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稀土术语(五):稀土功能材料(3) 稀土发光材料

分类:稀土知识

稀土发光材料

荧光粉

在一定的激发条件下能发光的无机或有机粉末材料。按激发方式的不同可分为光致发光荧光粉、电致发光荧光粉、阴极射线致发光荧光粉和放射线致发光荧光粉等。

 

基体(质)

荧光粉的主体成分,又称主剂。如氧化钇铕三基色红粉中的氧化钇为基体(质)。

 

激活剂

在发光材料的基质中加入某种杂质,迫使基质材料出现偏离化学计量比(即生成结构缺陷),使原来不发光或发光很弱的材料产生发光,这种作用称为激活,所加入的杂质称为激活剂。

 

单色荧光粉

在一定的激发条件下能发出单色光的荧光粉。如在紫外线或蓝光激发下能发出红、绿、黄、蓝等不同单色光的荧光粉。

 

红色荧光粉(红粉)

受激辐射为红色视觉的荧光粉。

 

绿色荧光粉(绿粉)

受激辐射为绿色视觉的荧光粉。

 

蓝色荧光粉(蓝粉)

受激辐射为蓝色视觉的荧光粉。

 

混合粉

受激辐射为不同色温视觉的荧光粉,如较为常见的2700K4000K6500K等色温的混合粉。

 

节能灯用荧光粉

用于制备节能荧光灯所用的光致发光荧光粉。节能荧光灯是靠管内汞发出253.7nm紫外光激发稀土红、绿、蓝三基色荧光粉而发光的。节能灯管径较T12/T10细、功耗低、寿命长、光效高,因此要求其所用的荧光粉具有强的抗紫外光能力、光效高、光衰低、寿命长等特点。稀土三基色荧光粉具有发光亮度高、色纯度高、紫外辐射稳定性好、热猝灭温度高等优点,因此适用于节能荧光灯。常用节能灯用稀土三基色荧光粉如下表所示:

                       化学组成                        主峰波长(nm)    发光颜色

氧化钇:铕(YOX          Y2O3:Eu3+                       611             红色

多铝酸镁:铈、铽(CAT    MgAl11O19: (Ce3+Tb3+)         540             绿色

磷酸镧:铈、铽(LAP      LaPO4Ce3+Tb3+               542             绿色

多铝酸镁钡:铕(BAM      (BaMg) Al10O17Eu2+          450              蓝色

多铝酸镁钡:铕锰(BAMn   (BaMg) Al10O17Eu2+Mn2+    454              蓝色

卤磷酸锶钙钡:铕(SECA   (SrCaBa)5(PO4) 3Cl:Eu2+          445             蓝色

 

冷阴极荧光灯(CCFL)用荧光粉

用于制备冷阴极荧光灯(CCFL)所用的光致发光荧光粉。CCFL是靠管内汞发出253.7nm紫外光激发稀土红、绿、蓝三基色荧光粉而发光的。CCFL的管径较T2细、亮度高、功耗低、寿命长、光效高,因此要求其所用的荧光粉具有较强的抗紫外光能力、光效高、光衰低、寿命长等特点。稀土三基色荧光粉具有发光亮度高、色纯度高、紫外辐射稳定性好、热猝灭温度高等优点,因此适用于CCFL荧光灯。常用的荧光粉与节能灯用基本相同,但要求产品的中心粒径相对较小。

 

蓝光LED灯用荧光粉

能够被蓝光LED芯片激发发出可见光的光致发光荧光粉。使用荧光粉与LED组合实现白光的工艺,可以通过改变荧光粉的发射波长,荧光粉厚度来调节白光LED的色度、色温等,因此被广泛采用。常用的LED荧光粉有YAGCe3+黄色荧光粉, M2Si5N8Eu2+,(CaSrAlSiN3Eu2+氮化物红色荧光粉等。

 

近紫外LED灯用荧光粉

能够被近紫外LED芯片激发发出可见光的光致发光荧光粉。可以通过改变红、橙、黄、绿、蓝色荧光粉的比例来调节白光LED的色度、色温等。目前常用有硅酸盐、卤磷酸盐、硅基氮氧化物等荧光粉。

 

彩色电视荧光粉

彩色电视机显像管是阴极射线管(cathode ray tube, 简称CRT)的一种,所用荧光粉由阴极射线电子束激发发光。目前采用的蓝粉为ZnS:Ag,绿粉有ZnS:CuAlZnS:AuCuAl,而红粉则是稀土荧光粉Y2O2S: Eu3+,Y2O3:Eu3+ YVO4Eu3+

 

等离子体平板显示器用荧光粉

等离子体平板显示器(plasma display panel, 简称PDP)用三基色荧光粉是一种由波长为147nm172nm的真空紫外线激发的光致发光材料。目前红粉的主要化学组成有(Y,Gd)BO3:Eu3+Y (P,V)O4Eu3+(Y,Gd)2O3:Eu3+;绿粉的主要化学组成有Zn2SiO4:Mn2+(Y,Gd)3Al15O12:Ce3+;蓝粉的主要化学组成为BaMgAl10O17:Eu2+

 

高压汞灯荧光粉

涂在高压汞灯内的一种光致发光荧光粉。这种荧光粉的涂敷主要是以使红色区域的辐射更充分来改善高压荧光灯的显色性。用于高压汞灯的荧光粉应该具有下述一些特性:在高压汞放电辐射的范围内具有较高的吸收和辐射率;在红色光谱区有占优势的辐射;发光要有较好的温度特性等。目前常用的有铕激活的钒酸钇或钒磷酸钇等。

 

紫外灯用荧光粉

在波长较短的紫外线激发下发出波长较长紫外线的发光材料。如在253.7nm紫外线激发下发出280~400nm紫外线的荧光粉称为紫外荧光粉或紫外灯用荧光粉,也叫黑光粉:发射波长400~420nm附近的荧光粉统称近紫外或紫色荧光粉。

紫外荧光粉按用途分为治疗灯用荧光粉和诱虫紫外灯用荧光粉。紫外线波长范围在300~400nm可用来治疗牛皮癣和白癜风,还可诱杀蚊子和昆虫。保健灯用荧光粉波长范围在280~350nm之间,有助于身体新陈代谢。近紫外荧光粉用作重氮复印灯用荧光粉,它可促使复印纸上重氮盐分解。

 

特殊功能灯用荧光粉

广泛用于医疗保健、文化教育、农业生产和装饰等领域,所采用的荧光粉都是光致发光荧光粉。含植物生长专用荧光粉、高显色灯用荧光粉、特殊显色灯用荧光粉、养殖灯用荧光粉、水族灯用荧光粉等。

 

三基色

三种互相独立的颜色,即任一基色不能用其他两种基色混合而成。在加法混色中,选择红、绿、蓝三色为三基色。一次特性指荧光粉本身固有的相关光学和物理的基本特性,如激发光谱、发射光谱、相对亮度、粒度及粒度分布、体色、余辉、量子效率等。二次特性指荧光粉应用于节能灯后,分散性、涂覆性、稳定性及光、电、色等相关特性。

 

RGB测色系

用比较方法测量光源颜色的系统。该系统选择700 nm的红(R)光谱色,546.1 nm的绿(G)光谱色和436.8 nm的蓝(B)光谱色为三基色。调节RGB视场至与被测光源颜色相同,其RGB的强弱分量分别为rgb,则被测光源的颜色为C= rR+gG+bBRGB三基色可以相加也可以相减,因此.rgb既可以是正值,也可以是负值。由于光电探测器无法测量负值,因而影响了RGB的测色系统的广泛应用。

 

XYZ测色系

用线性变换的方法,由RGB测色系推导出来的、目前通用的测量颜色的系统。

 

黑体

既不反射,也不透射,完全吸收入射辐射的物体称为(绝对)黑体。加热时,黑体辐射的是连续光谱,光谱能量分布只与温度有关,并可用普朗克辐射定律描述;

 

黑体轨迹

黑体的辐射颜色随温度变化在CIExy色度图上描出的轨迹,称为黑体(辐射)轨迹,

 

色温

当某一光源的色品坐标位于色度图中黑体轨迹上时,就以黑体的热力学温度定义为该光源的色温。

 

相关色温

黑体轨迹上,与某一光源的色品坐标相距最近的那个黑体的绝对温度,即为该光源的相关色温。

 

激发光谱

指发光的某一谱线或谱带的强度或发光效率随激发光波长(或频率)的变化。

 

激发波长

激发光谱中的峰值波长。

 

发射光谱

发光的能量按波长或频率的分布,称发射光谱。

 

发射波长

发射光谱中的峰值波长。

 

发射主峰

发射光谱中发射强度最大的谱峰,称为发射主峰。单位:纳米(nm)

 

半峰宽(谱线宽度)

光谱峰值一半处所对应两波长之差,定义为该谱峰的峰宽,或谓谱线宽度,也叫“半宽度”,?以FWHm表示,单位:纳米(nm)

 

亮度

离开、到达或者穿过某一表面,单位立体角,单位投影面积上的光通量,记作/v,单位:坎[德拉] 每平方米(cdm2)

 

相对亮度

在规定的激发条件下,荧光粉试样与对应的标准荧光粉的亮度之比。

 

显色指数

光源的显色指数是待测光源下物体的颜色与参照光源下物体颜色相符程度的度量。CIE(国际照明委员会)规定用普朗克辐射体或标准照明体D作为参照光源,并将其显色指数定为100,同时CIE还规定了15块孟塞尔(Munsell)颜色样品。以这些样品在参照光源(3 000 k普朗克辐射体)下和另一个3 000 k标准荧光灯的颜色变化量为尺度,约定标准荧光灯的显色指数为50,然后根据在参照光源(其色温接近于待测光源的色温)下和待测光源下颜色样品的色差AECIE显色指数不包括色位移的方向的度量,即两个具有相同Ri的光源,如颜色样品i的色位移,方向不同,这一样品在此两光源下的颜色在视觉上也不相同。

 

标准荧光粉(标准粉)

按指定牌号及一定要求制得的、并经过性能标定的、用于产品性能相对测量用的荧光粉。

 

热稳定性

荧光粉在制造器件过程中,受热处理后,其性能的稳定程度。

 

UV稳定性

荧光粉耐紫外线辐射的稳定性。

 

热猝灭性(温度猝灭)

由温度升高引起的发光性能变弱,当温度恢复时,发光性能随之恢复的现象。

 

稀土掺杂光谱转换材料

在一定的激发条件下,材料吸收一定波段的光,转换成其它波段的光,称为光谱转换材料,其发光机制为多光子发光。光谱转换材料又分为上、下转换材料,其中上转换材料是指通过吸收低能量的光而发射出高能量的光;而下转换材料是指能够吸收高能量的光而发射出低能量的光。稀土掺杂上转换材料主要是Er3+Yb3+-Er3+Yb3+-Tm3+Yb3+-Ho3+等掺杂的基质材料为氟化物、氧化物、氟氧化物玻璃等体系。六方相NaYF4:Er3+, Yb3+是目前已知的效率最高的上转换材料。稀土掺杂下转换主要是通过Pr3+的光子分步发射、Pr3+-Mn2+Pr3+-Cr2+共掺、Gd3+Eu3+的逐次能量传递以及Tb3+Yb3+的合作能量传递等过程实现的。如YF3:Pr3+ 材料,LiGdF4:Eu3+ 材料,YPO4:Tb3+, Yb3+材料等。

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