白光LED用荧光粉的制备及其性能的研究
本文关键词：白光LED用荧光粉的制备及其性能的研究
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【摘要】：白光发光二极管(WLED)因具有能耗低、光效高、寿命长等优点被誉为第四代照明光源,近年来受到科学界和商业界的广泛关注。利用紫外激发荧光粉实现白光,即UV-LED,已经成为当前发展的重点,探索与之相匹配的荧光粉也就成为广大科研工作者们广泛关注的课题。但目前可供选择的紫外激发荧光粉特别是单基质白光荧光粉种类十分有限,而且存在发光效率不高,稳定性差等问题。针对以上问题,本文以研制新型高效紫外光激发UV-LED用单基质白色荧光粉为目标,对以下几方面内容进行了详细研究。(1)GdNbO_4:Ln~(3+)(Ln~(3+)=Eu~(3+)/Tb~(3+)/Tm~(3+))荧光粉体系:通过Pechini-type溶胶 凝胶法成功制备了稀土离子掺杂的GdNbO_4系列纳米荧光粉。XRD谱图和FE-SEM图片表明1000 oC烧结下能够得到粒径在20 nm~40 nm左右的GdNbO_4荧光粉。在紫外光和低压电子束激发下,GdNbO_4呈新异蓝光宽带发射。在紫外光激发下,GdNbO_4:Ln~(3+)(Ln~(3+)=Eu~(3+)/Tb~(3+)/Tm~(3+))荧光粉的发射光谱由GdNbO_4基质的蓝光宽带发射和Ln~(3+)的特征线状发射组成。研究表明,GdNbO_4:Ln~(3+)荧光粉中GdNbO_4基质对Eu~(3+)和Tb~(3+)具有高效的能量传递作用,而对Tm~(3+)的能量传递效率较低。通过改变掺杂离子的浓度、相对比例和种类,Eu~(3+)/Tb~(3+)/Tm~(3+)单掺和共掺的GdNbO_4荧光粉的发光颜色可从蓝光、蓝绿光、绿光、粉红光、橙红光和黄光等进行调控。通过改变掺杂离子的浓度和相对比例,在GdNbO_4:Eu~(3+),Tb~(3+),Tm~(3+)中实现了单基质白光发射。(2)Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):Ln~(3+)(Ln~(3+)=Eu~(3+)/Tb~(3+))荧光粉体系:采用Pechini-type溶胶 凝胶法成功制备了Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):Ln~(3+)纳米荧光粉。在紫外光激发下,Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14)样品呈蓝光宽带发射,Eu~(3+)和Tb~(3+)单掺的Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14)荧光粉的发射光谱由Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14)基质的蓝光宽带发射和掺杂离子(Eu~(3+)/Tb~(3+))线状发射组成。研究表明,在Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):Ln~(3+)荧光粉中,Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14)基质和掺杂的Eu~(3+)、Tb~(3+)离子间有能量传递。通过改变掺杂离子的浓度、相对比例和种类,Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):Ln~(3+)(Ln~(3+)=Eu~(3+)/Tb~(3+))荧光粉的发光颜色可从蓝光、蓝绿光、绿光、粉红光、橙红光等进行调控,在Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):Eu~(3+),Tb~(3+)荧光粉中,实现了单基质白光发射。(3)Sr_4Al_(14)O_(25):Eu荧光粉体系:本实验采用Pechini-type溶胶 凝胶法成功制备了Eu~(2+)和Eu~(3+)离子共激活的Sr_4Al_(14)O_(25):Eu荧光粉。研究表明,仅当使用硼酸做助溶剂,且烧结温度高于1000 oC时,才能得到Sr_4Al_(14)O_(25)纯相。以硼酸做助溶剂,无需还原氛围烧结,在Sr_4Al_(14)O_(25):Eu荧光粉中,Eu~(3+)能够自还原成Eu~(2+)。在395 nm紫外光激发下,Sr_4Al_(14)O_(25):Eu荧光粉的发射光谱既包括了二价铕离子(Eu~(2+))的蓝绿光发射,又涵括了三价离子(Eu~(3+))的橙红光发射。Sr_4Al_(14)O_(25):Eu~(2+)/3+荧光粉的发光颜色可以通过改变硼酸的掺杂方式和掺杂量以及Eu~(3+)离子的掺杂浓度从蓝绿光→白光→橙红光进行调控。
【关键词】：WLED 白光发射 荧光粉 稀土离子 溶胶 凝胶法
【学位授予单位】：南昌航空大学
【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
- Abstract6-10
- 第一章 绪论10-21
- 1.1 照明发展历程10
- 1.2 白光LED的发展10-12
- 1.3 白光LED的实现方式12-13
- 1.3.1 实现方式12
- 1.3.2 实现方式的优缺点对比12-13
- 1.4 白光LED用荧光粉的研究现状13-17
- 1.4.1 基于蓝光LED转换的荧光粉13-14
- 1.4.2 基于UV-LED转换的荧光粉14-16
- 1.4.3 基于UV-LED转换的单基质白色荧光粉16-17
- 1.5 pc-WLEDs基本性能参数17-19
- 1.5.1 显色指数17
- 1.5.2 流明效率17
- 1.5.3 CIE色度坐标17-18
- 1.5.4 相关色温18-19
- 1.6 荧光粉的制备方法19
- 1.7 本课题研究意义和主要内容19-21
- 第二章 GdNbO_4:Ln~(3+)（Ln~(3+) = Eu~(3+)/Tb~(3+)/Tm~(3+)）荧光粉的制备及其发光性能研究21-47
- 2.1 引言21-22
- 2.2 实验部分22-23
- 2.2.1 主要试剂与仪器22
- 2.2.2 实验步骤22-23
- 2.3 结果和讨论23-46
- 2.3.1 晶体的结晶行为和形貌表征23-25
- 2.3.2 光致发光性质25-40
- 2.3.3 发光机理40-45
- 2.3.4 阴极射线发光性质45-46
- 2.4 本章小结46-47
- 第三章 Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):Eu~(3+),Tb~(3+)的制备及其发光性能研究47-67
- 3.1 引言47-48
- 3.2 实验部分48-49
- 3.2.1 主要试剂与仪器48
- 3.2.2 实验步骤48-49
- 3.3 结果与讨论49-66
- 3.3.1 晶体结构与形貌分析49-50
- 3.3.2 Ca_(19)Mg_2(PO_4)_(14):xLn~(3+)（Ln~(3+) = Eu~(3+)/Tb~(3+)）光致发光性质50-62
- 3.3.3 荧光衰减曲线62
- 3.3.4 能量传递机理研究62-65
- 3.3.5 光致发光机理研究65-66
- 3.4 本章小结66-67
- 第四章 Sr_4Al_(14)O_(25):Eu荧光粉的制备及其发光性能的研究67-87
- 4.1 引言67
- 4.2 实验部分67-68
- 4.2.1 主要试剂与仪器67-68
- 4.2.2 实验步骤68
- 4.3 结果与讨论68-86
- 4.3.1 晶体结构与形貌分析68-73
- 4.3.2 光致发光性能研究73-85
- 4.3.3 Eu~(3+)→Eu~(2+)的自还原机理85-86
- 4.4 本章小结86-87
- 第五章 总结与展望87-89
- 5.1 总结87-88
- 5.2 展望88-89
- 参考文献89-98
- 攻读硕士期间研究成果98-99
- 致谢99-100
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