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近紫光激发荧光粉——引领LED 产业创新升级的引擎

1996年,日本日亚化学公司研发出了商业化的InGaN/Y3Al5O12:Ce3+ (蓝光芯片+YAG:Ce黄荧光粉)白色发光二极管(LED),自此全球展开白光LED 相关技术研发的竞逐。与传统照明光源相比,白光LED具有以下的优点:(1)发光效率高,发热量低,功耗低;(2)性能稳定可靠,使用寿命长,超过1000h,为普通白炽灯寿命的10倍以上;(3)节能、环保、无辐射,使用过程中不生产汞等污染物,同时可以回收再利用;(4)实用性强,驱动电路简单且直流,无频闪;(5)响应快,逐步失效;(6)体积小结构紧凑,易于实现大面积阵列。所以白光LED被业界看好,有望在未来10年内,成为替代传统照明器具的一大潜力商品。

但蓝光芯片+YAG:Ce荧光粉技术方案形成的白光色,是一种假的白光。其缺点主要表现在温偏高、显色指数低、色彩还原性差,由于蓝光芯片的发光角度小,各方向上的发光强度差异较大,产生眩光现象,造成光线刺眼等问题,影响了照明质量、损害使用者的视力。为了解决这些问题,世界进行了大量的相关研究,随着研究的深入,发现利用近紫外激发与荧光粉相结合的白光LED 技术方案,一方面因为不用蓝光芯片,可绕开日亚专利的纠纷,无须支付高昂的专利使用费;另一方面在大大提高能量转换效率的同时,还可有效地克服上述假白光方案的缺点。由于三基色(红/绿/蓝)荧光粉的吸收和发射光谱之间存在重叠和再吸收,会造成荧光粉组合制备的近紫外LED灯珠发光效率较低,因此,减少荧光粉组合的数量是提高近紫外LED照明发光效率的重要途径之一。采用近紫外LED芯片激发蓝色和黄色荧光粉可有效提高所制备的白光LED的发光效率。因此,寻找和研发新的、能商用近紫外芯片激发的、高效的黄色荧光不仅能有效地促进白光LED产业的创新与升级,从而获得自主的知识产权。

《科技导报》2015年第13期13~16页刊登了农荣等的研究论文“LED用黄绿色荧光粉LiZnPO4:Mn2+,Al3+的合成及Al3+敏化发光研究”。以廉价的锰(II)离子代替昂贵的稀土离子,用高温固相法合成了Li1-xZn0.9-xPO4:Mn0.1,Alx系列的荧光粉,样品具有LiZnPO4的结构。用荧光发射光谱及激发光谱表征了样品的发光性能。研究结果表明,Al3+的最佳掺杂量为3% ,所对应的荧光粉样品为Li0.97Zn0.87PO4:Mn0.1,Al0.03。Al3+的最佳掺杂量样品的发光强度是未掺Al3+样品的3.98倍,说明在LiZnPO4基质中Al3+对Mn2+的发光具有增敏作用,该样品为黄绿色的荧光粉,在紫外线激发LED的领域具有潜在的应用前景。

本期封面图片展示的是用高温固相法合成的LiZnPO4:Mn,Al 荧光粉,图片由农荣提供。本期封面由王静毅设计。

(责任编辑  赵业玲)