Led用含氮化物红色荧光粉研究

摘要摘要近年来,InGaN基白光LED因为其出色的发光性质在照明世界中被广泛应用。传统的白光产生方式是由InGaN基蓝光芯片激发黄色荧光粉产生白光,但是这种白光光谱中的红色光的缺失造成该白光的色温高、显色性能差,因此,为了获得高显色性低色温的白光,红色荧光粉被应用于白光LED中。Eu2+激活的氮化物红色荧光粉可以被蓝光或紫外光有效激发,发射出590-680nm的红光。这种荧光粉具有出色的温度特性和化学稳定性,且波长可调范围广、发光效率高,从而吸引了越来越多的关注。白光LED是一种符合环保和节能的绿色照明光源,而红色荧光粉的性能对白光LED的显色指数及色温的影响极其显著。氮化物体系红色荧光粉是一种非常优质的LED用荧光粉。介绍了氮化物红色荧光粉的研究现状、晶体结构、主要的制备方法,针对目前还存在的一些问题,指出了今后的研究方向。关键词:氮化物荧光粉发光白光LEDCaAlSiN3：Eu2+ABSTRACRABSTRACTInGaN-basedwhiteLEDiswidelyappliedinthelightingworldforitsexcellentLuminescentproperties.ThetraditionalwhitelightconslstsofahighperformanceblueledandyellowPhosPhor,butthewhitelightsPeetrumProdueedbythiswaylacksred1ightandcausedhighcolortemperatureandpooreolorperformance.Therefore,inordertomeettheLEDneedsofhighCRI(colorrenderingindex)andlowcolortemperature,redphosphorsareappliedtowhiteLED.Eu2+aetivatednitrideredphosphorcanbeeffectivelyexcitedbyultravioletorbluelightandemit590-68Onmred1ight.Thisphosphornotonlyhasexcellentthermalstabilityandchemicalstability,butalsohaswideemissionwavelengthrangeandhighluminouseffieiency,forwhichattractedmoreandmoreattention.WhiteLEDisakindofenvironmentalandenergy-savinggreenlighting.HowevertheperformanceoftheredemittingphosphorcanaffectthecolorrendingindexandthecolortemperatureofthewhiteLEDextremely.Andthenitrideoroxynitrideredphosphorisaveryhigh-qualitykindforthewhiteLED.Thepresentresearchsitua-tion,crystalstructure,primarypreparationtechnologyofthenitrideandoxynitrideredphosphorsareintroduced.Fortheexistingproblemsintheresearch,thenewresearchdirectionispointedout.KeyWord：:nitrides;phosphorus;luminescence;whiteled;CaAlSiN3：Eu2+目录目录第一章绪论.........................................................11.1研究意义.......................................................11.2白光LED氮化物荧光粉简介.......................................21.3国内外白光LED研究现状及发展前景...............................31.4荧光型白光LED的实现途径及其应用...............................5第二章白光LED基本原理..............................................92.1荧光粉的发光原理...............................................92.1.1发光的定义和发光材料的分类...............................92.1.2发光的主要特征...........................................92.1.3Eu2+离子的发光特性......................................102.1.4荧光材料的能量传输机理..................................112.2LED基本工作原理..............................................122.3LED主要性能指标及其产品分类..................................122.3.1LED主要性能指标........................................122.3.2LED产品分类............................................13第三章氮化物荧光粉的研究现状及合成.................................153.1氮化物红色荧光粉的研究现状....................................153.2氮化物荧光粉的主要类型及特性..................................163.3氮化物荧光粉的性能优势........................................173.4氮化物荧光粉的主要合成方法....................................17第四章氮化物荧光粉的发光特性研究...................................234.1氮化物荧光粉的制备及结构分析..................................234.2氮化物的发光特性..............................................244.2.1CaAlSiN3：Eu2+的激发光谱................................254.2.2CaAlSiN3：Eu2+的发射光谱................................25目录4.2.3Eu2+的浓度对氮化物发光强度的影响........................27第五章氮化物红色荧光粉温度特性研究.................................315.1两种氮化物红粉在不同温度下被激发的发光特性....................315.2两种氮化物红粉的热稳定性......................................325.3本章小结......................................................33第六章结论与展望...................................................35致谢...............................................................37参考文献............................................................39第一章绪论1第一章绪论1.1研究意义自20世纪90年代以来,人类需要更多的能源来快速发展全球的经济,这就能源需求和供应间发生了矛盾,人类逐渐需求更加节能的产品。照明在能源消耗领域占据了能源的很大一部分,而且照明领域用电随着经济发展和人们生活水平的提高呈现逐年增长的趋势。节约照明用电是所有终端用电设备中节能效率和减排发电污染物最高、成本效益最好的一种节电技术,因此节约照明用电在国家经济建设中有很重要的意义。所以,发展全新的照明节电技术及材料对节约能源具有非常重要的意义。现在我们广泛使用的白炽灯发光效率低,环境污染大,而且汞灯和荧光灯里的汞对人体危害极大,而发光二极管(LightEmittingdiodeLED)是一种全新固体光源,它带来的照明经济与环境效益是很大的,正因为其优异性从其发展到现在十几年时间就得到各个国家的重视和青睐,下图可以看出各个国家通过使用LED而达到节能减排的效果[1-5]。LED用含氮化物红色荧光粉研究2随着LED芯片GaN技术的发展和器件制作工艺的成熟,LED现在成为从紫外、可见、红外多波段的固体光源[1]。白光LED具有很多优点,例如能耗低、寿命长、体积小、环境污染小、耐高温、抗压抗震、易回收等[2-4],被誉为白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯后的第四代光源[5]。目前市场上用的白光LED用蓝色和绿色荧光粉有较好的发光效率,而红色荧光粉的性能较差。所以为了满足白光LED的性能要求和推广应用,必须研制出性能优良的红色荧光粉,这对于LED的生产成本有重要意义。于是,研究新型高效的白光LED用红色荧光粉或改进现有红色荧光粉体系制备工艺、条件等成为了国内外研究的热点。1.2白光LED氮化物荧光粉简介白光LED是一种新型固体光源，与白炽灯和荧光灯等光源相比，具有能耗低、寿命长、体积小、响应快、无污染等优点，被称为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯后的第四代绿色光源，因此受到极大关注。随着其性价比的不断提高，白光LED在众多照明领域尤其是家用照明中展现了广阔的应用前景。实现白光LED的方法主要有3种:①用LED芯片所发光激发荧光粉，芯片和荧光粉发出的光混合形成白光，即荧光粉涂敷光转变法；②利用红光、绿光、蓝光LED制备LED白光组件，即多色LED组合法；③利用多个活性层使LED直接发白光，即多量子阱法。第一种方法目前应用最多也最成熟，但是缺点也十分明显，由于是黄光和蓝光二基色复合形成的白光，缺少了红色的成分，所以显色指数偏低。目前，国内外的黄色和绿色荧光粉在封装应用中已经很成熟，而红色荧光粉由于发光效率和稳定性不能与其他荧光粉相比(工业上主要使用硫化物或硫氧化物)，发光效率低、稳定性差，难以满足三基色荧光粉的需求。而新近合成的一类氮化物体系荧光粉则能弥补这个缺陷。最近几年,稀土激活的,特别是Eu2+激活的氮化物和氮氧化物受到很大关注，并得到迅猛发展，形成一类新的稀土发光材料。Eu2+激活的碱土氮化物第一章绪论3M2Si5N8：Eu(M=Ca,Sr,Ba)红色荧光体是从1999年到现在飞速发展的高效荧光体，主要受固态照明发展而兴起。这类氮化物红色荧光体的物化性质很稳定，在空气和水中稳定不分解，而且具有光衰小、发光量子高等优点，在很短时间内卓有成效地用于白光LED中，使白光LED实现全光谱、高显色性、低色温新光源，达到一个新水平。氮化物荧光粉是最近几年基于白光LED（发光二极管）的兴起而迅速发展起来的一种新型荧光粉。1993年日本日亚（Nichia）公司率先采用氮化镓和黄色荧光粉YAG∶Ce组合制成白光LED，开发出了以荧光材料覆盖蓝光LED产生白光光源的关键技术，并由此拉开了白光ＬＥＤ实现普通照明研究的序幕。白光LED作为一种新型固态光源