用于近紫外LED激发的三基色荧光粉的制备、结构以及荧光性能研究

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白光LED被认为是第四代绿色照明光源,但是白光LED真正地进入照明领域并取代传统光源,仍需要解决荧光效率的问题。LED装置的一种非常重要的组合类型是由近紫外LED芯片与红、绿、蓝三色荧光粉组合得到白光。本文选用氟铝酸盐(Ca12Al14032F2)和硅磷酸盐(Ca5(P04)2Si04)作为荧光粉基质,釆用传统的高温固相法并掺杂常见稀土离子C3e+离子,Tb3+离子和E3u+离子,通过优化合成条件,制备了蓝色、绿色和红色三种光色的荧光粉。三种荧光粉的激发光谱都在近紫外光区,在近紫外光激发下具有较高的荧光效率。利用X射线衍射对荧光粉进行结构精修,对结构和荧光性能的关系进行了研究,对其中的能量传递机理进行了分析。主要内容和结果如下:釆用高温固相法合成了一系列Ca12All4032F2(CAF):C3e+,Tb3+荧光粉,基质Ca丨2A114032F2是立方晶系,空间群是/43(/,a=b=c=11.9687A, V=1714.5A3,Z=2。荧光粉激发光谱的范围是310~390nm的宽带激发,并通过改变C3e+离子和Tb3+离子的掺杂量实现了光色从蓝色到绿色的转变。通过对晶体结构的分析和荧光性能的讨论阐述了C3e+离子向Tb3+离子的能量传递机理。另外在Ca12Al]4032F2: C3e+, Tb3+绿色荧光粉的基础上继续添加H3B03,荧光强度可进一步提高到65%,研宄表明113:803的作用是助熔剂和掺杂剂的双重效果。比较Ca12Al14032F2: C3e+. Tb3+绿色荧光粉与商业绿色荧光粉(Ce, Tb)MgAluO?和(La, Ce, Tb)P04,荧光粉的光色和色坐标两方面都和商业绿粉非常接近,甚至发光强度可以超过商业粉(La, Ce, Tb)P04。并且与商业粉相比该材料的价格更低,物理化学性质更稳定,最重要的是激发光谱在近紫外区可以满足近紫外激发的白光LED照明的需求。釆用高温固相法合成了一种价廉且稳定的硅磷酸盐Ca5(P04)2Si04: E3u+红色荧光粉,主要从XRD,荧光,色坐标等方面进行了讨论,并进一步探讨了E3u+离子的占位问题和卤化碱金属对荧光性能的影响。通过对XRD晶体结构精修得到相应的晶胞参数是:a=6.728A, b=15.4637A, c=10.0996A, a=P=y=90°,V3=1049.79A,Z=4.另外,在Ca5(P04)2Si04: E3u+红色荧光粉的基础上,釆用添加碱金属(LiCl、NaCl、KCl、LiF和LiBr)卤化物和Li2C03的方法大幅地提高了荧光强度,其中添加LiCl的效果最好,并对碱金属的作用机理进行了阐述。所制得的两种红色荧光粉Ca5(P04)2Si04: E3+u和Ca5(P04)2Si04: E3u+,LiCl的激发光谱都在近紫外区主峰是395nm,发射光谱的主峰在615nm,这和国标中红色荧光粉的主发射峰很接近,Ca5(P04)2Si04: E3u+, LiCl的荧光强度和商业红色荧光粉Y202S: E3u+相当,它们相对应的色坐标与标准红光也相近。本文研究的是用于近紫外光激发的三基色荧光粉的制备,结构以及荧光性能,荧光粉的基质具有合成温度低易于稀土离子掺杂、价格低廉、性质稳定和环境友好等优点。它们的激发光谱范围都在近紫外区,激发光谱分别是360nm和395nm,其中前者是310~390nm的宽带激发,能够满足市场上白光LED芯片的要求,具有重要的应用前景。对稀土荧光粉结构和荧光性能关系研究,以及稀土离子之间能量机理的研宄提供理论依据。
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