工大学材料科学与工程学院的袁秋华等采用溶胶-凝胶法制备了碱土金属多铝酸盐Ba0.5MgyAl12-xMnxO19红色荧光粉。将BaCO3,MgO和MnCO3溶于适量的HNO3中，制成硝酸盐溶液后加入到Al(NO3)3·9H20溶液中，其中以柠檬酸为鳌合剂，通过蒸发、干燥，得到淡黄色干凝胶。将干凝胶放入高温炉内在1250℃条件下，灼烧为3.5～5h，得到Ba0.5MgyAl12-xMnxO19红色荧光粉，其中0.1<x<0.8,0.3<y<1.0。该荧光粉在365nm激发下具有较高量子效率。发射光谱（图2）由一个676nm的线峰和一个峰值为690nm的副峰组成，具有很好的色纯度，有效地改善了LED制造过程中显色指数问题。caeu1-mlase红色蓝色荧光粉红色荧光粉Ca(Eu1-XLaX)4Si3O13在395nm峰值的近紫外光的激励下能发射出峰值为613nm的红色光。它与400nm的紫外光激发的白光LED的发射峰值范围基本重叠，可以作为三基色白光LED的红色荧光粉材料。日本松下电工株式会社的山田健一研制了Ca(Eu1-XLaX)4Si3O13红色荧光粉。选用基本材料为CaCO3,Eu2O3和SiO2，按原料的重量比1:2:3取出，然后湿润、混合、干燥后放入铂坩锅中。在1200～1500℃，标准大气压的管式炉中锻烧5h，即可得到Ca(Eu1-XLaX)4Si3O13荧光粉。他在研究中发现，当x=0.5时，该荧光粉的转换效率能达到最大值0.14。用外部量子效率为0.40的近紫外LED与Ca(Eu1-XLaX)4Si3O13红色荧光粉和绿色、蓝色荧光粉共同组合的三基色白光LED，白光的光效和平均显色指数分别为21.6lm/W和83.9，表明Ca(Eu1-XLaX)4Si3O13红色荧光粉在三基色白光LED有极为广阔的应用前景。sr3a12o6的荧光性质Sr3A12O6是一种新型红色荧光粉，它的激发峰位于460～470nm范围内，是与主峰为465nm的蓝光LED晶片相匹配的红色荧光材料。清华大学化学系的刘阁等利用水热沉淀法合成了Sr3A12O6。在180℃和pH等于14的条件下反应24h,获得前驱物，然后经过2h的高温(1100℃)固相反应获得了铝酸锶化合物Sr3A12O6。通过对纯相Sr3A12O6粉末的荧光性质的研究，发现该荧光粉样品的最大激发峰位于459nm波长处，此外在415nm波长处有一小的激发峰（图3）。而样品的发射带落在615～683nm的波长范围内，其中最大发射峰的波长位于655nm处，表明在459nm波长的光激发下，样品能够发出红色光。我们采用喷雾热解法制备了同一体系的红色荧光粉（LEW）。包含Li、Eu、W等元素的前驱体溶液雾化后，流经智能升温炉（900℃）可得到成品。该荧光粉结晶度很高，粒径在1μm左右，而且分布均匀。该红粉发光效率高，显色指数较高，性能稳定，十分适合白光LED的制造。生产过程中的污染Mg4FGeO6:Mn和Mg5As2O11:Mn属传统的红色荧光粉,前者价格较贵,后者在生产过程中有较严重的污染。它们在400nm以下均能有效激发,其发射峰由657.5nm、650nm、640nm、630nm、625nm等5个窄的峰,具有较好的色纯度。及水温的影响现阶段制造高显色指数、低色温，大功率白光LED是白光LE