近紫外宽带激发LED用荧光材料的分析

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1、·前言上海师范大学硕士学位论文环境，在时代催促及政府大力支持下，LED（发光二极管）照明产业以前所未有的模式迅猛发展，成为了第四代照明光源[8-10]。相对于传统的照明光源，LED一系列优势：1）高节能，耗电量低，仅仅是现用白炽灯的10%。2）寿命长，平均寿命在6~10万小时，是传统光源的10倍之多。3）多变幻，不同的LED芯片可以发射不同波段的光照，色彩非常丰富。4）环保无污染，LED芯片不含有汞元素，也没有辐射。5）体积小，便于制作成各种类型的应用器件均有应用价值。6）潜在的应用市场需求，在道路照明、大屏幕显示、交通信号灯指示以及汽车灯具等多方面LE

2、D的种种优势特点有望成为人类照明发展史上的―绿色照明光源‖，其大规模应用是一个必然的发展趋势[11-14]。全球各地也投入大量精力推动着这一趋势的发展：日本的―21世纪照明‖研究计划，投入大量资金并制定了各种国家标准应用于半导体照明灯具上；美国的国家半导体照明研究计划致力于研究成本的控制及LED转换效率的提高；欧共体的―彩虹计划‖旨在推动白光LED照明产业的发展壮大；在中国，LED的发展也同样得到了极大的重视，早在21世纪初级启动了―半导体照明工程‖，通过建立国际级产业基地予以支持[15,16]。就目前情况来看，中国是第二发电大国，仅次于美国。受到能源紧

3、缺和环境保护的制约，中国照明行业必走节电道路，所以，LED将会有巨大的市场应用空间。要想获得发射白光的LED产品，目前实现方法主要分为两大类[17,18]：第一是多种LED芯片复合形成三基色RGB合成白光LED，第二就是荧光粉转换（PC）。首先，对于多种LED芯片复合，也就是说三基色RGB形成的复合LED，指的是把RGB三基色LED芯片封装在一起，发出的三基色光复合形成白光。当然，也可以用四种颜色（红、橙黄、绿、蓝）的LED芯片复合形成白光。该方法优势在于原理简单，通过调节发射不同波段光的RGB三基色LED芯片的发光强度来实现白光发射效果，还可以进行不同

4、色彩的光色转换，与荧光粉转换相比，节省了光电转换过程中的能量损耗，因此获得了能量利用最大化，得到更强的发光效率。但是LED持续的照明工作导致LED芯片的驱动电流和温度变化不一致，从而影响了其光色效果；而且，所产生的散热问题不容忽视；值得一提的是，LED芯片本身的价格成本也制约着此种方法的应用推广[19]。其次，是一种蓝光LED芯片加上能被蓝光激发发射黄光的YAG荧光粉复合形成白光LED。这种方法是目前实现白光LED商业化最成熟的方法，是一种二基色荧光粉转换LED。具体是将发射蓝光波段的InGaN芯片与能被蓝光激发的钇铝石榴石（Y3Al5O12：Ce3+）

5、荧光粉结合在一起，蓝光与激发所得的黄光复合实现发光发射效果。这种方法之所以被广泛应用是在于其成本低、结构制作相对简单成熟的优势[20,21]。但是，同样也具有致命的缺点：由于缺少红光成分而导致显色指数较低，色温较高，难以用于低色温照明领域[22-24]。这也是人们投入研究想要解决的问题之一。其中2···万方数据···上海师范大学硕士学位论文前言普遍存在的能量损耗以及LED封装等后续问题也亟待解决。还有一种实现白光LED的方法与上一种原理相同，均为荧光粉转换方法，即用发射近紫外波段的LED芯片与可被近紫外波段激发后能够发射红、绿、蓝三基色的荧光粉结合生成白

6、光[25]。正是由于此种方法所产生的白光均由荧光法转换而成，所以其优势就是所获得的白光非常纯正。现在常见的近紫外（UV）LED芯片有400纳米、395纳米、380纳米等。但目前正处于探索研究阶段，解决荧光粉体组合技术以及研发高效能的荧光粉成为推动UV-LED应用的推动力[26-28]。本文也致力于研究近紫外宽带激发的荧光材料。图1-2获得白光LED的方法示意图综上所述，研究高效能的荧光转换材料成为推动LED广泛应用的关键之一。这不仅能降低LED的应用成本，而且还能拓宽LED的应用范围。其中包括传统工艺合成的稀土掺杂的荧光粉以及纳米半导体在LED上的应用。

7、1.3荧光材料发展概况随着LED的快速发展，对于荧光粉的研究也引起了人们极大的重视。荧光粉是获得白光LED的至关重要的光转换材料。由上面讨论可得，要通过荧光粉转换（LED芯片+荧光粉）的白光LED器件，荧光粉需要满足如下两个条件。第一，为了确保荧光材料较高的荧光转换效率，需要保证其激发光谱范围匹配于所选择的发光二极管的发射光谱波段；第二，在紫外波长范围激发下的荧光粉需···3万方数据···前言上海师范大学硕士学位论文要具有红、绿、蓝三基色发射而复合形成白光，或者在蓝光LED芯片的激发下的荧光粉具有能和剩余蓝光复合形成白光的发生光谱[29,30]。同时优良

8、的荧光材料需要满足较好的热稳定性、较高的量子效率以及发射光谱位于适合要求的波长范