CaAlSiN3:Eu2+荧光粉与荧光粉玻璃复合材料的制备及性能研究

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近来新型显示技术发展迅速。在投影显示行业,传统光源采用气体放电灯或高压汞灯,这种产品寿命仅有2000小时,同时因含有汞成分易造成环境污染。LPD(Laser Phosphor Display激光激发荧光粉)技术显示光源具有长寿命,高效率,广色域,无汞的特点,满足人类绿色环保要求,可以全面替代传统高压汞灯产品,广泛应用于显示产业。该技术通过单色激光结合含有红、绿、黄等多种颜色的荧光粉色轮的旋转而实现不同颜色的光输出。通过树脂、硅胶将荧光材料涂覆封装在高反射基底上,是目前制作荧光粉色轮的主要方法。由于LPD技术采用激光作为光源,激光长时间照射在荧光粉色轮上,会导致树脂和硅胶老化、裂解、黄变,荧光粉性质也会受到冲击,进而导致显示画质严重下降。因此,寻找高性能的荧光粉和改变现有封装模式是LPD技术中亟待解决的问题。氮化物荧光粉具有量子效率高、光谱丰富、热稳定性好等优点,是一种可用于LPD技术的高性能荧光粉。本文通过高温固相反应法制备了一系列Eu2+掺杂的CaAlSiN3荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)、荧光光谱仪(PL)研究了制备工艺参数对CaAlSiN3的物相组成和荧光性能的影响。实验结果表明,反应温度为1700℃,反应压力为0.65MPa,保温时间为3h时,荧光粉的结晶性最好,发光强度也最高。当Eu2+掺杂浓度为4%时,样品的发光强度最高,浓度继续增加,出现“浓度猝灭”现象。且随着掺杂浓度的增加,发射光谱出现“红移”现象。其次,通过改变基质阳离子的方法,可在一定范围内对发射峰波长进行调控。针对硅胶和树脂的老化、裂解问题,本文以铋硼酸盐玻璃粉为粘结剂,制备了CaAlSiN3:Eu2+荧光粉玻璃复合材料。该复合材料表面平整,厚度约100μm。FE-SEM和激光共聚焦显微镜显示,荧光粉颗粒均匀地分散在玻璃基体中。荧光粉比例为50v/v%时,荧光测试结果显示,该复合材料仍可保持42%的发光强度,此时的量子效率为54%;热稳定性测试结果显示,300℃下,该复合材料仍可保持74%的发光强度;力学性能测试结果显示,其抗折强度可达28.5MPa。这些结果表明CaAlSiN3:Eu2+荧光粉玻璃复合材料综合性能优异,在激光显示领域有良好的应用前景。本文还制备了YAG:Ce3+荧光粉玻璃复合材料,并将其与CaAlSiN3:Eu2+复合材料进行对比。铋硼酸盐玻璃和YAG:Ce3+荧光粉都是通过氧化物制得的,二者的化学成分相似,因此,铋硼酸盐玻璃对YAG:Ce3+颗粒具有更好的润湿性。另外,YAG:Ce3+复合材料还具有更高的抗折强度和透过率,分别为34.7MPa和55%,且玻璃对其发光强度的影响更小。因此,我们认为铋硼酸盐玻璃更适用于YAG:Ce3+荧光粉的封装,而对于CaAlSiN23:Eu+荧光粉,则需寻找与之相匹配的玻璃系统。
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