近紫外激發(fā)白光LED用新型堿土金屬磷硅酸鹽熒光粉的研究.pdf

1、白光LED是一種體積小、壽命長、節(jié)省能源、環(huán)境友好的新型光源，被視作熒光燈后的下一代照明光源，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。目前，獲得白光LED主要通過熒光粉轉(zhuǎn)換或多芯片組合的方法，其中熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED(pc-WLEDs)在操作便易性、成本和安全等方面更具優(yōu)勢(shì)。根據(jù)芯片發(fā)光波長的不同，有兩種方式實(shí)現(xiàn)pc-WLED，其一是藍(lán)光芯片與一種或幾種熒光粉組合得到白光，這也是目前市場(chǎng)pc-WLED產(chǎn)品的主要方式。但由于白光是由熒光粉發(fā)光與部分透出

2、芯片發(fā)射的藍(lán)光混合而成，芯片或封裝膠的老化都會(huì)造成透出藍(lán)光的變化，從而引起pc-WLED的光色變化;另一種pc-WLEDs是近紫外芯片涂敷三基色熒光粉或單相全光譜熒光粉，由于這種方案中wLED發(fā)出的可見光都是熒光粉發(fā)射的，在顏色均勻度、演色性和光穩(wěn)定性方面更具競爭力，吸引了研究者越來越多的關(guān)注。本論文研究了近紫外激發(fā)的白光LED用新型M5-x-y(PO4)2(SiO4)∶EuxMny(M=Ba,Sr,Ca)熒光粉。
　　論文采用高

3、溫固相法合成了堿土金屬磷硅酸鹽熒光粉M5-x(PO4)2(SiO4)∶Eux(M=Ba，Sr，Ca)。利用X-射線衍射（XRD）、熱譜(TG-DTG-DSC)、熒光光譜(PL&PLE)、紫外可見漫反射(UV-Vis DRS)、掃描電子顯微鏡(SEM)等手段研究了堿土金屬磷硅酸鹽熒光粉合成中原料來源、反應(yīng)條件等對(duì)熒光粉結(jié)構(gòu)、形貌、物理性能及激發(fā)和發(fā)射光譜的影響;探討了固相反應(yīng)歷程;考察了堿土離子的種類對(duì)M5-x(PO4)2(SiO4)∶E

4、ux(M=Ba，Sr，Ca)對(duì)熒光粉結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。在此基礎(chǔ)上，研究了堿土磷硅酸鹽Eu2+，Mn2+共激活形成單一基質(zhì)白光發(fā)射熒光粉的發(fā)光性能及Eu2+-Mn2+能量傳遞機(jī)理，取得的主要結(jié)果如下:
　　1，采用高溫固相法制備了Ba5(PO4)2(SiO4)∶Eu2+系列熒光粉，系統(tǒng)地研究了助熔劑種類、助熔劑加入量、原料、焙燒溫度等因素與熒光粉性能的關(guān)系。結(jié)果表明，以BaCO3，SiO2， Eu2O3，(NH4)2HPO4（過

5、量3％）為原料，3％的NH4HF2為助熔劑，1400℃焙燒5h，制得的熒光粉性能最好。該熒光粉可被紫外光及藍(lán)光激發(fā)(300-450nm)，紫外光激發(fā)下發(fā)射峰值波長在510nm左右。隨著Eu2+摻雜濃度的提高，發(fā)射光譜強(qiáng)度也增加，當(dāng)Eu2+濃度大于0.04時(shí)，繼續(xù)增加Eu2+摻雜濃度，由于濃度猝滅發(fā)射光譜強(qiáng)度會(huì)降低。
　　研究了其它二價(jià)離子(Sr2+， Ca2+，Zn2+)部分取代Ba2+對(duì)Ba4.94(PO4)2(SiO4)∶Eu

6、0.06熒光粉結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。當(dāng)用Sr2+離子取代Ba2+時(shí)，熒光粉的晶格會(huì)發(fā)生收縮，當(dāng)Sr2+取代濃度大于3時(shí)，樣品晶相由Ba10F2(PO4)6轉(zhuǎn)變?yōu)镾r5(PO4)2(SiO4)。發(fā)射光譜方面，發(fā)射峰波長隨著Sr2+濃度增加而發(fā)生紅移，當(dāng)Sr2+取代量為4時(shí)，發(fā)射峰值波長移動(dòng)到550nm，同時(shí)發(fā)光強(qiáng)度減弱;當(dāng)用Ca2+或Zn2+取代Ba2+時(shí)，由于Ca2+和Zn2+離子半徑與Ba2+相差較大，當(dāng)取代量大于0.5時(shí)，發(fā)光急劇減

7、弱，同時(shí)晶格畸變較大和大量雜相生成，所以在保證晶格對(duì)稱性不變的情況下，Ca2+或Zn2+取代濃度應(yīng)在0.25～0.5之間。
　　2.研究了Eu2+摻雜濃度對(duì)熒光粉Sr5(PO4)2(SiO4)∶Eu結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能影響，隨著Eu2+摻雜濃度的提高，發(fā)射峰位置發(fā)生明顯的紅移，發(fā)光強(qiáng)度在Eu2+濃度為0.08時(shí)最大，然后隨Eu2+濃度繼續(xù)提高而減弱;該熒光粉也可被紫外紫光激發(fā)，發(fā)射峰值在550nm左右。研究了鍶源[SrO，SrCO3，S

8、r(NO3)2]和磷源[SrHPO4，(NH4)2HPO4]對(duì)Sr4.94(PO4)2(SiO4)∶Eu0.06結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。由于St(NO3)2易分解，同時(shí)新生成的SrO活性高，以它為原料制得的熒光粉相純度高，顆粒表面光滑，因而發(fā)光性能最好;直接加入SrO試劑，反應(yīng)活性最低，相同條件下合成的熒光粉中雜相Sr2SiO4較多，發(fā)光性能也較差;磷源的研究結(jié)果表明，因?yàn)?NH4)2HPO4易吸潮分解，同時(shí)高溫時(shí)易揮發(fā)流失，以化學(xué)計(jì)量的

9、試劑加入時(shí)，很難制得純相的Sr4.94(PO4)2(SiO4)∶Eu0.06熒光粉，適當(dāng)過量會(huì)改善樣品純度，發(fā)光性能也得到改善;SrHPO4比較穩(wěn)定，同時(shí)固相反應(yīng)歷程與(NH4)2HPO4不同，反應(yīng)速度較快，以化學(xué)計(jì)量加入時(shí)即可制得純相的熒光粉，且發(fā)光性能最好。
　　3.研究了Eu2+濃度變化對(duì)Ca5(PO4)2(SiO4)∶Eu熒光粉結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。發(fā)射光譜方面，Ca5-x(PO4)2(SiO4)∶Eux熒光粉也可被紫外紫

10、光激發(fā)，發(fā)射的峰值波長在500nm左右，隨著Eu2+摻雜濃度的增加，發(fā)射的波長會(huì)紅移，但是比Sr5(PO4)2(SiO4)∶Eu2+和Ba5(PO4)2(SiO4)∶Eu2+發(fā)射波長要短。發(fā)光強(qiáng)度方面，Eu2+摻雜濃度為0.06時(shí)，發(fā)射光譜強(qiáng)度最大。
　　4.研究了Ca2+取代Ba2+量對(duì)Ba4.9-xCax(PO4)2(SiO4)∶Eu0.04，Mn0.06熒光粉結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響，Ca2+取代量為0.5時(shí)，效果較好，這時(shí)能夠