白光LED用氟硅酸盐荧光粉的劣化行为及后处理工艺的研究

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作为最新一代的照明光源,白光LED凭借其高效节能和绿色环保等显著优势,引起了全球各个产业领域以及研究机构的广泛关注。目前白光LED的主要实现方式是在蓝光芯片上涂覆黄色YAG:Ce3+荧光粉,芯片自身发出的蓝光与荧光粉受到激发后发出的黄光互相叠加形成白光。但是使用该方式得到的白光光谱成分中缺乏红光,使得光源色温偏高且显色指数较低,难以实现更适于通用照明的暖白光。引入可被蓝光芯片激发的红色荧光粉与YAG:Ce3+配合,能够获得低色温(27003000K)高显色指数(>90)的暖白光LED。K2SiF6:Mn4+(KSFM)荧光粉可被蓝光(420480 nm)有效激发,在630nm附近有较为尖锐的发射峰,制备工艺简单,成本低廉,很好地契合商业暖白光LED光源的封装需求,引起了国内外学者的广泛关注。但是,KSFM荧光粉易受服役环境中水汽侵蚀,导致发光强度降低,进而使封装LED器件光色参数劣化,严重影响其发光性能和使用寿命。因此,提高KSFM荧光粉的耐水性能对于其在各领域的应用有着非常重要的意义。本文首先采用共沉淀法合成KSFM荧光粉,研究不同工艺参数对荧光粉发光性能的影响。其次,探究了湿度、温度以及Mn4+含量对KSFM荧光粉发光劣化行为的影响,并研究了其劣化的机理。最后尝试采用包覆以及水热后处理工艺,对KSFM荧光粉的耐水性能进行改善。主要研究内容及结果如下:1、采用共沉淀法制备KSFM荧光粉。研究了不同的KF-HF滴速、反应温度以及Mn4+含量对荧光粉发光性能的影响。研究结果表明:随着滴速的增加、陈化温度的升高以及Mn4+掺杂量的增加,制备的KSFM荧光粉相对亮度以及发射光谱强度均呈现先增大后减小的趋势。最佳制备条件滴速1ml/min、陈化温度70℃、Mn4+掺杂量14%。2、研究了湿热环境下,温度和湿度的协同作用以及Mn4+的含量对荧光粉发光性能的影响,并分析解释了KSFM的劣化机理。研究结果表明:湿热环境下,温湿度越高,荧光粉劣化越严重;Mn4+含量越高,荧光粉劣化越严重。湿热环境下,荧光粉表面水汽侵蚀产物的产生即Mn-F键的破坏、Mn-O键的生成是其劣化的主要原因。3、研究了包覆的后处理工艺,尝试改善KSFM荧光粉的耐水性。采用非均相成核法对KSFM荧光粉进行SiO2和MgF2的无机包覆。通过发光性能、SEM形貌以及XRD物相分析,结果表明,两种物质均不能对KSFM形成有效的包覆。4、研究了水热后处理的工艺,改善KSFM荧光粉的耐水性能。研究结果表明:在85%/70℃/6h湿热条件下,经过100/120/180℃保温12h的水热后处理可以使KSFM荧光粉相对亮度从原先的25%分别提升到60%、70%和80%。水热后处理可以增大荧光粉的颗粒大小并改善其结晶性,减少与环境水汽的有效接触面积,从而显著提高KSFM荧光粉的耐湿热性能。
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