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白光LED-第四代绿色照明光源,在显示器件和光纤通信等方面应用广泛。已有的白光LED用荧光粉中,严重缺乏性能优良的蓝色和红色荧光材料。在众多无机化合物中,氧硫化物、锑酸盐、铌酸盐及钽酸盐体系化学及热稳定性优异、成本低廉、组分及结构丰富,是潜在的优良荧光基质材料,具有重要的实用及科学意义。本论文选定含高价态Sb5+,Nb5+,Ta5+的酸根阴离子的ASb2O6(A=Ca,Sr)、A2Sb2O7(A=Ca,Sr)、A2LnMO6(A=Ca,Sr,Ba;Ln=Y,Gd,La;M=Sb,Nb,Ta)、及AZnOS(A=Ca,Ba)为新型荧光基质材料,研究了其制备、发光特性及能量传输机理,发现了数种具有应用价值的蓝色和红色白光LED用荧光材料。获得的主要结果如下:
1.成功制备了室温下发光亮度高的ASb2O6:Bi、A2Sb2O7:Bi(A=Ca,Sr)系列荧光粉。其中钙盐均发射高强度蓝光,锶盐发射绿光。蓝光强度远高于绿光,且Ca2Sb2O7:Bi较之CaSb2O6:Bi可达到更高强度。紫外激发下,Ca2Sb2O7:Bi蓝光积分强度几乎等同于商用蓝粉BAM。其可和UVLED芯片匹配,用做BAM的替代物。此外,稀土Tb掺杂Sr2Sb2O7可得到高强度绿光,Eu掺杂可得到红光。CaSb2O6:Mn在短波紫外激发下,可有效发射绿光。
2.Ca2LnMO6:Eu(Ln=Y,Gd,La;M=Sb,Nb,Ta)体系均能发射强烈的红色光,I612(5D0-7F2)/I593(5D0-7F1)比值均为3以上。其主激发在紫外区,蓝光区强度相当高。此类荧光粉可与紫外LED,蓝色LED芯片相匹配,具有作为多种白光LED组合方式用优异红色荧光粉的巨大潜力。Sr2LnMO6:Eu(Ln=Y,Gd,La;M=Sb,Nb,Ta)中锑酸盐在紫外区,蓝光区激发强度下降,但仍有Sr2LaSbO6:Eu、Sr2GdTaO6:Eu、Sr2LaTaO6:Eu可望在白光LED中得到应用,其余为潜在灯用荧光粉。Ba2LnMO6:Eu(Ln=Y,Gd,La;M=Sb,Nb,Ta)中主激发都位于短波紫外区,是潜在的灯用荧光粉。总的说来,发光性能Ca盐>Sr盐>Ba盐,La盐>Gd盐>Y盐,Nb盐>Ta盐>Sb盐,可知基质材料容忍因子越小,结构畸变越大,Eu3+在其中的发光性能越好。此外,Ca2LnMO6:Bi(Ln=Y,Gd,La;M=Sb,Nb,Ta)可实现高强度蓝紫光发射,经优化组分可得到优异蓝粉。
3.成功制备了AZnOS:Mn(A=Ca,Ba)基红色荧光粉,发光强度可和商用ZnS:Mn体系相比较。其中CaZnOS:Mn可被紫外及蓝光激发,其可与紫外、蓝光LED芯片匹配,用作白光LED红色荧光粉;BaZnOS:Mn可用作紫外LED芯片激发的白光LED用红色荧光粉;成功开发出高亮度的BaZnOS:Cu基蓝色荧光粉。其在短波紫外激发下发光强度可与ZnS:Cu和ZnO:Cu相比较,在紫外LED芯片激发的白光LED及显示设备有潜在应用。