黃色、橙色、紅色系列長(zhǎng)波發(fā)射熒光粉發(fā)光性質(zhì)的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)又稱固體光源，與傳統(tǒng)的照明光源(白熾燈、熒光燈)相比有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能、發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、無(wú)汞污染等，被稱為新一代照明光源。1996年利用發(fā)黃光的YAG：Ce3+熒光粉和藍(lán)光LED芯片封裝得到白光發(fā)光二極管后，“熒光粉轉(zhuǎn)換法”制造LED已經(jīng)受到許多國(guó)家和研究工作者的高度關(guān)注。熒光粉性能的好壞直接影響LED的發(fā)展，所以研究能夠用于制造LED的熒光粉是一項(xiàng)非常有意義的工作。研制LED用的熒光粉的關(guān)鍵在于：熒光粉能被紫外

2、光(350～410 nm)或藍(lán)光(450～470 nm)有效激發(fā)，而且發(fā)光效率高。 本學(xué)位論文的主要目標(biāo)是尋找適合于近紫外LED芯片或者藍(lán)光LED芯片的黃光、橙光、紅光系列長(zhǎng)波發(fā)射熒光粉。采用高溫固相法合成了多個(gè)系列的熒光粉，利用X射線粉末衍射來(lái)測(cè)定合成熒光粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，利用漫反射光譜、激發(fā)光譜、發(fā)射光譜和熒光衰減壽命等來(lái)研究熒光粉的發(fā)光性質(zhì)。本論文所取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 1.合成了Ca2BO3Cl：RE(RE=Eu2+

3、，Ce3+，Tb3+，Yb3+)系列熒光粉，利用漫反射光譜計(jì)算得到基質(zhì)Ca2BO3Cl的禁帶寬度為5.19 eV。Ca2BO3Cl：Eu2+的激發(fā)光譜在340～500 nm范圍內(nèi)有寬的吸收帶，在紫外光和藍(lán)光的激發(fā)下均發(fā)出強(qiáng)的黃光；研究了Eu2+在Ca2BO3Cl中的濃度猝滅和溫度猝滅特性，得到Eu2+在Ca2BO3Cl中最佳摻雜濃度為x=0.005，Ca2BO3Cl：Eu2+的發(fā)射強(qiáng)度隨著測(cè)試溫度的升高而增強(qiáng)，具有好的溫度特性；Ca2B

4、O3Cl：Eu2+的熒光衰減壽命為微秒數(shù)量級(jí)。Ca2BO3Cl：Ce3+，Tb3+熒光粉的激發(fā)光譜在280～400 nm范圍內(nèi)寬的吸收帶，與發(fā)紫外光的LED芯片相匹配；在基質(zhì)Ca2BO3Cl存在有效的Ce3+到Tb3+能量傳遞，最佳能量傳遞效率達(dá)到18.7％。研究了Ca2BO3Cl：Ce3+，Tb3+，Yb3+的可見和紅外發(fā)射性質(zhì)，并研究了Ce3+到Y(jié)b3+的能量傳遞機(jī)理，首次通過Ce3+—Tb3+—Yb3+三離子之間的能量傳遞，來(lái)提高

5、在近紫外區(qū)的吸收以及Yb3+在近紫外光激發(fā)下的紅外光發(fā)射。 2.首次合成了Sr5(BO3)3Cl：Eu2+系列熒光粉，利用漫反射光譜計(jì)算了Sr5(BO3)3Cl的禁帶寬度為4.78 eV。Sr5(BO3)3Cl：Eu2+的激發(fā)光譜在290～490 nm范圍內(nèi)有寬的吸收帶，與發(fā)紫外光的LED芯片和發(fā)藍(lán)光的LED芯片相匹配。樣品的發(fā)射峰是大約在615 nm處的橙紅光發(fā)射。Sr5(BO3)3Cl：Eu2+中Eu2+的最佳摻雜濃度為x=

6、0.009，Sr4.955Eu0.045(BO3)3Cl的猝滅溫度大約在270 K，樣品的熱猝滅歸屬為由光電離過程和交叉弛豫過程共同作用所導(dǎo)致的。 3.采用氣體還原氮化的方法在較低的溫度下(約1153 K)利用在空氣中能夠穩(wěn)定存在的ZnO，GeO2，MnCO3作為原料首次合成了發(fā)橙紅光的ZnGeN2：Mn熒光粉。場(chǎng)發(fā)射掃描照片顯示，所合成的熒光粉粒徑分布比較均勻，合成粒徑大小大約為500～600nm左右。利用漫反射光譜計(jì)算得到Z

7、nGeN2的禁帶寬度大約為3.3 eV。ZnGeN2：Mn2+的激發(fā)光譜在280～425 nm范圍內(nèi)有強(qiáng)的吸收并發(fā)射出610nm紅橙光。ZnGeN2：Mn2+中存在明顯的基質(zhì)到Mn2+的能量傳遞。Mn2+摻雜的ZnGeN2的猝滅濃度約為2mol‰，且通過改變Mn2+的摻雜濃度，樣品的發(fā)光顏色從橙光變?yōu)榧t光，色純度最高可以達(dá)到98％。因此ZnGeN2：Mn2+可能是一種潛在的具有很好的顯色指數(shù)的能用于彩色光電子器件和白光LED的紅光發(fā)射的

8、氮化物熒光粉。ZnGeN2:0.01Mn2+的猝滅溫度為230K，ZnGeN2：Mn2+的溫度猝滅主要是由光電離所引起的。將ZnGeN2：Mn2+與Zn2GeO4：Mn2+的發(fā)光性質(zhì)做了對(duì)比研究，Mn2+在兩種基質(zhì)中均占據(jù)四配位的Zn2+格位，Zn2GeO4：Mn2+發(fā)射綠光，ZnGeN2：Mn2+卻發(fā)出紅光是由電子云擴(kuò)散效應(yīng)引起的。 4.Ca2Al2SiO7：Eu3+中Eu3+的7F0-5L6躍遷在394nm附近有強(qiáng)的吸收，并

9、且在394 nm光的激發(fā)下能夠發(fā)出紅光。因此Ca2Al2SiO7：Eu3+是潛在的能用于被近紫外LED激發(fā)的熒光粉。于是我們?cè)敿?xì)的研究了Ca2Al2SiO7：Eu3+的發(fā)光性質(zhì)，并嘗試采用不同的補(bǔ)償方法，形成固溶體基質(zhì)法，以及Sm3+，Eu3+共摻雜等方法來(lái)提高樣品的發(fā)光效率。 5.合成了M2Al2SiO7：Eu2+(M=Ca，Sr)和Ca2(1-x)Sr2xAl2SiO7：Eu2+熒光粉。XRD測(cè)試結(jié)果表明Ca2(1-x)Sr

10、2xAl2SiO7：Eu2+能夠形成連續(xù)固溶體。用漫反射光譜計(jì)算得到基質(zhì)Ca2Al2SiO7，CaSrAl2SiO7和Sr2Al2SiO7的禁帶寬度分別為5.74 eV，5.73 eV和5.72 eV。熒光粉Ca2Al2SiO7.Eu2+，CaSrAl2SiO7： Eu2+和Sr2AO2SiO7：Eu2+的激發(fā)光譜均覆蓋比較寬與近紫外LED芯片發(fā)射波長(zhǎng)相匹配，通過調(diào)節(jié)基質(zhì)Ca2(1-x)Sr2xAl2SiO7的組成可以使熒光粉的發(fā)射波長(zhǎng)