照明用稀土發(fā)光材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

照明用稀土發(fā)光材料的進(jìn)呈現(xiàn)狀與趨勢(shì)(之一)發(fā)光(熒光)是物質(zhì)將其內(nèi)部以某種方式吸取的能量轉(zhuǎn)化為物體熱輻射之外的一種非平衡輻射的過程，又稱為“冷光”，這種輻射的持續(xù)時(shí)間要超過光的振動(dòng)周期。在肯定的激發(fā)素，這些發(fā)光材料都統(tǒng)稱為稀土發(fā)光材料。自從1964年高效稀土紅色熒光粉問世以來，稀土發(fā)光材料經(jīng)過近40年的快速進(jìn)展，己成益重要的作用。20231211日，我國(guó)正式參加世界貿(mào)易組織(WTO)，成為其第143個(gè)成員。參加世界貿(mào)易組織，對(duì)我國(guó)的信息和照明產(chǎn)業(yè)，以及稀土發(fā)光材料的進(jìn)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，既帶來機(jī)遇，也使我們面臨挑戰(zhàn)。1、顯示用稀土發(fā)光材料的進(jìn)呈現(xiàn)狀與趨勢(shì)20世紀(jì)601964年，YVO4:EuY2O3:Eu紅色熒光粉被1968年又發(fā)Y2O2S:Eu紅色熒光粉。直到今日，陰極射線管(CRT)彩電和顯示器上的紅色熒光粉主要還是Y2O2S:EuY2O3:Eu。我國(guó)比較集中的稀土發(fā)光材料的爭(zhēng)論和開發(fā)起始于70年月。北京有色金屬爭(zhēng)論總院等1970年就開頭了彩電熒光粉的研制。1973年國(guó)家開頭組織全國(guó)的彩電大會(huì)戰(zhàn)，參與等國(guó)內(nèi)主要的爭(zhēng)論院所、高校和工廠。1980年我國(guó)從日本日立公司引進(jìn)彩電顯像管生產(chǎn)線，并配套從日本化成公司引進(jìn)彩電90年月初，北京化工廠和上海躍龍有色金屬也分別建成了彩電熒光粉廠產(chǎn)量正在逐年遞增，2023年產(chǎn)量約1000t，2023年產(chǎn)量約1200t。除了配套滿足咸陽(yáng)彩虹集團(tuán)、北京松下顯像管廠及上海水顯像管廠外，還漸漸應(yīng)用到其他外資、合資企業(yè)中。202350001500t。因此，國(guó)內(nèi)的熒光粉還是不能滿足國(guó)內(nèi)彩電的生產(chǎn)，需要從國(guó)外進(jìn)口彩電熒光粉。2023年我國(guó)還生產(chǎn)顯示器40002023年我國(guó)生產(chǎn)CRT背投彩電70多萬臺(tái)，這些背投彩電所用的投影管及其熒光粉主要依靠進(jìn)口。很難推斷哪種顯示方式肯定替代另一種顯示方式成為下一代彩電和顯示器的惟一或最主要的顯示方式。一般CRT彩電和顯示器(包括所謂的“純平”和“高亮”)普遍被認(rèn)為無法滿足高清楚度、數(shù)字化、平板化的要求，最終將要退出主流市場(chǎng)。但由于技術(shù)的成熟、市場(chǎng)的認(rèn)同以及價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，CRT還將在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)存在，并取得肯定的進(jìn)展，例如，在我國(guó)2023年CRT202330%多?？梢哉f在將來幾年內(nèi)，稀土發(fā)光材料在顯示領(lǐng)域中的主要市場(chǎng)還是在CRT，有關(guān)廠家和研發(fā)單位不應(yīng)放棄CRT條件的單位還應(yīng)組織力氣開發(fā)CRT2023年全世界共生產(chǎn)彩電CRT1.5億支，顯示器用CRT80005500t，其中稀土紅色熒光粉約1800t。目前顯示器生產(chǎn)的重心正在向液晶顯示器(LCD)轉(zhuǎn)移，估量2023年LCD產(chǎn)量與CRT產(chǎn)量根本持平(6000萬臺(tái))，20232023年將要削減。但隨著25英寸以上CRT電視機(jī)生產(chǎn)的增長(zhǎng)，20232023年要有所增長(zhǎng)?？傮w來說，2023CRT2023年根本持平。2 3 3 5 12 2 一般CRT的兩大弱點(diǎn)是：1、屏幕做不大；2、無法做薄。相對(duì)一般CRT而言，CRT背投具有屏幕大、機(jī)體薄的優(yōu)點(diǎn)，最近幾年得到了較大的進(jìn)展。據(jù)推測(cè)，2023年我國(guó)CRT背投的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)120萬臺(tái)－150萬臺(tái)。因此，熒光粉的用量也將有較大增長(zhǎng)。背投彩電所用的投影管中紅色熒光粉為YO:Eu，綠色熒光粉為Y(Al,Ga)O :Tb或YSiO:Tb。這三種熒光粉均為稀土熒光粉國(guó)內(nèi)多家單位正在組織力氣開發(fā)投影管用熒光粉信任投影管用熒光粉肯定會(huì)隨著我國(guó)投影管技術(shù)的進(jìn)展而進(jìn)展。我國(guó)CRT背投彩電上用的投影管和2 3 3 5 12 2 等離子平板顯示(PDP)具有屏幕大、視角寬、響應(yīng)快、機(jī)體薄、質(zhì)量輕等顯著優(yōu)點(diǎn)，被2023年我國(guó)彩電市場(chǎng)2023年全球消耗PDP熒光粉45t，即生產(chǎn)等90萬臺(tái)。據(jù)推測(cè)，2023400萬臺(tái)，熒光粉用量達(dá)200tPDP(Y,Gd)BO3:Eu或Y2O3:Eu，藍(lán)色熒光粉為BaMgAl10O17:Eu2+。但商用的PDP熒光粉還存在很多缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步改進(jìn)。日本在PDP熒光粉的爭(zhēng)論開發(fā)和應(yīng)用中處于世界領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)也有多家單位在從事PDP用熒光材料的爭(zhēng)論開發(fā)。在原國(guó)家計(jì)委材料專項(xiàng)的支持下，北京有色金屬爭(zhēng)論總院稀土材料國(guó)家工程爭(zhēng)論中心等單位于1999年開頭進(jìn)展PDP熒光粉產(chǎn)業(yè)化前期粉的水平格外接近。液晶顯示器(LCD)具有區(qū)分率高、機(jī)體薄、質(zhì)量輕、功率小等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為平板顯示領(lǐng)域的佼佼者，近年來，進(jìn)展速度格外快。依據(jù)DisPlaySearch公司調(diào)查，2023年世界LCD3000202360002023年世界LCD131萬臺(tái)，2023369萬臺(tái)，因此在大屏幕高清楚度彩電方面，LCD有可能成為PDP的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。LCD本身不用熒光粉，但由于不能主動(dòng)發(fā)光，LCD需要用到背光源。其背光源需要用到大量的稀土熒光粉。場(chǎng)放射顯示(FED)是與CRT最為接近的一種平板顯示方式，同屬陰極射線發(fā)光，因此，有專家認(rèn)為FED是一種格外有潛力的顯示技術(shù)。與CRT相比，F(xiàn)ED是在低電壓大電流下工作，傳統(tǒng)的CRT熒光粉用在FED上會(huì)消滅很多問題。目前在FED器件上，除了紅粉連續(xù)使用Y2O3:EuY2O2S:Eu等稀土熒光粉外，綠粉和藍(lán)粉也傾向于使用稀土熒光粉。有機(jī)電致發(fā)光顯示屏(OLED)是一種興的平板顯示技術(shù)。與LCD相比，具有視角大、響應(yīng)快、亮度高、厚度薄、抗震性好、工作溫度范圍寬、本錢低、安全性好、可做成柔性軟2023年全球OLED2023萬美元左右，20238000萬美元，估量OLED的年均增長(zhǎng)率超過200%。我國(guó)有多所大學(xué)、爭(zhēng)論單位及公司正在涉足OLED的爭(zhēng)論和開發(fā)。我國(guó)從事OLED研發(fā)的人員大多數(shù)原來是從事材料或化學(xué)方面爭(zhēng)論的，在器件方面我國(guó)尤為薄弱。稀土已在OLED方面顯示出一些優(yōu)異的性能，因此，OLED有可能成為稀土的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。由以上分析可知，稀土發(fā)光材料在顯示器方面的主要應(yīng)用領(lǐng)域在將來5年—10年內(nèi)將主要集中在一般CRT彩電和顯示器、背投彩電、PDP、FED及OLED等方面。我國(guó)在顯示用稀土發(fā)光材料方面進(jìn)展方向?yàn)椋?1)要提高一般CRT彩電熒光粉的質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)量，爭(zhēng)取完全滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并有較大出口；(2)要努力開發(fā)CRT顯示器用的熒光粉，此類熒光粉近1500t左右的規(guī)模，我國(guó)在此類熒光粉的市場(chǎng)份額微??；(3)要快速開發(fā)投影(4)PDP、FEDOLED等型彩電和顯示器用的發(fā)光材料，爭(zhēng)取在這些發(fā)光材料的市場(chǎng)中占有較大份額1973年荷蘭科學(xué)家首先制造了燈用稀土三基色熒光粉。用稀土三基色熒光粉制造的熒光燈不僅在發(fā)光效率上較以前的一般照明光源有極大的提高率和顯色性上不能統(tǒng)一的缺點(diǎn)。一般白熾燈和鹵鎢燈的顯色指數(shù)最高(100)，但其發(fā)光效率太低，就目前水平而言，一般白熾燈的發(fā)光效率可達(dá)20lm/W，鹵鎢燈可達(dá)25lm/W，與目前大功率緊湊型稀土三基色熒光燈的1001m/W相差甚遠(yuǎn)；一般鹵粉熒光燈的光效已達(dá)751m/W－801m/W，較一般白熾燈有較大提高，但其顯色指數(shù)不到60，顯色性太差，稀土熒95以上，常用的稀土熒光燈的顯色指數(shù)都到達(dá)80以上。經(jīng)過30年的進(jìn)展，稀土發(fā)光材料在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，已經(jīng)從一般的室內(nèi)照明進(jìn)展到道路照明、廣場(chǎng)照明、景觀照明及各種特別照明等照明領(lǐng)域的眾多方面。我國(guó)從70年月中期就1976年就開頭爭(zhēng)論燈用稀土三基色熒光粉，80年月就開頭應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中?，F(xiàn)在我國(guó)已有不同規(guī)模的燈用稀土熒光粉廠約20國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。2023年全球生產(chǎn)一般照明熒光燈用稀土熒光粉約2023t，其中我國(guó)生產(chǎn)約800t，占40%。利用我國(guó)的稀土資源優(yōu)勢(shì)和勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，我國(guó)應(yīng)當(dāng)占據(jù)土熒光燈還將會(huì)有較大幅度的增長(zhǎng)。土，以提高顯色性和發(fā)光效率。另外，重氮復(fù)印、絲網(wǎng)印刷、保健、誘蚊、促進(jìn)動(dòng)植物生長(zhǎng)人工光源等各種特別用途的光源中都需要用到較多的稀土發(fā)光材料。如前所述的LCD顯示器和彩電中用到的冷陰極熒光燈背景光源中也需要用到稀土三基色熒光粉的稀土發(fā)光材料全球每年都有數(shù)百噸的應(yīng)用規(guī)模。有些光源的用量還有顯著增加的趨勢(shì)，如金屬鹵化物燈和LCD背光源。北京有色金屬爭(zhēng)論總院從事金屬鹵化物燈用復(fù)合稀土鹵化物的30年的歷史，現(xiàn)己能制備多種用途、多種規(guī)格的鹵化物塊材和丸粒，產(chǎn)品的性能到達(dá)或接近國(guó)外水平，批量供給給國(guó)內(nèi)80%以上的金屬鹵化物燈制造企業(yè)。近年來，在照明領(lǐng)域最引人關(guān)注的大事是半導(dǎo)體照明的興起。90年月中期日本日亞化學(xué)公司的Nakamura(LED)的關(guān)鍵技術(shù)，并由此開發(fā)出以熒光材料掩蓋藍(lán)光LED產(chǎn)生白光光源的設(shè)計(jì)。半導(dǎo)體照明之所以引人注目，10大優(yōu)點(diǎn)：(1)完全無汞，真正的綠色照明；(2)壽命超長(zhǎng)，可達(dá)10萬小時(shí)；(3)100lm/W；(4)全固態(tài)照明，抗惡劣環(huán)境；(5)構(gòu)造簡(jiǎn)潔；(6)體積小；(7)質(zhì)量輕；(8)響應(yīng)快；(9)工作電壓低；(10)抗震性及安全性好。日亞化學(xué)最早的白光LED的專利都是藍(lán)光LED激發(fā)黃色YAG熒光粉發(fā)出白光的。后來，人們又開發(fā)出以藍(lán)光LED激發(fā)綠色和紅色熒光粉，紅、綠、藍(lán)混合形成白光的設(shè)計(jì)。隨著紫光或紫外LEDLED激發(fā)三基色熒光粉而發(fā)白光的2023年6月分別在韓國(guó)慶州的第五屆中韓雙邊材料學(xué)術(shù)研討會(huì)和北京的第四屆國(guó)際稀土爭(zhēng)論與應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會(huì)上首先報(bào)告了可能應(yīng)用于紫光及紫外光激發(fā)的白光LED的稀土三基色熒光粉的組成。1980年就研制出了用于飛點(diǎn)掃描儀的YAG4年又對(duì)該熒光粉進(jìn)展了改進(jìn)，并成功地應(yīng)用于藍(lán)光激發(fā)的白光LED中?，F(xiàn)在己形成了小批量的系列白光LED用YAG熒光粉產(chǎn)品，供給全國(guó)多家白光LED器件生產(chǎn)廠家，并遠(yuǎn)銷美國(guó)、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣等1999年和2023年進(jìn)展藍(lán)光激發(fā)的白光LED用熒光材LED由于紫光和紫外光的能量比藍(lán)光的能量高，有望使白光LED以在更大范圍內(nèi)變化的白光LED產(chǎn)品。基于這些考慮，我們很快就開頭了紫光及紫外光激發(fā)的白光LED2023年6月報(bào)道了爭(zhēng)論結(jié)果。最近通過初步的陽(yáng)離子摻雜和陰離子替位試驗(yàn)，覺察這些熒光粉在370nm－410nm范圍內(nèi)的吸取能夠得到進(jìn)一步的增加。目前世界各國(guó)和大公司都在進(jìn)展長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，開發(fā)半導(dǎo)體照明技術(shù)。日本2023年的目標(biāo)是1201m/W20231501m/W。我國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)也在制訂國(guó)家和地方的半導(dǎo)體照明技術(shù)進(jìn)展規(guī)劃2023年的北京奧運(yùn)會(huì)上真正廣泛的