用荧光粉转换方法制备纯绿色LED

收稿日期:2002203201;修订日期:2002204201 基金项目:吉林省科技发展计划基金资助项目(20010302) 作者简介:蒋大鹏(1963-),男,广西金县人,1983年毕业于中国科技大学物理系,研究员,主要从事发光二极管及相关材料与器

件研究工作。

E 2mail :jiangdapeng863@ ,Tel :(0431)5937610

研究快报

用荧光粉转换方法制备纯绿色L ED

蒋大鹏1,2,赵成久2,侯凤勤2,刘学彦2,申德振1,2,范希武1,2

(1.中国科学院激发态物理开放研究实验室;　2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春　130021)

摘要:采用荧光粉转换的方法制备了纯绿色L ED ,所制备的纯绿光L ED 的发光峰值在520nm ,其半峰宽约

为30nm ,法向光强为600mcd 。

关　键　词:荧光粉;纯绿光发光二极管;紫光发光二极管中图分类号:TN31218 文献标识码:A 文章编号:100027032(2002)0320311203

1　引 言

60年代初,首只G aAsP 红色发光二极管(以下简称L ED )问世以来,经过近40年的努力,L ED 的研究和生产得到迅速发展,从G aAsP ,G aAlAs 到In G aAlP ,L ED 的发光效率提高了近1000倍。90年代初,以Ⅲ族氮化物为代表的蓝色

和绿色L ED 取得历史性突破,经过短短的几年,其亮度已经接近或赶上红色L ED ,并且使L ED 形成了三基色完备的发光体系。近年来比较引人注目的L ED 材料体系主要有两个:一个是In 2G aAlP ,另一个是In G aN 。这两种材料体系的电2

光转换效率比较高,通过改变组分值,In G aAlP 的

发光光谱可以从640nm (红色)到550nm (黄绿色),改变In G aN 中的In 组分可以使In G aN 材料的发光光谱从530nm (纯绿色)、470nm (蓝色)到360nm (紫光)。由图1可以看出,In G aAlP 和In 2G aN 这两个材料体系基本可以覆盖整个可见光

谱区。在红、绿、蓝三基色L ED 中,难度最大的应

为纯绿色L ED ,由于在In G aN 材料体系中,随着In 组分的增加发光光谱将向长波方向移动,因此制备纯绿色L ED 要求实现高的In 组分。真正能够掌握高浓度的In 组分材料制备技术并能制备出纯绿色L ED 的只有日本和美国等为数不多的几家公司,在我们国内还未见这方面的报道。 采用荧光粉转换的方法制备白光L ED 已经被

图1　部分In G aN 和In G aAlP 发光二极管的发射光谱

Fig.1　The EL spectra of In G aN and In G aAlP L ED.

人们所熟知[1,2],本文采用荧光粉转换方法制备纯绿色L ED 。利用紫色L ED 的紫光作为激发源,通过荧光粉转换方法,将紫光L ED 转换成纯绿色L ED 。该项工作对荧光粉具有较高的要求,首先要求荧光粉的激发光谱与紫色发光二极管的发射光谱相匹配,这样可以确保荧光粉的光转换效率,另外要求荧光粉的发射光谱应在500～540nm 之间,并且发光光谱应类似于L ED 的发光光谱,为窄带光谱。本文工作选择了稀土激活的铝酸盐荧光粉(BaMg 2Al 16O 27∶Eu 2+,Mn 2+),从激发光谱(见图2)可以看出,这种材料的激发峰值在340nm ,而本文采用的紫色L ED 芯片的发射光谱峰值位置在388nm (见图3),荧光粉的激发光谱与紫光L ED 的发射光谱匹配得不是很理想。在388nm 位置的激

第23卷　第3期

2002年6月

发　光　学　报

CHIN ESE J OU RNAL OF L UM IN ESCENCE

Vol 123No.3

J un.,2002　

图2　稀土激活的铝酸盐荧光粉的激发光谱

Fig.2　Excitation spectrum of BaMg2Al16O27∶Eu2+,Mn2+ phosphors monited at 570nm.

图3　紫光发光二极管的发射光谱

Fig.3　EL spectrum of violet L ED.

发效率大约只有激发峰值的58%。但该材料的发射光谱(见图4)与发光二极管的发射光谱非常类似,其峰值位置在520nm,半宽度为30nm。利用这种稀土激活的铝酸盐荧光粉制备的纯绿色L ED的发光光谱如图5所示。从图5可以看出这种纯绿色L ED的发光光谱有两个发射峰:一个发射蜂在520nm,保持了荧光粉原有光谱特征,是一个半宽度为30nm窄带发射谱,这个发射光谱与纯绿色L ED的发射光谱十分类似;在391nm 处还有一个紫光发射峰,这个发射峰来自于紫光L ED的发射,它的波长向长波方向移动大约3nm。由激发谱可以看出,在390nm附近短波方向的激发效率高于长波方向的激发效率,短波方向的激发会有更多的光子转换成纯绿光。这个紫光L ED的发射并不是我们需要的,我们希望L ED的所有紫光发光全部被转换成纯绿色发光,这一问题的解决有待进一步研究。

图4　稀土激活的铝酸盐荧光粉的光致发光光谱Fig.4　PL spectrum of BaMg2Al16O27∶Eu2+,Mn2+phos2 phors excited by 380nm.

图5　用荧光粉转换方法制备的纯绿色发光二极管的发射光谱

Fig.5　EL spectrum of pure green L ED fabricated by phos2 phor conversion.

利用这种方法研制的纯绿色L ED的法向发光强度为600mcd,这个发光强度还不是很高,但从实验结果上看具有比较好的发展前景。提高发光强度尚有重要的途径,一个是寻找波长更短的紫光L ED芯片,同时将荧光粉的激发光谱峰值向长波方向移动,使紫光L ED的发射光谱与荧光粉的激发光谱尽可能匹配,另一个是加大荧光粉涂层的厚度,将紫光L ED的发光全部转换成纯绿色发光。

213 发 光 学 报第23卷