紅色熒光粉效率較低，成為LED用熒光粉乃至白光LED發展的瓶頸。本文闡述了我們研制的三個系列的高效、低先衰、適用范圍寬的LED用紅色熒光粉。稀土元素在這三種系列熒光粉中都發揮了重要作用。其中硫化物系列熒光粉以二價銪作為激活劑，該熒光粉具有激發范圍寬，同時呈現峰值在600nm以上的紅色寬帶發射，并且可根據不同的需要調節激發和發射峰值等優點。該熒光粉的缺點是穩定性不夠好，在使用過程中先衰較大。

　　但通過在制備過程中，添加劑的有效引及制備后期粉體的表面處理，該熒光粉的穩定性得到了很大的提高。第二個系列紅色熒光粉為稀土鋁(嫁)酸鹽系列。該熒光粉的特點是化學和光學性質穩定，先衰很小，發射出峰值波長大于650nm以上的深紅色光，適合藍光和橙紅光激發。第三個系列的紅色熒光粉為堿土和過渡金屬復合氧化物系列。該系列熒光粉以三價銪為激活劑，在紫外、紫光或藍光的激發下都能發射出三價銪的特征紅色光譜。該熒光粉的特點是性質穩定、發光效率高、適合紫外、紫光和藍光激發。

　　發光二極管LED(LightEmittingDiode)是一種可將電能轉換為光能的能量轉換器件，具有工作電壓低，耗電量少，性能穩定，壽命長，抗沖擊，耐震動性強，重量輕，體積小，成本低，發光響應快等優點。因此在顯示器件和短距離、低速率的光纖通信用光源等方面有廣泛的應用，特別是近年來藍色、紫色及紫外LED的迅速發展，使LED在照明領域取代白熾燈和熒光燈成為可能。

　　白光LED的產生有兩種途徑：第一種方法就是將紅、綠、藍三種LED組合產生白光;第二種方法就是用LED去激發其它發光材料混合形成白光，即用藍光LED配合發黃光的熒光粉，或者用藍光LED配合發綠色光和發紅色光兩種熒光粉，或者用紫光或紫外LED去激發紅、綠、藍三種熒光粉等。

　　從目前的發展趨勢來看，在可行性、實用性和商品化等方面，第二種方法都遠遠優于第一種方法，因此合成具有良好發光特性的特殊熒光粉相當關鍵。目前，采用藍光、紫光或紫外光LED配合熒光粉產生白光的技術己經相對成熟，但可應用于LED的紅色熒光粉，不是有效轉換效率低，就是性質不穩定、光衰大。因此，高效低光衰的LED用紅色熒光粉的研制正在成為國內外大公司和研究機構研發的熱點。

　　我公司從上世紀末就開始進行LED用熒光粉的研制，發表了多篇學術論文，申報了多項發明專利。并且有關成果己經形成了高技術產品，供應給國內外多家著名的LED制造商，產生了較好的社會和經濟效益。今年我們在原有工作的基礎上，繼續深入研究了LED用紅色熒光粉，研制出三個系列的高效低光衰紅色熒光粉。

　　1 硫化物系列紅色熒光粉

　　該系列熒光粉以二價銪作為激活劑，在紫外、紫光和藍光的激發下發射出峰值波長大于600nm的寬帶發射。圖1為不同銪含量下硫化物紅色熒光粉的發射光譜。在不同的銪含量下，發射光譜的形狀和發射峰位置幾乎沒有變化。但發射強度隨著銪含量的增加，先增強后減弱，最強發射時銪含量為0.1%左右。圖2為這些熒光粉的激發光譜。由圖可知，這些熒光粉在350nm下和400nm以上能夠被有效激發，且隨銪含量的不同，其激發光譜的形狀沒有明顯的區別，但激發強度明顯不同。由此可知，激活劑二價銪的含量對該熒光粉的發光效率有顯著的影響，但其含量的多少對激發和發射光譜的位置和形狀沒有明顯的影響。

　　該系列熒光粉以堿土金屬硫化物為基質，不同的堿土金屬元素及其含量對熒光粉的激發和發射光譜有不同的影響。圖3為Ca、Sr比不同的情況下在460nm藍光激發時該熒光粉的發射光譜。隨著鈣含量的增加，發射峰朝長波方向移動，且發射明顯增強。圖4為Ca、Sr比不同的情況下該熒光粉的激發光譜。激發光譜與發射光譜有相似的變化趨勢：隨著鈣含量的增加，激發峰朝長波方向移動，且峰值明顯增強。這些改變擴大了該熒光粉的應用范圍。根據不同的芯片和應用的需要，可以選擇不同的激發和發射峰的該系列熒光粉。

　　硫化物系列熒光粉的最大缺點在于：性質不夠穩定、光衰大。主要原因在于：在使用過程中，硫容易析出，二價銪容易被氧化。為此，在制備過程中，我們進行了添加輔助劑的試驗，并在粉體制備后期，進行表面處理試驗。通過輔助劑的添加和表面處理，有效地減緩了粉體的潮解、氧化和硫的析出，熒光粉的穩定性得到了很大的提高。

　　2 稀土鋁(鎵)酸鹽深紅色熒光粉

　　三價鈰激活的稀土鋁(鎵)酸鹽熒光粉作為吸收藍光而發射黃光的熒光粉，現已被廣泛應用于藍光激發熒光粉制造的白光LED中。在三價鈰激活的稀土鋁(鎵)酸鹽黃色熒光粉研制的基礎上，今年我們進一步研制出了稀土和其它過渡金屬元素共激活的稀土鋁(鎵)酸鹽深紅色熒光粉，為低色溫和更高顯色性的白光LED的制備，以及色彩鮮艷的彩色LED的制備打下了基礎。圖5為不同激活劑含量下該稀土鋁酸鹽熒光粉的發射光譜。鋁酸鹽熒光粉的發射主峰位于680nm以上，而鎵酸鹽的發射主峰的波長更長，在700nm以上。在不同的激活劑含量下，發射光譜的形狀和發射峰位置幾乎沒有變化。但發射強度隨著激活劑含量的不同，呈現規律性的變化。圖6為與圖5對應的稀土鋁酸鹽熒光粉的激發光譜。在不同的激活劑含量下，激發光譜的形狀和激發峰位置也幾乎沒有變化。但激發強度也隨著激活劑含量的不同，呈現規律性的變化。由圖可知，該系列熒光粉可以被400470nm范圍的藍紫光和560630nm范圍的橙紅光有效激發。因此，該熒光粉可以用來被兩種光源有效激發，一種是藍光LED芯片所發的藍光，另一種是紅光LED芯片所發的紅光，在上述兩種光源的激發下，熒光粉發出深紅色的光。由于LED芯片發光色的不同，以及再配上其它發光色的熒光粉，可以制備出不同發光色、不同用途的LED，如用藍光LED芯片再配上綠色熒光粉和該深紅色熒光粉可以制備出顯色性很好的白光LED。利用橙紅光LED來激發該熒光粉還可用于制造一些特殊的監控設備。

　　3 堿土和過渡金屬復合氧化物紅色熒光粉

　　硫化物紅色熒光粉穩定性還有待于進一步提高，而稀土鋁(鎵)酸鹽紅色熒光粉不能被紫光和紫外光有效激發。為此，我們研制了一種新型的堿土和過渡金屬復合氧化物紅色熒光粉。該系列熒光粉能夠被紫外、紫光和藍光有效激發。該系列熒光粉以三價銪作為激活劑，在激發源的作用下發射出三價銪的特征紅色發射。圖7為不同銪含量下堿土和過渡金屬復合氧化物紅色熒光粉的激發光譜。這些熒光粉在362nm、382nm、394nm、416nm和464nm左右均出現較強的激發峰。而這些波長正好覆蓋了紫外、紫光和藍光LED的發射區，因此該系列熒光粉可用于紫外、紫光和藍光LED激發的半導體照明器件中。

　　在不同的銪含量下，熒光粉激發光譜的形狀和激發峰的位置幾乎沒有變化。但激發峰的強度隨著銪含量的不同，呈現規律性的變化。這些熒光粉在不同的激發波長下都發射出612nm和616nm等三價銪的特征譜線，是很好的紅色發射熒光粉。隨銪含量的不同，其發射光譜的形狀沒有明顯的區別，但發射強度有所不同。由此可知，三價銪激活的堿土和過渡金屬復合氧化物適合紫外、紫光和藍光激發，是很好的紅色熒光粉。由于是由穩定的三價銪激活、且基質是穩定的氧化物體系，因此該系列熒光粉穩定性很好、光衰很小。

　　4 結語

　　隨著GaN制備技術的突破，藍光、紫光和紫外LED的出現和發現，日益引起各國政府、研究機構和跨國公司的重視。從目前的趨勢來看，展離不開熒光粉技術的進步。紅色熒光粉是LED用熒光粉的瓶頸。本文研制的三種熒光粉將有力地推動紅色熒光粉的發展，為更低色溫、更高顯色性、更高光效發展打下基礎。歡迎有關器件研制和生產單位與我們聯合起來，共同推進步。