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《上海交通大学》 2011年
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白光LED用荧光材料的制备与性能研究

严小松  
【摘要】:半导体白光LED光源因其节能、环保、使用寿命长、体积小、反应速度快、耐冲击等诸多优点,被视作人类新一代的光源。本论文从光转换型白光LED发展存在的两个难题——红光区域显色性能不足和多相荧光材料组分之间重吸收出发,通过对适用于455-465 nm蓝光LED芯片和395-405 nm,355-365 nm近紫外光LED芯片的荧光材料进行了研究,具体开展了以下工作: (1) 455-465 nm蓝光芯片激发的YAG:Ce~(3+), Eu~(3+)荧光粉 利用水热辅助燃烧的合成方法,通过在黄光荧光粉YAG:Ce~(3+)中共掺Eu~(3+)提高了其红光区域的发射强度,既可避免添加另一相红光材料而造成的重吸收现象,又提高了红光区域的显色性能。结果表明,水热辅助燃烧合成法可以大大降低传统高温固相法所需的反应温度。YAG:Ce~(3+), Eu~(3+)荧光粉封装的白光LED弥补了YAG:Ce~(3+)荧光粉封装的白光LED在红光区域发射强度不足的缺陷,大幅提高了商业白光LED的显色性能。YAG:Ce~(3+), Eu~(3+)荧光粉封装的白光LED在20 mA电流激发下发射出色品坐标(0.3201, 0.3561),色温为4910K,显色指数82的优质白光,器件的流明效率可达78.71 lm/W。 (2) 455-465 nm蓝光芯片激发的CdS:Cu~(2+)/ZnS量子点 将掺杂量子点作为光转换材料应用于白光LED,以解决多相荧光材料混合后的重吸收问题。通过一锅法合成了发射红光的CdS:Cu~(2+)量子点。结果表明,通过控制体系反应的温度从195℃到235℃变化,可以控制CdS:Cu~(2+)量子点发射波长从630 nm到710 nm变化。不同掺杂Cu~(2+)浓度对CdS:Cu的发射波长影响不大,但可决定CdS:Cu~(2+)量子点中CdS本征发射峰与Cu~(2+)掺杂发射峰的比例。通过在CdS:Cu~(2+)表面包覆ZnS壳层,可以将CdS:Cu~(2+)量子效率从18%~30%提高到40%~50%,同时提高其光化学稳定性和热稳定性。利用CdS:Cu~(2+)/ZnS量子点、YAG:Ce~(3+)荧光粉与蓝光LED芯片制成的白光LED,在120 mA驱动电流条件下,可发射出色品坐标为(0.3449, 0.3282),显色指数86的优质白光,器件的流明效率可达37.43 lm/W。 (3) 395-405 nm近紫外芯片激发的CaIn_2O_4:Eu~(3+)荧光粉 首次合成了物理化学性能更稳定的,能被近紫外光有效激发的新型红光荧光粉CaIn_2O_4:Eu~(3+)。通过共掺碱金属离子M+(M=Li,Na,K),利用M+ + Eu~(3+)→2Ca~(2+)方式弥补Eu~(3+)替位Ca~(2+)造成的电荷不平衡,可以大幅提高CaIn_2O_4:Eu~(3+)荧光粉的发射强度。通过掺杂Sm~(3+),利用Sm~(3+)→Eu~(3+)的能量传递,可以拓宽CaIn_2O_4:Eu~(3+)荧光粉近紫外区域的激发光谱,并提高CaIn_2O_4:Eu~(3+)荧光粉400-405 nm波段的近紫外光的激发强度。 (4) 355-365 nm近紫外芯片激发的单一相LiCa_3MgV_3O_(12_:Eu~(3+)和SrZn_2(PO_4)_2: Eu~(2+), Mn~(2+)白光荧光粉 针对近紫外光激发三基色荧光粉材料之间重吸收的问题,研发了近紫外光激发的单一相白光荧光粉体系LiCa_3MgV_3O_(12_:Eu~(3+)和SrZn_2(PO_4)_2: Eu~(2+), Mn~(2+)。通过高温固相法合成LiCa_3MgV_3O_(12_:Eu~(3+),利用[VO4]3-和Eu~(3+)分别对应的发射谱带复合形成白光,通过调节Eu~(3+)掺杂浓度,可获得显色性能87,色品坐标(0.33, 0.34)的白光。通过燃烧法合成SrZn_2(PO_4)2:Eu~(2+), Mn~(2+),相比高温固相法合成的样品有更小的颗粒尺寸和更高的发射强度,利用Eu~(2+)和Mn~(2+)分别对应的发射谱带复合形成白光,通过调节Eu~(2+)和Mn~(2+)掺杂浓度比例,可获得显色指数为85,色品坐标为(0.35, 0.36)的白光。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TN104.3

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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1 关淼嘉;铋掺杂玻璃宽带近红外发光性能的研究[D];浙江大学;2011年
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【二级参考文献】
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9 刘宗源;大功率LED封装设计与制造的关键问题研究[D];华中科技大学;2010年
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