高显色白光led用荧光粉的合成和光谱研究

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1、浙江大学信息学院博士学位论文高显色白光LED用荧光粉的合成和光谱研究姓名：沈常宇申请学位级别：博士专业：光学工程指导教师：冯华君金尚忠20090415摘要摘要白光ＬＥＤ被称为第四代光源，与当今普遍使用的白炽灯、荧光灯光源相比，其具有寿命长、功耗低、响应快、尺寸小、抗冲击性好和无汞污染等优势，可以满足人们对安全、节能、环保、舒适、美观等多方面要求。目前使用最广泛、技术最成熟的白光ＬＥＤ技术是蓝光芯片加ＹＡＧ黄色荧光粉技术，它是用蓝光ＬＥＤ芯片发出蓝光，然后去激发ＹＡＧ荧光粉产生黄光，剩余的蓝光与黄光混合形成白光。但是ＹＡＧ黄色荧光粉存在发射光谱的宽度不够宽

2、，缺少红光成分的固有缺陷。因此该种类型白光ＬＥＤ色温偏高、显色指数偏低，难以达到普通照明要求。改善现有ＹＡＧ荧光粉或寻找发射光谱较宽的替代ＹＡＧ的其它荧光粉以提高白光ＬＥＤ的显色性对于当前固体照明显得尤为重要。高温固相法是合成稀土掺杂荧光材料传统的和应用最多的方法，其制备方法简单，只要控制好温度和焙烧时间，样品成功率高；微波辐照法是８０年代中期迅速发展起来的新兴荧光材料合成方法，具有快速、高效、受热均匀等特点。本文采用微波辐照法和高温固相法相结合，充分利用高温固相法和微波辐照法的优点，制备出了一系列的白光ＬＥＤ用荧光粉。研究了Ｂａ２＋共掺Ｓｒ，ＳｉＯ，：

3、Ｃｅ３＋，Ｌｉ＋橙黄色荧光粉。其激发峰３５０ｎｍ和４１５ｎｍ分别对应于ｃｅ３＋的４ｆ一２Ｄ，，：和４ｆ一２ＤⅢ跃迁。随着Ｂａ离子含量的增加，发射光谱峰值波长由５３０ｎｍ红移至５９０ｎｍ，发射光全半宽度由８５ｎｍ增加至１６０ｎｍ。Ｂａ２＋的最佳掺杂浓度为０．３５ｍｏｌ。将０．３５Ｂａ２＋共掺Ｓｒ，ＳｉＯ，：０．０１８Ｃｅ３＋，ｏ．０１８Ｌｉ＋与蓝光ＩｎＧａＮＬＥＤ芯片（峰值波长为４６０ｎｍ）封装，在前向驱动电流为２０ｍＡ下，获得了显色指数为８６的白光ＬＥＤ。研究了分别掺杂Ｂａ２＋，Ｃａ”，Ｍ９２＋的Ｓｒ：ＳｉＯ．：Ｅｕ２＋的黄色荧光粉。三个系列样品在３４０

4、ｎｍ一４５０ｎｍ范围都有较强的激发。以Ｓ“，，Ｂａ∽Ｓｉ０４：ｏ．０７Ｅｕ２＋的激发和发射效果最好，其发射波段范围为５２０ｎｍ－６２０ｎｍ，这归因于占据六配位的Ｓｒ２＋（ＩＩ）的Ｅｕ“的４ｆ６５ｄ一８Ｓ，／：跃迁。Ｂａ“、Ｅｕ２＋的最佳掺杂分别为０．２ｔ００１和０．０７ｍｏｌ。将ｓｒｌ．，３Ｂａ叭ＳｉＯ。：０．０７Ｅｕ２＋与蓝光ＩｎＧａＮＬＥＤ芯片（峰值波长为４６０ｎｍ）进行封装，在２０ｍＡ前向驱动电流驱动下，得到了显色指数为８５的白光ＬＥＤ。研究了能被近紫外激发的高效ＢａＭｇｈｌ，。０１７．Ｅｕ２＋（ＢＡＭ）蓝色荧光粉；制备了ＢＡＭ蓝光荧光粉，研究了其

5、光谱特性，研究了ＢＡＭ的受热后发光衰减机理，并且通过分析ＢＡＭ晶格结构，研究了增加Ｍ９２＋的含量来提高ＢＡＭ的稳定性，得出了提高ＢＡＭ热稳定性的最佳Ｍ９２＋的Ｖ¨浙江大学博十学位论文总摩尔浓度为１．０５ｍｏｌ。研究了两个系列的硅酸盐的红光荧光粉：ＭｈＳｉＯ，：ｘＥｕ３＋（Ｍ＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）和?茫幔ǎ蹋帷Ｒ唬牛酰樱椋啊＃Ｋ强梢宰魑钩ダ豆庑酒樱伲粒腔粕夥鄯庾暗陌坠猓蹋牛牡暮焐?成分的红色荧光粉，也可以作为近紫外芯片激发的三基色白光ＬＥＤ中的红光荧光粉。研究了Ｂａ：一，Ｍｇ，．，ｓｉ：．：Ａ１：０，：ｘＥｕ２＋，ｙＭｎ２＋系列白

6、光荧光粉。当ＡＩ３＋的掺杂浓度为０．３ｍｏｌ时，样品具有最佳的发射效果，是一个从４００ｎｍ－６５０ｎｍ的宽波段发射，包含三个发射峰，峰值波长分别为：６２３ｎｍ，５０１ｎｍ和４３８ｎｍ。其中４３８ｎｍ和５０１ｎｍ的发射源于在晶格中取代了Ｂａ（ＩＩ）和Ｂａ（Ｉ）的两种Ｅｕ２＋的５ｄ一４ｆ的能级跃迁。６２３ｎｍ的发射源于Ｅｕ２＋将一部分能量转移到Ｍｎ２＋，Ｍｎ２＋产生４刀一６彳。的能级跃迁。Ａ１３＋的掺杂能够调节样品发射蓝光（４３８ｎｍ）和绿光（５０１ｎｍ）的相对强度。将样品分别与３８０ｎｍ芯片，４０５ｎｍ芯片和４６０ｎｍ芯片进行封装，得到三种白光ＬＥＤ，其中

7、以３８０ｎｍ芯片加该样品封装的显色指数最高，达到８６，计算出来的色坐标是（０．３１８３，０．３１３６），超过了当前４６０ｎｍ芯片加ＹＡＧ黄色荧光粉的显色指数。关键词：白光ＬＥＤ，荧光粉，高显色性，高温固相法，微波辐照法Ｖ１１１ＡＢＳＴＲＡｃＴＡＢＳＴＲＡＣＴＷｈｉｔｅ１ｉｇｈｔ。。ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｔｈｅｆｏｕｒｔｈｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｌｉｄ—‘ｓｔａｔｅ１ｉｇｈｔｉｎｇｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｔｈｅｉｒｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｌｕｍｉｎｏｕｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｎｇ１ｉ

8、ｆｅｔｉｍｅ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ，ｓｕｂｓｉｚｅ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄ