白光LED用铝酸盐荧光粉的制备及发光性质研究

论文摘要

白光发光二极管（WLED）是一种高效、节能、环保、长寿命的新型固态照明技术,被誉为第四代照明光源,也称为21世纪绿色光源。制备WLED主要有两大途径,其中使用发射黄光的无机稀土发光材料与蓝光LED封装组成WLED是近期发展的主要方向。荧光粉技术的进步对WLED的发展有着至关重要的作用。目前用YAG：Ce荧光粉制备的WLED因其发射波长较短,显色指数较小（<80）,使其发光颜色偏蓝色,刺激人的眼睛。为了克服这一缺点,我们制备了一种能被蓝光LED（最佳发射波长在465 nm左右）有效激发的橙黄光发射荧光粉。首先,利用溶胶-凝胶低温燃烧法制备了铝酸盐基纳米发光材料MAl2O4：Eu2+,Eu3+（M=Mg,Ca,Sr,Ba）,并对其结构、形貌和荧光性质进行了研究。结果表明,在600℃低温下即可得到纯晶相产物,样品中同时出现了Eu2+的4f65d1-4f7发射及Eu3+的f-f发射。通过计算其色度坐标发现,MgAl2O4：Eu2+,Eu3+、CaAl2O4：Eu2+,Eu3+、BaAl2O4：Eu2+,Eu3+三种荧光粉的发光区域均在橙黄光区。其次,为了进一步提高MAl2O4：Eu2+,Eu3+中Eu3+的发射强度,制备了复合碱土铝酸盐MgxM1-xAl2O4:Eu2+,Eu3+（M=Sr,Ca,Ba）荧光粉,同时研究了基质中碱土离子掺杂比例、燃烧温度、燃烧时间、以及Eu3+的掺杂浓度等对产物发光性质的影响。掺入少量碱土离子Mg时,样品先是保持本身晶相（MAl2O4（M=SrCa,Ba））不变,持续增加Mg的含量,样品由一种晶相变为两种晶相（MAl2O4与MgAl2O4）的混合物,最终变为单一晶相（MgAl2O4）。光致发光研究结果表明,低温燃烧（600℃）得到的样品的发光强度较高,燃烧时间对其发光性质几乎没有影响；当对MgAl2O4基质进行10%碱土离子（Sr,Ca,Ba）掺杂后,产物中Eu3+的发光强度得到了明显的提高,与此同时,Eu2+的发光强度基本不变,而且二者发射峰位置并没有发生变化。由色度坐标分析得到, Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+发光区域仍在橙黄光区,但Mg0.9Ca0.1IAl2O4：Eu2+, Eu3+与Mg0.9Ba0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+二者的发光区域转移到红光区。第三,用同种方法制备了稀土元素共掺杂的Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+,Ce3+、Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+,Dy3+Mg0.9Sr0.1Al2O4：Eu2+,Eu3+,Pr3+纳米荧光材料,并研究了其晶体结构及发光性质。稀土元素的掺杂没有改变晶体结构,但由于样品基质中陷阱能级的生成及稀土离子间的能量转移,产物中没有发现Ce3+、Dy3+、Pr3+的特征发射。同时,在样品中Eu2+的发光强度基本不变,但Eu3+发光强度明显减弱,且二者发光峰的位置未发生变化,因此,样品发光中红光部分减少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 LED概述
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 LED的发展历史及种类
• 1.1.3 LED的结构及发光原理
• 1.1.4 LED光源特点及应用
• 1.2 白光发光二极管
• 1.2.1 白光LED的实现方式
• 1.2.2 WLED用荧光粉的要求
• 1.2.3 白光LED的应用
• 1.3 发光理论与发光材料
• 1.3.1 发光的概念及分类
• 1.3.2 发光材料的概念及组成
• 1.3.3 发光方面的基本概念
• 1.3.4 发光机理
• 1.3.5 光致发光的测试表征
• 1.3.6 发光材料的合成方法
• 1.4 稀土发光材料
• 1.4.1 稀土元素概述
• 1.4.2 稀土发光材料的发光机理及优点
• 1.4.3 稀土离子的光谱特征
• 2+和Eu³⁺的能级和发光'>1.4.4 稀土离子Eu²⁺和Eu³⁺的能级和发光
• 1.4.5 影响稀土离子发光特性的因素
• 1.4.6 稀土离子之间的电子转移理论
• 1.5 本课题的研究目的和研究意义
• 参考文献
• 第二章 铕激活单碱土铝酸盐纳米发光材料的制备与表征
• 2.1 引言
• 2O₄:Eu²⁺,Eu³⁺荧光粉的制备与表征'>2.2 SrAl₂O₄:Eu²⁺,Eu³⁺荧光粉的制备与表征
• 2.2.1 实验过程
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.3 结论
• 2O₄:Eu²⁺,Eu³⁺（M=Mg,Ca,Ba）荧光粉的制备与表征'>2.3 MAl₂O₄:Eu²⁺,Eu³⁺（M=Mg,Ca,Ba）荧光粉的制备与表征
• 2.3.1 实验过程
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.3.3 结论
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 复合碱土铝酸盐纳米荧光粉的制备与表征
• 3.1 引言
• xSr_1-xAl₂O₄:Eu²⁺,Eu³⁺的制备及表征'>3.2 Mg_xSr_1-xAl₂O₄:Eu²⁺,Eu³⁺的制备及表征
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.3 结论
• xM_1-xAl₂O₄:Eu²⁺,Eu³⁺（M=Ca,Ba）的制备及表征'>3.3 Mg_xM_1-xAl₂O₄:Eu²⁺,Eu³⁺（M=Ca,Ba）的制备及表征
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.3 结论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 稀土元素共掺杂铝酸盐纳米荧光材料的制备与表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 主要结论及有待进一步展开的工作
• 5.1 主要结论
• 5.2 主要创新点
• 5.3 有待进一步开展的工作
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利申请
• 学位论文评阅及答辩情况表