泰兆研究報(bào)告 - 北京大學(xué)教務(wù)部

1、235CeCe3＋激活熒光材料發(fā)光光譜峰形與發(fā)光中心結(jié)構(gòu)的關(guān)系的研究激活熒光材料發(fā)光光譜峰形與發(fā)光中心結(jié)構(gòu)的關(guān)系的研究化學(xué)與分子工程學(xué)院99級(jí)傅丹摘要本論文主要研究了以下三個(gè)方面的內(nèi)容：1.藍(lán)色熒光粉光譜特征對(duì)三基色熒光燈性能影響的模擬計(jì)算。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的色度學(xué)計(jì)算表明，藍(lán)粉的波長(zhǎng)在455nm時(shí)，三基色燈的發(fā)光效率最高，而發(fā)光峰值波長(zhǎng)在470nm時(shí)，三基色燈的顯色指數(shù)最佳。藍(lán)色熒光粉發(fā)光峰帶寬的增加使發(fā)光效率下降，而顯色指數(shù)提高。提高

2、三基色熒光燈性能的根本途徑是提高藍(lán)粉的發(fā)光效率，而不是靠移動(dòng)藍(lán)粉發(fā)光峰的位置。2.Ce3激活熒光材料發(fā)射光譜峰形與發(fā)光中心結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究。我們主要研究了熒光粉Y2SiO5:Ce3，實(shí)驗(yàn)表明，熒光粉Y2SiO5:Ce3的發(fā)射光譜不能由兩個(gè)高斯峰擬合得到，而用四個(gè)擬合則比較合適。我們猜想這是由于Ce3在Y2SiO5中占有兩個(gè)不同位置，從而有兩個(gè)發(fā)光中心引起的，并用Rietveld方法對(duì)(Y1xCex)2SiO5進(jìn)行結(jié)構(gòu)精修。由于Ce含量很低

3、，很難得出Ce的在晶格中的確切位置說(shuō)明此方法應(yīng)用范圍很有限。在Y2SiO5:Ce3的電子順磁共振(EPR)研究中，由于EPR儀器的頻率不夠高，也難以分辨出Ce的兩個(gè)位置。3.Bi3激活的藍(lán)色熒光粉Y2GeO5－Gd2GeO5體系發(fā)光性質(zhì)的研究。在Y2GeO5:Bi3中摻不同含量的Gd，Sc，La，Lu的發(fā)射光譜表明，光譜位置基本沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)，而強(qiáng)度有所下降，當(dāng)摻雜量超出固溶區(qū)范圍時(shí)，則顯示為兩套光譜的重疊。Gd2GeO5:Bi3中摻雜S

4、c，La，Lu時(shí)現(xiàn)象類(lèi)似摻Y(jié)時(shí)強(qiáng)度有所提高，當(dāng)(Gd1xYx)2GeO5:Bi3中Y含量為3％時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度最大。一.藍(lán)色熒光粉光譜特征對(duì)三基色熒光燈性能影響的模擬計(jì)算。（一）.前言三基色熒光燈以其高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)已得到廣泛應(yīng)用，但關(guān)于三基色熒光燈粉的優(yōu)化工作仍在進(jìn)行，以期望進(jìn)一步提高熒光燈的性能。目前的三基色熒光燈中，藍(lán)粉用量較少(10%)，由于其發(fā)光峰位置處于人眼視見(jiàn)函數(shù)的不敏感區(qū)，對(duì)熒光燈總發(fā)光效率的貢獻(xiàn)較小。但高效的的藍(lán)粉可以減少其

5、本身在混合粉中的比例，從而增加綠粉和紅粉的比例，使燈的發(fā)光效率提高。在現(xiàn)在普遍應(yīng)用的三基色粉中，大多數(shù)藍(lán)粉是以Eu2＋為激活劑。Eu2＋的發(fā)光是5d→4f躍遷引起的，而5d能級(jí)受晶體場(chǎng)影響較大，使Eu2＋的發(fā)射光譜為帶狀光譜，并且晶體場(chǎng)的強(qiáng)弱不同會(huì)使發(fā)光峰的位置和帶寬在一定范圍變化。本研究試圖通過(guò)理論上的計(jì)算給出藍(lán)粉發(fā)光峰波長(zhǎng)和帶寬的變化對(duì)三基色熒光燈發(fā)光效率和顯色指數(shù)帶來(lái)的影響①。（二）.計(jì)算原理在本研究中我們模擬了如下三基色粉混合成

6、6500K色溫?zé)晒鉄簦悍肿邮桨l(fā)光顏色色坐標(biāo)x色坐標(biāo)yY2O3:Eu3紅色0.6290.359237化。我們用Y值變化的相對(duì)值來(lái)衡量熒光燈光效的變化，同時(shí)按照CIE1974年推薦方法計(jì)算熒光燈的顯色指數(shù)的變化情況來(lái)衡量光源的顯色性。（三）.計(jì)算結(jié)果與討論1藍(lán)粉發(fā)光峰帶寬和峰高不變峰值波長(zhǎng)移動(dòng)對(duì)三基色熒光燈性能的影響藍(lán)粉發(fā)光峰帶寬和峰高不變，峰值波長(zhǎng)移動(dòng)時(shí)，藍(lán)粉的量子效率恒定。我們考察半峰寬為50nm的藍(lán)粉發(fā)光峰值波長(zhǎng)從400nm移動(dòng)至50

7、0nm的情況。此時(shí)，波長(zhǎng)移向人眼視見(jiàn)函數(shù)敏感的區(qū)域，單個(gè)藍(lán)粉的顏色三刺激值Y（即發(fā)光亮度）增強(qiáng)。從圖1可以看出，在455nm之前熒光燈光效隨藍(lán)粉的波長(zhǎng)增加而增加；455nm之后，熒光燈光效隨藍(lán)粉波長(zhǎng)的增加而下降。當(dāng)藍(lán)粉發(fā)光峰波長(zhǎng)為455nm時(shí)，熒光燈的光效為最佳，這正是通常三基色熒光燈中藍(lán)粉的發(fā)光峰波長(zhǎng)。從顯色指數(shù)的角度考慮，藍(lán)粉發(fā)光峰最佳位置出現(xiàn)在470nm處，而不是455nm處。當(dāng)藍(lán)粉峰值波長(zhǎng)從455nm紅移至470nm時(shí)，熒光燈的

8、光效降低不多，約為5%，而顯色指數(shù)提高較多，從80左右增加到約90。綜合考慮熒光燈的光效和顯色指數(shù)，使藍(lán)粉發(fā)光峰的峰值波長(zhǎng)處在455nm到470nm之間都應(yīng)該是合適的。2藍(lán)粉發(fā)光峰面積不變帶寬變化對(duì)三基色熒光燈性能的影響發(fā)光峰面積不變也近似表示藍(lán)粉的量子效率一定。發(fā)光峰帶寬變化相應(yīng)地發(fā)光峰的強(qiáng)度也要變化，即帶寬增加峰強(qiáng)減弱。我們選擇一些半峰寬不同的發(fā)射峰圖2藍(lán)粉的帶寬變化對(duì)三基色熒光燈亮度和顯色指數(shù)的影響。o30nm40nm☆50nm6