應(yīng)用于交流驅(qū)動(dòng)白光LED熒光材料合成及發(fā)光特性研究.pdf

1、LED以其節(jié)能、高效等特點(diǎn)被稱為第四代綠色照明,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用眾多領(lǐng)域?，F(xiàn)有的LED光源是低電壓、大電流工作的半導(dǎo)體器件,主要采用直流驅(qū)動(dòng)。由于日常使用的電源是高壓交流電,所以LED作為照明等用途時(shí),必須附帶交(AC)-直流(DC)轉(zhuǎn)換裝置將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。這種驅(qū)動(dòng)模式系統(tǒng)復(fù)雜而且能耗較高。如果采用交流電驅(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光,由于省去交-直流轉(zhuǎn)換器,系統(tǒng)應(yīng)用方案大大簡化,效率和壽命也會(huì)有所提高。但目前用于交流LED的熒光粉仍沿用傳統(tǒng)

2、的熒光粉,且交流LED運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑暗周期,從而導(dǎo)致交流LED存在閃光以及色溫高、顯色性低等問題。針對(duì)上述問題,本文合成了SrAl2O4:Eu2+,R3+(R=Ce,Y,Dy)綠色熒光粉、Mn激活鍶鋁酸鹽紅色熒光材料和Sr3MgSi2O8:Eu2+藍(lán)色熒光粉,系統(tǒng)地研究合成工藝、物相結(jié)構(gòu)、發(fā)光性能及在LED器件封裝上的應(yīng)用,取得的主要研究成果如下:
　　(1)采用高溫固相法以硼酸作為助熔劑合成了Ce3+、Y3+和Dy3+摻雜SrA

3、l2O4:Eu2+綠色熒光粉。分別采用XRD,SEM和熒光光譜儀研究了Ce3+、Y3+和Dy3+對(duì)晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形貌以及發(fā)光性能的影響。結(jié)果表明添加適量Ce3+、Y3+和Dy3+能夠有效抑制伴生雜相Sr4Al14O25,當(dāng)Y3+和Dy3+含量過多時(shí),會(huì)產(chǎn)生新的雜相Y3Al5O12和Dy3Al5O12。相對(duì)而言,Ce3+在抑制Sr4Al14O25伴生雜相作用明顯,Dy3+能夠有效延長其余輝時(shí)間,而Y3+在提高發(fā)光效率上更有效。綜合考慮發(fā)光

4、效率和余輝時(shí)間,我們利用合成(Sr0.98Eu0.01Y0.01)Al2O4綠色熒光粉配合交流驅(qū)動(dòng)LED藍(lán)光芯片封裝了近白光交流LED器件,電源關(guān)閉后器件有綠色長余輝發(fā)光,論文首次采用高速攝像顯微系統(tǒng)揭示了熒光粉的余輝發(fā)光補(bǔ)償交流LED黑暗周期的作用。
　　(2)論文采用高溫固相法于空氣氣氛下合成了Mn激活鍶鋁酸鹽紅色熒光粉。通過對(duì)Mn激活純相體系優(yōu)化表明最佳基質(zhì)為Sr4Al14O25,在Sr4Al14O25基質(zhì)中優(yōu)化了Mn的摻雜

5、濃度和燒結(jié)溫度,結(jié)果表明Mn最佳摻雜濃度為0.001M,最佳燒結(jié)溫度為1300℃。通過研究Sr和Al比例發(fā)現(xiàn),Mn激活堿土鋁酸鹽最佳基質(zhì)為非化學(xué)計(jì)量比化合物3SrO?5Al2O3,XRD圖譜發(fā)現(xiàn)其是由SrAl2O4和Sr4Al14O25兩相構(gòu)成。在非化學(xué)計(jì)量比化合物3SrO?5Al2O3中,通過組合化學(xué)法和正交設(shè)計(jì)法分別研究了堿土金屬元素Ca、Sr、Ba和助熔劑對(duì)發(fā)光性能影響。結(jié)果顯示Ba和Ca摻雜對(duì)發(fā)光無益,最佳助熔劑為AlF3。通過

6、EPR和XANES研究了Mn離子在Sr4Al14O25中發(fā)光機(jī)理,結(jié)果表明Mn在基質(zhì)晶格中主要以+4價(jià)存在,紅色發(fā)光源于在基質(zhì)中占據(jù)AlO6八面體中Al3+格位的Mn4+。通過拉曼光譜、介電常數(shù)探索了非化學(xué)計(jì)量比化合物3SrO?5Al2O3增強(qiáng)發(fā)光機(jī)制為兩相耦合。最后,與YAG封裝出色坐標(biāo)為CIE(0.3305,0.3559),顯色指數(shù)為Ra=93.23暖白光LED器件,表明該熒光粉能夠有效降低LED器件色溫、提高顯色性,具有良好的商業(yè)

7、前景。
　　(3)通過高能球磨中的機(jī)械力化學(xué)反應(yīng),在純水中成功制備了納米SiO2懸浮液,并以此為前驅(qū)體合成了Sr3MgSi2O8藍(lán)色熒光粉。結(jié)果表明,采用此方法合成的熒光粉結(jié)晶性好、顆粒均勻、發(fā)光強(qiáng)度高。此外,研究獲得Eu2+最佳濃度為0.01M、最佳燒結(jié)溫度為1300℃。通過聯(lián)合添加Ba、Sr和Ca研究了不同堿土金屬對(duì)于其發(fā)光性能的影響。結(jié)果表明Ba2+摻入會(huì)使光譜藍(lán)移,Ca2+會(huì)使光譜發(fā)生紅移。采用正交設(shè)計(jì)法研究了添加不同助熔