（光学工程专业论文）Mlt2gtSiOlt4gt：RE（MMgSrBaRETmlt3gtTblt3gt）真空紫外光谱特性的研究.pdf

中文摘要 摘要：p d p 用的荧光粉引起了越来越多学者的重视，晶体中掺杂稀土离子的相 关研究已成为人们研究的热点。由于硅酸盐基质具有较高的化学稳定性和较好的 结品性，是一类性能优良基质材料。本文采用高温固相法研究制备了稀土离子掺 杂的m 2 s i 0 4 碱土金属系列硅酸盐荧光粉，并对其结构特性及发光性能进行了研究。 m 2 s j 0 4 ：r e ( m = m g s r ，b a , 砌三：1 m 3 + ，t b “) 的x 射线粉末衍射数据与j c p d s 标准卡片( 8 7 - 0 0 6 1 ，3 9 1 2 5 6 ，2 6 1 4 0 3 ) 符合得很好。稀土激活离子的掺入没有 引起基质结构的明显变化，表明我们合成的材料是碱土金属正硅酸盐，属于m 2 s i 0 4 型化合物，属于正交型晶系。 监钡9 4 5 7 n m 时，m 2 s i 0 4 ( m = m g , s t , b a ) ：t m “的真空紫外激发谱中，存在两个位 于1 7 0 r i m ，1 9 0 n m 附近的激发峰和一个位于2 1 1 r i m 3 0 0 h m 附近的激发带。前者主要 是硅酸盐基质的吸收，并且按照离子半径m 9 2 + s t 2 + b a “的顺序，硅酸盐基质的 吸收随着离子半径的增加向短波方向移动；后者是由于t m 3 + 与近邻的o 厶发生电荷 迁移而产生的，随着离子半径的增加逐渐减弱。在1 6 1 r i m 真空紫外激发下的主要发 射峰分别位于3 5 7 n m ，4 5 9 n m ，4 7 8 n m 附近，分别对应于1 m “的1 d 2 - - 3 i - 1 6 、1 d 2 3 1 1 4 、 1 g 4 3 h 6 能级的跃迁，并且随着碱土离子的不同，相对应1 d 2 - - 3 h 6 、1 d 2 3 1 1 4 、1 吼 一3 h 6 能级的跃迁发射峰的强度也发生变化。 监测5 4 5 n m 时，b a 2 s i 0 4 ：t b 3 + 的真空紫外激发光谱包括两个宽的谱带，峰值分 别位于1 8 6 r i m 和2 3 8 a m 。前者属于基质晶体的吸收，而后者则是n “4 3 2 - 之间的电 荷转移态。在1 6 1 r i m 真空紫外光激发下，n “离子的发射峰主要位于4 8 6n m ，5 4 5 n m ，5 8 9n m 和6 2 3n n l ，分别对应于5 d 4 7 f 都= 6 ，5 ，4 ，3 ) ，其中以5 d 4 _ 7 f s ( 5 4 5 n m ) 绿光发射为最强。 从b 8 2 r x s i 0 4 ：t b 3 + x r d 衍射谱中可以看出，当x = o 时，b a z s i 0 4 的x r d 衍射谱 与j c p d s 卡片2 6 1 4 0 3 符合的较好，随着s t 2 + 掺杂比例的增加，b a 2 s i 0 4 的衍射峰逐 渐减弱，s r 2 s i 0 4 的衍射峰逐渐增强。 监测5 4 5 n m 时，b a 2 。s r x s i 0 4 ：1 口+ 真空紫外激发光谱，位于1 8 6 n m 和2 3 8 n m 附近 的吸收峰强度随着x 的增大减弱，基质吸收能向低能方向移动。样品b a 2 。s r 捌0 4 ： t b 在1 6 1n m 激发下的发射光谱主要由峰值位于4 9 1 r i m ，5 4 5 n m ，5 8 9 n m ，6 2 4 n m 的四个峰组成，分别对应t b “的5 d 4 - t f j ( j = 6 ，5 ，4 ，3 ) 跃迁发射，5 4 5n m 的发射最 强。激活离子相同基质不同，发射的强度也不同，但并未随着b a s r 的比率的增加 发生规律性变化， b a 0 4 s r l 6 s i 0 4 ：t b 3 + 的发光强度最大。 关键词：p d p ；荧光粉；稀土；硅酸盐 分类号：0 6 1 4 3 3 a b s t r a c t ：n o w , m o r ea n dm o r es c h o l a r sp a yt h e i ra t t e n t i o nt ot h ep h o s p h o r s u s e df o rp d p ( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) s i l i c a t ep h o s p h o r sa r op r o m i s i n ga sc a n d i d a t e so f h o s tm a t e r i a l sf o rt h en e wv u v p h o s p h o r sw i t hv a r i o u sc r y s t a ls t r u c t u r e sa n dh i g h c h e m i c a ls t a b i l i t y i nt h i sa r t i c l e ，i tw a sa t t e m p t e dt op r e p a r er a r ei o nd o p e dm 2 s i 0 4 p h o s p h o rb yt h es o l i d s t a t er e a c t i o na n dt h e i rl u m i n e s c e n tp r o p e r t i e su n d e r r vw e r e i n v e s t i g a t e d t 1 l ex - r a yp o w d e rd i f f r a c t i o nd a t ao fm 2 s i 0 4 ：r e ( m = m g , s r ，b a ，则巳= | t l n “f r 驴) i s i na g r e e m e n t o f j c p d ss t a n d a r dc a r d ( 8 7 0 0 6 1 ，3 9 1 2 5 6 ，2 6 - 1 4 0 3 ) ，w h i c h i n d i c a t e s t h a tt h ed o p e dr a r ei o nh a v el i t t l ei n f l u e n c eo nt h es t r u c t u r eo fl u m i n e s c e n th o s t i t i n d i c a t e st h a ts i n # e - p h a s e dm 2 s i 0 4p h o s p h o fc a l lb eo b t a i n e di ns u c hs y n t h e s i s p r o c e s s t h ev u ve x c i t a t i o ns p e c t r u mu n d e r4 5 7 n mo fm 2 s i 0 4 ：t m 3 ( m = m g ，s t , b a ) s h o w st w op e a k sa ta b o u t1 7 0 n ma n d1 9 0 m na n dab r o a de x c i t a t i o nb a n df r o m2 1 1 r i m t o3 0 0 r i m t h ef o r m e r 伽b ea s s i g n e dt ot h ea b s o r p t i o no ft h eh o s tl a t t i c e w h i c hi s s h i f l e dt o w a r d sl o n g e rw a v e l e n g t h sa st h er a d i u so fa l k a l ie a r t hi o ni nms i t ei n c r e a s e s ( m 9 2 + s p 5 0 ，0 0 0 c m 1 ) ，为了提高电离雪崩效应的效率， 还使用了混合的惰性气体，如n e + x e ，使n e 的亚稳态在与x e 的碰撞中，产生 p e n g n i n g 电离反应，使x c 电离成x c + ，然后经内部能量弛豫，到x e 的1 s 激发态， 它跃迁到基态时发出1 4 7 n m 的真空紫外光，激发器件上的荧光材料发出可见光。 不同的惰性气体的发射波长不同，考虑多种因素，通常采用x e 或x r h e 混合气 体，其主要发射波长为1 4 7 r i m ，还有1 3 0 r i m 和1 7 2 r i m 。每个单元规律的涂有红绿 蓝三种荧光粉，在电极选址下发光，从而实现彩色显示。不同气体组分、压力对 发光亮度均有显著影响。 i广- b ， 日 i 娶 ￥销d 疋 雹 ；。 ii ib - j p d p 的鲍1 i 单几结构a ：坡璃 蝮b ：，乜扳c ：扎绨篮荧光韧， d 离r 破电，e ：可虻光辘；i ； 波k x e - h e7 【体啵 u 的发财光罾孥 图1 - lp d p 典型单元结构和x e - h e 气体放电的发射光谱 f i 9 1 1 t h c f a b r i c o f t y p e c e l l o f p d p d t h e e x c i t a t i o ns p e c t r a o f x e - h e 1 2 1p d p 电视和普通电视的比较 同现在普通电视依靠显像管显像的电视相比，p d p 电视具有如下的特点i 捌： ( 1 ) 为了制成同普通电视相比更轻更薄的电视，等离子电视采用尖端技术，克服 了普通电视现有的问题。所以等离子电视是为普通电视厚度的1 6 ，重量为其1 1 0 ， 超轻超薄，可安装在任何您需要安装的地方：( 2 ) 消除画面晃动现象，长时间收 看眼睛不疲劳，普通电视在画面切换时，会出现视觉观察不到的画面。因此，长 时间观看电视会造成视觉疲劳，会对眼睛造成负面影响，p d p 电视完全消除了画 面晃动现象，所以不会造成视觉疲劳，同时避免了对眼睛的损伤；( 3 ) 以数字技 术实现高画质，p d p 电视用超薄完全平面的玻璃板实现1 0 0 完全平面。完全消除 画面扭曲现象，再现清晰画面，单独呈色同时，构成色素( 红、绿、蓝) 以数字 方式加以处理，呈现更加清晰自然的电视画面；( 4 ) 在家里享受剧场大屏幕，由 于普通显像管电视想要制造4 j 0 英寸以上的大画面电视时，技术要求很高( 显象管 大小、长度、重量等要超大) 因而实际上很难实现大画面。可是p d p 电视，增加 了显示玻璃板的大小，同普通电视相比，更容易实现4 0 英寸大画面，因而p d p 也 可实现无法想象的大画面。现在，即使在家中也可以欣赏到剧院效果；( 5 ) 在任 何角度均可看见清晰画面，现有电视，由于画面反光或屏幕的弧度，在收看电视 时，会造成在某些角度观看时看不到画面，因而很多人一同收看电视时很不方便， 可是p d p 电视采用超薄玻璃板实现1 0 0 平面，因而不会造成表面的反光现象，同 时呈像的色素( 红、绿、蓝) 的荧光体发光，使反射角增大，使( 上、下、左， 右) 各方位都能呈现卓越画面：( 6 ) 普通电视在以显像管显像时，由于受到磁场 的影响，因而会造成画面扭曲现象，因为有磁场影响，为了呈现清晰的画面，在 摆放电视时会考虑磁场问题，尽量不同会造成磁场影响的外部设备相连。但是p d p 电视完全杜绝上述现象，您可随意摆放，同时实现无扭曲画面。 1 2 2p d p 用发光材料的发展现状 彩色等离子体显示板( p d p ) 具有易实现大型化、自发光、视角宽、色纯度好和 响应时间快等优点，故被认为是最有希望实现直视型大屏幕壁挂电视的显示器件， 同时也是实现h d t v 最有前途的平板显示器件。目前旨在进一步提高p d p 性能的 各项研究正在加速进行之中，其重要课题之一是提高器件的发光效率。1 8 j - 【1 0 】现研 制和试用中的p d p 发光效率较低标志当今p d p 水平的d c p d p 发光效率仅为 0 1 7 1 m w ，a c p d p 的发光效率为o 5 h 邮) l ，显然提高器件效率的潜力尚大。彩色 p d p 的发光是由潘宁工作气体在外加电场作用下电离产生真空紫外线激励真空紫 外荧光粉而实现，依此工作机理，提高p d p 发光效率的工作是多方面的，主要包 括改进器件结构、采用低功耗驱动方式、增强工作气体的v u v 辐射和提高荧光粉 发光彩色p d p 中使用的荧光粉是用真空紫外激发的光致发光粉，通过它将上述气 体电离产生的真空紫外光转换成可见光。 为使p d p 有较高的发光效率，除要求荧光粉有良好的色座标外，尚需满足以 下条件：1 ) 对特定气体电离的紫外辐射有很强的吸收；2 ) 很少吸收可见光；3 ) 能有效地 将吸收的紫外辐射转变成可见荧光辐射，即量子效率越高越好。 目前广泛应用的p d p 用荧光粉大多沿用了传统的灯用发光材料1 2 3 - 2 5 1 ，红色荧 光粉有y 2 0 3 ：e u 3 + 、“，g d ) b 0 3 ：e u 3 + 和y ( v ，p 灿：e 矿+ ，绿色荧光粉有 l a p 0 4 ：c e 3 + , t b 3 + 、c e i g a i l l o l 9 ：t b 3 + 、z n 2 s j 0 4 ：m n “和b a a i l 2 0 1 9 ：m n 2 + ，蓝色荧 光粉有b a m g a i l o o l 7 ：e u 2 + 和b a m g a l l 4 0 2 3 ：e u “。表1 2 列出了目前应用于p d p 用荧 光粉的光输出和量子效率的数据。 8 表1 2 目前应用于p d p 的荧光粉的光输出( l o ) 和量子效率( o e ) t a b l e1 2t h el i g h to u t p u ta n dt h eq u a n t ae f f c i e n c yo ft h ep h o s p h o r si np d p 荧光粉麒色 l o l 耵l o m l o u q e i hq i r l 一 q e 埘 y , o 。e u纠05 106 0 07 005 606 0s 5 y , v p ) o ：e u 旬0 6 807 4 n 7 8n 7 107 808 1 ( y g t ：i ) b o ；：e u 乳07 80 - 50 2 60 8 408 ： 0 7 7 l m 。0 4 ；c e t b绿 0 凹08 708 4 n 7 1 0 9 1 08 7 c o m - z , m ：i o ：9t b姆 0 4 708 50 s 60 - 5 703 7 0 始 z n ：s i o m a 筇 07 4o7 807 507 708 ： 0 8 0 b 心鸟a i l c o ：e o 蕾0 9 30 9 6n 8 l0 9 6 0 9 90 啦 另外，几种真空紫外性能较好的荧光材料仍然存在或多或少的不足之处，下 面我们来分别介绍： ( 1 ) 蓝色荧光粉 b a m g a l l 4 0 ：e u 2 + 系稀土多铝酸盐荧光粉，量子效率高，其激发光谱 ( ) 忙m ：4 5 仉叨) 和发射光谱( 址x = 1 6 2 姗) 见图1 2 。由图可见，在1 3 0 3 0 0 n m 区域中， 它有较强的v 辐射响应，在1 6 2 r i m 光激发下，呈现e t l 2 + 离子的5 d 4 f 跃迁的 蓝色宽带发射，谱带由4 2 0 r i m 扩展到5 0 0 r i m ，主峰在4 5 0 r i m 附近，半峰宽5 0 a m ， 其色坐标x = 0 1 3 5 ，y = 0 0 8 。 l ( m ， 国1 2 几种蓝色荧光粉的激发光谱( i ) 和发射光谱 ( i i 卜- b a m g a l l 4 0 ：e u z * y 2 s i o s ：c e “ f i g1 2t h ee x c i t a t i o ns p e c u a ( i ) a n de m i s s i o ns p c g ：h a ( ) o fs e v e r a l b l u e p h o s p h o r s ( - - b a m g a i o z 3 ：e u “y 2 s i 0 5 ：扩) y 2 s i 0 5 ：c e “系稀土硅酸盐荧光粉。在对应c e “和5 d - 4 f 激发光谱中有两个 激发蜂分别位于1 6 5 a m 和3 0 2 r i m 。在1 6 5 r i m 光激发下，发射光谱峰值为4 0 2 r i m ， 9 半高峰相当宽，约为7 5 n m ，归属于c e 3 * 的5 删宽带发射。它的激发光谱 ( k e m = 4 0 2 n m ) 和发射光谱( x e x = 1 7 5 n m ) 见图1 1 。在1 6 2 n m 光激发下，其色座标 x = 0 1 6 3 ，y - - o 1 3 3 ( 2 ) 绿色荧光粉 z n s i 0 4 ：m n 2 + 是传统的绿色发射荧光粉。在对应m n 2 + 的4 a 一4 e 发射的激发 光谱中，有1 0 0 2 6 0 n m 的宽带激发峰，其中以2 1 0 h m 最强。在1 6 2 r a n 光激发下， 有5 2 5 m 发射峰，半高峰宽约4 0 h m ，归属为m n “的4 a e 宽带发射。其激发 光谱0 七m = 5 2 5 n m ) 和发射光谱( h x = 1 6 2 岫) 见图1 3 。在1 6 2 m 光激发下，其色坐标 x = o 2 2 3 ，y = o 7 1 0 。该粉余辉时间较长，亮度衰减到1 0 的时阃约3 0 m s ，显示快 速运动图像时产生拖尾，只能用于低速显示。 图1 3 几种绿色荧光粉的激发光谱( i ) 和发射光谱( ) f i g 1 3t h ee , x c i t a t i o ns p e c t r a ( i ) a n de m i s s i o ns p e c t r a ( i i ) o fs e v e r a lg r