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发光

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氮化物的红荧光粉的发光性质在LED上的应用

TENG Xiaoming(滕晓明)，ZHUANG Weidong(庄卫东)，HU Yunsheng(胡运生)，HUANG

Xiaowei(黄小卫)

(National Engineering Research Centerfor Rare Ennh Materials,General

Research Institutefor Non-Ferrous Metals,and Grimm Advanced Materials

Co．Ltd．．Beijing100088,China)

Received 31 January 2008；revised 16 March 2008

摘要：Eu2+-掺杂入有三个组成的氮化物荧光粉Sr2Si5N8：Eu2+，是由高温固相烧结的方而合成。X射线衍射（XRD）图谱表明可以得到Sr2Si5N8的单相。随着Eu2+浓度的增加，发射峰的位置会发生红移。激发光谱表明两个激发带来自于基体和Eu2+离子的从4f7→4f65d1的跃迁.比较在不同温度下的Sr2Si5N8：Eu2+和CaS：Eu2+荧光粉的发光性质，可以明显的看到随着温度的增加两组荧光粉的强度会逐渐的降低。从Sr2Si5N8：Eu2+的强度高于CaS：Eu2+，可以表明前者的发光性质要比后者好得多。

关键词：发光；碱土；氮化物；白色LED；稀土

由于白色发光二级管在液晶显示器的背光源，功率下降灯等方面的突出应用，使得其已经被广泛关注。白光可以通过多芯片LED或者芯片和荧光粉的结合而产生。目前，在白色LED方面Y3A15O12：Ce3+ (YAG：Ce3+)荧光粉已经被作为一个优秀的黄荧光粉而被广泛的使用[3-5]。可是，类似于像氧化物和硫化物之类的红荧光粉不会被考虑因为它们不是有着低的发光效率就是有着差的稳定性。近来，一种氮化物基的红荧光粉在白色LED应用方面显示出了它独特的发展前景，这是因为它拥有着优秀的发光性质和极好的热稳，化学稳定性[8-10]。

在本文中，我们通过运用高温固相合成的方法来制备Sr2Si5N8：Eu2+。我们主要探讨和研究Eu2+的浓度不同的情况下对其发光性能的影响。再者，不同温度下粉料发光的性质也是我们研究的一个重点。

1 实验

首先，运用化学计量的方法称量出Sr3N2，Si3N4（99%）和Eu203(99.99％)的原料。把Eu（III）按照不同的摩尔浓度从0.1到0.5分成5份，每逢间隔是0.1.

然后，把他们放在玛瑙研钵中一起混合和研磨。之后，再把混合物转入氧化铝坩埚。所有的这些步骤都必须严格在纯净的氩手箱里完成。随后，把混合物在氮氧体积比为95:5的气氛下烧结，混合物要在1400度的温度下的管式炉中烧结大约9小时。在得到Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉以后，样品必须要进行研磨和过筛。

荧光粉的晶体结构主要是通过荷兰帕纳科公司生产制造的X’Pert PRO M PDX

X射线衍射仪器来进行测定和研究的。那么，激发光谱，发射光谱和温度特性都被来自美国生产制造的Fluoro MAX-Ⅱ型分光光度计所记录下来。

2 结果与讨论

2.1 X射线衍射分析

图1（1）是未经掺杂纯的Sr2Si5N8的XRD图谱。Sr2Si5N8本身拥有者一个正交结构。它的晶格参数是：a=0.5710nm，b=0.6822nm和c=0.9341nm(JCPDS

85-0101)。而且另外我们从图1（1）中可以很容易看出尽管存在着SrSi202N2杂质，但是Sr2Si5N8依然是主导产品。为了实验的方便，我们选择三氧化二铀作为我们铀的主要来源，Eu2O3会在反应的过程中降低化合价而转化为二价的Eu。

图1（2）显示的是Eu掺杂在Sr2Si5N8里以后的XRD的图谱。除了Sr2Si5N8：Eu2+主相以外，还存在少量的SrSi202N2杂质，这些杂质可能是在反应的时候由于发生了氧化而形成并在反应系统中保留下来了。有Eu掺杂的Sr2Si5N8晶格参数是a=0.5708nm，b=0.6820nm,而c=0.9339nm，这些数据都是根据TREOR90

方案而计算得到的。显而易见的是，与那些未经掺杂的Sr2Si5N8相比，经过掺杂的Sr2Si5N8晶格参数相对缩小了，这主要是由于小半径的Eu2+离子（0.109nm）有机会去占据大半径的Sr2+离子（0.112nm）的位置。

图示1 纯Sr2Si5N8（1）和掺Eu2+ 的Sr2Si5N8 (2)的XRD图

（“。”表示SrSi202N2衍射峰）

2.2 光谱分析

前面提到，对于Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉来讲，Eu2+离子占据了大半径的Sr2+离子的位置，这些位置是被安排在由Si6N6环组成的通道中，它们沿着[100]晶向。可是，Sr在Sr2Si5N8为基体的晶格中有着两个截然不同的晶体场环境，即：Sr1的8配位数和Sr2的10个配位数（见图2（a）[11]）。 Srl-N [2．865(6)]的平均距离比Sr2一N [2．928(7)] [7]小，因此当Sr2+被Eu2+离子替换以后，我们就可以观察到两种不同类型的发射光，因为激发态的电子位于不同的能级范围内（见图2（b））。而且，取代Sr1的位置的Eu2+离子会受到一股更强的晶体场。

图示2（a）晶体结构图

图示2（b） Sr2Si5N8：Eu2+能级图

可是，Sr2Si5N8：Eu2+的发射光谱仅仅有一个单宽的发射带，这就证明了两个Eu2+离子所处的环境相互之间是非常相似的，又或者可能是Eu2+离子对其所处的基体结构的变化不够敏感，最终导致Eu2+的两个发射带在Sr2Si5N8：Eu2+上发生大量的重叠。

图3显示出了在不同的Eu的浓度下，Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的发射光谱随其所发生的变化。发射光谱表明宽带（半高宽为110nm）发射是由于Eu2+离子由4f65d1→4f7跃迁造成的。正是由于N3-离子更高的电负性和电子云重排效应的影响，显著降低了Eu2+离子的5d轨道的重力中心[12]。Eu2+发射带的位置是与Eu2+的浓度密切相关的。随着Eu2+浓度从0.1增加到0.5，发射带由615nm到638nm而发生红移。晶体场的强度与从坐标组到中央正离子的距离成反比关系。因此，更多的Eu2+离子代替了Sr2+离子导致了晶体场强度的增加，并且最终不可避免的产生了红移现象。

图示3 不同Eu2+浓度下的Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的发射光谱

（λex=460nm）

图4说明在不同的Eu的浓度下，Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的激发光谱随其所发生的变化。此激发光谱涵盖了从紫外光到可见光区域内的波长范围并且它还拥有2个激发带。第一个激发带低于350nm是由于基体的导带和价带之间的转换过渡所引起。激发能量通过非辐射的方式由基体到活化剂Eu2+，最终发射出红光。另一个宽激发带在超过350nm的区域，它主要是由Eu2+离子通过4f7→4f65d1跃迁产生。Eu2+离子的最高强度的5d轨道激发带在Sr2Si5N8：Eu2+图谱上的位置大约是395nm区域。5d轨道激发带的最低能级（大约是从450---550nm的很宽的一段）似乎可进一步分解成两到三个子带，尤其是在更高的Eu2+浓度下。5d激发带的铀离子在低能量的位置，是因为EUM-N和一个大的晶体场之间的高的共价键的影响，这共价键会在氮的存在下发生分裂[13]。另外，随着Eu2离子浓度的增加，这些有着更长的波长的子带们会变得更加的集中。

图4 不同浓度Eu2+的Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的激发光谱（λem是发射谱峰值）

2.3 不同温度下的发光性质

为了更深入的去研究Sr2Si5N8：Eu2+光学发光性质，我们又接着探讨了温度猝灭效应。我们记录了当Sr2Si5N8：Eu2+样品被加热到不同温度时的它的发光光谱。现在我们可以拿商业用的CaS：Eu2+来做对比。结果就如下图示5所示。随着温度的增加，因为存在着温度猝灭效应从而使得这两种荧光粉的强度逐渐的降低。当温度上升到120摄氏度时，CaS：Eu2+荧光粉的强度仅仅是在室温下的80%左右；然而，Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的强度大约在87%左右。由以上可以说明，Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的温度性质要比CaS：Eu2+荧光粉的温度性质要好的多。

图5 不同温度下的Sr2Si5N8：Eu2+和CaS：Eu2荧光粉

（浓度时0.1mol∕mol，λex=460nm）

3 结论

新型的红色Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的制备主要是通过高温固相法获得。从X射线衍射图谱可以看出，无论有没有掺杂三氧化二铀的荧光粉的存在，我们都可以获得Sr2Si5N8相。Sr2Si5N8：Eu2+的晶格参数变小的主要是因为Eu2+离子的半径要比Sr2+离子的小一些。Sr2Si5N8：Eu2+的发射光谱仅仅有一个单宽的发射带，这就说明了两个Eu2+离子所处的环境相互之间是极其的相似，又或者可能是Eu2+离子对其所处的基体结构的变化不够敏感。还有，随着Eu2+摩尔浓度从0.1增加到0.5，发射带之后因此而发生红移现象。根据发光性质的结论分析我们最终得出一个结论，Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉的温度性质要比CaS：Eu2+荧光粉的性质更胜一筹。

参考文献：

【1】Nakamura S，Mukai T，Senoh M．Candela-class-high

brightness InGaN／A1GaN double-heterrostructure blue LEDs．

App1．phys．Lett，1994．64：1687．

【2】Su Q，Wu H，Pan YX，Xu J，Guo CF，Zhang XM，Zhang JH，

Wang J，Zhan g M ,Rare earth luminescent materials for white LED solid state

lighting. Rare Earths,2005、23(5)：5 13．

f31 Li D P，Miao C Y，Liu L F，Xia W．Progress on research of

blue LED converted white materials YAG：Ce ． Liquid

Crystals and Displays,2005，2O(6)：526．

『41 Schlotter P，Baur J，Hielscher Ch，Kunzer

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荧光发光原理

荧光发光原理

荧光发光原理

荧光发光是一种在特定条件下物体发出的可见光。其原理是通过吸收一定能量的光或电子激发物质的电子，使其处于激发态。当这些激发态的电子回到基态时，会释放出能量并发出荧光。这种能量的转变是由于电子能级的跃迁造成的。

具体来说，荧光发光的过程包括激发、发射和退激发三个阶段。在激发阶段，外部光或电子的能量被吸收，使物质中的一些电子被激发到较高的能级。在发射阶段，激发态电子回到基态，发射出与吸收的能量相对应的光子。这些发射的光子具有特定的波长和能量，因此呈现出特定的颜色。在退激发阶段，光子能量与物质之间的相互作用使电子重新处于基态。

荧光发光的原理与其他光发射现象（如自发辐射、发光二极管）有所不同。在荧光发光中，物质在被激发后会辐射出较长波长的光，这导致了荧光物质常常呈现出明亮而活泼的颜色。这也是为什么荧光物质在黑暗中仍然可见的原因。

荧光发光应用广泛，例如在荧光灯、荧光屏幕和荧光染料中都有应用。通过控制激发物质和发射物质的化学成分及物理结构，可以调节荧光发光的颜色和强度。这使得荧光技术成为了现代科学、医学和生物学研究中的重要工具。

人眼发光的原理是什么原理

人眼发光的原理是什么原理

人眼发光的原理是什么原理

人眼发光的原理可以归结为两个主要因素：光反射和光发射。

首先，我们知道，光是一种电磁波，它可以以特定的波长传播并通过空气、水和其他透明介质。光的传播也遵循着一定的规律，其中最重要的是反射。当光线照射到一个物体上时，它可以被物体吸收、透过或者反射。 当光线遇到一个物体表面时，一部分光被物体吸收，而另一部分则被物体反射。这是物体呈现颜色和亮度的原因之一。

人眼中的视网膜上有一种特殊的细胞，称为视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞对彩色和亮光敏感，而视杆细胞对黑暗和较暗的光敏感。当反射光线进入眼睛并照射到视网膜上的这些细胞时，它们将刺激这些细胞并将光信号转化为神经脉冲信号。这些神经脉冲信号随后通过视神经传送到大脑中的视觉皮层进行处理和解释，从而形成我们感知到的图像。

此外，人眼中的一些特殊结构也可以发出光。这种发光现象被称为自发光或生物发光。在人眼中，这种自发光是由一种称为荧光的物质产生的。荧光分子一般是由带有杂原子的有机化合物组成，例如许多植物和动物体内的荧光素。当这些荧光分子受到外部光照射时，它们会吸收光能量并在一段时间后释放出来。这种释放的能量以光的形式发射出来，构成人眼发光的现象。

此外，有些人类特别具有夜视能力或眼睛在暗处闪光的现象，称为暗视能力。该现象与维生命卵磷脂和视神经酰胺以及松果体中特殊化学物质的结构有关。当眼睛暴露在黑暗中时，松果体会释放这些特殊化学物质，以增加视网膜中视杆细胞的敏感性。这些化学物质会加强视杆细胞的反应，使眼睛能够更容易地感知到环境中微弱的光线。因此，在黑暗中，人眼可能会发出微弱的光芒。

总体而言，人眼发光的原理涉及光的反射和吸收的物理过程，以及视网膜上的视锥细胞和视杆细胞对光的敏感性。此外，自发光现象也会导致人眼发光。通过研究和了解这些原理，我们可以更好地理解和解释人眼发光的现象。

各种灯的发光原理

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1. 白炽灯（Incandescent Light Bulb）发光原理

白炽灯的发光原理是通过通电加热来使灯丝发光。当电流通过灯丝时，灯丝发热并达到高温，高温使灯丝发出可见光。由于灯丝发热时会有能量损耗，因此白炽灯的能效较低。

2. 荧光灯（Fluorescent Light）发光原理

荧光灯的发光原理涉及气体放电和荧光物质的发射发光。荧光灯内部包含一个气体（通常是氩气和氮气的混合物）和一层荧光粉涂层。当电流通过荧光灯的电极时，气体发生放电产生紫外线辐射。紫外线激发荧光粉，在可见光范围内产生发光现象。

3. LED（Light Emitting Diode）发光原理

LED的发光原理是通过电流通过半导体材料产生光电效应而发光。当电流通过LED的固态半导体结构时，电子和空穴重新结合释放能量，这一过程产生的能量以光的形式发射出来。由于LED采用了电固态发光，因此具有高能效、长寿命和快速响应的特点。

4. 氖灯（Neon Light）发光原理

氖灯的发光原理是通过气体放电产生激发氖原子能级转变所发出的光。氖灯将氖气（或氖气与其它气体混合）充填到玻璃管内，两端连接电极。当高压电流通过氖气时，气体发生放电，在可见光波段产生橙红色的发光。

5. 激光器（Laser）发光原理

激光器的发光原理是利用受激辐射效应产生的高纯度、单色和相干的光。激光器的工作原理是通过把能量输入到增益介质（如气体、固体或液体）内部，使介质中的原子或分子受激跃迁，产生相干光子发射。与其他类型的灯不同，激光器产生的光线是高度聚焦和定向的。

各种光源的发光原理和特性

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各种光源的发光原理和特性如下：

1. 白炽灯：白炽灯是一种常见的传统光源，其原理是通过将电流通入灯丝，使灯丝加热到非常高的温度，从而使灯丝发出可见光。白炽灯的特点是光线温暖柔和，但效率较低，寿命相对较短。

2. 荧光灯：荧光灯是通过电流通入荧光灯管中的气体，使气体中的原子或分子激发，产生紫外线。紫外线再照射到荧光粉上，激发荧光粉发出可见光。荧光灯的特点是效率较高，寿命较长，但启动时需要一定的时间，且光线有些冷暗。

3. LED灯：LED灯是一种采用LED（发光二极管）作为光源的照明设备。LED通过电流与PN结的结合，产生光线。LED灯的特点是效率极高，寿命非常长，而且可以发出不同颜色的光线。此外，LED灯具备快速启动、调光控制和低能耗的优点。

4. 激光：激光是一种具有高能量、高亮度和一定的定向性的光线。其发光原理是通过过程中的受激辐射，使原子或分子处于受激发射的态，从而发出与受激辐射具有相同频率的激光。激光的特点是单色性好、光束聚焦能力强，并且可以用于很多应用领域，如医疗、通信和制造等。

以上只是一些常见的光源的发光原理和特性，还有其他一些特殊的光源如气体放电灯、卤素灯、红外线灯等也有不同的发光原理和特性。