1. 引言

自1938年Inman发明荧光灯以来，材料性能的不断改进使得荧光灯的发光效率、显色性、光通维持率和寿命都有质的飞跃，其中荧光材料的进步给照明带来了革命性的变化。1974年荷兰科学家Verstcgen发明了稀土三基色荧光灯，实现了荧光灯高光效和高显色性的统一，解决了荧光灯发明40年来用卤粉所不能解决的问题，并在1977年获美国重大技术发明奖。几年后，荷兰、日本等研制成功紧凑型荧光灯，用以替代白炽灯，使能耗降低四分之三，实现了照明光源革命性的进展。由于这种灯体积小、管径细、紫外辐照能量比普通直管型荧光灯高得多，管壁温度也高，用卤粉制成的紧凑型荧光粉光衰十分严重，而稀土三基色荧光粉则具备紫外辐射稳定性能好，热猝温度高等优点，使紧凑型荧光灯成为可能。80年代后期以来，地球资源和环境保护在国际上引起广泛关注和高度重视，而紧凑型的稀土节能灯，同白炽灯相比，在整个生产和使用循环中，产生同等的照明其消耗的地球资源可降低四分之三，而对环境的污染(这指发电废气排放和照明灯具废场)则降低三分之二，因而被称为绿色照明光源。本文将就这种光源使用的关键材料——稀土三基色荧光粉及其应用的现在和将来作一介绍。

2. 发展回顾

1974年Philips发明了稀土铝酸盐系三基色荧光粉：BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu(蓝粉)、CeMgAl₁₁O₁₉:Tb(绿粉)和Y₂O₃:Eu(红粉)。几年之后日本日亚将稀土磷酸盐蓝色和绿色荧光粉成功地用于荧光灯，形成了稀土磷酸盐系三基色荧光粉。后来稀土硼酸盐绿粉开发成功，使三基色粉的品种进一步拓展。到80年代后期，回应市场对光源显色性能需求的提高，开发了四基色和五基色的荧光粉，提高了490nm波长的蓝绿色发射，引入650nm波段深红色发射荧光粉，使显色指数从80提高90以上。表1列出稀土荧光粉的开发进展。

表1   稀土荧光粉的开发进展

年份

1974~1977

1978~1987

1988~

主要特征

高效率

节能

环境保护与节省资源

蓝粉

BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu

BaMgAl₁₀O₂₇:Eu

BaMgAl₁₀O₁₇:Eu

(Sr,Ca)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu

(Sr,Ca,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu

(Sr,Ca,Ba)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu

(Sr,Ca,Ba,Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu

BaMgAl₁₀O₁₇:Eu,Mn

Sr4Al₁₄O₂₅:Eu

绿粉

CeMgAl₁₁O₁₉:Tb

CeMgAl₁₁O₁₉:Tb

同左

LaPO₄:Ce,Tb

La₂O₃·0.2SiO₂·0.9P₂O₅:Ce,Tb

GdMgB₅O₁₀:Ce,Tb

红粉

Y₂O₃:Eu

Y₂O₃:Eu

Y₂O₃:Eu

3.5MgO·0.5MgF₂·GeO₂:Mn⁴⁺

3. 三基色粉现状

   在过去的5年中，三基色稀土荧光粉在国内的用量急速扩大，年复合增长率超过了25%，2003年达到了约1400吨的水平，同时每年还有约60吨的出口。增长如此快速的原因首先是对购买市场对灯质量要求的提高，其次稀土价格的下跌和产能的激增导致了荧光粉价格的下滑，此外整个荧光粉行业的平均质量水平的提升也促使国际市场对中国节能灯需求的增加。国内三基色稀土荧光粉与国外先进水平的差距在缩小。

3.1 单色粉、混合粉和色温

表2列出了化成、日亚和跃龙若干单色粉的主要技术指标。

表2   单色粉的主要技术指标

型号

材料式

λ(nm)

x

y

D₅₀(μm)

化成RE(0103)

Y₂O₃:Eu

611

0.448

0.347

5.5

日亚NP340

Y₂O₃:Eu

611

0.643

0.353

5.5

跃龙YLP-R2

Y₂O₃:Eu

611

0.654

0.345

4.6

化成(1201)

(La,Ce,Tb)PO₄

543

0.360

0.574

4.3

日亚NP220

(La,Ce,Tb)PO₄

543

0.351

0.586

4.7

跃龙YLP-GP

(La,Ce,Tb)PO₄

542

0.344

0.582

5.0