白光LED用单基质单激活剂白色发光材料的合成及其性能研究
本文关键词：白光LED用单基质单激活剂白色发光材料的合成及其性能研究
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【摘要】：单一基质白光荧光粉将会成为一个新型的研究热点,它可以克服蓝光芯片加YAG:Ce~(3+)荧光粉红光成分不足而显色指偏低的问题,也可以解决紫外芯片加红绿蓝三色荧光粉比例难调控的问题。本文围绕单基质单激活剂实现白色发光的主题,开发出了两种新型的、紫外激发的Eu~(2+)离子掺杂的白光荧光粉,并对这两种荧光粉做LED封装应用。本文的的主要研究结果如下:1、采用高温固相法成功的合成了新型的氟磷酸盐基质Ba_3GdNa(PO_4)_3F:Eu~(2+)系列白光荧光粉。研究结果表明,样品的晶体结构为六方晶相,属于P6空间群。Ba_3GdNa(PO_4)_3F:Eu~(2+)样品的激发光谱覆盖260~420nm,可与紫外芯片相匹配;在365nm紫外光激发下,样品的发射光谱覆盖整个可见光区域,包括两个发射带,峰值波长分别为472nm和640nm。通过寿命测试,可以确定样品中Eu~(2+)离子有三个不同的发光中心。Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)样品的色坐标为(0.3283,0.3011)。系统的研究了焙烧温度和保温时间对样品发光性能的影响。研究了离子替代对样品的晶体结构及发光性能的影响,结果表明:Ca~(2+)离子取代基质中Ba~(2+)离子时,样品的晶胞体积变小,但是其色坐标依旧在白光区域,适量的Ca~(2+)离子的引入可以增强发光强度;稀土元素Y~(3+)离子取代Gd~(3+)离子时,Y~(3+)离子可以完全占据基质晶格中Gd~(3+)离子格位而形成固溶体,使得其发射光谱发生红移;Si~(4+)离子并不能取代P5+离子格位,而是进入晶格缝隙,少量Si~(4+)离子的引入有利于提高样品的热稳定性;Cl~-离子取代F-离子会对荧光粉的晶体结构和发光性能产生非常大的影响,Cl~-离子的引入会使样品中Ba~(2+)离子格位由三个变成两个,发射光谱中红光峰消失,发出光的颜色由白色变成蓝绿色。2、采用高温固相法成功的合成了新型的氮氧化物基质Li_4SrCa(Si_2O_4N_(8/3)):Eu~(2+)系列颜色可调的荧光粉。研究结果表明,样品的晶体结构为正交晶形,空间群为Pbcm。在375nm紫外光激发下,样品的发射光谱覆盖整个可见光区域,包括两个发射带,峰值波长分别为430nm和578nm,对应两个不同的Eu~(2+)离子发光中心。两个发光中心之间存在有效的能量传递,改变Eu~(2+)离子的掺杂浓度,可以实现发光颜色可调,从蓝色变化到白色再到黄色。当掺杂浓度为0.03和0.04时,可以得到白光发射,色坐标分别为(0.3387,0.3153)和(0.3537,0.3385)。Li_4SrCa(Si_2O_4N_(8/3)):Eu~(2+)系列样品拥有良好的热稳定性以及颜色稳定性。3、将Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)荧光粉制作成发光薄膜,通过与370nm芯片匹配,制作成白光LED。当驱动电流为100m A时,其色坐标为(x=0.3317,y=0.3019),显色指数为Ra=73.9,色温CCT=6283K。将Li_4SrCa_(0.97)(Si_2O_4N_(8/3)):0.03Eu~(2+)荧光粉和375nm芯片封装成白光LED,当驱动电流为80mA时,其色坐标为(0.3568,0.3111),显色指数Ra=82.5,色温为3318K,可以获得暖白光发光。
【关键词】：荧光粉 白光LED Ba_3GdNa(PO_4)_3F Li_4SrCa(Si_2O_4N_(8/3))
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8
【目录】：
- 致谢5-6
- 摘要6-8
- Abstract8-17
- 1 绪论17-33
- 1.1 引言17-18
- 1.2 LED简介18-20
- 1.2.1 LED的发光原理及结构18-19
- 1.2.2 LED的发展史19-20
- 1.2.3 LED应用20
- 1.3 白光LED20-22
- 1.4 荧光粉22-23
- 1.4.1 荧光粉的组成22
- 1.4.2 发光原理22-23
- 1.5 LED用单基质白光荧光粉的发展现状23-31
- 1.5.1 单一激活剂体系23-26
- 1.5.2 多激活剂体系26-27
- 1.5.3 能量传递实现白光发射27-31
- 1.6 论文的研究目的、内容及创新点31-33
- 1.6.1 目的31-32
- 1.6.2 内容32
- 1.6.3 创新点32-33
- 2 实验研究方法及理论分析33-38
- 2.1 实验仪器及原料33-34
- 2.1.1 实验仪器33
- 2.1.2 实验原料33-34
- 2.2 样品制备方法34-36
- 2.3 样品表征36-38
- 2.3.1 形貌和能谱分析36
- 2.3.2 X-ray衍射36
- 2.3.3 激发光谱和发射光谱36
- 2.3.4 漫反射光谱36-37
- 2.3.5 荧光粉寿命37
- 2.3.6 CIE色坐标37-38
- 3 Ba_3GdNa(PO_4)_3F:Eu~(2+)荧光粉的合成及发光性能的研究38-66
- 3.1 引言38
- 3.2 实验过程38-39
- 3.3 物相分析及晶体结构39-42
- 3.4 Eu~(2+)掺杂Ba_3GdNa(PO_4)_3F荧光粉的光谱性能研究42-49
- 3.4.1 Eu~(2+)在Ba_3GdNa(PO_4)_3F基质中的取代位置42-43
- 3.4.2 Ba_(2.97)GdNa(PO_4)_3F:0.03Eu~(2+)的发光特性43-45
- 3.4.3 Ba_(3-x)GdNa(PO_4)_3F:xEu~(2+)的发光特性45-47
- 3.4.4 Ba_(3-x)GdNa(PO_4)_3F:xEu~(2+)漫反射光谱47
- 3.4.5 Ba_(3-x)GdNa(PO_4)_3F:xEu~(2+)的色坐标47-48
- 3.4.6 Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)热稳定性分析48-49
- 3.5 制备工艺对Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)的发光性能的影响49-53
- 3.5.1 烧结温度对Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)发光性能的影响49-52
- 3.5.2 保温时间对Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)发光性能的影响52-53
- 3.6 部分离子替代对Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+)的发光性能的影响53-64
- 3.6.1 Ba_(2.95-x)GdNa(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+), xCa~(2+)发光性能研究53-56
- 3.6.2 Ba_(2.95)Gd_(1-x)Na(PO_4)_3F:0.05Eu~(2+), xY3+发光性能研究56-60
- 3.6.3 Ba_(2.95)GdNa_(1+x)(PO_4)_(3-x)(SiO_4)xF:0.05Eu~(2+)发光性能研究60-62
- 3.6.4 Ba_(2.95)GdNa(PO_4)_3F_(1-x)Cl_x:0.05Eu~(2+)发光性能研究62-64
- 3.7 本章小结64-66
- 4 Li_4SrCa(Si_2O_4N_(8/3)):Eu~(2+)荧光粉的合成及发光性能研究66-80
- 4.1 引言66
- 4.2 实验过程66-67
- 4.3 物相分析及晶体结构67-70
- 4.4 Eu~(2+)掺杂Li_4SrCa(Si_2O_4N_(8/3))荧光粉的光谱性能研究70-79
- 4.4.1 Li_4SrCa_(0.96)(Si_2O_4N_(8/3)):0.04Eu~(2+)的发光特性70-73
- 4.4.2 Li_4SrCa_(1-x)(Si_2O_4N_(8/3)):xEu~(2+)的发光特性73-76
- 4.4.3 漫反射光谱76-77
- 4.4.4 Li_4SrCa_(1-x)(Si_2O_4N_(8/3)):xEu~(2+)的色坐标77-78
- 4.4.5 Li_4SrCa(Si_2O_4N_(8/3)):Eu~(2+)的热稳定性分析78-79
- 4.5 本章小结79-80
- 5 发光薄膜的制备及LED的封装80-84
- 5.1 引言80
- 5.2 试验过程80
- 5.2.1 发光薄膜的制备80
- 5.2.2 白光LED的封装80
- 5.3 结果及讨论80-83
- 5.3.1 发光薄膜光谱特性的研究80-82
- 5.3.2 白光LED光谱特性的研究82-83
- 5.4 本章小结83-84
- 6 结论与展望84-86
- 6.1 结论84-85
- 6.2 展望85-86
- 参考文献86-93
- 作者简历93
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