SPS制备LED用高显指荧光玻璃及性能研究
本文关键词：SPS制备LED用高显指荧光玻璃及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：白光LED作为第四代“绿色”照明光源,有着节能、环保、高效、响应时间短、寿命长、易封装应用等优点,应用前景十分广阔,深受广大科技工作者的重视,成为当前比较受瞩目的研究热点之一。实现LED白光转换技术之一就是将能够有效激发荧光粉的芯片与荧光粉进行结合,利用不同颜色的可见光组合成白光LED。尽管白光LED技术已经得到了很大的发展,并且已经在很多领域获得了应用,但是仍然存在以下两个方面的问题丞待解决： (1)芯片发热量大导致有机基质老化； (2)显色指数不够高。传统方法是将荧光粉封装在硅胶或者树脂等有机基质中,但是随着芯片发光散热,使有机基质老化泛黄,从而影响光效性质,将荧光粉固化在无机基质中来代替有机基质而不失成为一种解决办法。目前将能够有效激发黄色荧光粉(YAG:Ce3+)的蓝光芯片与黄色荧光粉组合而成的LED已经得到了广泛的应用和发展,但是这种LED所产生的白光由于缺少长波长的红光而使其显色指数不是很高,限制了其在室内照明、医疗领域的应用。绿色／红色荧光粉的添加可以使显色指数达到80以上,对改善LED的显色指数有显著作用。因此解决有机基质老化问题并提高LED的显色指数对于LED技术的应用具有重要的现实意义。针对上述问题,本课题提出了SPS固相烧结制备LED用高显指荧光玻璃的研究思路,具体研究工作如下：(1)利用绿色荧光粉(LuAG:Ce3+)与合成的介孔二氧化硅粉体(SBA-15)为原料,采用放电等离子体(SPS)烧结技术,以100℃/min的升温速率升温到1050℃并保温3min的最佳烧结制度制备出高度透明的绿色荧光玻璃材料,并对其进行了烧结工艺、物相结构以及光学性能研究。XRD、ESEM结果表明其主体相是玻璃相,荧光粉在玻璃基质中均匀分布,无其他杂相。光学性能表明,在470nm有强吸收峰,在此波长激发下发出520nm的绿光,相对量子产率高达83%。(2)利用不同波长范围的红色荧光粉(CaAlSiN3:Eu2+)与SBA-15粉体,采用放电等离子体(SPS)烧结技术,以100℃/min的升温速率升温到1050℃并保温3min的最佳烧结制度制备出红色荧光玻璃材料,并对其进行了烧结工艺、物相结构以及光学性能分析。通过XRD、ESEM结果分析,红色荧光粉能够均匀分布在玻璃基质中,但是与介孔二氧化硅发生了一定程度的界面反应,以致于发生部分结晶。光学性能表明,其在470nm仍然有较强的吸收峰,并发射出相对应的红光,保留了红色荧光粉的光学性质。(3)在上述研究的基础上,将不同比例的各种颜色荧光粉与SBA-15粉体混合,烧结制备出复合荧光玻璃,并对其进行了物相结构以及光学性能分析。不同比例的复合荧光玻璃在470nm激发下,发射出不同波长范围的荧光,且半高宽相对于单一荧光粉增宽,光区域覆盖范围增广。以一定比例的复合荧光玻璃为样品,对其进行COB封装,制备出LED器件,进行光谱性能测试。HSP光谱分析结果表明,黄色、绿色、红色荧光粉以一定比例混合制备出的复合荧光玻璃在蓝光LED芯片激发下,发射出显色指数(CRI)高达88.2的暖白光,获得了高显指LED用荧光玻璃材料。
【关键词】：白光LED 显色指数 荧光玻璃 荧光粉 SPS
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.1
【目录】：
- 摘要5-8
- ABSTRACT8-13
- 第一章 绪论13-32
- 1.1 引言13
- 1.2 白光LED的发展及实现技术13-18
- 1.2.1 LED的发展历程13-14
- 1.2.2 白光LED的应用前景14-15
- 1.2.3 LED的发光原理及基本结构15-16
- 1.2.4 白光LED的实现方法16-18
- 1.3 白光LED用荧光粉18-27
- 1.3.1 荧光粉的基本知识18-19
- 1.3.2 白光LED用荧光粉19-27
- 1.4 高显色性白光LED27-29
- 1.4.1 白光LED存在的问题27-28
- 1.4.2 高显指荧光玻璃的研究现状28-29
- 1.5 本课题研究意义及内容29-32
- 1.5.1 课题研究意义30-31
- 1.5.2 研究内容31-32
- 第二章 实验方法及测试技术32-41
- 2.1 原料及设备32-33
- 2.2 样品的制备33-39
- 2.2.1 介孔二氧化硅(SBA-15)基质粉体的合成33-34
- 2.2.2 绿色荧光玻璃的制备流程34-35
- 2.2.3 红色荧光玻璃的制备流程35-36
- 2.2.4 复合荧光玻璃的制备流程36-39
- 2.3 表征手段39-41
- 2.3.1 物相结构分析39
- 2.3.2 光学性能分析39-41
- 第三章 绿色荧光玻璃的制备及性能研究41-51
- 引言41
- 3.1 绿色荧光玻璃的制备及表征手段41-42
- 3.1.1 制备绿色荧光玻璃41-42
- 3.1.2 表征手段42
- 3.2 烧结工艺研究42-43
- 3.3 物相结构分析43-46
- 3.3.1 XRD物相分析43-44
- 3.3.2 ESEM表面结构分析44-45
- 3.3.3 EDS能谱分析45-46
- 3.4 光学性能分析46-49
- 3.4.1 PL/PLE荧光光谱分析46-47
- 3.4.2 透过吸收光谱分析47-48
- 3.4.3 量子产率分析48-49
- 3.5 总结49-51
- 第四章 红色荧光玻璃的制备及性能研究51-61
- 引言51
- 4.1 红色荧光玻璃的制备及表征手段51-52
- 4.1.1 制备红色荧光玻璃51-52
- 4.1.2 表征手段52
- 4.2 烧结工艺研究52-53
- 4.3 物相结构分析53-56
- 4.3.1 XRD物相分析53-54
- 4.3.2 ESEM表面结构分析54-55
- 4.3.3 EDS能谱分析55-56
- 4.4 光学性能分析56-59
- 4.4.1 PL/PLE荧光光谱分析56-58
- 4.4.2 透过吸收光谱分析58-59
- 4.4.3 量子产率分析59
- 4.5 总结59-61
- 第五章 复合荧光玻璃的制备及性能研究61-76
- 引言61
- 5.1 复合荧光玻璃的制备及表征手段61-62
- 5.1.1 制备复合荧光玻璃61-62
- 5.1.2 表征手段62
- 5.2 荧光薄膜的性能分析62-67
- 5.2.1 XRD物相分析62-63
- 5.2.2 ESEM表面结构分析63-64
- 5.2.3 PL/PLE荧光光谱分析64
- 5.2.4 透过吸收光谱分析64-65
- 5.2.5 量子产率分析65-66
- 5.2.6 光谱/色度分析66-67
- 5.3 复合荧光玻璃的性能分析67-74
- 5.3.1 XRD物相分析67-68
- 5.3.2 ESEM表面结构分析68
- 5.3.3 EDS能谱分析68-69
- 5.3.4 PL-LE荧光光谱分析69-71
- 5.3.5 透过吸收光谱分析71-72
- 5.3.6 量子产率分析72
- 5.3.7 光谱/色度分析72-74
- 5.4 本章总结74-76
- 第六章 结论与展望76-78
- 6.1 结论76-77
- 6.2 展望77-78
- 参考文献78-84
- 附录：硕士期间的研究成果84-86
- 致谢86
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