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LED(Light Emitting Diode,发光二极管)是一种固体光源,具有寿命长、功耗低、低碳节能、无汞污染、无紫外辐射等特点,是二十一世纪一种新型重要光源。其中“荧光粉转换型”(phosphor conversion,pc)白光LED(pc-LED)受到了高度关注,荧光粉性能的好坏直接影响此类LED的发展。然而,常见蓝光芯片加黄粉(或黄粉加红粉)的白光LED方案存在如下问题: (1)“单一的黄粉”缺少红区发射,复合白光显色性差,色温高。 (2)“黄粉加红粉”的方案中,“红粉”存在: (i)常用的“硫化物红粉”不稳定并易产生有害气体; (ii)新型氮化物、氮氧化物红粉的制备,需要高温、高压、气氛等苛刻的条件。 近紫外芯片加三基色荧光粉的白光LED方案存在红粉发光效率低等问题。开发新型、稳定、制备条件简单、有实用价值的红色荧光粉是一项非常有意义的工作。 本研究分别制备了Eu3+掺杂氟硅酸钠镧、硅酸钾镧[KLaSiO4]、氟硅酸钙[Ca4Si2O7F2]、氟磷酸钡[Ba10F2(PO4)6]、钨酸盐[SrLa6W10O40]和[Sr9La2W4O24]共6种新型红色荧光粉,借助XRD、SEM、FT-IR、DTA-TG、荧光光谱仪和激光粒度仪等对荧光粉进行了表征。此外,本研究还在展望部分对荧光粉行业存在争议问题进行了论述。主要研究内容与结果如下: 1、采用固相法制备了新型Eu3+掺杂氟硅酸钠镧红色荧光粉,系统地研究了制备工艺参数对其性能的影响。研究发现:固相法合成氟硅酸钠镧相的最低温度为750℃,制得氟硅酸钠镧纯相的最低温度为850℃;最优的热处理温度为950℃;氟化钠的最优用量(相对化学计量比的倍数)x=1.3;该荧光粉在近紫外光(395 nm)激发下发射最强,还可有效被蓝光(465 nm)激发;该荧光粉的猝灭浓度为0.025,Eu3+离子在氟硅酸钠镧基质中的临界距离约为1.768 nm;掺杂量最优时,掺杂量x=0.1时,荧光粉的色坐标为(0.618,0.355),接近红色标准色坐标(0.67,0.33);固相法制得该荧光粉颗粒呈类球形,棱、面清晰;该荧光粉的D50(中位粒径)为5.25μm,粒度分布窄,适合LED封装。 2、采用溶胶-凝胶法制各了Eu3+掺杂氟硅酸钠镧荧光粉,并将其与固相法制得的该荧光粉进行了对比,研究结果表明:溶胶-凝胶法合成氟硅酸钠镧和制得氟硅酸钠镧纯相的最低温度分别为650℃和750℃;溶胶-凝胶法制得该荧光粉的D50为2.50μm,颗粒呈无规则形状;其发光性能劣于固相法所制的Eu3+掺杂氟硅酸钠镧荧光粉,原因是:样品经950℃热处理后仍残余有害碳,且晶粒较小、表面玻璃相多。 3、采用固相法制备了新型硅酸盐红色荧光粉KLaSiO4:Eu3+研究了其发光性能,结果表明:该荧光粉可被近紫外光(395 nm)和蓝光(465 nm)激发;其猝灭浓度为0.02,Eu3+离子在KLaSiO4基质中的临界距离为3.83 nm;掺杂量最优时,KLa0.98SiO4:0.02Eu3+荧光粉的色坐标为(0.614,0.385);其D50为2.45μm,颗粒呈六方片状,棱、面清晰,粒度分布窄。 4、采用固相法制备了新型氟硅酸盐红色荧光粉Ca4Si2O7F2:Eu3+,对其发光性能的研究结果表明:该荧光粉可被近紫外光(395 nm)和蓝光(465 nm)激发;其猝灭浓度为0.02,Eu3+在Ca4Si2O7F2基质中的临界距离为1.692 nm;掺杂量最优时,Ca3.92Si2O7F2:0.08Eu3+荧光粉的色坐标为(0.596,0.403);颗粒呈无规则形状,棱、面清晰;该荧光粉的D50为6.49μm,粒度分布窄,适合LED封装。此外,Eu3+:Ca2+=2:3的掺杂方案,有利于生成能量更小的置换型固溶体,比生成填系型和空位的取代方案更合理,是以后优化更合理的方案。 5、采用固相法制备了新型氟磷酸盐红色荧光粉Ba10F2(PO4)6:Eu3+,对其发光性能的研究结果表明:该荧光粉可有效被近紫外光(395 nm)和蓝光(465 nm)激发;其猝灭浓度为0.02,Eu3+离子在Ba10F2(PO4)6基质中的临界距离为1.877 nm;掺杂量最优时,Ba9.8F2(PO4)6:0.2Eu3+荧光粉的色坐标为(0.624,0.376);颗粒呈六方片状,棱、面清晰;该荧光粉的D50为6.18μm,粒度分布窄,适合LED封装。此外,Eu3+:Ba2+=2:3的掺杂方案,有利于生成能量更小的置换型固溶体,比生成填系型和空位的取代方案更合理,是以后优化更合理的方案。 6、采用固相法制备了新型钨酸盐红色荧光粉SrLa6W10O40:Eu3+,对其发光性能的研究结果表明:该荧光粉适合近紫外光(395 nm)和蓝光(465 nm)激发;其猝灭浓度为0.025;Eu3+在SrLa6W10O40基质中的临界距离为2.222 nm;掺杂量最优时,SrLa5.85W10O40:0.15Eu3+荧光粉的色坐标为(0.652,0.348),比商业LED用近紫外红色荧光粉Y2O2S:Eu3+(0.622,0.351)更靠近红色标准色(0.67,0.33);该荧光粉的D50为12.81μm,粒度分布宽,部分颗粒呈类球形,颗粒团聚严重,棱、面清晰,晶粒发育较好。 7、采用固相法制备了新型Sr9La2W4O24:Eu3+红色荧光粉,对其发光性能的研究结果表明:该荧光粉适合近紫外光(395 nm)和蓝光(465 nm)激发;其猝灭浓度为0.02;Eu3+在Sr9La2W4O24基质中的临界距离为2.981 nm;掺杂量最优时,SrgLa1.96W4O24:0.04Eu3+荧光粉的色坐标为(0.671,0.329),非常靠近红色标准色(0.67,0.33),该荧光粉的D50为2.43μm,颗粒呈类方形,棱、面清晰,晶粒发育较好。