稀土发光材料在固体白光LED照明中的应用分析

＊刘 哲

（内蒙古稀土功能材料创新中心有限责任公司 内蒙古 014060）

结合21世纪的技术研究做分析可知固体白光LED照明会成为21世纪的新一代节能光源，所以深入研究固体白光LED照明是有显著现实意义的。就固体白光LED照明的研究结果来看，白光发射目标要实现的重要途径之一是利用稀土发光材料的荧光转换技术。从现阶段掌握的资料分析来看，稀土发光材料在固体白光LED照明中所发挥的价值是巨大的，所以研究稀土发光材料的具体特点，讨论分析其在固体白光LED照明的具体应用，并总结稀土发光材料在固体白光LED照明中的应用以及发展趋势，这对于更好的开发和利用稀土发光材料，更好的发展固体白光LED照明产业有突出现实价值。

1.稀土发光材料的发光特性

稀土发光材料之所以能够在固体白光LED照明中被广泛使用，主要是因为其存在着发光特性。结合目前的研究结果进行总结，可知稀土之所以会发光主要是因为稀土4f电子会在不同的能级跃出。受激发方式的差异性影响，稀土的发光区可以分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、放射性发光、X射线发光、摩擦发光、化学发光和生物发光等。对稀土发光进行分析可知其具有吸收能力强和转换效率高两大特点，因为两大特点的存在，稀土材料可以发射从紫外线到红外光的光谱，特别是在可见光区的OFweek半导体照明中具有非常强的发射能力。现如今，基于稀土材料的发光特性，其在显示显像、新光源以及X射线增光屏等方面有着比较广泛的利用。

实验表明稀土发光材料的荧光寿命能够从纳秒到毫秒，能够达到6个数量级，且其化学性能与物理性能均存在稳定性[1]。此外，其可以耐受高温，能够承受大功率的电子束。正是因为稀土发光材料的性能比较优异，所以稀土材料成为了探寻高技术材料的主要研究对象。现如今，在科学研究不断深化的大环境下，对稀土发光材料的研究也在持续深入，比如目前已经将稀土发光材料的研究推向了纳米化。就社会实践来看，将稀土发光材料纳米化可以让稀土材料在保留原始特性的基础上具备一些新的特性，比如量子尺寸效应、小尺寸效应。总的来讲，将稀土发光材料纳米化会为相关的研究注入新的活力，这对于发现新的发光材料并了解新的发光特性有积极意义。

2.稀土发光材料在固体白光LED照明中的应用

结合上文的具体分析可知，稀土发光材料在实际应用中具备一般的发光材料所无法替代的优势，所以其在电光源照明、电视机显色材料以及发光涂料等领域有广泛的应用，尤其是其在电光源照明方面的利用受到了整个行业的关注。

对现阶段的全球白炽灯、卤粉荧光灯和节能灯的具体应用比例进行调研可知，其具体的比例是4:3:1，在我国，这一比例是8:9:1。对现阶段的电光源照明产品进行分析可知其中技术最为成熟的节能环保照明产品是节能灯，为了尽快的落实节能减排、节能降耗目标，加快白炽灯的淘汰，节能照明是目前电光源照明中主要应用对象和主要推广对象[2]。就现阶段的数据调研结果来看，世界照明产品第一生产大国是我国。对我国照明产品进行产量统计可知，在2009年，我国白炽灯生产量为27.3亿只，荧光灯生产量是35亿只，其中节能灯的产量约为30亿只，其在荧光灯产量中的占比超过了85%。在巨大的存量市场和增量市场环境下，全国范围内开展淘汰白炽灯工作，并推广节能灯，实际上就是利用卤粉荧光灯来实现对白炽灯的代替，所以我国的节能灯生产行业获得了快速的发展。

稀土发光材料是生产固体白光LED照明灯的重要材料，虽然目前的稀土发光材料产量在减少，但是因为相关的技术有了明显的提升，所以稀土发光材料依然是生产固体白光LED照明灯的重要原料[3]。从相关数据统计来看，我国每年的稀土消耗量中，用于固体白光LED照明灯产生的消耗量占比超过了70%。对近年来稀土的产量进行统计，发现其产量呈现出了逐年递减的趋势，但是用于固体白光LED照明灯的稀土发光材料却呈现出了用量提升的情况。在节能减排发展理念进一步落实的大环境下，白炽灯的淘汰速度只会越来越快，在这样的背景下，LED照明会呈现出爆发式增长的局面。所以在接下来的很长一段时间内，稀土发光材料都会作为固体白光LED照明灯生产的关键性材料被重点使用，所以在固体白光LED照明灯生产实践中，稀土发光材料的重要价值和高水平应用研究是不可忽视的。

3.稀土发光材料在固体白光LED照明的应用前景

从产业发展的角度来看，固体白光LED照明灯的生产是离不开稀土发光材料的，所以稀土发光材料在相关行业中的应用是存在巨大潜力的。结合目前的现实研究做分析可知稀土发光材料作为一种具有环保性和节能性的材料，其能够在大量吸收太阳光和灯光的能量之后将其进行存储，并会缓慢的将存储的能量以可见光的方式进行释放，即使在撤除光源之后，其依然可以长时间的发出可见光，而且其还具备耐高温、耐摩擦、高强度、阻燃以及化学稳定性高等突出的优势。正是因为这些优势的存在，稀土发光材料被作为节能环保的理想材料在诸多领域受到了重视。

在光转换农膜方面，稀土发光材料可以作为太阳光的转光机，将其加入到农用塑料薄膜当中制成农用膜，其能够在光合作用光质改善方面发挥积极的作用，从而使农作物的光能利用率显著性提升，这对于农作物的早熟以及增长是有显著价值的[4]。在照明领域，享有第四代照明光源美誉的固体白光LED，其在节能、环保以及寿命等方面存在着明显的优势，所以越来越多的科研人员开始关注固体白光LED照明，将其作为本世纪新一代的节能环保光源。正是因为固体白光LED照明和其他光源相比存在着无与伦比的优势，所以世界各国，如中国、美国、日本以及欧洲各国都在此领域的研究方面投入了大量的资源。

因为固体白光LED照明在光效、寿命等方面存在着显著的优势，所以在全球应对气候变化以及能源紧张问题的大环境下，越来越多的国家开始推出禁止白炽灯的政策，转而推动固体白光LED照明计划的实施[5]。从全球范围来看，固体白光LED照明取代白炽灯已经成为了不可逆的趋势。和一般的卤粉荧光灯进行比较，利用了稀土发光材料的固体白光LED照明在光效方面表现更好，且其有更加突出的显色性，使用寿命也更长。通过实验对比发现固体白光LED照明能够在卤粉荧光灯基础上节能30%～50%，显色指数会提升15%～40%，其使用寿命会增加3倍以上。

就目前的研究来看，现有的固体白光LED照明在使用的时候一般会利用直流电作为主要驱动，在工作的时候必须要经过交流电转换，所以会出现能耗大、散热差以及成本高等问题。从节能的角度进行考虑，开发直接使用交流电驱动的固体白光LED照明产品势在必行，而且发展能够满足节能需要和老百姓照明需要的固体白光LED照明，这对于推动固体白光LED照明产业发展是有显著意义的。目前，固体白光LED照明系列产品已经通过了我国的相关认证，而且国际上也通过了相同的认证，所以我国的固体白光LED照明产品已经可以供应世界，并且取得了不错的经济效益[6]。在2013年6月的时候，中科院与成都的四川新力光源股份有限公司合作研发的“发光余辉寿命可控稀土LED发光材料研发及其在半导体照明中的应用”成果由中科院组织进行成果鉴定。鉴定专家组在一系列实验和分析后明确表示：该原创性稀土发光材料有效地解决了一直以来没有被攻破的交流LED照明设备闪屏问题，而且该成果实现了从基础研究工作到产业化发展的跨越，具备了国际先进水准。这一成果在产业发展中的利用势必会让中国成为唯一一个掌握通过稀土荧光粉生产低频闪交电LED产品的国家。

现阶段，固体白光LED照明生产实践中稀土荧光粉的需求量呈现出了不断增加的趋势，对出现此种情况的具体原因进行分析，主要原因有两个：（1）近年来，随着世界性环境问题的日益频发，低碳经济成为了全球经济发展的关注特点，固体白光LED照明的使用可以很大程度上降低碳排放，从而达到节能降碳的目的，所以各电光源厂纷纷投入到了固体白光LED照明的研究和生产实践中[7]。（2）我国OFweek半导体照明网近年来加强了对稀土原材料出口的控制，所以国外厂家的生产成本被显著拖高，在这种情况下，国外厂家逐渐推出了低利润的固体白光LED照明生产。就目前的发展趋势来看，在未来很长的一段时间内，随着白炽灯淘汰政策的进一步落实和平板显示屏市场需求的增加，稀土发光材料在固体白光LED照明应用市场中会有比较好的发展前景，其增长潜力是巨大的。

4.稀土发光材料在固体白光LED照明中的应用思考

就上文的分析来看，稀土发光材料在固体白光LED照明中的具体应用是存在巨大前景的。为了让稀土发光材料在固体白光LED照明当中的具体利用呈现出更加显著的效果，结合目前的实践做分析，在未来的固体白光LED照明中，稀土发光材料要实现高水平应用，需要思考如下方面。

第一是政策支持。对我国经济发展做分析可知虽然我国构建了市场经济体制，且在不断的尝试和优化中，市场经济体制的成熟性有了明显的提升，但是不可否认，各行各业的发展与国家发展政策或者是相关战略的部署实施是有显著关系的。所以要深度发展某一领域，或者是需要强调某行业的进一步发展，需要有相关的政策作为引导，同时政策可以成为行业发展的重要保障[8]。从国家层面上来看，节能产业发展关乎国家持续发展大计，所以在固体白光LED照明产业的发展实践中，国家需要对稀土发光材料的具体应用给予政策方面的支持，这样可以推进该行业向前发展。

第二是技术进步。上文提到，在固体白光LED照明中要具体使用稀土发光材料，技术进步是非常必要的，一方面，技术进步可以提高稀土发光材料的利用率，可以有效减少资源的浪费情况发生，另一方面，技术进步可以突破某些方面的限制，从而使稀土发光材料的整体应用有效性获得显著提升，这不仅对稀土发光材料的应用发展有积极意义，对固体白光LED照明产业的整体进步也有显著价值。以目前的实践来看，我国的科研机构需要做好强强联合，要通过技术互补或者是资源共享等方式推动技术革新，以此来让相关行业发展获得更加先进的技术支持。

第三是人才培养。行业的发展与人才有着密不可分的关系，所以要让固体白光LED照明产业发展中实现稀土发光材料的科学、合理利用，需要结合产业发展来强调专业人才的培养[9]。一方面，学校需要在人才培养方面发力，相关机构需要与学校合作进行专门的人才培养，这样可以解决相关产业发展实践中人才不足的问题。另一方面，企业在发展实践中需要强调人才专业性培训工作，要结合企业的实际情况以及产业发展实践中的技术应用现状来做好人员培训计划的制定和实施，这样，人才培养工作的效果会更加突出，其在产业发展实践中的表现会更加显著。

5.结束语

综上所述，稀土发光材料作为一种重要的材料，其在固体白光LED照明中的具体利用会产生突出现实价值，所以思考固体白光LED照明中的稀土发光材料具体使用是非常必要的。文章对稀土发光材料的发光特性进行阐述，并结合现实调查对目前固体白光LED照明中的稀土发光材料应用进行总结，同时思考固体白光LED照明中稀土发光材料的应用前景以及在应用中需要反思的问题，目的是要为当前的工作实践提供指导。