氧化物基白光LED熒光粉的設(shè)計(jì)與合成.pdf

1、熒光轉(zhuǎn)換白光發(fā)光二極管，由于其具有的效率高、壽命長(zhǎng)、低能耗、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，而被認(rèn)為是下一代照明光源。熒光粉是熒光轉(zhuǎn)換白光LED中實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射的核心部分?，F(xiàn)有的熒光粉體系中，嚴(yán)重缺少性能優(yōu)異的氧化物熒光粉。因此，探尋高效優(yōu)質(zhì)的氧化物基熒光粉，與現(xiàn)有LED芯片匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射是目前研究的重點(diǎn)。在熒光粉的探尋、制備過(guò)程中，急需總結(jié)熒光粉的篩選原則以及引入新的熒光粉的設(shè)計(jì)理念。
　　本文從總結(jié)熒光粉基質(zhì)材料的晶體結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能的關(guān)系、

2、以新的設(shè)計(jì)理念合成、制備高效優(yōu)質(zhì)熒光粉的角度出發(fā)，選用四類(lèi)氧化物作為熒光粉的基質(zhì)材料展開(kāi)我們的研究工作:
　　(1)設(shè)計(jì)、合成一類(lèi)具有結(jié)構(gòu)代表性的復(fù)合鈣鈦礦體系氧化物基紅色熒光粉:MLnMgM'O6∶Eu3+(M=Ca，Sr,Ba;Ln=La，Gd，Y;M'=Nb，Ta，Sb)。通過(guò)使用X射線衍射、激發(fā)和發(fā)射光譜、熒光量子效率等測(cè)試方法系統(tǒng)性的研究該體系熒光粉的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)光性能，并總結(jié)出適用于復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)熒光粉的篩選原則。得到

3、的性能優(yōu)異的近紫外/藍(lán)光激發(fā)的紅色熒光粉Ca(La0.6Eu0.4)MgNbO6，其在466nm的藍(lán)光激發(fā)下的量子效率高達(dá)18.1％，是一種潛在的白光LED用紅色熒光粉。
　　(2)以在低容忍因子復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)基質(zhì)材料中引入鎢酸根的設(shè)計(jì)理念，使用固相反應(yīng)法合成NaLaMgWO6∶RE3+(RE=Eu，Sm，Tb)三基色熒光粉。通過(guò)X射線衍射、SEM、紫外可見(jiàn)吸收光譜、激發(fā)和發(fā)射光譜研究了樣品的結(jié)構(gòu)、形貌及發(fā)光性能。其中，NaLaM

4、gWO6∶Eu3+，是一種性能優(yōu)異的近紫外/藍(lán)光激發(fā)的紅色熒光粉，在464nm的藍(lán)光激發(fā)下，NaLaMgWO6∶0.4Eu3+在熒光粉的量子效率為19.3％，是Y2O3∶Eu3+的紅色熒光粉的3倍，達(dá)到了另一種氮化物紅色熒光粉Sr2Si5N8∶Eu2+的104％，是商用黃色熒光粉Y3Al5O12∶Ce3+的50.2％，是一種潛在的白光LED用紅色熒光粉。進(jìn)一步驗(yàn)證我們總結(jié)的高性能熒光粉的篩選原則的導(dǎo)向性意義，將選擇較小容忍因子的復(fù)合鈣鈦

5、礦結(jié)構(gòu)基質(zhì)材料與鎢酸鹽概念結(jié)合起來(lái)的熒光粉設(shè)計(jì)理念亦為其他研究者在篩選熒光粉方面提供了新的啟發(fā)。
　　(3)以發(fā)光材料的能量轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成白光LED用單相Ca9MgM(PO4)7∶Eu2+，Mn2+(M=Li，Na，K)和Ca9Al(PO4)7∶Ce3+，Mn2+磷酸鹽體系熒光粉。通過(guò)X射線衍射、紫外可見(jiàn)吸收光譜、激發(fā)和發(fā)射光譜、熒光衰減曲線等研究了樣品的發(fā)光性能。其中，設(shè)計(jì)合成的Ca9MgM(PO4)7∶Eu2+，M

6、n2+(M=Li，Na，K)磷酸鹽熒光粉為一種紫外激發(fā)的單相熒光轉(zhuǎn)換熒光粉;Ca9Al(PO4)7∶Ce3+，Mn2+磷酸鹽熒光粉為一種紫外激發(fā)的單相紅色熒光粉。系統(tǒng)性的研究了Eu2+/Mn2+、Ce3+/Mn2+在各自體系中的能量傳遞過(guò)程和機(jī)制。
　　(4)提出復(fù)合基團(tuán)(co-host)熒光粉設(shè)計(jì)、合成理念，選用Ca11(SiO4)4(BO3)2為基質(zhì)材料，通過(guò)Al還原固相反應(yīng)法合成紫外激發(fā)的復(fù)合基團(tuán)單相白光發(fā)射熒光粉:Ca1i

7、(SiO4)4(BO3)2∶Ce3+，Eu2+，Eu3+，并通過(guò)X射線衍射、激發(fā)和發(fā)射光譜、X射線光電子能譜等表征手段研究了其結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能。相比于已被廣泛使用的基質(zhì)材料Ca2SiO4、Ca3B2O6和Y3Al5O12，Ca11(SiO4)4(BO3)2展現(xiàn)出了優(yōu)異的色彩平衡能力。深入研究了Ce3+/Eu2+/Eu3+單摻/共摻Ca11(SiO4)4(BO3)2熒光粉的發(fā)光性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、熒光熱穩(wěn)定性及量子效率等性能及不同發(fā)光中心間的能