白光LED用荧光粉的制备与性能研究

【摘要】：由于白光LED节能、使用寿命长和对环境没有污染等特点，已成为新一代的照明光源。LED芯片与荧光粉配合方案是实现白光LED的主流。目前广泛使用的是蓝光LED与黄色荧光粉（YAG:Ce）的组合。然而，这种白光LED的发光效率同时受荧光粉和蓝光LED两者的制约，在高的电流下蓝光的光电强度比黄光的光电强度增加得快，随着电流的改变就会导致光谱的不匹配从而导致显色指数偏低。而紫外（近紫外）体系的白光LED可弥补上述问题，而且成本较低、颜色易控、色彩均匀度好和显色性好。因此，开发新型的可被紫外（近紫外）LED有效激发的荧光粉具有重要的意义。本论文合成了几种新型的可以被紫外激发的白光LED用荧光粉，系统的研究了合成工艺，物相结构与光谱特性，获得了一定的创新性成果。 论文利用高温固相法合成Sr_3Al_2O_6:Ce~(3+)、MAl_2O_4:Eu~(3+),Li+(M=Ca, Ba)荧光粉。实验发现对Sr_3Al_2O_6: Ce~(3+)荧光粉结构和发光强度具有明显的影响，助溶剂H_3BO_3和Ce~(3+)离子的最佳浓度分别为6wt%和0.04mol%。在395nm的激发下，Sr_3Al_2O_6: Ce~(3+)荧光粉的发射光谱呈现峰值为460nm的蓝光峰。在254nm的激发下，MAl_2O_4:Eu~(3+),Li+荧光粉发射出强的红光发射。论文研究了碱金属离子的加入对Sr_(2.96)Al_2O_6:0.04Ce~(3+)、MAl_2O_4:Eu~(3+),Li+(M=Ca, Ba)两种荧光粉的影响，研究表明当共掺碱金属离子时，Sr_3Al_2O_6:Ce~(3+)、MAl_2O_4:Eu~(3+)荧光粉的发光强度明显增强。 利用高温固相法合成Sr_2Al_2SiO_7:Ce~(3+),Eu~(2+)荧光粉。在345nm的激发下，Sr_2Al_2SiO_7:Ce~(3+),Eu~(2+)荧光粉的发射峰既出现Ce~(3+)的特征发射峰又出现Eu~(2+)的特征发射峰，并且Sr_2Al_2SiO_7:Ce~(3+),Eu~(2+)荧光粉随着Eu~(2+)离子浓度的增加，发光颜色从蓝色逐渐过渡到绿色。Sr_2Al_2SiO_7:Ce~(3+),Eu~(2+)荧光粉中存在Ce~(3+)-Eu~(2+)的能量传递，经过计算，能量传递方式为偶极-偶极作用，临界距离为1.83nm。 利用高温固相法合成NaLa (MoO_4)_2:Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉。在339nm的激发下，NaLa (MoO_4)_2:Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉既出现Ce~(3+)的特征发射又出现Tb~(3+)离子的特征发射。并且Ce~(3+)和Tb~(3+)离子的特征发射强度都随着Ce~(3+)离子浓度的增加而增强。另外，Ce~(3+)和Tb~(3+)离子共掺的NaLa (MoO_4)_2荧光粉的发光强度均明显高于Tb~(3+)离子单掺的NaLa (MoO_4)_2荧光粉。随着Tb~(3+)离子浓度的增加，Ce~(3+)离子的发射峰逐渐降低而Tb~(3+)离子的发射峰逐渐增强。对于NaLa (MoO_4)_2:Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉，Ce~(3+)和Tb~(3+)离子之间存在能量传递，能量传递方式为偶极-四极作用。 论文利用水热合成法制备了Eu~(3+)和Tb~(3+)共掺的NaLa(MoO_4)_2发光粉、Eu~(3+)和Sm~(3+)共掺的LaPO_4纳米棒发光粉和氟化钇纳米发光粉。实验发现通过控制前驱体的pH值可以达到控制NaLa(MoO_4)_2:Eu~(3+),Tb~(3+)发光粉的形貌的目的。当控制pH值为5时，样品形貌为球形结构；pH值为7时，样品形貌为纺锤体；pH值为9时其形貌为花状结构。在紫外光的激发下，NaLa(MoO_4)_2:Eu~(3+)荧光粉发射红光，而NaLa(MoO_4)_2:Tb~(3+)荧光粉发射绿光。并且当pH值为5时它们的发光强度最大。在共掺Eu~(3+)和Tb~(3+)的NaLa(MoO_4)_2荧光粉中，随着Tb~(3+)/Eu~(3+)比例的增加，样品的发光颜色从红色到黄色，最后变为绿色。 Eu~(3+)和Sm~(3+)掺杂的LaPO_4纳米棒则是通过两步水热合成法合成。首先先合成镧前驱体，然后消耗前驱体合成LaPO_4纳米棒，并且对纳米棒的结构、形貌、形成机理及发光特性进行了研究。研究发现，镧前驱体是由直径大约500nm，长大约600nm的微棱体和直径为50nm，长约200nm的小的纳米棒组成。镧前驱体为La(OH)3相和LaCO_3OH相的混合物。最终产品LaPO_4纳米棒是由直径为10nm、长为600-800nm的纳米棒组成。加入Sm~(3+)离子可以有效的增强Eu~(3+)的发射强度并且扩宽Eu~(3+)离子的激发光谱，使得Eu~(3+)离子在400nm-405nm也有吸收。 利用OmimPF6离子液体合成氟化钇纳米荧光材料。在这个过程中，离子液体既做模板剂又做反应剂。这些均一的纳米菱形结构是由小的纳米粒子自组装而成。同时还对YF3:Eu~(3+)、YF3:Tb~(3+)、YF3:Ce~(3+)和YF3:Dy~(3+)纳米荧光粉的发光特性进行了研究。 论文以油页岩灰渣提取的铝盐作为铝源、碳球作为模板，采用简单、绿色的方法合成均匀的氧化铝中空球发光材料。确定了从灰渣提取铝的最佳工艺条件：焙烧温度为750oC，浸取温度为100oC，浸取时间为5小时，硫酸浓度为30wt.%，固液比为1：3。在246nm的激发下Al2O_3:Eu~(3+)中空球在612nm处有强的发射峰，归属于Eu~(3+)离子的5D0-7F2跃迁，发射红光，为油页岩灰渣的利用提供一条新的途径，具有一定的社会意义。