白光LED用磷酸盐基荧光材料的发光性质研究

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白光LED因亮度高、体积小、寿命长、高效节能、绿色环保等优点而引起人们的广泛关注,但是目前大部分白光LED用荧光粉的不足之处在于其发光效率较低,显色指数较差,色温较高,成本较高等等。现今,荧光粉转换白光LED仍是主流方案,但是因为缺少能够被近紫外光或者蓝光有效激发的荧光粉,尤其是高效红色荧光粉,而导致白光LED的显色指数偏低。所以决定了LED的光转换效率、流明效率、相关色温等重要参数的高效荧光粉成为关键因素。因此LED用高效荧光粉的研制已成为当今研究热点。本学位论文主要以几种新型磷酸盐基质体系为研究对象,选取Eu3+、Tb3+、Sm3+等发光离子作为激活剂,通过能量传递以及电荷补偿的方法提高荧光粉的发光性能;利用不同掺杂离子之间的能量传递,实现发光颜色可调,进而设计和制备出紫外光激发的高效磷酸盐基荧光材料。在本文中主要采用高温固相法合成并表征了白磷钙矿和锶铈磷灰石结构类型的氟磷酸盐基荧光材料,并对它们的晶体结构、荧光发光光谱、掺杂离子能量传递和色度学等性质进行了详细的分析研究。获得的工作成果主要包括以下三个方面:1、通过高温固相法制备了一系列白磷钙矿型结构的Eu2+和Mn2+共掺的Ca9MgK(PO47荧光粉。研究了其的晶体结构,发光性能,荧光寿命以及基于共掺离子间的能量传递产生的发光颜色可调。在355 nm的紫外光激发下,由于Eu2+和Mn2+之间的部分能量传递,发射光谱包含Eu2+的蓝光和Mn2+的红光。Eu2+和Mn2+之间的能量传递可由激发谱图和发射谱图以及寿命曲线证明。根据Dexter的能量传递方程,此荧光粉最有可能的能量传递机制是偶极-四极相互作用。在Eu2+掺杂浓度固定的条件下,通过调整Mn2+的浓度,制得的荧光粉的颜色可以从蓝色到白色,最后到紫红色。特别值得一提的是白光荧光粉Ca9MgK(PO47:0.01Eu2+,0.4Mn2+,其色坐标CIE为(0.338,0.252),相关色温CCT为4752 K。由此表明:制得的Ca9MgK(PO47:0.01Eu2+,0.4Mn2+荧光粉是可以用于白光LED的单相白光荧光粉。2、通过高温固相法制备了一系列Tb3+和Eu3+共掺的Sr3LaNa(PO43F、Sr3YNa(PO43F荧光粉。在369 nm光的激发下,由于Tb3+和Eu3+之间的能量传递,Sr3(La,Y)Na(PO43F:Tb3+,Eu3+荧光粉发射光谱包含Tb3+的绿光和Eu3+的红光。Tb3+和Eu3+之间的能量传递通过由激发谱图和发射谱图以及寿命曲线证明。根据Dexter的能量传递方程,证明在此氟磷酸盐荧光粉的能量传递过程中占主导地位的最有可能是偶极-偶极相互作用。Tb3+和Eu3+之间的能量传递效率最大为43.71%,表明Tb3+将部分能量传递给Eu3+,因此通过可以改变Tb3+和Eu3+掺杂比例制备发光可调荧光粉。在Tb3+掺杂浓度固定的条件下,通过调整Eu3+的浓度,荧光粉的颜色可以从黄绿到黄色,最后到橘红色。制备的SLN:0.20Tb3+,nEu3+(n=0—0.20)荧光粉混合蓝光BAM:Eu2+(BaMgAl10O17:Eu2+)荧光粉可以生成具有较高的显色性的白光。3、通过高温固相法制备了一系列Sm3+掺的Sr3LaNa(PO43F荧光粉。根据对Sm3+掺杂浓度的分析可知:当Sm3+浓度为0.05时,Sr3LaNa(PO43F:Sm3+荧光粉的发光强度最大。为了提高Sr3LaNa(PO43F:0.05Sm3+荧光粉的发光强度,加入碱金属离子Li+,Na+,K+作为电荷补偿剂,结果表明:Li+,Na+,K+均能明显的提高荧光粉的发光强度,其中Li+的增强作用最明显。
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