白光LED用高效熒光粉的制備研究進(jìn)展_圖文

1、2010年12月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec. 2010收稿日期:20101122,修回日期:20101218基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):50974111;10905068;國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863基金資助項(xiàng)目(編號(hào):2008AA03Z308 作者簡(jiǎn)介:張星(1983,男,山東省濟(jì)寧市人,碩士研究生,主要從事發(fā)光材料的研究;袁方利,通訊聯(lián)系人,Tel: 010-*,白光LED 用高效熒光粉的制備研究進(jìn)展張 星1,2,胡 鵬1,曹月斌1,張海寶1,李晉林1,徐瑞芬2,袁方利1(1. 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所多相

2、復(fù)雜系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100190;2. 北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100029摘 要:制備具有球形度高、結(jié)構(gòu)均勻、光學(xué)性能優(yōu)異及發(fā)射光譜可控的YAG 粉體是實(shí)現(xiàn)高性能白光LED 的關(guān)鍵. 本文綜述了目前國(guó)內(nèi)外白光LED 用高效熒光材料的主要研究成果,并對(duì)其主要制備技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了較詳細(xì)的分析;在分析總結(jié)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,對(duì)目前白光LED 用高效熒光粉的研究現(xiàn)狀及存在的問題做了簡(jiǎn)要的概括,最后對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望,指出稀土元素的均勻摻雜及顆粒形貌的有效控制是解決白光LED 顯色性差、發(fā)光效率低等問題的有效措施,并提出等離子體方法有可能成為解決上述問題的有效途徑之一. 關(guān)

3、鍵詞:白光LED ;熒光粉;制備方法中圖分類號(hào):TN104.3;O614.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009606X(2010061242071 前 言在全球氣候變化和能源緊張的背景下,節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境成為當(dāng)今時(shí)代的主流,其中尋求高節(jié)能的照明光源已受到高度重視. 白光發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED具有發(fā)光效率高、能耗低(僅為白熾燈的1/8、壽命長(zhǎng)(可達(dá)10 萬(wàn)h、無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于城市景觀照明、液晶顯示背光源、室內(nèi)外普通照明等多種照明領(lǐng)域120,被認(rèn)為是替代白熾燈、熒光燈的新一代綠色照明光源.目前,獲取白光LED 的主要途徑有以下幾種:(1利

4、用三基色原理和目前已能生產(chǎn)的紅、綠、藍(lán)三種超高亮度LED 按光強(qiáng)1:2:0.38的比例混合而成白色21. 但由于LED 器件光輸出會(huì)隨溫度升高而下降,不同的LED 下降程度差別較大,結(jié)果造成混合白光的色差22,限制了用三基色LED 芯片組裝實(shí)現(xiàn)白光的應(yīng)用;(2藍(lán)色LED 芯片與可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉結(jié)合組成白光LED 2327. 熒光粉吸收一部分藍(lán)光,受激發(fā)發(fā)射黃光,發(fā)射的黃光與剩余的藍(lán)光混合,通過調(diào)控二者強(qiáng)度比,從而獲得各種色溫的白光;(3采用發(fā)紫外光的LED 芯片和可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)射紅、綠、藍(lán)三基色的熒光粉,產(chǎn)生多色混合組成白光LED. 此外,還可選用兩基色、四基色,甚至五基

5、色熒光粉.制備白光發(fā)光二極管大多離不開稀土熒光粉,主要有黃色熒光粉、紅色熒光粉及三基色熒光粉等,因此獲得化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和性能優(yōu)異的熒光粉成為實(shí)現(xiàn)白光LED 的關(guān)鍵. 本文綜述了國(guó)內(nèi)外的研究成果,對(duì)白光LED 用熒光粉的發(fā)光機(jī)理、制備方法及其應(yīng)用做了較為詳細(xì)的闡述,并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望.2 熒光粉的發(fā)光機(jī)理發(fā)光是物質(zhì)吸收的外部能量轉(zhuǎn)換成光輻射的過程,是熱輻射之外的一種輻射,持續(xù)時(shí)間超過光的振動(dòng)周期(1011 s. 發(fā)光材料大多數(shù)都是晶體材料,其發(fā)光性能與合成過程中化合物(發(fā)光材料基質(zhì)晶格中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)有關(guān),這種局部不完整破壞了晶體晶格的規(guī)則排列,從而形成了缺陷能級(jí). 在外部光源激發(fā)作用

6、下,電子就會(huì)在各種能級(jí)間躍遷,從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象.目前,獲取白光LED 的主要途徑為光轉(zhuǎn)換型,即利用波長(zhǎng)為430470 nm 的InGaN 基藍(lán)光LED 和可被藍(lán)光有效激發(fā)的摻雜稀土的釔鋁石榴石Y 3Al 5O 12(YAG熒光材料結(jié)合組成白光發(fā)光材料.研究28發(fā)現(xiàn),當(dāng)YAG 的晶體結(jié)構(gòu)中均勻摻入稀土元素時(shí),其發(fā)光性能會(huì)有很大的提高. 以Ce 為例,由于其發(fā)光是由電子的5d 4f 躍遷引起的,躍遷能量受晶體環(huán)境影響較大,摻入Ce 不但可顯著提高YAG 熒光材料的光轉(zhuǎn)化效率和光通量,降低材料色溫,還可通過調(diào)節(jié)發(fā)射光譜位置,適應(yīng)不同白光色度要求. 劉如熹等29證實(shí)了這一理論,當(dāng)YAG 中摻入稀土元素

7、Ce 時(shí),激發(fā)的黃光強(qiáng)度隨Ce 含量增大而增加;Gd 取代Y 后,發(fā)射主峰有紅移趨勢(shì);Ga 取代Al 時(shí),發(fā)射主峰有藍(lán)移趨勢(shì). 因而通過調(diào)節(jié)摻雜元素的種類及含量就可使發(fā)射主峰在一定波長(zhǎng)內(nèi)發(fā)生變化,見圖1(a.然而,此類熒光粉還存在著顯色性較差、發(fā)光效率不夠高、難以滿足低色溫照明要求等缺點(diǎn). 相關(guān)研究30表明,BaYF3中Ce3+Eu2+間存在能量傳遞,當(dāng)用263 nm 的紫外光激發(fā)時(shí),Ce3+的4f電子躍遷到高能級(jí),然后經(jīng)過晶格馳豫躍遷到低能級(jí),將一部分能量以非輻射方式傳遞給Eu2+,使其發(fā)射增強(qiáng),Ce3+將另一部分激發(fā)能向基態(tài)2F7/2和2F5/2躍遷,出現(xiàn)2個(gè)發(fā)射強(qiáng)度降低的重疊譜帶. 通過

8、Ce3+Eu2+間能量傳遞,可獲得各種顏色的高效發(fā)光,KCaF3中Ce3+Eu2+間的能量傳遞有類似途徑,見圖1(b,因此進(jìn)行多元素的摻雜為克服上述缺點(diǎn)提供了一條思路 . (a (b圖1 不同Gd及Ga取代量的(Y2.95-a Ce0.05Gd a(Al5-b Ga bO12熒光粉色度坐標(biāo)圖上的色光位置29 (a和Eu2+, Ce3+在不同基質(zhì)中的能級(jí)示意圖30 (bFig.1 The CIE color co-ordinate of (Y2.95-a Ce0.05Gd a(Al5-b Ga bO12 powder29 (a andthe energy level diagrams of Eu

9、2+ and Ce3+ in different hosts30 (b3 熒光粉的合成進(jìn)展材料的性能主要由材料的化學(xué)組分和微觀結(jié)構(gòu)決定,因此粉體的化學(xué)成分和制備工藝成為決定熒光粉發(fā)光效率的重要因素. 目前熒光粉的制備方法主要有固相法、燃燒合成法、溶膠凝膠法、溶劑熱法、化學(xué)共沉淀法、噴霧熱解法、等離子體法等.3.1 高溫固相法高溫固相法是發(fā)展最早的合成工藝,也是最常用的熒光粉材料的制備工藝之一. 該工藝相當(dāng)成熟,在反應(yīng)條件控制、還原劑使用、助熔劑選擇、原料配制與混合等方面都已日趨優(yōu)化. 該方法的制備過程:首先按一定配比稱量滿足純度要求的原料,加入適量助熔劑,充分混合均勻,裝入坩堝,送入焙燒爐,在

10、一定條件(溫度、保護(hù)氣氛、反應(yīng)時(shí)間等下進(jìn)行燒結(jié),得到產(chǎn)品.Glushkova等31以微米級(jí)的Al2O3和Y2O3為原料,利用高溫?zé)Y(jié)方法,在1600高溫下保溫20 h,制備了YAG粉體,但性能并不理想. 隨著對(duì)固相法反應(yīng)機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),通過采用納米級(jí)原料、加入助熔劑等措施來(lái)降低燒結(jié)溫度32,33. 研究34,35表明,摻入少量硼和磷的化合物不僅可較大幅度降低燒結(jié)溫度,還能在一定程度上提高磷光材料的發(fā)光強(qiáng)度. 與熒光材料相比,磷光材料受激發(fā)分子的電子在激發(fā)態(tài)發(fā)生自旋反轉(zhuǎn),當(dāng)它所處單重態(tài)的較低振動(dòng)能級(jí)與激發(fā)三重態(tài)的較高能級(jí)重疊時(shí),就會(huì)發(fā)生系間竄躍,到達(dá)激發(fā)三重態(tài),經(jīng)過振動(dòng)馳豫達(dá)到最低振動(dòng)能級(jí),然

11、后以輻射形式發(fā)射光子躍遷到基態(tài). 磷光材料的發(fā)光的持續(xù)時(shí)間大于108 s,長(zhǎng)于熒光材料(小于108 s.張書生等36以Y2O3(4N, Al(OH3(AR, Ce2O3(4N為原料,加入適量助熔劑,于1400大氣氣氛下焙燒數(shù)小時(shí),得到中間產(chǎn)物,粉碎后,在1500還原氣氛下,高溫?zé)Y(jié)數(shù)小時(shí),制得高發(fā)光效率的YAG:Ce3+黃圖2 不同助熔劑條件下YAG:Ce 熒光粉的發(fā)射光譜(激發(fā)波長(zhǎng)460 nm36Fig.2 Emission spectra of YAG:Ce powders obtainedat different fluxing agents36450500550600650700204

12、06080100Without melting-assist additiveAddition of 0.5%BaF2and 0.5H3BO3Relative intensity(%Wavelength (nm色熒光粉. 圖2顯示加入合適的助熔劑可提高熒光粉發(fā)射峰的強(qiáng)度.高溫固相法合成熒光粉的工藝已相當(dāng)成熟,應(yīng)用最普遍,但仍存在固有的缺點(diǎn):燒結(jié)溫度高(多在1300以上、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(約68 h、產(chǎn)品冷卻也需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間. 由于需經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)Y(jié),產(chǎn)物顆粒較大、密度高、硬度大. 為滿足實(shí)際需要,產(chǎn)物必須進(jìn)行球磨,既耗時(shí)又耗能,且在球磨過程中很可能出現(xiàn)表面缺陷,甚至?xí)蛊浒l(fā)光性能大幅度下降. 因

13、此,人們?cè)谶M(jìn)一步完善高溫固相法的同時(shí),致力于尋求各種溫和、快速有效地軟化學(xué)合成方法來(lái)取代它. 3.2 燃燒合成法燃燒合成法是指通過前驅(qū)物的燃燒合成材料的一種方法,最早由前蘇聯(lián)專家研制,并命名為自蔓延高溫合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS. 它是制備具有耐高溫性能的無(wú)機(jī)化合物的一種方法,其過程為:當(dāng)反應(yīng)物達(dá)到放熱反應(yīng)的點(diǎn)火溫度時(shí),以某種方法點(diǎn)燃,依靠原料燃燒放出來(lái)的熱量,使體系保持高溫狀態(tài),合成過程持續(xù)進(jìn)行,燃燒產(chǎn)物就是制備的材料. 燃燒過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括溶液的燃燒和材料的分解. 以甘氨酸為例,燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理3

14、7為3M(NO 33+5NH 2CH 2COOH 1.5M 2O 3+7N 2+10CO 2+12.5H 2O, (12M(NO 33M 2O 3+6NO 2+1.5O 2. (2其中,M 2O 3可表示為(Y 3/8Al 5/82O 3. 由上述各式可以看出,反應(yīng)中產(chǎn)生了大量氣體,加之反應(yīng)進(jìn)行得較為迅速,產(chǎn)物來(lái)不及結(jié)晶就冷卻下來(lái),使前驅(qū)物呈現(xiàn)無(wú)定形的多孔泡沫狀. 所得的前驅(qū)物經(jīng)粉碎、煅燒后,最終制得熒光粉.石士考等38利用硝酸釔、硝酸鋱、硝酸鋁為原料,加入適量甘氨酸進(jìn)行燃燒反應(yīng),將所得前驅(qū)物經(jīng)1450高溫煅燒制得了純度較高、尺寸為0.61.4 µm 的YAG:Tb 熒光粉,如圖3所

15、示.圖3 1450下燒結(jié)所得YAG:Tb 樣品的SEM 照片和激發(fā)光譜38Fig.3 SEM image and excitation spectrum of YAG:Tb phosphor powder sintered at 1450 (em =491 nm38Mukherjee 等39將硝酸釔、硝酸鋁溶液按比例混合后,加入甘氨酸獲得凝膠,進(jìn)行燃燒反應(yīng),制得蓬松狀粉體. 在1200高溫下保溫4 h ,得到粒徑約為30 nm 的YAG 熒光粉. 隨后摻雜稀土元素,發(fā)現(xiàn)由于Eu 3+被還原為Eu 2+, Ce 3+被氧化為Ce 4+,導(dǎo)致Eu 3+摻雜的YAG:Ce 納米熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度大幅度

16、降低.與傳統(tǒng)高溫固相法相比,燃燒法制備熒光粉過程簡(jiǎn)單、升溫迅速,產(chǎn)品顆粒小、粒徑分布均勻、純度較高、發(fā)光亮度不易受破壞,且節(jié)省能源、節(jié)約成本. 但存在反應(yīng)過程劇烈難以控制、不易大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的缺點(diǎn). 3.3 溶劑(水熱法溶劑(水熱合成法是指在一定溫度(1001000和壓強(qiáng)(1100 MPa下利用水或溶劑中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的合成. 其最大的優(yōu)點(diǎn)是能得到其他方法無(wú)法制得的物相或物種,使反應(yīng)在相對(duì)溫和的條件下進(jìn)行,此外所得粉體的組分分布均勻,顆粒大小和形狀可控,分散性好,且不必高溫煅燒和球磨,從而避免了許多復(fù)雜的后處理工藝. 溶劑熱合成技術(shù)在原理上與水熱法十分相似,以有機(jī)溶劑代替水大大擴(kuò)展了水

17、熱法的應(yīng)用范圍,是水熱法的進(jìn)一步發(fā)展.Inoue 等40利用溶劑熱法制備了YAG 超細(xì)粉體,并對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討,指出在溶劑熱條件下溶劑較易達(dá)到超臨界或亞臨界狀態(tài),即溶劑的壓力和溫度同時(shí)超過其臨界點(diǎn)的狀態(tài),或溶劑溫度高于沸點(diǎn)但低于臨界溫度,以壓力低于臨界壓力存在的流體狀態(tài). 在此狀態(tài)下,反應(yīng)前驅(qū)物易被溶解且組分分布均勻,成 200250 300 20 40 60 I n t e n s i t y (a .u .Wavelength (nm核勢(shì)壘低,因而可在低溫低壓下直接形成YAG.李紅等41以異丙醇溶劑為反應(yīng)介質(zhì),采用溶劑熱法在300低溫下保溫10 h ,得到了平均粒徑為200 nm 的球

18、形單分散YAG 粉體,如圖4所示. 通過溫度對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響分析了YAG 的形成機(jī)理,即在一定溫度下,前驅(qū)體開始溶解脫水,隨溫度升高,濃度逐漸增大,當(dāng)達(dá)到過飽和溶液時(shí)開始析晶形成YAG 晶體.盡管溶劑(水熱法得到了廣泛的應(yīng)用,但也存在明顯的缺點(diǎn):不能應(yīng)用于對(duì)水非常敏感的化合物參與的反應(yīng)、生產(chǎn)成本高、有機(jī)溶劑不易去除、對(duì)環(huán)境有污染. 圖4 YAG 粉體在不同溫度下燒結(jié)10 h 后的XRD 譜和TEM 照片41Fig.4 XRD patterns of YAG powder at different temperatures for 10 h and TEM images 413.4 溶膠凝膠法

19、溶膠凝膠法是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種制備無(wú)機(jī)材料的新工藝,已廣泛應(yīng)用于制備納米發(fā)光材料. 溶膠凝膠法分為兩類:原料為金屬醇鹽溶液的醇鹽溶膠凝膠法和原料為無(wú)機(jī)鹽的水溶液溶膠凝膠法. 其基本原理為:金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽溶于溶劑(水或有機(jī)溶劑形成均質(zhì)溶液,溶質(zhì)與溶劑發(fā)生水解或醇解反應(yīng)形成溶膠,將溶膠經(jīng)過蒸發(fā)干燥轉(zhuǎn)變成為凝膠,凝膠再經(jīng)干燥、燒結(jié),最后制得所需無(wú)機(jī)化合物. 與傳統(tǒng)方法相比,溶膠凝膠法具有明顯的優(yōu)點(diǎn):工藝過程溫度低、使材料的制備過程易控制、節(jié)約能源,原料的混合可達(dá)到分子級(jí),產(chǎn)物化學(xué)均勻性好,且可對(duì)產(chǎn)品的粒度進(jìn)行有效控制. 蔣洪川等42利用溶膠凝膠法,以冰乙酸為催化劑制備了粒徑約為1 &#

20、181;m 的Y 3Al 5O 12:Ce 3+, Tb 3+稀土熒光粉,粉體最大激發(fā)波長(zhǎng)為273 nm ,最大發(fā)射波長(zhǎng)為545 nm ,色坐標(biāo)為x =0.331, y =0.558.Kottaisamy 等43利用溶膠凝膠法,在低溫條件下制備了釓或鑭共摻雜的YAG:Ce 熒光粉,并研究了共摻雜對(duì)粉體結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響,結(jié)果表明,2種元素的摻雜導(dǎo)致了其熒光譜發(fā)生了不同程度的紅移,釓或鑭共摻雜的YAG:Ce 熒光粉的色坐標(biāo)由原來(lái)的(0.229, 0.182分別增加到(0.262, 0.243, (0.295, 0.282,更加接近標(biāo)準(zhǔn)白光(0.333, 0.333,見圖5.溶膠-凝膠法的不足在

21、于生產(chǎn)流程過長(zhǎng),成本高,所制前驅(qū)體凝膠洗滌困難,干燥時(shí)易形成二次顆粒,在熱處理時(shí)會(huì)引起粉體顆粒的硬團(tuán)聚,使最終制備的粉體分散性較差,且醇鹽有較大毒性,對(duì)人體及環(huán)境都有危害.圖5 YAG:Ce, Gd 或YAG:Ce, La 及其與YAG:Ce 混合后在藍(lán)色LED 激發(fā)下得到的色坐標(biāo)圖43Fig.5 The CIE color co-ordinate of YAG:Ce, Gd or co-dopedYAG:Ce and their mixtures with YAG:Ce at the excitation of blue LED 433.5 化學(xué)共沉淀法共沉淀法是現(xiàn)階段熒光粉合成中應(yīng)用較多的

22、一種方法,其主要過程為:在含有2種或2種以上金屬離子的混合溶液中加入沉淀劑(OH , CO 32, C 2O 42等,使原料溶液中的陽(yáng)離子形成各種形式的沉淀物,再經(jīng)過濾、洗滌、干燥、燒結(jié)得到高純超細(xì)粉體材料. 沉淀法克服了固相法中原料難混合均勻的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了原料分子水平上的混合,低溫下直接制備粒度可控、高分散、化學(xué)均勻性好、純度高的粉體,但顆粒的形貌難以控制.張凱等44以硝酸鋁、硝酸釔、硝酸鈰為母鹽,260280300YAGI n t e n s i t y2 (oNH 4HCO 3和NH 3·H 2O 為復(fù)合沉淀劑,利用共沉淀法制備了前驅(qū)體,將其在1000高溫下煅燒,得到熒光粉.

23、粉體形狀近球形,平均粒徑為80 nm. 研究發(fā)現(xiàn),YAG:Ce 熒光粉激發(fā)光譜不隨鈰濃度的增加而改變,發(fā)射光譜發(fā)生紅移. 袁方利等45采用共沉淀法,以NH 4HCO 3為沉淀劑,在1200下燒結(jié)得到純度很高的YAG:Ce 熒光粉,并發(fā)現(xiàn)隨焙燒溫度升高,發(fā)射光譜發(fā)生紅移,且發(fā)生峰強(qiáng)度越來(lái)越高(如圖6所示.圖6 1300燒結(jié)后得到的YAG:Ce 粉體的SEM 照片和不同燒結(jié)溫度下得到的YAG:Ce 粉體的發(fā)射光譜圖45Fig.6 SEM image of Ce-doped powder calcined at 1300 and emission spectra of Ce-doped YAG ob

24、tained at different temperatures 453.6 噴霧熱解法噴霧熱解法是近年來(lái)新興的合成無(wú)機(jī)功能材料的方法,該方法制備的發(fā)光材料一般具有均勻的球形形貌,顆粒微細(xì),組成均勻,有利于提高材料的發(fā)光強(qiáng)度,還可改善發(fā)光材料的涂敷性能并提高發(fā)光顯示的分辨率. 噴霧熱解法可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物粒子成分可控,且操作過程簡(jiǎn)單,可連續(xù)生產(chǎn),產(chǎn)量較大,成本低廉,其缺點(diǎn)是易產(chǎn)生空心結(jié)構(gòu)的球形顆粒.Kang 等46采用噴霧熱解法制備了球形YAG:Eu 粉體,并對(duì)其結(jié)晶度、結(jié)構(gòu)、形態(tài)及發(fā)光性能進(jìn)行了研究. 表明粉體在1000下燒結(jié)就可完全轉(zhuǎn)化為純YAG 相,遠(yuǎn)低于固相法的燒結(jié)溫度;顆粒大小隨溶液濃度升高

25、而增大;通過對(duì)其發(fā)光性能的測(cè)試,得到銪元素最合適的摻雜濃度為1.3%(at,并發(fā)現(xiàn)粉體的陰極發(fā)光性能隨燒結(jié)溫度的升高而增強(qiáng).黎學(xué)明等47采用噴霧干燥法獲得前驅(qū)體,然后在活性炭提供的還原氣氛中,1100下燒結(jié)5 h 后,得到Y(jié)AG:Ce 3+粉體. 研究發(fā)現(xiàn),加入檸檬酸有助于保持熒光粉的形態(tài),加入適量助熔劑NaF 能顯著降低熒光粉的熱解溫度. 他們將所制熒光粉進(jìn)行封裝,測(cè)得其色標(biāo)為x =0.3184, y =0.3419,色溫為6165 K ,相關(guān)光譜分析結(jié)果見圖7.圖7 YAG:Ce 的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜和白光的LED 發(fā)光光譜47Fig.7 Excitation and emission s

26、pectra of YAG:Ce (ex =465 nm, em =530 nm and emission spectrum of white LED 474 結(jié)語(yǔ)與展望節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境受到人們高度重視,傳統(tǒng)的照明用電主流為白熾燈和熒光燈,其能耗占照明系統(tǒng)總耗電的20%. 白熾燈的效率低、壽命短,而生產(chǎn)熒光燈又不可避免地產(chǎn)生汞污染,國(guó)內(nèi)外紛紛著手開發(fā)新的照明光源. GaN 基LED 作為一種基于半導(dǎo)體電致發(fā)光技術(shù)的 新型固態(tài)光源,具有低功耗、長(zhǎng)壽命、反應(yīng)快、環(huán)保、5005506000246810121416181200Temp. (E m i s s i o n i n t e n s i

27、t y (a .u .Wavelength (nm3004005006007005001000(a YAG:CeEmissionExcitationI n t e n s i t y (a .u .Wavelength (nm20406080100380 460 540 620 700 780(b White LEDI n t e n s i t y (a .u .Wavelength (nm第6期 張星等：白光 LED 用高效熒光粉的制備研究進(jìn)展 Alloys Compd., 2004, 372(1/2: 300303. 1247 耐惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，迎合了未來(lái)照明光源綠色、環(huán)保的 發(fā)展趨勢(shì)，

28、研究具有優(yōu)異發(fā)光效率及性能穩(wěn)定的釔鋁石 榴石(YAG熒光材料是實(shí)現(xiàn)白光 LED 的關(guān)鍵. 目前，盡管 YAG 熒光材料的研究取得了很大的進(jìn) 展，但還存在一些制約白光 LED 性能的因素：(1材料 結(jié)構(gòu)均勻性有待提高，尤其是稀土元素?fù)诫s的均勻性. 結(jié)構(gòu)不均勻會(huì)使材料光學(xué)均勻性下降，不能有效吸收藍(lán) 光，導(dǎo)致發(fā)光效率降低，亮度衰減嚴(yán)重；(2形貌的調(diào)控 方面有一定的局限性. 目前的合成方法得到的多為形狀 不規(guī)則的顆粒，且粒徑無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控；(3理論研究 沒有跟上材料研究的發(fā)展. 復(fù)合摻雜時(shí)稀土離子相互作 用對(duì)材料性能的影響規(guī)律缺乏了解，特別是目前材料研 究進(jìn)入納米維尺度， 與尺度相關(guān)的量子效應(yīng)對(duì)熒光

29、性能 的影響及微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制研究較少， 還有待 進(jìn)一步深入探索. 針對(duì) YAG 材料研究中存在的上述問題，應(yīng)從以下 幾個(gè)方面著重解決： (1對(duì)熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)、 元素的摻雜及能量傳遞機(jī) 制等進(jìn)行較為全面詳細(xì)的理論研究，從理論上指導(dǎo)熒光 粉的研究；(2研究軟化學(xué)法或其他合成方法合成熒光 粉，以實(shí)現(xiàn)稀土元素的均勻性摻雜及熒光粉體形貌的有 效控制，提高其發(fā)光性能. 本課題組以相應(yīng)的金屬硝酸鹽溶液為原料， 采用高 頻熱等離子體方法，進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)，獲得了球形且 粒度可控的 YAG 粉體，為實(shí)現(xiàn)稀土元素的均勻、可控 摻雜奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ). 因此，高頻熱等離子體合成技 術(shù)有可能成為推動(dòng)解決上述

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