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高效Eu2+掺杂的氮化物和氮氧化物光转换荧光体白光LED

上传人:未知

上传时间: 2007-01-19

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  实现白光 LED 有多种方案,光转换白光 LED 是当今国内外的主流方案。白光 LED 的关键材料—高性能光转换荧光体的研发成为热点,因为它决定白光 LED 光电重要特性和参数。目前被广泛用于制作白光 LED 中的荧光体是 YAG:Ce 体系石榴石黄色发光材料,在其发射光谱中红成分相对少,难以制作高显色指数,低色温高水平白光 LED 。人们在 YAG:Ce 中加入 (Ca,Sr)S:Eu2+ 红色荧光体可以实现高显色性、低色温白光 LED ,但是,由于这类碱土硫化物的物理化学性能很不稳定,在空气中易潮解,若制作白光 LED 工艺不当,将产生诸多严重问题。此外,目前只有一种 YAG:Ce 黄色荧光体供使用,也不能满足需求。

  为此目的,近几年来,一些为白光 LED 需求的新的硅酸盐、钨钼酸盐、铝酸盐及氮(氧)化物荧光体等被陆续地研发出来。其中以 Eu2+ , Ce3+ 掺杂的氮(氧)化物新种类荧光体成为一朵耀眼的奇葩。

  在固态照明推动下,从 2000 年以来,一类热稳性好,化学稳定性和发光特性优良的无毒的稀土激活的氮化物和氮氧化物被强有力的发展,尤以 Eu2+ 激活的成果已成功地应用于制作各种性能白光 LED 。本文将介绍和评述几种 Eu2+ 掺杂的氮化物和氮氧化物荧光体发光性质及其制作的高水平白光 LED 最新结果,并对发展白光 LED 用荧光体提出几点意见和展望。

1 、 M2Si5N8 :Eu2+ 氮化物发光

  M2Si5N8 :Eu(M=Ca,Sr,Ba) 荧光体可以有效地被 NUV~ 蓝绿光激发,高效发射黄—橙—红光,其宽的发射光谱覆盖 550~750nm 范围。它们的发射光谱和发射峰值随 Eu2+ 浓度增加逐步向长波移动。图 1 表示不同 Eu2+ 浓度时 Sr2Si5N8 :xEu 荧光体的发射光谱和激发光谱(右上角)。这种红移非常清楚, Sr2Si5N8 :Eu 氮化物是一种性能优良的红色荧光体。

图 1. 不同 Eu2+ 浓度时, Sr2Si5N8 :xEu 的发射光谱和激发光谱(右上)( Hintzen 文献)

  Sr2Si5N8 :Eu 的激发光谱位于长波紫外至绿区( 300-560nm )。390-410nmNUV,450-460nm 蓝光均能高效地激发,发射红光。

  研究表明,M2Si5N8:Eu 氮化物在 465nm 激发下的量子效率 h Q 按 Ca-Ba-Sr 顺序增加。 Sr2M2Si5N8 :Eu 的 h Q 达到 75-80%,且温度猝灭特性良好,在 150℃ 仅有百分之几。M2Si5N8 :Eu 的物理化学性能和发光性能都优于 Eu2+ 激活的碱土硫化物及硫代镓酸盐。M2Si5N8 :Eu 自然被选用于白光LED光转换红色荧光体。

2 、 Ca- a -Sialon:Eu2+ 及 b -Sialon:Eu2+ 发光

  近年来,人们将 Sialon 结构陶瓷改进为先进的功能陶瓷荧光体。 Sialon 结构有 a 和 b 相,它们都被发展为先进的荧光体。 a -Sialon 的组成可表示为 M x Si 12-(m+n) Al m+n O n N 16-n。M 为 Li+,Ca2+,Eu2+,Mg2+ 及半径较小的三价稀土离子,n≥0。这样可组成一个大家族。

  Ca- a -Sialon:Eu2+ 荧光体的体色和发光性质与 Eu2+ 浓度密切相关,是一种高效、新的黄色荧光体。一种 Ca- a -Sialon:Eu 的激发光谱(左)和发射光谱表示在图 2 中。激发光谱呈现两个峰值分别为 ~300nm 和 ~400nm 相当宽的宽带。它能被 NUV 和 450nm 蓝光有效激发。其发射光谱(图 2 右)是一个强宽谱带,它的发射峰与 Eu2+ 浓度相关,在 583~603nm 范围。这类激发和发射光谱是 Eu2+ 的 4f~7 4f b 5d 跃迁。荧光体的发光强度随 Eu2+ 浓度增加而增加,达到 0.075mol 时最佳,然后发生浓度猝灭,强度下降。

图 2 : Ca- a -Sialon:Eu 的激发(左)和发射光谱(右)

l ex =450nm , l em =590nm ( Xie , Hrosaki 文献)

  这种具有不同 Eu2+ 浓度的 Ca- a -Sialon:Eu 黄色荧光体的 CIE 色坐标值,从 x=0.491 , y=0.497 ( Eu2+ =0.01 )可变化到 x=0.560 , y=0.436 ( Eu2+ =0.25 )。因此,它可以和其荧光体结合使用。

  b -Sialon: Eu2+ 荧光体可以被 280~480nm 光激发,发射绿光。在 303nm , 406nm 及 450nm 分别激发得到相同的发射光谱。发射光

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