新型LED用紫外激发稀土三基色荧光粉的制备与性能研究
发布时间：2021-08-20 15:56
白光LED（Light Emitting Diode）具有光效高、无辐射、体积小、寿命长、低功耗等优异的理化性能,可有效地将电能转化为光能,在许多领域都显示出巨大的应用潜力和价值。但是目前商用的白光LED也有一些不足之处,例如蓝光LED芯片+YAG:Ce3+(Y3Al5O12:Ce3+)黄色荧光粉因为缺乏红光成分造成显色性指数低、色温高引起的照明品质较低。为了改善现有商用LED的发光性能,近紫外LED芯片激发红、绿、蓝三基色荧光粉的组合成为了目前的研究热点。所以,研究新型高效的近紫外LED用荧光粉十分重要。（1）制备并研究了一种新型的基于硅酸盐基质的KBaY1-xSi2O7:xRE3+（RE=Dy、Eu）色温可调白光荧光粉的发光特性。当单掺杂Dy3+、Eu3+浓度分别为x=0.05、x=0.10时,荧光粉发光强度最佳,分别发射出白光、红光。在394...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LED结构图
内蒙古科技大学硕士学位论文-3-该方法结合红/绿/蓝荧光粉，采用近紫外（NearUltraViolet，简称NUV）LED芯片作为激发源。在近紫外LED芯片激发下，荧光粉产生红/绿/蓝三种光，再调控三种光的比例得到不同色温的白光。该方法色彩控制简单，均匀性好，显色指数（ColorRenderingIndex，简称CRI）通常掌握在90左右。近紫外LED芯片可以提供更好的稳定性和更高的光输出。所以，这种白光实现方式的发展前景非常好[16,17]。图1.2荧光转换技术图1.3稀土荧光粉的研究进展根据激发光谱波段范围荧光粉的类型主要分为两类：（1）蓝光芯片激活型；（2）紫外光芯片激活型。这两类荧光粉都是通过匹配适当的激发波段的LED芯片从而实现白光[18]。1.3.1蓝光LED芯片激发的荧光粉??目前光学研究人员对蓝光LED芯片激发的钇铝石榴石（Y3Al5O12:Ce3+，简称YAG:Ce3+）YAG黄色荧光粉组合进行了广泛的研究。YAG是目前商业普及度最高的荧光粉，它制作简单，发光效率较高，经过几代的发展，性能也趋于完善，但是光谱在600nm以上的红光区域成分较少，显色指数较低，作为健康的室内照明还有一段距离[19,20]。因此，为了满足实际应用的需要，人们对YAG:Ce3+的光致发光性能进行了大量的研究。从经验上看，YAG中Ce3+的发射带在Y3+离子位点被较小的Lu3+离子取代时向蓝色区域移动，而La3+、Gd3+、Tb3+等较大离子在Y3+离子位点结合时向红色区域移动。因此，利用Gd、Lu或Tb在Y位点上的阳离子置换，可以得到由于不同晶体环境的变化而具有颜色可调的石榴石荧光粉[21]。当蓝色LED芯片与黄色荧光粉相匹配实现白光时，光谱中缺少红光成分，导致色温高，显色指数低等一系列问题。可以得出，在白光LED的制备中红光成分很关键。
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-进一步加强激活剂的能量吸收，这种离子在吸收受激辐射后将能量转移到活激活剂，被称为敏化剂（Sensitizer）[35]。发光过程如图1.3：（1）材料的晶格和发光中心（激活剂或敏化剂）在材料被外部激发源激发后可以吸收部分能量；（2）基质吸收的部分能量转移到激活剂A，激活剂A的最外层电子从基态跃迁到激发态，再回到基态，通过辐射的方式释放处能量从而产生发光。另外，当基质吸收能量之后，在基体内产生成对的电子和空穴，通过电子迁移与辐射中心结合使电子返回基态或电子和空穴结合以光的形式释放能量；（3）激活剂A会接受敏化剂S吸收的能量，进一步加强对能量的吸收从而增加发光效率；（4）电子最后回到基态时并伴随一些非辐射跃迁，发生荧光猝灭，能量通过热量形式散发，降低了发光效率。图1.3发光的过程当稀土发光离子受激发后，可产生两种不同组态间的发光。（1）f-f跃迁：凭据选择定则f-f跃迁是宇称禁戒的。主要有以下三个原因：一是4f组态与宇称相反的组态发生混合，二是稀土离子受到外部晶体场环境的影响，三是对称性偏离反演中心。当4f电子被激发时，可以从基态跃迁到更高能级的激发态，也称为非平衡态，电子在激发态能级是不稳定的，发射出的光子将返回到原始基态。在此期间存在能量损失，这个过程称为下转换发光过程，也称为斯托克斯过程[36]。在三价稀土离子中，除Ce3+离子之外，一般发生在4f-4f能级内的发光过程稀土离子跃迁分别有Sm3+、Eu3+、Ho3+、Dy3+、Tb3+、Pr3+、Nd3+、Er3+和Tm3+等离子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tb3+掺杂ZnMoO4@SiO2绿色荧光材料的发光性能[J]. 石如珠,鞠小霞,王海波,周明. 功能材料. 2020(01)
[2]Mg2+、Zn2+掺杂CaWO4∶Eu3+荧光粉的发光性质[J]. 王林香,赵海琴,孙德方. 发光学报. 2020(01)
[3]ZnWO4∶Eu3+,Dy3+白色荧光粉的微波水热合成及其发光性能[J]. 翟永清,王恒刚,李天姿,姜龙太,汪威澳,陈湘匀,荆雪蒙. 人工晶体学报. 2019(11)
[4]近紫外白光LED用Ca2-xSiO3Cl2:xEu3+高效红色荧光粉的发光性能研究[J]. 温慧霞,周艳,樊彬,李敏,赵文玉. 化工新型材料. 2019(10)
[5]基于YAG∶Ce3+荧光粉复合Eu3+掺杂荧光玻璃的激光照明器件[J]. 郑飞,茅云蔚,杨波波,邹军,刘祎明,谢宇,汤子睿,库黎明,邵鹏睿,陈狄杰. 发光学报. 2019(07)
[6]全光谱白光研究进展[J]. 柳丝婉,韩秋漪,李福生,张善端. 光源与照明. 2019(02)
[7]近紫外光激发的颜色可调Sr2SiO4:Gd3+,Tb3+,Eu3+荧光粉的制备及其发光性能研究[J]. 霍涌前,王婷,汪英杰,张科,陈小利. 化学与生物工程. 2018(10)
[8]α-Ba3Y（BO3）3∶Dy3+荧光粉的合成及其发光性能（英文）[J]. 宁宏宇,程志远,董超,胡泽青,于晶杰,张彦杰. 发光学报. 2018(08)
[9]白光LED用红色荧光粉的制备工艺研究进展[J]. 宋洁,杜雅琴,潘启亮,邢宝岩,刘锐,屈文山. 山西化工. 2017(03)
[10]发电厂采用LED照明和常规照明经济技术比较[J]. 侯杰. 科技创新导报. 2017(13)
博士论文
[1]Ce3+/Eu2+掺杂硅氮化物发光材料的制备、结构与发光性能[D]. 刘小浪.北京科技大学 2019
[2]稀土离子(Eu3+、Sm3+、Er3+、Tm3+、Yb3+)掺杂发光材料的能量传递及温度效应研究[D]. 吴中立.大连海事大学 2016
[3]基于稀土离子能量传递的发光控制和应用[D]. 周佳佳.浙江大学 2013
[4]大功率LED封装设计与制造的关键问题研究[D]. 刘宗源.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]白光LED用铝硅酸盐体系荧光粉及玻璃陶瓷的制备与性能研究[D]. 潘志芳.江西理工大学 2019
[2]非发光离子掺杂YAG:Ce荧光粉的制备及其暖白光LED的应用研究[D]. 于泽腾.哈尔滨工业大学 2018
[3]稀土离子掺杂硅铝酸盐荧光粉的发光性能和应用研究[D]. 徐成义.吉林大学 2018
[4]紫外—近紫外光激发型Zn3（BO3）（PO4）荧光粉的制备及性能调控[D]. 刘思敏.河北大学 2018
[5]离子取代实现对稀土掺杂硅酸盐荧光粉的光谱调控[D]. 张坤.青岛科技大学 2018
[6]稀土离子激活硼酸盐荧光粉的制备及其发光性能研究[D]. 杨丽.苏州大学 2018
[7]固相法合成近紫外激发硼酸盐荧光粉的低温工艺研究[D]. 李震.厦门大学 2018
[8]Dy3+,Sm3+,Tm3+,Bi3+掺杂Ca2Al[AlSiO7]荧光粉的可控制备及发光性质研究[D]. 吐沙姑·阿不都吾甫.新疆师范大学 2017
[9]稀土离子掺杂的Ba-Al-Si-O-N:Eu2+氮氧化物绿色荧光粉的制备与发光性能研究[D]. 黄昕.江西理工大学 2016
[10]基于白光LED应用的红绿色荧光粉的制备及发光机理研究[D]. 丁钰丰.南京大学 2013
本文编号：3353790
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LED结构图
内蒙古科技大学硕士学位论文-3-该方法结合红/绿/蓝荧光粉，采用近紫外（NearUltraViolet，简称NUV）LED芯片作为激发源。在近紫外LED芯片激发下，荧光粉产生红/绿/蓝三种光，再调控三种光的比例得到不同色温的白光。该方法色彩控制简单，均匀性好，显色指数（ColorRenderingIndex，简称CRI）通常掌握在90左右。近紫外LED芯片可以提供更好的稳定性和更高的光输出。所以，这种白光实现方式的发展前景非常好[16,17]。图1.2荧光转换技术图1.3稀土荧光粉的研究进展根据激发光谱波段范围荧光粉的类型主要分为两类：（1）蓝光芯片激活型；（2）紫外光芯片激活型。这两类荧光粉都是通过匹配适当的激发波段的LED芯片从而实现白光[18]。1.3.1蓝光LED芯片激发的荧光粉??目前光学研究人员对蓝光LED芯片激发的钇铝石榴石（Y3Al5O12:Ce3+，简称YAG:Ce3+）YAG黄色荧光粉组合进行了广泛的研究。YAG是目前商业普及度最高的荧光粉，它制作简单，发光效率较高，经过几代的发展，性能也趋于完善，但是光谱在600nm以上的红光区域成分较少，显色指数较低，作为健康的室内照明还有一段距离[19,20]。因此，为了满足实际应用的需要，人们对YAG:Ce3+的光致发光性能进行了大量的研究。从经验上看，YAG中Ce3+的发射带在Y3+离子位点被较小的Lu3+离子取代时向蓝色区域移动，而La3+、Gd3+、Tb3+等较大离子在Y3+离子位点结合时向红色区域移动。因此，利用Gd、Lu或Tb在Y位点上的阳离子置换，可以得到由于不同晶体环境的变化而具有颜色可调的石榴石荧光粉[21]。当蓝色LED芯片与黄色荧光粉相匹配实现白光时，光谱中缺少红光成分，导致色温高，显色指数低等一系列问题。可以得出，在白光LED的制备中红光成分很关键。
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-进一步加强激活剂的能量吸收，这种离子在吸收受激辐射后将能量转移到活激活剂，被称为敏化剂（Sensitizer）[35]。发光过程如图1.3：（1）材料的晶格和发光中心（激活剂或敏化剂）在材料被外部激发源激发后可以吸收部分能量；（2）基质吸收的部分能量转移到激活剂A，激活剂A的最外层电子从基态跃迁到激发态，再回到基态，通过辐射的方式释放处能量从而产生发光。另外，当基质吸收能量之后，在基体内产生成对的电子和空穴，通过电子迁移与辐射中心结合使电子返回基态或电子和空穴结合以光的形式释放能量；（3）激活剂A会接受敏化剂S吸收的能量，进一步加强对能量的吸收从而增加发光效率；（4）电子最后回到基态时并伴随一些非辐射跃迁，发生荧光猝灭，能量通过热量形式散发，降低了发光效率。图1.3发光的过程当稀土发光离子受激发后，可产生两种不同组态间的发光。（1）f-f跃迁：凭据选择定则f-f跃迁是宇称禁戒的。主要有以下三个原因：一是4f组态与宇称相反的组态发生混合，二是稀土离子受到外部晶体场环境的影响，三是对称性偏离反演中心。当4f电子被激发时，可以从基态跃迁到更高能级的激发态，也称为非平衡态，电子在激发态能级是不稳定的，发射出的光子将返回到原始基态。在此期间存在能量损失，这个过程称为下转换发光过程，也称为斯托克斯过程[36]。在三价稀土离子中，除Ce3+离子之外，一般发生在4f-4f能级内的发光过程稀土离子跃迁分别有Sm3+、Eu3+、Ho3+、Dy3+、Tb3+、Pr3+、Nd3+、Er3+和Tm3+等离子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tb3+掺杂ZnMoO4@SiO2绿色荧光材料的发光性能[J]. 石如珠,鞠小霞,王海波,周明. 功能材料. 2020(01)
[2]Mg2+、Zn2+掺杂CaWO4∶Eu3+荧光粉的发光性质[J]. 王林香,赵海琴,孙德方. 发光学报. 2020(01)
[3]ZnWO4∶Eu3+,Dy3+白色荧光粉的微波水热合成及其发光性能[J]. 翟永清,王恒刚,李天姿,姜龙太,汪威澳,陈湘匀,荆雪蒙. 人工晶体学报. 2019(11)
[4]近紫外白光LED用Ca2-xSiO3Cl2:xEu3+高效红色荧光粉的发光性能研究[J]. 温慧霞,周艳,樊彬,李敏,赵文玉. 化工新型材料. 2019(10)
[5]基于YAG∶Ce3+荧光粉复合Eu3+掺杂荧光玻璃的激光照明器件[J]. 郑飞,茅云蔚,杨波波,邹军,刘祎明,谢宇,汤子睿,库黎明,邵鹏睿,陈狄杰. 发光学报. 2019(07)
[6]全光谱白光研究进展[J]. 柳丝婉,韩秋漪,李福生,张善端. 光源与照明. 2019(02)
[7]近紫外光激发的颜色可调Sr2SiO4:Gd3+,Tb3+,Eu3+荧光粉的制备及其发光性能研究[J]. 霍涌前,王婷,汪英杰,张科,陈小利. 化学与生物工程. 2018(10)
[8]α-Ba3Y（BO3）3∶Dy3+荧光粉的合成及其发光性能（英文）[J]. 宁宏宇,程志远,董超,胡泽青,于晶杰,张彦杰. 发光学报. 2018(08)
[9]白光LED用红色荧光粉的制备工艺研究进展[J]. 宋洁,杜雅琴,潘启亮,邢宝岩,刘锐,屈文山. 山西化工. 2017(03)
[10]发电厂采用LED照明和常规照明经济技术比较[J]. 侯杰. 科技创新导报. 2017(13)
博士论文
[1]Ce3+/Eu2+掺杂硅氮化物发光材料的制备、结构与发光性能[D]. 刘小浪.北京科技大学 2019
[2]稀土离子(Eu3+、Sm3+、Er3+、Tm3+、Yb3+)掺杂发光材料的能量传递及温度效应研究[D]. 吴中立.大连海事大学 2016
[3]基于稀土离子能量传递的发光控制和应用[D]. 周佳佳.浙江大学 2013
[4]大功率LED封装设计与制造的关键问题研究[D]. 刘宗源.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]白光LED用铝硅酸盐体系荧光粉及玻璃陶瓷的制备与性能研究[D]. 潘志芳.江西理工大学 2019
[2]非发光离子掺杂YAG:Ce荧光粉的制备及其暖白光LED的应用研究[D]. 于泽腾.哈尔滨工业大学 2018
[3]稀土离子掺杂硅铝酸盐荧光粉的发光性能和应用研究[D]. 徐成义.吉林大学 2018
[4]紫外—近紫外光激发型Zn3（BO3）（PO4）荧光粉的制备及性能调控[D]. 刘思敏.河北大学 2018
[5]离子取代实现对稀土掺杂硅酸盐荧光粉的光谱调控[D]. 张坤.青岛科技大学 2018
[6]稀土离子激活硼酸盐荧光粉的制备及其发光性能研究[D]. 杨丽.苏州大学 2018
[7]固相法合成近紫外激发硼酸盐荧光粉的低温工艺研究[D]. 李震.厦门大学 2018
[8]Dy3+,Sm3+,Tm3+,Bi3+掺杂Ca2Al[AlSiO7]荧光粉的可控制备及发光性质研究[D]. 吐沙姑·阿不都吾甫.新疆师范大学 2017
[9]稀土离子掺杂的Ba-Al-Si-O-N:Eu2+氮氧化物绿色荧光粉的制备与发光性能研究[D]. 黄昕.江西理工大学 2016
[10]基于白光LED应用的红绿色荧光粉的制备及发光机理研究[D]. 丁钰丰.南京大学 2013
本文编号：3353790
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