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白色发光二极管用荧光粉的制备和性能研究

作　者: 刘静
导　师: 孙淑清
学　校: 天津大学
专　业: 无机化学
关键词: WLED 高温固相法 YAG:Ce3+荧光粉 基质取代 SMWP
分类号: TQ617.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


白光发光二极管（WLED）具有节能、稳定、长寿命、无污染等很多优异的性能，被公认为是21世纪最有价值的新光源，在很多领域有广泛的用途。目前商用WLED大多是用YAG:Ce3+荧光粉涂覆在蓝色LED芯片表面，由蓝光激发荧光粉发出黄光，经混合得到白光。因此YAG:Ce3+荧光粉的性能直接影响到WLED的性能。本文综述了YAG:Ce3+荧光粉的研究进展，介绍了几种制备YAG:Ce3+荧光粉的方法，并总结了它们的优缺点。本文采用高温固相法，用其它稀土离子进行基质取代，合成了一系列YAG:Ce3+荧光粉。运用XRD对荧光粉进行了表征,实验结果表明这些体系都具有立方石榴石结构。运用荧光光谱仪对荧光粉的发光性能进行了表征，实验结果表明：当用Gd或Tb取代Y时发射峰发生红移；当用La或Lu取代Y时，发射峰发生蓝移；当用Sm取代Y时发射峰不移动，但在红光区域有两个小的尖锐发射峰600nm和616nm，可提高YAG:Ce3+荧光粉的显色性；采用较温和的高温固相反应，并利用电荷补偿效应制备出白光发光二极管用荧光粉Y3-xMxAl5O12:Ce（M=Sr,Ba），随着Sr2+、Ba2+取代量的增大，发射峰峰值不变，发光强度都是先增大后减小，均在x=0.1时达到最大值；本文还考查了两种基质阳离子取代对YAG:Ce3+发光性能的影响，制得的几种荧光粉的发射光谱峰值都发生红移。上述制作WLED的方法由于混合物之间存在颜色再吸收和配比调控问题，流明效率和色彩还原性能受到较大影响，因此在单一基质中实现白光发射受到越来越多的重视。本文采用高温固相法，制备出一系列新型的适于近紫外光激发的Sr3RE2（BO3）4:Dy3+（RE=Y, La, Gd）荧光粉，并对其发光机理进行了探讨。实验结果表明：该荧光粉在365nm激发下有3个发射谱带，峰值分别位于484nm，575nm，和680nm，分别对应于Dy3+的4F9/2→6H15/2、4F9/2→6H13/2和4F9/2→6H11/2电子跃迁，3个发射谱带分别呈现蓝、黄、红光，混合得到白光。该荧光粉的激发光谱位于320～480nm波长范围，能与UV LED（350～410nm）和蓝色LED（450～470nm）很好地吻合。该荧光粉是很有发展前景的近紫外激发的WLED用的单一基质发白光的荧光粉。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 前言  9-14
  1.1 LED 概述  9
  1.2 LED 的发光原理  9-10
  1.3 LED 的发展历史  10
  1.4 WLED 的发光原理  10-11
  1.5 WLED 的优点及应用  11-12
  1.6 WLED 的发展前景  12
  1.7 本论文提出的意义及主要工作  12-14
第二章 文献综述  14-27
  2.1 发光材料的发光机理  14
  2.2 稀土元素的发光机理  14-16
  2.3 荧光粉的发光性能指标及检测方法  16-17
  2.4 YAG 荧光材料简介  17-19
    2.4.1 YAG 的微观结构  17-18
    2.4.2 YAG:Ce~(3+)的发光特性和光致发光机理  18-19
  2.5 YAG 荧光粉的制备方法简介  19-24
    2.5.1 高温固相反应法  20
    2.5.2 溶胶—凝胶法(Sol–Gel Method)  20-21
    2.5.3 喷雾热解法  21-22
    2.5.4 燃烧法  22
    2.5.5 沉淀法  22-23
      2.5.5.1 共沉淀法  22-23
      2.5.2.2 均匀沉淀法  23
    2.5.6 水热和溶剂热合成法  23-24
  2.6 单一基质发白光荧光粉简介  24-27
    2.6.1 多离子掺杂的SMWP  24-25
    2.6.2 单一离子掺杂的SMWP  25-27
第三章 YAG:Ce~(3+)荧光粉的制备及性能测试  27-44
  3.1 实验部分  27-28
    3.1.1 实验药品  27
    3.1.2 实验仪器  27-28
    3.1.3 实验方法及步骤  28
  3.2 产品性能测试  28-29
    3.2.1 X 射线衍射测试  28-29
    3.2.2 荧光光谱测试  29
  3.3 结果与讨论  29-44
    3.3.1 纯YAG:Ce~(3+)荧光粉的物相分析和荧光分析  29-31
    3.3.2 三价基质阳离子取代对YAG:Ce~(3+)发光性能的影响  31-39
      3.3.2.1 Gd~(3+)取代对YAG:Ce~(3+)荧光粉荧光光谱的影响  31-33
      3.3.2.2 La~(3+)取代对YAG:Ce~(3+)荧光粉荧光光谱的影响  33-35
      3.3.2.3 Tb~(3+)取代对YAG:Ce~(3+)荧光粉荧光光谱的影响  35-36
      3.3.2.4 Sm~(3+)取代对YAG:Ce~(3+)荧光粉荧光光谱的影响  36-37
      3.3.2.5 Lu~(3+)取代对YAG:Ce~(3+)荧光粉荧光光谱的影响  37-39
    3.3.3 二价基质阳离子Sr2+、Ba2+取代对YAG:Ce~(3+)发光性能的影响  39-42
    3.3.4 混合基质阳离子取代对YAG:Ce~(3+)发光性能的影响  42-44
第四章 近紫外激发的Sr3RE2(BO3)4 :Dy~(3+)(RE=Y, La, Gd)荧光粉的制备及性能测试  44-56
  4.1 实验部分  44-45
    4.1.1 实验药品  44
    4.1.2 实验仪器  44-45
    4.1.3 实验方法及步骤  45
  4.2 产品性能测试  45-46
    4.2.1 X 射线衍射测试  45
    4.2.2 荧光光谱测试  45-46
  4.3 结果与讨论  46-56
    4.3.1 X 射线衍射分析  46-47
    4.3.2 荧光光谱分析  47-51
      4.3.2.1 激发光谱  47-48
      4.3.2.2 发射光谱  48-51
    4.3.3 Dy~(3+)的浓度与Y/B 值积分强度比率的关系  51-53
    4.3.4 Dy~(3+)的浓度对4F9/2→6H13/2 (575nm) 跃迁的发射强度的影响  53-54
    4.3.5 Dy~(3+)的lg(I/x)和lgx 之间的关系  54-56
第五章 结论  56-58
参考文献  58-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 染料及中间体工业 > 各种用途的合成染料 > 荧光、磷光染料
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