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    近紫外激发荧光粉及高显色性白光LED器件研究

    发布日期:2016-05-19 点击次数:951

    近紫外激发荧光粉及高显色性白光LED器件研究

    李聪,戴鹏鹏,张昕彤

    东北师范大学紫外光发射材料与技术教育部重点实验室

     

    全球每年有13%的电力消费用于betway必威体育app官网|首页,其中我国约为12%,日本约为16%,美国约为17%。随着社会的发展和科技的进步,对节能、环保、和高显色性的要求成为betway必威体育app官网|首页光源发展的主流。光源显色性是指光源发出的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实色彩的显现程度,是评价betway必威体育app官网|首页光源的一个重要指标。光源的光谱分布决定光源的显色性,光源的显色性影响人眼观察物体的颜色,对光源显色性进行定量评价是评价光源质量的一个重要方面。一般的人工betway必威体育app官网|首页光源都是用显色指数 Ra作为显色性的评价指标。Ra的数值范围从0 ~100,没有物理单位。Ra值越高,光源的显色性就越好。一般认为 Ra≥80,光源的显色性优良; 50≤Ra≤79,光源的显色性一般; Ra< 50,光源的显色性较差。

    白光LED由于具有高效率、长寿命、低能耗等优势被认为是最具潜力的betway必威体育app官网|首页光源。目前实现白光常用的方式是荧光粉转换法,即在芯片上涂荧光粉,通过激发光及芯片激发荧光粉发射光混合实现白光。白光LED通常是由蓝色芯片激发发光材料发射黄光混合实现的,这是最简单最常见的白光实现方式,但是由于在光谱中缺少蓝绿红色成分,实现的白光显色性并不突出(Ra~80)为了优化显色性,研究者们开始致力研究由近紫外激发下分别发射红蓝光的三种荧光粉的混合,以获得高显色性白光发射。图1所示为我们以近紫外光芯片为激发源,配合铕激活氯硅酸锶镁(MSSO_Cl:Eu2+、蓝绿色发光)、铕激活氯硅酸锶钙(CSSO_Cl:Eu2+、黄色发光)和锰激活氟锗酸镁(MGF:Mn4+、深红色发光)三种荧光粉实现的白光LED及其发射光谱和显色指数数据。我们制备的白光LED的平均显色指数达到了 91,而基于蓝光芯片和YAG荧光粉组合市售白光LED平均显示指数只有80。特别是显色指数R9这一项,我们的白光LED要显著优于市售LED。

     

    图1紫外激发下MSSO_Cl:Eu2+,CSSO_Cl:Eu2+,MGF:Mn4+发光情况

    及其实现的白光与商用YAG:Ce3+显色指数对比情况

     

    但是紫外激发三基色荧光粉也存在着一个难以克服的问题,即各荧光粉组分间因吸收和发射光谱交迭导致的级联激发能量损失,从而使得光效降低。然而在单一基质中直接实现白光能够有效的防止级联吸收问题,所以探究新型单一基质白色荧光材料成为目前研究热点之一。我们以Eu2+, Tb3+, Mn2+三种激活剂共掺杂氯磷酸锶钙钡材料,通过调节三者间能量传递实现了高量子效率的白光发射,同时显色性达到了86。进而又对铕激活氯磷酸锶进行基质结构调控,获得单一稀土掺杂白光发射荧光材料,在紫外光的激发下也实现了高显色性的白光( Ra=91, R9=90),显著优于市售白光LED(Ra = 80,R9 =14)。


    图2紫外激发下(Sr3,Ca,Ba)(PO4)3ClEu2+, Tb3+, Mn2+的发光情况

    Sr5(PO4)2.5(BO3)0.5Cl:0.04Eu2+YAG:Ce3+的发光光谱对比情况

    随着时代的发展,人们对于高品质的betway必威体育app官网|首页光源要求也越来越高。对于荧光粉转换型白光LED来说,高显色性是一个不容忽视的重要指标。如何兼顾流明效率和显色性必然成为白光LED研发的焦点。

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