本文關鍵詞：稀土離子摻雜的寬帶發(fā)射LED用熒光粉的研究

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【摘要】：白光發(fā)光二極管是新一代的照明光源,具有體積小、全固態(tài)、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點,成為照明領域的研究熱點。目前產生白光LED的主流方案是在In Ga N基藍光芯片上涂敷Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)黃色熒光粉,通過管芯的藍光和熒光粉發(fā)射的黃光合成白光。YAG:Ce3+的發(fā)射為黃光,缺少紅光成分,封裝的白光LED顯色指數(shù)低于80。為解決這一問題,人們提出將黃色(綠色)和紅色熒光粉混合的方案。然而由于不同熒光粉之間存在再吸收的問題,白光LED流明效率降低。同時,由于不同熒光粉之間的老化特性和溫度特性不一致,白光LED的色彩會使用時間發(fā)生漂移。因此,獲得光譜成分均衡的LED熒光粉是人們追求的更高目標。高的顯色性要求熒光粉發(fā)射光譜中同時包含綠、黃、紅三種波段,這就要求熒光粉具有寬的發(fā)射譜帶。傳統(tǒng)的YAG:Ce3+黃色熒光粉正是由于具有寬帶發(fā)射的特性才在白光LED中得到廣泛應用。本論文嘗試制備比YAG:Ce3+具有更寬發(fā)射譜帶的黃色熒光粉,提高白光LED的顯色性能。為實現(xiàn)寬的譜帶發(fā)射,本論文嘗試了兩種方案:一種方案是在已知的發(fā)射譜帶較寬的熒光粉中,改變發(fā)光中心離子。另一種方案是在已知的發(fā)光材料中再引入一個新的發(fā)光中心,直接展寬發(fā)射譜帶。主要研究結果如下:1.首次報道了Sr Al Si4N7:Ce3+黃色熒光粉的發(fā)光性質。該熒光粉發(fā)射譜帶位于555nm,發(fā)射譜帶較YAG:Ce3+寬15nm左右,制備的白光LED,顯色指數(shù)(CRI)81,色溫(CCT)5624K,優(yōu)于YAG:Ce3+(CRI80,CCT6000)。Sr Al Si4N7的晶體結構中有兩個Sr2+格位,由于兩個Sr2+格位配位數(shù)相同并且半徑相近,因此兩個發(fā)光中心在發(fā)射光譜中很難區(qū)分,這導致了Sr Al Si4N7:Ce3+的寬帶發(fā)射。Sr Al Si4N7晶體結構中包含了一個獨特的[Al N4]共楞鏈,這種結構同鋁排斥原理相矛盾。通過鍵價和模型進行計算發(fā)現(xiàn),Sr Al Si4N7中[Al N4]四面體通過縮短Al-N鍵長增加了鍵價,從而使共楞連接變得合理。但是這種連接方式從能量上講是亞穩(wěn)的,最終導致了Sr Al Si4N7晶粒的擇優(yōu)取向現(xiàn)象。在材料合成中,發(fā)現(xiàn)需要過量的Al N原料才能合成發(fā)光性質良好的Sr Al Si4N7:Ce3+熒光粉。通過分析發(fā)現(xiàn),過量的Al N一部分進入Sr Al Si4N7晶格中,發(fā)生Al-O取代Si-N,并導致發(fā)射藍移;另一部分則與Sr Al Si4N7共存于最終產物中,增加了熒光粉的結晶性。2.將Eu2+引入到Sr Al Si4N7:Ce3+黃色熒光粉中,將發(fā)射譜帶進一步展寬,制備的白光LED顯色指數(shù)可以達到88。Sr Al Si4N7:Ce3+,Eu2+熒光粉的發(fā)射譜帶可以在550nm-610nm(黃-紅)之間連續(xù)可調,能夠適應不同的應用需求。Sr Al Si4N7:Ce3+,Eu2+中存在三個發(fā)光中心分別為Ce1、Ce2和Eu2,三個中心的發(fā)射分別位于黃綠光、橙黃光、紅光波段,三個波段在光譜中的比例可以通過Ce1-Eu2的能量傳遞過程調節(jié)。我們對前期和中后期的衰減曲線分析后獲得了Ce1-Ce2能量傳遞和Ce1-Eu2能量傳遞速率的關系,并且獲得了兩個能量傳遞過程相互影響的臨界濃度,并據(jù)此解釋了發(fā)射光譜的調節(jié)原理。與此對應的是,當Eu2+摻雜量較少時,發(fā)射譜帶明顯展寬,譜帶中同時包含三種波段的光,可以有效提升熒光粉的顯色指數(shù),同時Eu2+的引入增加了熒光粉的吸收能力,避免了封裝的白光LED的效率損失;當Eu2+摻雜量較多時,發(fā)射譜帶中黃綠光波段消失,紅光波段越來越占據(jù)主導低位,制作的LED色溫逐漸降低。3.觀察到Pr3+在Li2Sr Si O4中具有較寬發(fā)射譜帶的現(xiàn)象,并將該現(xiàn)象同格位的扭曲相關聯(lián)。引入偏心距和球度概念,計算了Li2Sr Si O4中[Sr O8]配位多面體的扭曲程度,并且同YAG中[YO8]配位多面體做對比。然后進一步將Pr3+紅光中心引入Li2Sr Si O4:Eu2+黃色熒光粉中,利用其寬帶發(fā)射的性質來增加紅光成分。在Li2Sr Si O4:Eu2+,Pr3+中我們發(fā)現(xiàn)了Eu-Pr的能量傳遞過程。Eu2+的5d能級有可能將能量傳遞給Pr3+的3P2和1D2能級,這樣的傳遞過程將導致Pr3+的1D2#174;3H4發(fā)射的額外增加,導致Pr3+發(fā)射光譜形狀的改變。進一步通過Inokuti-Hirayama公式研究能量傳遞的動力學過程,發(fā)現(xiàn)Eu-Pr能量傳遞的相互作用類型為偶極-四極,臨界躍遷距離為3.6?,遠小于YAG中的Ce-Pr躍遷。
【關鍵詞】：熒光粉 白光LED 氮硅鋁酸鹽 SrAlSi4N7 Li2SrSiO4
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O482.31
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-10
• 目錄10-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 光源簡史12-14
• 1.2 白光LED14-22
• 1.3 本論文研究內容和意義22-24
• 第2章 基本理論24-46
• 2.1 稀土離子的發(fā)光24-30
• 2.2 能量傳遞過程30-39
• 2.3 光與顏色39-43
• 2.4 光譜測量方法43-46
• 第3章 樣品的制備與表征46-50
• 3.1 氮化物熒光材料常用制備方法46-47
• 3.2 樣品的制備47
• 3.3 樣品的表征47-50
• 第4章 SrAl Si_4N_7:Ce~(3+)黃色熒光粉的制備及發(fā)光性質50-68
• 4.1 樣品制備51
• 4.2 發(fā)光性質51-56
• 4.3 結構與形貌56-59
• 4.4 過量AlN的作用59-66
• 4.5 本章小結66-68
• 第5章 SrAl Si_4N_7:Ce~(3+),Eu~(2+)熒光粉的發(fā)光性質68-84
• 5.1 樣品制備69
• 5.2 結構分析69-71
• 5.3 發(fā)光性質71-76
• 5.4 能量傳遞過程76-80
• 5.5 白光LED中的應用80-82
• 5.6 本章小結82-84
• 第6章 Li_2SrSiO_4:Eu~(2+),Pr~(3+)熒光粉的發(fā)光性質84-94
• 6.1 樣品制備85-86
• 6.2 晶體結構86-87
• 6.3 Li_2SrSiO_4:Pr~(3+)的發(fā)光性質87-89
• 6.4 Li_2SrSiO_4: Eu~(2+),Pr~(3+)的發(fā)光性質89-90
• 6.5 Li_2SrSiO_4: Eu~(2+),Pr~(3+)的能量傳遞90-91
• 6.6 本章小結91-94
• 第7章 結論與展望94-98
• 7.1 結論94-95
• 7.2 展望95-98
• 參考文獻98-108
• 在學期間學術成果情況108-110
• 指導教師及作者簡介110-112
• 致謝11

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1 方福波;王W毢，

本文編號：825013