多铝酸盐宽带青色荧光粉发光特性

李婉璐， 戴鹏鹏

(新疆师范大学物理与电子工程学院 新疆矿物发光及其微结构重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830054)

1 引 言

荧光粉转换型白光发光二极管(pc-WLEDs)由于其发光效率高、寿命长、环境友好、稳定性好等优点而倍受学术界和照明产业界的广泛关注[1]。目前，商用的pc-WLEDs制备方法是将蓝色LED芯片与黄色荧光粉(Y3Al5O12∶Ce3+)相结合，通过蓝光+黄光复合得到白光。然而，由于商用pc-WLEDs光谱中红光成分不足，致使该类型的pc-WLEDs器件的显色指数偏低(CRI<75)，不能满足室内低色温、暖白光的照明需求[2]。产生白光的另一种方法是将近紫外LED芯片与三基色(红/绿/蓝)荧光粉相结合，这种方法几乎克服了上面提到的所有缺点。目前在这种方法中使用的蓝色和绿色荧光粉缺少可覆盖480～520 nm区域的青色发光成分，从而产生“青色间隙”，仍对全光谱发射有一定抑制作用。因此，开发在近紫外LED芯片驱动下能够弥补这一间隙的青色荧光粉尤为重要[3-5]。据报道，宽带的青色发光材料在一定程度上可以替代传统三基色荧光粉中蓝色和绿色荧光粉，并能覆盖它们之间的光谱间隙，将这种青色发光材料与宽带的红色荧光粉相结合，可以产生高质量的白光[6-7]。例如，中科院宁波物构所刘永福课题组提出将研发的半高宽为118 nm的Ba9Lu2Si6O24∶Ce3+青色荧光粉与商用宽带红色荧光粉CaAlSiN3∶Eu2+结合，获得了显色性为90.6和色温为4 193 K的高质量白光[8]。因此，开发一种宽带的青色发光材料替代传统三基色荧光粉中的蓝色和绿色荧光粉，不仅可以弥补三基色转换白光方法中青色发光不足的缺陷，同时还可以简化pc-WLEDs的制备工艺，降低其生产成本。

在荧光粉体系中，稀土Ce3+离子由于具有自旋允许的4f-5d特征跃迁，因而成为众多发光中心离子中最为常用的一种离子[9]。值得注意的是，稀土Ce3+的4f1基态可以分裂为两个能级(2F7/2和2F5/2能级)，因此，大多数Ce3+激活的发光材料都会很自然地表现出一个不对称的宽带发射。这个不对称的宽发射带主要归因于5d能级上的电子跃迁至2F7/2和2F5/2能级所产生的两个发射带叠加所致[10-11]。因此，Ce3+离子被认为是一种获取宽带发射荧光材料的最理想的激活剂离子。此外，众所周知，Ce3+发射强烈地依赖于其所占据晶体学格位的局部配位场环境[12]。如果发光中心Ce3+在基质晶格中能够占据多个具有不同配位环境的阳离子格位，那么这些具有不同配位环境的Ce3+离子的发射谱带很有可能同时叠加形成一种超宽的发射带[13]。例如，Y3Si5N9O∶Ce3+橙色荧光粉中Ce3+通过取代两个晶体场环境不同的Y3+离子实现了半高宽为178 nm的宽带发射[14]。最近还报道了一种半高宽为165 nm的新型Li2CaSi2N4∶Ce3+黄色荧光粉，这种宽带发射来自于基质中两个不同的Ce3+发光中心[15]。……