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上转换发光显示三基色材料及其光电特性研究

作　者: 彭宝剑
导　师: 王琼华
学　校: 四川大学
专　业: 光学
关键词: 上转换发光显示喷射微波燃烧合成法多层膜发光机理结构表征
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

上转换发光显示是一种采用近红外激光作为泵浦光源，通过扫描和聚焦系统后照射到含高效率的稀土掺杂材料的上转换发光屏上，上转换材料吸收近红外光的能量后，辐射出红、绿、蓝三基色光，从而实现彩色显示的显示技术。上转换发光显示由于其具有体积小、效率高、色彩鲜艳、亮度高、寿命长等特点，尤其可实现真三维立体显示，有着很好的应用前景。上转换发光显示要求发光材料具有疏松、粒度小等特点，有利于高分辨率显示应用。上转换光谱要求除了主峰外，尽量没有次峰，便于采用多层膜滤除次峰，以提高显示图像的色纯度。本文的主要研究内容和取得的研究结果如下。1．用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示中的三基色上转换发光材料，它们分别是发红光的YF₃∶Er，Yb，发绿光的NaYF₄∶Er，Yb，和发蓝光的KY₃F₁₀∶Yb，Tm。用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）两种方法进行分析测定了三种材料的结构表征。X射线衍射图中衍射峰的位置与JCPDS卡片一致，证明合成出了完全纯相的晶体。用XRD测得三种材料的晶粒的大小分别约为30nm、30nm、50nm，用TEM测得三种材料的晶粒的尺寸大小是20-30nm、25-30nm、50nm，两种方法测试出的晶粒尺寸基本一致。合成的样品达到了超细粉体的要求，有利于高分辨率显示应用。2．分别在1064nm和980nm的激光激发下，得到了三种材料的上转换光谱，并分析了在两种波长激光激发下的发光机理。得出1064nm激光激发时在不同激发电压下YF₃∶Er，Yb、NaYF₄∶Er，Yb的发射光谱图，得到了两个上转换荧光带的荧光强度I与泵浦激光功率P分别取对数后的曲线图，并给出了各曲线拟合后的斜率。结合速率方程进行分析，得出在YF₃∶Er，Yb中红光的发射主要取决于Er³⁺离子⁴S_3/2态到⁴F_9/2态的多声子过程弛豫过程，在NaYF₄∶Er，Yb中红光的发射主要取决于Er³⁺离子⁴I_13/2态到⁴F_9/2态的跃迁过程。3．针对上转换材料发射出的三基色光均存在减弱色纯度的次峰，设计出相应的多层膜滤除，从而进一步提高色纯度。所设计的多层滤光膜在需高透的区域透射率在98％以上，在需高反的区域反射率在98％以上。研究了透射率与入射角之间的关系，在0～30°范围内都有很好的特性。考虑在多层薄膜制备中，存在由设备和工艺引起的材料折射率以及膜层厚度的微小偏差，由此导致多层薄光学特性的偏差，选取折射率与膜层厚度的乘积n·d有±3％波动时，分别计算透射率—波长特性曲线，结果显示偏差保持在±3％范围内，即设计的膜系具有较大的容差。采用光谱辐射计法测量多层膜的应用效果，得出上转换发光显示的色度参数，结果证实采用多层膜后显示图像的色纯度有较大提升。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 上转换简介  9-10
  1.2 上转换发光显示  10-14
    1.2.1 上转换发光显示的工作原理  11-12
    1.2.2 上转换发光显示材料  12-14
  1.3 论文的主要工作  14-15
第二章上转换材料的分类和制备方法  15-25
  2.1 稀土元素  15-16
    2.1.1 稀土元素的分类  15-16
    2.1.2 稀土元素的电子结构  16
  2.2 基质材料的分类  16-18
  2.3 上转换材料的制备方法  18-21
  2.4 主要研究方法  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章上转换发光机制与上转换发光理论  25-34
  3.1 上转换发光机理  25-29
    3.1.1 基态吸收/激发态吸收  25-26
    3.1.2 能量转移  26-28
    3.1.3 光子雪崩过程  28-29
  3.2 上转换发光基本理论  29-32
    3.2.1 J-O理论  29-31
    3.2.2 速率方程  31-32
  3.3 影响上转换效率的因素  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第四章三基色材料的制备及其上转换发光特性  34-60
  4.1 上转换发光材料的制备  34-36
  4.2 材料的结构分析  36-41
    4.2.1 XRD表征  36-39
    4.2.2 TEM表征  39-41
  4.3 三基色材料的上转换发光特性  41-58
    4.3.1 YF_3∶Er,Yb上转换机制的分析  41-50
      4.3.1.1 1064nm激光激发下YF_3∶Er,Yb上转换发光  41-47
      4.3.1.2 980nm激光激发下YF_3∶Er,Yb上转换发光  47-50
    4.3.2 NaYF_4∶Er,Yb上转换机制的分析  50-56
      4.3.2.1 1064nm激光激发下NaYF_4:Er,Yb上转换发光  50-54
      4.3.2.2 980m激光激发下NaYF_4:Er,Yb上转换发光  54-56
    4.3.3 KY_3F_(10):Yb,Tm上转换机制的分析  56-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章三基色光色纯度的优化  60-74
  5.1 多层介质膜的反射率  60-62
  5.2 膜料与膜系的选择  62-65
    5.2.1 多层膜的设计要求  62
    5.2.2 膜料的选择  62-65
    5.2.3 膜系的选择  65
  5.3 优化结果  65-67
  5.4 多层膜的光学特性分析  67-71
    5.4.1 多层膜的透射率-波长特性曲线  67-68
    5.4.2 多层膜的透射率-角度特性曲线  68-69
    5.4.3 多层膜的n·d有偏差时的透射率-波长特性曲线  69-71
  5.5 多层膜的应用效果  71-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章总结和展望  74-77
  6.1 总结  74-75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-83
致谢  83

上转换发光显示三基色材料及其光电特性研究

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