论文部分内容阅读
白光LED具有环保、低能耗、发光效率高、寿命长等优点,被认为是一种新型的绿色光源。其中,紫外/近紫外LED芯片涂覆红、绿、蓝三基色荧光粉,通过调控三色比例来实现白光发射的技术,具有光电转换效率高、显色性好等优点,是未来最具潜力的白光LED方案。所以,研究探索能够被紫外光芯片(350410nm)有效激发的荧光粉是非常有意义的。本论文选择化学性质稳定、不易潮解、原料廉价易得的硅酸盐作为基质,通过分步煅烧法合成了Sr2SiO4:x Eu3+荧光粉,利用X射线衍射(XRD)对样品进行物相分析,利用场发射扫描电镜(FE-SEM)观测形貌的变化规律,利用激发光谱、发射光谱和荧光衰减寿命等来研究荧光粉的发光性质。从节能、应用的角度,研究了在较低的温度下合成应用于白光LED的可被394nm左右近紫外光有效激发的红色荧光粉。具体取得如下结果:1.研究了在相对较低的温度下合成Sr2SiO4粉体的制备工艺。分别在不同温度(800℃,900℃,950℃,1100℃,1300℃),不同煅烧时间(1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h),不同升温速率(2℃/min、3℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min)条件下合成的系列样品,结果表明,1300℃高温下合成的粉体中存在β-Sr2SiO4相,而在950℃时,反应并不完全,单因素改变实验条件对于粉体合成的并无明显的促进作用。进一步提出多次煅烧思想:在温度为950℃,煅烧时间2h4h,升温速率(2℃/min7℃/min)的快速与慢速条件下分别控制不同的反应阶段,结合不同的煅烧次数,得出在不同时间阶段以不同的速率进行升温,可能对其晶体生长有较好的促进作用。最终确定优化的制备工艺为温度均为950℃的分步煅烧制度,即(2℃/min,2h)→(7℃/min,4h)→(7℃/min,2h)条件下能够合成纯相α-Sr2SiO4。2.对Sr2SiO4:x Eu3+荧光粉的发光性质进行了系统研究。结果表明,Sr2SiO4:x Eu3+的激发光谱在350420nm有强的吸收峰,最强峰为394nm左右,与发紫外光的LED芯片相匹配,是一种能被GaN基LED芯片有效激发的红色荧光粉。在Sr2SiO4中,Eu3+取代非反演对称格位Sr(Ⅰ)和反演对称格位Sr(Ⅱ)的概率基本相等,其发射以5D0→7F1(593nm)磁偶极跃迁和5D0→7F2(619nm)电偶极跃迁为主;随着Eu3+离子掺杂量增加,色坐标稍有变化,但幅度不大,发光强度在超过6mol%后开始下降,发生浓度猝灭,引起Eu3+浓度猝灭的机理是电偶极-电偶极相互作用,Sr2SiO4:0.06Eu3+荧光粉的CIE坐标为(0.6024,0.3969),色温为1715K,色纯度为78.3%。3.研究了助熔剂对Sr2SiO4:0.06Eu3+荧光粉发光性能的影响。结果表明,添加不同助熔剂均能增强荧光粉发光强度。其中,以NH4F,NaF,NH4Cl,H3BO3作为助熔剂,掺杂量均为1mol%时,添加NH4Cl的样品的发光强度最高,在Sr2SiO4:0.06Eu3+荧光粉中,NH4Cl添加量为1mol%,2mol%,3mol%,4mol%,5mol%时荧光粉的荧光寿命分别为1.94,2.14,2.05,2.27和2.25ms。NH4Cl的最大添加量为4mol%,对应的寿命值最长。4.研究了电荷补偿剂对Sr2SiO4:0.06Eu3+荧光粉发光性能的影响。结果表明,以Li2CO3、Na2CO3、K2CO3作为电荷补偿剂时,均能增强荧光粉的发光强度。在Sr2SiO4:0.06Eu3+,yR+(R=Li+、Na+、K+)荧光粉中,Li+、Na+、K+的最大添加量均为3mol%。在Sr2SiO4:0.06Eu3+,0.03R+(R=Li+、Na+、K+)荧光粉中,掺Na+离子的发射光谱增强效果最好,其平均粒径为6.60μm,寿命为2.26ms,色温为1768K,色纯度达80.5%。CIE色坐标从(0.6024,0.3969)迁移至(0.6131,0.3864),更加接近商用红色荧光粉的CIE色坐标(0.655,0.345),能够用于近紫外芯片激发的白光LED用红色荧光粉。