(灯用荧光粉)灯用发光材料----课题组

Old and new lighting technologies
照明耗电占总电消耗的20～25％（在超市商场占40 ％），高效照明光源的使用对节能减排，环境保护 有重要意义。
烛光照明
古代油灯
烛光油灯传承人 类文明
白炽灯－热辐射光源。电流流经导电物体，
使之在高温下辐射光能的光源。
1879年爱迪生发明
几种采用气体放电激发发光材料的光源比较
激发源
荧光灯 高压汞灯 荧光指示灯 低压汞电弧放电UV 高压汞电弧放电UV 低压汞辉光放电UV
激发波长 荧光粉上
（nm）
荧光粉发射 激发源强 占总发光的 度W.M-2） 百分比
主要应用 领域
185,254 250-450 297，313，600-900 365 254 50-100 254（其 50-150 他线谱） 254 （UV）100-200
产生白光的LED的几种方案
A. A. Bergh, Phys. Stat. Sol. (a) 201,2740(2004)
LED用和灯用荧光粉的异同
相同点： 均为光致发光
相异点：激发源，环境（汞，气体）
灯用荧光粉
λex = 253.7nm
——Hg的253.7nm紫外辐射，Ar＋，Hg＋，Hg气 白光LED激发源
欧盟， 澳洲， 加拿大 逐步禁止使用
卤钨灯
光效： ～15lm/W
大腹便便
气体放电灯
电流流经气体(金属蒸气)，使之产生气体放电而发光的光源
1 荧光灯FL（低压汞灯）
直管型T5，T8，T12 U、双U型 鞍型、螺旋型
荧光灯比白炽灯节电约
80％。如果50％白炽灯
被荧光灯取代，CO2排 放减少1亿吨。
荧光灯发光机理：
X-rays
Ultraviolet rays
Infrared rays
Radar
Broadcast bands
AC circuits
10 -5
10 -3
10 -1
10 1wenku.baidu.com
10 3
10 5
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Wavelength in nanometers (billionths of a meter)
λex = 460 ~ 480nm λex = 360 ~ 430nm
——主要由芯片发出370 ~ 480nm波段的 长波紫外、紫光和蓝光（无气体吸附，离子轰击）
85 20 80
一般照明 一般照明 发光指示
冷阴极灯
无极荧光灯
低压汞稀有气体放 电UV 高频感应气体放电
80
80
LCD背光 源 保养灯
白光LED Light Emitting Diode
发热量低 耗电量少—白炽灯的 1/8，荧光灯的1/2
新型无Hg光源
环保—耐冲击不易破， 废弃物可回收
灯用荧光粉
2009.2.14
主要内容
1 、照明光源发展历程
2、有关光源及荧光粉的几个概念 3、三基色荧光粉及几种特殊用途荧光粉
辐射与光
E=ħ= ħC/
White light
Prism
: 380~780 nm 可见光
Visible light
400 500 600 700
Gamma rays
照明是多么重要
Earth at Night
Night-time satellite image of the world.
The use of light at night appears to be directly related to wealth and prosperity. The lights also reflect trends in population and energy consumption. Acquired by NASA, Nov 2001 Physics Today, April 2002 Issue
荧光灯管壁涂发光材料，管内充(400Pa)Ar和(0.8Pa)Hg。
灯丝为涂碱土金属氧化物的钨丝。电流通过灯管，Hg原
子受电子轰击被激发，随即回到基态产生发射。Hg的某 些发射(253.7nm)激发荧光粉发光。
输入电能转化情况
荧光灯的结构和基本电路
185nm 5% 254nm 60% 可见 6％ 热能 26％ 电极损耗 3％
2 冷阴极荧光灯 CCFL
(LCD背光源）
• 主要由玻壳、电极、荧光粉、惰性气体等组成 • CCFL灯管是辉光放电（原理同霓虹灯） 灯管两端接入高电压，电极发射出电子，电子与管 内Hg撞击， 激发Hg， Hg发出紫外线（主要 253.7nm）激发内管壁涂敷的荧光粉。
3高压汞灯HPML
工作气压为几个大气压 管壁温度可达200~250 oC
寿命长—数万小时以 上，荧光灯的10倍 体积小可平面封装
LED的发光原理
在p-n结处，电子和空穴相遇、复合，产生发光。光子 的波长由能带间隙Eg=所决定: =1240/Eg
Eg：
eV； ：nm.
每一种LED的芯片都有其特定的Eg值，因而都有其特
定的发光颜色。
单色光LED
Lamp Spectrum vs Material System
546 436 578 405
～25％辐射为可见， 缺红光，它照射下 的物体发青，因此 只适于广场、街道 的照明 。为了改 善颜色特性，需加 一些荧光粉。
高压Hg蒸气谱线
颜色校正用荧光粉
4 金属卤化物灯
高压汞灯基础上发展来，将金属卤 化物加入到高压汞灯中，放电时金 属发出自己的特征谱线，填补汞谱 线的空白，增加灯光的红色部分。 大约24％的输入能量产生光辐射。
磷化镓 铝镓砷
570
氮化铟镓
380 540
铝铟镓磷
640 660
580
350 UV
500
600
700 IR
Compound semiconductors used in visible light emitters
F. A. Ponce and D. P. Bour, Nature 386, 351 (1997)
白炽灯
白炽灯具有黑体辐射的特点，光的颜色和亮度取决
于灯丝温度-基尔霍夫辐射定律 。
黑体的光谱辐射亮度
Black Body Radiation
1879年 光效 1.4 lm/W 寿命 几十小时
2001年 10～15 lm/W 2000 小时
特点：
显色指数：100% 色温 2800 K 转化为可见光能为12~18%。