紫外—近紫外基白光LEDs用新型磷酸盐红色荧光粉的制备及其性能研究

发布时间：2017-12-11 15:11

  本文关键词：紫外—近紫外基白光LEDs用新型磷酸盐红色荧光粉的制备及其性能研究

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【摘要】：白光LEDs的问世是照明领域的一次革命。光转换型白光LEDs以其工艺简单、成本低等优势一直受到该领域研究者的广泛关注,所用荧光粉亦成为发光领域的研究热点。由于缺少能够被近紫外光和蓝光激发的高效稳定的红色荧光粉,从而导致目前白光LEDs的显色性偏低,极大地制约了其在照明领域的普及应用。本论文以提升白光LEDs的发光性能为出发点,利用磷酸盐的良好热稳定性和物理化学稳定性,开展以SrZn2(PO4)2和Sr3La(PO4)3为基质材料的红色荧光粉的研究,研制出了SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+、Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+、Sr3La(PO4)3:Sm3+, Eu3+、 Sr3La(PO4)3:Eu3+, A+(A=Li, Na, K)、Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+、Sr3La(PO4)3:Eu2+, Mn2+多种在紫外-近紫外波段具有宽带吸收且发光强度较强的新型磷酸盐白光LEDs用红色荧光粉。研究工作为提升白光LEDs的性能,推动白光LEDs在照明领域的普及应用具有重要的意义。论文的主要研究内容及创新成果如下：(1)以SrZn2(PO4)2为基质,通过Eu2+、Sm3+共掺的方式,首次研制出在紫外-近紫外波段具有宽带吸收且发光强度较强的SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+橙红色荧光粉,并对材料的发光性能进行了深入地研究。研究结果表明,通过Eu2+对Sm3+的敏化作用,不仅增强了材料的橙红光强度,且提升了材料对紫外波段350～380 nm的吸收能力,同时将400 nm处激发光谱的半峰宽加宽至20 nm左右。宽激发谱有助于解决由于LED芯片发射波长漂移所造成的红光材料发光强度不稳定的问题。(2)以Sr3La(PO4)3为基质,通过Eu2+、Sm3+共掺的方式,首次研制出在紫外-近紫外波段具有宽带吸收、发光强度较强的Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+橙红色荧光粉。研究表明,相对SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+而言,Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+在300～380 nm波段的吸收强度更强,且激发波长更靠近长波方向,斯托克斯位移更小。因此,就激发波长及斯托克斯位移而言,Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+的发光性能优于SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+.此外,固定Eu2+浓度,调节Sm3+浓度时,Sr3La(PO4)3:3%Eu2+,ySm3+(y=5%,7%和10%)荧光粉的色坐标位于白色区域,且相关色温分别为4248 K,4075 K和3598 K,呈现出目前白光LEDs领域少见的低色温的暖白光特性,在白光LEDs室内照明领域具有很好的应用前景。(3)以Sr3La(PO4)3为基质,通过Sm3+、Eu3+共掺的方式,首次研制出在近紫外波段具有宽带吸收且发光强度较强的Sr3La(PO4)3:Sm3+,Eu3+红色荧光粉,并对材料的发光性能进行了深入地研究。研究结果表明,通过Sm3+对Eu3+的敏化作用,拓宽了材料在近紫外波段,尤其是395～405 nm波段的吸收,使得材料的激发范围能够与现有的功率较大的400 nm长波紫外芯片相匹配；材料Sr3La(PO4)3:5%Sm3+,7%Eu3+与Sr3La(PO4)3:7%Sm3+,5%Eu3+的发光强度强于商业红粉Y2O2S:Eu3+,且外量子效率分别为41.2%,45.3%,相对Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+而言有大幅度提高。因此,材料Sr3La(PO4)3:7%Sm3+,5%Eu3+可作为“近紫外+三基色”白光LEDs领域有应用前景的新型磷酸盐红色荧光粉。(4)在非平衡体系Sr3La(PO4)3:Eu3+中,通过添加碱金属离子A+(A=Li、Na、K)的方式有效地提高了材料的红色发光强度。通过研究不同半径的A+对材料发光特性及晶格参数等的影响,明确了A+对非平衡取代发光体系的作用。当添加5%Li+,5%Na+,5%K+时,材料的发光强度分别提高到未添加时的3.558,1.768,1.215倍,材料Sr3La(PO4)3:5%Eu3+,5%Li+的光强最强,色坐标接近于商业红粉Sr2Si5N8:Eu2+、 Y2O2S:Eu3+的色度值,且具有相对较高的外量子效率33.1%,研究显示,Sr3La(PO4)3:5%Eu3+,5%Li+可作为“近紫外+三基色”白光LEDs领域有应用前景的新型磷酸盐红色荧光粉。(5)以Sr3La(PO4)3为基质,以Ce3+、Mn2+共掺的方式,首次研制出在紫外波段具有宽带吸收且发光强度较强的Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+宽谱橙红色荧光粉。材料Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+在紫外波段有宽带吸收,激发峰位于298 nm处；材料Sr3La(PO4)3:0.07Ce3+,0.25Mn2的发光强度较Sr3La(PO4)3:0.25Mn2+明显增强,说明Ce3+向Mn2+进行了有效的能量传递,从而增强了材料的橙红光强度;通过测量材料的光谱等性能,深入研究了材料中Ce3+向Mn2+的能量传递机理；测量了材料的外量子效率,最大为38.6%。研究结果表明,材料Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+将在“UV+三基色”白光LEDs用红色荧光粉领域具有较好的应用前景。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8

【参考文献】

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1 黄立辉;王晨s，

本文编号：1278907