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白光LED用红色荧光粉的制备与性能研究

作　者: 于红伟
导　师: 杨志平
学　校: 河北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: LED 荧光粉高温固相法
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文以白光LED (White Light Emitting Diode)用碱土磷酸盐荧光材料作为研究对象,采用高温固相法制备了适合近紫外管芯激发的红色荧光粉。利用X射线粉末衍射(X-ray diffraction)分析了样品的晶体结构,借助于激发谱、发射谱、光度计等手段对材料的发光性能进行了的研究。主要内容如下：(1)利用高温固相法合成了BaZn2 (PO4)2:Eu3+红色发光材料。研究了其激发和发射光谱,结果显示：最强激发峰位于397 nm,是适合于UV InGaN管芯激发的白光LED用红色荧光粉。发射峰值位于585nm、595nm (5D0～7F1); 610nm、620nm (5D0～7F2); 656nm (5D0～7F3)及688nm和699nm (5D0～7F4),属于Eu3+的特征发射峰。研究了BaZn2(PO4)2:Eu3+材料在595nm的主发射峰强度随Eu3+浓度的变化,发射峰强度先随Eu3+浓度的增加而增大;当Eu3+的浓度为3%时,峰值强度最大;而后峰值强度随Eu3+浓度的增大而减小。研究了Eu3+浓度在3%保持不变时,采用不同的电荷补偿剂对BaZn2(PO4)2:Eu3+发射光谱强度的影响。电荷补偿剂采用Li+, Na+, K+和Cl时,均能提高BaZn2(PO4)2:Eu3+材料的发射光谱强度,其中Cl-离子的效果最好,其次分别为Li+,Na+,K+(2)采用高温固相法合成了BaZn2(PO4)2:Sm3+红色荧光粉,并研究了其发光性质。其发射光谱由3个发射峰组成,峰值分别位于569、607和661nm,对应了Sm3+的4G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2、和4G5/2→6H9/2特征跃迁发射,其中607nm的发射最强。激发光谱包括峰值位于260-460的宽带,该荧光粉既可以被近紫外LED管芯激发,又可以被蓝光LED管芯激发。因此,BaZn2(PO4)2:Sm3+可以用于白光LED的红色荧光粉。(3)采用高温固相法合成了CaZn2(PO4)2:Eu3+橙红色荧光粉,并对其发光性质进行了研究。该荧光粉在350nm-410nm有一个宽带激发峰,适用于UVLED管芯的激发,其激发主峰值位于394 nm。在紫外激发下的发射峰由位于585nm和595nm,615 nm和622nm、654nm及687 nm和700 nm四组线状峰构成,分别对应于Eu3+的(5D0→7F1)(5D0→7F2)、(5D0→7F3)及(5D0→7F4)特征跃迁,以595nm发射峰最强。探讨了掺杂的Eu3+浓度对样品发光强度的影响,其最佳掺杂浓度为10%,以及Eu3+发射的橙/红光比值随浓度的变化关系。比较分析了MZn2(PO4)2:Eu3+(Ca, Ba)两种基质中Eu3+的发光的猝灭浓度差异。发现加入不同电荷补偿剂Li+,Na+,K+,均能使发光强度得到提高,尤其以Li+最佳(4)利用高温固相法合成了Sr3Y(PO4)3:Eu3+红色发光材料。研究了其激发和发射光谱,观测结果显示：最强激发峰位于399 nm,是适合于UV (InGaN)管芯激发的白光LED用红色荧光粉。发射峰至位于592nm和598nm (5D0→7F1)、617nm、622nm和630nm(5D0→7F2)、657nm (5D0→7F3)及690nm (5D0→7F4),属于Eu3+的特征发射峰。研究了发光强度随浓度变化情况。随着Eu3+离子的增加未发现浓度猝灭现象,但是存在猝灭趋势。并且还进一步研究了在Sr3Y(PO4)3基质中Bi3+对Eu3+的敏化作用。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 白光LED的研究现状与前景  11
  1.2 白光LED实现的方案以及存在问题  11-15
    1.2.1 实现方案  11-12
    1.2.2 存在的问题  12-13
    1.2.3 荧光粉的主要制备方法  13-15
  1.3 红色荧光粉的研究意义及背景  15
  1.4 本课题的研究目的和内容  15-17
    1.4.1 研究目的  15-16
    1.4.2 研究内容  16-17
第2章 Eu~(3+)和Sm~(3+)的发光特性  17-20
  2.1 Eu~(3+)的光学特性  17-18
  2.2 Sm~(3+)的光学特性  18
  2.3 其他常用稀土离子特性  18-20
第三章荧光粉BaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)的光谱特性  20-24
  3.1 引言  20
  3.2 实验部分  20
  3.3 结果与讨论  20-23
    3.3.1 BaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)的XRD分析  20-21
    3.3.2 BaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)材料的激发与发射光谱  21-22
    3.3.3 Eu~(3+)浓度对BaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)材料发射光谱强度的影响  22-23
    3.3.4 电荷补偿剂对BaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)材料发射光谱强度的影响  23
  3.4 结论  23-24
第4章 BaZn_2(PO_4)_2:Sm~(3+)红色荧光粉发光性能的研究  24-28
  4.1 实验方法  24-25
    4.1.1 样品的制备  24
    4.1.2 样品的XRD图像  24-25
  4.2 样品的发光特性  25-27
    4.2.1 样品的发射光谱和激发光谱  25-26
    4.2.2 Sm~(3+)浓度对样品发光强度的影响  26-27
  4.3 结论  27-28
第5章荧光粉Ca_(1-x)Zn_2(PO_4)_2:xEu~(3+)的制备与发光性能研究  28-33
  5.1 实验部分  28
    5.1.1 样品的制备  28
    5.1.2 样品的检测  28
  5.2 结果与讨论  28-32
    5.2.1 CaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)的XRD分析  28-29
    5.2.2 CaZn_2(PO_4)_2:Eu~(3+)的发射光谱和激发光谱分析  29-30
    5.2.3 掺杂离子浓度对样品发光强度的影响  30-31
    5.2.4 不同电荷补偿剂对样品发光强度的影响  31-32
  5.3 结论  32-33
第6章 Sr_3Y(PO_4)_3:Eu~(3+)荧光粉  33-39
  6.1 实验部分  33
  6.2 结果与讨论  33-38
    6.2.1 Sr_3Y(PO_4)_3:Eu~(3+)的结构分析  33-34
    6.2.2 Sr_3Y(PO_4)_3:Eu~(3+)荧光粉的激发光谱和发射光谱  34-35
    6.2.3 掺杂离子浓度对Sr_3Y(PO_4)_3:Eu~(3+)发光强度的影响  35-36
    6.2.4 Bi~(3+)对Eu~(3+)的敏化  36-38
  6.3 结论  38-39
结束语  39-40
参考文献  40-44
攻读硕士期间发表的学术论文  44-45
致谢  45

白光LED用红色荧光粉的制备与性能研究

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