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半导体发光二极管固体照明以其使用电压低、光效高、适用性广、稳定性好、对环境友好、颜色可调等优点,被誉为新一代照明光源。目前,世界各国商业化、规模生产的主要是荧光转换型WLED,即在单个LED芯片上涂覆荧光粉实现白光发射。目前应用于~400 nm近紫外芯片上的三基色荧光粉主要还是传统的荧光粉,三种荧光粉的效率都需要有较大的提高,因此研制新型、高效、稳定的可用于近紫外LED芯片的荧光粉显得尤为重要,具有重要的学术意义和实际应用前景。本学位论文重点研究了能够应用于近紫外光激发荧光转换型LED用稀土硼酸盐荧光粉材料,论文采用高温固相法制备了LiSr1-xLnxBO3(Ln3+=Eu3+,Ce3+,Tb3+),LiBa1-xLnxBO3(Lnn+=Eu3+,Tb3+,Eu2+,Ce3+,Sm3+)及Ba2-xMg(BO3)2∶xEu2+系列荧光粉,并采用XRD和荧光光谱对其结构和荧光性质进行了表征,研究了激发和发射光谱,同时研究了稀土离子掺杂浓度对荧光粉发光强度的影响;选择发光性能较好的Ba2-xMg(BO3)2∶xEu2+系列荧光粉进行了涂管实验,制备了一系列单色LED,对其光谱及色坐标的进行了表征。
论文首先介绍了白光LED的发展历程、构造、发光原理、分类和性能参数,然后介绍了稀土无机发光材料的制备方法、研究手段、发光机理及其特性,最后阐述了本文的选题意义和研究内容。
论文详细讲述了本工作所合成的三个系列的近紫外激发的稀土硼酸盐荧光粉的制备、表征、发光性能和在LED的应用研究。
采用高温固相法制备了LiSr1-xLnxBO3(Ln3+=Eu3+,Ce3+,Tb3+)系列荧光粉,并分别对它们进行了XRD和荧光光谱性能表征。结果表明,所制得的各系列荧光粉均为纯相的LiSrBO3晶体;各稀土离子在LiSrBO3基质中均表现出对应于特征能级跃迁的发射,其中Eu3+、Ce3+在LiSrBO3基质中的临界猝灭浓度为5 mol%,而Tb3+在基质中的临界猝灭浓度为6 mol%。
采用高温固相法制备了LiBa1-xLnxBO3(Lnn+=Eu3+,Tb3+,Eu2+,Ce3+,Sm3+)系列荧光粉,并分别对它们进行了XRD和荧光光谱性能表征。结果表明,所制得的各系列荧光粉均为纯相的LiBaBO3晶体;各稀土离子在LiBaBO3基质中均表现出对应于特征能级跃迁的发射,其中Eu3+在LiBaBO3基质中的猝灭浓度为4mol%,其余四种稀土离子(Tb3+,Eu2+,Ce3+,Sm3+)在基质中的猝灭浓度均为6 mol%。
采用CO弱还原气氛高温固相法制备了Ba2-xMg(BO3)2∶xEu2+(x=0.01,0.03,0.05,0.07,0.10,0.12,0.15,0.20)系列荧光粉,分别对它们进行了XRD和荧光光谱性能表征。结果表明,Eu2+掺杂后得到的系列荧光粉均为纯相的Ba2Mg(BO3)2晶体;在324 nm和370 nm激发下,发射光谱是一个对称的宽带发射,最大发射峰位于570 nm,属于黄光发射;同时,Ba2-xMg(BO3)2∶xEu2+系列荧光粉存在浓度猝灭效应,Eu2+在Ba2Mg(BO3)2基质中的临界猝灭浓度大约为10mol%。
选择发光性能较好的Ba2-xMg(BO3)2∶xEu2+系列黄色荧光粉,结合~370 nm近紫外InGaN芯片制作了一组LED器件,并测试了发射光谱和色坐标等各种参数。结果表明:制备的LED器件在20 mA正向偏流激发下,发射强的宽带黄光,适合用作近紫外InGaN基白光LED的黄光组分;若使用该粉与合适的蓝绿色荧光粉结合有望制得白光LED。
最后,总结了本论文的主要工作,并根据工作的进展和存在的不足,对今后荧光转换型WLED用荧光粉的研究作了简要的展望。