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文檔簡介
1、自從1996年日亞(Nichia)公司生產(chǎn)出GaN基白光發(fā)光二極管(whitelight-emittingdiodes,WLED)以來,半導體白光二極管固體照明與傳統(tǒng)的固態(tài)照明技術(白熾燈、熒光燈)相比,顯示出使用電壓低、光效高、適用性廣、穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好、顏色可調(diào)等優(yōu)點,被喻為新一代照明光源。目前白光LED主要通過兩種途徑產(chǎn)生白光:一種是熒光轉(zhuǎn)換型,即用單個LED芯片和熒光粉組合發(fā)光;另一種方法是采用紅、綠、藍三色LED芯片組合發(fā)
2、光,即多芯片白光LED?,F(xiàn)在世界各國商業(yè)化、大規(guī)模生產(chǎn)的主要是熒光轉(zhuǎn)換型WLED。另一方面,隨著半導體芯片研究理論和技術的發(fā)展,芯片的發(fā)射波長已經(jīng)從藍光(~460nm)移到近紫外-紫光區(qū)(390~420nm),能夠為熒光粉提供更高的激發(fā)能量,提高光效,并使可選擇的熒光化合物范圍更大,同時也對熒光粉性能提出的更高的要求。然而,目前應用于~400nm近紫外-紫光芯片上三基色熒光粉主要還是傳統(tǒng)的熒光粉,如:藍粉BaMgAl10O17:Eu2+
3、,綠粉ZnS:(Cu+,Al3+),紅粉Y2O2S:Eu3+等。這此傳統(tǒng)的熒光粉在近紫外區(qū)激發(fā)的光效不是很高,其中又以紅色熒光粉發(fā)光效率最低,并且不穩(wěn)定,使得白光LED發(fā)光效率不易提高。因此,研究新的近紫外-紫光芯片適用的紅色熒光粉具有重要的學術意義和實際應用前景。本學位論文工作的主要目標是尋找新的、適合于~400nm近紫外光激發(fā)的光轉(zhuǎn)換型LED用的稀土紅色熒光粉。我們采用高溫固相法、溶膠-凝膠法和燃燒法合成了一系列具有白鎢礦結(jié)構的稀土
4、堿金屬雙鉬(鎢)酸鹽和四鉬酸鹽,利用XRD、SEM對其結(jié)構、粒子大小、形貌進行表征,詳細研究其光致發(fā)光性能,篩選出熒光性能優(yōu)良的化合物與~400nm發(fā)光InGaN的芯片結(jié)合,制成LED,探討其發(fā)光性能。本學位究論文分6章撰寫。 第一章首先綜述了當前白光LED的發(fā)展現(xiàn)狀,然后簡述了當前稀土發(fā)光材料研究進展以及白光LED用熒光粉研究現(xiàn)狀。針對當前~400nm近紫外光激發(fā)光轉(zhuǎn)換型LED用的三基色熒光粉研究進展,提出了本文的研究目標,即
5、尋找新的、適合于~400nm近紫外光激發(fā)光轉(zhuǎn)換型LED用的稀土紅色熒光粉。 第二章用固相法制備了一系列具有白鎢礦結(jié)構的堿金屬稀土二鉬酸鹽,研究其發(fā)光性能。我們以NaLa(MoO4)2為基質(zhì)研究了一系列稀土離子的發(fā)光性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn)NaLa(MoO4)2摻雜Eu3+離子沒有觀察到濃度猝滅效應,并且樣品發(fā)出強的紅光,色純度好。繼而以NaEu(MoO4)2為基質(zhì),利用不同三價金屬離子/一價堿金屬離子/陰離子基團取代的方法,對NaEu(M
6、oO4)2熒光粉進行了一系列優(yōu)化工作,得到發(fā)光性能良好的熒光粉,如:NaEu(MoO4)2、NaEu092Sm008(MoO4)2、NaEu076Bi0.20Sm0.04(MoO4)2、NaEu(MoO4)188(SO4)0.12、Li0333Na0.334K0.333Eu(MoO4)2等,最后我們將這些紅粉與~400nm發(fā)射的InGaN芯片一起,制備了一些紅光LED,它們的發(fā)光性能良好。 第三章用固相法所制備了一系列具有白鎢礦
7、結(jié)構的堿金屬稀土二鎢酸鹽,研究其發(fā)光性能。首先研究了NaLa(WO4)2:Ln3+(Ln3+=Eu3+、Sm3+、Tb3+)系列熒光粉的發(fā)光性能,結(jié)果Eu3+、Tb3+離子在NaLa(WO4)2基質(zhì)中都沒有明顯的濃度猝滅現(xiàn)象。于是,我們著重對NaEu(WO4)2熒光粉進行了一些優(yōu)化工作,利用一些三價金屬離子如(Sm3+、Bi3+)進行摻雜,結(jié)果樣品的激發(fā)波長范圍拓寬、發(fā)射強度增加。最后我們制作了NaEu(WO4)2基LED,其發(fā)光為粉紅
8、色,相比于NaEu(MoO4)2基紅色LED,發(fā)光強度有所下降。 第四章的工作主要用一些軟化學方法(溶膠-凝膠法和燃燒法)制備NaEu1-xSmx(MoO4)2、NaEu(MoO4)2熒光粉,研究其發(fā)光性能。首先采用溶膠-凝膠法制備了NaEu1-xSmx(MoO4)2(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10),利用XRD、SEM對其結(jié)構、粒子大小、形貌進行了表征。相對于高溫固相所制備出來的樣品,溶膠-凝膠法制備
9、的樣品具有燒結(jié)溫度低,煅燒時間短,樣品顆粒比較小,粒徑分布比較均一等優(yōu)點。然后,采用燃燒法制備了NaEu(MoO4)2,利用XRD、SEM對其進行表征,結(jié)果表明燃燒法所合成了樣品在較低溫度后處理,就具有純的晶相,樣品顆粒小,分布均勻,并且發(fā)光性能好:當后處理溫度為700℃時,其在395nm光激發(fā)下的發(fā)射強度就比固相法800℃制備的NaEu(MoO4)2樣品發(fā)射強度大,800℃時樣品的發(fā)射強度約是高溫固相法所合成的NaEu(MoO4)2的
10、1.6倍。最后將部分發(fā)光性能良好的熒光粉與InGaN芯片一起制作了紅光LED。 第五章合成了系列堿金屬稀土四鉬酸鹽Na5Ln(MoO4)4(Ln為三價稀土離子),它們具有類似CaWO4的白鎢礦結(jié)構,研究了其發(fā)光性質(zhì)。首先研究了Na5La(MoO4)4:Ln3+(Ln3+=Eu3+、Sm3+、Tb3+)系列熒光粉的發(fā)光性能,結(jié)果表明Eu3+、Tb3+離子在Na5La(MoO4)4中沒有明顯的濃度猝滅現(xiàn)象。然后對比研究了Na5Eu(
11、MoO4)4和NaEu(MoO4)2的發(fā)光性質(zhì),結(jié)果表明在395nm光激發(fā)下Na5Eu(MoO4)4的發(fā)射強度約是NaEu(MoO4)2的2.1倍,而Na5Eu(MoO4)4的Eu3+離子的質(zhì)量含量約是NaEu(MoO4)2的一半,所以Na5Eu(MoO4)4是一種更高效的紅粉。于是我們也對Na5Eu(MoO4)4進行了一系列優(yōu)化工作,得到一些發(fā)光性能良好的熒光粉,如Na3K2Eu(MoO4)4等,最后將它們與~400nm發(fā)射的InGa
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