白光LED用硼酸盐基荧光粉的制备及发光性能研究

发布时间：2020-05-20 03:04

【摘要】：白光发光二极管(WLED)是一种固态的照明和显示光源,具有高效率、低耗能、长寿命、环境友好、体积小、节能环保等优点,因此应用前景巨大。与蓝光LED和三色基LED相比,紫外光激发的LED颜色可以控制,均匀度更加好。发光材料的性能对紫外LED起着关键的作用,寻找合适的紫外光LED用荧光粉也就尤为必要。硼酸盐因其合成温度较低、显色性好、光衰减率小、发光效率高、合成过程相对简单、化学性质稳定等优点,而成为荧光材料研究的热点,研究并开发具有应用前景的各类硼酸盐基白光LED用荧光粉也就显得尤为重要。本文通过高温固相法合成Sr_5MgLa_2(BO_3)_6和硼酸铝基白光LED用荧光粉,探讨荧光材料的晶格结构和发光性能,并对样品的结构和组成进行优化来调控发光性能,探讨其应用的可行性。论文第一章简述白光LED的研究现状、光致发光材料及发光机理、硼酸盐的结构特点和论文的研究内容;第二章介绍实验的方法和样品的表征手段;第六章为全文总结;第三章至第五章为论文的重点,分别探讨了三个体系的发光性能,其研究内容为:第三章用高温固相法合成单掺Sr_5MgLa_2(BO_3)_6:RE(RE=Eu~(3+),Dy~(3+),Tb~(3+),Sm~(3+),Bi~(3+),Ce~(3+),Pr~(3+),Tm~(3+))荧光粉,用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)来表征所合成样品的形貌和结构,再利用激发和发射光谱分析其发光性能,根据发射光谱做出CIE图表征其所发光的颜色。结果显示:合成的样品均为纯相,每种激活离子都进入到了基质中并产生相应的特征发光,其中Dy~(3+)为白光发射,Eu~(3+)、Sm~(3+)、Pr~(3+)为红光发射,Bi~(3+)、Ce~(3+)、Tm~(3+)为紫光发射,Tb~(3+)为绿光发射。第四章用高温固相法合成各种激活离子共掺Sr_5MgLa_2(BO_3)_6荧光粉,包括Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xBi~(3+),yM(M=Eu~(3+),Y~(3+))(0≤x,y≤1)、Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xEu~(3+),yDy~(3+)、Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xTb~(3+),ySm~(3+)、Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xBi~(3+),ySm~(3+)、Sr_5Mg_(1-x)La_(2-y)(BO_3)_6:xMn~(2+),yCe~(3+)等体系,其中,Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xBi~(3+),yM(M=Eu~(3+),Y~(3+))(0≤x,y≤1)样品在340 nm光激发下,单掺Bi~(3+)的最强发射峰在431 nm处,发蓝光,掺杂浓度为x=0.1时样品发光强度最大;Bi~(3+)和Y~(3+)共掺时,Bi~(3+)的发光强度显著提高,且激发峰发生红移;Bi~(3+)和Eu~(3+)共掺时,在340 nm和396 nm光激发下,均产生434 nm和614 nm的发射峰,分别归属于Bi~(3+)的~3P_1→~1S_0跃迁和Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2跃迁。通过调控Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xEu~(3+),yDy~(3+)样品中Dy~(3+)和Eu~(3+)掺杂浓度的比率,可以有效调节样品的色度坐标,加入Eu~(3+)能提高荧光粉中的红色成分。在Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xTb~(3+),ySm~(3+)体系中,Tb~(3+)的加入对Sm~(3+)的发光有敏化作用,并能够实现从绿光到红光之间的颜色调控。在Sr_5MgLa_(2-x-y)(BO_3)_6:xBi~(3+),ySm~(3+)体系中,Bi~(3+)对Sm~(3+)的发光有敏化作用,使发光颜色可以调控。对于Sr_5Mg_(1-x)La_(2-y)(BO_3)_6:xMn~(2+),yCe~(3+)荧光体系,固定Ce~(3+)的浓度,改变Mn~(2+)的浓度,434 nm处的发射峰随着Mn~(2+)浓度的增加而降低,说明从Ce~(3+)到Mn~(2+)之间发生了能量传递。第五章利用高温固相法合成稀土离子掺杂硼酸铝基质荧光粉Al_(4-x)M_xB_2O_9和Al_(18-x)8-x M_xB_4O_(33)(M=Eu、Tb、Dy)。稀土离子少量掺杂对基质Al_(18)B_4O_(33)或Al_4B_2O_9的结构影响不大,但不同合成温度则得到不同结构的发光材料。在900℃得到Al_4B_2O_9物相,1200℃~1300℃范围得到Al_(18)B_4O_(33)物相,1000℃~1100℃范围得到两者的混合相。在两种硼酸铝基质中,激活离子均表现出相应的特征发射,且样品Al_(18-x)M_xB_4O_(33)的发光强度明显小于Al_(4-x)M_xB_2O_9(M=Eu、Tb、Dy)。
【图文】：

示意图,发光过程,示意图,发光材料

日常生活中的发光材料大多为固体材料，，且绝大部分为无机化合物，能够收外界不同形式的能量，并以光辐射的形式发射出来。这种吸收外界能量的过被称为激发。按照激发形式的不同，发光材料大致可分为：①电致发光材料；②光致光材料；③化学或生物发光材料；④热释发光材料；⑤放射线发光材料；⑥阴射线发光；⑦声致发光；⑧力致发光。无机化合物发光材料一般是以无机离子作为发光中心，根据发光中心的型可以分为：①稀土离子发光材料；②过渡金属发光材料，比如 Mn2+，Mn4+发光材料按用途分类为：①低压汞灯用发光材料；②LED 用荧光材料；PDP（等离子显示板）用荧光材料。1.2.2 光致发光机理

色度坐标

图 1-2 CIE 色度坐标图研究内容及意义遍的白光发射 LEDs 灯是结合蓝光发射 InGaN 芯如 Y3Al5O12: Ce3+荧光粉[24]。这种光源能提供高范围内的强烈光谱发射，从另一方面来讲，由温高而且显色指数（CRI）低，所以不能应用到另外一种可供选择的能够产生高显色指数暖白光、绿、红三色荧光粉，这种方式制作的的 LED显色指数。然而这种方法的缺点是红光和绿光发损耗，所以很多团队试图发展单相白光发射荧
【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】