基本信息
- 项目名称：
- 一步合成白光LED用碱土硅酸盐全色荧光粉
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 采用高温固相法，一次性烧结出白光荧光粉，Eu2+,Mn2+在晶相M3MgSi2O8中分别发蓝光和红光，Eu2+在M2SiO4晶相中发绿光，从而有效的解决三基色荧光粉中存在的调配困难、蓝光再吸收等问题。
- 详细介绍：
- LED即发光二极管作为一种新的光源，作为继白炽灯、日光灯、节能灯之后的第四代发光体材料，由于其具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、绿色环保、以及体积小等优点，而受到广泛的关注和研究。如今寻找一种更节约、更简便的制作荧光粉的方法成为了发展的关键。 我们在实验中采用的发光原理是用紫光激发白光荧光粉，产生蓝、绿、红三色光从而合成白光。与通常用蓝光激发黄色荧光粉从而合成白光相比，发出的白光发光均匀，色温稳定性好、显色指数高。 采用高温固相法制备荧光粉将原料（BaCO3,CaCO3,MgO,SiO2,Eu2O3,MnCO3， BaCl2 •2H2O）按照所设计的化学计量比称取，在玛瑙研钵中研磨均匀后，加入无水乙醇研磨成胶体，烘干后置于瓷舟中，在（10%H2-90%N2）还原气氛中于927℃下烧结1.5h，冷却至室温后，制成成品。所制出的荧光粉激发波长能够与nUV-InGaN芯片很好的匹配，可应用于白光LED。产生的白光与其他相比发光均匀，色温稳定性好、显色指数高。 我们对药品进行了X射线衍射检测，在图谱中我们可以看出药品的X射线衍射峰与数据库中标准图谱的衍射峰数据匹配的相吻合，因此，我们可知本实验合成的荧光粉是两种物相的复合结构，并以Ba1.31Ca0.69SiO4为主要晶相，且两种晶相能够形成分布均匀的固溶体。 我们还对药品的发色光谱分布、光谱色和色坐标参进行了检测，说明了本实验制成的荧光粉激发后发出的光谱是连续的，并可合成白光的光谱， 色坐标参数图说明激发荧光粉所产生的光为白光，且和自然光接近。 在实验过程中我们还对Sr取代Ca与Ba，对荧光粉发光的影响进行了多组试验，并做了大量的对比实验，最终得出Sr浓度为0.1亮度较高Sr2+浓度为0.2显色指数高。 LED白光灯在实际中的应用范围很广，LED白光灯可用在日常照明，由于它耐用，节约能源可用于街道照明等
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计,发明目的：本作品通过一次性烧结出白光荧光粉，能够有效的解决合成白色荧光粉中存在的调配困难、蓝光再吸收等缺陷。 基本思路：稀土Eu2+在不同基质结构中能够发射从紫光到红光的可见光谱带，而Mn2+能够发射红光，通过设计基质材料的配比，使所设计的荧光粉同时发射红绿蓝三色光，从而实现白光发射。 创新点：通过高温固相法，经一次性烧结制出白光荧光粉，与传统的分别烧结出三种荧光粉而发射三色光混合成白光相比，本作品的合成工艺简单化，成本能够有效的降低等优势。 技术关键：Eu2+同时进入不同环境的格位，使其发射所需要的不同颜色的光，从而与Mn2+红光组合成白光。 主要技术指标：采用高温固相法，一次性烧结出双晶相荧光粉M3MgSi2O8--M2SiO4:Eu2+,Mn2+(M2+=Ca2+,Ba2+)。Eu2+,Mn2+在晶相M3MgSi2O8中分别发蓝光和红光，Eu2+在M2SiO4晶相中发绿光，最终将荧光粉涂敷在LED的芯片表面，通电后，芯片发出的紫光激发本作品的荧光粉而发射红绿蓝三色光，从而实现白光。
科学性、先进性
- 科学性： 一次性烧结的产物中存在两种M3MgSi2O8和M2SiO4(M2+= Ca2+, Ba2+)两种晶相， Eu2+和Mn2+在M3MgSi2O8晶相中分别发射蓝光和红光，Eu2+在M2SiO4晶相中发绿光，最终实现红绿蓝三基色组合成白光。 先进性： 本作品一次性烧结制得一种双晶相白光荧光粉，解决了传统荧光粉所发白光中存在的蓝光再吸收、调配困难等缺陷。简化了合成工艺和荧光粉调配的复杂性。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段，并已经制作出大量成品。涂覆在LED上可以发光。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品，现场演示，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：将产品白色荧光粉涂覆于紫外光芯片InGaN上，被芯片发出的紫外光激发产生白光。 技术特点和优势：市场上的蓝光GaN芯片激发黄光混合而成的白光，由于其缺乏红光，使得显色效果较差。紫光InGaN芯片激发三基色荧光粉实现白光也开始逐渐走向市场，其三基色荧光粉是由发红绿蓝三色三种荧光粉混合而成，这中混合而成的白光存在调配困难、蓝光在吸收等缺陷，并且成本较高。而本作品所需的合成时间短，合成过程所需温度低，且在发光发面能够有效的解决上述缺陷，从而降低了生产成本。 适用范围：日常照明，背光源，城市景观灯。 经济效益：目前，LED产品的发光效率可达到100 lm/W，开始进入普通照明市场，预计2015年，LED产品的发光效率可达到150 lm/W，LED照明可占有20%的照明市场。白光LED位居2008年最有希望技术名单的前列，其产值在2008年将长至16.6%，2009年增长至23% 。
同类课题研究水平概述
- 目前，现有公司制备的白光LED，仍以早期的蓝光GaN芯片与YAG：Ce3+黄粉组合成白光为主，其中以大连路明集团为该产业的领跑者，该公司改进了YAG：Ce3+荧光粉的性能，并添加红粉或绿粉来提高显色效果，但是该方法组合的白光是通过调节在芯片表面荧光粉的厚度来改变色温，涂敷工艺复杂，并且受驱动电流影响大，当驱动电流从20mA 增加到40mA 时，色坐标从(0.3288，0.3401)变化为(0.3202，0.3219)。最为严重的是该方法制备的白光LED受到日亚化学的专利壁垒。 用芯片激发三基色荧光粉来实现白光的制作方案是当前白光LED行业发展的重点。这种方案克服了黄蓝组合型白光LED色温偏高、显色指数差、发光效率低等缺点，以及专利局限不严重。但是由于方法本身的局限性也存在着许多自身无法克服的缺陷，导致整个白光LED流明效率下降，甚至发生色漂移；此外，几种荧光粉混合的涂覆工艺会增加白光LED制作工艺的难度，不利于降低生产成本。 为了克服上述缺陷，迫切需要研制新型高效单一基质白光发光材料。因此，研制这种发光材料具有重要的学术意义和应用价值。 2008年，He等人报道了LED用白色荧光粉Mg0.1Sr1.9SiO4:Shen等报道了Ba2MgSi2-xAlxO7:0.1Eu2+, 0.1Mn2+白光荧光粉，用其制备的白光LED显色指数超过了85。 2009年，杨志平等人报道的Ca10(Si2O7)3Cl2: Eu2+,Mn2+白光荧光粉，其显示指数超过了85。. 2010年，Huang等人报道了Ca9Y(PO4)7:Eu2+,Mn2+白光荧光粉，Kin等人报道了(Ba,Ca)2SiO4:Eu2+,Mn2+白光荧光粉，其显色指数在76~92。 总结不难发现：目前大多数单一基质白光发光材料要么烧结温度高(≥1200℃)，要么反应时间长(≥4h)，因此消耗能源大，成本高，限制了其推广和应用。 本作品一次性烧结白光LED用双晶相全色荧光粉M3MgSi2O8--M2SiO4:Eu2+,Mn2+(M2+=Ca2+,Ba2+)。Eu2+,Mn2+在晶相M3MgSi2O8中分别发蓝光和红光，Eu2+在M2SiO4晶相中发绿光，从而有效的解决三基色荧光粉中存在的调配困难、蓝光再吸收等问题 。
