LEDs（发光二极管）光转换材料的合成与性能

论文摘要

半导体固体照明技术是全世界当前绿色照明和材料领域的研究前沿。其基本思路之一是以近紫外或蓝光发光二极管（LEDs）为芯片，结合合适的荧光转换材料来实现白光输出。本研究针对近紫外LED荧光转换材料的要求，采用荧光光谱，热释光谱，X射线光电子能谱，X射线衍射（XRD）等分析手段，重点研究ZnO绿色荧光粉和Eu2+激活铝酸锶绿色长余辉荧光材料的合成，或提高发光效率和稳定性的新方法及其相关机制。 并在以下几方面取得了一些进展： [1]将ZnS与一定量的卤化物MX（X=F，Cl，Br，I；M=Na，K，NH4，Zn，ZrO）一起煅烧合成出发光性能优良的、具有六方纤维锌矿结构的ZnO绿色荧光粉。证明了卤化物的助熔和掺杂双重功能，提出了在较低温度（700-800℃）下合成高效绿色荧光粉的基本方法。 [2]该类荧光粉中S和卤素（如Cl）的含量分别在0.6-2％和3-4％范围，可看成是S，Cl共掺杂的ZnO荧光粉。紫外可见吸收光谱证明S和Cl的掺杂可以降低ZnO的带-带吸收强度，并在3.06ev（399nm）出现新的吸收峰。其发射光谱的峰值波长为506-510nm，未观察到380nm的激子发射，而激发光谱由370nm以下和378-397nm的两个吸收发射带组成，分别对应于电子从从价带到导带和价带到禁带中局域缺陷中心的跃迁。后一吸收带与紫光二极管（NULED）的光输出波长（370-400nm）相匹配，可望应用于白光二极管。 [3]不同卤素离子对ZnO荧光增强作用的大小次序为Cl＞F＞Br＞I。这与它们的离子半径与S2-和O2-离子半径的匹配程度相关。由于Cl-与S2-离子的半径非常接近，Cl-很容易参与O对S的取代过程，形成由氯离子占居的氧空位，导致负电荷不足，为促使Zn2+被还原，产生还原态Zn空位创造了条件。 [4]不同阳离子对ZnO的荧光增强作用与煅烧温度相关。Na+，K+对提高带-带吸收效果明显，所以在较低温度600-700℃下的作用更好，而NH4+对价带-禁带中局域缺陷中心的跃迁贡献较大，在较高温度下仍有很好的增强作用。ZnCl2和ZrOCl2也被证明是具有双重作用的添加剂，而ZrO2和KH2PO4对于ZnO荧光

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述与选题依据
• 1.1 前言
• 1.2 单色LED及其组装的白色LED灯
• 1.3 荧光粉转换pcLEDs
• 1.3.1 能量效率与光色
• 1.3.2 蓝色LED及其荧光粉转换pcLEDs
• 1.3.3 紫光LED及其荧光转换pcLEDs
• 1.3.4 pcLED荧光粉
• 1.3.5 双荧光粉和多荧光粉转换pcLED
• 1.3.6 单色pcLED
• 1.3.7 寿命
• 1.4 激光二极管及荧光单晶集成的白色LED
• 1.5 不含荧光粉的单片集成白色LED
• 1.6 掺杂型单色和白色LED
• 1.7 最新进展与本研究的选题依据
• 1.8 本课题研究内容
• 第二章 高效绿色ZnO荧光粉制备过程中卤化物的作用及机理
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 荧光粉合成
• 2.2.2 荧光粉表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 ZnO,ZnS及煅烧ZnS所得ZnO荧光光谱比较
• 2.3.2 以卤化铵为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2.3.2.1 卤化铵用量对产物发光强度的影响
• 2.3.2.2 煅烧温度对激发光谱和发射光谱的影响
• 2.3.2.3 煅烧温度对ZnO荧光粉中硫含量的影响
• 2.3.2.4 煅烧温度对ZnO荧光粉的形貌和颗粒大小的影响
• 2.3.2.5 ZnO荧光粉的XRD图
• 2.3.2.6 ZnO荧光粉中的氯离子含量分析
• 2.3.2.7 ZnO荧光粉的紫外-可见吸收光谱分析
• 2.3.2.8 ZnO荧光粉的XPS分析
• 2.3.2.9 ZnO荧光粉的绿色发射的强化与激子发射消除的原因
• 2.3.3 以卤化钾为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2.3.3.1 助熔剂的量对发光强度的影响
• 2.3.3.2 煅烧温度对发光强度的影响
• 2.3.3.3 助熔剂种类对荧光发射光谱的影响
• 2.3.3.4 煅烧温度对激发光谱和发射光谱的影响
• 2.3.3.5 煅烧温度对含硫量的影响
• 2.3.3.6 助熔剂和煅烧温度对合成ZnO荧光粉粒度的影响
• 2.3.3.7 XRD分析
• -的含量与煅烧温度的关系'>2.3.3.8 Cl^-的含量与煅烧温度的关系
• 2.3.3.9 ZnO荧光粉的形貌
• 2.3.3.10 紫外-可见吸收光谱分析
• 2.3.4 以氯化钠为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2.3.4.1 NaCl的添加量对合成ZnO的荧光发射光谱的影响
• 2.3.4.2 助熔剂对荧光粉粒度的影响
• 2.3.4.3 合成产物的物相组成
• 2.3.4.4 合成ZnO荧光粉中的S和Cl含量分析
• 2.3.4.5 荧光粉的激发光谱
• 2.3.4.6 荧光粉的发射光谱
• 2.3.5 以氯化锌为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2.3.5.1 煅烧温度对含硫量的影响
• 2.3.5.2 煅烧温度对激发光谱和发射光谱的影响
• 2.3.5.3 紫外-可见吸收光谱分析
• 2.3.5.4 XRD分析
• 2的添加量对荧光强度的影响'>2.3.5.5 ZnCl₂的添加量对荧光强度的影响
• -的含量与煅烧温度的关系'>2.3.5.6 Cl^-的含量与煅烧温度的关系
• 2.3.6 卤化物中的阳离子对ZnO荧光特性的影响
• 2.3.6.1 氯化物系列
• 2.3.6.2 溴化物系列
• -的含量的影响'>2.3.6.2.1 煅烧温度对ZnO中Br^-的含量的影响
• 2.3.6.2.2 荧光光谱分析
• 2.3.6.3 氟化物系列
• 2.3.7 其它助熔剂或添加剂存在时煅烧ZnS所得ZnO的荧光性能
• 4H₂PO₄为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能'>2.3.7.1 以NH₄H₂PO₄为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2PO₄为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能'>2.3.7.2 以KH₂PO₄为助熔剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2和ZrOCl₂为添加剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能'>2.3.7.3 以ZrO₂和ZrOCl₂为添加剂时煅烧ZnS所得ZnO荧光性能
• 2.4 结论
• 第三章 铝酸锶铕长余辉材料的合成及抗水稳定性
• 3.1 前言
• 3.1.1 空穴转移模型
• 3.1.2 位型坐标模型
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与药品
• 3.2.2 铝酸锶铕和铝酸锶铕镝荧光粉的合成
• 3.2.3 测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 以硼酸作助熔剂合成荧光粉的荧光光谱
• 4Cl为助熔剂合成荧光粉的荧光光谱和物相分析'>3.3.2 以NH₄Cl为助熔剂合成荧光粉的荧光光谱和物相分析
• 2剂对合成铝酸锶铕荧光粉性能的影响'>3.3.3 添加TiO₂剂对合成铝酸锶铕荧光粉性能的影响
• 2剂对合成铝酸锶铕荧光粉性能的影响'>3.3.4 添加ZrO₂剂对合成铝酸锶铕荧光粉性能的影响
• 3.3.5 添加MgO剂对合成铝酸锶铕荧光粉性能的影响
• 3.4 铝锶比对合成铝酸锶铕（镝）发光性能及水解稳定性的影响
• 3.4.1 合成荧光粉在水处理前后的荧光性能变化
• 3.4.2 荧光粉热释光谱分析
• 3.4.3 荧光粉XRD分析
• 3.5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文