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基于蓝光LED芯片激发的荧光粉研究进展一．引言固体白光发光二极管将成为21世纪新一代节能光源。要实现白光的重要途径之一是利用稀土发光材料的荧光转换技术，把InGaN半导体管芯发射的460 nm蓝光或400 nm近紫外光转换成白光。二．黄光荧光粉日本日亚化学公司于1996年首先研制出发黄光系列的钇铝石榴石（yttriumaluminum garnet，YAG）荧光粉配合蓝光LED得到高效率的白光光源。近年来，科研人员对钇铝石榴石系列荧光粉的制备、物理性能、发光性能进行了大量的研究。图1为采用不同方法合成的YAG:Ce荧光粉的发射光谱，从图中可以看出，由燃烧法和固相法合成样品的发射光谱与采用溶胶凝胶法和共沉淀法合成的样品有明显的红移，可能是由于后两种方法得到的样品颗粒较小而导致表明张力较大。台湾大学刘如熹等用固相法合成了Ce，Gd取代Y，Ga取代Al的Y3Al5O12，研究得出只需少量Ce取代就可实现黄色荧光。Gd取代Y时，钇铝石榴石荧光粉晶格常数变大，发射光谱最大峰有红移现象。Ga取代Al时，钇铝石榴石荧光粉晶格常数变大，发射光谱最大峰有蓝移现象。通过调节Gd，Ga的量可使发射光谱在510~560 nm之间变化。图1不同方法合成的YAG:4%Ce荧光粉的发射光谱（(a)燃烧法，(b)溶胶凝胶法，(c)共沉淀法，(d)高温固相法）由于商用的发射蓝光的InGaN的发射波长在460 nm附近变动，因此，为了保持发射白光，YAG:Ce3+的发射波长和色坐标也必须相应变动。为此，可改变Ce3+的掺入浓度或调整Y3Al5O12的组成。随着Ce3+的掺入浓度的增大，发射峰值移向长波，当以Gd3+部分取代Y+，或以Ga3+或In3+部分取代Al3+，可使Ce3+在Y3-xGdxAl5O12或Y3Al5-yMyO12(M=Ga3+或In3+)中的发射波长发生相应的变动，随着x的增大，发射波长移向长波；随着y的增大，发射波长移向短波，同时，发光强度都下降。使用YAG:Ce制得的白光LED的显色指数在82左右。为了提高显色指数，研究了YAG:Ce中加入一些的发射红光的稀土荧光粉，或加入发射红光的稀土荧光粉和发射绿光的稀土荧光粉的多色混合的方法，使显色指数提高到92。在此基础上改进的还有(Y,Gd)3Al5O12:Ce。除钇铝石榴石结构的黄光荧光粉外，Park等人报道了用高温固相法合成的Sr3SiO5:Eu2+，并将Ba2+和Eu2+共掺杂Sr3SiO5得到橘黄色荧光粉，与Sr2SiO4:Eu2+黄色荧光粉、InGaN蓝光LED芯片组合而成暖白光LED，相关色温Tc在2500-5000 K之间，显色指数高于85。色坐标为(x=0.37,y=0.32)，流明功效为20~32 lm/W。该体系白光发射的流明功效优于传统的YAG:Ce3++InGaN体系。与YAG:Ce相比，Sr3SiO5:Eu2+具有更优的温度特性，随温度升高，YAG:Ce3+发射强度降低，而Sr3SiO5:Eu2+的发射强度逐渐增强。这可能是由于Sr3SiO5:Eu2+具有更稳定的结构所致。La1-xCexSr2AlO5黄色荧光粉在450 nm波长激发下，发射谱为宽带谱峰峰值为556 nm，半高宽为116 nm。随着Ce3+浓度的增加，发射峰值逐渐向长波方向移动。用该荧光粉制备的白光LED的显色指数和流明效率分别为85和20 lm/W。其它有关报道蓝光LED激发的黄色荧光粉有：Li2SrSiO4:Eu2+，Ca2BO3Cl:Eu2+，Sr3SiO5:Ce3+,Li+，Ca-α-SiAlON:Eu2+，Li-α-SiAlON:Eu2+，Ba2Si5N8:Eu2+等。三．绿光荧光粉能被蓝光LED激发的绿光荧光粉不多，主要以卤硅酸盐体系为主。二价铕激活氯硅酸镁钙Ca8Mg(SiO4)4Cl2绿色荧光粉在460 nm波长的蓝光激发下，发射谱峰值在500 nm附近。Ca3SiO4Cl2:Eu2+荧光粉，激发光谱峰位于260-470 nm之间，因此它既能与UV LED(350-410 nm)匹配，也能与蓝光LED(450-470 nm)匹配，发射出峰值为505 nm绿色荧光。硫化物体系主要报道的是Ga2S3:Eu2+荧光粉。在λex=400 nm和λex=460 nm激发下，发射峰值波长为540 nm，发射峰的半高宽约为50 nm。Yu等报道了一系列Ca1-xSrx(Ga1-yAly)2S4:Eu2+荧光粉，通过改变Ca/Sr和Al/Ga值，研究其晶体结构和发光性能(相对发光强度，半高宽，色坐标)。研究发现随着Sr2+和Ga3+取代量的增加，Eu2+的发射峰出现明显的蓝移现象，发射峰值从556 nm变化到496 nm。硅酸盐体系绿色荧光粉有Ca3Sc2Si3O12:Ce。其吸收450 nm的蓝光而发