高显色性暖白光LED用新型Ce3+/Tb3+掺杂高效绿色荧光粉的研究

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目前,荧光粉转换白光发光二极管(LED)由于其具有体型紧凑、能量损耗小、发光效率高和对环境不产生污染等特性,能够取代传统的一些光源而成为新一代固态照明的光源。而且,利用在近紫外芯片表面涂抹三基色荧光粉的制造方法,可有效实现低色温、高显色性的白光LED。因此,迫切需要探索符合制造白光LED要求的近紫外光激发的荧光粉。本论文主要以铝酸盐和硼酸盐为基质,使用高温固相法合成了一系列能够被近紫外光激发的Ce3+单独激活和Ce3+/Tb3+共同激活的荧光粉,并系统地研究了其制备过程、晶体结构、形貌、发光性质、能量传递、热稳定性等相关内容。研究结果如下:(1)合成了一系列Ce3+激活Ca2Sr Al2O6(CSA)绿色荧光粉。在375 nm近紫外光激发下,CSA:Ce3+荧光粉在545 nm波长处展现出强的宽带绿光发射。最佳样品CSA:0.01Ce3+的CIE色坐标计算为(0.3553,0.5541)以及内量子效率测量为31%。此外,CSA:0.01Ce3+具有较高的热稳定性,在423 K时的发射强度仍保留了初始值的71.3%。最后,将365 nm近紫外发光LED芯片与CSA:0.01Ce3+绿色荧光粉,商用蓝色和红色粉结合,成功地获得了具有高显色指数(CRI=92)的暖白光LED。(2)制得了一系列蓝光到绿光可调的Ce3+/Tb3+共掺杂Ca3Lu(Al O)3(BO34(CLAB)荧光粉。在紫外光激发下,样品的发射光谱包含360-450 nm范围内的宽发射带和四个尖锐的发射峰,分别归于Ce3+的4f→5d能级跃迁和Tb3+5D47FJ(J=6-3)能级跃迁。由于Ce3+到Tb3+的能量传递作用,随着CLAB:0.02Ce3+,x Tb3+中Tb3+掺杂浓度的增加,543 nm波长处属于Tb3+的特征绿光发射逐渐占主导,能量传递效率高达96%。此外,该类荧光粉的内量子效率(IQE)最大可达到69.3%。(3)合成了新型Ce3+/Tb3+共掺杂Ca2Gd Zr2Al3O12(CGZA)荧光粉。样品在370-470 nm的紫外光波长区域展现出较宽的激发光谱。在408 nm激发下,CGZA:0.02Ce3+,x Tb3+荧光粉的发射光谱中可逐渐明显观察到Tb3+5D47FJ(J=6-0)的特征绿光发射,但Ce3+对应的发射带的强度逐渐变弱,这是受Ce3+→Tb3+能量传递的影响。Ce3+→Tb3+间的能量传递机制确定为偶极-偶极相互作用。并且此类绿色荧光粉的IQE最高达到54%。最后,将400 nm近紫外LED芯片与三基色荧光粉结合(CGZA:0.02Ce3+,0.8Tb3+作为绿光成分),成功地制备了高显色性(CRI=91.2)暖白光LED灯。(4)制备了一种新型Ce3+/Tb3+离子共激活的Ca2YHf2Al3O12(CYHA)窄带绿光发射荧光粉。在408 nm激发下,CHYA:Ce3+,Tb3+荧光粉的发射光谱以543 nm波长处的Tb3+的特征绿光发射为主导,Ce3+→Tb3+能量传递效率高达93.2%,能量传递机理是四极-四极相互作用。CYHA:Ce3+,Tb3+绿色荧光粉的IQE远高于Tb3+单掺CYHA:0.6Tb3+荧光粉。在相同条件下,CYHA:0.03Ce3+,0.6Tb3+荧光粉的发光明显强于商业绿色(Ba,Sr)2Si O4:Eu2+荧光粉。最后,与商用(Ba,Sr)2Si O4:Eu2+绿色荧光粉相比,CYHA:0.03Ce3+,0.6Tb3+荧光粉作为绿光成分能够明显提高白光LED的显色指数(CRI=92.3)。
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