彩色等离子显示器用红色荧光粉的研究现状

1、彩色等离子显示器用红色荧光粉的研究现状vol. 2 4 n o 2a p r i 12 0 0 7安徽工业大学学报第2 4卷第2期jo f a n huiunivers i t yoftechno 1 ogy200 7 年4 月文章编号：1 6 7 1 - 7 8 7 2 ( 2 0 0 7 ) 02-0 1 37-03朱伟长，王露(安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山2 4 3 0 0 2 )摘要：提出了现有等离子显示器用红色荧光粉存在的问题，总结归纳 了近年来国内外在改善红色荧光粉质量方面所做的工作，主耍集中在新产 甜的开发和纳米级红色荧光粉的研究。关键词：等离子显示器；新型红色荧光

2、粉；纳米荧光粉 中图分类号：t b 3 2 1文献标识码：asphorsford e v e 1 o p m e n t sofredphocolorplasmadi splaypanel szhuwe i -c h a n g, wang l upho(schoolofmaterial ssc i enceande ngineering, anhuiunivers i tyoftech n o 1 o g y , m a z anshan243002, china) abs tract： int roducedtheexi s t ingprobl emsof p 1 asmad i spl

3、aypanel s redphoss , andsummarizedtherecent interrelatedreseachestoimprovethepr s , which(pdp)； newredphosphors； nanoscalepho s p h o r s引言彩色等离子平板显示器(p d p)由美国伊利诺斯大学1 9 6 4年发 明，发展到现在成为继液晶显示器(lcd)之后的最新显示技术之一。 由于p d p大屏幕、高亮度、宽视角、响应快、寿命长，发达国家竞相发 展，日本、韩国、欧洲和美国的众多大公司纷纷投入巨资进行开发。彩色等离子体显示器用的三基色荧光粉是pdp显示的关键材

4、料，商 用的荧光粉主要有红粉y 2 0 3 ： e u 3 +, ( y, g d ) b 0 3 ： e u 3 +,绿粉 z n 2 s i 0 4 ： m n 2 + 和蓝粉 b a a 1 1 4 0 2 3： e u 2 +等，其中红粉y 2 0 3： e u 3 +光输出比较弱，相对发光效率较低, (y, g d ) b0 3： e u 3 +虽具有高发光效率，但其主发射峰为5 d 0->5 f 1跃迁发射的5 9 3 nm,偏橙色。研究人员进行了大量的工作，不断改进现有pdp红粉的性能，同时 开发新的红粉。作者研究总结近十几年来国内外在改善红色荧光粉质量方面所做的工作，主要

5、集中在新产品的开发和纳米级红色荧光粉的研究。1pdp的发光原理p d p器件由一个个微电极和荧光材料构成的放电单元组成，器件中 充混合惰性气体1,在电压的作用下，混合气体受激发放电，变成等 离子体状态(等离子体是电子从原子内剥离岀来，剩下带止电的原子核, 正负离子带数冃相等，共同存在的一种物质状态)，放射出紫外线，产生 真空紫外光(vacuumultraviolet, vuv),激发分 布在器件上的三基色荧光粉发出各种颜色的光。控制电路中的电压和时间 就可以产生影像。2开发新型高效的红色荧光粉现有的p d p红色荧光粉主耍有硼酸盐荧光粉(ybo3： e u, ( y, g d ) b 0 3

6、： e u , g d b 0 3 ： eu)、铝酸盐荧光粉收稿日期：2 006-09-011基金项目：安徽省教育厅自然科学基金项目(2006kj 0 3 3 b)作者简介：朱伟长( 1 9 5 5 ),男，安徽庐江人，教授。1 3 8安徽工业大学学报2 0 0 7年磷酸盐荧光粉(y, g d ) p 0 4 ： e u , z n 3 ( p 0 4 ) 2 : m n )和稀土氧化物(y2o3： eu, (y3a1 501 2： eu)、硅 酸盐类荧光粉(y2sio5： eu)、上述荧光粉不能满足p d p技术进一步发展的需求，科研人员止在积 极开发新型的高效产品，稀g d 2 0 3 ：

7、 e u )等。土硼铝酸盐类和稀土锐磷酸盐类具有良好的性能，有望成为现有商用pdp红色荧光粉的替代品。2. 1稀土硼铝酸盐类硼酸盐是稀土离子发光一类很好的基质材料，尤其是(y, gd) b 0 3： e u 3+,作为红色荧光材料被广泛应用于色纯度差的问题。为了从根本上克服这些缺点，人们围绕稀土硼铝酸 盐类荧光p d p中，但存在着发光效率低、粉做了大量工作，发现硼铝酸盐晶格结构屮大量硼氧集团和铝氧集团 的存在使其在vuv区有很强的吸收。同时，这种材料具有很好的耐真空 紫外光辐照和抗离子轰击的能力，很符合p d p用荧光粉的性能要求。王育华等用硝酸盐热分解法制备单相l a 1-xeu xa 1

8、 3 (bo 3)4(0wxw 0 2 )荧光粉2 ,研究 l a a 1 3 ( b 0 3 ) 4 的晶体结构，发现l a a 1 3 (bo3) 4 : eu3+(5%)的主发射 峰在 6 1 0 n mo 其中 l a a 1 3 ( b 0 3 ) 4 ： e u 3 + ( 5 %)的发 射光谱，从5 7 6 7 0 0 n m之间的几组谱线对应于5 d 0 -> 7 f j(j = 04 )的发射跃迁，以受迫的电偶极跃迁发射(5 d 0 - 7 f 2 ) 为主，表明稀土离子占据非中心对称的格位。e u 3+掺杂的正硼酸盐色 纯度较差，因为eu 3+处于对称晶格位置，发射光

9、谱中含有强度相近的 磁偶极(5d0-7f1, 5 9 1 nm)和电偶极(5 d 0 - 7 f 2 , 6 1 4 nm)跃迁，在紫外和真空紫外光激发下发射光为橙红色3。t o h o k u大学的endo t a d s h i和国内研究人员合作用 固相法合成了 g d 0 9 5 e u 0. 05a13 ( b 0 3 ) 4 4,它 的最强发射峰在6 1 2 n m处，是由e u 3 +离子5 d 0 - 7 f 2跃迁 (电偶极跃迁)产牛的，色坐标为(06 4 5, 0. 3 3 0 ),非常接 近国际电视标准委员会(ntsc )规定的红色坐标(0. 6 7 , 0. 33 ）,而

10、且样品发光效率为目前商用粉的6 0%, gd 1-xeuxal3 （bo 3） 4是有应用前途的p d p用新型红色发光材料。2. 2稀土锐磷酸盐类（yvo 4 ： e u 3 +和ypo4： e u 3 +基质吸收带位置，均位 于1 5 5 n m左右5 ）吸收y p 0 4 , y vo 4具有有效的基质敏化 4+h 帀截面大、吸收效率高且稳定性良好，所以研究人员纷纷选择yp 1 - x vx 0 4作基质，以e u 3 +离子为激活离子，合成稀土帆磷酸盐类红 色荧光粉。中科院长春应用化学所稀土室研究了 e u 3 +在y p 1 -x v x 0 4固溶体中的发光，发现它们在真空紫外区具

11、有较强的发光强度，发射波 长在6 1 9 nm,是一种较好的p d p荧光粉，以y p 07 v 03 0 4： e u 3 +为最佳，它的色纯度好，发光效率高，在1 4 7 n m和1 7 2 nm的激发下，其发光强度介于（y, g d ） b 0 3 ： eu和y2o3： e u之间。还有报道称合成了 y p 0.2v0. 8 0 4： e u 3 +红色荧光粉】6 , 其发射主峰位于6 1 9 . 5 nm,商品用（y, g d ） b 0 3 ： e u 3 + 的色坐标（06 4 2, 0. 3 5 8 ）,荧光分支比r / 0 （红橙比）为 1. 5 2 , y p 0 2v0.

12、8 0 4： e u 3 + 的色坐标（0 6 6 3, 03 3 7 ）,荧光分支比r / 0 （红橙比）为33 0 ,而且y p 02 v 0 . 8 0 4： e u 3 +比前者的相对发光效率高（约0 . 9 5 ）0 yp 0. 2v 0. 8 0 4： e u 3 +解决了色纯度不高的问题，是现有p d p 商品(y, gd) b03： eu 3+潜在的良好替代品。23其它国内外研究人员还开发了一些英它的新型红色荧光粉，如国内有g d2 g e 0 5 ： eu3 + 7, na 3 l a 2 ( b o 3 ) 3 ： e u 3 + 8 o 国外有 yl-xgdxvo4： e

13、 u 3 +, e r 3 +, tm 3 + (共掺杂 体系)9, y 2 0 3 ： ( e u , b ) 1 0 , al 3gdb401 2： e u 3 + 1 1 , b a z r ( b 0 3 ) 2 : e u 3 + 和 s r a 1 2 b 2 0 7 : e u 3 + 1 2 o h. m. yang, j. x. s h i 等人采用 固相反应法制备了 c a 2 s n 0 4 ： e u 3 + 1 3 ,通过f e s e m可观察到c a 2 s n o 4 ： e u 3 +为粒径约5 0 0 nm的球形颗粒, 发射主峰位于6 1 5 n m附近，5

14、 d 0 - 7 f j跃迁表明e u 3 +在晶体 两侧为不对称状态。韩国byung-yongyu等人对掺杂的硼酸盐 荧光粉b a z r (bo3) 2 : e u 3 +的vuv和光致发光进行了研究 12,从激发光谱可观察到b azr(bo3)2：eu3 +的vuv区域的强吸收峰在2 0 0 nm处，保证了xe等离子区发射光线的有效 吸收。在b a z r (b 0 3 ) 2 : e u 3 +中，e u 3 +的电子迁移带在 激发光谱中不明显，可通过在b a z r (bo 3) 2晶格中掺杂a 1 3 + 改善，其荧光强度也随之提高，b a z r (bo 3) 2的发射主峰在6

15、15 nm (eu 3+的5d0-7f2电子迁移)处，色纯度较高。3开发 纳米p d p红色荧光粉纳米荧光粉颗粒尺寸小，具有良好的单品结构，发光几率和发光效率高，而且纳米级球形荧光粉可增加亮度，改善分辨率，将纳米技术应用于 荧光粉的研究，开发出颗粒细小均匀的新产品，有利于pdp涂屏工艺; 同时可以获得高量子效率的新型pdp粉体，优化pdp的性能，有利于 市场的开拓。德国ha s s e领导的研究小组利用水热共沉淀法制备出粒径为20 nm的yvo 4： l n 14,并研究其发光性质。近年来，国内外 很多学者对纳米y 2 0 3： e u 3 +进行了较为详尽的研究，用化学气相 合成法获得了立方

16、结构单相粒大连化物所制备了纳米级的l n v0 4： eu3 + (ln = la, g d , y) 1 7 ,发现l a vo 4： e u 3 +发射谱带的最高峰在6 1 5 nm处，且有明显的宽化现象；研究人员又发现由于量子尺寸效应的影响 18,纳米级yvo 4： e u的红外光谱发牛明显的蓝移现象，但其 发射光谱以及激发光谱未发生显著变化，发出的较纯正红光已达到市售标 准。目前对纳米材料发光性质发生改变的机理仍没冇定论，冇时甚至出现 相互孑盾的现象，在这方面仍需要作更深一步的研究。其次，在材料制备 方面，如何在常温条件下制备出高质量、高亮度、分散均匀、无团聚的纳 米荧光粉仍是亟待解决

17、的问题。4展望彩色等离子体显示器用红色荧光粉的制备、结构及性能通过多年的研 究已取得了较大进展，国内的样品开发技术与国外的差距不大，但国内研 发内容重复多，没有特色，现有荧光粉牛产滞后，只得依赖进口荧光粉。预计未来几年全球p d p需求量将进一步增加，为了获得高清晰度大屏幕 的彩色等离子体显示器，应加快开发研究的进度，进一步对现有的红色荧 光粉进行改进，寻求发光效率高、色纯度好、余辉时间适屮的pdp荧光 粉，以满足等离子体显示器的市场需要。参考文献：(1 )： 2 6 . 1 顾智企.彩色p d p中几种工作气体和荧光粉对提高发光效率的作用液品与显示，1 9 9 7, 1 2(6 )： 5 7

18、 5 - 5 7 92王育华，宋大康，管兴胤.l a a 13 (bo 3) 4的合成及英晶体结构的研究j .中国稀土学报，2 00 2,20(6 )： 8 6 3 - 8 6 63王灵利，王育华.真空紫外光激发下 馆掺杂的硼酸盐发光特性与结构的关系j 中国稀土学报，2 0 0 2,2 2(5 )： 3 2 5 - 3 3 1 . 4王育华，endotadshi 等 离子显示屏(p d p )用新型红色发光体的合成及光学特性j 液晶 与显示，2 0 0 3, 1 8(1)： 5 5 - 5 8 . 5 曾小青，洪广言，尤洪鹏，等.yp 1 -x vxo4： e u 3 +的真空紫外区发光的优化

19、j 发光学报，2 00 1,22(1)： 3 1-35 . 6 赖华生，陈宝玖，许武，等.稀土飢磷酸 盐荧光粉的共沉淀法合成及光致发光j 中国稀土学报，2 0 0 5,2 37 guope imi n, z h a o f e i , l i g u o b a o ,e t a 1 . nove 1 phosphorsofeu3+, t b 3 + o rbi3+activae u 3 + j j o urnaloflumisee1-67.(l n = e u , t b ) j j ourn8lizhihua, zenggtai. a n e w pchemi0 0 5,17 8(12 )

20、： 3 6 2 4 - 3 69 t aami, t oj. thinsol idfi 1ms,2 0 0 4, 4 6 9 - 4 7 0：6 5 6 9.r a, nobuyoshin h . effectofboro 3 : ( e u , b ) p h o ss c i enceandtechno 1 ogyofadvancedmaterial s, 2 0 0 5, 6 ( 2 )：2 10-214.11r k w, le r y, summe r scj, eta1 photepropertiesofao r s j materia0,78(1)： 28-31.a, yubyungyoa 1 . newredphos b a z r ( b 0 3 ) 2r a 1 2b2o7dopeh e u 3 + f o r p d pj. sol idstatecomm4 , 12 9 ( 1 )： 4 3 - 4