钒酸盐基白光LED用荧光材料的制备及发光性能研究

发布时间：2020-04-01 14:03

【摘要】：钒酸盐基质的物理化学性质稳定,大部分钒酸盐基质通常在紫外光激发下能够发射蓝绿光,且能将能量有效地传递给激活剂离子,这些优点使钒酸盐基质成为荧光材料研究领域的热点之一。本文通过高温固相法合成了系列以钒酸盐为基质的白光发光二极管(WLED)用荧光粉。主要的研究内容如下:(1)利用高温固相法合成Sr_3La(VO_4)_3:Eu~(3+)荧光粉,该荧光粉在紫外光激发下有着强烈的钒酸根蓝绿光发射以及较强的铕离子红光发射。通过掺杂阴离子(MoO_4~(2-)、WO_4~(2-)、PO_4~(3-))和阳离子(Y~(3+)、Gd~(3+)、Tb~(3+)),调控红光和蓝绿光的强度比例,合成单一基质白光荧光粉。XRD测试结果表明,少量的离子掺杂不改变基质的晶体结构。通过荧光测试可知,掺杂一定量的MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)能明显降低VO_4~(3-)的蓝光发射,但对Eu~(3+)的红光发射影响不大。适量的PO_4~(3-)掺杂能够减弱VO_4~(3-)的自发猝灭,有利于VO_4~(3-)向Eu~(3+)传递能量。考虑到掺杂MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)会带来电荷不平衡,在掺杂MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)离子的同时添加F~-离子来进行电荷补偿。实验表明,通过掺杂F~-离子补偿MoO_4~(2-)掺杂所造成的电荷不平衡,Eu~(3+)的红光发射随着MoO_4~(2-)掺杂浓度而增强,VO_4~(3-)的蓝光发射先增强后减弱;F~-离子补偿WO_4~(2-)掺杂所造成的电荷不平衡时,对增强Eu~(3+)的发光作用不大但可以明显降低VO_4~(3-)的发光。掺杂不同浓度的MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)能够使VO_4~(3-)的激发峰和发射峰出现不同程度的红移。掺杂Y~(3+)、Gd~(3+)以及少量的Tb~(3+)能够提高Eu~(3+)的发光性能,其中Y~(3+)和Gd~(3+)的效果非常显著。在紫外光激发下,利用MoO_4~(2-)、WO_4~(2-)、Y~(3+)、Gd~(3+)和Tb~(3+)掺杂改变VO_4~(3-)和Eu~(3+)发光强度的比例,可以得到单一基质的白光荧光粉。(2)采用高温固相法,在Ca_3La(VO_4)_3基质中单掺Tm~(3+)、Dy~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)和Eu~(3+)及共掺Tm~(3+)-Eu~(3+)、Tm~(3+)-Sm~(3+)、Tm~(3+)-Dy~(3+)、Dy~(3+)-Eu~(3+)和Dy~(3+)-Tb~(3+)等稀土离子,在Ca_3La(VO_4)_3:Eu~(3+)中利用掺杂Mg~(2+)和Sr~(2+)取代基质中部分Ca~(2+),合成系列荧光粉。在稀土离子单掺Ca_3La(VO_4)_3样品中,均表现出稀土激活离子的特征发射,其中Tm~(3+)的发光较弱,其它掺杂稀土离子具有较强发光。对于稀土离子双掺杂样品,共掺Tm~(3+)-Eu~(3+)、Tm~(3+)-Sm~(3+)、Tm~(3+)-Dy~(3+)、Dy~(3+)-Tb~(3+)等离子均能够得到单一基质近白光发射的荧光粉,而在Dy~(3+)-Eu~(3+)共掺体系中,改变Dy~(3+)的掺杂浓度能够得到红光和黄光发射的荧光粉。在Ca_3La(VO_4)_3:Eu~(3+)体系中,掺杂不同半径的Mg~(2+)和Sr~(2+)部分取代基质中Ca~(2+)能够提高Eu~(3+)的发光,其中Mg~(2+)掺杂量x=0.3时基质表现出很强的蓝绿光发射,在此掺杂浓度下可以得到单一基质白光发射的荧光粉。。(3)采用高温固相法合成Ca_(3x/2)La_(3-x)(VO_4)_3:0.01Eu~(3+)(x=0~3)系列荧光粉,在800℃~1100℃煅烧温度和3h~6h煅烧时间范围均可得到单斜晶系LaVO_4、六方晶系Ca_3La(VO_4)_3和六方晶系Ca_3(VO_4)_2体系。在1000℃和5h合成条件下,改变La~(3+)和Ca~(2+)的比例,可以得到体系由LaVO_4到Ca_3La(VO_4)_3再到Ca_3(VO_4)_2的变化。在LaVO_4转变为Ca_3La(VO_4)_3相的过程中,激发光谱中宽带激发峰位出现红移,Eu~(3+)发射以~5D_0→~7F_2电偶极跃迁为主,总体来看跃迁发射先增强后减弱,当x=1时Eu~(3+)有最强发射。在Ca_3La(VO_4)_3相转变为Ca_3(VO_4)_2相的过程中,所有样品的激发宽峰移动不明显,Eu~(3+)发射增幅显著。(4)采用高温固相法制备NaMg_(4-x)Ca_x(VO_4)_3:0.01Eu~(3+)(x=0~2)、NaMg_(2.1)Ca_(1.9-y)(VO_4)_3:y Eu~(3+)(y=0~0.19)、NaMg_(2.1)Ca_(1.9-y)(VO_4)_3:yEu~(3+),xX~-(X=Cl,F)和NaMg_(2.1)Ca_(1.9-x-y)(VO_4)_3:yEu~(3+),x M~+(M=Li,Na,K)系列荧光粉,在紫外光激发下,荧光粉能同时发射钒酸根的蓝绿光和铕离子的红光。在NaMg_(4-x)Ca_x(VO_4)_3:0.01Eu(x=0~2)系列中,基质和Eu~(3+)的发射先增强后减弱,且基质的发射峰位红移。在NaMg_(2.1)Ca_(1.9-y)(VO_4)_3:yEu~(3+)体系中,当Eu~(3+)掺杂量y=0.133时,能量传递效率η为42.21%,表明VO_4~(3-)与Eu~(3+)之间的能量传递是有效的,传递机制属于偶极-偶极相互作用。随着Eu~(3+)浓度增加,CIE坐标由蓝光区域移动到白光区域。添加F~-、Cl~-、Li~+、Na~+和K~+做电荷补偿剂能够增强Eu~(3+)的发光,阳离子电荷补偿效果优于阴离子,电荷补偿效果为Li~+Na~+k~+F~-Cl~-,所有样品CIE坐标都可以移动到白光区域,说明可以得到单一基质发射的白光荧光粉。
【图文】：

黄色荧光粉,蓝光LED,三基色,芯片组

研究背景蓬勃发展，资源消耗巨大、环境相比之前都受到污染因各国面临的严峻问题。如何有效节约资源和保护环境已二极管的研究历史较为悠久[1-3]，美国通用电气公司于色发光 LED[4]，这对以后 LED 产业的发展起了推动作用方面取得重大技术突破，在 1991 年日本和美国的公日亚公司在 1993 年研制成功了 AlGalnN 蓝光 LED，此后，，通过与 Y3Al5O12:Ce3+黄色荧光粉组合实现了 LED的白序幕。制备方法

色度坐标,色品坐标,物理学,生物学

CIE色度坐标图
【学位授予单位】：广西师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ422;TN312.8

【参考文献】