新型稀土离子Eu3+/Ce3+掺杂氧化物荧光材料的合成与发光性能研究

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当前,环境问题(资源枯竭,水污染和空气污染等)变得越来越突出并引起人们的关注。跟传统光源(白炽灯和荧光灯等)相比,白光发光二极管(LED)优点明显,例如:低功耗、高效率、长使用寿命和不污染环境等。目前,白色LED通常使用蓝光In Ga N芯片加上黄色Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)荧光粉来制备。但是由于缺少红光,这种LED的相关色温(CCT)高并且显色指数(CRI)低。这限制了它们在室内普通照明中的应用。人民品质生活的快速改善增加了高品质照明的需求。因此,科研人员致力于开发具有低CCT和高CRI的高效白光LED。其中,在近紫外LED芯片上涂发蓝光、绿光、红光三种荧光粉可以产生品质比较高的白光。这种照明方案成为一个研究重点。但是这种LED也有一个局限性:在发射光谱中存在所谓的青色间隙(480-520 nm)限制了CRI值的提高。因此,探索新型的青色荧光粉来填补青色的间隙以实现高CRI的白光LED很有必要。鉴于以上所述,本论文通过高温固相法合成了以双钙钛矿型化合物为基质、Eu3+为掺杂离子的红色荧光粉和以石榴石型化合物为基质、Ce3+为掺杂离子的青色荧光粉。并且详细地分析了所制备的荧光粉的合成方法、物相、结构、形貌、发光特性以及热稳定性等。研究结果如下:(1)Ca2Gd Sb O6:Eu3+(CGS:Eu3+):在波长为396 nm的近紫外入射光激发下,该荧光粉发出明亮的红光,其最强峰在612 nm处。当Eu3+的掺杂浓度为x=0.5时发光强度最强,对应的CIE颜色坐标为(0.6629,0.3367),色纯度达到94.9%。重要的是,CGS:0.5Eu3+荧光粉显示出出色的内量子效率(高达73%)以及优异的热稳定性(荧光粉在423 K时的发射强度能保持在室温下的73%)。最后,把CGS:0.5Eu3+红色荧光粉与商用蓝色荧光粉Ba Mg Al10O17:Eu2+(BAM:Eu2+),商用绿色荧光粉((Ba,Sr)2Si O4:Eu2+)按合适的比例混合均匀后涂在近紫外芯片(395 nm)上,成功制造出了显色指数高达88.4的暖白光LED器件。(2)Sr2La Ta O6:Eu3+(SLT:Eu3+):在波长为394 nm的激发光下,SLT:0.2Eu3+样品发出主波长在613 nm附近的明亮红光,其CIE色坐标为(0.650,0.349)。值得注意的是,色纯度可以达到92%。而且SLT:0.2Eu3+荧光粉具有良好的热稳定性。从303至463 K的不同温度下的发射光谱可以表征,在423 K时的发射强度仍是其在303 K时的值的73%。制备的SLT:0.2Eu3+荧光粉可作为红光转换材料用于近紫外光激发白光二极管。(3)Ca2Lu Hf2Al3O12:Ce3+(CLHAO:Ce3+):这些荧光粉在300-450 nm波长范围内显示出较宽的激发带,并在400 nm处最强。在400 nm激发下,最佳的CLHAO:0.02Ce3+样品在420-600 nm范围内显示出较宽的青光发射带,并在480 nm处最强,FWHM为86 nm。发现CLHAO:0.02Ce3+青光荧光粉的IQE和EQE分别为84.3%和60.8%。此外,CLHAO:0.02Ce3+青光荧光粉在高温下表现出出色的热稳定性和颜色稳定性。CLHAO:0.02Ce3+样品的活化能为0.33 e V。通过使用CLHAO:0.02Ce3+样品作为青光色成分,制造出具有高CRI值的明亮暖白光LED器件。(4)Ca2YHf2Ga3O12:Ce3+(CYHG:Ce3+):所获得的样品在中心波长为346 nm和398 nm处显示出宽的激发带,发射明亮的青光并且中心波长位于479-485 nm之间。在398 nm激发下,CYHG:0.04Ce3+荧光粉发光最强,此时色坐标为(0.182,0.276),位于青光区域内。在398 nm激发下,CYHG:x Ce3+(x=0.01、0.02、0.04、0.07、0.1和0.12)荧光粉的CIE色坐标从(0.180,0.267)至(0.209,0.337)。结果表明,CYHG:0.04Ce3+青光荧光粉可以用来补偿三色荧光粉LED发射光谱中的青光间隙。
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