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荧光粉提升PDP和LED技术发布日期:2012-03-06
PDP产业有极大的市场潜力,PDP用荧光粉的市场前景也非常可观。LED技术也带来新兴市场,开发高效的、低光衰的白光LED用荧光粉已成为一项迫在眉睫的工作,而荧光粉在彩色LED上的应用还刚刚起步,需要进一步进行深入的研究。

PDP用荧光粉市场前景可观

彩色PDP应用广泛,而彩色PDP所用的真空紫外辐射(VUV)激发下的三基色荧光材料是实现彩色PDP的关键材料,因此对彩色PDP用三基色荧光材料的研究及生产具有重要意义。同时,彩色PDP荧光材料将成为继彩电、紧凑型节能灯之后,稀土在发光材料中应用的又一个高新技术领域,这对我国稀土资源的应用具有重要意义。

我们已于2001年立项进行了彩色PDP荧光材料产业化研究,2004年9月通过国家发改委的验收。我们开发了一套PDP荧光粉发光性能测试系统,解决了国内PDP荧光粉测试的难题,掌握了制备高效PDP用荧光粉的全套工程化技术,在北京有色金属研究总院建成国内第一条PDP荧光粉的中试线,为我国PDP荧光粉的产业化打下了良好的基础。

日本1999年PDP荧光材料用量为10吨,全世界的PDP荧光材料用量为20吨。预计到2005年底,全世界PDP年产量将大大超过500万台。所有迹象表明PDP产业有极大的市场潜力,PDP用荧光粉的市场前景也非常可观。

LED用荧光粉尚待创新

近年来,在照明领域最引人关注的事件是半导体照明的兴起。20世纪90年代中期,日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力,突破了制造蓝光发光二极管(LED)的关键技术,并由此开发出以荧光材料覆盖蓝光LED产生白光光源的技术。半导体照明具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点,因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源,或称为21世纪绿色光源。美国、日本及欧洲均注入大量人力和财力,设立专门的机构推动半导体照明技术的发展。

LED实现白光有多种方式,而开发较早、已实现产业化的方式是在LED芯片上涂敷荧光粉而实现白光发射。

LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法,但它们并没有完全成熟,由此严重地影响白光LED在照明领域的应用。具体来说,第一种方法是在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉,芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技术被日本Nichia公司垄断,而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性,显色性较差,难以满足低色温照明的要求,同时发光效率还不够高,需要通过开发新型的高效荧光粉来改善。

第二种实现方法是蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉,通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光,显色性较好。但是,这种方法所用荧光粉有效转换效率较低,尤其是红色荧光粉的效率需要较大幅度的提高。

第三种实现方法是在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉,利用该芯片发射的长波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)来激发荧光粉而实现白光发射,该方法显色性更好,但同样存在和第二种方法相似的问题,且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系,这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大,因此开发高效的、低光衰的白光LED用荧光粉已成为一项迫在眉睫的工作。

我们是国内率先进行LED用高效低光衰荧光粉研究的研究机构。最近,通过与我国台湾合作伙伴的联合攻关,多种采用荧光粉的彩色LED被开发出来了。

采用荧光粉来制作彩色LED有以下优点:

首先,虽然不使用荧光粉,就能制备出红、黄、绿、蓝、紫等不同颜色的彩色LED,但由于这些不同颜色LED的发光效率相差很大,采用荧光粉以后,可以利用某些波段LED发光效率高的优点来制备其他波段的LED,以提高该波段的发光效率。例如有些绿色波段的LED效率较低,台湾厂商利用我们提供的荧光粉制备出一种效率较高,被其称为“苹果绿”的LED用于手机背光源,取得了较好的经济效益。

其次,LED的发光波长现在还很难精确控制,因而会造成有些波长的LED得不到应用而出现浪费,例如需要制备470nm的LED时,可能制备出来的是从455nm到480nm范围很  宽的LED,发光波长在两端的LED只能以较低廉的价格处理掉或者废弃,而采用荧光粉可以将这些所谓的“废品”转化成我们所需要的颜色而得到利用。

第三,采用荧光粉以后,有些LED的光色会变得更加柔和或鲜艳,以适应不同的应用需要。当然,荧光粉在LED上最广泛的应用还是在白光领域,但由于其特殊的优点,在彩色LED中也能得到一定的应用,但荧光粉在彩色LED上的应用还刚刚起步,需要进一步进行深入的研究和开发。
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