半导体照明ppt课件-14-第11章-白光LED

11.5 LED用荧光粉材料11.1 固体发光的一般原理固体发光的一般原理11.2 荧光粉的发展历史和现状荧光粉的发展历史和现状11.3 荧光粉的技术要求荧光粉的技术要求11.4 可用作白光可用作白光LEDLED的荧光粉的荧光粉11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉11.6 钇铝石榴石荧光粉的制备钇铝石榴石荧光粉的制备11.7 红色稀土激活的硫化物荧光粉红色稀土激活的硫化物荧光粉11.8 11.8 纯绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉纯绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉11.5 LED用荧光粉材料11.1 固体发光的一般原理1 111.5 LED用荧光粉材料在制作白光在制作白光在制作白光在制作白光LEDLED的方法中，有两种方法都与的方法中，有两种方法都与的方法中，有两种方法都与的方法中，有两种方法都与荧荧光粉有关。光粉有关。光粉有关。光粉有关。11.5 LED用荧光粉材料在制作白光LED的方法中，有2 2 荧光粉荧光粉荧光粉荧光粉是一个非常关键的材料，它的性能直接是一个非常关键的材料，它的性能直接影响白光影响白光LEDLED的的亮度亮度、色坐标色坐标、色温色温及及显色性显色性等。等。因而开发具有良好发光特性的荧光粉是得到高因而开发具有良好发光特性的荧光粉是得到高亮度、高发光效率、高显色性白光亮度、高发光效率、高显色性白光LEDLED的关键所在。的关键所在。荧光粉是一个非常关键的材料，它的性能直3 3 所所谓荧谓荧光粉是指那些可以吸收能量（光粉是指那些可以吸收能量（这这些所吸收的些所吸收的能量包括能量包括电电磁波（含可磁波（含可见见光、光、X X射射线线、紫外、紫外线线、电电子束子束或离子束、或离子束、热热、化学反、化学反应应等），再等），再经经由能量由能量转换转换后放出后放出可可见见光的物光的物质质，也称之，也称之为为荧荧光体光体或或夜光粉夜光粉。所谓荧光粉是指那些可以吸收能量（这些所吸4 4 当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总击等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余的要回复到原来的平衡状态。在这个过程中，一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称这种现象为发光。发射出来的，就称这种现象为发光。当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电5 5 目前发光材料的发光机理基本是用能带理论目前发光材料的发光机理基本是用能带理论进行解释的。包含了三个过程：进行解释的。包含了三个过程：激发；激发；能量传递；能量传递；发光；发光；目前发光材料的发光机理基本是用能带理论进6 6一、激发与发光过程一、激发与发光过程激发过程：激发过程：发光体中可激系统（发光中心、基质和激子等）发光体中可激系统（发光中心、基质和激子等）吸收能量以后，从基态跃迁到较高能量状态的过程称吸收能量以后，从基态跃迁到较高能量状态的过程称为为激发过程激发过程。发光过程：发光过程：受激系统从激发态跃回基态，把激发时吸收的一部受激系统从激发态跃回基态，把激发时吸收的一部分能量以光辐射的形式发射出来，称为分能量以光辐射的形式发射出来，称为发光过程发光过程。一、激发与发光过程7 7一般有三种激发和发光过程一般有三种激发和发光过程1.1.发光中心直接激发与发光发光中心直接激发与发光（1 1）自发发光）自发发光 过程过程1 1：发光中心吸收能量后，电子从发光中心的基态：发光中心吸收能量后，电子从发光中心的基态A A跃跃 迁到激发态迁到激发态G G 过程过程2 2：当电子从激发态：当电子从激发态G G回到基态回到基态A A，激发时吸收的一部，激发时吸收的一部分能量以光辐射的形式发射出来的过程。分能量以光辐射的形式发射出来的过程。发光只在发光中心内部进行。发光只在发光中心内部进行。一般有三种激发和发光过程8 8一、激发与发光过程一、激发与发光过程1.1.发光中心直接激发与发光发光中心直接激发与发光（2 2）.受迫发光受迫发光 若发光中心激发后，电子不能若发光中心激发后，电子不能 从激发态从激发态G G直接回到基态直接回到基态A A（禁戒的跃迁），而是先经过（禁戒的跃迁），而是先经过亚稳态亚稳态MM（过程（过程2 2），然后通过），然后通过热激发热激发从亚稳态从亚稳态MM跃迁回跃迁回激发态激发态G G（过程（过程3 3），最后回到基态），最后回到基态A A（过程（过程4 4）发射出）发射出光子的过程，成为受迫发光。光子的过程，成为受迫发光。受迫发光的余辉时间比自发发光长，发光衰减和温度有关。受迫发光的余辉时间比自发发光长，发光衰减和温度有关。一、激发与发光过程9 9一、激发与发光过程一、激发与发光过程2.2.基质激发发光基质激发发光 基质吸收了能量以后，基质吸收了能量以后，电子从价带激发到导带电子从价带激发到导带（过程（过程1 1）；）；在价带中留下空穴，通在价带中留下空穴，通过热平衡过程，导带中的电子很快降到导带底（过程过热平衡过程，导带中的电子很快降到导带底（过程2 2）；）；价带中的空穴很快上升到价带顶（过程价带中的空穴很快上升到价带顶（过程2 2），），然后被发光中俘获（过程然后被发光中俘获（过程3 3），），一、激发与发光过程1010一、激发与发光过程一、激发与发光过程2.2.基质激发发光基质激发发光 导带底部的电子又可导带底部的电子又可以经过三个过程产生发光。以经过三个过程产生发光。（1 1）.直接落入发光中心激发直接落入发光中心激发 态的发光态的发光 导带底的电子直接落入发光中心的激发态导带底的电子直接落入发光中心的激发态G G（过程（过程3 3），然后又跃迁回基态），然后又跃迁回基态A A，与发光中上的空穴复合发光，与发光中上的空穴复合发光（过程（过程4 4）一、激发与发光过程1111一、激发与发光过程一、激发与发光过程2.2.基质激发发光基质激发发光（2 2）.浅陷阱能级俘获的电子产生的发光浅陷阱能级俘获的电子产生的发光 导带底的电子被导带底的电子被 浅陷阱能级浅陷阱能级D1D1俘获（过俘获（过 程程5 5），由于热扰动，），由于热扰动，D1D1 上的电子再跃迁到导带，上的电子再跃迁到导带，然后与发光中心复合发光然后与发光中心复合发光 （过程（过程6 6）。）。一、激发与发光过程1212一、激发与发光过程一、激发与发光过程2.2.基质激发发光基质激发发光（3 3）.深能级俘获的电子产生深能级俘获的电子产生 的发光的发光 深能级深能级D2D2离导带底较离导带底较 远，常温下电子无外界因素长期停留在该能级上。如果远，常温下电子无外界因素长期停留在该能级上。如果发光中心未经过非辐射跃迁回基态，对发光体加热或用发光中心未经过非辐射跃迁回基态，对发光体加热或用红外线照射，电子便可以从红外线照射，电子便可以从D2D2跃迁到导带（过程跃迁到导带（过程8 8），），然后与发光中心复合发光。然后与发光中心复合发光。一、激发与发光过程1313一、激发与发光过程一、激发与发光过程3.3.激子吸收引起的激发和发光激子吸收引起的激发和发光 晶体在受到激发时，电子从价带跃迁到导带，在价晶体在受到激发时，电子从价带跃迁到导带，在价带留下空穴，电子和空穴都可以在晶体中自由运动，但带留下空穴，电子和空穴都可以在晶体中自由运动，但是电子和空穴由于库仑力的作用会形成一个稳定的态，是电子和空穴由于库仑力的作用会形成一个稳定的态，这种束缚的电子这种束缚的电子-空穴对，称为激子。空穴对，称为激子。激子的能量状态处于禁带之中，其能量小于禁带宽激子的能量状态处于禁带之中，其能量小于禁带宽度，一对束缚的电子度，一对束缚的电子-空穴对相遇会释放能量，产生窄空穴对相遇会释放能量，产生窄的谱线。的谱线。一、激发与发光过程1414二、能量传输过程二、能量传输过程 包括能量的包括能量的传递传递和能量的和能量的输运输运两个方面：两个方面：能量传递：能量传递：能量传递是指某一激发中心把激发能的全部或一部能量传递是指某一激发中心把激发能的全部或一部分转交给另一个中心的过程。分转交给另一个中心的过程。能量输运能量输运 能量输运是指借助电子、空穴、激子等的运动，把能量输运是指借助电子、空穴、激子等的运动，把激发能从一个晶体的一处输运到另一处的过程。激发能从一个晶体的一处输运到另一处的过程。二、能量传输过程1515二、能量传输过程二、能量传输过程 能量的传递和输运机制大致有四种：能量的传递和输运机制大致有四种：再吸收、再吸收、共振传递、共振传递、借助载流子的能量输运，借助载流子的能量输运，激子的能量传输激子的能量传输二、能量传输过程161611.2 荧光粉的发展历史和现状一、荧光与磷光一、荧光与磷光 人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程人们曾以发光持续时间的长短把发光分为两个过程:把物质在受激发时的发光称为荧光；把物质在受激发时的发光称为荧光；把激发停止后的发光称为磷光。把激发停止后的发光称为磷光。一般以持续时间一般以持续时间1010-8-8s s为分界，持续时间短于为分界，持续时间短于1010-8-8s s的发的发光为荧光，而把持续时间长于光为荧光，而把持续时间长于1010-8-8s s的发光称为磷光。的发光称为磷光。11.2 荧光粉的发展历史和现状一、荧光与磷光171711.2 荧光粉的发展历史和现状二、荧光粉的分类二、荧光粉的分类 荧光粉通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光荧光粉通常分为光致储能夜光粉和带有放射性的夜光粉两类。粉两类。1.1.光致储能夜光粉光致储能夜光粉 光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、光致储能夜光粉是荧光粉在受到自然光、日光灯光、紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，在紫外光等照射后，把光能储存起来，在停止光照射后，在缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，缓慢地以荧光的方式释放出来，所以在夜间或者黑暗处，仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。仍能看到发光，持续时间长达几小时至十几小时。11.2 荧光粉的发展历史和现状二、荧光粉的分类181811.2 荧光粉的发展历史和现状二、荧光粉的分类二、荧光粉的分类2.2.带有放射性的夜光粉带有放射性的夜光粉 带有放射性的夜光粉是在荧光粉中掺入放射性物质，带有放射性的夜光粉是在荧光粉中掺入放射性物质，利用放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜利用放射性物质不断发出的射线激发荧光粉发光，这类夜光粉发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以光粉发光时间很长，但因为有毒有害和环境污染等，所以应用范围小。应用范围小。11.2 荧光粉的发展历史和现状二、荧光粉的分类191911.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状 自从自从19381938年荧光灯问世以来，荧光粉已经经历了以下年荧光灯问世以来，荧光粉已经经历了以下三代的变化三代的变化:1.1.第一代荧光粉第一代荧光粉(19381948(19381948年年)最早用于荧光灯的荧光粉是最早用于荧光灯的荧光粉是:钨酸钙钨酸钙(CaWO(CaWO4 4)蓝粉、锰蓝粉、锰离子激活的硅酸锌离子激活的硅酸锌(Zn(Zn2 2Si0Si04 4:Mn):Mn)绿粉和锰离子激活的硼酸绿粉和锰离子激活的硼酸镉镉(CdB(CdB2 20 05 5:Mn):Mn)红粉。当时红粉。当时40W40W荧光灯的光效为荧光灯的光效为40lm/W40lm/W。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状202011.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状1.1.第一代荧光粉第一代荧光粉(19381948(19381948年年)不久，硅酸锌铍不久，硅酸锌铍(Zn(Zn，Be)Be)2 2Si0Si04 4:Mn):Mn)荧光粉研制成功荧光粉研制成功并取代了硅酸锌和硼酸镉荧光粉。这种荧光粉也是由二价并取代了硅酸锌和硼酸镉荧光粉。这种荧光粉也是由二价锰离子激活的，发光颜色可根据锌和铍的不同比例在绿色锰离子激活的，发光颜色可根据锌和铍的不同比例在绿色和橙色之间变化。和橙色之间变化。另外，钨酸钙荧光粉也被钨酸镁所取代。另外，钨酸钙荧光粉也被钨酸镁所取代。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状212111.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状1.1.第一代荧光粉第一代荧光粉(19381948(19381948年年)通过使用这些荧光粉，通过使用这些荧光粉，40W40W荧光灯的光通量在荧光灯的光通量在19481948年年已上升到已上升到2300lm2300lm。然而，由于铍是有毒物质，这种混合粉在卤磷酸钙荧然而，由于铍是有毒物质，这种混合粉在卤磷酸钙荧光粉发明之后就停止了使用。光粉发明之后就停止了使用。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状222211.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状1.1.第一代荧光粉第一代荧光粉(19381948(19381948年年)另外，另外，19471947年由施卡曼发明的铅离子、锰离子激活的年由施卡曼发明的铅离子、锰离子激活的硅酸钙荧光粉硅酸钙荧光粉(CaSi0(CaSi03 3:Pb:Pb2+2+:Mn:Mn2+2+)也值得一提。这是第一也值得一提。这是第一个实际应用的共激活的荧光粉。二价铅离子激活后的发射个实际应用的共激活的荧光粉。二价铅离子激活后的发射在近紫外区在近紫外区(峰值为峰值为330nm)330nm)，而加入锰离子将发出主峰为，而加入锰离子将发出主峰为610nm610nm的橙色光。甚至在卤磷酸钙粉发明以后，这种荧光的橙色光。甚至在卤磷酸钙粉发明以后，这种荧光粉还一度被用作光色改进型荧光灯的红色发光成份。粉还一度被用作光色改进型荧光灯的红色发光成份。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状232311.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状2.2.第二代荧光粉第二代荧光粉(1949)(1949)1942 1942年英国年英国A.H.MckeagA.H.Mckeag等发明了单一组分的等发明了单一组分的3Ca3Ca3 3(P0(P04 4)Ca(F Ca(F，Cl)Cl)2 2:Sb:Sb，MnMn，人们通常简称为卤粉。，人们通常简称为卤粉。19481948年开始普及应用。年开始普及应用。由于这一材料是单一基质、发光效率高、光色可调、由于这一材料是单一基质、发光效率高、光色可调、原料丰富、价格低廉，从实用化至今，一直是直管荧光灯原料丰富、价格低廉，从实用化至今，一直是直管荧光灯用的主要荧光粉。用的主要荧光粉。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状242411.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状2.2.第二代荧光粉第二代荧光粉(1949)(1949)20 20世纪世纪6060年以来，对卤粉的发光机理、制备工艺技术、年以来，对卤粉的发光机理、制备工艺技术、发光性能、应用特性等问题，都做了详尽、全面、深入的发光性能、应用特性等问题，都做了详尽、全面、深入的研究，己使这一材料的发光效率接近理论值，应用特性也研究，己使这一材料的发光效率接近理论值，应用特性也满足了制灯工艺的要求。满足了制灯工艺的要求。卤粉性能的改进和提高，使荧光灯的主要技术指标卤粉性能的改进和提高，使荧光灯的主要技术指标-发光效率，在发光效率，在2020世纪世纪7070年代就达到年代就达到80lm/W80lm/W的高水平。的高水平。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状252511.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状2.2.第二代荧光粉第二代荧光粉(1949)(1949)卤粉在荧光灯的应用中，还存在两个缺陷卤粉在荧光灯的应用中，还存在两个缺陷:发光光谱中缺少发光光谱中缺少450nm450nm以下蓝光和以下蓝光和600nm600nm以上红光，使以上红光，使灯的灯的RaRa值偏低。值偏低。加入一定比例的蓝、红粉，加入一定比例的蓝、红粉，RaRa值可提高，但灯的光效值可提高，但灯的光效又明显下降。又明显下降。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状262611.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状2.2.第二代荧光粉第二代荧光粉(1949)(1949)在紫外线在紫外线185nm185nm作用下形成了色心，使灯的光衰较大。作用下形成了色心，使灯的光衰较大。随着直管荧光灯管径的细化和紧凑型荧光灯的问世，随着直管荧光灯管径的细化和紧凑型荧光灯的问世，这一缺陷使卤粉在细管径荧光灯上的应用受到了限制。这一缺陷使卤粉在细管径荧光灯上的应用受到了限制。卤粉的上述缺陷，己满足不了人们对高质量照明光源卤粉的上述缺陷，己满足不了人们对高质量照明光源的要求，开始对新的荧光粉进行开拓和研究。的要求，开始对新的荧光粉进行开拓和研究。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状272711.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)如果说卤磷酸钙荧光粉是第二代灯用荧光粉的核心的如果说卤磷酸钙荧光粉是第二代灯用荧光粉的核心的话，那么在第三代中这一位置就由稀土荧光粉所取代了。话，那么在第三代中这一位置就由稀土荧光粉所取代了。人们很早就知道稀土离子有独特的发射光谱，但真正人们很早就知道稀土离子有独特的发射光谱，但真正用到荧光灯中却是从用到荧光灯中却是从19661966年才开始。年才开始。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状282811.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)稀士荧光粉的首次应用是将稀士荧光粉的首次应用是将铕激活的正磷酸锶应用到铕激活的正磷酸锶应用到复印机用荧光灯中。复印机用荧光灯中。自此，人们加速了对这些荧光粉的研究和开发。自此，人们加速了对这些荧光粉的研究和开发。2020世世纪纪7070年代是对稀土荧光粉开发和研究的黄金时代，多种荧年代是对稀土荧光粉开发和研究的黄金时代，多种荧光粉成功地开发并得到应用。光粉成功地开发并得到应用。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状292911.2 荧光粉的发展历史和现状11.2 荧光粉的发展历史和现状303011.2 荧光粉的发展历史和现状11.2 荧光粉的发展历史和现状313111.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 对于稀土发光材料而言重要的是稀土离子。对于稀土发光材料而言重要的是稀土离子。稀土元稀土元素的外层电子结构为素的外层电子结构为4f4f0-140-145d5d0-10-16s6s2 2，其，其4f4f壳层电子的能量壳层电子的能量低于低于5d5d壳层电子而高于壳层电子而高于6s6s壳层电子的能量，因而出现能级壳层电子的能量，因而出现能级交错现象。交错现象。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状323211.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 稀土离子在化合物中通常失去两个稀土离子在化合物中通常失去两个6s6s电子和一个电子和一个4f4f电电子而呈三价状态。子而呈三价状态。三价稀土离子在晶体中的电子跃迁有以下三种情况三价稀土离子在晶体中的电子跃迁有以下三种情况:11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状333311.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 由于稀土离子含有特殊的由于稀土离子含有特殊的4f4f电子组态能级，当其受到电子组态能级，当其受到激发时，激发时，4f4f电子可以在不同能级间产生激发跃迁，当其退电子可以在不同能级间产生激发跃迁，当其退激发时，跃迁至不同能级的激发态电子又回到原来的激发时，跃迁至不同能级的激发态电子又回到原来的4f4f电电子组能态，从而产生发光光谱，即子组能态，从而产生发光光谱，即4f-4f4f-4f和和4f-5d4f-5d之间的相之间的相互跃迁。互跃迁。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状343411.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 其中其中f-ff-f跃迁是宇称禁戒的。但实际上可以观察到这些跃迁是宇称禁戒的。但实际上可以观察到这些跃迁产生的光谱，这是由于在基质晶格内晶体环境的影响，跃迁产生的光谱，这是由于在基质晶格内晶体环境的影响，这种禁戒会被部分解除或完全解除，使电子跃迁有可能实这种禁戒会被部分解除或完全解除，使电子跃迁有可能实现。现。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状353511.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 同时同时由于由于4f4f壳层电子被壳层电子被5s5s2 25p5p6 6壳层的壳层的8 8个电子包围，个电子包围，4f4f能级受外层电子轨道的屏蔽，使能级受外层电子轨道的屏蔽，使f-ff-f跃迁的光谱受外界晶体跃迁的光谱受外界晶体场影响较小，谱线表现为尖锐的吸收峰。场影响较小，谱线表现为尖锐的吸收峰。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状363611.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 f-df-d跃迁是因为跃迁是因为4f4f激发态能级的下限高于激发态能级的下限高于5d5d能级的下限能级的下限而使电子跃迁到较高的而使电子跃迁到较高的5d5d能级而产生的电子跃迁。根据光能级而产生的电子跃迁。根据光谱选择定则，谱选择定则，f-df-d电子跃迁是允许跃迁，吸收强度比电子跃迁是允许跃迁，吸收强度比f-ff-f跃迁跃迁大四个数量级。大四个数量级。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状373711.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 由于由于d d电子因裸露在离子表面，其能级分裂受到外在电子因裸露在离子表面，其能级分裂受到外在晶体场强烈影响，因而其电子跃迁往往表现为一定的宽带晶体场强烈影响，因而其电子跃迁往往表现为一定的宽带吸收峰。吸收峰。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状383811.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 在稀土离子中，在稀土离子中，CeCe3+3+，TbTb3+3+，PrPr3+3+，EuEu3+3+和和EuEu2+2+都存都存在在5d5d能级，其中能级，其中TbTb3+3+，PrPr3+3+，EuEu3+3+的的5d5d能级位置较高，难能级位置较高，难以实现以实现f-df-d跃迁，跃迁，CeCe3+3+和和EuEu2+2+则由于则由于5d5d能级位相对较低，能级位相对较低，因而可观察到由因而可观察到由f-df-d跃迁所引起的宽带发射光谱。跃迁所引起的宽带发射光谱。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状393911.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 第三种是稀土离子与相邻阴离子间的电荷转移跃迁，第三种是稀土离子与相邻阴离子间的电荷转移跃迁，这类跃迁的特性在很大程度上也取决于环境的影响。这类跃迁的特性在很大程度上也取决于环境的影响。稀土离子发生稀土离子发生f-df-d跃迁还是电荷转移跃迁取决于该离子跃迁还是电荷转移跃迁取决于该离子产生跃迁时所需要吸收的激发能的高低。产生跃迁时所需要吸收的激发能的高低。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状404011.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 发光材料之所以具有发光性能是因为合成过程中材料发光材料之所以具有发光性能是因为合成过程中材料基质晶格中存在结构缺陷。基质晶格中存在结构缺陷。由于发光材料基质的热歧化作用出现的结构缺陷所引由于发光材料基质的热歧化作用出现的结构缺陷所引起的发光叫做非激活发光起的发光叫做非激活发光(或叫自激活发光或叫自激活发光)，产生这种发，产生这种发光不需要添加激活杂质。光不需要添加激活杂质。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状414111.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(1)(1)稀土荧光粉的稀土荧光粉的发光机理发光机理 在高温下向基质中掺入激活剂出现杂质缺陷，由这种在高温下向基质中掺入激活剂出现杂质缺陷，由这种缺陷引起的发光叫激活发光。缺陷引起的发光叫激活发光。大部分发光材料都是属于激活型的，激活杂质即充当大部分发光材料都是属于激活型的，激活杂质即充当发光中心。发光中心。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状424211.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(2)(2)稀土荧光粉的优点稀土荧光粉的优点 稀土元素独特的电子结构决定了它具有特殊的发光特稀土元素独特的电子结构决定了它具有特殊的发光特性。稀土荧光粉具有如下优性。稀土荧光粉具有如下优点点:与一般元素相比，稀土元素与一般元素相比，稀土元素4f4f电子层构型的特点，使其电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性。化合物具有多种荧光特性。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状434311.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(2)(2)稀土荧光粉的优点稀土荧光粉的优点 除除ScSc3+3+、Y Y3+3+无无4f4f亚层，亚层，LaLa3+3+和和LuLu3+3+的的4f4f亚亚层为全空或层为全空或全满外，其余稀土元素的全满外，其余稀土元素的4f4f电子可在电子可在7 7个个4f4f轨道之间任意分轨道之间任意分布，从而产生丰富的电子能级，可吸收或发射从紫外光、布，从而产生丰富的电子能级，可吸收或发射从紫外光、可见光到近红外区各种波长的电磁辐射，使稀土发光材料可见光到近红外区各种波长的电磁辐射，使稀土发光材料呈现丰富多变的荧光特性。呈现丰富多变的荧光特性。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状444411.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(2)(2)稀土荧光粉的优点稀土荧光粉的优点 由于稀土元素由于稀土元素4f4f电子处于内层轨道，受外层电子处于内层轨道，受外层s s和和P P轨道的轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f4f能级差极小，能级差极小，f-ff-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高。跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状454511.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(2)(2)稀土荧光粉的优点稀土荧光粉的优点 荧光寿命跨越从纳秒到毫秒荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6 6个数量级。个数量级。长寿命激发态是其重要特性之一，一般原子或离子的长寿命激发态是其重要特性之一，一般原子或离子的激发态平均寿命为激发态平均寿命为1010-10-101010-8-8s s，而稀土元素电子能级中有，而稀土元素电子能级中有些激发态平均寿命长达些激发态平均寿命长达1010-6-61010-2-2s s，这主要是由于，这主要是由于4f4f电子电子能级之间的自发跃迁概率小所造成的。能级之间的自发跃迁概率小所造成的。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状464611.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(2)(2)稀土荧光粉的优点稀土荧光粉的优点 吸收激发能量的能力强，转换效率高。吸收激发能量的能力强，转换效率高。物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。和强紫外光的作用。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状474711.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(3)(3)稀土荧光粉的稀土荧光粉的分类分类 凡是含有稀土元素的发光材料都称为稀土发光材料，凡是含有稀土元素的发光材料都称为稀土发光材料，其种类繁多，可以按照不同的方式进行分类，若按发光材其种类繁多，可以按照不同的方式进行分类，若按发光材料中稀土的作用分类，有以下两种情况料中稀土的作用分类，有以下两种情况:稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂 稀土化合物作为基质材料稀土化合物作为基质材料11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状484811.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(3)(3)稀土荧光粉的稀土荧光粉的分类分类稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂 在基质中作为发光中心而掺入的离子称为激活剂。在基质中作为发光中心而掺入的离子称为激活剂。以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土发光材料中的以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土发光材料中的最主要的一类。最主要的一类。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状494911.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(3)(3)稀土荧光粉的稀土荧光粉的分类分类稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂 根据基质材料的不同又可分为两种情况根据基质材料的不同又可分为两种情况:材料基质为稀土化合物，如材料基质为稀土化合物，如Y Y2 2O O3 3:Eu:Eu3+3+；材料的基质为非稀土化合物，如材料的基质为非稀土化合物，如SrAlSrAl2 2O O4 4:Eu:Eu3+3+。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状505011.2 荧光粉的发展历史和现状稀土离子作为激活剂稀土离子作为激活剂 在以稀土离子作为激活剂的发光材料中，除了掺杂一在以稀土离子作为激活剂的发光材料中，除了掺杂一种稀土离子外，有时还有掺杂共激活剂或敏化剂。种稀土离子外，有时还有掺杂共激活剂或敏化剂。Ce Ce3+3+的能量传递和敏化作用非常值得注意，的能量传递和敏化作用非常值得注意，CeCe3+3+有一有一个宽而强的个宽而强的4f-5d4f-5d吸收峰，可有效地吸收能量，使本身发吸收峰，可有效地吸收能量，使本身发光，或将能量传递给其他离子而起敏化作用，它不仅可敏光，或将能量传递给其他离子而起敏化作用，它不仅可敏化稀土离子，还可敏化非稀土离子。化稀土离子，还可敏化非稀土离子。11.2 荧光粉的发展历史和现状稀土离子作为激活剂515111.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(3)(3)稀土荧光粉的稀土荧光粉的分类分类 稀土化合物作为基质材料稀土化合物作为基质材料 常见的可作为基质材料的稀土化合物有常见的可作为基质材料的稀土化合物有Y Y2 2O O3 3，LaLa2 2O O3 3和和GdGd2 2O O3 3等，也可以稀土和过渡元素共同构成的化合物作等，也可以稀土和过渡元素共同构成的化合物作为基质材料。为基质材料。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状525211.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(3)(3)稀土荧光粉的稀土荧光粉的分类分类 另外，还可按应用范围、激发方式等进行分类，但都另外，还可按应用范围、激发方式等进行分类，但都不够全面。不够全面。若按应用范围进行分类，稀土发光材料可分为：若按应用范围进行分类，稀土发光材料可分为：照明材料、显示材料、检测材料等。照明材料、显示材料、检测材料等。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状535311.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状3.3.第三代荧光粉第三代荧光粉(1966)(1966)(3)(3)稀土荧光粉的稀土荧光粉的分类分类 若按激发方式的不同来分类，稀土发光材料可分为：若按激发方式的不同来分类，稀土发光材料可分为：光致发光材料、阴极射线发光材料、光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料、高能量光子激发发光材料、电致发光材料、高能量光子激发发光材料、光激励发光材料和热释发光材料等。光激励发光材料和热释发光材料等。11.2 荧光粉的发展历史和现状三、荧光粉的发展历史和现状545411.3 荧光粉的技术要求1.1.荧光粉的一次特性荧光粉的一次特性(测试性能测试性能)吸收光谱吸收光谱 吸收光谱表示荧光粉吸收能量与辐照光波长的关系。吸收光谱表示荧光粉吸收能量与辐照光波长的关系。荧光粉的吸收光谱主要取决于基质材料，激活剂也起荧光粉的吸收光谱主要取决于基质材料，激活剂也起一定作用。大多数荧光粉的吸收峰位于紫外光区。一定作用。大多数荧光粉的吸收峰位于紫外光区。吸收光谱只能表示材料的吸收特性，但吸收并不意味吸收光谱只能表示材料的吸收特性，但吸收并不意味着一定发光。着一定发光。11.3 荧光粉的技术要求1.荧光粉的一次特性(测试性能555511.3 荧光粉的技术要求1.1.荧光粉的一次特性荧光粉的一次特性(测试性能测试性能)激发光谱激发光谱 荧光粉的激发光谱表示材料在特定波长的发光强度随荧光粉的激发光谱表示材料在特定波长的发光强度随激发光波长的变化，反映不同波长的光对发光材料的激发激发光波长的变化，反映不同波长的光对发光材料的激发效果。效果。通过发光材料的激发光谱，可以确定对发光有贡献的通过发光材料的激发光谱，可以确定对发光有贡献的激发光的波长范围。激发光的波长范围。11.3 荧光粉的技术要求1.荧光粉的一次特性(测试性能565611.3 荧光粉的技术要求1.1.荧光粉的一次特性荧光粉的一次特性(测试性能测试性能)发射光谱发射光谱 荧光粉的发射光谱表示发光材料的发光能量与波长的关系。荧光粉的发射光谱表示发光材料的发光能量与波长的关系。量子效率量子效率荧光粉所发射的光子数与所吸收的激发光子数的比值荧光粉所发射的光子数与所吸收的激发光子数的比值发光效率发光效率荧光粉发光的光通量与激发能量之比。荧光粉发光的光通量与激发能量之比。11.3 荧光粉的技术要求1.荧光粉的一次特性(测试性能575711.3 荧光粉的技术要求1.1.荧光粉的一次特性荧光粉的一次特性(测试性能测试性能)余辉：荧光粉在激发停止后的发光。余辉：荧光粉在激发停止后的发光。粒度：荧光粉的粒度必须兼顾工艺和获得优良发光性能的粒度：荧光粉的粒度必须兼顾工艺和获得优良发光性能的要求。要求。粒径过大则涂层不均匀，影响灯的发光寿命；粒径过大则涂层不均匀，影响灯的发光寿命；粒径过小则会对紫外光辐射的反射增大，降低对紫外粒径过小则会对紫外光辐射的反射增大，降低对紫外光辐射的吸收，造成灯的光效下降。光辐射的吸收，造成灯的光效下降。11.3 荧光粉的技术要求1.荧光粉的一次特性(测试性能585811.3 荧光粉的技术要求2.2.荧光粉的二次特性荧光粉的二次特性(使用性能使用性能)分散性分散性 荧光粉必须具有良好的分散性，才能得到均匀的涂层。荧光粉必须具有良好的分散性，才能得到均匀的涂层。稳定性稳定性 荧光粉的稳定性包括热稳定性、化学稳定性和耐紫外光荧光粉的稳定性包括热稳定性、化学稳定性和耐紫外光辐照稳定性。辐照稳定性。光衰特性光衰特性 光衰特性指荧光粉的光输出随点燃时间而衰减的性质。光衰特性指荧光粉的光输出随点燃时间而衰减的性质。11.3 荧光粉的技术要求2.荧光粉的二次特性(使用性能595911.4 可用作白光LED的荧光粉1.1.白光白光LEDLED用荧光粉的特殊要求用荧光粉的特殊要求在蓝光、长波紫外光激发下，荧光粉产生高效的可见光发在蓝光、长波紫外光激发下，荧光粉产生高效的可见光发射，其发射光谱满足白光要求，光能转换率高，流明效率射，其发射光谱满足白光要求，光能转换率高，流明效率高。高。荧光粉的激发光谱应与荧光粉的激发光谱应与LEDLED芯片的蓝光或紫外光发射光谱芯片的蓝光或紫外光发射光谱相匹配。相匹配。荧光粉的发光应具备优良的温度猝灭特性。荧光粉的发光应具备优良的温度猝灭特性。11.4 可用作白光LED的荧光粉1.白光LED用荧光粉606011.4 可用作白光LED的荧光粉1.1.白光白光LEDLED用荧光粉的特殊要求用荧光粉的特殊要求荧光粉的物理、化学性能稳定，抗潮，不与封装材料、半荧光粉的物理、化学性能稳定，抗潮，不与封装材料、半导体芯片等发生作用。导体芯片等发生作用。荧光粉耐紫外光子长期轰击，性能稳定。荧光粉耐紫外光子长期轰击，性能稳定。荧光粉的颗粒细，荧光粉的颗粒细，8um8um以下。以下。可按照这些基本要求选择已有和研发新的荧光粉。可按照这些基本要求选择已有和研发新的荧光粉。11.4 可用作白光LED的荧光粉1.白光LED用荧光粉616111.4 可用作白光LED的荧光粉2.2.白光白光LEDLED用荧光粉用荧光粉 可被蓝光有效激发发射可见光的荧光粉种类不多，而可被蓝光有效激发发射可见光的荧光粉种类不多，而可被长波紫外光激发的荧光粉的种类和材料很丰富。可被长波紫外光激发的荧光粉的种类和材料很丰富。目前，可被蓝光目前，可被蓝光-长波紫外光激发发射可见光的荧光长波紫外光激发发射可见光的荧光粉可分为粉可分为1313大类：大类：(1)(1)稀土石榴石；稀土石榴石；11.4 可用作白光LED的荧光粉2.白光LED用荧光粉626211.4 可用作白光LED的荧光粉2.2.白光白光LEDLED用荧光粉用荧光粉(2)(2)碱土金属硫化镓酸盐，碱土金属硫化镓酸盐，(3)(3)碱土金属硫化物，碱土金属硫化物，(4)(4)硫化锌型，硫化锌型，(5)(5)碱土金属铝酸盐，碱土金属铝酸盐，(6)(6)磷酸盐，磷酸盐，(7)(7)硼酸盐，硼酸盐，11.4 可用作白光LED的荧光粉2.白光LED用荧光粉636311.4 可用作白光LED的荧光粉2.2.白光白光LEDLED用荧光粉用荧光粉(8)(8)硅酸盐，硅酸盐，(9)(9)氟砷氟砷(锗锗)酸盐，酸盐，(10)(10)稀土硫氧化物，稀土硫氧化物，(11)(11)稀土氧化物，稀土氧化物，(12)(12)钒酸盐，钒酸盐，(13)(13)氮化物。氮化物。11.4 可用作白光LED的荧光粉2.白光LED用荧光粉646411.4 可用作白光LED的荧光粉11.4 可用作白光LED的荧光粉656511.4 可用作白光LED的荧光粉11.4 可用作白光LED的荧光粉666611.4 可用作白光LED的荧光粉11.4 可用作白光LED的荧光粉676711.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉 在利用在利用LEDLED产生白光的方法中，采用蓝光产生白光的方法中，采用蓝光LEDLED芯片配合芯片配合发黄光的荧光粉的技术相对成熟，目前商品化的白光发黄光的荧光粉的技术相对成熟，目前商品化的白光LEDLED多数采用这种组合方式；多数采用这种组合方式；其中采用的黄色荧光粉为铈激活的钇铝石榴石，化学其中采用的黄色荧光粉为铈激活的钇铝石榴石，化学分子式是分子式是(Y(Y3-x-y3-x-yGdGdy y)(Al)(Al5-z5-zGaGaz z)O)O1212:Ce:Ce3+3+x x，也可以间写成，也可以间写成YAG:CeYAG:Ce，YAGYAG为基质，为基质，CeCe为激活剂。为激活剂。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉 在686811.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉 铈激活的钇铝石榴石铈激活的钇铝石榴石YAGYAG：CeCe能在蓝光能在蓝光LEDLED芯片的激芯片的激发下发出宽带的黄光，与芯片发出的蓝光混合而形成白光。发下发出宽带的黄光，与芯片发出的蓝光混合而形成白光。同时可以根据不同芯片和应用的需要，通过调整同时可以根据不同芯片和应用的需要，通过调整Y Y3+3+、GdGd3+3+或或AlAl3+3+、GaGa3+3+的摩尔配比，得到所需波长的黄色荧的摩尔配比，得到所需波长的黄色荧光粉。光粉。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉 696911.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.1.钇铝石榴石钇铝石榴石 石榴石原指一系列天生矿石，这些矿石的颗粒形貌很石榴石原指一系列天生矿石，这些矿石的颗粒形貌很象石榴子，因此称为石榴石。象石榴子，因此称为石榴石。YAG(Yttrium Aluminum Garnet)YAG(Yttrium Aluminum Garnet)是钇铝石榴石的简称，是钇铝石榴石的简称，化学式化学式Y Y3 3AlAl5 5O O1212，是由，是由Y Y2 2O O3 3和和AlAl2 2O O3 3按照摩尔比按照摩尔比3:53:5化合而化合而成的。成的。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.钇铝石榴石707011.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.1.钇铝石榴石钇铝石榴石 在在Y Y2 2O O3 3-Al-Al2 2O O3 3体系中存在三种不同的晶相，另外两种体系中存在三种不同的晶相，另外两种中间相为中间相为YAlOYAlO3 3(YAP(YAP，钇钇铝钙钛矿相铝钙钛矿相)和和Y Y4 4AlAl2 2O O9 9(YAM(YAM钇钇铝铝单斜相单斜相)，中，中YAGYAG属立方晶系，空间群为属立方晶系，空间群为O Oh h1010-Ia3d-Ia3d，其晶，其晶格常数为格常数为1.2002nm1.2002nm。在在YAGYAG晶体中，阳离子共分三组，晶体中，阳离子共分三组，A A，BB和和CC。其。其晶体结构的主要特征用表下来说明。晶体结构的主要特征用表下来说明。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.钇铝石榴石717111.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.1.钇铝石榴石钇铝石榴石 A A是是Y Y离子，离子，AlAl3+3+离子存在两种格位，离子存在两种格位，40%40%的格位处的格位处于六个氧离子配位的八面体格位于六个氧离子配位的八面体格位BB，其余的，其余的60%60%处于由处于由四个氧离子配位的四面体格位四个氧离子配位的四面体格位CC。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.钇铝石榴石727211.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.1.钇铝石榴石钇铝石榴石 单位晶胞中含有单位晶胞中含有8 8个个Y Y3 3AlAl5 5O O1212 化学式，共化学式，共2424个个Y Y3+3+离子，离子，4040个个 Al Al3+3+离子，离子，9696个个O O2-2-离子。离子。八面体的八面体的AlAl3+3+离子形成体心立方结构，而四面体格位离子形成体心立方结构，而四面体格位的的AlAl3+3+离子和十二面体格位的离子和十二面体格位的Y Y3+3+离子处在立方体的面等分离子处在立方体的面等分线上，八面体和四面体都是歪斜的。线上，八面体和四面体都是歪斜的。因此因此YAGYAG晶体结构是一种畸变立方结构。晶体结构是一种畸变立方结构。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.钇铝石榴石737311.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.Ce1.Ce原子和原子和CeCe3+3+离子的电子组态离子的电子组态 铈是典型的稀土元素，稀土元素的电子结构都是铈是典型的稀土元素，稀土元素的电子结构都是N N壳层壳层的的4f4f支壳层没有被电子填满，而支壳层没有被电子填满，而O O壳层的壳层的5s5s，5p5p支壳层都是支壳层都是填满的，因此，稀土材料表现出丰富的光谱特性。填满的，因此，稀土材料表现出丰富的光谱特性。在铈原子中有两个在铈原子中有两个4f4f电子，它的电子组态列于下表中。电子，它的电子组态列于下表中。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.Ce原子和Ce747411.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.Ce1.Ce原子和原子和CeCe3+3+离子的电子组态离子的电子组态 从表中可以看出，从表中可以看出，CeCe原子中含有两个原子中含有两个4f4f电子，当电子，当CeCe原原子在晶格中形成三价离子时，子在晶格中形成三价离子时，CeCe原子将失去三个电子，成原子将失去三个电子，成为三价铈离子为三价铈离子CeCe3+3+，失去的三个电子分别是最外壳层，失去的三个电子分别是最外壳层6s6s电电子和一个子和一个4f4f电子。电子。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.Ce原子和Ce757511.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.Ce1.Ce原子和原子和CeCe3+3+离子的电子组态离子的电子组态 失去一个失去一个4f4f电子后，在电子后，在4f4f能级上只留下一个能级上只留下一个4f4f电子，电子，这个这个4f4f电子有两个能态，一个是电子有两个能态，一个是2 2F F7/27/2(量子数：量子数：S=1/2S=1/2，L=3L=3，J=7/2)J=7/2)，一个是，一个是2 2F F5/25/2(量子数：量子数：S=1/2S=1/2，L=3L=3，J=5/2)J=5/2)，两个能级的能量差为，两个能级的能量差为2000cm2000cm-1-1。11.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉1.Ce原子和Ce767611.5 黄绿色稀土激活的铝酸盐荧光粉2.2.铈的能级图铈的能级图 当电子从当电子从4f4f态被激发到态被激发到5d5d态后，由于态后，由于5d5d态的寿命很短，态的寿命很短，一般只有几个纳