文献综述 白光LED研究进展

河北科技师范学院

本科毕业论文文献综述白光LED荧光粉的研究进展

院（系、部）名称：

专业名称：

学生姓名：

学生学号：

指导教师：

2012年09月20日

河北科技师范学院教务处制

摘要

本文综述了国内外LED荧光粉的研究成果，白光LED用荧光粉发光机理，白光LED发光的实现方案。对高温固相法、溶胶-凝胶法、高分子网络凝胶法、燃烧法、共沉淀法、微波热效应法、水热法、喷雾热解法、激光加热法等荧光粉制备方法及各方法的优缺点做了较为详细的阐述，并对其发展前景及今后的研究趋势进行了展望。

关键词：白光LED荧光粉，发光机理，制备方法

目录

摘要 (Ⅰ)

1引言 (1)

2荧光粉的发光机理 (1)

3白光LED发光材料的制备方法 (1)

3.1高温固相法 (2)

3.2溶胶-凝胶法 (2)

3.3高分子网络凝胶法 (3)

3.4共沉淀法 (3)

3.5水热法 (4)

3.6微波合成法 (5)

3.7燃烧法 (5)

3.8喷雾热解法 (6)

3.9激光加热法 (6)

4展望 (6)

参考文献 (7)

1引言

白光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有发光效率高、能耗低(仅为白炽灯的1/8)、寿命长(可达10万h)、无污染等诸多优点，已广泛应用于城市景观照明、液晶显示背光源、室内外普通照明等多种照明领域[1–6]，被认为是替代白炽灯、荧光灯的新一代绿色照明光源。

目前，获取白光LED的主要途径有以下几种：

(1)利用三基色原理和目前已能生产的红、绿、蓝三种超高亮度LED按光强1：2：0.38的比例混合而成白色[7]。但由于LED器件光输出会随温度升高而下降，不同的LED下降程度差别较大，结果造成混合白光的色差，限制了用三基色LED芯片组装实现白光的应用；

(2)蓝色LED与可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉结合组成白光LED[8−10]。荧光粉吸收一部分蓝光，受激发发射黄光，发射的黄光与剩余的蓝光混合，通过调控二者强度比，从而获得各种色温的白光；

(3)采用发紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色的荧光粉，产生多色混合组成白光LED。此外，还可选用两基色、四基色，甚至五基色荧光粉。

制备白光发光二极管大多离不开稀土荧光粉，主要有黄色荧光粉、红色荧光粉及三基色荧光粉等，因此获得化学性质稳定和性能优异的荧光粉成为实现白光LED的关键。

2荧光粉的发光机理

发光是物质吸收的外部能量转换成光辐射的过程，是热辐射之外的一种辐射，持续时间超过光的振动周期(10−11s)。发光材料大多数都是晶体材料，其发光性能与合成过程中化合物(发光材料基质)晶格中产生的结构缺陷和杂质有关，这种局部不完整破坏了晶体晶格的规则排列，从而形成了缺陷能级。在外部光源激发作用下，发光基质从外部吸收能量，然后传递给发射离子，离子从基态E0激发到E2，被激发的发射离子以热或晶格振动的形式失去一部分能量，达到一个更稳定的激发态的发光能级E1，放出光发光，回到基态。此过程中，一部分多余的能量会以光或热的形式释放出来。这些被释放的能量以可见光或近可见光的形式释放出来，从而产生发光现象。

3白光LED发光材料的制备方法

材料的性能主要由材料的化学组分和微观结构决定，因此粉体的化学成分和制备工艺成

为决定荧光粉发光效率的重要因素。目前荧光粉的制备方法主要有固相法、燃烧合成法、溶胶−凝胶法、溶剂热法、化学共沉淀法、喷雾热解法、等离子体法等。

3.1高温固相法

高温固相法是发光材料的一种传统的合成方法。固相反应法制备发光材料，主要经过配料和煅烧两个过程。煅烧过程的主要作用是使原料各组分间发生化学反应，形成具有一定晶格结构的基质，并使激活剂进入基质，处于基质晶格的间隙或置换晶格原子。显然，煅烧是形成发光中心的关键步骤。煅烧条件(温度、气氛、时间等)直接影响着发光性能的优劣。

丁云峰等[11]以稀土氯化物、苯甲酸、六亚甲基四胺为原料，采用固相反应法合成苯甲酸铕与苯甲酸铽配合物。具体做法是：按物质的量比1∶3∶3称取氯化铕、苯甲酸及六亚甲基四胺固体，在玛瑙研钵中混合均匀，室温下研磨，得到均匀白色固体。将固体置于远红外烘箱中，于100℃下干燥，得到苯甲酸铕粉末，粉末密封保存。按同样比例，重复上述步骤合成苯甲酸铽粉末。热重-差热分析(TG-DTA)数据显示，六亚甲基四胺盐在200℃左右发生热分解；红外光谱(FT-IR)分析、光致发光(PL)测试结果表明，加入六亚甲基四胺后，苯甲酸转化成羧酸盐，与稀土离子形成稳定的配合物，合成的配合物具有理想的光致荧光性能。黎学明等[12]用高温固相法合成了YAG：Ce黄色荧光粉。按化学式Y1-xAl5O12：xCe3+(x＝0.01～0.05)，准确称取Y2O3，Al2O3和CeO2，加入助溶剂AlF3，放入玛瑙研钵中混合研磨；将混合物转移到25mL石英坩埚中，外套100mL石英坩埚，并在两坩埚之间放入活性炭，盖好盖子；把双层坩埚一并放入高温炉内加热，快速升温至1300～1550℃，焙烧3～5h，并快速冷却至室温，即得荧光粉；将制备的荧光粉与硝酸溶液混合，充分洗涤，过滤，滤饼在110～120℃烘箱内干燥1～2h，研细后即得高亮度荧光粉。但是荧光粉的亮度、涂覆性能等还未能达到理想标准，在将来的工作中还将采用湿磨、二次焙烧等手段做进一步改进。

此法优点是工艺较简单、成本低廉，适合工业化批量生产。缺点是合成温度高，反应时间长；产品颗粒较粗、硬度较大，粒径偏大且粒度分布宽，发光效率低。

3.2溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种新兴的湿化学合成方法，利用这种方法制备稀土发光材料在近十几年内取得了巨大进展。溶胶−凝胶法分为两类：原料为金属醇盐溶液的醇盐溶胶−凝胶法和原料为无机盐的水溶液溶胶−凝胶法。其基本原理为：金属醇盐或无机盐溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均质溶液，溶质与溶剂发生水解或醇解反应形成溶胶，将溶胶经过蒸发干燥转变成为凝胶，凝胶再经干燥、烧结，最后制得所需无机化合物。

黄飞等[13]采用溶胶-凝胶法合成了Y3Al5O12：Tb绿色荧光粉。具体过程是：将Y2O3