白光LED用氮化物及氮氧化物红色荧光粉的研究现状

白光LED 用氮化物及氮氧化物红色荧光粉的研究现状*

林海凤1,王海波2,张瑞西2,谢 晔1

(1 南京工业大学材料科学与工程学院,南京210009;2 南京工业大学电光源材料科学研究所,南京210015)摘要 白光L ED 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L ED 的显色指数及色温的影响极其显著。氮/氮氧化物体系红色荧光粉是一种非常优质的L ED 用荧光粉。介绍了氮/氮氧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 白光LED 氮化物 氮氧化物 红色荧光粉

Present R esearch Situation of the N itride and Ox ynitride Red

Phosphors for White L ED

LIN H aifeng 1,WA NG Haibo 2,ZH ANG Ruixi 2,XIE Ye 1

(1 Inst itute o f M ater ials Science and Eng ineer ing,N anjing U niv ersity of T echno lo gy ,N anjing 210009;2

Inst itute of Electr ic L ight Sour ce M at erials Science,N anjing U niversit y of T echnolog y,Nanjing 210015)

Abstract W hite LED is a kind of env iro nmental and ener gy sav ing g reen lighting.Ho wev er t he per for mance o f the red emitting phospho r can affect the color r ending index and the color temper ature o f the w hite L ED ex tr emely.A nd the nitride or ox ynit ride red phospho r is a ver y hig h qualit y kind fo r the white L ED.T he present resea rch situa tion,cr ystal str ucture,pr imary pr epar ation technolog y of the nitr ide and ox ynit ride r ed pho sphor s ar e intr oduced.For the ex isting problems in the resear ch,the new resea rch dir ection is pointed out.

Key words w hite L ED,nitr ide,ox ynit ride,r ed phospho r

*江苏省科技创新与成果转化专项(BA 2008049)

林海凤:女,1985年生,硕士研究生,主要研究方向为稀土发光材料及应用 E mail:linhaifeng1985@ 王海波:通讯作者,男,高级工程师 E mail:wang haibo 88@163.co m

白光L ED 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[1-7]

。

实现白光LED 的方法主要有3种[8-11]:一是荧光粉转换法,用GaN 基芯片所发射的蓝光激发YAG C e 3+荧光粉,芯片和荧光粉发出的光混合形成白光;二是多芯片法,用红、绿、蓝3种颜色的LED 芯片,利用三原色原理,按照一定的比例组合发出白光;三是集成单芯片法(也叫多量子阱法),是在一个芯片中利用多个活性层使L ED 芯片直接发出白光。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[12-17]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[18,19]。最近几年,稀土激活的,特别是Eu 2+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。Eu 2+激活的碱土氮化物M 2Si 5N 8 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[20-23]

。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。本文重点介绍了红色氮/氮氧化物荧光粉的晶体结构以及目前国内外制备红色氮/氮氧化物荧光粉的各种方法,如高温固相反应法、气体还原氮化法、碳热还原氮化法和氨溶液法,并简单说明了几种合成方法及其优劣。

1 氮/氮氧化物红色荧光粉的晶体结构

由于氮氮键能(942kJ/mol)大于氧氧键能(494kJ/mol),与氧化物体系的荧光粉相比,氮化物及氮氧化物荧光粉具有

较高的共价性,能带间隙低。在氮化物M 2S i 5N 8 Eu 2+

(M =

Ca,Sr,Ba)体系中,当稀土发光离子Eu 2+

取代碱土离子Ca 、Sr 、Ba 的格位时,Eu 2+的d 轨道被晶体场所劈裂,产生较大

红移,实现高效宽谱带红光发射。因此,Eu 2+

激活的氮化物体系为探索新型荧光粉提供了广阔的空间。

Ca 2Si 5N 8 Eu 为单斜结构,空间群Cc;Sr 2Si 5N 8 Eu 和