【摘要】：高效藍(lán)光芯片(LED)的問(wèn)世,使得白光LED成為獲得白光的重要方式,并發(fā)展為第四代照明光源。稀土熒光粉作為白光LED的中重要的光轉(zhuǎn)換材料,成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著藍(lán)光LED的發(fā)射波段進(jìn)一步向近紫外區(qū)域拓展,相匹配的熒光粉也要不斷進(jìn)行研發(fā)。大部分的三價(jià)稀土離子(Re~(3+))的發(fā)光源自4f-4f的組內(nèi)躍遷,由于4f外層電子的屏蔽作用,其激發(fā)和發(fā)射峰位受基質(zhì)影響相對(duì)較小,光譜特性相對(duì)固定。所以,本論文定位于f-d組間躍遷的過(guò)渡金屬離子Cr~(3+)和稀土離子Ce~(3+),研究其所處晶體場(chǎng)影響而體現(xiàn)出的光學(xué)特性的變化,也通過(guò)對(duì)其晶體場(chǎng)環(huán)境的強(qiáng)弱判斷來(lái)推斷其所處的具體格位。相互印證,不僅能完善理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo),還能更好地探索新的基質(zhì)材料來(lái)拓展熒光粉的類型。另外,也對(duì)目前高功率白光LED照明領(lǐng)域所缺失的綠光熒光陶瓷,進(jìn)行了制備工藝的探索。本論文主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行展開(kāi):(1)在過(guò)去的近幾年里,近紫外激發(fā)的三基色熒光粉成為獲得白光LED的研究熱點(diǎn)。發(fā)射位于400nm附近的芯片,是目前已有的效率最高的近紫外芯片(near-UV LED)。但是,目前大部分的藍(lán)光熒光粉在400nm的激發(fā)并不十分有效。我們開(kāi)發(fā)了新型藍(lán)色熒光粉SrLu_2O_4:Ce~(3+),能夠很好地與400nm近紫外LED匹配,且熱穩(wěn)定性優(yōu)秀。在405nm激發(fā)下,發(fā)射出峰值為于460nm的,半高寬為90nm的寬帶藍(lán)光發(fā)射。優(yōu)化得到的最佳離子摻雜濃度的樣品,其內(nèi)量子效率為76%。在150℃工作溫度下,其發(fā)射強(qiáng)度仍然能保持室溫下發(fā)射強(qiáng)度的86%。通過(guò)與商業(yè)黃光熒光粉和紅光熒光粉混合,涂覆在405nm近紫外芯片上獲得白光LED器件。通過(guò)調(diào)節(jié)組分的比重,能夠在保持高顯色指數(shù)(Ra≥90)的情況下,色溫控制在3094-8990K范圍內(nèi)可調(diào)。以上這些特性都表明,SrLu_2O_4:Ce~(3+)是有前景的近紫外激發(fā)的白光LED光轉(zhuǎn)換用發(fā)光材料。(2)先前關(guān)于在Ce~(3+)摻雜的SrLn_2O_4類型熒光粉(Ln=Y,Lu,Sc等)中,只表現(xiàn)出一個(gè)發(fā)光中心,且為藍(lán)光發(fā)射。在本章中,我們觀察到了在SrLu_2O_4:Ce~(3+)中的Ce~(3+)的第二個(gè)發(fā)光中心。該發(fā)光中心可以在485nm激發(fā)下,發(fā)射出峰值位于600nm的寬帶紅光發(fā)射。我們認(rèn)為,這個(gè)新的發(fā)光中心(Ce(II))是占據(jù)了Lu~(3+)格位,而藍(lán)光發(fā)光中心(Ce(I))是源自Sr~(2+)格位的占據(jù)。光譜學(xué)分析表明,在低摻雜濃度下,優(yōu)先形成Ce(I)發(fā)光中心,且發(fā)光中心的數(shù)量比Ce(I)/Ce(II)隨著Ce~(3+)摻雜濃度增加而明顯減小,直到x達(dá)到0.004。兩個(gè)發(fā)光中心的熒光壽命隨著摻雜濃度的變化也進(jìn)行了測(cè)量,可以觀察到Ce(I)向Ce(II)的能量傳遞。當(dāng)溫度升高從83K到350K時(shí),Ce(II)的發(fā)光強(qiáng)度的減弱的速度要明顯快于Ce(I)中心,說(shuō)明可以利用其相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度比率來(lái)反映溫度的變化,且在283K時(shí),計(jì)算得相對(duì)敏感度高達(dá)2.28%K~(-1)。(3)Cr~(3+)摻雜的石榴石結(jié)構(gòu)的Ca_2LuZr_2Al_3O_(12)(CLZA)熒光粉,是有前景的寬帶近紅外熒光粉,其激發(fā)峰能夠與460nm藍(lán)光芯片完美匹配。使用該熒光粉同460nm藍(lán)光LED封裝,獲得750-850nm范圍的近紅外光的輸出。而且,其電光效率為4.1%,要優(yōu)于目前常規(guī)的鎢燈的效率(2.9%)。在CLZA基質(zhì)結(jié)構(gòu)中,Cr~(3+)占據(jù)Ca~(2+)/Lu~(3+)和Zr~(4+)格位,分別形成兩個(gè)發(fā)光中心Cr1、Cr2。對(duì)于CLZA:xCe~(3+),yCr~(3+)系列樣品,Ce~(3+)和Cr~(3+)分別占據(jù)正十二面體格位和正八面體格位,并對(duì)兩種激活離子所處格位的晶體場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算。由于Cr~(3+)的吸收能力較弱這一固有屬性,通過(guò)引入Ce~(3+)作為敏化劑來(lái)提高熒光粉對(duì)近紫外光的吸收,并計(jì)算出Ce~(3+)向Cr~(3+)的高效的能量傳遞速率。在對(duì)CLZA:Cr~(3+)樣品的溫度依賴性關(guān)系進(jìn)行分析時(shí),發(fā)現(xiàn)其升溫過(guò)程有兩個(gè)熱過(guò)程,為低溫?zé)徕绾透邷責(zé)犭x化過(guò)程,并對(duì)兩個(gè)過(guò)程的具體激活能進(jìn)行了計(jì)算與分析。(4)高功率白光LED/激光照明是照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì),而熒光透明陶瓷又是高功率照明領(lǐng)域的重要光轉(zhuǎn)換材料。針對(duì)目前熒光透明陶瓷的研究還是以黃光透明陶瓷為主,部分為紅光氮化物陶瓷,而綠光透明陶瓷一直是研究的短板。所以,在前期關(guān)于黃光透明陶瓷(YAG:Ce~(3+))制備工藝的基礎(chǔ)上,我們對(duì)Ca_3Sc_2Si_3O_(12):Ce~(3+)基綠光透明陶瓷的制備工藝進(jìn)行了研究。首先對(duì)于結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的Ca_3Sc_2Si_3O_(12)樣品,采用先合成粉體再高溫生長(zhǎng)晶體的路徑。先后從球磨介質(zhì)、球磨時(shí)間和球磨轉(zhuǎn)速等方面對(duì)粉體粒徑分布的影響進(jìn)行展開(kāi)。得到了目前燒結(jié)條件下的“最優(yōu)粒徑分布”,以及直線透過(guò)率14%的綠光陶瓷樣品。
【圖文】：

近紫外和藍(lán)光激發(fā)的镥基氧化物發(fā)光材料的制備與發(fā)光特性研究1 白光的實(shí)現(xiàn)方式如圖 1.1 所示，當(dāng)牛頓拿出三棱鏡對(duì)著太陽(yáng)光，讓人們第一次認(rèn)識(shí)到白光橙黃綠藍(lán)靛紫等多色光混合而成。隨著后來(lái)研究深入，，大家也明白了光的：紅，綠，藍(lán)。黃光作為紅光和綠光的混合結(jié)果，可以直接與藍(lán)光混合得。

藍(lán)。黃光作為紅光和綠光的混合結(jié)果，可以直接與藍(lán)光圖 1.1 (a) 光的色散實(shí)驗(yàn) (b) 光的三基色：紅，綠，藍(lán)gure 1.1 (a) Dispersion of sunlight (b) Three primary colors of light想要獲得白光光源，就是要獲得基本的紅，綠，藍(lán)的三色光光二極管的白光 LED 的實(shí)現(xiàn)方案如圖 1.2 所示，有以下三種
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ422;O482.31

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本文編號(hào)：2601399