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白光LED因其高效节能、寿命长、绿色环保等优点而备受关注。近紫外LED芯片激发三基色荧光粉的方案凭借优异的显色性和光学稳定性,成为白光LED的重要研究方向。但目前该方案的发光效率仍然偏低,研究与开发光效高且性能稳定的近紫外激发三基色荧光粉,对于构建高亮度和高显色性白光LED,满足普通照明需要具有重要的意义。本文采用高温固相法制备Sr2MgSi2O7∶Eu2+及Sr3MgSi2O8∶Eu2+蓝色荧光粉,Sr2P2O7∶Eu2+,Mn2+共掺双峰发射红色荧光粉,研究了工艺参数、成分调节、基质掺杂等因素对两类体系荧光粉的物相结构和发光性能的影响规律,探讨这些荧光粉在白光LED领域的应用前景。
研究了合成工艺、成分配比等对Sr2MgSi2O7∶Eu2+和Sr3MgSi2O8∶Eu2+蓝色荧光粉发光性能的影响。这两种荧光粉可以被350nm-410nm范围的近紫外光有效激发,Sr2MgSi2O7∶Eu2+可发射465nm左右的蓝光,Sr3MgSi2O8∶Eu2+荧光粉可发射458nm左右的蓝光。确定了CO还原气氛中,加入质量分数为5%的NH4Cl为助熔剂,1300℃还原4H的最优合成工艺;荧光粉最佳成分配比分别为Sr1.98MgSi2O7∶Eu2+0.02和Sr2.98MgSi2O8∶Eu2+0.02;Ba2+部分取代Sr2+可导致两类荧光粉发射光谱蓝移,Ca2+掺杂导致发射光谱红移,但均导致发射强度降低。变温光谱测试结果显示:室温下Sr1.98MgSi2O7∶Eu2+0.02发光效率明显优于Sr2.98MgSi2O8∶Eu2+0.02,但发光热猝灭相对后者严重。
重点研究了Sr2P2O7∶Eu2+,Mn2+荧光粉的制备工艺和发光性能。该荧光粉可以被250nm-400nm范围的近紫外光有效激发,分别在420nm及605nm处存在双峰发射。实验证明在该荧光粉体系中Eu2+对Mn2+有较强的敏化作用,Eu2+-Mn2+之间的能量传递为电偶极-电四极相互作用引起的共振能量传递。确定了该类荧光粉最优合成工艺为加入1.5wt%的NH4F助熔剂,1000℃烧结4H后,在CO还原气氛中1100℃还原2H出炉急冷,最佳成分配比为Sr1.79P2O7∶Eu0.032+,Mn0.182+。研究了基质组分对Sr2P2O7∶Eu2+,Mn2+荧光粉发光性能影响。为补偿磷酸根的烧损,原料(NH4)2HPO4过量0.10mol/mol时荧光粉性能最佳;碱土金属元素的掺杂(R=Mg、Ca、Ba)对Sr2P2O7∶Eu2+,Mn2+荧光粉的发光性能影响较显著。0.50mol/mol的其它碱土金属离子取代Sr2+,并不改变Sr2P2O7∶Eu2+,Mn2+基质的物相。掺Ca2+和Mg2+后,光谱发射峰的双峰均发生红移,且谱线发生宽化;掺Ba2+后,光谱发射峰的双峰均发生蓝移,且谱线发生锐化。文中推测该作用机理可能与晶体场强度和共价性的改变有关。