稀土掺杂钼酸盐、磷酸盐LED荧光粉的制备与发光性能研究

发布时间：2017-06-19 20:11

  本文关键词：稀土掺杂钼酸盐、磷酸盐LED荧光粉的制备与发光性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：白光LED(WLED)是21世纪引人瞩目的绿色光源,具有广阔的市场与潜在照明应用前景。对于商用WLED的制备,其离不开荧光粉贡献,荧光材料的发展成为半导体照明技术发展的关键所在。到目前为止,虽然研制出来的荧光粉不少于1000种,但商用的荧光粉具有自身所难以克服的缺点,如热稳定性、化学稳定性、抗腐蚀性、合成条件苛刻(高温高压),缺少红色光谱成分导致显色性差,色温高等。本文主要集中于研制一种稳定性优越,易于合成,在近紫外有强吸收和蓝光芯片匹配,发光效率高的新型LED用红色荧光粉,并进一步研制LED用新型单一基质的暖白光荧光粉。采用高温固相法制备了钼酸盐、磷酸盐两类不同基质的荧光粉,并研究了荧光粉的X射线粉末衍射(XRD)图谱、漫反射光谱(DRS)以及发光特性。它们优良的综合性能为LED用荧光粉提供了新的选择。主要工作如下：1、本文采用纳米级的原料和长时间粉磨的方法用传统高温固相法在610。C下制备了新型LiLa1-x-y(MoO4)2:xSm3+,yEu3+(LL1-x-yM:xSm3+,yEu3+)钼酸盐红光荧光粉,相比以往的荧光粉合成技术具有工艺简单、合成温度低、对设备要求低等优势。研究发现LL1-x(MoO4)2:xSm3+(LL1-xM:xSm3+)中S m3+最佳掺杂浓度为0.05 mol(χ=0.05),浓度淬灭方式为电偶极-电偶极相互作用。进一步的研究表明在荧光粉中存在S m3+到Eu3+的高效的能量传递,Eu3+可以拓宽和增强LL0.95-yM:0.05Sm3+,yEu3+荧光粉在紫外与可见区域的吸收并对发光颜色有调控作用。在403 nm近紫外光激发下,LL0.95-y,M:0.05Sm3+,yEu3+的色坐标从y=0时的(0.553,0.445)变到y=0.12时的(0.629,0.370),有规律的接近标准红色坐标(0.670,0.330)。LL0.83M:0.05 Sm3+,0.12Eu3+的发光颜色很纯、发射强度很高,色坐标(0.629,0.370)非常接近商用红光荧光粉Y2O2S：Eu3+的色坐标(0.631,0.350)。该荧光粉克服了商用红光荧光粉不能有效被近紫外光子激发的难题,在400 nm左右的近紫外区域有强吸收,与商用的紫外LED芯片发射光谱非常匹配。本文研究表明LL1-x-y,M:xSm3+,yEu3+是WLED很有应用前景的红光荧光粉。2、磷酸盐有物理化学性质稳定、成本低廉等优点。用传统高温固相法制备了新型Ba3Y1-x-y(PO4)3:xSm3+,yEu3+(BY1-x-yP:xSm3+,yEu3+)磷酸盐红光荧光粉。对光谱和荧光寿命的研究发现了S m3+到Eu3+高效的能量传递现象,S m3+既可以作为敏化剂又可以做发光中心,在这种基质先前的研究中未见报道。研究还发现此荧光粉在近紫外区域有很好的吸收,发光效率较高。Sm3+-Eu3+共掺使红光发射的激发谱变宽,解决了商用红光荧光粉(Y2O3:Eu3+,Y2O2S:Eu3+)不能很好的跟LED芯片匹配和发光效率低的问题。Ba3Y1-x(PO4)3:xSm3+(BY1-xP:xSm3+)中Sm3+浓度高于0.04 mol就会发生发光猝灭,猝灭机理是电偶极-电偶极相互作用。在402 nm激发光激发下BY0.96P：0.04Sm3+和BY0.82P:0.04Sm3+,014Eu3+红光发射的色度坐标分别为(0.585,0.414)和(0.617,0.372)。Eu3+的引入可有效改善发光品质、提高色纯度。通过对其发光颜色的调控作用,可以满足不同场合的使用要求。Sm3+-Eu3+共掺BYP可作为一种红光荧光粉在WLED或LCD背光源上有潜在应用。3、用传统高温固相法在空气氛围下制备了新型Sr3Y1-x-y(PO4)3:xDy3+, yEu3+(SY1-x-yP:xDy3+,yEu3+)荧光粉,并且对其结构和光学性能进行了研究。这种单一基质暖白光发射荧光粉制备简单、对设备要求低,不需要在还原气氛下合成。根据光谱和荧光寿命,对Dy3+到Eu3+能量传递进行了探讨,也对相关机理进行了研究。研究表明可以通过调节Eu3+的掺杂浓度来控制发光色温和色坐标。在Dy3+-Eu3+共掺的SYP荧光粉中获得了高色纯度、稳定、高亮度的暖白光发射。在393 nm激发下,SY0.92P:0.06Dy3+,0.02Eu3+发光的色温为5484 K,比商用荧光粉YAG:0.06Ce3+色温低。色坐标(0.3325,0.3110),非常接近白光标准点(0.333,0.333)。以前有关单一基质白光荧光粉的报道中得到的白光色温偏冷,也没有这么接近标准白光点。SY1-x-yP:xDy3+,yEu3+发光热猝灭的性能和商用黄光荧光粉YAG:0.06Ce3+相近,发光稳定性强。解决了荧光粉发光热猝灭性能差的问题。结果表明,SY1-x-yP:xDy3+,yEu3+在暖白光LED荧光粉有潜在的商业应用前景。
【关键词】：荧光粉 白光LED 发光性能 能量传递
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8;TN104.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-31
• 1.1 引言15-16
• 1.2 照明发展史16-18
• 1.3 LED简介18-22
• 1.3.1 LED结构与发光原理18
• 1.3.2 LED白光获得方式18-21
• 1.3.3 LED特点21
• 1.3.4 LED应用与关键性技术难题21-22
• 1.4 LED荧光粉的组成与发光过程22-23
• 1.5 LED荧光粉的制备方法23-24
• 1.6 LED用荧光粉的研究现状及发展趋势24-28
• 1.6.1 蓝光荧光粉25
• 1.6.2 绿光荧光粉25-26
• 1.6.3 黄光荧光粉26-27
• 1.6.4 红色荧光粉27-28
• 1.6.5 单一基质的白光荧光粉28
• 1.7 本文的研究目的、内容及创新点28-31
• 第二章 Sm~(3+)-Eu~(3+)共掺LiLa(MoO_4)_2新型红光荧光粉的制备和光学性能研究31-44
• 2.1 引言31-32
• 2.2 实验部分32-34
• 2.2.1 主要实验原料与实验设备32-33
• 2.2.2 荧光粉的制备33-34
• 2.2.3 性能测试34
• 2.3 结果与讨论34-42
• 2.3.1 物相与结构分析34-36
• 2.3.2 LL_(1-x)M：xSm~(3+)发光性能36-38
• 2.3.3 LL_(1-x-y)M：xSm~(3+),yEu~(3+)的发光性能和能量传递38-41
• 2.3.4 LL_(0.95-y)M：0.05Sm~(3+),yEu~(3+)荧光粉色坐标调节41-42
• 2.4 结论42-44
• 第三章 新型Ba_3Y(PO_4)_3：Sm~(3+),Eu~(3+)红光荧光粉的发光和能量传递的研究44-59
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-47
• 3.2.1 主要实验原料与实验设备45-46
• 3.2.2 荧光粉的制备46
• 3.2.3 性能测试46-47
• 3.3 结果与讨论47-58
• 3.3.1 物相与结构分析47-49
• 3.3.2 BY_(0.96)P：0.04Sm~(3+)和BY_(0.86)P：0.14Eu~(3+)的发光性能49-53
• 3.3.3 BY_(1-x-y)P：xSm~(3+),yEu~(3+)的发光性能和能量传递53-57
• 3.3.4 BY_(0.96-x)P：0.04Sm~(3+),xEu~(3+)荧光粉色坐标调节57-58
• 3.4 结论58-59
• 第四章 新型近紫外激发单一基质暖白光荧光粉Sr_3Y(PO_4)_3：Dy~(3+),Eu~(3+)的研究59-76
• 4.1 引言59-60
• 4.2 实验部分60-62
• 4.2.1 主要实验原料与实验设备60-61
• 4.2.2 荧光粉的制备61
• 4.2.3 性能测试61-62
• 4.3 结果与讨论62-74
• 4.3.1 物相与结构分析62-65
• 4.3.2 SY_(1-x)P：xDy~(3+)的发光性能65-67
• 4.3.3 SY_(1-y)P：yEu~(3+)的发光性能67-68
• 4.3.4 SY_(1-x-y)P：xDy~(3+),yEu~(3+)的发光性能68-72
• 4.3.5 荧光粉样品的色坐标72-73
• 4.3.6 变温发光性能73-74
• 4.4 结论74-76
• 全文总结与展望76-78
• 参考文献78-86
• 攻读学位期间发表论文86-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：463611