WLED用KSrY(BO3)2基荧光粉的制备及发光性能研究

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白光LED因其体积小、寿命长、发光效率高、节能环保等优点被广泛的用于日常生活中。传统的白光LED是以蓝光芯片激发黄色荧光粉来获得白光,这种方法获得的白光具有较高的色温和较低的显色指数,并且由于蓝光芯片的影响,该光源长时间照射会造成人体视网膜损伤。因此,探索出适用于近紫外LED芯片激发的高效率、高色纯度、低色温的荧光粉具有重要的研究意义。  在本文中,我们以KSrY(BO3)2为基质材料,通过固相法制备了三种稀土离子(Sm3+、Eu3+、Dy3+)掺杂的KSrY(BO3)2基荧光粉,并使用X射线衍射分析、紫外可见吸收光谱分析、荧光光谱分析等对样品进行了测试表征。主要的研究如下:  (1)探索荧光粉的最佳制备工艺条件。使预煅烧温度(500℃)和保温时间(5h)保持不变,在不同的煅烧温度(750℃,800℃,850℃,900℃)和保温时间(6h,8h,10h)下制备KSrY(BO3)2:0.03Sm3+荧光粉,通过对得到的样品进行XRD及荧光光谱分析,得到该荧光粉的最佳煅烧温度为850℃,保温时间为8h。对KSrY(BO3)2进行Rietveld结构精修,发现晶体结构属于空间群为P21/m的单斜晶系。通过第一性原理模拟计算KSrY(BO3)2的电子结构,得到其为直接带隙半导体,并且这一结论通过紫外可见吸收光谱得到了验证。  (2)研究Sm3+离子掺杂量对KSrY(BO3)2:Sm3+荧光粉发光性能的影响。通过分析荧光粉的激发-发射光谱,发现Sm3+离子的最佳掺杂浓度为0.01,在此之后由于离子间的偶极-偶极相互作用产生浓度猝灭效应。通过CIE分析,发现所有样品的色度坐标都位于橙光区域,色纯度都达到了90%以上,且相关色温都低于3000K。通过J-O理论计算了KSrY(BO3)2:0.01Sm3+荧光粉的相关参数,如辐射跃迁几率(AR)、跃迁振子强度(f)、谱线强度参数(Ωλ)、荧光分支比(β)及量子效率(η)等,发现Sm3+离子在晶格中可能占据了具有较高对称性的位点,并且与O2-离子之间以共价键的方式键合。  (3)研究Eu3+离子掺杂量对KSrY(BO3)2:Eu3+荧光粉发光性能的影响。通过荧光光谱分析得到,在近紫外光激发下荧光粉中Eu3+离子掺杂浓度为0.40时发光强度最大,之后由于离子间的多极相互作用发生浓度猝灭。通过分析荧光发射光谱中5D0→7F1和5D0→7F2跃迁的相对强度关系,发现Eu3+离子位点周围的对称性随掺杂浓度的增加而有所降低,然后通过J-O理论分析得到Eu3+离子过多的掺入会降低位点对称性。通过增加Eu3+离子掺杂浓度,可以使荧光粉样品的CIE色坐标从橙红光区域向红光区域移动,并且所有样品的色纯度都达到96%以上,相关色温都低于3000K。此外,KSrY(BO3)2:0.40Eu3+荧光粉的量子效率高达81.38%。  (4)研究Dy3+离子掺杂量对KSrY(BO3)2:Dy3+荧光粉发光性能的影响。在近紫外光351nm波长的激发下,发射光谱显示出4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2的辐射跃迁。通过调节Dy3+离子掺杂浓度可以改变两个跃迁的强度比,使得荧光粉实现白光发射。当掺杂浓度超过0.05时,荧光粉由于Dy3+离子之间偶极-偶极相互作用的能量传递而发生浓度猝灭现象。Dy3+离子掺杂浓度为0.05时,荧光粉的色度坐标位于(0.3097,0.3161),接近标准白光,并且其色纯度为76.85%,相关色温为5908.38K。
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