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荧光粉光效提升的瓶颈

日期: 2022-08-11 04:10:32 来源:OD电竞 作者:OD平台网站

  物质发光现象大致分为两类:一类是物质受热,产生热辐射而发光,另一类是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态(非稳定态)在返回到基态的过程中,以光的形式放出能量。

  与热辐射相比,荧光是一种产生具有很少热量的光的过程。适当的材料吸收高能辐射,接着就发出光,所发光子的能量比激发辐射的能量低。当发光材料是固体时,该材料通常称为荧光粉。激发荧光粉的高能辐射可以是电子或具有高速度的离子,也可以是从γ射线到可见光范围的光子。

  目前 ,实际用于LED用途的荧光粉 ,大部分是粉末状的以蓝光 (主峰波长 450nm) 为激发源的光致发光荧光粉 ,它们是利用原子或离子的孤立的电子能级 ,而是通过它们结合形成的分子轨道上能级间的电子跃迁发光的。

  由量子理论可知 ,孤立的单个原子或离子中具有多个能级 ,如图1-1(a) 所示 ,当原子或离子中的束缚电子由高能级向低能级跃迁时 ,会形成自身固有的发光。下面以最简单的氢原子为例进行说明。氢原子中含有 1 个电子 ,并且从原子核向外依次为称作 1s、2s、3s ……的电子轨道 ,各电子轨道对应不同的能级 ,氢原子的这 1 个电子通常位于最内侧的 1s 轨道上 ,该电子的状态称为基态。若该电子受到电子碰撞或光等外来能量的刺激(激发) ,它就会吸收激发能量而向其外侧的轨道如 2s 轨道迁移。2s 轨道的能量高于 1s 轨道的能量 ,如图1-1(b) 所示 ,电子的这种状态称为激发态。原子发光就是电子由激发态返回到基态时产生的(见图1-1(c) ) 。

  目前LED用荧光粉的激发波长范围一般为200nm-600nm之间,而最佳激发波长一般为445nm-460nm之间,如下图:

  影响荧光粉光效的因素有很多方面,这里就荧光粉激发过程对荧光粉激发光效的影响做一个简单分析。

  3.1.从荧光粉激发光谱上我们可以看出,荧光粉被激发释放光子所需的光波长范围很广,且可见光部分所对应波长的激发效率差异并不大。

  3.2.激发光谱的半波宽过宽,几乎可见光范围波长的光都对荧光粉能够起到激发的作用。

  3.3.由于激发光谱半波宽过宽,在荧光粉被激发的过程中已经激发出来的可见光会重复激发荧光粉,反复循环这个过程直至光线穿过荧光粉。

  影响荧光粉在激发过程中的光效主要是因为荧光粉激发光谱半波长过宽,即几乎可见光波长均可以对荧光粉起到激发的作用,致使荧光粉在激发过程中被激发出来的可见光会再次激发荧光粉且反复循环,在这种反复循环的过程中使激发能量和被激发出来的能量不断的损耗,从而降低了荧光粉的激发效率。如果荧光粉在制作时能够将其激发光谱的半波宽尽可能的降到最低,那么荧光粉的激发效率定会有很大幅度的提升。

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