基于稀土掺杂离子格位工程调控荧光粉发光性能研究
发布时间：2021-09-08 11:30
随着蓝光和近紫外光发光二极管（LED）的效率提升及应用推广,“LED芯片+稀土荧光粉”技术推动了稀土发光材料的快速发展。在LED照明领域,大功率照明和全光谱照明俨然成为业界关注的焦点,因此高热稳定性荧光粉和红色荧光粉的研发是荧光材料发展的总体趋势。在特种LED光源应用领域,可被蓝光激发的宽带近红外光发光材料的缺乏,成为红外探测器应用发展的“瓶颈”。基于此,本论文围绕面向LED应用的稀土荧光粉展开研究,选取ABPO4、β-Ca3（PO4）2、A3BSi2O7型材料作为研究对象,提出了从稀土掺杂离子格位工程的角度出发,研究稀土掺杂离子在荧光粉中的格位占据与发光性能之间的构效关系,主要研究内容可分为以下几个方面。（1）以β-K2SO4为结构原型,利用阳离子、阴离子共取代策略,设计合成了一种高热稳定性荧光粉K2Ba（CaPO4）2:Eu2+。通过对Eu2+离子在K2Ba（CaPO4）2中的格位占据分析,发现不等价取代形成的缺陷能级参与了Eu2+在高温发光的光子热离化过程,使得该材料在200℃下仍保持无发光猝灭的优异热稳定性,为大功率照明用稀土荧光粉的开发提供了材料设计基础。（2）以β-Ca3（...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－丨稀土发光材料的应用??－Ｉ?－??
为真空中的光速；／ｚ为普朗克常数。足单位换算为ｅＶ，发射波长Ｌ??（ｎｍ）为：??ｋｅ＝＼２Ａ０／Ｅｇ?（１－２）??表１－２给出了目前商用ＬＥＤ所使用的半导体发光材料及其所对应的发光颜??色。可以看出，Ｉｎ的含量越高，能带间隙越宽，发射光的能量越高。近年来，??通过采用双异质结技术，实现了对载流子的控制，提升了?ＬＥＤ的性能。??七－｜０?－、０?—ｆ〇?－，?？士?？．?＋Ｊ?｝??痛ｏ?為ｏ?’?，＋??Ｐ区?ＰＮ结?Ｎ区?????１｜｜｜?＜／???图１－３?ＬＥＤ芯片发光结构不意图??表１－２现已实现商业化的高效ＬＥＤ的材料和结构组成??发光颜色?半导体材料?双异质结结构??红（Ｒｅｄ）?Ｇａｏ．５Ｉｎｏ．５Ｐ?ｎ－ＡｌＧａｌｎＰ／ＧａｌｎＰ／ｐ－ＡｌＧａｌｎＰ??绿（Ｇｒｅｅｎ）?Ｇａｏ．２５Ｔｎｏ．７５Ｎ?ｎ－ＧａＮ／ＧａｌｎＮ／ｐ－ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮ??蓝（Ｂｌｕｅ）?Ｇａ〇．２ｌｎ〇?８ＰＮ?ｎ－ＧａＮ／ＧａｌｎＮ／ｐ－ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮ??１．３．２白光ＬＥＤ的实现方式??目前，白光ＬＥＤ的实现方式主要分为三类［１］，如图１－４所示。（１）采用??红、绿、蓝三基色芯片组合直接获得白光。这种方法得到的白光ＬＥＤ具有高??的发光效率和显色指数，但是由于不同芯片的光衰不同，随着工作时间的延??长及温度的升高会引起色温飘移；另外，三种芯片需要复杂的封装和控制电??路，导致了昂贵的生产成本。（２）近紫外芯片涂覆红、绿、蓝三基色荧光粉组??合得到白光。这种方法的优点是可以通过调节三基色荧光粉的比例调控白光??ＬＥＤ器件的各项光学参数，从而获得高显色指数、低色温的白光
艺、高的发光效率，使该方案成为目前??商用白光ＬＥＤ的主流合成方案。然而，这种方法中使用的黄光荧光粉??ＹＡＧ：Ｃｅ３＋的发光光谱中红光成分的缺失，导致白光ＬＥＤ具有低的显色指数??和闻的色温。??，屬Ｓ＇］??、。〇〇〇。〇、?／〇－〇〇°〇〇＼??Ｐｈｏｓｐｈｏｒ?ｍｉｘｔｕｒｅ?Ｙｅｌｌｏｗ?ｐｈｏｓｐｈｏｒ??＿＿＿｜｜＿＿Ｉ?擎?、！丨??ＲＧＢ?ｃｈｉｐｓ?ＵＶ＞ｃｈｉｐｓ?＋?ＲＧＢ?ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ?Ｂｌｕｅ?ｃｈｉｐｓ?＋ｙｅｌｌｏｗ?ｐｈｏｓｐｈｏｒ??图１－４白光ＬＥＤ实现的三种方式ｍ??１．３．３商用荧光粉材料简介??从白光ＬＥＤ的实现方式就可以看出，荧光粉在白光ＬＥＤ光效、显色指??数、颜色调控等方面起着不可替代的作用。要作为白光ＬＥＤ用荧光粉，需满??足以下几个方面的性能要求：（１）能够被近紫外或蓝光芯片有效激发，且发射??出宽带的可见光；（２）荧光粉具有高的量子效率；（３）荧光粉具有优异的热稳??定性；（４）荧光粉具有很好的物理化学稳定性，抗潮，不与封装材料及半导体??芯片等发生反应。目前，商用的白光ＬＥＤ荧光粉主要包括氧化物（硅酸盐，??铝酸盐，磷酸盐等）、硫化物／硫氧化物、氮化物／氮氧化物和氟化物／氟氧化物??等。图１－５和表１－３列出了目前己经商用的几类白光ＬＥＤ用荧光粉。??ＬａｊＳ＾ＮｕｒＣｅ?ＧｃＩＹＡＧ?Ｋ２（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ）Ｆ６：Ｍｎ４＋??ＢａＳ＾Ｏ＾Ｅｕ??Ｂ＾ＣｉｌｏＳＳｕ?［Ｉ?＾ａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｌ＞ｉ??Ｊ?（Ｂａ，Ｓｒ＞Ｍｇ）２Ｓｉ０４：Ｅｕ？?１?＿?暴气：??４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００??图１－５几种典型的白光
【参考文献】：
期刊论文
[1]近紫外芯片激发的白光LED用黄色荧光粉Sr9Mg Li（PO4）7:Eu2+（英文）[J]. 乔建伟,夏志国,张志超,胡彬涛,刘泉林. Science China Materials. 2018(07)
[2]Preparation and luminescence characteristics of Sr3SiO5:Eu2+ phosphor for white LED[J]. LI PanLai, YANG ZhiPing, WANG ZhiJun, GUO QingLin & LI XuCollege of Physics Science and Technology, Hebei University, Baoding 071002, China. Chinese Science Bulletin. 2008(07)
本文编号：3390711
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－丨稀土发光材料的应用??－Ｉ?－??
为真空中的光速；／ｚ为普朗克常数。足单位换算为ｅＶ，发射波长Ｌ??（ｎｍ）为：??ｋｅ＝＼２Ａ０／Ｅｇ?（１－２）??表１－２给出了目前商用ＬＥＤ所使用的半导体发光材料及其所对应的发光颜??色。可以看出，Ｉｎ的含量越高，能带间隙越宽，发射光的能量越高。近年来，??通过采用双异质结技术，实现了对载流子的控制，提升了?ＬＥＤ的性能。??七－｜０?－、０?—ｆ〇?－，?？士?？．?＋Ｊ?｝??痛ｏ?為ｏ?’?，＋??Ｐ区?ＰＮ结?Ｎ区?????１｜｜｜?＜／???图１－３?ＬＥＤ芯片发光结构不意图??表１－２现已实现商业化的高效ＬＥＤ的材料和结构组成??发光颜色?半导体材料?双异质结结构??红（Ｒｅｄ）?Ｇａｏ．５Ｉｎｏ．５Ｐ?ｎ－ＡｌＧａｌｎＰ／ＧａｌｎＰ／ｐ－ＡｌＧａｌｎＰ??绿（Ｇｒｅｅｎ）?Ｇａｏ．２５Ｔｎｏ．７５Ｎ?ｎ－ＧａＮ／ＧａｌｎＮ／ｐ－ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮ??蓝（Ｂｌｕｅ）?Ｇａ〇．２ｌｎ〇?８ＰＮ?ｎ－ＧａＮ／ＧａｌｎＮ／ｐ－ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮ??１．３．２白光ＬＥＤ的实现方式??目前，白光ＬＥＤ的实现方式主要分为三类［１］，如图１－４所示。（１）采用??红、绿、蓝三基色芯片组合直接获得白光。这种方法得到的白光ＬＥＤ具有高??的发光效率和显色指数，但是由于不同芯片的光衰不同，随着工作时间的延??长及温度的升高会引起色温飘移；另外，三种芯片需要复杂的封装和控制电??路，导致了昂贵的生产成本。（２）近紫外芯片涂覆红、绿、蓝三基色荧光粉组??合得到白光。这种方法的优点是可以通过调节三基色荧光粉的比例调控白光??ＬＥＤ器件的各项光学参数，从而获得高显色指数、低色温的白光
艺、高的发光效率，使该方案成为目前??商用白光ＬＥＤ的主流合成方案。然而，这种方法中使用的黄光荧光粉??ＹＡＧ：Ｃｅ３＋的发光光谱中红光成分的缺失，导致白光ＬＥＤ具有低的显色指数??和闻的色温。??，屬Ｓ＇］??、。〇〇〇。〇、?／〇－〇〇°〇〇＼??Ｐｈｏｓｐｈｏｒ?ｍｉｘｔｕｒｅ?Ｙｅｌｌｏｗ?ｐｈｏｓｐｈｏｒ??＿＿＿｜｜＿＿Ｉ?擎?、！丨??ＲＧＢ?ｃｈｉｐｓ?ＵＶ＞ｃｈｉｐｓ?＋?ＲＧＢ?ｐｈｏｓｐｈｏｒｓ?Ｂｌｕｅ?ｃｈｉｐｓ?＋ｙｅｌｌｏｗ?ｐｈｏｓｐｈｏｒ??图１－４白光ＬＥＤ实现的三种方式ｍ??１．３．３商用荧光粉材料简介??从白光ＬＥＤ的实现方式就可以看出，荧光粉在白光ＬＥＤ光效、显色指??数、颜色调控等方面起着不可替代的作用。要作为白光ＬＥＤ用荧光粉，需满??足以下几个方面的性能要求：（１）能够被近紫外或蓝光芯片有效激发，且发射??出宽带的可见光；（２）荧光粉具有高的量子效率；（３）荧光粉具有优异的热稳??定性；（４）荧光粉具有很好的物理化学稳定性，抗潮，不与封装材料及半导体??芯片等发生反应。目前，商用的白光ＬＥＤ荧光粉主要包括氧化物（硅酸盐，??铝酸盐，磷酸盐等）、硫化物／硫氧化物、氮化物／氮氧化物和氟化物／氟氧化物??等。图１－５和表１－３列出了目前己经商用的几类白光ＬＥＤ用荧光粉。??ＬａｊＳ＾ＮｕｒＣｅ?ＧｃＩＹＡＧ?Ｋ２（Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ）Ｆ６：Ｍｎ４＋??ＢａＳ＾Ｏ＾Ｅｕ??Ｂ＾ＣｉｌｏＳＳｕ?［Ｉ?＾ａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｌ＞ｉ??Ｊ?（Ｂａ，Ｓｒ＞Ｍｇ）２Ｓｉ０４：Ｅｕ？?１?＿?暴气：??４００?４５０?５００?５５０?６００?６５０?７００??图１－５几种典型的白光
【参考文献】：
期刊论文
[1]近紫外芯片激发的白光LED用黄色荧光粉Sr9Mg Li（PO4）7:Eu2+（英文）[J]. 乔建伟,夏志国,张志超,胡彬涛,刘泉林. Science China Materials. 2018(07)
[2]Preparation and luminescence characteristics of Sr3SiO5:Eu2+ phosphor for white LED[J]. LI PanLai, YANG ZhiPing, WANG ZhiJun, GUO QingLin & LI XuCollege of Physics Science and Technology, Hebei University, Baoding 071002, China. Chinese Science Bulletin. 2008(07)
本文编号：3390711
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