全光谱白光LED用焦硅酸盐蓝/青色荧光粉的制备及其发光性能研究

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白光LED(light-emitting diodes,简称“发光二极管”)因发光效率高、功耗低、寿命长、环境友好等优点而成为当前白光照明的主流方式。将红、绿、蓝三基色荧光粉涂敷在紫外芯片上封装是白光LED的实现方式之一。但相对于太阳光全光谱,该方式所获得的光谱在青光区域存在一个明显的“鸿沟”,使得光谱完整性、连续性变差。另外,大多数Eu2+激活的蓝色荧光粉在近紫外(n-UV)区域的吸收效率普遍较低,且缺乏短波蓝光发射(<450 nm),导致紫外光泄漏或显色性差。因此,开发具有高吸收率的短波长蓝粉及性能优异的青粉对实现全光谱健康照明具有重要意义。本论文以Eu2+掺杂的焦硅酸盐为研究对象,采用高温固相法成功合成了具有高吸收率的短波长蓝粉NaSrScSi2O7:Eu2+和热稳定性良好的青粉NaBaLuSi2O7:Eu2+,并对其发光性能与热稳定性进行了详细研究。主要的研究内容及结果如下:(1)成功制备了一种新型的短波长蓝色荧光粉NaSrScSi2O7:Eu2+。详细研究了其晶体结构、发光性能、荧光衰减曲线、量子效率和热稳定性。在345 nm的激发下,NaSrScSi2O7:0.03Eu2+荧光粉表现出以427 nm为中心的不对称发射光谱,且具有84.35%的高吸收效率。将该蓝色荧光粉和商业荧光粉封装获得WLEDs器件,在80 mA的驱动电流下,具有较低的相关色温3726 K。与未使用该蓝色荧光粉的WLEDs相比,其光谱有效填补了短波长部分,显色指数R6和R7分别从95.2、94.5提高到98.3、96.5。结果表明,NaSrScSi2O7:Eu2+是可用于全光谱照明的、有潜力的蓝色荧光粉候选者。(2)基于上述研究体系,利用阳离子替换法成功制备了一种青色荧光粉NaBaLuSi2O7:Eu2+。并对其晶体结构、发光性能、热稳定性开展了系统的研究。当激发光波长为365 nm时,该荧光粉具有不对称的发射光谱,发射中心位于479 nm左右。NaBaLuSi2O7:0.01Eu2+表现出较好的热稳定性,423 K时的发光强度仍然能保持在298 K初始值的70%左右。最后,利用365 nm芯片、商业红/绿/蓝荧光粉及制备的青色荧光粉封装获得了WLEDs器件。在100 mA的驱动电流下,加入青色荧光粉后的WLEDs器件发出暖白光,与未添加青色荧光粉的WLEDs相比,相关色温(CCT)由3934 K下降至3731 K,Ra值从86.3上升到96,R12由69提升至89,有效改善了封装器件的显色指数。结果表明,NaBaLuSi2O7:Eu2+在提高全光谱照明质量方面具有应用前景。
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