LaMg_xNb_yO₃：Eu红色荧光粉的制备综述

1引言

在全球性能源节约和低碳经济的全面号召与推动下，人类意识到绿色照明中节能与环保的重要性。自1962 年Holonyak 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0.1lm/W提高到50lm/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(light emitting diode，发光二极管)以其自身所具备的省电、节能、环保、寿命长、亮度高等优势成为各行各业和老百姓生活中的新宠，掀起了人类照明史上的又一次革命，被公认是继各种火光照明、白炽灯照明、高强度气体放电灯照明之后的第四代光源⁴。LED照明保持着呈现高速蓬勃发展的趋势，其中，白色LED的使用率和使用量最高，但目前能有效地被紫外光和蓝光芯片激发的红色荧光粉较紧缺，且现有的红色荧光粉发光效率较低、稳定性较差、制备工艺较落后。众所周知，红色荧光粉作为生产白光LED过程中比较关键的发光材料，其质量的高低对于优化白光LED的发光性能具有重要的意义⁵，因此寻找新型高效稳定的红色荧光粉成为推动白光LED发展中至关重要的环节⁶。

2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⁷。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⁸。

稀土离子的电子构型为4f ⁿ 5s²5p⁶(0，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⁹。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 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。

3白光LED发光原理

LED发光的核心是PN 结，其发光机理是:热平衡状态下，N 区有很多迁移率很高的电子，P 区有较多的迁移率较低的空穴，由于PN 结阻挡层的限制，常态下二者不能越过势垒而发生复合；而当给PN 结加正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了PN 结动态平衡，产生少数载流子的电注入，同时空穴从P区注入N 区，同样电子从N 区注入到P 区。注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合不断的将多余的能量以光的形式辐射出去，从而把电能直接转换为光能¹⁰。

4白光LED的制备技术

4.1荧光粉涂敷光转换法

荧光粉涂敷光转换法，即采用荧光粉将紫光或蓝光转换复合产生白光。它是目前技术上最成熟的方法。以GaInN /YAG体系为例，这种白光LED是在蓝色GaN芯片的表面上涂钇铝石榴石(YAG)荧光粉后制成的。但也有一些缺陷如#129;荧光粉受厚度影响较大，颜色难以匹配恰当#8218;受荧光粉配比影响较大，荧光粉寿命时间不长#402;发光效比较低。