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白光LED具有能耗低、寿命长、光色度纯、无频闪、工作电压低、可设计性强及安全性高等诸多优点,被誉为21世纪第四代绿色环保照明光源。采用半导体芯片结合发光材料的方案是目前实现白光LED的最有效方法,其中发光材料是决定器件各项性能的关键因素。在制备高功率和高显色性LED方面,稀土掺杂(氧)氮化物荧光材料由于具有多样化的晶体结构、丰富的光谱性质、高量子效率、较小温度猝灭等优点逐渐崭露头角。但传统(氧)氮化物材料合成条件苛刻,一般需要特殊的原材料、高温、高压、保护气氛等条件,粉体团聚现象严重,不利于工业化生产。本论文的工作重点集中在研究(氧)氮化物荧光材料的合成工艺和发光性质,立足为(氧)氮化物荧光材料商业化提供新的解决方案。具体包括:通过添加助熔剂与调控煅烧温度来改进稀土掺杂的(氧)氮化物发光材料结晶性能,并对其结构、形貌、尺寸等进行了表征,发展了一系列新型氮氧化物发光材料低温合成技术;开发新型稀土离子共掺可调控的氮氧化物荧光材料,系统研究材料的发光性质、能量传递动力学过程、发光效率随浓度变化的规律以及在LED器件中的应用。目前已取得主要成果如下: 1.以一种重要的黄色氧氮化物荧光材料CaSi2O2N2∶Eu2+为目标产物,讨论了添加助熔剂和掺杂Gd3+对CaSi2O2N2∶Eu2+黄色荧光材料发光性能的影响。研究结果表明:CaCl2是一种适用于CaSi2O2N2∶Eu2+黄色荧光材料高温固相法制备的高效助熔剂,该类助熔剂可降低荧光粉的成相温度约150℃,改进荧光粉形貌同时大大提高荧光粉的发光强度。此外,将稀土Gd3+离子掺入该基质中,得到组分是Ca0.95-1.5xEu0.05GdxSi2O2N2的荧光粉。发光强度随Gd3+离子的增丽而豆著增强,当x=0.04时,发射强度达到最大,大约是未掺杂Gd3+的样品的两倍。最后,利用合成发光性能最优的Ca0.89Eu0.05Gd0.04Si2O2N2样品与蓝光LED芯片进行封装得到色温是5100K,显色指数是76,发光效率41ml/w的白光LED器件。 2.首次合成了Ce3+/Tb3+共掺杂MgYSi2O5N新型氧氮化物荧光材料并第一次观察到了MgYSi2O5N中Ce3+到Tb3+的能量传递现象。由于Ce3+对Tb3+的能量传递,Tb3+的激发光谱出现365nm附近的宽激发峰,可与近紫外LED芯片相匹配。控制Ce3+/Tb3+掺杂浓度比可以实现蓝绿双基色的调制,在近紫外光LED用荧光粉上具有潜在的应用前景。此外,根据Dexter能量传递机理,对Ce3+和Tb3+离子之间的能量传递机理进行了研究。 3.制备了一系列以Y4SiAlO8N氧氮化物作为基质,以Ce3+、Tb3+、Eu3+作为发光离子的单掺杂和共掺杂的荧光材料,详细研究了该材料的发光特性和热稳定性。光谱和寿命特性研究证实了在该体系中存在Ce3+与Tb3+以及Ce3+到Tb3+再到Eu3+的能量传递。Tb3+能够作为Ce3+与Eu3+能量传递的桥梁,成功地避免了Ce3+与Eu3+离子之间电荷迁移导致的能量损失,从而产生从Ce3+到Tb3+再到Eu3+的有效能量传递。经过优化掺杂离子的比例,获得了适合紫外激发的蓝,绿-红色可调的新型氮氧化物发光材料。 4.采用在焙烧过程中添加助熔剂的方法制备Eu2+/Mn2+共掺杂的BaAl11O16N荧光粉。通过粉末X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了不同助溶剂的作用机理,结果表明,与其它助熔剂(NH4Cl和H3BO3)和不添加助溶剂制备相比,添加助熔剂BaF2有效地降低反应温度。进一步研究助溶剂BaF2添加量对样品的影响,发现随着添加量的增加,所制备的发光材料结晶度增强,晶粒形貌规则,团聚现象轻微。利用Eu2+与Mn2+之间的能量传递,获得了发光颜色由蓝到绿的可调发射。通过实验和理论计算拟合的方法,明确了能量传递机理和临界距离。将该材料与Sr2Si5N8∶Eu2+红粉和近紫外LED芯片封装成白光LED器件,在20mA电流下,获得色温4678和显色指数90.3的白光LED照明光源。 5.设计合成了一种新型氮化物Ba5Si2N6∶Eu2+红色荧光粉。激发光谱表明,样品在200-530nm范围内有峰值460nm蓝光吸收,能够匹配商业蓝光LED芯片。在460nm蓝光激发条件下,发射光谱是典型的Eu2+的宽带发射,发射峰在575nm附近。同时发现少量的Sr2+取代Ba2+可以使发射光谱红移,原因在于Sr2+的掺入导致晶格收缩。将样品Ba4.998Eu0.002Si2N6与绿色荧光粉SrSiO4∶Eu2+和蓝光LED芯片进行封装,所制的白光LED器件显色指数为88.2,色温为3854K。