用于InGaN基发光二极管的稀土活化Sr3Al2O6荧光粉的研究

论文摘要

白色发光二极管（WLEDs）的问世,是半导体技术的发展在引发微电子革命后又在孕育一场新的产业革命——照明革命.由于WLEDs体积小、耐振动、响应速度快、寿命长和无污染等优点,将成为替代白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯之后的第四代光源。目前蓝光LED芯片/YAG:Ce模式的WLEDs存在的问题除效率和寿命外,其中一个问题是需要发展新的蓝光或篮紫光可激发的非硫化物红光荧光材料,以进一步提高的白光的显色指数。本工作围绕基质化学计量比为Sr3Al2O6的发光材料,研究在紫外和蓝光或蓝紫光激发下的红光及白光材料制备、结构和光谱性能。本研究工作主要获得以下创新性的结果:[1]用一种纳米尺度的拟薄水铝石原料作铝源的复合溶胶喷雾-热解方法成功制备了橘红光荧光粉Sr3Al2O6:Eu,Dy3+,实现了一种非金属醇盐水解的荧光粉溶胶-凝胶制备方法。[2]所制备的Sr3Al2O6:Eu,Dy3+橘红光荧光粉的光致发光谱表明该荧光粉具有从400nm到500nm的宽激发带,与GaN的发射波长范围很好的匹配,和以595nm为中心的发射带,从而有助于改善现有蓝光芯片/YAG:Ce3+型WLEDs器件的显色指数。[3]在荧光粉Sr3Al2O6:Eu,Dy3+中,橘红光来自发光中心Eu2+离子。对应样品发射光谱中Eu3+和Eu2+的相对发射强度比值大小进行计算,说明了Zn2+部分取代阳离子和Sr2+空位的进一步引入晶格可以促进Eu3+到Eu2+的还原,从而进一步提高荧光粉的发光效率。同时使用Van Uiltert经验公式探究了Eu2+在不同样品中拥有不同色光的本质。[4]采用高温固相法得到了单基质白光磷光粉Sr3Al2O6:Dy3+。在350nm激发下该磷光粉发出黄光（578nm）和蓝光（484nm）,分别对应Dy3+离子4f9组态内4F9/2分别到2H13/2和2H15/2的跃迁。这两种衰减速率一致光组合成我们所看到的白光,为色稳定性的近紫外芯片激发的余辉二极管的制备提供了依据。[5]Dy3+在不同晶格Ba3Al2O6、Sr3Al2O6和Ca3Al2O6中特征发射的研究结果表明在Ba3Al2O6晶格中Dy3+特征发射和另外两种晶格中的相比相当弱。我们认为这种现象是由于晶格Ba3Al2O6中[AlO4]之间联接方式不同于Sr3Al2O6中的而导致Dy3+周边晶场有所不同,表现在Dy3+的发光性能上的不同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 白光LED
• 1.1.1 白光LED的发展
• 1.1.2 白光LED技术
• 1.1.3 余辉LED
• 1.2 GaN基蓝光芯片
• 1.3 用于白光LED的红色荧光粉
• 1.3.1 传统红色荧光粉
• 1.3.2 新型红色荧光粉
• 1.4 单基质白色磷光粉
• 1.5 课题的提出及研究思路
• 第二章 理论分析和文献研究
• 2.1 铝酸锶基荧光材料
• 2O₃二元体系相图'>2.1.1 SrO-Al₂O₃二元体系相图
• 3Al₂O₆为基质的发光材料的研究现状'>2.1.2 以Sr₃Al₂O₆为基质的发光材料的研究现状
• 3Al₂O₆的成相温度'>2.1.3 Sr₃Al₂O₆的成相温度
• 3Al₂O₆基质的微结构分析'>2.2 Sr₃Al₂O₆基质的微结构分析
• 2.3 稀土离子的光学性质
• 2.3.1 稀土离子的正常价态与异常价态
• 2.3.2 Eu和Dy离子的发光特性
• 2.4 以拟薄水铝石为铝源的荧光材料的喷雾热解制备技术
• 2.4.1 拟薄水铝石
• 2.4.2 拟薄水铝石复合溶胶喷雾热解技术
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验原料
• 3.2 制备方法
• 3.2.1 溶胶凝胶法
• 3.2.2 固相法
• 3.2.3 草酸辅助低温固相法
• 3.3 分析表征方法
• 3.3.1 热重-同步差热分析
• 3.3.2 物相鉴定和结构分析
• 3.3.3 荧光光谱测试
• 3.3.4 热释光谱测试
• 3.3.5 X射线光电子衍射能谱分析
• 3Al₂O₆:Eu,Dy³⁺红色荧光材料的制备和发光性质'>第四章 Sr₃Al₂O₆:Eu,Dy³⁺红色荧光材料的制备和发光性质
• 4.1 基质材料的合成
• 3Al₂O₆:Eu,Dy³⁺'>4.2 Sr₃Al₂O₆:Eu,Dy³⁺
• 4.2.1 热重-差热分析
• 4.2.2 样品制备
• 4.2.3 物相分析
• 3Al₂O₆:Eu,Dy³⁺的发光特性'>4.2.4 Sr₃Al₂O₆:Eu,Dy³⁺的发光特性
• 3Al₂O₆:Eu,Dy³⁺中Eu³⁺到Eu²⁺的还原'>4.3 Sr₃Al₂O₆:Eu,Dy³⁺中Eu³⁺到Eu²⁺的还原
• 4.3.1 样品的激发和发射光谱
• 4.3.2 典型样品的微结构晶胞参数
• 4.3.3 热释光谱
• 4.3.4 X射线光电子能谱分析
• 4.4 草酸辅助低温固相法
• 4.5 本章小结
• 3Al₂O₆:Dy³⁺白光磷光材料的光学特性及分析'>第五章 Sr₃Al₂O₆:Dy³⁺白光磷光材料的光学特性及分析
• 5.1 样品制备
• 5.2 物相检测
• 3+浓度对发光性能的影响'>5.3 Dy³⁺浓度对发光性能的影响
• 3Al₂O₆:Dy³⁺磷光体的白光发射机理分析'>5.4 Sr₃Al₂O₆:Dy³⁺磷光体的白光发射机理分析
• 5.4.1 光致发光光谱
• 5.4.2 余辉曲线
• 5.4.3 热释光谱
• 5.5 Sr/Al比对发光性能的影响
• 5.6 不同阳离子对发光性能的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢