【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,光電照明技術(shù)也在與時(shí)俱進(jìn),從19世紀(jì)的白熾燈到如今的發(fā)光二極管(LED),光電轉(zhuǎn)化效率得到了顯著的提高。LED由于具有綠色環(huán)保,壽命長,亮度高等優(yōu)異性能吸引了廣大研究工作者的目光。迄今為止已廣泛投入商業(yè)生產(chǎn)的方式有以下兩種:1、InGaN/GaN藍(lán)光芯片和YAG(Y_3Al_5O_(12)):Ce~(3+)黃光熒光粉組合;2、近紫外LED(n-UV)和三基色熒光粉組合。在這兩種方法中,熒光粉都是LED器件中的核心成分。運(yùn)用熒光粉和LED芯片組合的方式去實(shí)現(xiàn)白光的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,成本較低,但是要想制備亮度高,環(huán)保節(jié)能,持續(xù)穩(wěn)定的白光LED,就需要開發(fā)出高品質(zhì)的熒光粉。第一種方法的不足之處在于有效紅光成分的缺失,導(dǎo)致熒光粉顯色性和色溫不佳(Ra80,CCT4000K),當(dāng)下最常用的紅光熒光粉的激活劑是Eu~(3+),Eu~(2+),雖然在稀土材料中Eu_2O_3較為便宜,但是常常需要采用耗能低效的高溫固相法制備,使得成本較高,不利于工業(yè)生產(chǎn)以及推廣使用LED,因而現(xiàn)階段我們需要制備一種既能在較低溫度下合成又不需要用昂貴的稀土化合物做原料的高效能紅光熒光粉。較第一種方案,第二種方案的優(yōu)點(diǎn)是紫外光比藍(lán)光更加高能,意味著制備出的白光光效更佳,缺陷在于三基色熒光粉之間存在再吸收和匹配不足的問題,拉低了整體發(fā)光效率,目前探索出最好的改進(jìn)方式是選用能被NUV LED芯片激發(fā)的摻雜激活劑、敏化劑離子的單一基質(zhì)熒光粉去取代三基色熒光粉。本論文基于以上兩種方案,旨在制備出白光LED(w-LED)用熒光粉:1、能被藍(lán)光LED激發(fā)的廉價(jià)高效的窄帶紅光熒光粉,與藍(lán)光LED芯片和黃光熒光粉搭配,配合成白光;2、能被NUV LED激發(fā)的摻雜多發(fā)光中心的單一基質(zhì)熒光粉,利用發(fā)光中心之間的能量傳遞去實(shí)現(xiàn)調(diào)整型發(fā)光,即同時(shí)實(shí)現(xiàn)白光和窄帶紅光。開展了以下實(shí)驗(yàn)且得到的成果如下:(1)采用兩步法合成了以氟化物Ba_2ZrF_8為基質(zhì),用過渡金屬離子Mn~(4+)作為激活劑的Ba_2ZrF_8:Mn~(4+)紅光熒光粉,研究摻雜離子濃度,反應(yīng)物之間的比例對(duì)熒光粉發(fā)光性能,晶體結(jié)構(gòu),表面形貌的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:該晶體是由很多形狀不規(guī)則,表面光滑,邊緣清晰的粒子所組成,改變Mn~(4+)的摻雜濃度會(huì)對(duì)晶體形貌產(chǎn)生一定的影響,反應(yīng)物比例的改變不會(huì)嚴(yán)重影響晶格,但是會(huì)影響其發(fā)光強(qiáng)度。Ba_2ZrF_8:Mn~(4+)熒光粉可以被藍(lán)光LED所激發(fā),且發(fā)光性較好,按照發(fā)射光譜計(jì)算CIE色度坐標(biāo)得x=0.68,y=0.32,位于紅光區(qū)。(2)用兩步法合成CsNaGeF_6:Mn~(4+)紅光熒光粉,有位于~460 nm處的特征激發(fā)峰,和位于~630 nm處的窄帶發(fā)射峰,說明這種材料可以被藍(lán)光LED所激發(fā)。尚且未知其晶體結(jié)構(gòu),研究發(fā)現(xiàn)其XRD衍射峰位置和CsNa(Ge_(0.5)Sn_(0.5))F_6標(biāo)準(zhǔn)卡片相近,但是峰位整體向左偏移,因此推斷CsNaGeF_6晶體可能也屬于空間群pbcm。晶體呈棒狀,形狀規(guī)則,表面光滑,邊緣清晰,尺寸平均為2μm左右,在商業(yè)應(yīng)用范圍內(nèi)(1~5μm),基質(zhì)帶隙較寬為0.52eV,適于用做稀土發(fā)光材料。造成CsNaGeF_6:Mn~(4+)紅光熒光粉濃度猝滅的能量傳遞機(jī)制是d-d相互作用。熱穩(wěn)定性較好,在150℃時(shí)發(fā)光強(qiáng)度約為室溫時(shí)50%,且一開始發(fā)光強(qiáng)度隨溫度升高變化趨勢(shì)不明顯,根據(jù)Arrhenius公式算出活化能ΔE=0.69 eV。(3)采用高溫固相法合成NaY_9(SiO_4)_6O_2:Bi~(3+),Eu~(3+)熒光粉,研究改變摻雜離子濃度、激發(fā)波長、溫度等對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、形貌、發(fā)光強(qiáng)度、激發(fā)發(fā)射波長的影響。結(jié)果顯示,改變激發(fā)波長(335-370 nm),特征發(fā)射也隨之發(fā)生了變化,當(dāng)激發(fā)波長增大時(shí),~506 nm處特征峰會(huì)逐漸降低,~410 nm處特征峰逐漸變得明顯,這種現(xiàn)象說明在NYSO基質(zhì)中可能存在兩個(gè)不同的Bi~(3+)發(fā)光中心。同時(shí)Bi~(3+),Eu~(3+)之間可以通過有效的能量傳遞去調(diào)節(jié)發(fā)光顏色,同時(shí)實(shí)現(xiàn)白光和紅光增強(qiáng)。樣品的活化能?E為0.25eV,在150℃時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度為25℃時(shí)的78%,即熱穩(wěn)定性良好,可滿足商業(yè)化應(yīng)用需求。
【圖文】：

圖 1-1 (a) LED 的工作原理和(b) LED 封裝方式的演變。ure 1-1 (a) The working pricinple of LED and (b) the evolution of LED LED 的實(shí)現(xiàn)方式止，制得白光 LED 熒光粉的最主要方式為以下 3 種：換法光轉(zhuǎn)換法是使用最廣的一種方式，其又可以細(xì)分為兩種熒光粉，即藍(lán)光 LED 芯片上涂覆 YAG: Ce3+黃色熒光粉，片發(fā)射出藍(lán)光，藍(lán)光再激發(fā)黃光熒光粉使其發(fā)出黃光，黃。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以通過改變電流以及熒光粉的涂覆制備方式簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，發(fā)光強(qiáng)度高，技術(shù)成熟，但是的是光譜的波長較短，缺乏紅光成分導(dǎo)致顯色指數(shù)低、色膜，不適于用在室內(nèi)照明上�？梢酝ㄟ^添加紅色熒光粉的

圖 1-2 (a) K2TiF6: Mn4+紅光熒光粉的變溫光譜強(qiáng)度積分圖；(b) K2TiF6: Mn4+紅光熒光粉制成器件后的發(fā)光情況[17]。Figure 1-2 Temperature-dependent integral spectral intensity diagram of K2TiF6: Mn4+redphosphor; (b) Luminescence of sample devices under 60 mA.(2) 硅基氮氧化物體系摻雜 Eu2+的氮化物體系紅光熒光粉是當(dāng)前商業(yè)應(yīng)用最廣的熒光粉體系，因?yàn)槠浠瘜W(xué)物理性質(zhì)穩(wěn)定，發(fā)光性能優(yōu)越。氧化銪是一種價(jià)格相對(duì)便宜，發(fā)光性能優(yōu)越的稀土化合物。Eu2+最外層電層結(jié)構(gòu)是 4f65d1，由于裸露在外面的 5d 能級(jí)容易受晶體場(chǎng)的影響，能發(fā)生 5d-4f 能級(jí)的電子躍遷，，所以經(jīng)常呈現(xiàn)出發(fā)射帶較寬，發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)，熒光壽命較短，發(fā)光顏色連續(xù)可調(diào)的特質(zhì)。硅基多元系氮化物和氧氮化物的制備過程即為在硅酸鹽/鋁硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中引入 N 原子，結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾種：M2Si5N8、MSi2O2N2、MAlSiN3、M[LiAl3N4]，M 代表 Ga、Sr、Ba 三種元素[18]。日本學(xué)者 Uheda[19]等人用高溫固相法制備的深紅光 GaAlSiN:
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O482.31;TN312.8

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本文編號(hào)：2649777