白光LED用石榴石系单晶荧光材料的制备及光色性能研究.pdf

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1、摘要白光LED(WhiteLightEmmitingDoide，W-LED)相比于传统电光源，具有固体化、体积小、发热量低、光电转换效率高、寿命长、反应速度快和环保无污染等优点。而白光二极管是半导体照明技术的重要目标，白光二极管的实现是被泛应用于各个照明领域的基础ll，21。白光LED主要由蓝光GaN基片和单晶荧光材料构成，应用最多的荧光材料是钇铝石榴石，尤其是Ce：YAG具有优异的光学性能。Ce：YAG是最适合做白光LED的材料，但是还存在着缺失红光成分等缺点。本论文提出通过提拉法生长出高质量无缺陷的Ce：YAG和Mn：YAG晶体，选取了

2、合理的掺杂浓度，研究了其光电性能。后又通过Ce3+共掺Mn3+，Tb3+等方法，来改变单晶荧光材料的光电色性能。针对Ce：YAG、Mn：YAG、Tb，Ce：YAG、Mn，Ce：YAG这4种晶体确定了生长工艺，每种晶体都设有不同的掺杂浓度，用来对比稀土掺杂浓度对单晶荧光材料的光电性能影响，以确定最优掺杂比例。分别用x射线衍射技术，吸收光谱测试，激发谱和发射谱测试，和光电色性能等四种手段分别测试了这四组组单晶荧光材料的光学性能。其测试结果和分析如下：用XRD分析了四种掺杂的YAG的物质结构。测试出的XRD衍射图谱表明，四种掺杂的YAG单晶荧光材

3、料和标准纯YAG材料的XRD衍射图峰都是吻合的，说明的稀土元素已经融入YAG晶格中，稀土离子掺入替代了Y3+的位置，少量的稀土元素掺杂并不会影响YAG晶体的基本结构。通过吸收光谱分析可知，Ce：YAG、Tb，Ce：YAG、Mn，Ce：YAG这三种种晶体在460nlTl处均有强烈吸收，其吸收谱光学性质来自于Ce3+的基态4fl到激发态5d1发之间的跃迁。Mn：YAG和MnCe：YAG不仅在460nm处有吸收峰，在220nm处也有吸收峰，说明Mn离子能有效的吸收紫外光。通过荧光光谱分析得出，这4种晶片能够被460nm的蓝光激发，测试了激发谱和发

4、射谱，分析了引起荧光发射的原因。掺入rrb3+增加发射光中的红光成分，Tb3+能够将能量传递给Ce3+，通过掺入Mn3+来调节发光色温，来改善和提高单晶白光LED的相关光学性能。同时对比了掺杂浓度对其影响，用来对比测试最优掺杂。Tb3+离子有丰富的能级，对发射峰的强度有明显的影响用Tb3+的277nm激发样品时，除了得盈]544nm的锐锋之外，还在540nm处还有一处吸收峰，用460nm青岛大学硕士学位论文光激发，发射普在560rim，说明rrb3+能将能量传递给Ce3十。光谱测试发现MIl3+和Mn4+离子同时存在Mn：YAG和Mn，Ce

5、：YAG晶体中。测试了单晶荧光晶体样品制备的白光LED的电光源性能。分别研究了晶片各个参数对其发光性能影响，包括稀土掺杂浓度，厚度、工作电流的大小等。结果显示Ce：YAG、Tb，Ce：YAG、Mn，Ce：YAG单晶荧光材料样品都能够发射出白光。测试结果表明随样品厚度增加，LED的显色指数减小；工作电流的大小对白光LED的显色性能影响不大。其中测试中效果较好的样品已由提拉法长出(1)80x150mm的大尺寸的材料，由昆山开威电子公司封装成数台LED灯具。关键词：白光LED，YAG，荧光晶体，稀土离子掺杂，显色性AbstractW1liteLi

6、ghtEmittingDiodes(W-LED)，duetotheadvantagesofsolidification，compactsize，lowheat，lowpowerconsumption，longlifespan,fastresponseandenvironmental，arewidelyappliedintheareasofcommonlighting，backlightingandSOon．Atpresent，thecommercializedW-LEDsaremainlyassembledbyabluechipandyel

7、lowphosphormaterialasCe：YAGThewhitelightaregeneratedfromthemixtureofbluelightemittedbybluechipandtheyellowlightemittedbytheyellowphosphorexcitedbybluelight．Commercializedphosphorhasbeenthoughttobeagreatsuccess；however,thephosphorofwhiteLEDstillhasmanyshortages，suchasloweff

8、iciency,pooruniformity,largelightdecline，shortlifespanandpoorphyrsicalandchemicalcharacte