白光led用稀土红色荧光粉的研究进展

白光led用稀土红色荧光粉的研究进展

led芯片的装复光矩阵是一种新型的绿色环保光源。被称为21世纪的优质新光源。在许多领域都有很大的应用前景。根据发光学原理,实现白光LED主要有以下3种途径:一是蓝光芯片和可被蓝光有效激发的黄色荧光粉组合成白光LED。目前是实现白光LED的一种主流技术方案,但是缺乏红光成分;二是用紫外芯片和能被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色光的荧光粉组合成白光LED;三是将红、绿、蓝三基LED芯片组装实现白光。但是能够被近紫外光和蓝光有效激发的荧光粉较缺乏,尤其是高效红色荧光粉的匮乏,导致白光LED的显色指数偏低,色温偏高,影响了LED的普及应用。对于目前实现白光LED的方式,荧光粉应满足3个基本条件。首先,荧光粉要在蓝光区(或紫外区/紫区,360~480nm)有强的吸收能力,即具有较宽的激发带;其次,必须具有良好的物理化学稳定性,不能与封装材料起物理化学反应,抗紫外光辐照能力要强;另外,LED芯片的激发密度比传统的荧光灯高出3个数量级(约200W/cm2),因此要求荧光粉还必须具有良好的热稳定性及高的发光猝灭温度(＞150℃)［5，6］。传统硫化物基质荧光粉在空气中化学稳定性差,容易被气化,亮度也低,在应用中受到很大限制,现已逐步被替代;而铝酸盐体系的荧光粉具有抗湿性差,发光颜色单一等缺点,而且成本较高,合成条件比较苛刻;硅酸盐为基质的发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性,成本较低,加之灼烧温度比铝酸盐体系低100℃以上,使得其应用范围大大拓展,因而,近年来硅酸盐类发光材料成为研究的热点。本文主要介绍激活剂不同的硅酸盐红色荧光粉的发展现状。1凝胶-燃烧法合成li2srsio4eu3+,林惠等利用H3BO3作为助熔剂、尿素为燃料,采用燃烧法成功制备了发光性能良好的Sr2SiO4∶Eu3+红色荧光粉。实验结果表明:Sr2SiO4∶Eu3+荧光粉的衍射峰发生了偏移,晶格常数减小,Eu3+的加入使得晶格发生了收缩;同时发现H3BO3的加入有利于α-Sr2SiO4纯相的形成和(211)晶面的生长,选择H3BO3(1%,2%,3%,5%(质量分数))作助熔剂,有效地提高了Sr2SiO4∶Eu3+荧光粉的发光强度;H3BO3用量从1%增加到3%时,位于5D1→7F3跃迁的587nm的发射峰和5D0→7F2跃迁的622nm的发射峰逐渐增强。翟永清等以金属硝酸盐为原料、正硅酸乙酯为硅源,采用凝胶-燃烧法合成了新型红色荧光粉Li2SrSiO4∶Eu3+。凝胶燃烧所得前驱物在700℃焙烧3h即得目标产物Li2SrSiO4∶Eu3+。其晶体结构属六方晶系,激发光谱为一宽带,最大激发峰位于396nm处,最强的发射峰位于618nm处,是典型的Eu3+的5D0→7F2跃迁导致的。当Eu3+掺杂摩尔分数x在0.04~0.24的范围内时,随Eu3+浓度的增加,发光强度逐渐增强,无浓度猝灭现象发生。由于该荧光粉能够有效吸收396nm附近的近紫外光,因此适合做350~410nm的InGaN管芯激发的白光发光二极管用高亮度红色荧光粉。邬洋等采用溶胶-凝胶法在Zn2SiO4基质中掺杂Eu3+,合成了红色荧光粉Zn2SiO4∶Eu3+。扫描电镜结果显示样品为球状荧光粉,颗粒直径为1~3nm。在395nm激发下,样品在613nm处发射出很强的红光。结合荧光光谱,分析了样品的退火温度、Eu3+的浓度、电荷补偿剂Li+的浓度对样品发光强度的影响。研究发现,红色荧光粉Zn2SiO4∶Eu3+的发光强度随退火温度的升高而增加,发光强度随Eu3+和Li+浓度的增加先增大后减小。金尚忠等采用固相合成法在1200℃制备了成分为M1-xSiO3∶xEu3+(M=Mg,Ca,Sr,Ba)的红色荧光粉。Ba0.9SiO3∶0.1Eu3+的主峰值波长是613nm,位于红光区域。李盼来等采用高温固相法制备了Sr3SiO5∶Eu3+材料。监测618nm主发射峰时所得激发光谱为一多峰宽谱,主峰分别为400nm和470nm;研究发现,Eu3+的摩尔分数为3%时,材料的发光强度最大。2核心荧光定量材料KyotaUheda等通过高温固相法合成了一种新的红色荧光粉CaAlSiN3∶Eu2+,该荧光粉的激发峰是从紫外区扩展到590nm宽带激发。实验结果表明,最佳的铕浓度为0.016mol,检测主发射峰663nm的激发峰在405nm,测试表明,该荧光粉的量子转化率比传统的红色荧光粉高出7倍。罗希贤等合成了富Sr相的R(R=Sr,Ba,Ca,Mg)3SiO5∶Eu2+,其具有很宽的激发带,在450~480nm的蓝光区域有很强的吸收,发出橙红色光,是一种高效的蓝光芯片激发的白光LED发光材料,封装后发光效率也能达到70~80lm/W,色温在4600~11000K。乔彬等采用高温固相合成法在3%H2-N2的还原气氛下,在1300℃焙烧2.5h制备了以R3MgSi2O8(R=Ba,Sr,Ca)为基、Eu2+和Mn2+为共激活剂的红色荧光粉。红光是由基质中处于九配位的Eu2+将能量传递给八面体六配位的Mn2+,而由Mn2+所发射的。调整Ba2+和Sr2+相对量时发现,随着Sr2+浓度减小,Ba2+浓度相应增加,Eu2+发射强度逐渐增大,在降至Sr2+为0.24mol时Eu2+和Mn2+的发射强度显著提高。Nam-SikChoi等合成的(Ba1.2,Ca0.74-x)2SiO4∶xEu2+,0.06Mn2+(x为0.02~0.08)荧光粉发射峰在613nm,其中x=0.08时发射峰强度最好,半峰宽在50nm。3sm3+掺杂掺杂杨志平等采用高温固相法合成了Sr2SiO4∶Sm3+红色荧光粉,并研究了粉体的发光性质。其发射光谱由3个主要发射峰组成,峰值分别位于570nm、606nm和653nm,对应了Sm3+离子的4G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2和4G5/2→6H9/2特征跃迁发射,其中在606nm的发射最强。激发光谱表现为从350~420nm的宽带激发,是一种适用于近紫外光激发(350~410nm)的荧光粉。研究还发现当Sm3+掺杂摩尔分数为6%、电荷补偿剂为Cl-时的效果最好。实验说明Sr2SiO4∶Sm3+是一种很好的适用于白光LED的红色荧光粉。4合成led蓝色荧光粉随着LED的发展,各种荧光粉在LED中的应用也得到了长足的进步。硅酸盐基质荧光粉因其化学稳定性高、热稳定性好、激发范围宽、发射峰强等优点在LED荧光粉中占有重要的地位。目前对硅酸盐蓝绿色荧