磷锌系荧光玻璃涂层的制备及光学性能研究

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与白炽灯、荧光灯和汞灯相比,白光发光二级管(light emitting diode, LED)具有电光转换效率高、寿命长、节约能源、体积小等优点,因此,白光LED被认为是新一代的固体照明光源。目前,最常用的白光LED技术路线是采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉发光,并用环氧树脂进行封装。但是这种白光LED存在色温稳定性差、显色指数低、耐热性、抗老化性和抗湿气性差等问题,影响LED器件的可靠性。玻璃因具有透明度高、性能稳定、易成形等优点而成为荧光材料的良好基质材料。为了提高LED器件的出光效率和可靠性,人们开始用荧光玻璃代替荧光粉。因此,荧光玻璃在LED实际应用和理论上具有重要意义。实验以磷锌系(P2O5-ZnO-B2O3)低熔点玻璃粉为基质玻璃,加入含Ce的钇铝石榴石晶体(YAG:Ce荧光粉)、粘合剂和溶剂经充分搅拌后制得玻璃浆料,通过丝网印刷工艺将玻璃浆料刷涂于玻璃基片上,烧结后获得磷锌系荧光玻璃涂层。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和荧光光谱等表征手段研究了荧光粉掺入量、P2O5的含量、烧结温度对其结构和发光性能的影响。研究表明:1.磷锌系荧光玻璃涂层结构的影响因素有:随着P2O5摩尔分数的增加,基质玻璃中含磷氧双键的[PO4]四面体和[BO4]四面体增加,玻璃结构中作伸缩振动的磷氧双键和对称伸缩振动的P-O-P键加强,且玻璃结构中位于1050cm-1处归属于O-P-O的对称伸缩振动峰向左偏移;随着荧光粉掺量的增加,YAG晶相增加,而Zn2P2O7和BPO4晶相的含量变化较小;随着烧结温度的升高,YAG晶相增加,BPO4晶相含量先增加后减少。当烧结温度从550℃升高到600℃时,焦磷酸锌(α-Zn2P2O7)转变成磷酸锌(β-Zn2P2O7)。2.将发射波长543nm作为监控波长,测试了荧光玻璃涂层的激发光谱,可以观察到荧光玻璃涂层的激发峰分别位于340nm和460nm处。以激发波长460nm的光激发样品时,得到其发射光谱,可以观察到样品的发射峰位于550nm左右,属于黄光区域。3.随着荧光粉掺入量的增加,荧光玻璃涂层的发光强度先升高后降低,透过率降低;随着烧结温度的升高,荧光玻璃涂层的发光强度先升高后降低,透过率升高。4.在本实验范围内,合适的荧光粉掺入量为25wt%组成,烧结温度为600℃。5.荧光玻璃涂层的荧光寿命为1.5μs左右,当荧光粉掺量由10%增加到25%时,荧光寿命由1.52μs延长至1.558μs,且荧光寿命随烧结温度的升高而逐渐缩短。6.采用块状失重法对实验得到的试样进行化学稳定性测试,基质玻璃的耐水性属于国家标准中第三类,荧光玻璃的耐水性属于国家标准中的第二类。
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