用于白光LED的近紫外光激發(fā)單一基質(zhì)Ca3Y(PO4)3,KBaYSi2O7熒光粉發(fā)光性能的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode)由于其具有節(jié)能、無(wú)汞污染、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速率快、體積小以及低能耗等一系列特性，而得到普遍關(guān)注。目前，白光LED的合成方式主要是熒光粉轉(zhuǎn)換。藍(lán)光LED芯片激發(fā)YAG:Ce3+黃色熒光粉是近年來(lái)最主流的合成方案。然而，由于其紅光部分的缺失，而表現(xiàn)出顯色指數(shù)偏低(CRI<75)，色溫偏高(CCT>7750K)的缺陷，而且藍(lán)光芯片和黃色熒光粉對(duì)白光的合成都具有主導(dǎo)作用。為了彌補(bǔ)上述不足，一種新

2、型的制備方案應(yīng)運(yùn)而生，即用近紫外LED芯片+紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉合成白光。這種方法可獲得較好顯色指數(shù)和可調(diào)節(jié)色溫的白光。然而，由于紅光和綠光部分對(duì)藍(lán)光的再吸收，使獲得的白色熒光粉的發(fā)光效率偏低。因此，為了提高發(fā)光效率我們對(duì)上述方案進(jìn)行了改良，把三種基質(zhì)材料用單一基質(zhì)的熒光粉替換，通過(guò)近紫外光激發(fā)單一基質(zhì)中不同發(fā)光中心間的能量傳遞合成白光。此方案得到的白光LED具有較高的顯色指數(shù)和發(fā)光效率，良好的光度穩(wěn)定性以及合成的白光質(zhì)量只由熒光粉決

3、定。然而，目前適合近紫外光LED激發(fā)的單一基質(zhì)熒光粉還比較匱乏。因此，尋找合適的熒光粉合成高質(zhì)量的白光LED成為時(shí)下工作的重點(diǎn)。
　　本論文通過(guò)高溫固相法得到單一基質(zhì)的白色熒光粉Ca3Y(PO4)3:Eu2+，Mn2+和Ca3Y(PO4)3:Ce3+，Tb3+，Mn2+，以及初步對(duì)KBaYSi2O7:Eu2+發(fā)藍(lán)光的熒光粉進(jìn)行了研究。并對(duì)熒光粉的物相結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能、熱穩(wěn)定性、能量傳遞等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，內(nèi)容如下：
　　1.研

4、究了Eu2+/Mn2+共摻的單一基質(zhì)白光LED熒光粉。首先采用高溫固相法在 CO還原氣氛下合成 Ca3-xY(PO4)3:x mol％Eu2+(1≤x≤10)和Ca2.97-yY(PO4)3:3 mol%Eu2+,y mol%Mn2+(0≤y≤20)熒光粉，合成溫度為1350℃，通過(guò)對(duì)樣品的物相結(jié)構(gòu)、光譜（漫反射光譜、激發(fā)發(fā)射光譜和溫度光譜）以及熒光壽命的分析可知，Eu2+/Mn2+的引入并未改變基質(zhì)Ca3Y(PO4)3的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)

5、漫反射光譜及擬合圖可知，基質(zhì)的帶隙能Eg=5.05 eV，可以為Eu2+作為發(fā)光中心提供一個(gè)很好的帶隙環(huán)境。用370nm的紫外光激發(fā)CYPO:Eu2+熒光粉，得到一個(gè)較強(qiáng)的綠色寬帶，峰值為493nm，這歸因于Eu2+離子5d到4f間的能級(jí)躍遷。隨著Mn2+離子的摻雜CYPO:Eu2+，Mn2+熒光粉的色坐標(biāo)從綠色逐漸趨向于白色，這是由于從Eu2+到Mn2+離子間發(fā)生了有效的能量傳遞。電四極-電四極相互作用是Eu2+-Mn2+間能量傳遞的

6、機(jī)理，其能量傳遞效率達(dá)到90%以上。在150℃時(shí)，CYPO:Eu2+，Mn2+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度是常溫下的52%，活化能為ΔE=0.166 eV，這表明CYPO:Eu2+，Mn2+熒光粉有良好的熱穩(wěn)定性。以上分析表明，Ca2.97-yY(PO4)3:3 mol%Eu2+,y mol%Mn2+發(fā)光材料在合成白光LED方面擁有很大的潛能。
　　2.在CO還原氣氛下，采用高溫固相法制備白光Ca3-yY(1-x-z)(PO4)3:x mol

7、%Ce3+,y mol%Tb3+,z mol%Mn2+(1≤x≤30,1≤y≤30,1≤z≤12)熒光粉。通過(guò)對(duì)合成樣品的激發(fā)發(fā)射光譜，能量傳遞機(jī)理，和色坐標(biāo)的分析表明，在324nm的紫外光激發(fā)下，樣品既有屬于Ce3+離子在383nm波長(zhǎng)的發(fā)射峰（由Ce3+離子4f65d1-4f7間的電子躍遷產(chǎn)生），又有屬于Tb3+的發(fā)射光譜(最強(qiáng)發(fā)射峰548nm是由于Tb3+離子的5D4-7F5間的電子躍遷)，還有屬于Mn2+的4T1-6A1能級(jí)躍遷

8、產(chǎn)生的631nm波長(zhǎng)的發(fā)射峰。電偶極-電偶極相互作用是Ce3+與Tb3+，Ce3+與Mn2+間的能量傳遞機(jī)理。通過(guò)對(duì)Ce3+，Tb3+和Mn2+離子間濃度的調(diào)節(jié)而合成白光，其色坐標(biāo)為(0.35,0.32)。以上研究表明，用近紫外光激發(fā)單一基質(zhì) Ca3-yY(1-x-z)(PO4)3:x mol%Ce3+,y mol%Tb3+,z mol%Mn2+熒光粉在合成白光LED方面具有很大的研究?jī)r(jià)值。
　　3.采用高溫固相法于 CO還原氣氛

9、下合成 KBa1-xYSi2O7:x mol%Eu2+(1≤x≤10)熒光粉，樣品是在最佳溫度1250℃下煅燒10個(gè)小時(shí)合成的。通過(guò)對(duì)樣品物相結(jié)構(gòu)分析可知，樣品的衍射峰與通過(guò)Uwe Kolitsch等人對(duì)KBaYSi2O7晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析而計(jì)算出的XRD標(biāo)準(zhǔn)模型完全一致，表明所合成的KBaYSi2O7:Eu2+熒光粉為純相，而且隨著Eu2+濃度的摻雜不會(huì)改變樣品的晶體結(jié)構(gòu)。在468nm波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)下，得到一個(gè)寬的吸收帶在250-450nm

10、之間，這歸因于Eu2+的4f7-4f65d1間的電子躍遷產(chǎn)生的。而且KBaYSi2O7:Eu2+樣品的吸收光譜范圍與紫外光范圍相一致，表明KBaYSi2O7:Eu2+熒光粉能夠被近紫外光有效激發(fā)。在342nm的紫外光激發(fā)下，樣品展示出一個(gè)370nm-600nm的寬發(fā)射帶，峰值為468nm，這是來(lái)自于Eu2+的4f65d1-4f7間的電子躍遷。Eu2+的最佳摻雜濃度為4 mol%。通過(guò)漫反射光譜及擬合圖可知，基質(zhì)的帶隙能Eg=4.98 e