三基色荧光粉配方

三基色荧光粉
把稀土元素作为激活剂引进荧光粉，使荧光粉的发光性能得到明显的改善。稀土三基色荧光粉的研制和应用是从70年代开始的〔4〕。70年代初，由Koedam M等人通过对人眼色觉的研究，从理论上推出：如果将蓝、绿、红(波长分别为440nm,545nm,610nm)三种窄波长范围发射的荧光粉按一定比例混合，可制成高效率高显色性的荧光灯。1974年，荷兰菲利蒲公司的Jverstegen J M等先后合成了稀土绿粉(Ce,Tb)MgAl11O19、蓝粉(Ba,Mg,Eu)3Al16O27和红粉Y2O3∶Eu3+。并将它们按一定比例混合，制成了三基色粉。用三基色粉可制成色温(即黑体辐射与光源相同或相近颜色时所达到的温度)为2300～8000K的各种三基色荧光灯。一般三基色灯的流明效率为90～100lm/W，显色指数为85～90。可见三基色灯的流明效率和显色指数比卤磷酸盐荧光灯有了很大的提高。
此外，利用三基色粉的抗紫外线老化，高温、高强度紫外线辐照下稳定性高及高光效、高显色性等优点，可制成U、H等各种紧凑型灯。这种灯体积小、管径细，紫外线通量比普通直管形灯高得多，管壁温度高。卤磷酸盐荧光粉不能满足这些要求。紧凑型灯的问世开辟了节电的新途径，被誉为第三代光源。这种灯与一般灯相比，当光通和显色指数相同时，它需要的能量是普通灯的1/4，而寿命则是普通灯的5倍。它正在越来越多地被用于家庭、学校、旅店等场所。
为了进一步提高稀土三基色粉的发光性能，人们还在不断地进行研究、改进。对于红粉Y2O3∶Eu3+，因为氧化钇很贵，所以主要是关于降低成本的研究。
对于绿粉(铝酸盐居多)，因一般绿粉的量子效率只有80%，故主要是关于提高发光效率的研究。以(Ce、Tb)MgAl11O19为例，通过改变组分使Ce3+的发射(360nm)与Tb3+的吸收(340nm)有最好的重叠，从而增大Ce3+→Tb3+的能量传递。并且使Ce3+的最大吸收(280nm)蓝移，使之与汞线辐射(254nm)有更好的匹配。
稀土三基色粉中的蓝粉是以Eu2+激活的铝酸盐或卤磷酸盐。人们对它的研究主要是通过改变组份调整光色，以提高三基色灯的显色性。一般三基色灯显色指数为82～84，点灯时有黄色感。由于三基色灯的显色指数明显地受蓝粉的发射峰值的影响，所以当改变其发射峰值为470～500nm(蓝绿粉)时，三基色灯的显色性可得到明显的改善。表1列出了几种常用的蓝绿粉〔5〕。

表1 目前常用的几种蓝绿粉
Table 1 Some blue-green phosphors used
commonlly at present

蓝绿粉 峰值波长(nm) 半峰宽(nm)
二价铕激活的铝酸锶 490～492 60～68
二价铕激活的铝酸锶镁 470～475 90～95
锑激活的卤磷酸钙 475～485 130～140
钨酸镁 475～485 120～130
钛激活的磷酸钡 490～500 155～165

高桥睦夫和柴田治男〔5〕用Eu2+激活的铝酸锶蓝绿粉代替以往的三基色粉中的蓝粉，使三基色灯的显色指数提高到85以上。随后他们又用半峰宽为90～140nm的蓝绿粉代替Eu2+激活的铝酸锶蓝绿粉，灯的显色指数达到86以上，当用Eu2+激活的铝酸锶镁时，灯的显色指数达到88以上，发光色感觉自然。
蓝绿粉除了用于三基色灯中，也可和三基色粉一起组成四基色粉以提高灯的显色性。如Donald Northrop等〔6〕报导的一个实例，见表2。
表2 四基色荧光粉实例
Table 2 Four-colour phosphors

发光体组成 发光峰值
(nm) 发光颜色 质量分数/%
(Sr,Ca,Ba)5（PO4）3Cl∶Eu2+ 453 蓝 9
(Ce,Tb)MgAl11O19 541 绿 20
Y2O3∶Eu3+ 611 红 34
12(Sr,Eu)O.(B2O3).5P2O5 480 蓝/绿 37

结果表明，由于四基色粉的发射光谱填充了三基色粉发射光谱的缝隙，使蓝粉谱带峰值有所降低，谱线更平滑，所以显色指数提高了。用这种四基色粉制灯的综合效果比用宽带发光粉和三基色粉都进了一步，如表3所示。
表3 四基色粉和其它发光粉的比较
Table 3 Comparison of four-colour phosphor
with others

发光体类型 最初流明/流明 显色指数
宽带发光粉 2200 90
窄带三基色发光粉 3200 73～80
四基色发光粉 2925 90

为了使荧光粉发出的光能与自然光一致，还可以加入第五种窄带荧光粉，使其在紫外区也有辐射。目前这种多基色发光粉正在商品化的过程中。

参考文献：
〔1〕 中国科学院吉林物理所和中国科技大学《固体发光》编写组.固体发光.1976.
〔2〕 O.H 卡赞金著，丁清秀，刘洪楷译.无机发光材料.北京：化学工业出版社，1980.
〔3〕 Welker T.The process on luminescent materials of lamp.L Lumin，1991,48 � 49：49～56.
〔4〕 洪广言.高效稀土发光材料.功能材料，1991，22(2)：100～107.
〔5〕 高桥睦夫，柴田治男(松下).灯用荧光粉.日本公开特许公报，昭5-36384.
〔6〕 Donald Narthrop et al.Rare earth phosphor blends for flourescent lamp using four to five phosphors.U.S.Pat.1992,5122710.