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白光LED作为近年来最引人瞩目的光源,具有广阔应用前景。与白炽灯相比,它具有寿命长、功耗低、响应快、尺寸小等优点。
随着紫外和近紫外LED(320~410nm)芯片的发展,利用其与三基色荧光粉(红、绿、蓝)组合,可形成白光发射。用这种方式制作的白光LED具有色域广、成本低的优点,被认为是新一代白光LED照明的主导。而能被近紫外光高效激发的荧光粉目前非常缺乏,需要国内外研究人员做更深入的工作。
YAG:Ce荧光粉能够很好的被蓝光激发,能够满足白光LED的蓝光芯片+黄光荧光粉的制作工艺。到目前为止,YAG:Ce被认为是最为优良的白光LED用荧光粉。因此,任何能够提高YAG:Ce荧光粉发光效率和提高YAG与蓝光芯片组合的白光LED显色性的研究都具有很大的意义。
本论文研究以Sr2Al2SiO7和Y3Al5O12为荧光粉基质,利用高温固相法合成Sr2Al2SiO7:Ln(Ln=Eu2+,Ce3+,Eu3+/Ce3+)和Y3Al5O12:Ce3+,Ln(Ln=Pr3+,Yb3+等)荧光粉。采用X射线衍射分析、SEM分析、激发和发射光谱分析等表征手段,研究了工艺条件、离子掺杂、共掺杂、阳离子固溶替换、电荷补偿等对物相、形貌和发光性能的影响。
研究了Sr2Al2SiO7体系荧光粉的,结果表明,在1250℃下、助熔剂选取H3BO3且当H3BO3的加入量为3wt%时合成的荧光粉的物相和发光强度最佳。合成了Sr2Al2SiO7:Eu2+荧光粉,激发光谱显示从紫外到蓝光区域的一个较宽的激发带,这是典型的Eu2+的4f7-4f65d1跃迁。发射光谱呈现发射峰位于513nm的宽带发射,这是Eu2+的4f65d1-4f7跃迁。Eu2+的最佳掺杂浓度在5mol%附近。将Ce3+共掺Sr2Al2SiO7:Eu2+后有利于提高荧光粉的发光强度,说明在该体系中存在从Ce3+到Eu2+的能量传递。
合成了Sr2Al2SiO7:Ce3+荧光粉,激发光谱显示两个激发峰,分别位于300nm和337nm,它们分别对应Ce3+两个基态能级2F5/2、2F7/2与5d能级之间的跃迁,其中以337nm处的峰较强。发射光谱为带状谱,发射峰的位置位于406nm,对应Ce3+的5d-4f跃迁。Ce3+的最佳掺杂浓度在2mol%附近,继续增加Ce3+掺杂浓度会导致浓度猝灭。Li+和Na+作为电荷补偿剂共掺Sr2Al2SiO7:Ce3+有利于提高荧光粉的发光强度。
研究了YAG:Ce3+合成条件,实验结果表明,在1550℃下,还原气氛为氢氮比7:3,选取H3BO3与AlF3·3H2O共同做为助熔剂且各种占原料总重量的1.5wt%时合成的荧光粉的物相和发光强度最佳。对于YAG:Ce3+荧光粉,激发光谱显示340nm和464nm两个激发峰,分别对应Ce3+的2F5/2和2F7/2到5d能级的跃迁。其中,2F7/2-5d的跃迁为主要激发峰。发射光谱呈现发射峰位于537nm的宽带发射,这是Ce3+的5D-2F5/2和5D-2F7/2两种跃迁通过叠加而成。
还进一步研究了Gd3+、Pr、Yb3+等离子对发光性能的影响。研究表明,Gd3+离子取代Ce3+离子进入晶格后,导致发射峰红移,当的掺杂量x小于5mol%时可以使体系的发光强度增强。当x大于5mol%时由于体系的结晶性能下降而使发光强度下降。Pr3+或Yb3+共掺的YAG:Ce3+荧光粉均会出现猝灭现象而导致发光强度下降。