单基白光LED硅酸盐荧光粉的合成、表征和发光性质

论文摘要

自1993年日本日亚化学成功开发出全球第一个商业化以氮化铟镓（InGaN）为材质的蓝、紫光LED之后,更加速以白光LED作为照明新世代的来临。日亚化学更在1996年发表InGaN/Y3Al5O12:Ce3+（简称YAG:Ce）荧光粉的单芯片白光LED,自此全球热烈展开白光LED相关技术研发的竞逐。发光二极管（LED）具有发热量低、耗电量小寿命长、反应速度快、以及体积小等优点,目前全球白光LED照明产业持续蓬勃发展,尤其在手机面板背光源、照明以及汽车产业的应用更有巨大潜力。但是商用蓝光芯片+YAG:Ce的组合方式红光区域的发光匮乏,具有显色指数偏低（Ra≤80）,高色温（7756 K）的缺点。为了克服以上缺点,开发出紫外芯片涂敷红、绿、蓝三基色荧光粉的组合方法。而红绿蓝三基色荧光粉之间存在颜色再吸收和配比调控等问题,所以紫外或近紫外激发的单一基质发白光的荧光粉以其高显色指数、可调控的发光颜色和优良的色坐标等优点受到了广泛关注。硅酸盐除了制备成本低廉外,还具有高温度稳定性（至少120℃以上）,物理（如高强辐射）与化学稳定性,抗氧化、抗潮、不与封装树脂作用,以及可搭配紫外／蓝光芯片,可供制作各种色温的白光LED的条件,是一种优良的单基白光LED荧光粉基质。Eu3+离子和Tb3+离子跃迁属于f→f窄带电子跃迁,Eu2+离子跃迁属于f→d跃迁,这种f→d跃迁拥有宽带吸收和发射。由于5d轨道裸露在外面,受晶体场影响较大,发射波长可从紫外区到红外区任意变化。在适合的基质中,共掺杂Eu2+（蓝光）、Eu3+（红光）和Tb3+（绿光）离子可实现单基白光发射,调节掺杂离子浓度可实现对发射光的调控。为了实现接近太阳光色坐标的可被紫外芯片激发的单一基质白光LED荧光粉。本文合成了两种不同类型单一基质白光LED硅酸盐荧光粉,一类是Eu3+、Tb3+共掺正硅酸盐Sr1.5Ca0.5SiO4基质,其中部分Eu3+被还原为Eu2+。另一类是Tb3+单掺焦硅酸盐Sr2MgSi2O7基质。研究了制备条件对其发光性质的影响,讨论了其发光机理。1.Ca2-xSiO4:Eu2+绿色荧光粉的合成与光谱性能采用高温固相法在1250℃合成了Ca2-xSiO4:Eu2+绿色纯相荧光粉,比较了不同硅源合成样品的物相纯度、SEM和发光强度,找到了Eu2+离子最佳掺杂浓度。证明同一合成温度（1250℃）下,H2SiO3代替Si02做原料,可提高物相纯度,增强荧光粉发光强度2.Sr2-xCaxSiO4:Eu2+（x=0-1.95）的合成及发光性质研究根据第一章节的实验结果,不同温度（1250℃、1200℃）煅烧条件下合成了Sr1.95-xCaxSiO4：0.5%Eu2+（x=0-1.95）两个系列固溶体。分析了样品的XRD图和发光性质,通过晶体场分裂和电子云重排效应相互竞争解释了随着Ca2+离子浓度的增加Eu2+离子发射峰先红移后蓝移的现象。晶体场分裂起主导作用时,发生红移,电子云重排效应为主时,产生蓝移现象。3.Srl.s Cao.5Si04：Eu3+,Eu2+,Tb3+发光性能和能量传递机理合成Sr1.5 Ca0.5SiO4:Eu3+,Eu2+荧光粉,探究了Sr1.5 Ca0.5SiO4:EU3+中Eu3+（f→f跃迁）离子部分还原为Eu2+（f→d跃迁）离子反应时间对样品发光性质的影响。合成Sr1.5 Ca0.5SiO4:Tb3+绿色荧光粉并对其光谱进行了归属（f→f跃迁）。Eu3+、Tb3+共掺Sr1.5 Ca0.5SiO4,碳粉还原条件下部分还原Eu3+为Eu2+,合成了单基白光LED荧光粉Sr1.5Ca0.5SiO4:Eu3+,Eu2+,Tb3+,并研究了稀土掺杂离子间的能量传递机理,随着掺杂离子浓度变化的色坐标变化规律。4.Tb3+离子在Sr2MgSi2O7晶体中的白色发光现象采用高温固相法合成焦硅酸盐单基白光LED用Sr2MgSi2O7:Tb3+荧光粉,研究了荧光粉的发光性质并对其光谱进行了归属。讨论了随Tb3+离子掺杂浓度增加发光强度先增大后减小的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 发光二极管的历史回顾
• 1.2 白光LED的发光机理
• 1.3 单基白光LED荧光粉的研究现状
• 1.4 能量传递机理
• 1.5 单基白光LED荧光粉存在的问题
• 1.6 本论文要解决的主要问题
• 2-xSiO₄:Eu²⁺绿色荧光粉的合成与光谱性能'>2. Ca_2-xSiO₄:Eu²⁺绿色荧光粉的合成与光谱性能
• 2.1 实验部分
• 2.2 结果与讨论
• 2.3 结论
• 2-xCa_xSiO₄:Eu²⁺固溶体发光性能的研究'>3. Sr_2-xCa_xSiO₄:Eu²⁺固溶体发光性能的研究
• 3.1 实验部分
• 3.2 结果与讨论
• 3.3 结论
• 1.5Ca_0.5SiO₄:Eu³⁺,Eu²⁺,Tb³⁺的合成及能量传递机理'>4. 白光LED荧光粉Sr_1.5Ca_0.5SiO₄:Eu³⁺,Eu²⁺,Tb³⁺的合成及能量传递机理
• 4.1 实验部分
• 4.2 结果与讨论
• 4.3 结论
• 3+离子在Sr₂MgSi₂O₇晶体中的白色发光现象'>5. Tb³⁺离子在Sr₂MgSi₂O₇晶体中的白色发光现象
• 5.1 实验部分
• 5.2 结果与讨论
• 5.3 结论
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢