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基于Mn~(4+)发光的三种新型氟化物体系的构建与LED应用研究

梁子波  
【摘要】:白光发光二极管(WLED)是第四代固态照明光源,具有体积小、寿命长、稳定性好、节能环保等优点。目前,商业化的WLED主要由GaN或InGaN蓝光芯片与高量子效率黄色荧光粉Y_3Al_5O_(12):Ce~(3+)(YAG:Ce)封装而成。但是,这种方式封装的白光LED器件由于缺少红色组分,其色温高(4500 K),显色指数低(80),这些缺点严重限制了器件在室内照明和高清背光显示中的应用。加入一定比例的红光组分是解决上述问题的有效途径。Mn~(4+)掺杂的氟化物(氟氧化物)红色荧光材料因原料廉价易得、合成方法简单环保、材料化学稳定性好、发光效率高等优点迅速引起了人们的重点关注。本文研究了三种LED用红色荧光粉的合成、物相形貌、电子结构、光学性能和具体应用,主要内容如下:(1)采用水热法合成了形貌一致的BaTiOF_4结构材料。以蒸馏水为溶剂,PEG6000为表面活性剂,研究了不同反应温度和不同PEG6000量下样品的微观形貌;利用XRD、EDS、红外光谱等手段对材料物性进行了表征。结果表明,BaTiOF_4材料的外观为大小均一的规则球体,PEG6000对材料的有序生长起着重要的诱导作用。(2)合成了一种新型红色荧光材料BaTiOF_4:Mn~(4+)。首先,以蒸馏水为溶剂,利用水热法合成了基质;其次,以无水乙醇和极少量HF为溶剂,运用离子交换法使Mn~(4+)与Ti~(4+)实现交换。对产物结构、形貌、化学热稳定性、光学性能进行了详细探究。结果表明,BaTiOF_4:Mn~(4+)红色荧光粉可应用于LED背光显示中。(3)合成了Cs_2NaAl_3F_(12):Mn~(4+)红色荧光粉,Mn~(4+)与Al~(3+)之间的电荷不匹配造成[MnF_6]八面体附近产生阳离子空位,使得材料呈现出较强的ZPL发射(623nm)。Cs_2NaAl_3F_(12):Mn~(4+)红粉的红光色纯度99%;将其应用于白光LED中可以改善白光器件各项性能指标。(4)合成了Cs_2NaAlF_6:Mn~(4+)红色荧光粉。精密光谱测试结果表明,在这种荧光粉中,Mn~(4+)占据了Al~(3+)(I)和Al~(3+)(II)两种结晶学格位。这一特点使得Cs_2NaAlF_6:Mn~(4+)进一步展现出强烈的ZPL发射(625 nm);所制得的暖白光LED器件也展现出低色温、高流明效率和高显色指数的特点。综上所述,本文对三种LED用氟化物体系的物相结构、形貌组成和光学性能进行了详细的研究,为改善LED器件性能指标提供了可供参考的红光材料。


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