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利用能量傳遞實(shí)現(xiàn)可調(diào)全色單一白光BaMg2Al6Si9O30:Eu2+,Tb3+,Mn2+熒光粉(特邀)

2012-04-26 05:23張家驊郝振東駱永石
中國光學(xué) 2012年3期
關(guān)鍵詞:全色熒光燈熒光粉

張家驊,呂 偉,郝振東,張 霞,駱永石

(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長春130033)

利用能量傳遞實(shí)現(xiàn)可調(diào)全色單一白光BaMg2Al6Si9O30:Eu2+,Tb3+,Mn2+熒光粉(特邀)

張家驊*,呂 偉,郝振東,張 霞,駱永石

(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林長春130033)

利用高溫固相法制備了全色單一白光BaMg2Al6Si9O30:Eu2+,Tb3+,Mn2+熒光粉。通過對其熒光光譜,能量傳遞效率,以及熒光壽命的研究,證實(shí)了Eu2+-Mn2+和Eu2+-Tb3+之間存在能量傳遞。在此體系中,白光由450,540和610 nm的3個(gè)譜帶組成,分別來源于Eu2+,Tb3+,Mn2+的發(fā)射。通過控制Tb3+/Mn2+的相對含量,可以得到色坐標(biāo)為(0.31,0.30),顯色指數(shù)為90,色溫為5 374 K的白光。因此,該單一白光熒光粉在白光照明領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

白光熒光粉;單一基質(zhì);能量傳遞;白光照明

1 引 言

作為當(dāng)今兩大主要光源,熒光燈和發(fā)光二極管(Light-emitting Diode,LED)燈被廣泛應(yīng)用于照明和顯示領(lǐng)域。但是,它們都存在一些缺陷,例如,傳統(tǒng)的熒光燈是通過激發(fā)紅、綠、藍(lán)3種熒光粉而形成白光,其自吸收會(huì)使發(fā)光效率降低。目前廣泛應(yīng)用的商業(yè)化白光LED主要通過InGaN藍(lán)光LED芯片和具有石榴石結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12: Ce3+(YAG:Ce3+)黃色熒光粉相互結(jié)合而實(shí)現(xiàn),但這種熒光粉制成的器件因缺少紅光成分,顯色指數(shù)較低,色溫較高[1-3],不適合在高質(zhì)量的照明領(lǐng)域應(yīng)用。針對上述問題,采用近紫外光管芯激發(fā)三基色熒光粉實(shí)現(xiàn)白光成為目前國際上在該領(lǐng)域研發(fā)的熱點(diǎn)。目前,采用近紫外光管芯制成的白光LED普遍采用混合紅、綠、藍(lán)3種基色熒光粉的方法制得[4-6],由于混合物之間存在顏色再吸收和配比調(diào)控等問題,這種白光熒光粉的流明效率和色彩還原性能受到較大影響[7-8]。因此,研制顏色穩(wěn)定,色彩還原性和顯色指數(shù)高,全色單一白光熒光粉具有十分重要的意義。

通過能量傳遞的原理,在合適的基質(zhì)中引入Eu2+/Mn2+[9],Ce3+/Mn2+[10]和Ce3+/Tb3+[11-12],是研制全色單一白光熒光粉的一種主要方法。Mn2+離子4T1→6A1禁帶躍遷的發(fā)光極弱,而Tb3+離子4f-4f躍遷在300~400 nm的吸收也很差。因此,需要一種合適的激活劑(如Eu2+)使其發(fā)光增強(qiáng)。本文研制了一種新型單一全彩色BaMg2Al6Si9O30(BMAS):Eu2+,Tb3+,Mn2+白光熒光粉。通過控制Tb3+/Mn2+的相對含量,得到了高顯色指數(shù)穩(wěn)定的白光。另外,研究了Eu2+-Mn2+和Eu2+-Tb3+之間的能量傳遞。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 材料制備

采用傳統(tǒng)的高溫固相法合成了Ba1-xMg2-y-zAl6Si9O30(BMAS):x Eu2+,y Tb3+,z Mn2+熒光粉樣品。所用原料為BaCO3(99.9%),Al2O3(99.9%),SiO2(99.9%),MgO(99.9%),Eu2O3(99.99%),Tb4O7(99.99%)和MnCO3(99.99%)。按照化學(xué)計(jì)量比稱取相應(yīng)的原料,將原料置入瑪瑙研缽中充分研磨30 min,使其均勻裝入剛玉坩堝,放入高溫管式爐中,在體積比為10:1的氮?dú)浠旌蠚夥障?,? 300℃下煅燒4 h,自然冷卻至室溫,取出后研磨即得BMAS:Eu2+,Tb3+,Mn2+熒光粉。

2.2 樣品表征

采用X射線衍射儀(Rigaku D/M AX-2500V)對合成樣品進(jìn)行物相分析;采用日立F-4500熒光光譜儀測得熒光粉的激發(fā)、發(fā)射光譜;利用Tektronix-TDS 3052數(shù)字示波器進(jìn)行壽命測量,激發(fā)光為Nd:YAG激光器輸出的三倍頻355 nm脈沖激光。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品的XRD分析與BMAS:Eu2+發(fā)光性質(zhì)

圖1是樣品的XRD譜,與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS 83-0740完全一致,說明摻雜沒有改變BMAS晶體的結(jié)構(gòu)。

圖1 BMAS:x Eu2+,y Tb3+,z Mn2+熒光粉的XRD譜Fig.1 XRD patterns of BMAS:x Eu2+,y Tb3+,z Mn2+phosphor

圖2為BMAS:Eu2+熒光粉的發(fā)射和激發(fā)譜,在330 nm激發(fā)下,發(fā)射光譜由兩個(gè)譜帶組成,分別位于370和450 nm處。兩個(gè)發(fā)射帶的激發(fā)譜覆蓋200~400 nm的UV波長。另外,監(jiān)測兩個(gè)發(fā)射帶可知,它們的激發(fā)譜不一致,說明它們是兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)光中心。與相關(guān)研究結(jié)果比對顯示[13],這兩個(gè)發(fā)射帶可歸結(jié)為處于不同格位上的Eu2+離子占據(jù)不同格位的發(fā)射。其中,370 nm的發(fā)射帶為Eu2+(Ⅰ)占據(jù)Ba2+離子處于弱場的發(fā)射,而450 nm的發(fā)射帶為Eu2+(Ⅰ)占據(jù)Mg2+離子處于強(qiáng)場的發(fā)射。

圖2 在330 nm激發(fā)下,BMAS:Eu2+熒光粉的發(fā)射和激發(fā)譜Fig.2 Excitation and emission spectra of BMAS:Eu2+phosphors at the excitation wavelength of 330 nm

3.2 Eu2+-Tb3+與Eu2+-M n2+之間的能量傳遞

圖3分別是BMAS:Eu2+(a),BMAS: Tb3+(b),BMAS:Eu2+,Tb3+(c)熒光粉的激發(fā)和發(fā)射譜。Tb3+的激發(fā)峰由處于300~500 nm的較弱線狀譜組成,歸屬于Tb3+的4f-4f躍遷。在378 nm激發(fā)下,Tb3+的發(fā)射峰位于485,545,580和620 nm處,是由5D4到7FJ(J=6,5,4,3)的躍遷造成的[14]。由于Eu2+的4f-5d躍遷為電偶極允許,明顯強(qiáng)于Tb3+的4f-4f躍遷。從圖3(a)和(b)中可以看出,Eu2+的發(fā)射譜和Tb3+的激發(fā)譜有一個(gè)很大的交疊區(qū)域,說明可能存在能量傳遞。而圖3(c)中,監(jiān)測Tb3+的542 nm發(fā)射的激發(fā)譜與監(jiān)測Eu2+(Ⅱ)的450 nm的激發(fā)譜形狀一致,證實(shí)了Eu2+(Ⅱ)到Tb3+的能量傳遞。

圖4為BMAS:0.04Eu2+,y Tb3+(y=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)熒光粉在330 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。從圖中可以看到,隨著Tb3+濃度的增加,Tb3+的發(fā)射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。這進(jìn)一步證明了在BMAS基質(zhì)中存在Eu2+→Tb3+的能量傳遞,并且隨著Tb3+離子濃度的增加,Eu2+→Tb3+的能量傳遞更加有效。這是因?yàn)槟芰總鬟f與Eu2+離子和Tb3+離子之間的距離有關(guān)。隨著Tb3+離子濃度的增加,Eu2+與Tb3+之間的距離減小,Eu2+向Tb3+傳遞能量更容易進(jìn)行。

圖3 BMAS:Eu2+(a),BMAS:Tb3+(b),BMAS: Eu2+,Tb3+(c)熒光粉的激發(fā)和發(fā)射譜Fig.3 Excitation and emission spectra of BMAS:Eu2+(a),BMAS:Mn2+(b),BMAS:Eu2+,Mn2+(c)phosphors

圖4 BMAS:0.04Eu2+,y Tb3+(y=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)熒光粉的發(fā)射光譜(激發(fā)波長為330 nm)Fig.4 Emission spectra of BMAS:0.04Eu2+,y Tb3+phosphors with different doping contents y at the excitation wavelength of 330 nm

為了進(jìn)一步分析能量傳遞效率隨Tb3+濃度變化的關(guān)系,在BMAS:0.04Eu2+,y Tb3+體系中測試并得到了Eu2+(Ⅰ)和Eu2+(Ⅱ)在370和450 nm處的熒光壽命,如圖5所示。從圖中可以看出,隨著Tb3+濃度的增加,Eu2+(Ⅱ)的壽命減小,而Eu2+(Ⅰ)的壽命基本不變,說明能量傳遞主要發(fā)生在Eu2+(Ⅱ)→Tb3+。能量傳遞效率可以表示為ηEu-Tb=1-τ2/τ20,其中τ20和τ2分別為不摻Tb3+和摻Tb3+時(shí)Eu2+(Ⅱ)的壽命。圖5中顯示的能量傳遞效率是隨Tb3+離子濃度的增加而提高的。當(dāng)Tb3+濃度為10%時(shí),能量傳遞效率可達(dá)到11%。盡管它們之間的能量傳遞效率很低,但是從圖中可以看出,Tb3+的強(qiáng)發(fā)射極大地提高了應(yīng)用在熒光燈和LED燈的綠光成分。

圖5 BMAS:0.04Eu2+,y Tb3+體系中Eu2+(Ⅰ)(τ1)和Eu2+(Ⅱ)(τ2)在370和450 nm處的熒光壽命Fig.5 Lifetimes of Eu2+(Ⅰ)(τ1)and Eu2+(Ⅱ)(τ2)of BMAS:0.04Eu2+,y Tb3+phosphors with different Tb3+concentrations at the wavelengths of370 and 450 nm

圖6(a)和(b)為在BMAS基質(zhì)中單摻Eu2+和Mn2+的激發(fā)和發(fā)射譜。Mn2+的4T1-6A1躍遷產(chǎn)生610 nm的紅光。監(jiān)測610 nm可以看出,其激發(fā)譜由355和406 nm兩個(gè)峰組成,它們分別歸屬于6A1(6S)到4T2(4D)和(4A1(4G),4E(4G))Mn2+能級的禁戒躍遷[15]。圖6(c)為BMAS: 0.04Eu2+,0.2Mn2+的激發(fā)和發(fā)射譜。與BMAS: 0.04Eu2+,y Tb3+不同的是,監(jiān)測Mn2+的610 nm發(fā)射的激發(fā)譜似乎同監(jiān)測Eu2+(Ⅰ)的450 nm的激發(fā)譜更為相近,可以認(rèn)為Mn2+的能量主要來自于Eu2+(Ⅰ),更為詳細(xì)的分析將在以后的工作中討論,這里主要研究作為紅光成分的Mn2+在熒光燈及LED燈中的作用。

圖7為BMAS:0.04Eu2+,z Mn2+(z=0,0.04, 0.08,0.12,0.16,0.20)熒光粉在330 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。從圖中可以看到,隨著Mn2+濃度的增加,Mn2+的發(fā)射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),而Eu2+的發(fā)射強(qiáng)度逐漸減弱,這更加證實(shí)了在BMAS: 0.04Eu2+,z Mn2+中Eu2+→Mn2+的能量傳遞。

圖6 BMAS:Eu2+(a),BMAS:Mn2+(b),BMAS: Eu2+,Mn2+(c)熒光粉的激發(fā)和發(fā)射譜Fig.6 Excitation and emission spectra of BMAS:Eu2+(a),BMAS:Mn2+(b),BMAS:Eu2+,Mn2+(c)phosphors

圖7 BMAS:0.04Eu2+,z Mn2+(z=0,0.04,0.08,0.12,0.16,0.20)熒光粉的發(fā)射光譜(激發(fā)波長為330 nm)Fig.7 Emission spectra of BMAS:0.04Eu2+,z Mn2+phosphorswith different doping contents z at the excitation wavelength of 330 nm

3.3 單一白光BMAS:Eu2+,Tb3+,M n2+的發(fā)光性質(zhì)

為了尋求白光的最佳濃度,合成了BMAS: 0.04Eu2+,y Tb3+,z Mn2+系列熒光粉,測試了在365 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖8為選取的BMAS:0.04Eu2+,0.08Tb3+,0.16Mn2+熒光粉在365 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。

經(jīng)過測試,可以得出其色坐標(biāo)為(0.31,0.30),位于白光區(qū)域;顯色指數(shù)為90,優(yōu)于傳統(tǒng)的熒光燈(Ra≈85)和商用LED燈(Ra≈78);色溫為5 374 K。因此,該單一全彩色熒光粉有望成為新一代的白光熒光粉。

圖8 BMAS:0.04Eu2+,0.08Tb3+,0.16Mn2+熒光粉在365 nm激發(fā)下的發(fā)射光譜Fig.8 Emission spectra of single composition BMAS: 0.04Eu2+,0.08Tb3+,0.16Mn2+phosphors under 365 nm excitation

4 結(jié) 論

通過高溫固相反應(yīng)法,合成了一系列單一全色BMAS:Eu2+,Tb3+,Mn2+白光熒光粉。研究了Eu2+-Tb3+和Eu2+-Mn2+之間的能量傳遞。在此體系中,白光包含的450,540和610 nm 3個(gè)發(fā)射譜帶,分別來源于Eu2+,Tb3+,Mn2+的發(fā)射。通過控制Tb3+/Mn2+的相對含量,可以得到色坐標(biāo)為(0.31,0.30),顯色指數(shù)為90,色溫為5 374 K的單一白光。因此,該單一白光熒光粉在白光照明領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

[1] NAKAMURA S,F(xiàn)ASOL G.The Blue Laser Diode[M].Berlin:Springer,1996.

[2] NAKAMURA S.Current status of GaN-based solid-state lighting[J].MRSBull.,2009,34:101-107.

[3] SETLUR A A,HEWARDW J,GAO Y,etal..Crystal chemistry and luminescence of Ce3+-doped Lu2CaMg2(Si,Ge)3O12and its use in LED based lighting[J].Chem.Mater.,2006,18:3314-3322.

[4] HAO Z D,ZHANG JH,ZHANG X,et al..White light emitting diode by using-Ca2P2O7:Eu2+,Mn2+phosphor[J].Appl.Phys.Lett.,2007,90(26):261113.

[5] KIM JS,JEON PE,PARK Y H,et al..White-lightgeneration through ultraviolet-emitting diode and white-emitting phosphor[J].Appl.Phys.Lett.,2004,85(17):3696-3698.

[6] YANGW J,CHEN TM.Ce3+/Eu2+codoped Ba2ZnS3:a blue radiation-converting phosphor forwhite lightemitting diodes[J].Appl.Phys.Lett.,2007,90(17):1719.

[7] KIDO J,SHIONOYA H,NAGAIK.Single-layer white light-emitting organic electroluminescent devices based on dye-dispersed poly(N-vinylcarbazole)[J].Appl.Phys.Lett.,1995,67:2281-2283.

[8] PIAO X Q,HORIKAW T,HANZAWA H,et al..Characterizationand luminescence properties of Sr2Si5N8:Eu2+phosphor for white light-emitting-diode illumination[J].Appl.Phys.Lett.,2006,88:161908.

[9] KIM JS,JEON P E,CHOI JC,et al..Warm-white-light emitting diode utilizing a single-phase full-colorBa3MgSi2O8: Eu2+,Mn2+phosphor[J].Appl.Phys.Lett.,2004,84:2931-2933.

[10] HUANG C H,CHEN TM.A novel single-composition trichromatic white-light Ca3Y(GaO)3(BO3)4:Ce3+,Mn2+,Tb3+phosphor for UV-light emitting diodes[J].J.Phys.Chem.C.,2011,115(5):2349-2355.

[11] ZHANG G G,WANG J,CHEN Y,et al.Two-color emitting of Ce3+and Tb3+co-doped CaLaGa3S6O for UV LEDs[J]. Opt.Lett.,2010,35:2382-2384.

[12] 李盼來,劉海燕,王志軍,等.Ce3+、Tb3+在SrZnP2O7材料中的發(fā)光及能量傳遞[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2010,31:719-723. LIP L,LIU H Y,WANG ZH J,et al..Luminescece and energy transfer between Ce3+and Tb3+in SrZnP2O7phosphors[J].Chin.J.Lumin.,2010,31:719-723.(in chinese)

[13] IM W B,KIM Y I,JEON D Y,et al..Thermal stability study of BaAl2Si2O8:Eu2+phosphor using its polymorphism for plasma display panel application[J].Chem.Mater.,2006,18:1190-1195.

[14] RAO R P.Tb3+Activated green phosphors for plasma display panel applications[J].J.Electrochem.Soc.,2003,150:H165-H171.

[15] YANGW J,LUO LY,CHEN TM,et al..Luminescence and energy transfer of Eu-and Mn-coactivated CaAl2Si2O8as a potential phosphor for white-light UVLED[J].Chem.Mater.,2005,17:3883-3888.

Color-tunablewhite-light em itting BaMg2Al6Si9O30: Eu2+,Tb3+,Mn2+phosphors via energy transfer(Invited)

ZHANG Jia-hua*,LüWei,HAO Zhen-dong,ZHANG Xia,LUO Yong-shi
(State Key Laboratory of Luminescence and Applications,Changchun Institute of Optics,F(xiàn)ine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China)
*Corresponding author,E-mail:zhangjh@ciomp.ac.cn

Single-phase white-light emitting phosphors BaMg2Al6Si9O30:Eu2+,Tb3+,Mn2+are synthesized by solid state reaction.The energy transfers from Eu2+to Tb3+and Eu2+to Mn2+in BaMg2Al6Si9O30are demonstrated by fluorescent spectra,energy transfer efficiency and fluorescent life time analysis.The BaMg2Al6Si9O30:Eu2+,Tb3+,Mn2+shows three emitting colors:450,542 and 610 nm,which are assigned to the contribution from Eu2+,Tb3+and Mn2+,respectively.By tuning the relative composition of Tb3+/Mn2+,chromaticity coordinates of(0.31,0.30),color rendering index Ra=90 and Correlated Color Temperature(CCT)of 5 374 K can be achieved upon the excitation of UV light.Experimental results indicate that the present phosphor BaMg2Al6Si9O30:Eu2+,Tb3+,Mn2+can serve as potential candidates for light emitting diodes.

white-light emitting phosphor;single-phase;energy transfer;white LED

TN104.3;O482.31

A

10.3788/CO.20120503.0203

張家驊(1965—),男,黑龍江呼蘭人,博士,研究員,博士生導(dǎo)師。1986年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)半導(dǎo)體物理與器件專業(yè),獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位。1997年畢業(yè)于中國科學(xué)院長春物理研究所凝聚態(tài)物理專業(yè),獲理學(xué)博士學(xué)位,同年破格晉升為研究員。先后在意大利國際理論物理中心、法國國家科研中心、瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)和荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)做高級訪問學(xué)者,主要從事稀土發(fā)光材料的研究。先后主持國家和省部級項(xiàng)目20余項(xiàng);發(fā)表論文100余篇,被引用200余次;申請和授權(quán)專利10余項(xiàng)。E-mail:zhangjh@ciomp.ac.cn

1674-2915(2012)03-0203-06

2012-01-12;

2012-03-16

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.10834006,10904141,10904140,51172226);國家科技部資助項(xiàng)目(No. 2006CB601104);吉林省科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(No.20090134,20090524)

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