WLED用Mn4+摻雜氟化物紅色熒光粉的合成及發(fā)光性能研究.pdf

1、自1990s以來，白光發(fā)光二極管(white light emitting diode，WLED)的快速發(fā)展得益于高亮度GaN基藍光LED的成功研制。目前，WLED以其高效節(jié)能、綠色環(huán)保、安全耐用等優(yōu)點，當仁不讓地成為了打造節(jié)約型社會環(huán)境下照明行業(yè)的新寵，被譽為繼白熾燈、熒光燈和高強度放電燈之后的第四代照明光源。但當前的WLED不是因缺乏紅光成分而導致顯色指數偏低，就是因紅粉效率較低而導致發(fā)光效率偏低。因此，亟需具有高效窄帶的紅色熒光粉

2、以彌補當前WLED的不足。
　　本文選擇復合氟化物K2MF6(M=Si，Ge)作為熒光粉基質材料，一是因為氟化物素有聲子能量低、發(fā)光效率高等優(yōu)點;二是因為Mn4+在該基質所提供的六配位環(huán)境中具有獨特光學性能。將激活劑選定為Mn針主要是因為Mn4+具有寬帶激發(fā)和窄帶發(fā)射的光譜特性，可獲得高純度窄帶紅光。本研究采用共沉淀法成功制備了包括K2SiF6∶ Mn4+和名義組成為K2Si1-xGexF6∶ Mn4+(x=0，0.25，0.50

3、)在內的WLED用Mn4+摻雜氟化物紅色熒光粉。其中，K2Si1-xGexF6∶ Mn4+熒光粉尚未見報道。首先，通過改變反應物(HF、SiO2或KMnO4)的濃度或用量，研究其對產物K2SiF6∶ Mn4+的物相、形貌、成分及發(fā)光性能的影響，并以此為據優(yōu)化合成條件。其次，研究了基質Si、Ge含量變化對名義組成K2Si1-xGexF6∶ Mn4+(x=0，0.25，0.50)熒光粉的物相、成分及發(fā)光性能的影響，并給出了可能的解釋。最后，

4、成功將K2SiF6∶ Mn4+熒光粉應用于WLED，并對其發(fā)展前景作了展望。主要結論如下:
　　一、采用共沉淀法成功制備了K2SiF6∶ Mn4+紅色熒光粉。結果表明:該熒光粉的顆粒尺寸均勻，晶棱面清晰，結晶度良好，是單一的純相;其激發(fā)光譜呈雙峰狀，激發(fā)峰350nm和455nm分別對應Mn4+的4A2→4T1和4A2→4T2能級躍遷，而發(fā)射光譜是600～650nm的多峰窄帶紅光，對應Mn4+的2Eg→4A2能級躍遷，主發(fā)射峰位于6

5、30nm處;其色坐標為(0.697，0.303)，較商用CaAlSiN3∶ Eu2+紅粉可獲得更廣的色域。在配方優(yōu)化研究中發(fā)現，分別增加KMnO4、 SiO2的用量均可使K2SiF6∶ Mn4+熒光粉的發(fā)光強度先增后減，KMnO4過多或SiO2過少都會使產物析出MnF2雜相，其中較優(yōu)的KMnO4、 SiO2用量分別為6.00 g和1.50 g;HF濃度越高越有利于獲得高發(fā)光強度的產物。制備K2SiF6∶ Mn4+熒光粉的較優(yōu)配方是:1.

6、50g SiO2+100 ml HF+6.00 g KMnO4+0.20 gKF+20 ml H2O2。
　　二、采用共沉淀法成功制備了名義組成為K2Si1-xGexF6∶ Mn4+(x=0，0.25，0.50)的紅色熒光粉。結果表明:Ge4+可部分固溶于K2SiF6;該熒光粉的激發(fā)、發(fā)射光譜與K2SiF6∶ Mn4+紅色熒光粉類似，主發(fā)射峰位于634 nm處，色坐標為(0.693，0.303)。隨Ge4+含量的增加該熒光粉的顆粒

7、尺寸逐漸增大，發(fā)光強度逐漸增強，且在名義組成為K2Si0.50Ge0.50F6∶ Mn4+的熒光粉中觀察到了通常只出現于低對稱晶體場的零聲子線，可能的原因是Ge4+的存在既促進了Mn4+的摻入，也降低了Mn4+所處晶體場的對稱性。
　　三、成功將K2SiF6∶ Mn4+熒光粉分別與商用黃、綠粉混用制得WLED-YR、WLED-GR系列WLED，實現了該紅粉在WLED中的應用。研究表明，隨紅粉配比的增加，所制WLED的紅光成分逐漸增

8、強，顯色性能也得到了顯著改善。其中，黃、紅粉配比為2∶8的WLED-YR5樣品表現出了極好的綜合性能，其色坐標(0.3380，0.3114)與理想白光接近，相關色溫為5，182 K，顯色指數Ra高達90.7;綠、紅粉配比為4∶6的WLED-GR4的色坐標(0.3340，0.3560)也十分接近理想白光。
　　最后，針對當前該Mn4+摻雜氟化物紅色熒光粉所面臨的兩大難題——減少或避免HF的使用和提高熒光粉穩(wěn)定性，展望了該紅粉的發(fā)展前