文 献 综 述

白光LED用Eu³ 掺杂Sr₂CeO₄单基质白光荧光粉的制备综述

1 引言

LED是发光二极管(Light emitting diode)的简称, 是一种新型固态光源。自1962 年Ho lo ny ak 等[1] 利用GaAsP 制备出第一支红光LED 以来, 经过多年的发展, LED 的发光范围逐渐扩大到绿光、黄光, 光效也逐渐从早期的0. 1 lm /W 提高到50 lm /W 以上。1993 年日本日亚化学公司Nakamura. S 等[ 2, 3] 率先在蓝色氮化镓(GaN)LED 技术上取得突破, 于1996 年将发射黄光的Y₃Al₅O₁₂ ∶Ce³ (YAG：Ce³ )作为荧光粉, 涂在发射蓝光的GaN 二极管上, 制备出白光LED, 并于1998 年将其推向市场。.LED被公认为是21 世纪的新光源, 是继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第4 代光源。由于LED 具有寿命长、发光效率高、节能、环保等特点, 广泛应用于移动通讯、城市景观照明、汽车灯、交通信号灯、LCD 背光源、室内外普通照明等多种照明领域[ 4]。由于白光最接近我们的日光, 能更好地反映照射物体的真实颜色, 所以白光LED 作为照明光源是极具潜力的，但其也存在使用寿命的问题，在实际应用中光输出衰减和颜色漂移都应是定义LED 使用寿命的重要参数[5]。目前白光LED获得白光发射最有效的途径是基于蓝光(~460 nm)或近紫外光(~390 nm)的荧光粉转换法，其工艺简单、成本低，占据市场主导地位。但目前这种商用的方法面临着化学稳定性差(猝灭温度低)、色纯度与发光效率低等问题。因此，具有高的激发与发光效率、较好的化学稳定性和环境友好的单基质白光荧光粉成为无机光电功能材料的研究热点。

2 Sr₂CeO₄发光材料

以氧化物为基质的发光粉具有良好的稳定性和发光性, 在平板显示上有很大的应用潜力。SrO -CeO₂体系中的复合物Sr₂CeO₄ , 是迄今为止所发现的唯一四价稀土离子发光的化合物。1998 年,Danielson等人在Science[ 6] 上报道, 首次通过组合化学方法发现了新型一维链状结构的Sr₂CeO₄ 是一种很好的蓝色发光材料, 色坐标x=0.198 , y =0.292 , 发射峰位于485 nm , 室温下经紫外、X 射线或阴极射线激发能够产生较高的发光效率。另外, 它还是良好的基质材料, 在不同稀土离子掺杂的Sr₂CeO₄中, 发现了能量传递等一些有趣的现象[7]。

3稀土发光材料

发光材料包括基质和发光中心(激活剂)。在稀土发光材料中,一般掺杂稀土离子作为发光中心(激活剂)。荧光粉在发光中包含三个过程:能量吸收、能量传递和发射荧光。一般而言,激活剂吸收激发光的能量,跃迁到激发态,然后返回到基态,一部分能量以光子辐射的方式释放,发出荧光,其余能量以非辐射弛豫的方式释放,以声子形式转化为热能"非辐射弛豫过程会降低荧光粉的发光效率,应尽量减少[8]。在很多稀土发光材料中,激发光能量不仅仅被激活剂所吸收，还比如添加的敏化剂可以吸收激发能量"敏化剂吸收能量后,将能量传递给激活剂,提高荧光粉的发光强度[9]。

稀土离子的电子构型为4f ⁿ 5s²5p⁶(0lt;nlt;14),拥有特殊的未充满的4f电子层,4f电子可以分布在7个不同4f轨道,拥有非常丰富的电子能级,可观察到约3万条谱线,使稀土荧光粉可以吸收或发射从紫外光到近红外区多种波长的电磁辐射[10]。稀土荧光粉的发光来自于4f层电子的f-f组态跃迁和d一f组态跃迁。由于4f层电子被5s²和5p⁶所屏蔽,受外部晶体场的影响较小,另外4f与4f之间的能级差较小,f-f跃迁呈现尖锐的线状谱,光的色纯度较高,可以在高温下保持发光性能,颜色受基质影响较小,但是发光强度较低。与f-f组态跃迁不同,由于d轨道电子裸露在离子表面,能级受到外部晶体场影响较大,另外4f与5d之间的能级差较大,d一f组态跃迁将产生较宽的带状谱,如二价离子Eu2 和三价稀土离子Ce³ 在近紫外区会产生4f ^{n _} 4f ^n-1 5d的宽带跃迁。f-d组态跃迁中,基质对光谱影响较大,不同基质会产生不同的发光颜色,发射强度远强于f-f跃迁。