稀土發(fā)光材料在LED產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及潛力分析

　　固體白光發(fā)光二極管(LED照明)將成為21世紀(jì)新一代的節(jié)能光源。要實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射的重要途徑之一是利用稀土發(fā)光材料的熒光轉(zhuǎn)換技術(shù)，2014年以來，中國在稀土行業(yè)陸續(xù)公布了多項(xiàng)政策和措施，以推動(dòng)稀土行業(yè)快速走出底部。隨著WTO裁決中國稀土案敗訴，新的稀土管控措施正在制定中。稀土發(fā)光材料在LED產(chǎn)業(yè)發(fā)揮的潛力越來越明顯。

　　稀土發(fā)光是由稀土4f電子在不同能級(jí)間躍出而產(chǎn)生的，因激發(fā)方式不同，發(fā)光可區(qū)分為光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、電致發(fā)光、放射性發(fā)光、X射線發(fā)光、摩擦發(fā)光、化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光等。稀土發(fā)光具有吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高，可發(fā)射從紫外線到紅外光的光譜，特別在可見光區(qū)OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng)有很強(qiáng)的發(fā)射能力等優(yōu)點(diǎn)。稀土發(fā)光材料已廣泛應(yīng)用在顯示顯像、新光源、X射線增光屏等各個(gè)方面。

　　稀土發(fā)光材料的發(fā)光譜帶窄，色純度高，色彩鮮艷;光吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換效率高;發(fā)射波長分布區(qū)域?qū)?而且熒光壽命從納秒到毫秒，達(dá)到6個(gè)數(shù)量級(jí);物理和化學(xué)性能穩(wěn)定，耐高溫，能承受大功率電子束，高能輻射和強(qiáng)紫外光的作用。正是這些優(yōu)異的性能，使稀土化合物成為探尋高技術(shù)材料的主要研究對(duì)象。而隨著現(xiàn)代科學(xué)研究的不斷深入。

　　對(duì)稀土發(fā)光材料的研究已經(jīng)開始趨向納米化，將稀土發(fā)光材料納米化無疑能在上述原始特性的基礎(chǔ)上賦予它們納米粒子的一些新的特性，如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)等。可見，將稀土發(fā)光材料納米化將會(huì)給這方面的科學(xué)研究注入新的活力，將更有利于發(fā)現(xiàn)新的發(fā)光材料和新的發(fā)光特性。

　　稀土發(fā)光材料在LED產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用現(xiàn)狀

　　正是因?yàn)橄⊥涟l(fā)光材料具有一般發(fā)光材料無法替代的優(yōu)點(diǎn)，所以它正廣泛地應(yīng)用于電光源照明、電視機(jī)顯色材料、農(nóng)用轉(zhuǎn)換材料、X射線熒光粉、發(fā)光涂料及發(fā)光油墨等方面。其中電光源照明是其應(yīng)用的最主要方面，燈用熒光粉的產(chǎn)量在所有熒光粉中占據(jù)首位。

　　稀土發(fā)光材料當(dāng)前產(chǎn)量減少，但技術(shù)有較大提升，2009年，我國節(jié)能熒光燈(以下簡稱“節(jié)能燈OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng)”)用稀土發(fā)光材料銷量6，160噸，占稀土發(fā)光材料行業(yè)總銷量的74.13%，從2010年至2013年，我國發(fā)光材料中稀土應(yīng)用從5000噸降至2600噸，占稀土總消耗比例從5.78%降至3.1%。但稀土發(fā)光材料技術(shù)得到提升，2013年國產(chǎn)LED粉的市場占有率超過了進(jìn)口粉，不過與國外技術(shù)還有一定的差距。隨著逐漸淘汰白熾燈計(jì)劃實(shí)施，LED將實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長，滲透率可達(dá)20%，2013年LED燈具產(chǎn)量超過8.1億只。

　　稀土發(fā)光材料在LED產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用前景

　　稀土長余輝發(fā)光材料是一種新型環(huán)保節(jié)能材料，它能在吸收太陽光和燈光的能量之后，將部分能量儲(chǔ)存起來，然后緩慢地把儲(chǔ)存的能量以可見光的形式釋放出來，在光源撤除后仍能長時(shí)間地發(fā)出可見光，且還具有耐高溫、耐摩擦、高強(qiáng)度、耐刻劃、阻燃、高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特性，是理想的節(jié)能環(huán)保長壽命光學(xué)材料，在建筑、交通和國防等領(lǐng)域有重要的價(jià)值。

　　在光轉(zhuǎn)換農(nóng)膜方面，將發(fā)光材料作為太陽光的轉(zhuǎn)光劑，加入到農(nóng)用塑料薄膜中制成農(nóng)膜，可以改善光合作用的光質(zhì)，提高農(nóng)作物光能利用率，從而可以促進(jìn)農(nóng)作物的早熟和增產(chǎn)。

　　在照明領(lǐng)域，享有第四代照明光源美譽(yù)的固體白光LED，以其節(jié)能、環(huán)保和長壽命的突出優(yōu)點(diǎn)受到越來越多科研人員的關(guān)注，LED將成為21世紀(jì)新一代的環(huán)保節(jié)能光源。正是因?yàn)槠溆兄渌彰鞴庠礋o可替代的優(yōu)點(diǎn)，包括中國、美國、日本和歐洲在內(nèi)的世界各國都加大了對(duì)這一領(lǐng)域的研究，都爭相搶占開發(fā)這一領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　鑒于節(jié)能燈在光效、壽命等方面的卓越性能，在全球應(yīng)對(duì)氣候變化和能源緊缺的背景下，近年來全球多個(gè)國家或地區(qū)先后推出了禁止使用白熾燈、推廣使用節(jié)能燈計(jì)劃。從全球范圍看，節(jié)能燈取代白熾燈的發(fā)展趨勢不可逆轉(zhuǎn)。

　　與鹵粉熒光燈相比，應(yīng)用了稀土發(fā)光材料的節(jié)能燈(稀土熒光燈)的光效更高、顯色性更好、使用壽命也更長，節(jié)能燈能夠在鹵粉熒光燈的基礎(chǔ)上節(jié)能30%-50%，顯色指數(shù)提高15%-40%，使用壽命增加3倍以上。

　　據(jù)了解，現(xiàn)有的LED照明光源使用直流電作為驅(qū)動(dòng)，在工作時(shí)必須經(jīng)交、直流電源轉(zhuǎn)換，能耗大、散熱差、成本高，因此，開發(fā)可直接使用交流電驅(qū)動(dòng)的新型LED照明產(chǎn)品是造福百姓、推進(jìn)LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大需求。另外，目前，該系列產(chǎn)品已通過我國的相關(guān)認(rèn)證，以及美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)、美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)、歐洲統(tǒng)一(CE)和歐盟環(huán)保(RoHS)等認(rèn)證，銷往美國、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多個(gè)國家，并已取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　2013年6月，中科院長(財(cái)苑)春應(yīng)用化學(xué)研究所與成都四川新力光源股份有限公司合作研發(fā)的“發(fā)光余輝壽命可控稀土LED發(fā)光材料研發(fā)及其在半導(dǎo)體照明中的應(yīng)用”成果，近日通過由中科院組織的成果鑒定。專家組認(rèn)為，該原創(chuàng)性稀土發(fā)光材料有效解決了國際上一直未能攻破的交流LED照明設(shè)備頻閃問題，并實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的跨越，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，使中國成為世界上唯一掌握通過稀土熒光粉生產(chǎn)低頻閃交流LED產(chǎn)品的國家。

　　節(jié)能燈用稀土熒光粉的需求量不斷加增，原因主要有兩方面：一是近年來發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)成為全球熱點(diǎn)，節(jié)能燈的使用能夠在很大程度上降低碳排放，各電光源廠商紛紛加大了LED節(jié)能燈的生產(chǎn)力度;二是由于我OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng)國近年加強(qiáng)了對(duì)稀土原材料出口的控制，國外廠家生產(chǎn)成本提高，逐漸退出了低利潤的節(jié)能燈用稀土發(fā)光材料市場。未來幾年隨著各國白熾燈淘汰政策的執(zhí)行和下游平板顯示屏市場需求的增加，稀土發(fā)光材料在LED照明應(yīng)用市場發(fā)展前景良好，增長潛力不斷擴(kuò)大。

　　總結(jié)：

　　伴隨著節(jié)能照明崛起，稀土發(fā)光材料在LED行業(yè)內(nèi)新技術(shù)新產(chǎn)品層出不窮，稀土發(fā)光材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用出現(xiàn)爆發(fā)式增長，稀土發(fā)光材料已經(jīng)成為節(jié)能照明和特種光源生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)材料。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，稀土發(fā)光材料行業(yè)未來在LED照明行業(yè)將發(fā)揮巨大的潛力。