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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一步合成白光LED用堿土硅酸鹽全色熒光粉
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
采用高溫固相法，一次性燒結(jié)出白光熒光粉，Eu2+,Mn2+在晶相M3MgSi2O8中分別發(fā)藍(lán)光和紅光，Eu2+在M2SiO4晶相中發(fā)綠光，從而有效的解決三基色熒光粉中存在的調(diào)配困難、藍(lán)光再吸收等問題。
詳細(xì)介紹：
LED即發(fā)光二極管作為一種新的光源，作為繼白熾燈、日光燈、節(jié)能燈之后的第四代發(fā)光體材料，由于其具有發(fā)熱量低、耗電量小、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快、綠色環(huán)保、以及體積小等優(yōu)點(diǎn)，而受到廣泛的關(guān)注和研究。如今尋找一種更節(jié)約、更簡(jiǎn)便的制作熒光粉的方法成為了發(fā)展的關(guān)鍵。 我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中采用的發(fā)光原理是用紫光激發(fā)白光熒光粉，產(chǎn)生藍(lán)、綠、紅三色光從而合成白光。與通常用藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉從而合成白光相比，發(fā)出的白光發(fā)光均勻，色溫穩(wěn)定性好、顯色指數(shù)高。 采用高溫固相法制備熒光粉將原料（BaCO3,CaCO3,MgO,SiO2,Eu2O3,MnCO3， BaCl2 ?2H2O）按照所設(shè)計(jì)的化學(xué)計(jì)量比稱取，在瑪瑙研缽中研磨均勻后，加入無水乙醇研磨成膠體，烘干后置于瓷舟中，在（10%H2-90%N2）還原氣氛中于927℃下燒結(jié)1.5h，冷卻至室溫后，制成成品。所制出的熒光粉激發(fā)波長(zhǎng)能夠與nUV-InGaN芯片很好的匹配，可應(yīng)用于白光LED。產(chǎn)生的白光與其他相比發(fā)光均勻，色溫穩(wěn)定性好、顯色指數(shù)高。 我們對(duì)藥品進(jìn)行了X射線衍射檢測(cè)，在圖譜中我們可以看出藥品的X射線衍射峰與數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)圖譜的衍射峰數(shù)據(jù)匹配的相吻合，因此，我們可知本實(shí)驗(yàn)合成的熒光粉是兩種物相的復(fù)合結(jié)構(gòu)，并以Ba1.31Ca0.69SiO4為主要晶相，且兩種晶相能夠形成分布均勻的固溶體。 我們還對(duì)藥品的發(fā)色光譜分布、光譜色和色坐標(biāo)參進(jìn)行了檢測(cè)，說明了本實(shí)驗(yàn)制成的熒光粉激發(fā)后發(fā)出的光譜是連續(xù)的，并可合成白光的光譜， 色坐標(biāo)參數(shù)圖說明激發(fā)熒光粉所產(chǎn)生的光為白光，且和自然光接近。 在實(shí)驗(yàn)過程中我們還對(duì)Sr取代Ca與Ba，對(duì)熒光粉發(fā)光的影響進(jìn)行了多組試驗(yàn)，并做了大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最終得出Sr濃度為0.1亮度較高Sr2+濃度為0.2顯色指數(shù)高。 LED白光燈在實(shí)際中的應(yīng)用范圍很廣，LED白光燈可用在日常照明，由于它耐用，節(jié)約能源可用于街道照明等

作品圖片

  • 一步合成白光LED用堿土硅酸鹽全色熒光粉
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì),發(fā)明目的：本作品通過一次性燒結(jié)出白光熒光粉，能夠有效的解決合成白色熒光粉中存在的調(diào)配困難、藍(lán)光再吸收等缺陷。 基本思路：稀土Eu2+在不同基質(zhì)結(jié)構(gòu)中能夠發(fā)射從紫光到紅光的可見光譜帶，而Mn2+能夠發(fā)射紅光，通過設(shè)計(jì)基質(zhì)材料的配比，使所設(shè)計(jì)的熒光粉同時(shí)發(fā)射紅綠藍(lán)三色光，從而實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。 創(chuàng)新點(diǎn)：通過高溫固相法，經(jīng)一次性燒結(jié)制出白光熒光粉，與傳統(tǒng)的分別燒結(jié)出三種熒光粉而發(fā)射三色光混合成白光相比，本作品的合成工藝簡(jiǎn)單化，成本能夠有效的降低等優(yōu)勢(shì)。 技術(shù)關(guān)鍵：Eu2+同時(shí)進(jìn)入不同環(huán)境的格位，使其發(fā)射所需要的不同顏色的光，從而與Mn2+紅光組合成白光。 主要技術(shù)指標(biāo)：采用高溫固相法，一次性燒結(jié)出雙晶相熒光粉M3MgSi2O8--M2SiO4:Eu2+,Mn2+(M2+=Ca2+,Ba2+)。Eu2+,Mn2+在晶相M3MgSi2O8中分別發(fā)藍(lán)光和紅光，Eu2+在M2SiO4晶相中發(fā)綠光，最終將熒光粉涂敷在LED的芯片表面，通電后，芯片發(fā)出的紫光激發(fā)本作品的熒光粉而發(fā)射紅綠藍(lán)三色光，從而實(shí)現(xiàn)白光。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性： 一次性燒結(jié)的產(chǎn)物中存在兩種M3MgSi2O8和M2SiO4(M2+= Ca2+, Ba2+)兩種晶相， Eu2+和Mn2+在M3MgSi2O8晶相中分別發(fā)射藍(lán)光和紅光，Eu2+在M2SiO4晶相中發(fā)綠光，最終實(shí)現(xiàn)紅綠藍(lán)三基色組合成白光。 先進(jìn)性： 本作品一次性燒結(jié)制得一種雙晶相白光熒光粉，解決了傳統(tǒng)熒光粉所發(fā)白光中存在的藍(lán)光再吸收、調(diào)配困難等缺陷。簡(jiǎn)化了合成工藝和熒光粉調(diào)配的復(fù)雜性。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段，并已經(jīng)制作出大量成品。涂覆在LED上可以發(fā)光。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說明：將產(chǎn)品白色熒光粉涂覆于紫外光芯片InGaN上，被芯片發(fā)出的紫外光激發(fā)產(chǎn)生白光。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：市場(chǎng)上的藍(lán)光GaN芯片激發(fā)黃光混合而成的白光，由于其缺乏紅光，使得顯色效果較差。紫光InGaN芯片激發(fā)三基色熒光粉實(shí)現(xiàn)白光也開始逐漸走向市場(chǎng)，其三基色熒光粉是由發(fā)紅綠藍(lán)三色三種熒光粉混合而成，這中混合而成的白光存在調(diào)配困難、藍(lán)光在吸收等缺陷，并且成本較高。而本作品所需的合成時(shí)間短，合成過程所需溫度低，且在發(fā)光發(fā)面能夠有效的解決上述缺陷，從而降低了生產(chǎn)成本。 適用范圍：日常照明，背光源，城市景觀燈。 經(jīng)濟(jì)效益：目前，LED產(chǎn)品的發(fā)光效率可達(dá)到100 lm/W，開始進(jìn)入普通照明市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2015年，LED產(chǎn)品的發(fā)光效率可達(dá)到150 lm/W，LED照明可占有20%的照明市場(chǎng)。白光LED位居2008年最有希望技術(shù)名單的前列，其產(chǎn)值在2008年將長(zhǎng)至16.6%，2009年增長(zhǎng)至23% 。

同類課題研究水平概述

目前，現(xiàn)有公司制備的白光LED，仍以早期的藍(lán)光GaN芯片與YAG：Ce3+黃粉組合成白光為主，其中以大連路明集團(tuán)為該產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)跑者，該公司改進(jìn)了YAG：Ce3+熒光粉的性能，并添加紅粉或綠粉來提高顯色效果，但是該方法組合的白光是通過調(diào)節(jié)在芯片表面熒光粉的厚度來改變色溫，涂敷工藝復(fù)雜，并且受驅(qū)動(dòng)電流影響大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流從20mA 增加到40mA 時(shí)，色坐標(biāo)從(0.3288，0.3401)變化為(0.3202，0.3219)。最為嚴(yán)重的是該方法制備的白光LED受到日亞化學(xué)的專利壁壘。 用芯片激發(fā)三基色熒光粉來實(shí)現(xiàn)白光的制作方案是當(dāng)前白光LED行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。這種方案克服了黃藍(lán)組合型白光LED色溫偏高、顯色指數(shù)差、發(fā)光效率低等缺點(diǎn)，以及專利局限不嚴(yán)重。但是由于方法本身的局限性也存在著許多自身無法克服的缺陷，導(dǎo)致整個(gè)白光LED流明效率下降，甚至發(fā)生色漂移；此外，幾種熒光粉混合的涂覆工藝會(huì)增加白光LED制作工藝的難度，不利于降低生產(chǎn)成本。 為了克服上述缺陷，迫切需要研制新型高效單一基質(zhì)白光發(fā)光材料。因此，研制這種發(fā)光材料具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。 2008年，He等人報(bào)道了LED用白色熒光粉Mg0.1Sr1.9SiO4:Shen等報(bào)道了Ba2MgSi2-xAlxO7:0.1Eu2+, 0.1Mn2+白光熒光粉，用其制備的白光LED顯色指數(shù)超過了85。 2009年，楊志平等人報(bào)道的Ca10(Si2O7)3Cl2: Eu2+,Mn2+白光熒光粉，其顯示指數(shù)超過了85。. 2010年，Huang等人報(bào)道了Ca9Y(PO4)7:Eu2+,Mn2+白光熒光粉，Kin等人報(bào)道了(Ba,Ca)2SiO4:Eu2+,Mn2+白光熒光粉，其顯色指數(shù)在76~92。 總結(jié)不難發(fā)現(xiàn)：目前大多數(shù)單一基質(zhì)白光發(fā)光材料要么燒結(jié)溫度高(≥1200℃)，要么反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(≥4h)，因此消耗能源大，成本高，限制了其推廣和應(yīng)用。 本作品一次性燒結(jié)白光LED用雙晶相全色熒光粉M3MgSi2O8--M2SiO4:Eu2+,Mn2+(M2+=Ca2+,Ba2+)。Eu2+,Mn2+在晶相M3MgSi2O8中分別發(fā)藍(lán)光和紅光，Eu2+在M2SiO4晶相中發(fā)綠光，從而有效的解決三基色熒光粉中存在的調(diào)配困難、藍(lán)光再吸收等問題 。
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