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钛酸盐体系白光LED用红色荧光粉的制备及性能研究

孙壮  
【摘要】:白光发光二极管(light emitting diode,简称LED)具有发光效率高、寿命长、无污染等众多优点,是21世纪符合环保、节能的绿色光源,应用前景广泛。荧光体转换是获取白光LED的主要途径之一。但目前商用的Y202S:Eu3+红色荧光粉发光强度只有蓝、绿粉的八分之一,且该种粉体不稳定、其中所含硫元素对环境有很大危害,这些都严重影响了白光LED的发展和应用。 本文首先采用溶剂热法合成了可被近紫外光激发的红光荧光粉CaTiO3:Eu3+。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)、荧光分光光度计(PL)、量子效率仪(QE)对所制备的红色荧光粉的结构,形貌和性能进行了表征。扫描电镜显示用该方法合成的荧光粉为微米管状结构,实验分析得知其形貌可通过温度和溶剂的选择进行调整。荧光测试结果显示此种荧光粉可以有效被398nm的近紫外光激发,并在618nm处有属于Eu3+的5D0→7F2跃迁的较强发射,发射强度随着Eu的掺杂浓度的提高而不断上升,直到掺杂浓度为3mol%,发光强度达到最大值。量子效率结果显示此种荧光粉的内量子效率可以达到58.34%,较固相法合成的CaTiO3:Eu3+量子效率(21.40%)高出许多。热稳定性显示此种荧光粉的热稳定性明显优异于市面上普遍采用的Y2O2S:Eu3+荧光粉,因此该荧光粉是一种有着良好发展前景的红色荧光粉。 为了进一步寻找可被蓝光激发的红色荧光粉,我们用固相法制备了Eu3+掺杂的La2Ti2O7荧光粉。荧光测试结果显示此种荧光粉不但可以被396nm的近紫外光激发,也可被465nm的蓝光激发,并且465nm处激发的发光强度与近紫外非常相近,在612nm处有属于Eu3+的5D0→7F2跃迁的较强发射。发射强度随着Eu3+的掺杂浓度的提高而不断上升,直到掺杂浓度为30mol%,发光强度达到最大值。文中详细讨论了猝灭浓度和猝灭温度,并且通过与黄光Y3Al5O12:Ce3+荧光粉和蓝光芯片组合制作白光LED,测得其显色指数可达到84.9。通过热稳定性测试发现此种荧光粉的热稳定性明显优于Y2028:Eu3+和Y3Al5O12:Ce3+,可以应用于大功率白光LED。 为了进一步解决Eu3+激发光谱范围过窄及发光强度不高的问题,对以La2Ti2O7为基体的荧光粉进行了Sm3+与Eu3+以及Y3+与Eu3+共掺杂的实验。实验中以5mol%浓度铕掺杂的La2Ti2O7:Eu3+荧光粉作为参照,在发光性能上与固相法制备的样品进行了比较。荧光测试结果显示,Sm3+与Eu3+的共掺杂对La2Ti2O7:Eu3+的荧光粉的激发范围有了很大的增宽,并使其发光强度也有所增强,Y3+与Eu3+的共掺杂对La2Ti2O7:Eu3+荧光粉的发光强度有一定增强。此外,文章还讨论了这两种不同的稀土离子共掺杂的增强机理。


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