Директор на отдела за луминисценция на редки земни нови материали Co., Ltd.
Ключови материали за Бялата книга за научноизследователската индустрия за осветлението на Аладин 2018
Луминесцентните материали за редки пръст са един от основните материали за текущи осветителни, дисплейни и информационни детектори и са необходими за разработването на технологии за следващо поколение осветление и дисплей. Понастоящем научноизследователската и развойната дейност и производството на луминисцентни материали от редкоземни елементи са съсредоточени основно в Китай, Япония, Съединените щати, Германия и Южна Корея. Китай се превърна в най-големият производител и потребител на луминисцентни материали от редкоземни елементи. В областта на дисплея широка цветова гама, голям размер, дисплей с висока разделителна способност е важна тенденция за развитие в бъдеще. Понастоящем има много начини за постигане на широка цветова гама, като дисплей с течни кристали, QLED, OLED и лазерна технология, сред които технологията за течнокристални дисплеи е вече достъпна. Създадена е много пълна технология с течни кристални дисплеи и индустриална верига, с най-голямо предимство за разходите, също е фокусът на вътрешното и външното развитие на дисплейното предприятие. В областта на осветлението, пълното спектрално осветление като слънчевата светлина се превърна в центъра на индустрията като по-здравословен начин на осветление. Като важна насока за развитие на бъдещото осветление, лазерното осветление е привлякло все повече внимание през последните години и е първото, което се прилага в автомобилните осветителни системи за фарове, които могат да получат много по-голяма яркост от ксеноновите фарове или LED светлините. По-ниско потребление на енергия. Като жизнено необходим фактор за растежа и развитието на растенията светлинната среда може да подобри растежа на растенията, да намали резултатите от цъфтежа на растенията, да подобри добива на растенията и производствения капацитет чрез регулиране на качеството на светлината, морфология на контролните растения и да се превърне в глобален фокус. Висококачествен луминесцентен материал, подходящ за осветление на растенията. В областта на разкриването на информация Интернет на нещата и биометричните (биометрични) технологии имат пазарна перспектива от трилиони долари, а основните компоненти на двата вида изискват сензори NIR, използващи луминисцентни материали от редкоземни елементи. С подмяната на устройствата за осветяване и показване, луминисцентните материали от редкоземни елементи, които са основни материали, се подлагат на бързи промени. Настоящото състояние и тенденциите на развитие на луминисцентните материали са описани по-долу.
1 висококачествена дисплейна технология с луминесцентни материали
1.1 Широк цветен LCD дисплей с течни кристали
През последните години дисплеят с течни кристали (LCD) е най-силният в дисплея с плосък панел и се превръща в водеща технология в областта на плоския дисплей [1]. Дисплеите с течни кристали, базирани на бели светодиоди (LED), имат изключителни предимства като добро възпроизвеждане на цветовете, ниска консумация на енергия и дълъг живот. Понастоящем процентът на проникване в областта на течнокристалните дисплеи е надвишил 95%. За метода на генериране на бели светодиоди за течнокристален дисплей методът "син LED-чип + фосфор" все още е текущото генериране на бели светодиоди поради високата техническа зрялост и сравнително ниските разходи поради цялостното отчитане на технологията, производителността и разходите. Основният начин [2]. За LED дисплея с течни кристали, бялата светлина, генерирана от "синята LED чип + фосфор", след филтриране и разделяне, трябва да произвежда чиста червена, синя и зелена светлина, така че фосфорът определя цвета на LCD подсветката LCD. Ключовият фактор на домейна [3].
Понастоящем фосфорите, които обикновено се използват при LED дисплей с течни кристали, са Y3Al5O12: CE (YAG: CE) фосфорна система и SIAlON: зелен фосфор в ЕС (частично със силикатен зелен прах) и комбинация от нитрид червен фосфор [4, 5]. Тъй като спектралните пикове на първата са сравнително широки и чистотата на цветовете не е добра, обхватът на дисплея на цветовата гама на дисплея е около 70% NTSC, докато последната техническа схема показва, че диапазонът на цветовата гама може да бъде увеличен до 80 % NTSC, но цветните координати на зеления прах. Стойността на цветната координатна стойност x на стойността y и на червения прах са ниски, а обхватът на дисплея на цветовата гама е трудно да достигне 85% NTSC или повече и светлинният ефект е с 40% по-нисък от предишното техническо решение. Технологията с широкоекранен цветен LCD дисплей с течни кристали се отнася до цветова гама на дисплея с 90% NTSC или повече, която може точно да показва изображения и богати цветове и да реализира зашеметяващия визуален ефект от възстановяването на реалния свят. Понастоящем ключовото внедряване на широкоекранния дисплей за осветяване на задната светлина в цветовата гама е системата "син чип + SIAlON: зелен прах + флуорид-червен прах" [6]. Ефективността на новите високоефективни флуоридни фосфорни лампи за течни кристални дисплеи с широк цветен обхват, разработени от държавните научни изследвания на редкоземни елементи, е на ниво, сравнимо с международното ниво, особено развитието на единствения търговски достъпен лантанид флуорид фосфор. Вътрешен SIAlON: Ефективността на зеления прах в ЕС все още е далеч от чуждите страни. Въпреки че домашните редки пръст могат да бъдат използвани за постигане на голям обем SIAlON: зелен прах в ЕС в малки партиди, основните му пазари са монополизирани от чуждестранни компании.
Понастоящем нивото на индустриализация на цветовата гама от течни кристали, базирано на нови LED подсветки, е надвишило 90% NTSC. Необходимо е спешно да се разработят нови фосфорни и светодиодни осветителни тела и допълнително да се увеличи цветовата гама от течни кристали до 110% технология NTSC и OLED / QLED. За щастие, разработването на теснолентов прахообразен емисионен прах с по-дълга дължина на вълната от съществуващите флуориди фосфор и зелен прах с по-висока чистота от SIAlON: зеленото розово от ЕС вече започна да се появява и се очаква да достигне нивото на приложение през следващите 2 -3 години. Тя със сигурност ще изгради много пълна технология с течнокристални дисплеи и индустриална верига в Китай и ще завладее командните височини на бъдещата широка цветова гама течни кристални дисплейни технологии и ще реализира много добра материална основа за пробива и навлизането на течни кристали дисплейна технология в Китай.
1.2 Други нововъзникващи луминисцентни материали за дисплейните технологии
OLED има много предимства като активно осветление, висока яркост, добра луминисцентна цветова чистота, ярък цвят, ниска консумация на енергия, ултра тънко и гъвкаво устройство и т.н. Тя е от полза за пълноцветен дисплей и има добри перспективи за развитие на дисплея област. [7]. Потенциалът за приложение на технологията за OLED дисплей в устройства, които могат да се носят, като телевизори, мобилни терминали, VR, часовници и т.н., както и домашните OLED панели, постепенно се разпознават от пазара и ще осигуряват експлозивна мощност за индустрията на OLED дисплеите [ 9]. Според проучване на пазара, OLED телевизорите в САЩ от висок клас на пазара от 3 000 щатски долара, пазарният дял през първото тримесечие на 2017 г. достига 65%, 55 инча може да достигне 100%, същата ситуация в Европа [12]. Поради това технологията за OLED дисплей все още има добра перспектива за приложение. Луминесцентните материали (червено, синьо, зелено) са важни компоненти на OLED дисплейни устройства, които директно определят производителността и употребата на устройството [8]. Луминисцентните материали, които отговарят на изискванията за приложение, трябва да имат добри общи свойства, като висока яркост и квант. Добив; голям диапазон на абсорбция и широк обхват на възбуждане при възбуждане в близост до ултравиолетова или синя светлина; природосъобразен; добра толерантност към UV светлина; добро представяне на превозвача; добра термична стабилност, образуване на филм [10-11], общата производителност на луминесцентни материали за OLED дисплей все още се нуждае от допълнително подобрение.
Материалът на квантовата точка има отлични луминесцентни свойства, висока квантова ефективност, непрекъснато регулируема светлинна дължина на вълната и тесен полу-пик ширина. Квантовата точка се използва за заместване на традиционния фосфор, за да се увеличи цветовата гама на дисплея до 110% NTSC [13]. Все пак, все още има няколко пречки при прилагането на луминесцентни материали с квантова точка, които трябва да бъдат преодолени.
На първо място, поради малкия размер и голямата специфична повърхност на нанокристалните частици, под действието на светлина, топлина и химия, нанокристалните частици са склонни към окисляване и разлагане, което води до рязък спад в оптичните характеристики. Проблемът за разпадане на светлина при работна температура се е превърнал в ограничение. Основните препятствия пред ефективността на светлината и продължителността на живот на квантовите бели светодиоди.
На второ място, въпреки че квантовите точки са по-лесно смесени с материали като капсуланти, отколкото с конвенционалните редкоземни фосфор, поради проблеми с междуфазовата съвместимост агломерацията и разделянето на фазите все още съществуват, когато нанокристалите се смесват с пакетирана среда, което води до LED светлина на продукта. Трудно е да се подобри допълнително ефективността. Използването на луминесцентни материали с квантова точка също е алтернативен технически подход към изготвянето на широкоекранен цветен дисплей, но поради високата цена и сложността на компонентите, а квантовият материал съдържа Cd, той има отрицателно въздействие върху околната среда, и поради своята цена тя не е била действително приложена в мащаб [13].
Стабилността на луминесцентните материали с квантовата точка е основният фактор, ограничаващ нейната маркетизация. Съответните изследователи провеждат редица свързани проучвания по този въпрос. С подобряването на стабилността на материала, полуживотът на квантовите бели светодиоди може да се предвиди в рамките на три години. То ще достигне повече от 10 000 часа, а пазарът ще бъде създаден едновременно [14].
Полето на показване на квантовата точка е в отслабването на Китай, Съединените щати и Южна Корея, а конкуренцията е ожесточена. За щастие Китай има известни предимства в основните материали, прототипи и процеси. Очаква се компанията да предостави добра възможност за демонстрационната индустрия в Китай да пробие патентованата блокада на чужди технологични маршрути и да осъществи "променящото се изпреварване".
2 висококачествена осветителна технология с луминесцентни материали
2.1 Луминесцентни материали за пълноцветно осветление
С ускореното проникване на бели светодиоди в областта на осветлението се увеличава и търсенето на качество на бели светодиодни източници на светлина. Особено във вътрешното осветление фокусът върху бели светодиодни източници на светлина е бил преследван само от самото начало. "Превръщайки се в" високото качество "на цветовите ефекти, като индекс на цветопредаване, цветна температура и дори преследването на пълноспектното осветление, подобно на слънчевата светлина, местните и чуждестранни опаковъчни компании ускориха разработването на пълен спектър от LED продукти [ 15-16] Понастоящем широкоспектърните LED реализации включват предимно мултичипов и едночипов тип [17], сред които еднополюсният тип има предимствата на простото внедряване, ниския разход и по-непрекъснатия спектър, който стана първият избор за предприятията за опаковане.Инцепцията с един чип е разделена на технология със сини чипове (син чип + многоцветна фосфорна емисия) и ултравиолетов / почти ултравиолетов чип (UV / близък ултравиолетов чип + многоцветна емисия фосфор ) технология [18-20] В технологията "сини чипове" има сериозна спектрална загуба в синьо-зелената част на спектъра на устройството и е теоретично трудно да се постигне висококачествен пълен спектър на здравословен осветление ация. Понастоящем технологиите с ултравиолетови и ултравиолетови чипове в полупроводниците от трето поколение, които са в процес на разработка в страната, стават все по-зрели, а технологията за ултравиолетовите чипове с ултравиолетова или ултравиолетова струя се превърна в технология на избор за пълен спектър осветление.
Синьо-възбудената фосфорна технология стана по-зряла, но повечето от тези фосфор не могат да бъдат възбудени от виолетовата светлина. Понастоящем възбуждането на ултравиолетовите / ултравиолетовите чипове се изследва повече със зелен, жълт и червен фосфор [21-23], но това е често срещано явление. Проблемът е, че осветителната ефективност е ниска и е трудно да се отговори на практическите приложения. Развитието на фосфори, подходящи за високоефективно възбуждане на виолетовата светлина, широколентовите емисии и ниската степен на взаимна абсорбция между фосфори от различни цветове, се превръща в изследователски фокус на индустрията и е важна сила за Китай да постигне пробив в областта на интелектуалната собственост в областта на осветлението в бъдеще. Ето защо, в областта на пълното спектрално осветление, ние ще се възползваме от възможностите за развитие и тенденциите на полупроводниковите технологии с високо енергийно и къси вълни от трето поколение и ще разработим нови луминисцентни материали, особено за новите UV / NUV чипове, които са важни за зелено здраве осветление. Opportunity.
2.2 Луминесцентни материали за възбуждане на енергия с висока плътност
Светодиодното осветление се превърна в неоспоримата основна технология за осветление и се очаква до 2020 г. само полупроводниковото осветление да достигне трилиона пазарни размера [24]. В сравнение с първото и второто поколение полупроводникови материали, полупроводниковият материал от трето поколение има предимствата на високо напрежение на разрушаване, забранена широчина на честотната лента, висока топлопроводимост, висока степен на насищане на електрони, силна радиационна устойчивост и висока светлинна ефективност и висока честота. Тя може да се използва широко в много стратегически нововъзникващи индустрии, като например полупроводниковото осветление, за да се насърчи и подкрепи следващото поколение индустриални промени. Третото поколение полупроводникови материали, използвани в областта на твърдото осветление, могат значително да подобрят ефективността на светлината и качеството на цвета на светлината на устройството, но важната характеристика на източника на полупроводно осветление от трето поколение е увеличаването на плътността на тока и дължината на вълната от излъчената светлина на чипа към посоката на къси вълни с висока енергия [25]. Предвид факта, че луминисцентният материал директно определя ефективността на светлината и качеството на източника на светлина, характеристиките на възбуждане и стабилността на съществуващите серии от фосфор, като например класическия алуминат, не могат да отговорят на изискванията за възбуждане на енергийната енергия на третия генератор полупроводникови, така че е спешно да се пробие през трето поколение полупроводник. Източник на енергия с висока плътност, който ефективно възбужда и образува висококачествена бяла светлина и нов тип флуоресцентен материал и технология за подготовка.
Поради явлението "значително намаляване на ефективността" на светодиодите, т.е. при работа при високи токови плътности, вътрешната квантова ефективност ще спадне рязко. В момента учени от цял свят търсят ново поколение висококачествени източници на светлина, изобретателят на диоди със синя светлина, Накамура Шуджи. В близко бъдеще LED технологията в крайна сметка ще бъде заместена от лазерни диоди, поради физическите граници на неговата светлинна ефективност. В сравнение с LED осветлението, лазерното осветление може да постигне по-висока ефективност. Полупроводниковият лазер се счита за най-обещаващото висококачествено осветление и висококачествен източник на светлина за LED след LED. Тя ще се превърне в тенденция за развитие в бъдещата индустрия за осветление и дисплей. Технологията за лазерно изобразяване с флуоресценция е приложена в широкомащабни дисплейни полета, като например лазерна телевизия, лазерна проекция и лазерно кино [26-27]. Подобно на LED осветлението, материалите за флуоресцентно превръщане са също така ключовите материали за постигане на бяла светлина при лазерно осветление. Лазерите имат по-висока енергийна плътност и следователно имат по-високи изисквания за способността на флуоресцентните материали за преобразуване да се противопоставят на леки повреди [28]. Разработването на нови флуоресцентни материали от редкоземни метали с висока стабилност и висока ефективност на преобразуване и тяхната технология на нанасяне ще бъде основно предизвикателство за лазерно осветление в бъдеще, което ще доведе до индустриализиращо търсене на нови флуоресцентни материали от редкоземни елементи и техните керамични и кристални елементи.
3 луминесцентни материали със специален източник на светлина
3.1 Луминисцентни материали за осветление на растенията
През последните години, с развитието на оптоелектронни технологии, светодиодната ефективност на светлината е значително подобрена, а приложението на LED в заводите за растения е широко засегнато от страни по целия свят. LED има предимствата на малък размер, дълъг живот, ниско генериране на топлина и т.н. Освен това уникалното предимство на дължината на вълната, широката регулируемост и т.н. се счита за ефективен алтернативен източник на светлина за фабриките за изкуствени леки растения [29]. Пазарните перспективи за прилагане на LED в осветлението на заводите са доста оптимистични и се очаква пазарът да се разраства бързо. През 2017 г. пазарът на осветителни инсталации (система) е бил около 690 милиона щатски долара, включително 193 милиона LED лампи. Смята се, че до 2020 г. пазарът на осветление (система) ще нарасне до 1,424 милиарда щатски долара, а светодиодните лампи ще нараснат до 356 милиона щатски долара. Понастоящем режимът на светодиодно осветление е главно син LED или чип с ултравиолетови LED + фосфор. В бъдеще фосфорът за осветление на растенията също ще бъде една от важните суровини за реализиране на устройствата за осветление на растенията.
Основният енергиен източник, необходим за растежа и развитието на растенията, е лек, но абсорбцията на светлина от растенията не е пълна, а селективна, докато абсорбционният спектър на светлината от различни зелени растения е основно същият [30], хлорофилът е най- светлинна вълна. Има две силни абсорбиращи зони. Едната е синята и виолетова част с дължина на вълната 400-500 nm. Абсорбцията на оранжевата и жълтата светлина е по-малка и абсорбцията на зелена светлина е най-малката, така че разтворът на хлорофил е зелен, а другият е на дължина на вълната. За червената част от 640-660 nm, червената светлина е от полза за синтеза на растителни въглехидрати и ускорява растежа и развитието на растенията. Ето защо, ефективното осветление на растенията се постига чрез комбинация от 400-500 nm синя светлина и ултра червена светлина 640-660 nm и някои светодиоди с бяла светлина.
Освен това, в допълнение към горните два вида светлина, които растенията трябва да абсорбират, растенията също имат фоторецепторни системи (фоторецептори). Най-важният фоторецептор в растенията е фитохромът, който абсорбира червена или много червена светлина. Той е изключително чувствителен към червената и далеч червената светлина и участва в целия растеж и развитие на растенията от кълняемост до зрялост. Фитохромът в растенията съществува в две относително стабилни състояния: абсорбция на червена светлина (PR, lmax = 660 nm) и абсорбция на червената светлина (PR, lMAX = 730 nm), които могат да бъдат трансформирани една до друга. също трябва да има далеч червена светлина от 730 nm [31]. Синият прах се възбужда от ултравиолетов / близък UV чип, главно на основата на алуминиев, силикатен, фосфатен и нитрид, а ЕС2 + е луминесцентен йон [32-33]. Повечето от тъмночервените фосфор се получават от плазма ЕС, MN или CE или се комбинират с MN2 + [34-35]. Проучването на фосфорите в тези две ленти е широкообхватно и текущата технология е относително зряла и практически може да се приложи към растенията. Въпреки това има малко проучвания върху далекочервените фосфор за растенията фитохром и тяхната осветеност е все още на ниско ниво, което е трудно практически да се приложи. Поради това разработването на нови далеко-инфрачервени луминесцентни материали, съответстващи на областта на растителното осветление, решаването на техническите техники за подготовка на ключовете, както и изследването на съотношението на светлината за сините, червените и червените фосфорни, използвани за осветяване, е приносът на растенията осветление до днес. Ключовото направление на развитието на био-земеделието.
3.2 Луминесцентни материали за източници на близко инфрачервено осветление
Близката инфрачервена светлина се отнася до електромагнитни вълни с дължина на вълната в диапазона 780-2526 nm. През последните години приложението на близките инфрачервени детектори в областта на разпознаването на лица, разпознаването на ириса, мониторинга на сигурността, лазерния радар, детектирането на здравето, 3D наблюдението и т.н. бързо се развива и се превръща в международен изследователски фокус [36-38]. Смята се, че близко-инфрачервеният детектор ще достигне 25 милиарда долара на световния пазар за биометрична идентификация през 2020 г., от които само общата стойност на продукцията на технологията за разпознаване на ириса ще достигне 3,5 милиарда щатски долара. Инфрачервените детектори са важна част от системите за комуникация и интернет и има спешна нужда от устройства с близка инфрачервена (особено 780-1600nm) устройства, които излъчват високоефективен теснолентов или специален широколентов достъп. Понастоящем патентът на инфрачервения чип се овладява от чужди държави, особено чипът с дължина на вълната над 1000 nm е с ниска ефективност, с висока цена и монополизиран от чужди патенти и технологии. Необходимо е спешно да се разработи високоенергиен зрял виолетово-син чип, който да стимулира високоефективното инфрачервено устройство, превърнато от фосфор. В края на 2016 г. OSRAM пусна първото синьо-светлинен чип с близък инфрачервен инфрачервен фосфор близък инфрачервен LED за измерване на съдържанието на мазнини, протеини, влага или захар в храната. Внедряването на пакета с син чип и близкия инфрачервен фосфор композитен пакет има предимствата на прост процес на подготовка, ниска цена, висока ефективност на светлината и други подобни и е широко засегната в международен мащаб. Ето защо е изключително спешно да се разработи нов тип близко-инфрачервен фосфор за всяка лента от почти инфрачервени светодиоди, за да се реализират разнообразните изисквания за прилагане.
Според класификацията на близката инфрачервена светлина близката инфрачервена дългина вълна е 1100-2526 nm, а инфрачервеният фосфор с дълги вълни използва главно Er3 + и Ni2 + като осветител. Понастоящем в тази област са направени редица ползотворни научни разработки [39]. Фосфорите с различни дължини на вълните на близките инфрачервени дълги вълни са изследвани и енергийният трансфер е реализиран чрез въвеждането на сенсибилизирани йони и т.н., а ефективността на светлината е значително подобрена [40].
Близката инфрачервена късо вълна е 780 ~ 1100nm, а инфрачервеният късовълнов фосфор се състои главно от Cr3 +, Yb3 + и Nd3 + [41-42]. Понастоящем индустрията е получила сравнително богата материална система в областта на близките инфрачервени луминесцентни материали, но общият проблем е, че ефективността на светлината е ниска, а някои системи са с лоша стабилност и все още не могат да отговорят на търсенето на пазара. Поради това разработването на нов тип близко-инфрачервени луминесцентни материали, пробиващо виолетово-синьото светлинно излъчване на инфрачервения флуоресцентен прах и неговата технология за подготовка на ключове, и постоянно подобрява неговата ефективност на светлината и постепенно заменя близкия инфрачервен чип.
4. Заключение
Накратко, технологията за осветяване и дисплей, базирана на високоефективния и евтин синя LED чип, е приложена зряло. Сред тях са подобрените характеристики на фосфорните алуминиеви и нитридни системи, подходящи за възбуждане със синя светлина, но при пълноспектърно осветление и голяма енергоспестяваща технология и изисквания за приложение, разработването на нови фосфорни и високоефективни флуоресцентни материали от керамика или единичен кристал са спешно необходими. В областта на дисплея, въпреки че технологиите за QLED, OLED и възбуждане се развиват бързо, развитието на нови фосфор се очаква да компенсира относителната липса на цветова гама от дисплей с течни кристали. Технологията за подсветка на течни кристали, базирана на сини LED чипове, е все още изключително голяма. жизненост. Освен това чрез иновациите на материалните системи, базирани на сини светодиоди, се очаква да се получат високоефективни инфрачервени и дори ултравиолетови невидими източници на светлина. Използването на фосфорни материали и технологични нововъведения в гореспоменатите области е важен начин за реализиране на основния патент, пробив и индустриално развитие на китайските материали и дори фотоволтаични устройства.
