稀土发光材料在LED产业的应用现状及潜力分析

        固体白光发光二极管（LED照明）将成为21世纪新一代的节能光源。要实现白光发射的重要途径之一是利用稀土发光材料的荧光转换技术，2014年以来，中国在稀土行业陆续公布了多项政策和措施，以推动稀土行业快速走出底部。随着WTO裁决中国稀土案败诉，新的稀土管控措施正在制定中。稀土发光材料在LED产业发挥的潜力越来越明显。 　　稀土发光材料的发光特性 　　稀土发光是由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的，因激发方式不同，发光可区分为光致发光、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。稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区OFweek半导体照明网有很强的发射能力等优点。稀土发光材料已广泛应用在显示显像、新光源、X射线增光屏等各个方面。 　　稀土发光材料的发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；而且荧光寿命从纳秒到毫秒，达到6个数量级；物理和化学性能稳定，耐高温，能承受大功率电子束，高能辐射和强紫外光的作用。正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高技术材料的主要研究对象。而随着现代科学研究的不断深入。 　　对稀土发光材料的研究已经开始趋向纳米化，将稀土发光材料纳米化无疑能在上述原始特性的基础上赋予它们纳米粒子的一些新的特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。可见，将稀土发光材料纳米化将会给这方面的科学研究注入新的活力，将更有利于发现新的发光材料和新的发光特性。 　　稀土发光材料在LED产业中应用现状 　　正是因为稀土发光材料具有一般发光材料无法替代的优点，所以它正广泛地应用于电光源照明、电视机显色材料、农用转换材料、X射线荧光粉、发光涂料及发光油墨等方面。其中电光源照明是其应用的最主要方面，灯用荧光粉的产量在所有荧光粉中占据首位。
目前全球白炽灯、卤粉荧光灯和节能灯的应用比例目前约为4：3：1，我国约为8：9：1。节能灯是目前应用技术最成熟的环保节能照明产品，是当前照明领域实施节能减排、加快淘汰白炽灯、实现节能照明的主要应用和推广对象。目前，我国是世界照明产品生产第一大国，2009年，我国白炽灯产量27.3亿只，荧光灯产量35亿只，其中，节能灯产量约30亿只，占荧光灯总产量的85%以上。因此，面对巨大的存量市场和增量市场，全球范围内淘汰白炽灯、推广节能灯举措的实施和卤粉荧光灯的加速替代，将带动我国节能灯生产行业的快速发展。 　　稀土发光材料当前产量减少，但技术有较大提升，2009年，我国节能荧光灯（以下简称“节能灯OFweek半导体照明网”）用稀土发光材料销量6，160吨，占稀土发光材料行业总销量的74.13%，从2010年至2013年，我国发光材料中稀土应用从5000吨降至2600吨，占稀土总消耗比例从5.78%降至3.1%。但稀土发光材料技术得到提升，2013年国产LED粉的市场占有率超过了进口粉，不过与国外技术还有一定的差距。随着逐渐淘汰白炽灯计划实施，LED将实现爆发式增长，渗透率可达20%，2013年LED灯具产量超过8.1亿只。 　　稀土发光材料在LED产业的应用前景 　　稀土长余辉发光材料是一种新型环保节能材料，它能在吸收太阳光和灯光的能量之后，将部分能量储存起来，然后缓慢地把储存的能量以可见光的形式释放出来，在光源撤除后仍能长时间地发出可见光，且还具有耐高温、耐摩擦、高强度、耐刻划、阻燃、高化学稳定性等优良特性，是理想的节能环保长寿命光学材料，在建筑、交通和国防等领域有重要的价值。 　　在光转换农膜方面，将发光材料作为太阳光的转光剂，加入到农用塑料薄膜中制成农膜，可以改善光合作用的光质，提高农作物光能利用率，从而可以促进农作物的早熟和增产。 　　在照明领域，享有第四代照明光源美誉的固体白光LED，以其节能、环保和长寿命的突出优点受到越来越多科研人员的关注，LED将成为21世纪新一代的环保节能光源。正是因为其有着其它照明光源无可替代的优点，包括中国、美国、日本和欧洲在内的世界各国都加大了对这一领域的研究，都争相抢占开发这一领域的知识产权。 　　鉴于节能灯在光效、寿命等方面的卓越性能，在全球应对气候变化和能源紧缺的背景下，近年来全球多个国家或地区先后推出了禁止使用白炽灯、推广使用节能灯计划。从全球范围看，节能灯取代白炽灯的发展趋势不可逆转。 　　与卤粉荧光灯相比，应用了稀土发光材料的节能灯（稀土荧光灯）的光效更高、显色性更好、使用寿命也更长，节能灯能够在卤粉荧光灯的基础上节能30%-50%，显色指数提高15%-40%，使用寿命增加3倍以上。 　　据了解，现有的LED照明光源使用直流电作为驱动，在工作时必须经交、直流电源转换，能耗大、散热差、成本高，因此，开发可直接使用交流电驱动的新型LED照明产品是造福百姓、推进LED照明产业发展的重大需求。另外，目前，该系列产品已通过我国的相关认证，以及美国保险商实验室(UL)、美国联邦通信委员会(FCC)、欧洲统一(CE)和欧盟环保(RoHS)等认证，销往美国、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多个国家，并已取得显著的经济效益。
　　2013年6月，中科院长(财苑)春应用化学研究所与成都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，近日通过由中科院组织的成果鉴定。专家组认为，该原创性稀土发光材料有效解决了国际上一直未能攻破的交流LED照明设备频闪问题，并实现了从基础研究到产业化的跨越，达到了国际领先水平，使中国成为世界上唯一掌握通过稀土荧光粉生产低频闪交流LED产品的国家。 　　节能灯用稀土荧光粉的需求量不断加增，原因主要有两方面：一是近年来发展低碳经济成为全球热点，节能灯的使用能够在很大程度上降低碳排放，各电光源厂商纷纷加大了LED节能灯的生产力度；二是由OFweek半导体照明网于我国近年加强了对稀土原材料出口的控制，国外厂家生产成本提高，逐渐退出了低利润的节能灯用稀土发光材料市场。未来几年随着各国白炽灯淘汰政策的执行和下游平板显示屏市场需求的增加，稀土发光材料在LED照明应用市场发展前景良好，增长潜力不断扩大。 　　总结： 　　伴随着节能照明崛起，稀土发光材料在LED行业内新技术新产品层出不穷，稀土发光材料的产业应用出现爆发式增长，稀土发光材料已经成为节能照明和特种光源生产中不可或缺的基础材料。随着应用领域的不断拓展，稀土发光材料行业未来在LED照明行业将发挥巨大的潜力。