第一章：光的基本知識光的本質發光的種類光的本質光的基本知識光是一種電磁波，光既有“波動性”又有“粒子性”：這就是光的波粒二象性。1666年牛頓提出了“微粒說”，他認為光是一種彈性粒子，因為光的反射；同時惠更斯提出了“波動說”很好的解釋了光的折射；十九世紀早期由托馬斯·楊所演示的雙縫干涉實驗為惠更斯的理論提供了實驗依據，證明光實際上是電磁波；1905年愛因斯坦為了解釋光電效應，提出了“光子”的假說，后來由于康普頓效應的發現而得到證實，最終提出光具有波粒二象性。光的本質光的基本知識光是一種電磁波，可見光波長λ在390~770nm。光的基本知識光的本質光的能量E、波長λ及頻率ν之間符合下式所示的電磁波在真空中的一般關系：E=hν=hc/λh是普朗克常數*10-34光的波長越長，能量越小；頻率越高，能量越大。這就是為什么x光對人體有傷害，而無線電波基本上沒有影響的原因。光的基本知識發光的種類燃燒照明——化學反應特點：1、通過化學反應把化學能轉化為光能；2、利用率低，亮度低，不穩定。光的基本知識發光的種類白熾燈照明——熱輻射特點：1、利用電能加熱鎢絲使之發熱發光，將電能轉化為熱能和光能；2、比燃燒法更穩定，能量利用率更高，但是還是有很大一部分能量轉化為熱能浪費。光的基本知識發光的種類熒光燈照明——氣體放電發光特點：1、利用電子轟擊氣體分子發出紫外線，紫外線照射熒光粉發光，將電能轉化為光能；2、免去發熱的環節，提高能量利用率，但是還是有部分熱量損失。光的基本知識發光的種類LED照明——半導體發光特點：1、利用PN結使電子與空穴泯滅，直接將電能轉為光能；2、熱量損失少，能量利用率高。課后習題：1、請問波長為1納米的光屬于什么光，計算其的能量。第二章：光的顏色光的波長與顏色光的三原色色溫、光色和顯色指數光的顏色光的波長與顏色藍光波長在450nm左右綠光波長在520nm左右紅光波長在600nm以上單純的用波長不足以很好的描述光的顏色，所以人們發明了色坐標圖，用坐標定量的描述光的顏色光的顏色光的色坐標色坐標，就是顏色的坐標現在常用的顏色坐標，橫軸為x，縱軸為y。有了色坐標，可以在色度圖上確定一個點。這個點精確表示了發光顏色。即：色坐標精確表示了顏色。F2700白熾燈色

.463.420F6500日光色.313.337紅粉：；綠粉：；藍粉：；曲線上的點表示單色光，區域內代表復合光，越靠近邊緣色越純，飽和度越高。光的三原色任何顏色可由三種基本色以適當的比例混合而成。疊加法用紅(R)、綠(G)、藍(B)作為三原色(比如光)。減法用紅(R)、黃(Y)、藍(B)作為三原色(例如繪畫)。通常選取700nm(R)、546.1nm(G)、435.8nm(B)波長的光作為三原色光。光的顏色色溫、光色和顯色指數色溫：

一個光源的發光顏色與某個溫度的黑體的發光顏色相同時，這一黑體的溫度就可定義為該光源的色溫。光色：

光源的顏色簡稱光色。IEC(國際電工委員會)規定了熒光燈的四種光色的名稱及對應的色溫。日光色(Daylight)簡稱D，對應的色溫為6500K。冷白色(CoolWhite)簡稱CW，對應的色溫為4200K。白色(White)簡稱W，對應的色溫為3450K。暖白色(WarmWhite)簡稱WW，對應的色溫為2850K。光的顏色色溫、光色和顯色指數光的顏色顯色指數：

在特定條件下，物體由光源照明和由標準光源D65照明時，知覺色復合程度的度量就稱作該光源的顯色指數。

顯色指數用Ra表示；白熾燈的理論顯色指數為100，實際只能說是接近100，是顯色性最好的燈具。具體燈具的Ra值可見下表所舉。

光源顯色指數Ra

白熾燈97日光色熒光燈80-94第三章：發光材料的種類按余輝時間分類按轉換方式分類按激發源分類按照余輝時間分類發光材料的種類熒光粉按照余輝時間可以分為：長余輝和短余輝熒光粉長余輝熒光粉：俗稱夜光粉，在去掉激發光源后還能夠長時間發光。硫化物：CaSrS：Eu,Dy,Er特點：顏色變化豐富，從紅色到藍色，

但是亮度低，余輝短(持續幾十分鐘)、穩定性差。鋁酸鹽：SrAl2O4：Eu,Dy特點：顏色單調，黃綠色，波長440nm~520nm

但是亮度高，余輝長(持續2000分鐘)、穩定性差。應用：道路交通標示、儀表及發光涂料等按照余輝時間分類發光材料的種類照明和顯示用發光材料都是采用短余輝發光材料短余輝熒光粉余輝一般都在十幾ms以下，顯示對于余輝時間要求更短，特別是3D電視，因為電視畫面的快速轉換，一般要求發光材料的余輝時間小于5ms。短余輝材料也有其他用途，比如閃爍體發光材料，被用在探測和記錄。要求余輝時間非常短，一般在ns或者us級。按照轉換方式分類發光材料的種類熒光粉按照轉換方式分為：上轉換熒光粉和下轉換熒光粉。基態激發態下轉換材料熱損失發光下轉換熒光粉就是指激發源的能量大于發射光的能量。例如：紅粉YOX

吸收254nm的紫外線，由基態躍遷到激發態，然后再回到基態時發出611nm的紅光。

在下轉換熒光粉中有種特殊的轉換類型叫做量子裁剪，也就是吸收一個光子的能量，產生多次躍遷，發出多個光子，提高能量的利用率。按照轉換方式分類發光材料的種類上轉換材料基態激發態熱損失發光上轉換發光過程一般被稱作反施托克位移，是一種比較特殊的激發形式，特點是吸收光子能量低于發射光子能量。例如：Y3O4Br：Er吸收980nm的紅外線，發射出530nm左右的綠光。用途：做為激光器，生物分子熒光標記等。按照激發源分類發光材料的種類根據發光材料的激發光源不同，熒光粉可以分為不同的種類：陰極射線發光光致發光電致發光按照激發源分類發光材料的種類陰極射線發光就是指熒光粉在電子的轟擊下發光。例如：電視機顯像管（CRT）的發光：

顯像管發射出電子，在電場的加速作用下，電子的能量被提高，高能電子轟擊顯示屏上的熒光粉，使熒光粉發出光，通過不同的熒光粉發出的不同顏色的光組成顯示畫面，人眼就能夠觀察到顯示屏上顯示的畫面。紅光綠光藍光按照激發源分類發光材料的種類光致發光就是指熒光粉在光的激發下發出另一波長的光。例如：三基色熒光燈

三基色熒光粉在274nm的紫外線激發下分別發出紅光、綠光和藍光，經過不同比例的混合成為白光。按照激發源分類發光材料的種類發光材料在通電的情況下，直接將電能轉化為光能的發光稱為電致發光。電致發光無機電致發光粉末型薄膜型交流直流交流直流無機電致發光(OLED)按照激發源分類發光材料的種類例如：ZnS:TbF2粉末型交流電致發光材料，涂在絕緣層BaTiO3上，在交變電場的作用下發出綠光。用途：用于特殊環境和形狀的顯示器件，比如飛行器和潛艇等特點：產品顏色豐富，覆蓋幾乎所有可見光范圍；

發光效率高；

但是亮度比較低、壽命短。第四章：稀土三基色熒光粉燈用熒光粉的發展歷史稀土紅色熒光粉稀土綠色熒光粉稀土藍色熒光粉熒光粉的發展歷程第一代燈用熒光粉(1938——1948年)鹵磷酸鹽發光材料(1948——）從1938年熒光燈問世以來，燈用發光材料已經歷了三代的發展。稀土三基色熒光粉(1974——）熒光粉的發展歷史第一代熒光粉第一代燈用熒光粉(1938——1948年）最早的燈用熒光粉：CaWO4藍粉Zn2SiO4:Mn綠粉CdB2O5:Mn橙紅粉MgWO4+(Zn,Be)2SiO4:Mn(黃粉)缺點：光效低

(40lm/W~50lm/W)。Be有毒。相對密度、粒度不同，不易匹配。熒光粉的發展歷史鹵磷酸鹽發光材料1948年單一組份的鹵磷酸鹽發光材料開始普及使用。化學組成：3Ca3(PO4)2·Ca(F,Cl)2:Sb,Mn各種鹵粉的發射光譜(a)藍白色；(b)日光色(c)冷白色；(d)白色熒光粉的發展歷史鹵磷酸鹽發光材料鹵磷酸鹽發光材料的優缺點：鹵粉的優點：發光效率相對較高，達到80lm/W。單一基質，原料豐富，生產成本低。色溫可調(暖白色、白色、日光色等)。鹵粉的缺點：發色光譜中缺少450nm以下藍光和600nm以上紅光，Ra偏低。在185nm紫外線照射下，鹵族原子形成色心，光衰嚴重。溫度猝滅嚴重，不適合與緊湊型節能燈。熒光粉的發展歷史第三代燈用熒光粉1974年荷蘭的Philips公司研制成功了鋁酸鹽綠粉和藍粉，加上已知的稀土紅粉，使得稀土三基色熒光粉應用得以實現。化學組成Y2O3:Eu3+(發射波長611nm)(Ce,Tb)MgAl11O19(發射波長543nm)BaMgAl10O17:Eu2+(發射波長451nm)稀土發光材料的特點：譜線豐富，屬于窄帶發光，光色純，能得到高的顯色指數。抗紫外輻照，高溫特性好，能適應高負荷熒光燈的要求。發光效率高，三基色熒光粉的量子效率均在90%以上。燈用熒光粉的介紹燈用熒光粉的要求能吸收254nm紫外線，發射可見光。在可見光范圍內具有合適的發射光譜，使熒光燈有高顯色性。具有良好的顆粒特性和分散性。具有耐熱的溫度特性。具有一定的耐紫外輻照和離子轟擊的穩定性。燈用熒光粉的介紹三基色熒光粉的種類鋁酸鹽體系紅粉YOX綠粉CAT藍粉BAM磷酸鹽體系紅粉YOX綠粉LAP藍粉SCA特點：鋁酸鹽熒光粉成本比較低，制造工藝簡單，光效比磷酸鹽低。

磷酸鹽熒光粉稀土含量高，制造工藝復雜，穩定性不如鋁酸鹽熒光粉。稀土紅色熒光粉稀土紅粉的物理特性Y2O3:Eu3+紅粉Y2O3:Eu3+屬于體心立方結構，Eu3+取代Y3+的位置。外觀為白色晶體。密度為3,化學性質穩定，不溶于水、弱酸、弱堿粒度為5um左右。發射主峰611nm，色坐標為，稀土紅粉的光學特性稀土紅色熒光粉Y2O3:Eu3+熒光粉吸收254nm的紫外光，發射611nm的紅光，半高寬7nm。其色純度高，量子效率高，接近100%。光衰特性好，不易在185nm短波輻射下形成空位色心。Y2O3:Eu3+熒光粉的激發光譜(a),漫反射光譜(b)Y2O3:Eu3+熒光粉的發射光譜光譜圖及色品參數紅粉Y2O3:Eu3+熒光粉中Y2O3為基質材料，Eu3+為發光中心。Y2O3基質是強離子型晶體，晶體場的微擾作用顯著削弱了原屬禁戒躍遷的4f電子層的禁戒程度，在200~300nm范圍內形成一個寬激發帶，使其能強烈的吸收254nm的紫外光。然后把能量傳遞給Eu3+離子使之被激發，被激發的Eu3+離子發生5D0—7F2躍遷，同時發射出611nm的紅光。稀土紅粉的發光原理稀土紅色熒光粉Eu3+的位形坐標圖Y2O3中有C2和S6兩種對稱性不同的格位，后者具有反演對稱性。一般75%的Eu3+占據C2格位，發生5D0—7F2電偶極躍遷，這種躍遷屬超靈敏躍遷，故發射很強的峰值為611nm的紅光，熒光壽命為；剩下少數Eu3+占據S6格位，發生5D0—7F1磁偶極躍遷，是禁戒的，發射弱的595nm的光，壽命為8ms。紅粉性能的影響因素稀土紅色熒光粉在較低Eu3+濃度時，人們可以觀測到更高能級的5D1，5D2甚至5D3的躍遷，這些發射位于光譜的黃區和綠區，是有害的；當Eu3+濃度升高時這些高能級的發射通過交叉弛豫被猝滅，所以熒光粉中Eu3+濃度一般在4%以上。當Eu3+濃度太高時，會形成Eu3+~Eu3+離子對。這些離子對吸收能量后形成共振，把能量以熱的形式消耗掉而不發射光。Eu3+離子濃度的影響：雜質離子的影響：除了La、Gd和Yb外，其他的稀土雜質離子都對紅粉產生不利影響，其中Ce的影響最為明顯，即使是微量的Ce也會有嚴重影響，因為Ce是以Ce4+的形式存在。Ce4+強烈吸收254nm的紫外線卻不發射光。稀土雜質離子對紅粉的影響稀土紅粉的制備工藝稀土紅色熒光粉Y2O3:Eu3+熒光粉的制備比較簡單。由Y2O3，Eu2O3按一定比例混合，或按一定比例的Y，Eu草酸共沉淀，燒成(Y,Eu)2O3原料，加入少量助熔劑。在空氣中1250~1450℃煅燒數小時。Y2O3Eu2O3助熔劑混合煅燒破碎清洗烘干混合包裝稀土綠色熒光粉稀土綠粉的物理特性MgAl11O19:Ce3+,Tb3+(簡稱CAT)CAT屬于六方晶系，Ce,Tb取代LnMgAl11O19中的稀土離子Ln，外觀為白色晶體。密度為3,化學性質穩定，不溶于水、弱酸、弱堿粒度為6um左右。發射主峰543nm，色坐標為，稀土綠色熒光粉稀土綠粉的光學特性(Ce,Tb)MgAl11O19熒光粉吸收254nm的紫外光，發射543nm的綠光，半高寬10nm。其色純度高，量子效率90%左右。溫度猝滅特性好，耐185nm短波輻射的能力低于紅粉。(Ce,Tb)MgAl11O19熒光粉的激發光譜(1),漫反射光譜(2)(Ce,Tb)MgAl11O19熒光粉的發射光譜光譜圖及色品參數綠粉TbCe稀土綠色熒光粉稀土綠粉的發光原理紫外光能量傳遞CAT熒光粉中Tb3+為發光中心。發射峰位于543nm，屬于Tb3+

的5D4—7F5躍遷。Ce3+離子為敏化劑，Ce3+離子吸收紫外光然后通過無輻射能量傳遞有效地將能量傳遞給Tb3+離子，使之被激發然后發出綠光。由于在大多數基質中Tb3+離子的4f~5d吸收峰不能與254nm紫外線輻射相吻合,沒法被激發。Ce3+離子能強烈的吸收254nm紫外線，而且在330~360nm的長波紫外區具有強的發射，所以Ce3+離子通過無輻射傳遞將能量傳遞給Tb3+離子，Tb3+離子被激發后躍遷產生綠光。CAT中幾乎不存在Ce3+-Ce3+之間的能量傳遞。Ce3+-Tb3+之間的最短距離大約為，這樣大的距離交換傳遞的概率低，主要是偶極子-四極子耦合作用決定能量傳遞過程。熱熱綠光CAT的發光過程示意圖稀土綠色熒光粉雜質對綠粉性能的影響

少量稀土雜質離子會對CAT綠色熒光粉的發光強度產生嚴重影響。Eu，Nd和Pr雜質使CAT的發光強度急劇下降，而Sm影響相對較小。CeO2中稀土雜質主要是La、Pr、Nd。因此，必須使用高純度CeO2原料。Ce3+是一種變價離子，在185nm短波紫外線照射下容易被氧化成Ce4+離子。Ce4+離子強烈的吸收254nm的紫外線而不發光，從而是燈的光通維持率下降。適當減少Ce3+的含量可改善綠粉的光衰特性。例如，用少量的La3+(少于10%)置換Ce3+

。CAT中雜質離子濃度和發光強度的關系λ=254nm稀土綠色熒光粉稀土綠粉的制備工藝原料助熔劑混合煅燒破碎清洗烘干混合包裝還原綠粉制備工藝比紅粉多了還原一道工序稀土藍色熒光粉稀土藍粉的物理特性BAM屬于六方晶系，Eu取代Ba離子，Mn取代Mg離子，外觀為白色晶體。密度為3,化學性質穩定。粒度為6um左右。單峰藍粉發射主峰450nm，色坐標為，。雙峰藍粉發射次峰515nm，色坐標為，。BaMgAl10O17:Eu2+(單峰)BAM的晶體結構BaMgAl10O17:Eu,Mn(雙峰)簡稱BAM稀土藍色熒光粉單峰藍粉的光學特性BaMgAl10O17:Eu2+熒光粉吸收254nm的紫外光，發射450nm的藍光，半高寬50nm，屬于寬帶發光。量子效率95%左右。耐185nm短波輻射的能力介于紅粉和綠粉之間，但熱穩定性不佳。單峰藍粉的激發光譜(a)和發射光譜(b)光譜圖及色品參數單峰藍粉稀土藍色熒光粉雙峰藍粉的光學特性BaMgAl10O17:Eu,Mn熒光粉吸收254nm的紫外光，發射450nm的藍光和515nm的藍綠光，主峰半高寬50nm，屬于寬帶發光。量子效率95%左右。耐185nm短波輻射的能力強，但熱穩定性同樣不佳。單峰藍粉的激發光譜(a)和發射光譜(b)曲線1:λem=458nm，曲線2:λem=515nm光譜圖及色品參數雙峰藍粉稀土藍色熒光粉稀土藍粉的發光原理單峰藍粉BAM:Eu2+BAM為基質，Eu2+為發光中心，取代位于鏡面層中的Ba2+。450nm的藍光是由Eu2+離子的5d~4f躍遷產生的，屬于寬帶發光。與紅粉和綠粉不同的是，由于此躍遷涉及外層電子，所以光學特性受基質晶格的影響較大，雜相可能會對藍粉的亮度、色坐標和溫度特性等產生比較嚴重的影響。雙峰藍粉BAM:Eu,MnBAM為基質，Eu2+既為發光中心，又為敏化劑。Mn2+離子也是發光中心，取代Mg2+離子，其發射峰位于515nm。在雙峰藍粉中大部分Eu2+躍遷產生藍光，少部分Eu2+通過無輻射傳遞將能量轉移給Mn2+離子，然后Mn2+離子躍遷發射藍綠光。Mn2+濃度增加則其綠光增強，Eu2+的藍光減弱，雙峰藍粉可以提高顯色指數，但卻犧牲了一定的亮度。稀土藍色熒光粉組分對藍粉性能的影響Mg含量的影響：若以BaMgxAl10O16+x里x表示Mg含量的變化，x在之間，發射主峰不發生移動，Mg含量的影響主要表現為，決定Eu2+發射光譜的綠色發射。主峰右側長波隨x的減小而增強，故坐標y值趨于增大。y值大，熒光粉的光效低，但顯色性高；反之亦然。Ba含量影響的總趨勢是：隨著Ba含量的減少，發射波長和色坐標值都減小。激活離子Eu2+濃度的增加，可使BAM抗185nm的真空紫外輻射能力大幅度提高。在185nm紫外線的照射下，熒光粉表面的氧被釋放出來產生氧空位，形成色心，破壞了熒光粉的晶體結構和化學計量比，導致激活離子周圍的晶體場增強。提高激活離子濃度，可以降低晶格缺陷，減少色心的形成，從而提高了熒光粉的穩定性。稀土藍色熒光粉稀土藍粉的制備工藝原料助熔劑混合燒成取出清洗烘干包裝藍粉制備工藝與綠粉制備工藝基本相同脫水第五章：熒光粉制造工藝熒光粉的制造方法熒光粉生產工藝熒光粉制造關鍵控制點熒光粉生產工藝熒光粉的制備方法固相法高溫燒成微波合成燃燒法噴霧熱解法水熱法溶膠凝膠法共沉淀法液相法熒光粉生產工藝熒光粉的生產工藝熒光粉生產工藝熒光粉生產的關鍵點一、原材料混合1、原材料純度要求高，雜質會影響粉體亮度和光衰；2、配比計算要正確；3、混料時間要嚴格控制，確保原材料混合均勻。二、燒成關鍵控制點：燒成時間、燒成溫度、氣氛等。熒光粉生產工藝熒光粉生產的關鍵點三、球磨關鍵控制點：通過調節球磨的轉速和球磨時間控制粉體粒徑。四、濕篩保證篩網完整、不變形，去除粗顆粒和雜質異物。五、清洗控制清洗的水溫和最終電導率，洗凈產品的可溶物。六、烘干控制烘干的溫度和時間，保證產品干燥，分散性好。第六章：熒光粉的應用節能燈的介紹LED的介紹常用顯示器件的介紹熒光燈介紹熒光燈的發光原理熒光燈主要由燈頭、低壓汞蒸氣和熒光粉組成。熒光燈的結構示意圖熒光燈的發光過程燈絲預熱發射電子電子轟擊氣體放電紫外線激發熒光粉熒光燈的介紹熒光燈的種類介紹節能燈主要類型：緊湊型(T2,T3)，直管型(T5，T8)緊湊型特點：光效60~70lm/w；

體積小，功率小；

主要替代白熾燈；特點：光效高，90lm/w以上；

功率比較大，體積大；

用于辦公場所照明。直管型LED的介紹6.2LED的發光