高显色白光LED用荧光粉的合成和光谱研究

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白光LED被称为第四代光源,与当今普遍使用的白炽灯、荧光灯光源相比,其具有寿命长、功耗低、响应快、尺寸小、抗冲击性好和无汞污染等优势,可以满足人们对安全、节能、环保、舒适、美观等多方面要求。目前使用最广泛、技术最成熟的白光LED技术是蓝光芯片加YAG黄色荧光粉技术,它是用蓝光LED芯片发出蓝光,然后去激发YAG荧光粉产生黄光,剩余的蓝光与黄光混合形成白光。但是YAG黄色荧光粉存在发射光谱的宽度不够宽,缺少红光成分的固有缺陷。因此该种类型白光LED色温偏高、显色指数偏低,难以达到普通照明要求。改善现有YAG荧光粉或寻找发射光谱较宽的替代YAG的其它荧光粉以提高白光LED的显色性对于当前固体照明显得尤为重要。高温固相法是合成稀土掺杂荧光材料传统的和应用最多的方法,其制备方法简单,只要控制好温度和焙烧时间,样品成功率高;微波辐照法是80年代中期迅速发展起来的新兴荧光材料合成方法,具有快速、高效、受热均匀等特点。本文采用微波辐照法和高温固相法相结合,充分利用高温固相法和微波辐照法的优点,制备出了一系列的白光LED用荧光粉。研究了Ba2+共掺Sr3SiO5:Ce3+,Li+橙黄色荧光粉。其激发峰350nm和415nm分别对应于Ce3+的4f→2D<sub>5/2和4f→2D3/2跃迁。随着Ba离子含量的增加,发射光谱峰值波长由530nm红移至590nm,发射光全半宽度由85nm增加至160nm。Ba2+的最佳掺杂浓度为0.35mol。将0.35Ba2+共掺Sr3SiO5:0.018Ce3+,0.018Li+与蓝光IngaN LED芯片(峰值波长为460nm)封装,在前向驱动电流为20mA下,获得了显色指数为86的白光LED。研究了分别掺杂Ba2+,Ca2+,Mg2+的Sr2SiO4:Eu2+的黄色荧光粉。三个系列样品在340nm-450nm范围都有较强的激发。以Sr1.73Ba0.02SiO4:0.07Eu2+的激发和发射效果最好,其发射波段范围为520nm-620nm,这归因于占据六配位的Sr2+(Ⅱ)的Eu2+的4f65d→8S7/2跃迁。Ba2+、Eu2+的最佳掺杂分别为0.2mol和0.07mol。将Sr1.73Ba0.2SiO4:0.07Eu2+与蓝光InGaN LED芯片(峰值波长为460nm)进行封装,在20mA前向驱动电流驱动下,得到了显色指数为85的白光LED。研究了能被近紫外激发的高效BaMgAl10O17:Eu2+(BAM)蓝色荧光粉;制备了BAM蓝光荧光粉,研究了其光谱特性,研究了BAM的受热后发光衰减机理,并且通过分析BAM晶格结构,研究了增加Mg2+的含量来提高BAM的稳定性,得出了提高BAM热稳定性的最佳Mg2+的总摩尔浓度为1.05mol。研究了两个系列的硅酸盐的红光荧光粉:M3-xSiO5:xEu3+(M=Mg,Ca,Ba,Sr)和ca(La1-xEux)4Si3O13。它们可以作为补偿蓝光芯片加YAG黄色荧光粉封装的白光LED的红色成分的红色荧光粉,也可以作为近紫外芯片激发的三基色白光LED中的红光荧光粉。研究了Ba2-xMg1-ySi2-zAlzO7:xEu2+,yMn2+系列白光荧光粉。当Al3+的掺杂浓度为0.3mol时,样品具有最佳的发射效果,是一个从400nm-650nm的宽波段发射,包含三个发射峰,峰值波长分别为:623nm,501nm和438nm。其中438nm和501nm的发射源于在晶格中取代了Ba(Ⅱ)和Ba(Ⅰ)的两种Eu2+的5d→4f的能级跃迁。623nm的发射源于Eu2+将一部分能量转移到Mn2+,Mn2+产生4T16A1的能级跃迁。Al3+的掺杂能够调节样品发射蓝光(438nm)和绿光(501nm)的相对强度。将样品分别与380nm芯片,405nm芯片和460nm芯片进行封装,得到三种白光LED,其中以380nm芯片加该样品封装的显色指数最高,达到86,计算出来的色坐标是(0.3183,0.3136),超过了当前460nm芯片加YAG黄色荧光粉的显色指数。
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