新型AlON结构近紫外白光LED用发光材料的设计制备及性能研究
发布时间：2020-12-24 11:53
荧光粉转换白光发光二极管（pc-WLED）由于具有成本低、使用时间长、质量高、效率高等优点,引起了大众的日益关注,被认为是传统白炽灯和荧光灯照明的有效替代品。其中,基质材料有着根本性的重要作用。在各类化合物中,氮氧化铝体系（AlON）就是一种常用的多功能基质材料,由于其良好的物理化学稳定性而成为有利选择。然而,这一类荧光粉通常需要苛刻的合成条件,例如制备温度高达2000°C,气压高达0.5-1Mpa;另一方面,稀土离子半径普遍较大,难以取代半径较小的Al3+,从而只能进入晶格间隙通道中,所以得到发射光谱较为单一不可调。这两个缺点极大地限制了它们的生产和应用。为解决上述问题,本论文基于一种Al5O3N3体系,利用阳离子取代法,在较低温度下设计并合成了一种新的AlON结构的多晶型,即单相[Mg1.25Si1.25Al2.5]O3N3。并且研究了不同稀土离子掺杂下的发光性能。主要实验结果如下:（1...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LED的结构和工作原理示意图
兰州大学硕士学位论文新型AlON结构近紫外白光LED用发光材料的设计制备及性能研究3第二类是在紫外LED芯片上涂覆三基色（红、绿、蓝）荧光粉，常用的商用粉有Sr2Si5N8:Eu2+（红)，(SrBa)2SiO4:Eu2+（绿)，BaMaAl10O17:Eu2+（蓝)等。该方法可弥补前者显色性差的缺点，但是三种荧光粉往往性能各异，想使其良好匹配也需要复杂的混合工艺，而且不同颜色的激发发射可能产生重叠，导致重吸收效应，会降低发光效率[14]。图1.2两种荧光粉转换白光LED的实现方式为了改善上述两种方法中存在的缺陷，目前可行的思路主要有以下几种[15-17]：1.对于第一种方式，可以研发比商用粉YAG:Ce3+具有更宽发射光谱的新型荧光材料，弥补红光波段的缺失，以提高显色指数，降低色温。2.对于第二种方式，则需要开发多种具有宽激发、高色纯度与热稳定性的红、绿、蓝三基色荧光粉，以提高其匹配性和发光效率。3.探索能直接通过单一荧光粉发出高效白光的体系也是一种方式，有望同时解决上述两种方法的缺点，但这种方式中发光效率往往会受到一定的限制。此外，选择的荧光材料还应该具有粒径分布均匀、分散性良好、无毒无污染等基本条件，以满足生产和应用的需求。本论文将重点关注氮氧化物发光材料，并在下一段中详细介绍其特点和研究进展。1.2近紫外白光LED用氮氧化物发光材料研究进展通常情况下，把激活剂离子掺杂到特定基质中即可得到各种发光材料。其中激活剂离子主要分为两类，如图1.3的元素周期表所示，一类是过渡金属离子如Ti4+、Cr3+、Mn4+、Bi3+等，它们的发光主要由电子排布特异的d轨道跃迁引起，具有丰富的发光颜色。另一类是镧系稀土离子，常见的如Ce3+、Eu2+、Eu3+、Tb3+、
兰州大学硕士学位论文新型AlON结构近紫外白光LED用发光材料的设计制备及性能研究4Dy3+、Sm3+、Pr3+等。其中三价稀土离子主要靠f-f跃迁产生发光，f-f跃迁受到外层电子轨道的屏蔽作用，一般不受晶体场影响，所以发光特征较为固定。而Ce3+、Eu2+的发光则属于d-f跃迁，其中5d能级受到斯托克斯位移、晶体场劈裂和电子云重排效应的影响，可以通过改变配位环境来调控，从而实现发光颜色的可调，因此也是本论文的研究重点。图1.3元素周期表和常见的激活剂元素对于基质材料，一般可按元素组成分为卤化物、硫化物、氧化物和氮化物。而氮氧化物是一种新兴的化合物类型，它介于氧化物和氮化物之间，同时具有两者的优点，又能在一定程度上规避两者的缺点，主要体现在以下几个方面：1.N的电负性低于O，可以与掺杂的激活剂离子形成较短的共价键，从而使其具有更强的电子云重排效应和晶体场强度，这最终导致5d能级的降低，从而导致激发和发射能量的降低。2.氮氧化物的结构由紧密连接的M-N四面体或八面体组成（M为Si、Al等），具有较高的结构刚度，因此相比氧化物通常具有更好的化学稳定性和高温稳定性。3.纯氮化物的制备往往需要在高真空或高纯保护气氛下进行，目的是为了防止原料和产物被氧化，而氮氧化物与常规氧化物的制备条件类似，
本文编号：2935608
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LED的结构和工作原理示意图
兰州大学硕士学位论文新型AlON结构近紫外白光LED用发光材料的设计制备及性能研究3第二类是在紫外LED芯片上涂覆三基色（红、绿、蓝）荧光粉，常用的商用粉有Sr2Si5N8:Eu2+（红)，(SrBa)2SiO4:Eu2+（绿)，BaMaAl10O17:Eu2+（蓝)等。该方法可弥补前者显色性差的缺点，但是三种荧光粉往往性能各异，想使其良好匹配也需要复杂的混合工艺，而且不同颜色的激发发射可能产生重叠，导致重吸收效应，会降低发光效率[14]。图1.2两种荧光粉转换白光LED的实现方式为了改善上述两种方法中存在的缺陷，目前可行的思路主要有以下几种[15-17]：1.对于第一种方式，可以研发比商用粉YAG:Ce3+具有更宽发射光谱的新型荧光材料，弥补红光波段的缺失，以提高显色指数，降低色温。2.对于第二种方式，则需要开发多种具有宽激发、高色纯度与热稳定性的红、绿、蓝三基色荧光粉，以提高其匹配性和发光效率。3.探索能直接通过单一荧光粉发出高效白光的体系也是一种方式，有望同时解决上述两种方法的缺点，但这种方式中发光效率往往会受到一定的限制。此外，选择的荧光材料还应该具有粒径分布均匀、分散性良好、无毒无污染等基本条件，以满足生产和应用的需求。本论文将重点关注氮氧化物发光材料，并在下一段中详细介绍其特点和研究进展。1.2近紫外白光LED用氮氧化物发光材料研究进展通常情况下，把激活剂离子掺杂到特定基质中即可得到各种发光材料。其中激活剂离子主要分为两类，如图1.3的元素周期表所示，一类是过渡金属离子如Ti4+、Cr3+、Mn4+、Bi3+等，它们的发光主要由电子排布特异的d轨道跃迁引起，具有丰富的发光颜色。另一类是镧系稀土离子，常见的如Ce3+、Eu2+、Eu3+、Tb3+、
兰州大学硕士学位论文新型AlON结构近紫外白光LED用发光材料的设计制备及性能研究4Dy3+、Sm3+、Pr3+等。其中三价稀土离子主要靠f-f跃迁产生发光，f-f跃迁受到外层电子轨道的屏蔽作用，一般不受晶体场影响，所以发光特征较为固定。而Ce3+、Eu2+的发光则属于d-f跃迁，其中5d能级受到斯托克斯位移、晶体场劈裂和电子云重排效应的影响，可以通过改变配位环境来调控，从而实现发光颜色的可调，因此也是本论文的研究重点。图1.3元素周期表和常见的激活剂元素对于基质材料，一般可按元素组成分为卤化物、硫化物、氧化物和氮化物。而氮氧化物是一种新兴的化合物类型，它介于氧化物和氮化物之间，同时具有两者的优点，又能在一定程度上规避两者的缺点，主要体现在以下几个方面：1.N的电负性低于O，可以与掺杂的激活剂离子形成较短的共价键，从而使其具有更强的电子云重排效应和晶体场强度，这最终导致5d能级的降低，从而导致激发和发射能量的降低。2.氮氧化物的结构由紧密连接的M-N四面体或八面体组成（M为Si、Al等），具有较高的结构刚度，因此相比氧化物通常具有更好的化学稳定性和高温稳定性。3.纯氮化物的制备往往需要在高真空或高纯保护气氛下进行，目的是为了防止原料和产物被氧化，而氮氧化物与常规氧化物的制备条件类似，
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