问题：zz:稀土发光材料
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版块：稀土化学(jiuhuiyi,wenchunlin,)
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时间：2006-01-11 23:07:59 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

早在廿世纪初就发现掺Eu3+的Gd2O3具有高效的阴极射线发光和光致发光性能，但稀土发光材料的研究和应用的飞速进展则是在廿世纪六十年代中期Eu3+激活的Y2O2S等红色高效高色纯度的阴极射线荧光粉问世之后，稀土发光材料的研究和发展开始覆盖整个固体发光领域。稀土发光材料具有许多优点：吸收激发能量的能力强，转换效率高；发射光谱范围宽，从紫外到红外；荧光寿命从纳秒到毫秒，磷光最长达十多个小时；材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的电子束，高能射线和强紫外光的作用等。今天，稀土发光材料已广泛应用于显示显像，新光源，X射线增感屏，核物理探测等领域，并向其它高技术领域扩展。
　　物质发光过程有激励、能量传输和发光三个过程。激励方式主要有电子束激发，光激发和电场激发。电子束激发有阴极射线（CR）发光材料，真空荧光（VF）材料，场发射（FE）显示材料；光激发有荧光灯用发光材料，等离子显示（PDP）发光材料，X射线激发光材料等；电场激发有电致发光（EL）材料，发光二极管（LED）材料。
1 阴极射线（CRT）稀土发光材料
　　　　　　　　　表1 阴极射线稀土发光材料
组份发光色余辉用途
Y2O2S:Eu3+ 红 M 彩电，终端显示
Y2O2S:Eu3+ 红 M 投影电视
Y3(Al,Ga)5O12:Tb3+ 绿 M 投影电视
Y2SiO5:Tb3+ 绿 M 投影电视
InBO3:Tb3+ 绿 M 终端显示
InBO3:Eu3+ 红 M 终端显示
Y2SiO5:Ce3+ 415nm S 束电子引示管 (Beam index tube)
Y3Al3Ga2O12:Ce3+ 520nm S 束电子引示管 (Beam index tube)
YAlO3:Ce3+ 370nm S 束电子引示管 (Beam index tube)
Y3Al5O12:Ce3+ 535nm S 飞点扫描管
2 真空荧光显示（VFD）稀土发光材料
　　FD用稀土发光材料较少，效率也不高，如SnO2:Eu3+, Y2O2S:Eu3+，很少使用。
3 场发射显示（FED）稀土发光材料
　　FED是有可能与PDP和LCD相竞争的平板显示，它的画面质量和分辨率优于CRT，响应速度（寻址时间）非常快，而功耗仅是LCD的1/3，其应用前景令人关注。FED稀土发光材料如表2所示。
　　　　　　　　　　表2 FED稀土发光材料
组成颜色发光效率
SrTiO3:Pr 红 0.4
Y2O3:Eu 红 0.7
Y2O2S:Eu 红 0.57
Y3(Al,Ga)5O12:Tb 绿 0.7
Y2SiO5:Tb 绿 1.1
SrGa2S4:Eu[1] 绿 4.0
ZnS:Cu,Al 绿 2.6
Y2SiO5:Ce 兰 0.4
SrGa2S4:Ce[1] 兰 1.5
ZnS:Ag,Cl 兰 0.75
表3 灯用稀土发光材料
组成颜色用途
Y2O3:Eu 红节能灯
Y(V,P)O4:Eu 红高压汞灯
MgAl11O19:Ce,Tb 绿节能灯
LaPO4:Ce,Tb 绿节能灯
GdMgB5O10:Ce,Tb 绿节能灯
BaMgAl10O17:Eu,Mn 兰绿节能灯
BaMgAl10O17:Eu 兰节能灯
Sr5(PO4)3Cl:Eu 兰节能灯
Sr3(PO4)2:Eu 兰复印灯
4 灯用稀土发光材料
　　使用稀土三基色荧光粉的节能灯流明效率高，显色性好，是欧美、日和我国大力推广的绿色照明。灯用稀土发光材料如表3所示。
5 等离子显示（PDP）稀土发光材料
　　PDP是大屏莫（≥42英寸）平板显示，挂壁式彩电的首选，并适用于高清晰度数字电视（HDTV），表4列出了PDP稀土发光材料。
　　　　　　　　　表4 PDP稀土发光材料
组成颜色相对发光效率
Y2O3:Eu 红 0.67
(Y,Gd)BO3:Eu 红 1.2
Zn2SiO4:Mn 绿 1.0
YBO3:Tb 绿 1.1
LaPO4:Ce,Tb 绿 1.1
Y2SiO3:Ce 兰 1.1
BaMgAl10O17:Eu 兰 1.6

6 X射线和电离辐射稀土发光材料
　　发绿光的Gd2O2S:Tb, La2O2S:Tb,发兰光的BaFCl:Eu ,Y2O2S:Tb, LaOBr:Tb, YTaO4:Nb, YTaO4:Tm都是优异的X射线增感屏材料，其增感速度，发光强度和分辨特性都超过CaWO4屏，如Y2O2S:Tb屏的增感速度是CaWO4屏的3～4倍。
　　发光陶瓷[2]（陶瓷闪烁体）(Y,Gd)2O3:Eu3+, Gd2O2S:Pr3+,Ce3+和Gd3Ga5O12:Cr3+用于X射线CT(Computed Tomography)医疗中，其性能优于CdWO4闪烁体。
　　Gd2SiO5:Ce3+, LuSiO5:Ce3+晶体闪烁体用于PET（Positron Emission Tomography）正电子发射摄影术，核物理实验，油井记录仪等。
　　LaF3:Ce闪烁体可用于现代医学图像显示技术。
　　其他如LiI:Eu, CaI2:Eu, CaF2:Eu, BaF2:Ce, KBr:Eu等闪烁体在现代物理实验中都有应用。
　　热释发光TL（Thermo Luminescence）材料CaSO4:Dy, CaSO4:Tm, CaF2:Dy, Mg2SiO4:Tb和K2Ca2(SO4)3是电离辐射热释发光稀土材料，可用于核辐射剂量的测量。
7 电致发光（EL）稀土材料
　　发光材料在电场作用下发光称为电致发光。电致发光有高电场发光和低电场型发光，常称的EL发光是高电场发光，而LED发光则是低电场型发光。EL材料可做成全固体平板显示器。稀土掺杂的ZnS,CaS和SrS薄膜电致发光器件在平面显示中崭露头角，如表5所示。
　　　　　　　　　　　　　　表5 EL荧光体的性质[3]
荧光材料颜色亮度(cd/m2) 效率lm/W
ZnS:Mn 黄 300 3～6
CaS:Eu 红 12 0.2
ZnS:Mn/filter 红 65 0.8
ZnS:Tb 绿 100 0.6～1.3
SrS:Ce 兰绿 100 0.8～1.6
SrGa2S4:Ce 兰色 5 0.02
SrS:Ce+ 白色 470 1.5
ZnS:Mn
Ga2O3:Eu 红色 850[4]

8 发光二极管（LED）用稀土材料
　　发白光的LED因无汞污染而是纯粹的绿色照明光源。目前，有二种方法可得到白光LED，一种是用兰光LED（InxGa1-xN）激发YAG：Ce 发出555nm的黄绿色光，兰和黄绿混色成白光，光效达45lm/W,显色指数85，另一种是370nm紫外LED加上红、绿、兰三基色荧光粉，红粉是Y2O2S：Eu，绿粉是ZnS:Cu,Al,而兰粉则是(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu, 其光效达到100lm/W,显色指数83。
9 长余辉荧光粉
　　稀土类长余辉荧光粉SrAl2O4:Eu,Dy(525nm)和Sr4Al14O25:Eu,Dy(490nm)比硫化锌长余辉荧光粉的性能要优越得多。余辉时间前者是后者的5～10倍，大于10小时，前者的余辉强度和化学稳定性也比硫化锌要好得多，因余辉时间大于10小时，而无需使用放射性元素，其安全性更好。稀土长余辉荧光粉现已得到广泛的应用。
10 光子裁剪(photon cutting)荧光粉
　　绝大多数的光子发光材料（灯用荧光粉，长余辉荧光粉，农用光转换荧光粉，PDP荧光粉等）量子效率都小于1。长期来，人们期望能提高量子效率，将吸收的光子“裁剪”成二个或二个以上所需要波长的光子，使量子效率大于1，或者，将不需要的发射光子“裁剪”成所需要的光子。经过多年的研究，可以利用串级多光子发射效应，无辐射效应，无辐射能量传递和交叉弛豫正在逐步实现这种愿望。
　　LiGdF4:Eu3+ [5]红色荧光粉，真空紫外线激发下的量子效率高达195%，是紫外线激发下量子效率的2倍。
　　LiGdF4:Er,Tb [6]绿色荧光粉，VUV激发下量子效率达到130%。
　　Y2O2S:Tb,Dy [6]绿色荧光粉，利用无辐射能量传递中的交叉弛豫效应（Tb3+→Dy3+）,使Tb3+的5D3→7Fj能级跃迁发射的兰色光子被剪裁，而使Tb3+的5D4能级的光子数增殖，5D4→7Fj跃迁（绿色）的几率大大提高。

参考文献

[1] J.Penczek, F.L.Zhang etal., SrGa2S4:Eu and SrGd2S4:Ce For Low voltage Field Emission displays, IDW’97,1997:625～628
[2] Blasse, G. and Grabmaier, B.C.,Luminescent Materials, Springer, Berlin, 1994
[3] King C.N. Electroluminescence:An Industry Perspective J.SID,1996,4(3):153
[4] Stodilka D., Kitai A.H.,Huang Z,Cook K., High brightness red emitting Ga2O3:Eu electroluminescent phosphor. 2000 SID Digest V,XXXI,PII,USA
[5] R.T.Wegh et al, Visible Quantum Cutting in LiGdF4:Eu3+ Through Downconversion, Science, 1999,283:663
[6] 刘行仁等，稀土荧光材料最新发展动态，中国稀土科技进展，中国稀土学会编，冶金工业出版社，北京，2000：399—405。
摘自:http://www.sh-re.com/xtkp/xtkp_Show.aspx?id=236

[该帖子已被mitang在2006-1-13 22:37:34编辑过]

回复人：guohao,▲ (我喜欢化学) 时间：2006-01-12 08:38:29 编辑	1楼
不错

回复人：wenchunlin,▲▲▲ (欢迎光临我的论坛http://www.happychem.com.cn/bbs) 时间：2006-01-12 11:15:07 编辑

2楼

日本使用二维光子结晶结构提高LED发光效率
具有二维光子结晶结构的发光元件电子显微镜照片

日经BP社2005年6月2日报道：日本京都大学和科学技术振兴机构（JST）组成的联合研究小组日前宣布，在发光元件结构中使用二维光子结晶结构，提高了发光二极管（LED）的发光效率（发布资料。与没有光子结晶结构相比，将发光元件内部发出的光线照射到LED发光面法线方向的效率（光导效率）达到了4～5倍。过去，由LED内部发出的光线大多沿发光面方向照射，因为没有出口，就会发热。

　　所谓光子结晶，就是指使光通过的物质像结晶一样周期性地产生折射率的变化。这种结晶具有波长与其栅格间隙相接近的光线无法进入结晶内部的性质。具体来讲就是指，通过形成与发光元件中心波长除以构成光子结晶的介质折射率所得到的值相接近的周期结构，阻止光的进入。

　　沿元件发光面以二维方式形成这种周期结构，使其沿发光面具备一种周期结构。具体来说，就是有规则地形成蜂窝状的孔（图）。由此，光线就无法沿发光面方向前进，绝大部分就会沿发光面的法线方向传导出来。结果，“光导效率就会提高，理论上来讲可达到100％”（京都大学研究生院教授野田进）。而不采用提高光导效率的方法时，红色LED的光导效率仅为20％左右。

　　此次通过在LED的发光部分使用了InGaAsP材料，结晶栅格间隙为390nm～480nm时光导效率得到了提高。与没有光子结晶结构时相比，达到了4倍～5倍。而390nm～480nm的周期就接近于InGaAsP的发光中心波长1550nm除以InGaAsP的折射率3.3所得的值。

　　光导效率能够得到提高的波长之所以分布于390nm～480nm之间，与垂直于发光面形成的孔径有关系。孔径越大，光导效率能够得到提高的波长宽度就越大。反之，孔径越小，波长宽度就越窄。

　　此次只是在LED中使用了光子结晶结构，其实还可应用于半导体激光器和有机发光元件等领域，据称能够提高所有发光元件的发光效率。该公司表示，今后还准备应用于GaN类蓝色LED中。

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