稀土摻雜白光LED熒光粉的合成及其光譜性能研究.pdf

1、本論文主要涉及稀土離子摻雜的白光LED熒光粉材料的制備及其光學(xué)性能的研究，包括采用高溫固相法合成的RE(RE=Ce3+，Eu2+，Tb3+)摻雜Ca2BO3Cl熒光粉材料、Eu2+-激發(fā)的SrLaAlO4紅光發(fā)射熒光粉材料以及Eu2+摻雜的Na1-xAl1-xSi1+xO4白光熒光粉材料。應(yīng)用了X射線衍射(XRD)、熒光發(fā)射光譜(PL)分析、透射電鏡(TEM)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)以及紫外-可見光譜儀(UV-Vis)等測試手段對

2、材料進行了表征，得到以下結(jié)論：
　　 采用高溫固相法合成了Ce3+、Eu2+、Tb3+摻雜Ca2BO3Cl熒光粉以及Ce3+，Eu2+共摻雜的Ca2BO3Cl熒光粉。分別合成Ca2BO3Cl：Ce3+藍光熒光粉(350 nm激發(fā)，416nm發(fā)射)、Ca2BO3Cl：Eu2+(387 nm激發(fā)，570 nm發(fā)射)黃光熒光粉、Ca2BO3Cl：Tb3+綠光熒光粉(398 nm激發(fā)，544 nm發(fā)射)。以及Ca2BO3Cl：Ce3+熒

3、光粉。Ca2BO3Cl：Ce3+，Eu2+是以350 nm激發(fā)，416 nm與570 nm共發(fā)射的白光熒光粉。通過能量轉(zhuǎn)換效率ηT的計算，得到Ce3+→Eu2+最大能量轉(zhuǎn)換效率ηT大約為84％。Ce3+→Eu2+能量傳遞是Eu2+發(fā)射光譜的強度增強的主要原因。并且通過理論計算證明，在Ca2BO3Cl：Ce3+，Eu2+熒光粉體系中，電偶極子-偶極子間的相互作用在Ce3+向Eu2+的能量傳遞機理中起主導(dǎo)性作用。Ca2BO3Cl：Ce3+,

4、Eu2+紫外激發(fā)的白光LED中具有潛在的應(yīng)用價值。
　　 采用高溫固相法合成了SrLaAlO4：Eu2+紅色熒光粉。SrLaAlO4：Eu2+在420 to530nm區(qū)域具有較寬的激發(fā)光譜，以445 nm激發(fā)獲得橙光發(fā)射(λem=605 nm)?？勺鳛榕c藍光LED相匹配的白光LED用紅色熒光粉。非中心對稱結(jié)構(gòu)的SrLaAlO4晶格為摻雜劑Eu2+提供了較大的晶體場劈裂環(huán)境，從而降低了Eu2+離子的5d軌道能級。這是能夠產(chǎn)生寬帶激

5、發(fā)光譜的原因。研究中我們發(fā)現(xiàn)，分別以254 nm與445 nm激發(fā)，其發(fā)射峰由銳線峰(254 nm激發(fā))轉(zhuǎn)變?yōu)椴ǚ?445 nm激發(fā))。254 nm激發(fā)所產(chǎn)生的銳線峰可歸結(jié)為晶體中存在了少量的Eu3+離子取代基質(zhì)中的La3+離子，Eu3+離子4f6-4f6電子躍遷所產(chǎn)生。SrLaAlO4：xEu2+熒光粉系列的最佳Eu2+摻雜比例為x=0.03，當(dāng)摻雜濃度超過x=0.03時，SrLaAlO4：xEu2+熒光粉則會發(fā)生濃度淬滅現(xiàn)象。通過色

6、坐標(biāo)計算得SrLaAlO4：0.03Eu2+熒光粉發(fā)射光的色坐標(biāo)為(0.60，0.39)，位于橙紅區(qū)域。與商用YAG：Ce發(fā)射光的色坐標(biāo)相比較而言SrLaAlO4：Eu2+熒光粉具有更多的紅光成分，能夠有效提高白光LED的顯色指數(shù)CRI。因此SrLaAlO4：0.03Eu2+熒光粉對于暖白光LED具有潛在應(yīng)用價值。
　　 采用了高溫固相法合成了Eu2+摻雜的Na1-xAl1-xSi1+xO4熒光粉。通過調(diào)節(jié)不同量SiO2后其激發(fā)

7、與發(fā)射光譜。合成了具有兩個發(fā)光中心(Eu1、Eu2)的Na1-xAl1-xSi1+xO4：Eu2+熒光粉。由于Eu2+離子5d軌道對于其周圍晶體場變化較為敏感，沒有加入SiO2之前，NaAlSiO4：Eu2+熒光粉中，Eu2+離子所取代的Na+離子格位后其發(fā)射峰位于440 nm處；加入SiO2后，Na1-xAl1-xSi1+xO4：0.02Eu2+(n=5)熒光粉產(chǎn)生了兩個發(fā)射峰中心位于440 nm(Eu2發(fā)光中心)與538 nm(Eu

8、1發(fā)光中心)處。由于加入了SiO2，其網(wǎng)狀硅酸鹽的Al/Si比發(fā)生變化導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)扭曲，從而產(chǎn)生了兩種不同晶體場環(huán)境的Na+離子格位(NaA和NaB格位)。當(dāng)Eu2+離子進入晶格發(fā)生取代時，則分別取代了NaA和NaB格位，從而產(chǎn)生了兩種Eu2+離子的發(fā)光中心，獲取了440 nm和538 nm共發(fā)射的白光熒光粉。隨著SiO2加入量的變化Na1-xAl1-xSi1+xO4：0.02Eu2+熒光粉發(fā)射的光譜分別位于黃綠色、綠色、青色、藍色以及白