白光LED用新型荧光粉的探索

易灵红，万卫平，吴春燕

（广西现代职业技术学院资源工程系，广西 河池 547000）

白光LED用新型荧光粉的探索

易灵红，万卫平，吴春燕

（广西现代职业技术学院资源工程系，广西 河池 547000）

白光LED具有效率高、寿命长、响应快、安全、环保等优点，被誉为继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯后的“第四代照明光源”。白光LED用荧光材料的制备及其发光性能的研究已成为半导体照明领域的一个热点。本文主要从蓝光芯片激发和近紫外光芯片激发的角度分别介绍了钼酸盐红色荧光粉和单一基质白光荧光粉的研究概况。

白光LED;红色荧光粉;白光荧光粉

发光二极管（Light-emitting diode）简称LED。自1998年发白光的LED开发成功以来，白光LED的发光效率正在逐步提高，商品化的器件已达到白炽灯的水平，实验室的白光LED发光效率接近荧光灯的水平，并在稳步增长之中。由于它具有效率高、寿命长、响应快、安全、环保等优点，故白光LED是LED产业中最为看好的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，白光LED在照明市场的前景备受全球瞩目，欧、美及日本等先进国家也投入许多人力，并成立专门的机构推动白光LED研发工作。它将成为21世纪的新一代光源——第四代照明光源，以替代白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯等传统光源，白光LED孕育着巨大的商机。

目前，获得白光LED最普遍的方法还是蓝光芯片加黄色荧光粉法[1]。这种方法采用蓝色LED芯片激发黄色发射的YAG:Ce3＋荧光粉而得到白光，由于缺少红色光谱成分，光源的色彩还原性差，显色指数低，发光效率低。为解决以上问题，有两种方法被提了出来:（1）研制能够被蓝光和近紫外光芯片有效激发的红色荧光粉。因为红色荧光粉在调制白光LED和改善其显色效果方面起着至关重要的作用。当在其中加入红色成分以后，可明显提高白光LED的发光效率及显色指数。（2）研制能够被紫光或近紫外光InGaN管芯片有效激发的单一组分白色荧光材料。单一组分白色荧光材料在近紫外光管芯激发下可直接发射白光。它与混合红、绿、蓝三基色荧光粉而得到白光的方法相比，有效避免了多组分荧光粉之间的颜色再吸收、能量损耗、配比调控及老化速率不同的问题，从而提高了白光LED的流明效率和色彩还原性能。

因此，本文主要从蓝光芯片激发和近紫外光芯片激发的角度出发，对白光LED用新型钼酸盐红色荧光粉和单一基质白光荧光粉的研究状况进行探讨。

1 钼酸盐红色荧光粉

钼酸盐作为一种重要的光学材料，在许多领域有着重要的应用价值，钼酸盐的合成温度低并且化学性质稳定。由于M o O42－的特殊性质[2]，可以有效吸收蓝紫光LED发射的光谱，并传递给掺杂在钼酸盐基质中的稀土离子。以钼酸盐作为基质材料合成荧光粉已成为当前LED用红色荧光粉研究的重点。

2006年杨志平等[3]利用高温固相法制备了SrMoO4:Eu3＋红色荧光粉，并对它的发光性能进行了研究。激发光谱为双峰结构，两主峰位于394nm的近紫外区和464nm的蓝色可见光区，这分别与紫外和蓝色LED芯片相匹配。发射光谱则为线状谱，最强发射峰位于624nm。2007年张国有[4]、赵晓霞等[5]分别利用高温固相法制备了Gd2Mo3O9:Eu3＋、α-Gd2（MoO4）3:Eu3＋红色荧光粉，并研究了助溶剂、温度、Eu3＋的掺杂浓度对荧光粉发光性能的影响。发现 Gd2Mo3O9:Eu3＋、α-Gd2（MoO4）3:Eu3＋这两种荧光粉均能被395nm的近紫外光和465nm的蓝光有效激发，在613nm处发射强烈的红光，对应于Eu3＋离子的5D0→7F2跃迁。在395nm和465nm的吸收分别与目前广泛应用的紫外LED和蓝光LED 芯片的发射波长相匹配。 Z．L．Wang等[6]采用传 统 的 高 温 固 相 法 合 成 了 NaLn1-xEux（MoO4）2，AEu（MoO4）2（Ln＝La，Gd and Y，A＝Li，Naand K）和A0．5A′0．5Eu（MoO4）2（A，A′＝Li，Na and K） 系列稀土荧光粉，且这些荧光粉均具有很强的红光发射。其中以 LiEu（MoO4）:Eu3＋荧光粉红光发射最强，在395nm近紫外光激发下，其发光色坐标为（0．66，0．34），接近 NTSC 标准值（0．67，0．33）。

2 单一基质白光荧光粉

近来，用近紫外光管芯激发单一基质白光荧光粉而得到白光已成为人们研究的一个热点。Kim 等[7~8]报道了一系列 M3MgSi208:Eu2＋，Mn2＋（M＝Ba，Sr） 碱 土 硅 酸 盐 单 一 基 质 荧 光 粉 。 在M3MgSi208:Eu2＋，Mn2＋（M＝Ba，Sr） 体系中 M 有 3 种格位，12配位的M（Ⅰ）和10配位的M（Ⅱ，Ⅲ）。M（Ⅰ）位被 Eu2＋取代时发射蓝光，M（Ⅱ，Ⅲ）位被Eu2＋取代时发射绿光，M（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ）位被 Mn2＋取代时发射红光。当M＝Ba时，在375nm光激发下荧光粉分别在 442nm、505nm、620nm处发射蓝光、绿光和红光，三者组合得到白光。当M＝Sr时，在～400nm处激发谱增宽，发射峰红移。发射光的色温与显色指数可以通过调整样品中Eu2＋与Mn2＋的浓度来改变，最佳可以达到CCT＝3600K，CRI＝95。样品的发光也可通过掺杂部分Al3＋来调节，掺Al3＋后蓝光发射减弱，绿光发射增强[9]。2005 年，孙晓园等[10]报道了单一基质Sr2MgSiO5:Eu2＋材料的白光发光性质。在250～450nm光激发下荧光粉发射470nm蓝光和570nm黄光，归结为处于不同格位上Eu2＋的5d-4f跃迁，蓝光和黄光混合组成白光。将该荧光粉与InGaN（400nm）管芯组合制成了白光LED，在正向驱动电流为20mA时，荧光粉的色坐标为（x＝0．33，y＝0．34），色温为 5664K，显色指数为 85，亮度达8100cd·m-2。 2009年，杨志平等[11]使用高温固相法制备了单一基质Ca10（Si2O7）3Cl2:Eu2＋，Mn2＋白色发光材料，通过研究其发光性能发现，得到的荧光粉在近紫外光激发下发射高亮度的白光。位于426nm和523nm处的特征宽谱对应于Eu2＋的5d-4f跃迁，位于585nm处的宽谱发射归因于 Eu2＋向 Mn2＋的能量传递。 红、绿、蓝三色发射带叠加后，在同一基质中实现了白光发射。Ca10（Si2O7）3Cl2:Eu2＋，Mn2＋与 InGaN 管芯（370 nm）结合制成白光LED，获得了很好的白光发射，CIE（x＝0．323，y＝0．327），CCT＝5664K，CRI＝85。

3 前景展望

制造高显色指数、低色温、大功率型白光LED是现阶段白光LED发展的总体趋势。荧光转换法是获得白光LED的主要方法，荧光粉是LED实现白光照明的关键材料。面对越来越广阔的市场需求和研究开发热潮，改善荧光材料的性能成了一项紧迫而艰巨的任务。针对白光LED用荧光粉的研究已经取得了一定的进展，其种类繁多，各有其特色及优缺点，总体而言，还不能达到当今LED技术对荧光粉所期待的要求。荧光材料正朝着高稳定性、高发光效率、高色纯度等方向发展，以满足白光LED照明发展的需要。

[1] 徐国芳，饶海波，余心梅，等．白光LED的实现及荧光粉材料的选取[J]．现代显示，2007，78:59-61.

[2] Spassky D．， Ivanov S．，Kitaeva I．， et al．Optical and luminescent properties of a series of molybdate single crystals of scheelite crystal structure[J]．Phys．Status Solidi（c）， 2005， 2（1）:65-68.

[3] 杨志平，韩勇，李旭．一种新型的白光LED用红色荧光粉Sr2MoO4:Eu3＋[J]．河北工业大学成人教育学院学报， 2006， 21（2）:13-15.

[4] 张国有，赵晓霞，孟庆裕，等．白光LED用红色荧光粉Gd2Mo3O9:Eu3＋的制备及表征[J]．发光学报，2007，28 （1）:57-61.

[5] 赵晓霞，王晓君，陈宝玖，等．白光LED用红色荧光粉 α－Gd2（MoO4）3:Eu 的制备及发光性能研究 [J]．光谱学与光谱分析， 2007，27（4）:629-632．

[6] Wang Z．L．， Liang H．B．， Gong M．L．， et al， Luminescence investigation of Eu3＋activated double molybdates red phosphors with scheelite structure [J]．J．Alloys Compd．， 2007，432:308-312.

[7] Kim J．S．，Jeon P．E．，Choi J．C．，Warm-white-light emitting diode utilizing a single-phase full-color Ba3MgSi2O8:Eu2＋，Mn2＋phosphor[J]．Appl．Phys．Lett．，2004，84:2931.

[8] Kim J．S．， Jeon P．E．， Park Y．H．， et al．Color tunability and stability of silicate phosphor for UV-pumped white LEDs[J]．J．Electrochem．Soc．，2005，152（2）:H29-H32.

[9] 王继磊，王达健，李岚，等．硅酸盐单基质白光LED荧光体的制备和光谱性质[J]．发光学报，2006，27（4）:463-468.

[10] 孙晓园，张家骅，张霞，等．新一代白光LED照明用一种适于近紫外光激发的单一白光荧光粉 [J]．发光学报，2005， 26（3）:404-406.

[11] 杨志平，李盼来，王志军，等．白光LED用单一基质 Ca10（Si2O7）3Cl2:Eu2＋，Mn2＋白色发光材料特性研究[J]．科学通报， 2009， 54（13）:1855-1859.

Exploration of New Phosphorsfor White Light Emitting Diode

YILing-Hong，WANWei-Ping，WUChun-Yan
（Department of Resources Engineering， Guangxi Modern Vocational and Technical College， Hechi547000， China）

Because white light emitting diode had the advantages of high efficiency， long lifetime， fast response，safety and environmental protection，it was considered as the “fourth generation lighting source”that following the incandescent lamp， fluorescent lamp and high intensity discharge lamp．The preparation and the investigation of the luminescence properties of the phosphors which used for white LED were became a hot topic in the semiconductor lighting area．The research progress of the molybdate red emitting phosphors and white light-emitting phosphors which excited by blue and near ultraviolet light-emitting semiconductive chips were discussed．

white-LED;red phosphors;white phosphors

O 482.3

A

1671-9905（2011）09-0025-03

易灵红（1983-），女，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向:功能材料，E-mail:ilinghong888＠163．com

2011-05-23