白光LED用磷酸鹽發(fā)光材料的研究.pdf

1、白光發(fā)光二極管(LED)是一種固體光源，與傳統(tǒng)的照明光源(白熾燈、熒光燈)相比，具有節(jié)能、發(fā)光效率高、壽命長、無汞污染等諸多優(yōu)點，因此被譽為新一代照明光源。最早生產(chǎn)的白光發(fā)光二極管是利用發(fā)黃光的YAG:Ce3+熒光粉和發(fā)藍光的LED芯片封裝得到的。此后，這種“熒光粉轉(zhuǎn)換法”制造白光LED的方法受到許多國家和研究者的高度關(guān)注。在“熒光粉轉(zhuǎn)換法”制造的白光LED中，熒光粉的性能直接決定白光LED的性能，所以要大力發(fā)展性能優(yōu)良白光LED，必須

2、首先研制出既能夠被紫外光(350～410nm)或藍光(450～470nm)有效激發(fā)，又具有較高的發(fā)光效率的熒光粉。因此研制白光LED用的熒光粉是一項非常有意義的重要工作。
　　目前，(鹵)磷酸鹽類熒光粉是日光燈應(yīng)用很廣泛的熒光粉。本學位論文的主要目標是尋找適合于近紫外LED芯片或者藍光LED芯片的，紅光、綠光、白光系列磷酸鹽類熒光粉。論文采用高溫固相法合成了幾種以磷酸鹽為基質(zhì)的熒光粉，通過稀土離子種類和摻雜濃度的選擇，實現(xiàn)紫外LE

3、D激發(fā)下的有效發(fā)光。研究利用X射線粉末衍射來測定合成熒光粉的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，利用日立F-4600熒光光譜儀表征熒光粉的發(fā)光特性，從激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、摻雜濃度、色品分析、熒光衰減壽命等方面來探討熒光粉的發(fā)光性質(zhì)和發(fā)光機理。所取得的研究結(jié)果如下：
　　1．AlPO4:Re(Re=Eu3+/Tb3+/Ce3+/Sm3+/Dy3+)系列熒光粉研究。重點研究了Eu3+和Tb3+在AlPO4中的發(fā)光性能。研究表明，AlPO4:Eu3+的激發(fā)光譜在

4、392nm處有很強的激發(fā)峰。在波長為392nm的紫外光激發(fā)下，AlPO4:Eu3+發(fā)出橙紅色光。探討了Eu3+的發(fā)射光譜和Eu3+在AlPO4中所占據(jù)的晶體學格位之間的關(guān)系。Eu3+在AlPO4中具有鮮明的濃度猝滅特性，Eu3+在AlPO4:xEu3+中的最佳摻雜濃度為3mol%。AlPO4:Eu3+的熒光衰減壽命為微秒數(shù)量級。AlPO4:Tb3+熒光粉的激發(fā)光譜在220nm和375nm處有很強的激發(fā)峰。在波長220nm的紫外光激發(fā)下，

5、AlPO4:Tb3+熒光粉表現(xiàn)出綠光發(fā)射。在AlPO4:Tb3+中摻入Ce3+可以促進Tb3+在AlPO4:Tb3+熒光粉中的發(fā)光。同樣的測試條件下AlPO4:Tb3+，Ce3+的發(fā)光光譜與LaPO4:Tb3+，Ce3+的發(fā)光光譜相似。另外，Ce3+、Sm3+和Dy3+在AlPO4基質(zhì)中均有發(fā)光現(xiàn)象。
　　2．Ba3Bi(PO4)3:Re(Re=Eu3+/Eu2+/Tb3+/Sm3+/Dy3+)系列熒光粉研究。在Ba3Bi(PO4

6、)3:Eu3+的制備基礎(chǔ)上，首次用高溫固相法在1250°C溫度下合成了Ba3Bi(PO4)3:Eu2+單一基質(zhì)白光發(fā)射熒光粉。激發(fā)光譜研究表明，Ba3Bi(PO4)3:Eu2+熒光粉在近紫外區(qū)域有很強的吸收。在波長為365nm的紫外光激發(fā)下，Ba3Bi(PO4)3:Eu2+熒光粉表現(xiàn)出了綠白色發(fā)光。在波長為330nm和365nm的紫外光激發(fā)下，其CIE色坐標值分別為(x=0.274,y=0.329)和(x=0.313,y=0.366)。

7、
　　在波長為375nm的近紫外光激發(fā)下，Tb3+摻雜的Ba3Bi(PO4)3熒光粉中，由于Tb3+的5D4－7F5躍遷，使得Ba3Bi(PO4)3:Tb3+顯示出綠光發(fā)射，發(fā)射光譜的最強波長峰值位置為545nm處。Tb3+在Ba3Bi(PO4)3:xTb3+中的最佳摻雜濃度為10mol%。色坐標值為(0.2699,0.4831)。研究結(jié)果表明Ba3Bi(PO4)3:Tb3+是可以被近紫外光有效激發(fā)的綠光熒光粉。
　　本文采

8、用固相反應(yīng)法于1250°C溫度下合成了Ba3Bi(PO4)3:Sm3+熒光粉。Sm3+摻雜的Ba3Bi(PO4)3的最佳濃度配比為Ba3Bi0.94(PO4)3:0.06Sm3+，熒光粉的激發(fā)光譜在300nm到500nm的范圍內(nèi)有多個激發(fā)峰。在波長為373nm、401nm的紫外光和波長為467nm的藍光激發(fā)下，Ba3Bi0.94(PO4)3:0.06Sm3+熒光粉的發(fā)射峰出現(xiàn)在563nm，599nm，646nm和709nm處，分別對應(yīng)于

9、Sm3+的4G5/2→6HJ(J=5/2，7/2，9/2和11/9)躍遷發(fā)射。在波長為401nm的紫外光激發(fā)下，Ba3Bi0.94(PO4)3:0.06Sm3+的色坐標值為(0.59,0.38)。
　　Dy3+激活的Ba3Bi(PO4)3暖白光發(fā)射熒光粉的激發(fā)光譜包含一些位于348.2nm,362.6nm,386.8nm和452.4nm的發(fā)射峰，能與近紫外光或藍光二極管管芯發(fā)出的藍光相匹配。在近紫外或藍光甚至綠光的激發(fā)下，Dy3+

10、摻雜的Ba3Bi(PO4)3:Dy3+熒光粉所產(chǎn)生的波長為481.6(487)nm的藍光和波長為575nm的綠光發(fā)射，分別是Dy3+的4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2躍遷發(fā)光。藍光和綠光混合而產(chǎn)生白光發(fā)光，其色坐標位于(x=0.322，y=0.381)，接近理想白光(x=0.333，y=0.333)。
　　3．本文采用固相反應(yīng)法于1200°C下合成了Eu3+摻雜的Sr3Y(PO4)3:Eu3+系列熒光粉。發(fā)光性質(zhì)

11、研究結(jié)果表明，Sr3Y(PO4)3:Eu3+熒光粉中表現(xiàn)出Eu3+的特征躍遷發(fā)射5D0→7FJ(J=0,1,2,3,4)，最強發(fā)射峰位于612nm處。與商用Y2O3:Eu3+熒光粉比較，在波長為392nm的紫外光激發(fā)下Sr3Y0.94(PO4)3:0.06Eu3+熒光粉的發(fā)光亮度是同樣條件下Y2O3:Eu3+的3.4倍。Sr3Y(PO4)3:Eu3+熒光粉的色坐標和量子效率分別為(0.64,0.33)和75%。研究結(jié)果表明Sr3Y(PO

12、4)3:Eu3+是一種適合近紫外光激發(fā)的紅光熒光粉。
　　4．本文采用高溫固相法在1200°C下合成了Eu3+激活的Ca9Y(PO4)7紅光發(fā)射熒光粉。X射線粉末衍射技術(shù)分析表明，合成的Ca9Y0.97(PO4)7:0.03Eu3+是純相晶體。發(fā)光特性研究結(jié)果表明，在Ca9Y0.97(PO4)7:0.03Eu3+的發(fā)射中，位于613nm的電偶極躍遷(5D0→7F2)導致的紅光發(fā)光，比位于594nm的磁偶極躍遷(5D0→7F1)導致

13、的橙色發(fā)光強。濃度對發(fā)光強度的影響研究結(jié)果表明，濃度為3mol%Eu3+摻雜的Ca9Y(PO4)7發(fā)光最強。該熒光粉的激發(fā)光譜由Eu–O電荷遷移帶和Eu3+的f－f躍遷激發(fā)光組成。最強激發(fā)峰位于392nm。在392nm激發(fā)下，Ca9Y0.97(PO4)7:0.03Eu3+熒光粉的發(fā)光強度比商用熒光粉Y2O3:0.05Eu3+的發(fā)光強度高一倍。Ca9Y0.97(PO4)7:0.03Eu3+的色坐標、量子產(chǎn)率和熒光壽命分別為(0.644,0