文献综述(或调研报告):
1. 引言
现在的夜晚不再是一片黑暗,人们运用智慧,将城市装点得五彩斑斓,让我们能够欣赏美丽的夜景。随着照明行业的发展,LED灯已经随处可见,其中白光LED具有量子效率高、功耗低、寿命长、节能环保等优势,现在家中的日光灯逐渐被白光LED灯所取代。得到白光的方法主要有3种,一是同时激发红绿蓝三基色芯片实现白光,二是用蓝光芯片激发黄光YAG荧光粉实现白光,三是近紫外芯片激发三基色荧光粉实现白光[1]。目前商业化的白光LED主要采用第二种办法,然而,这种方法缺少红光组分,得到的白光显色性不佳、色温偏高,因此限制了其在照明及显示等领域的应用。[2]红色荧光粉的加入,可以改善白光LED的性能,因此研发化学性质稳定、发光效率高的红色荧光粉十分重要。其中K2SiF6:Mn4 (KSFM)红色荧光粉是近些年的研究热点。
2. K2SiF6:Mn4 红色荧光粉
红色荧光粉的大致可以分为两个体系,一种是稀土红色荧光粉,另一种是Mn4 掺杂的氟化物红色荧光粉。目前商用红色荧光粉主要是Eu2 掺杂的氮化物,最典型的如Sr2Si5N8:Eu2 ,[3]其量子效率高、化学性质稳定,但是发射光谱过宽,部分超出了人眼感知范围,且会被蓝绿光激发,与YAG等黄色荧光粉混合时会发生重吸收现象,因此器件整体的效率不高。[4] Mn4 掺杂的氟化物红色荧光粉有A2XF6:Mn4 (A=Li,Na,K,Rb,Cs;A2=Ba,Zn;X=Si,Ge,Sn,Ti,Zr,Hf),A3MF6:Mn4 (M=Al,Ga,Sc),以及A2NF7:Mn4 (N=Nb,Ta)等,它们在蓝光区域的吸收带比较宽,热稳定性好,红光区域的发射光谱分布适宜,因此近些年来得到了广泛研究,具有很大的发展前景。[5]下面将对K2SiF6:Mn4 (KSFM)进行介绍。
2.1. K2SiF6:Mn4 的发光原理
左下图为立方相K2SiF6:Mn4 的晶体结构图。[6]每个Si与6个F围成[SiF6]2-八面体,K位于由12个最近邻八面体中心。由于半径相近,Mn4 很容易取代Si4 ,进入基质晶格,因此,K2SiF6:Mn4 具有立方晶系结构。而Mn4 取代晶体场八面体配位的格位时会发射红光。此外,Mn4 激活的荧光粉通常呈现宽带吸收和窄带红光发射的特征。右下图为K2SiF6:Mn4 的激发与发射光谱。[7] 由图可知,其吸收峰为宽峰,分别位于300-400 nm近紫外区和400-500 nm蓝光区,在610-650 nm范围内有多处尖锐的发射峰。与上面提到的Eu2 掺杂的稀土氮化物荧光粉相比,
Mn4 掺杂氟化物红色荧光粉的最强吸收峰与LED蓝光芯片发射峰 (460 nm)相匹配,且发射峰位于肉眼敏感的红光区,是理想的白光LED用红光材料。
2.2. K2SiF6:Mn4 的合成工艺
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