面向大功率LED应用发光玻璃陶瓷材料制备及性能研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanxueguan55
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荧光粉/玻璃陶瓷复合材料(PiG)作为目前研究最广泛的一种玻璃陶瓷发光材料,因其制备简单、成本低廉、发光性质易控以及稳定性优异等特点在大功率LED器件应用上具有巨大潜质。然而,目前大多数PiG材料研究都围绕Y3Al5O12:Ce3+型PiG的大功率白光发光二极管(LED)应用上,如何拓宽PiG材料的类型以及开发其潜在应用显得尤为重要。为此,本文从PiG的组分研究出发,通过制备具有特定发光性质的玻璃基质或荧光粉材料从而进一步获得对应的新型PiG材料。另外,分别对所制PiG材料的微观结构、光学性能、稳定性以及对应LED器件的性能等方面进行了研究。具体研究内容包括:(1)采用自制SiO2-Al2O3-Na2O-CaO:Eu3+(SANC:Eu3+)橙红色玻璃基质粉末与商业Sr4Al14O25:Eu2+(SAO:Eu2+)荧光粉为原料,通过低温共烧结的方式制备了一系列光色可调的Eu3+掺杂SAO:Eu2+型PiG材料。首先,研究了SANC:Eu3+玻璃基质的微观结构、热力学和光学性质,并且确定其玻璃化和结晶温度以及最佳的发光性质。根据实验结果分析得到SANC:Eu3+玻璃基质用作制备PiG的最佳烧结温度为599-700°C和Eu3+掺杂量为5%时发光性质最好,并且热导率可达1.479 W/m/K和具有优异的热稳定性。随后,研究了Eu3+掺杂SAO:Eu2+型PiG的微观结构情况和不同组分比例对PiG的光学性能影响,并将其与385 nm紫外芯片组装成大功率白光LED器件。实验结果发现,Eu3+掺杂SAO:Eu2+型PiG成分相容性好,发光颜色可通过组分比例、温度或激发波长进行调控,并且能获得不同光色以及色温的大功率白光LED,且其在不同工作电流和时间下拥有较好的稳定性。(2)采用SANC玻璃基质粉末与商业3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn4+(MMG:Mn4+)荧光粉为原料,通过低温共烧结的方式制备了一系列不同发光强度的PiG材料。研究了PiG的微观结构情况和不同组分比例对PiG的光学性能影响,并将其与420 nm蓝光芯片组装成大功率种植LED器件,其性能通过应用在室内小白菜的栽培上来进一步确定。实验结果发现,MMG:Mn4+-PiG在荧光粉掺杂量为6 wt%时外量子效率可达27.5%和具有1.671 W/m/K的热导率,在高温环境中具备更佳的热稳定性。同时,对应不同光学性质的大功率种植LED器件可通过配备不同掺杂量或厚度的PiG来进一步调控。相比传统有机高分子材料封装的种植LED器件,PiG型大功率种植LED具有更好的光色稳定性。最后,通过室内小白菜的栽培实验可知,PiG型大功率种植LED比一般商业植物光源更能迎合植物生长的需要。(3)采用SANC:Eu3+橙红色玻璃基质粉末与自制CaO:Ce3+,Li+,F-荧光粉为原料,通过低温共烧结的方式制备了一系列不同发光颜色的CaO:Ce3+,Li+,F-型PiG材料。首先,研究了CaO:Ce3+,Li+,F-荧光粉中F-对荧光粉的光学性能和相关稳定性的影响,并为此通过Rietveld结构精修分析方法作出相应解释。根据实验结果分析得到F-的掺入不仅提高原本荧光粉的发光强度,并且有效减少激活离子的掺杂量。与此同时,CaO:Ce3+,Li+,F-荧光粉的热和化学稳定性由于F-的掺入而得到大大提高。随后,研究了CaO:Ce3+,Li+,F-型PiG的微观结构、稳定性情况以及不同组分比例对PiG的光学性能影响,并将其与460 nm蓝光芯片组装成大功率白光LED器件。结果表明,CaO:Ce3+,Li+,F-型PiG相比于对应荧光粉,其热和化学稳定性得到进一步提高。同时,根据组分比例的不同可得到具有不同发射光谱的PiG样品,从而进一步获得性质不同的大功率白光LED器件。此外,该大功率白光LED器件在不同工作电流的影响下能够保持良好的稳定性。
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