白光LED概述

随着社会的进步和发展，能源和环境问题日益成为当今世界关注的重大问题。节约能源和保护环境日益成为社会进步的主要动力。人们日常生活中对照明用电的需求占用电总量的很大比例。但现有的传统照明方式存在功耗大、使用寿命短、转换效率低、污染环境等缺点。因此，社会节约能源和保护环境的目的是用一种适应社会发展需要的新的照明方式取代传统的照明方式。

经过研究人员的不断努力，半导体白光发光二极管(WLED)被称为WLED，它具有较长的使用寿命、较高的转换效率和低的环境污染。与传统的照明方式相比，WLED具有效率高、无汞等优点。无污染、低碳排放、寿命长、体积小、节能等优点，使其广泛应用于交通运输、照明显示、医疗器械和电子产品等领域。

同时，LED已被公认为21世纪最有价值的新型光源。在相同的照明条件下，WLED消耗的能量是荧光灯的50%，白炽灯的20%。目前，全球传统照明耗电量约占全球总能源消耗的13%。如果采用WLED替代全球传统的照明光源，能耗将降低一半左右，节能效果显著，经济效益客观。

目前，被称为第四代照明器件的白光发光二极管(WLED)因其优异的性能而受到人们的高度重视。人们对白光LED的研究逐渐加强，其设备已广泛应用于显示、照明等诸多领域。

1993年，氮化镓蓝光发光二极管(LED)技术取得首次突破，推动了LED的发展。首先，研究人员利用氮化镓作为蓝光光源，利用荧光粉转换的方法实现了单个LED的白光发射，加速了LED进入照明领域。

WLED最大的应用是在家用照明领域，但就目前的研究现状来看，WLED仍然存在很大的问题。为了让WLED尽快进入我们的生活，我们需要不断地改进和提高它的发光效率。色彩渲染和生活特征。虽然目前的LED光源还不能完全取代人类使用的传统光源，但随着技术的发展，LED灯将会变得越来越受欢迎。

白光LED用红色荧光粉的研究

现有技术开发的白光LED荧光粉普遍存在显色指数低、色温高、偏冷白光等问题。主要原因是所制备的荧光粉缺乏红光组分，因此研究具有较高的红光效率。荧光粉尤其重要。根据目前的研究现状，根据基质材料的分类主要可以分为以下几个系统。

•硫化物、硫氧化物和氧化锑体系

碱土金属可作为硫化红荧光粉基质的阳离子，Eu2+是硫化红荧光粉的活化离子，该荧光粉发光效率高，广泛应用于白光中。有学者采用固相反应的方法将Ca加入到SrS: Eu2+基体中制备(Cax,Sr1-x)S: Eu2+红色荧光粉材料。通过研究和测试发现，掺杂剂的引入会引起样品发射。随着Ca2+浓度的增加，峰位置的变化，导致主发射峰位置向长波方向移动，强度也增加。

以氧化钌或硫氧化物为基料的红色荧光粉通常以Eu3+为激活离子，激发峰通常在350 nm、380 nm和460 nm范围内。结果表明，当Eu3+离子浓度逐渐增加到626 nm时，发射峰位置向右移动。

采用射频溅射法制备了Y2O2S: Eu发光薄膜材料。Y2O2S: Eu荧光粉的发光光谱与商用Y2O2S: Eu荧光粉相似。虽然已经开发出了可由近紫外光和蓝色LED芯片激发的氧化钌或氧化硫红荧光粉，但由于其衬底发光效率低，其用途的通用性受到限制。此外，硫化物磷光材料的化学性质不稳定，遇高温或遇水会分解，很可能对环境造成危害。

•氮化系统

氮化红荧光粉因其优异的热稳定性和化学稳定性而得到广泛的研究。Eu2+通常被用作激活离子。Sr2Si5N8: Eu红色荧光粉可以吸收近紫外到蓝绿色的波长，发射550 nm到750 nm的黄色、橙色和红色的波长，效率高，发射波长具有Eu2+掺杂浓度。增加逐渐向长波方向红移。通过荧光测试发现，该LED与红色荧光粉有很好的发展前景。

采用高温固相法制备了CaAlSiN3掺杂Eu2+的荧光粉。通过研究和测试，在温度为1700℃，压力为0.65 MPa，掺杂浓度为4 mol%条件下制备。荧光粉的结晶性能最好。

到目前为止，与工业硫化红粉相比，氮化红粉的红色具有更大的可控性，其物理化学性能高于硫化物。但氮化红磷的制备条件要求非常严格，一般高温可达1400°C ~ 2000°C，长期绝缘，需要在氮气下保护。这必然会增加荧光粉的成本，也会消耗大量的资源。

•硅酸盐系统

硅酸盐体系数量众多，性能优良，在荧光粉的研究中得到了广泛的应用。活化的离子通常是从Eu3+中选择来制备红色荧光粉。在Eu3+离子掺杂硅酸盐红荧光粉的活化研究中，总结了以往的研究经验。采用溶胶-凝胶法和凝胶法研究了Eu3+离子在5D0→7F2的转变过程。-燃烧法、高温固相法等，并讨论了不同电荷补偿器、激活剂掺杂浓度、助熔剂添加状态对发光效果的影响。

以高纯NH4H2PO4、CaCO3、SiO2等为原料，从含碱金属卤化物中获得电荷补偿离子。采用高温固相法制备了适合近紫外芯片激发的Ca5(PO4)2SiO4: Eu3+。A+ (A = Na, Li, K)红光材料。经过研究和测试，该荧光材料具有优异的荧光性能。激发的主峰位于395 nm，位于近紫外区，主发射峰位于615 nm。荧光强度和颜色坐标与商用荧光粉非常接近。

采用溶胶-凝胶法制备了以Eu3+为活化剂，以LaPO4-5SiO2为复合基体的红色荧光粉。测试结果表明，制备的硅酸盐基红磷具有优异的性能，Eu3+的最佳掺杂浓度为7mol%，最佳激发波长为395 nm(紫色区)，最佳发射波长为612 nm(红光区)。区)。

钼酸钨系

钼酸钨是一种物理化学性质非常稳定的无机材料，因此被广泛应用于荧光粉的基体材料。在红荧光粉的研究中，常用Eu3+作为活化离子，钼酸钨用于红荧光粉的研究。

采用燃烧法、溶胶-凝胶法制备了Sr(1-x)MoO4: xEu3+红色荧光粉。采用固相法合成Gd2(MO4)3 (M=Mo, W): Eu3+， Sm3+红色荧光粉。实验表明，所制备的荧光粉能被紫外光和蓝光有效激发，其发射波长范围与市场上现有的氮化镓基红色荧光粉非常接近。

白光LED实现

目前，WLED的实施可以总结为以下三种方法:

•多芯片组合

WLED多芯片组合型WLED是由多个半导体芯片发出的红、绿、蓝三色光的组合，按一定比例组合成白光。该方法效率高、显色指数高、色温可调、光电损耗低。

但缺点有很多:由于使用的芯片数量多，生产成本高，国内自主生产能力弱。此外，由于每个芯片发出的颜色的量子效率是不同的，当系统的工作条件不一致时，这导致不同的衰减率，造成颜色不稳定，给它们的应用带来很大的限制。

•荧光转换类型

WLED荧光转换型WLED工作原理是利用低压直流电激发单衬底半导体芯片，将芯片发出的光激发到芯片上涂覆的荧光粉上，使荧光粉发出人眼可见的长波长光。白光发射是通过调节荧光粉的比例实现的。

荧光转换型WLED根据激发方式的不同可分为以下两种类型:

第一个:黄色的磷是兴奋的蓝筹股(掺钕钇铝石榴石:Ce3 +):蓝色LED芯片作为激发光源激发的黄色荧光的发射波长匹配芯片,并发出黄色光和蓝色光的激发光源。这种组合发出白光。其优点是结构设计简单，生产工艺要求低，工艺成熟。

这种方法有很大的缺点:用于激发光源的芯片发光效率低，光转换过程中的能量损耗大。荧光粉会随着时间和环境产生色温漂移，这种类型在结构设计中。缺乏红光会导致显色指数低。因此，有必要在缺乏红色组分的YAG:Ce3+体系中加入适量的红色荧光粉，以提高显色指数。

第二种类型:红、绿、蓝色荧光粉兴奋的紫外光芯片:在近紫外(360 - 410 nm)导致芯片作为激发光源激发三种荧光粉的发射蓝色,绿色和红色的原色,三的各种颜色组合获得白光。主要优点是:采用紫外线芯片作为光源，电路设计简单，生产成本低，控制方便;可以控制激发和发射光谱峰的位置和带宽，具有较宽的光谱分布;发光材料是广泛可用的，并可以工业化生产和生产。该工艺有很大的改进空间。

其主要缺点是:大功率近紫外LED不易制造;工艺要求高;这一阶段的红色荧光粉发光效率低，色温不稳定;由于采用近紫外光芯片作为激发光源，发射的紫外光易于封装。这种材料会造成损坏，使其老化，缩短其寿命，并容易泄露紫外线。

•单芯片多量子阱型

WLED单片多量子阱型WLED是将两种或两种以上不同的材料以薄膜的形式在基片上交替生长而形成多层结构的结构。多层结构包含大量分离的量子阱，通过改变不同掺杂材料形成不同的量子结构，从而实现从蓝光发射到红光，从而实现材料的白光。

多量子阱单片wled具有结构简单、材料发光效率高、光转换能量损耗小等优点。然而，在制备单芯片多量子阱WLED时，工艺技术非常高，产品成本极高，难以推广。目前，单片多量子阱WLED还处于实验室测试开发阶段，在技术和应用上还不成熟。

以上分析表明，WLED主要有三种产生方式，前两种方法是目前应用研究的主要方向。考虑到生产过程、技术要求和制造过程的生产成本，荧光转换wled是目前最简单和最有效的方法。其次是多个芯片组合的WLED。从未来发展和创新的角度来看，单片多量子井型WLEDs具有很大的发展潜力。

结论

综上所述，红色荧光粉是荧光转换白光LED中最严重的部分，因此探索寻找物理化学性质稳定、能被UV/近紫外光激发并能达到高显色指数的红色。荧光粉已成为一个非常重要的研究方向。由于材料的性能受到许多因素的影响，如材料的形貌、微观结构、粒子的大小、团聚现象等，因此对材料的发光性能有很大的影响。因此，如何制备高效的红色荧光粉成为了一个艰巨的挑战。

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