近紫外激发白光LED用荧光粉的制备和发光性能的研究

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利用近紫外激发的三基色荧光粉实现白光LED已成为当前发展的重点,探索与之相匹配的荧光粉也就成为人们广泛关注的课题。但目前可供选择的近紫外激发的三基色荧光粉种类很有限,而且存在发光效率低、热稳定性差等不足。针对上述问题,根据当前LED用荧光粉的发展需要,本文以具有良好的化学稳定性和热稳定性的正硅酸和偏铝酸盐为基质,以稀土离子做为激活剂,制备两类近紫外激发(NUV:near ultraviolet)的白光LED用荧光粉,并采用化学制备方法改进粉末颗粒粒径、形貌及分散性,系统地研究了基质成分,晶体结构,电子能带结构以及制备工艺等对发光性能的影响。具体研究结果如下:对于正硅酸盐基荧光粉体系:(1)采用固相法制备了可被NUV激发的红色荧光粉M2SiO4:Eu3+(M=Ca, Sr, Ba),并研究了其晶体结构和发光性能的关系。M2SiO4中存在两种碱土离子格位:M(Ⅰ)(非反演对称)和M(Ⅱ)(反演对称)。在Ba2SiO4中,Eu3+主要取代M(Ⅰ),其发射以5D0→7F2(613nm)电偶极跃迁为主。在Ca2SiO4:Eu3+和Sr2Si04:Eu3+中,Eu3+取代M(Ⅰ)和M(Ⅱ)几率相等,其发射以5D0→7F1(591nm)磁偶极跃迁和5D0→7F2(613nm)电偶极跃迁为主。在该类荧光粉中,Ba2SiO4:Eu3+的激发和发射最强,色纯度最好。(2)研究了制备温度、Eu3+浓度及电荷补偿剂对Sr2Si04:Eu3+和Ba2Si04:Eu3+发光性能的影响。当制备温度为1300℃时,样品的发光强度最大。在Sr2SiO4:Eu3+中,Eu3+的猝灭浓度为6%,在Ba2SiO4:Eu3+中,Eu3+的猝灭浓度为8%。电荷补偿剂Li+,Na+和K+的引入均增强了荧光粉的发射强度,其中,Li+效果最好。(3)采用溶胶凝胶法制备了Sr2SiO4:Eu3+和SiO2@Sr2SiO4:Eu3+核壳结构复合发光材料。溶胶凝胶法较高温固相法制备的Sr2SiO4:Eu3+样品结晶温度低,发光强度大,颗粒分布均匀。SiO2@Sr2SiO4:Eu3+样品形貌为单分散球形,其发光强度优于Sr2SiO4:Eu3+。(4)研究了Sr2SiO4:Ce3+和Sr2Si04:Eu2+的发光特性,在长波紫外激发下两个样品均呈双峰发射。Sr2Si04:Ce3+的两个发射峰为406nm和436nm, Sr2Si04:Eu2+的两个发射峰为462nm和535nm,利用Sr2Si04的晶体结构解释了短波长的峰来源于Ce3+/Eu2+取代9配位的Sr(Ⅰ),较大波长的峰来源于Ce3+/Eu2+取代10配位的Sr(Ⅱ)。对Sr2Si04:xEu2+研究发现:随着Eu2+浓度的增加,蓝光发射峰减弱,绿光发射峰增强,主发射峰发生红移(535nm→569nm)。采用第一性原理从理论上分析了Sr2SiO4的电子结构及基质的吸收。对于铝酸盐体系:(1)采用溶胶凝胶法制备了能被NUV激发的SrAl2O4:Eu2+绿色荧光粉,研究了制备温度和Eu2+浓度对其发光性能的影响。结果表明:当温度为1200℃和Eu2+浓度为8%时样品的发射强度最大。当温度超过1200℃,样品中出现Sr4Al14025杂相,导致发射光谱产生蓝移(519nm→509nm)。(2)研究基质组分变化对Eu2+发射的影响。B3+置换SrAl2O4中的Al3+,可使基质晶相发生转变(从SrAl2O4、Sr4Al14O25到SrAl2B2O7),发射波长产生蓝移(519nm→467nm)。Ca2+和Ba2+置换SrAl2O4中Sr2+,可在全组分内形成SrAl2O4、CaAl2O4和BaAl2O4固溶体,实现Eu2+的蓝光(440nm),蓝绿(490nm)及绿光(519nm)发射。其它硼酸盐红色荧光粉:通过固相法制备的LiSrBO3:Eu3+荧光粉在395nm激发下发射峰值为613nm的红光。电荷补偿剂Li+的引入大大提高了其发射强度。另外,Al3+的掺杂改善了LiSrBO,:Eu3+的色纯度,当Al3+掺杂浓度为2%时,其色坐标最好为(0.658,0.342)。
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