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本文主要采用固相反应法合成Eu2+离子掺杂的MSi2O2N2(M=Ca、Sr、Ba)氮氧化物荧光粉;采用湿化学法合成Ce3+、Mn2+离子共掺杂的MgYSi2O5N氮氧化物荧光粉。系统讨论离子掺杂浓度、热处理工艺、荧光粉基质材料以及助熔剂等对荧光粉性能的影响,并对氮氧化物荧光粉的发光机理进行初步探讨,最后,对氮氧化物荧光粉在白光LED领域的应用进行初步探索。
首先,采用固相反应法制备黄绿发射MSi2O2N2:Eu2+(M=Ca、Sr、Ba)荧光粉。结果表明,CaSi2O2N2:Eu2+荧光粉在1400℃保温5h,Eu离子取代量为5mol％,助熔剂H3BO3含量为2.00wt％时,获得最优的发光强度;SrSi2O2N2:Eu2+荧光粉在1420℃保温6h,Eu离子取代量为4mol％,助熔剂H3B03含量为1.50wt％时,获得最优的发光强度;BaSi2O2N2:Eu2+荧光粉在1430℃保温10h,Eu离子取代量为6mol％,助熔剂BaF2含量为2.00wt％时,获得最优的发光强度。MSi2O2N2:Eu2+(M=Ca、sr、Ba)荧光粉中,激发与发射来源于Eu2+的4f7(←→)4f65d1能级跃迁,随着碱土离子半径的减小,发射波长从492nm红移至541nm,激发波长范围基本一致,从280nm延伸至420nm,在405nm激光源激发下仍可得到较强的发射光。采用软件Chormaticity Coordinates计算CaSi2O2N2:Eu2+、SrSi2O2N2:Eu2+和BaSi2O2N2:Eu2+的色坐标分别约为(0.27,0.66)、(0.26,0.68)和(0.08,0.42)。
然后,采用湿化学法制备红蓝发射MgYSi2O5N:Ce3+,Mn2+荧光粉。固定Ce3+取代量为0.5mol％,随着Mn2+取代量的增加,激发光谱强度先增大后减小,这可能是Mn2+取代量较小时,阻隔Ce3+离子之间能量传递,导致ce3+离子浓度猝灭的作用减弱,使激光光谱强度增大;当Mn2+取代量大于0.20时,激发光谱强度下降,这可能是Mn2+浓度太大,成为杂质相,影响Ce3+的吸收。在370nm～450nm的蓝光波段发射强度随着Mn2+取代量的增加逐渐降低,而600nm～700nm的红光波段发射强度则逐渐增加,明显地,这是敏化剂Ce3+对激活剂Mn2+的能量传递不断增加所致。固定Mn2+取代量为25mol％,随着Ce3+取代量的增加,激发与发射光谱的峰强度均先增大后减小,红光波段和蓝光波段发射峰强度比例基本不变,这可能是Ce3+取代量较小时,Mn2+离子浓度相对较高,敏化剂Ce3+吸收的能量能充分的传递给激活剂Mn2+离子,而当Ce3+浓度大于0.5mol％时,因为荧光浓度猝灭作用,导致激发与发射峰强度下降。比较湿化学法与高温固相反应法制备的荧光粉的荧光性能。在相同热处理条件下,湿化学法制备的荧光粉激发与发射光谱强度比固相反应法制备的荧光粉高5倍,与热处理温度高60℃的固相法制备的荧光粉相比,其发光强度仍略高。
最后,本论文还从晶体结构、能带理论、荧光光谱方面针对实验中出现的影响氮氧化物荧光粉荧光性能的因素对其发光机理进行一定程度的探讨,并结合CIE色度坐标图,将红蓝发射的MgYSi2O5N:Ce3+,Mn2+荧光粉与黄绿发射的MSi2O2N2:Eu2+(M=Ca、sr、Ba)荧光粉按一定比例混合,探讨与紫外LED芯片合成白光的可能性,实现氮氧化物荧光粉在白光LED领域的应用。