稀土离子掺杂的LED发光玻璃的制备及性能研究

发布时间：2017-10-17 21:48

  本文关键词：稀土离子掺杂的LED发光玻璃的制备及性能研究

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【摘要】：发光二极管(Light emitting diode,LED)具有寿命长、效率高、抗恶劣环境、光谱范围宽、环保无污染、节能安全、显色性好等优点,深受人们的重视,被视为21世纪的绿色照明光源。目前已经商业化的白光LED主要由蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的YAG:Ce荧光粉组合而成。这种LED具有价格低,亮度高等优点。但是存在显色性偏低,荧光粉涂敷均匀性差,荧光粉发光亮度随着LED器件温度上升而下降等缺点。与白光LED中使用的荧光粉材料相比,发光玻璃具有良好的均匀性、透明度高、易于加工成各种形状、可以与半导体芯片直接封装而不需要环氧树脂、生产成本低、具有较高的热稳定性等优点。本文主要研究了LED用发光玻璃。氧氟化物玻璃既具有氧化物玻璃的高化学稳定性和高机械强度等特点,又具有氟化物玻璃低声子能量的优点,能够有效地提高稀土离子的发光强度。硼铝硅酸盐玻璃具有合成温度低,透过率高,热稳定性和化学稳定性良好等优点,能够提高稀土离子的溶解度。本文选用氧氟化物硼硅酸盐玻璃和硼铝硅酸盐玻璃作为玻璃基质材料,采用熔融冷却法制备了一些列Ce-Dy离子和Ce-Dy-Eu离子掺杂的发光玻璃。采用X射线衍射(XRD)、吸收光谱、发射光谱、激发光谱、红外光谱、色坐标和色温对玻璃进行研究。结果表明:对于Ce~(3+)离子单掺和Ce~(3+)-Dy~(3+)离子共掺的氧氟化物硼硅酸盐玻璃,增大激发波长(298 nm→350 nm),增加Ce~(3+)离子的浓度,减少玻璃基质中B_2O_3和Al_2O_3的含量,可以使Ce~(3+)离子的吸收光谱和发射光谱发生红移。在Ce-Dy-Eu掺杂的硼铝硅酸盐玻璃和氧氟化物硼硅酸盐玻璃中,部分Eu~(3+)离子转化成Eu~(2+)离子,随着玻璃基质光学碱度的减小,Eu~(3+)向Eu~(2+)的转化程度增加;随着激发波长的增大(350 nm→395 nm),玻璃基质中B_2O_3/SiO_2和Al_2O_3/SiO_2比率的增大和玻璃基质中CaF2晶体的析出,Ce~(3+)离子的发射带向低能量方向移动,同时,玻璃基质中CaF2晶体的析出可以大大提高发射光谱的相对强度。Ce~(3+)、Dy~(3+)、Eu~(3+)和Eu~(2+)离子之间存在Ce~(3+)→Dy~(3+)、Ce~(3+)→Eu~(3+)、Ce~(3+)→Eu~(2+)、Eu~(2+)→Dy~(3+)、Eu~(2+)→Eu~(3+)有效能量传递。激发波长、玻璃基质组成、玻璃基质中有无晶体析出等均影响发光玻璃色坐标和色温。在Ce-Dy/Ce-Dy-Eu离子共掺杂的氟氧化物硼硅酸盐玻璃和Ce-Dy-Eu掺杂的硼铝硅酸盐玻璃中均得到了非常接近纯白光(x=0.33,y=0.33)的色坐标。
【关键词】：LED 稀土离子 发光玻璃
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.73
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 玻璃与发光玻璃概述13-17
• 1.2.1 玻璃的定义与通性13
• 1.2.2 发光玻璃概述13-14
• 1.2.3 LED发光玻璃在国外的研究进展14-15
• 1.2.4 LED发光玻璃在国内的研究进展15-17
• 1.3 稀土离子的光谱特征17-20
• 1.3.1 稀土元素和离子的电子组态17-18
• 1.3.2 稀土离子的f-f跃迁和f-d跃迁18-19
• 1.3.3 稀土离子间的能量传递19-20
• 1.4 白光LED20-22
• 1.4.1 白光LED简介20-21
• 1.4.2 商业化的白光LED及其缺点21-22
• 1.5 本课题的研究意义及内容22-24
• 第2章 实验试剂、仪器及测试方法24-28
• 2.1 原料与设备24-25
• 2.2 性能与结构表征手段25-28
• 2.2.1 X射线衍射25
• 2.2.2 紫外-可见吸收光谱25
• 2.2.3 激发和发射光谱25
• 2.2.4 红外光谱25
• 2.2.5 色坐标25-26
• 2.2.6 色温26-28
• 第3章 Ce/Dy掺杂的氟氧化物硼硅酸盐玻璃28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 实验28-29
• 3.3 结果与讨论29-39
• 3.3.1 X射线衍射29-30
• 3.3.2 吸收光谱30
• 3.3.3 激发和发射光谱30-37
• 3.3.4 红外光谱37-38
• 3.3.5 色坐标38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 Ce/Dy/Eu掺杂的氧氟化物硼铝硅酸盐玻璃40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 实验40-41
• 4.3 结果与讨论41-51
• 4.3.1 吸收光谱41-47
• 4.3.2 X射线衍射47-48
• 4.3.3 红外光谱48-49
• 4.3.4 色坐标和色温49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 Ce/Dy/Eu掺杂的硼铝硅酸盐玻璃52-64
• 5.1 引言52
• 5.2 实验52-53
• 5.3 结果与讨论53-62
• 5.3.1 X射线衍射53-54
• 5.3.2 激发和发射光谱54-60
• 5.3.3 色坐标60-62
• 5.4 本章小结62-64
• 第6章 总结64-66
• 参考文献66-76
• 致谢76-78
• 在学期间主要科研成果78

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本文编号：1051251