稀土发光材料

1、稀土发光材料早在廿世纪初就发现掺 Eu3+的 Gd2O3具有咼效的阴极射线发光和光致发光 性能，但稀土发光材料的研究和应用的飞速进展则是在廿世纪六十年代中期Eu3+激活的丫2O2S 等红色高效高色纯度的阴极射线荧光粉问世之后，稀土发光材料 的研究和发展开始覆盖整个固体发光领域。稀土发光材料具有许多优点：吸收激 发能量的能力强，转换效率高；发射光谱范围宽，从紫外到红外；荧光寿命从纳 秒到毫秒，磷光最长达十多个小时；材料的物理化学性能稳定，能承受大功率的 电子束，高能射线和强紫外光的作用等。 今天，稀土发光材料已广泛应用于显示 显像，新光源，X 射线增感屏，核物理探测等领域，并向其它高技术领域扩展

2、。物质发光过程有激励、能量传输和发光三个过程。激励方式主要有电子束 激发，光激发和电场激发。电子束激发有阴极射线（CR）发光材料，真空荧光（VF）材料，场发射（FE）显示材料；光激发有荧光灯用发光材料，等离子显 示（PDP）发光材料，X 射线激发光材料等；电场激发有电致发光（EL）材料， 发光二极管（LED）材料。1 阴极射线（CRT）稀土发光材料表 1 阴极射线稀土发光材料组份发光色余辉用途3+Y2O2S:Eu3红M彩电，终端显示Y2O2S:Eu3红M投影电视Y3(AI,Ga)5Oi2：Tb3绿M投影电视Y2SiO5：Tb3绿M投影电视3+lnB03：Tb绿M终端显示lnBO3：Eu3+红M

3、终端显示Y2SiO5：Ce3415 nmS束电子引示管 (Beam in dex tube)Y3Al3Ga2O12：Ce3520nmS束电子引示管 (Beam in dex tube)YAlO3：Ce3370nmS束电子引示管 (Beam in dex tube)3+Y3AI50i2：Ce535nmS飞点扫描管2 真空荧光显示（VFD ）稀土发光材料VFD 用稀土发光材料较少，效率也不高，如 SnO2：Eu , Y2O2S:Eu，很少 使用。3 场发射显示（FED）稀土发光材料FED 是有可能与 PDP 和 LCD 相竞争的平板显示，它的画面质量和分辨率优于 CRT，响应速度（寻址时间）非常快

4、，而功耗仅是LCD 的 1/3,其应用前景令人关注。FED 稀土发光材料如表 2 所示。表 2 FED 稀土发光材料组成颜色发光效率SrTiO3：Pr红0.4Y2O3：EU红0.7Y2O2S:Eu红0.57Y3(AI,Ga)50i2：Tb绿0.7Y2SiO5：Tb绿1.1SrGS4：Eu绿4.0Zn S:Cu,Al绿2.6Y2SiO5：Ce0.4S8S4：Ce1.5Zn S:Ag,Cl0.75表 3 灯用稀土发光材料组成颜色用途Y2O3：EU红节能灯Y(V,P)O4：Eu红高压汞灯MgAl nO19：Ce,Tb绿节能灯LaPO4：Ce,Tb绿节能灯GdMgB5Oe：Ce,Tb绿节能灯BaMgA

5、l10O17：Eu, Mn兰绿节能灯BaMgAl10O17：Eu节能灯Sr5（PO4）3CI:Eu、人、人节能灯Sr3（PO4）2：Eu、人、人复印灯4 灯用稀土发光材料使用稀土三基色荧光粉的节能灯流明效率高，显色性好，是欧美、日和我 国大力推广的绿色照明。灯用稀土发光材料如表 3 所示。5 等离子显示（PDP）稀土发光材料PDP 是大屏莫（42 英寸）平板显示，挂壁式彩电的首选，并适用于高清 晰度数字电视（HDTV ），表 4 列出了 PDP 稀土发光材料。表 4 PDP 稀土发光材料组成颜色相对发光效率Y2O3：Eu红红0.67（Y,Gd）BO3：Eu红红1.2Zn2SiO4：M n绿1.

6、0YBO3：Tb绿1.1LaPO4：Ce,Tb绿1.1Y2SiO3：Ce、人、人1.1BaMgAIioOi7：Eu、人、人1.66X 射线和电离辐射稀土发光材料发绿光的 GcbO2S:Tb, La2O2S:Tb,发兰光的 BaFCI:Eu，丫2O2S:Tb, LaOBr:Tb,YTaO4：Nb, YTaO4：Tm 都是优异的 X 射线增感屏材料，其增感速度，发光强度和 分辨特性都超过 CaWO4屏，女口丫2O2S:Tb 屏的增感速度是 CaWO4屏的 34 倍。发光陶瓷（陶瓷闪烁体）（Y,Gd）2O3：Eu3+, Gd2O2S:Pr3+,Ce3+和 Gd3Ga5Oi2：Cr3+用于 X 射线

7、CT（Computed Tomography 医疗中，其性能优于 CdWO4闪烁体。Gd2SiO5：Ce , LuSiO5：Ce 晶体闪烁体用于 PET（ Positron Emission Tomography）正电子发射摄影术，核物理实验，油井记录仪等。LaF3：Ce 闪烁体可用于现代医学图像显示技术。其他如 LiI:Eu, Cal2：Eu, CaF2：Eu, BaF2：Ce, KBr:Eu 等闪烁体在现代物理实验中都有应用热释发光 TL (Thermo Luminescenc 材料 CaSO4:Dy, CaSOkTm, CaF2：Dy,Mg2SiO4：Tb 和 aCa2(SO4)3是电离

8、辐射热释发光稀土材料，可用于核辐射剂量的 测量。7 电致发光(EL )稀土材料发光材料在电场作用下发光称为电致发光。 电致发光有高电场发光和低电 场型发光，常称的 EL 发光是高电场发光，而 LED 发光则是低电场型发光。 EL 材料可做成全固体平板显示器。稀土掺杂的ZnS,CaS 和 SrS 薄膜电致发光器件在平面显示中崭露头角，如表 5 所示。表 5 EL 荧光体的性质3荧光材料颜色、2亮度(cd/m )效率 lm/WZn S:M n黄30036CaS:Eu红120.2Zn S: Mn /filter红650.8Zn S:Tb绿1000.6 1.3SrS:Ce兰绿1000.8 1.6SrG

9、a2S4:Ce兰色50.02SrS:CeT白色4701.5Zn S:M nG&O3：Eu红色85048 发光二极管(LED)用稀土材料发白光的 LED 因无汞污染而是纯粹的绿色照明光源。目前，有二种方法可得到白光 LED，一种是用兰光 LED( InxGa1-xN)激发 YAG : Ce 发出 555nm 的 黄绿色光，兰和黄绿混色成白光，光效达 45lm/W,显色指数 85,另一种是 370nm 紫外 LED 加上红、绿、兰三基色荧光粉，红粉是丫2O2S: Eu，绿粉是 ZnS:Cu,Al, 而兰粉则是(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3CI:Eu,其光效达到 100lm/W,显

10、色指数 83。9 长余辉荧光粉稀土类长余辉荧光粉 SrAl2O4：Eu,Dy(525nm)和 SMAIi4O25：Eu,Dy(490nm)比 硫化锌长余辉荧光粉的性能要优越得多。余辉时间前者是后者的 510 倍，大于10 小时，前者的余辉强度和化学稳定性也比硫化锌要好得多，因余辉时间大于10 小时，而无需使用放射性元素，其安全性更好。稀土长余辉荧光粉现已得到 广泛的应用。10 光子裁剪（photon cutting 荧光粉 绝大多数的光子发光材料（灯用荧光粉，长余辉荧光粉，农用光转换荧光粉，PDP 荧光粉等）量子效率都小于 1。长期来，人们期望能提高量子效率，将 吸收的光子“裁剪”成二个或二个

11、以上所需要波长的光子，使量子效率大于 1， 或者，将不需要的发射光子“裁剪”成所需要的光子。 经过多年的研究， 可以利 用串级多光子发射效应，无辐射效应， 无辐射能量传递和交叉弛豫正在逐步实现 这种愿望。LiGdF4:Eu3+ 5红色荧光粉， 真空紫外线激发下的量子效率高达 195%，是紫 外线激发下量子效率的 2 倍。LiGdF4:Er,Tb6绿色荧光粉， VUV 激发下量子效率达到 130%。Y2O2S:Tb,Dy6绿色荧光粉，利用无辐射能量传递中的交叉弛豫效应（Tb3+-Dy3+）,使 Tb3+的5D37Fj能级跃迁发射的兰色光子被剪裁，而使Tb3+的5D4能级的光子数增殖，5D4-7F

12、j跃迁（绿色）的几率大大提高。参考文献1 J.Pe nczek,F.L.Zha ng etal., SrGa2S4：Eu and SrGc2S4：Ce For Low voltage FieldEmission displays, IDW97,1997:626282 Blasse, G. and Grabmaier, B.C.,Luminescent Materials, Springer, Berlin, 19943 King C.N. Electroluminescence:An Industry Perspective J.SID,1996,4(3):1534 Stodilka D., Kitai A.H.,Huang Z,Cook K., High brightness red emitting Ga2O3:Euelectroluminescent phospho