堿金屬-稀土鉬-鎢酸鹽的合成、發(fā)光及其在發(fā)光二極管的應(yīng)用研究.pdf

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(dǎo)體白光二極管固體照明與傳統(tǒng)的固態(tài)照明技術(shù)(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(diǎn)，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(lán)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(dǎo)體芯片研究理論和技術(shù)的發(fā)展，芯片的發(fā)射波長已經(jīng)從藍(lán)光(～460nm)移到近紫外-紫光區(qū)(390～420nm)，能夠?yàn)闊晒夥厶峁└叩募ぐl(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(yīng)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(lán)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(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用前景。本學(xué)位論文工作的主要目標(biāo)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(gòu)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(gòu)、粒子大小、形貌進(jìn)行表征，詳細(xì)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(xué)位究論文分6章撰寫。 第一章首先綜述了當(dāng)前白光LED的發(fā)展現(xiàn)狀，然后簡述了當(dāng)前稀土發(fā)光材料研究進(jìn)展以及白光LED用熒光粉研究現(xiàn)狀。針對當(dāng)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(jìn)展，提出了本文的研究目標(biāo)，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(gòu)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(yīng)，并且樣品發(fā)出強(qiáng)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(tuán)取代的方法，對NaEu(M

6、oO4)2熒光粉進(jìn)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(gòu)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(jìn)行了一些優(yōu)化工作，利用一些三價金屬離子如(Sm3+、Bi3+)進(jìn)行摻雜，結(jié)果樣品的激發(fā)波長范圍拓寬、發(fā)射強(qiáng)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(qiáng)度有所下降。 第四章的工作主要用一些軟化學(xué)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(gòu)、粒子大小、形貌進(jìn)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(diǎn)。然后，采用燃燒法制備了NaEu(MoO4)2，利用XRD、SEM對其進(jìn)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(dāng)后處理溫度為700℃時，其在395nm光激發(fā)下的發(fā)射強(qiáng)度就比固相法800℃制備的NaEu(MoO4)2樣品發(fā)射強(qiáng)度大，800℃時樣品的發(fā)射強(qiáng)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(gòu)，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(qiáng)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(jìn)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