白光LED用新型红色荧光粉的制备及发光性能研究

摘要

白光LED作为新一代照明光源，具有高效节能、寿命长、绿色环保等优点，引起了工业界和研究机构的极大关注。高显色指数、低色温、高效率、大功率器件是白光LED发展的总体趋势，其中红色荧光粉是制造高显色、低色温白光LED的关键材料。本文采用高温固相法制备Ce3+激活反石榴石结构红色荧光粉和Mg4FGeO6∶Mn4+红色荧光粉，在工艺参数优化的基础上，重点研究成分配比对荧光材料发光性能和热稳定性的影响，探讨这些荧光粉在白光LED领域的应用前景。
　　研究了合成工艺、成分配比等对Ce3+激活锗酸盐反石榴石结构红色荧光粉发光性能的影响。其中Mg3Gd2Ge3O12∶Ce3+荧光粉的最佳合成工艺为:BaF2作为助熔剂，1400℃烧结4h，CO气氛中1100℃还原2小时;最佳成分配比为Mg3Gd1.92Ge3O12∶Ce0.083+，随Ce含量的提高发射谱略微红移。该类荧光粉可被480nm的蓝光有效激发，发射618nm左右的红光，但发光效率较低，热稳定较差。采用稀土元素Y、Lu取代Gd，Mg3Gd2Ge3O12∶Ce3+荧光粉的晶格常数减小，发射光谱蓝移，且热猝灭加剧。Si掺杂量（取代Ge）为1.0mol/mol时发光性能有所提高，无第二相生成，并且发射谱红移;掺杂量提高，出现杂相，发光猝灭。而且Si掺杂可改善该荧光粉的热稳定性，其原因可归结为Si掺杂使基质带隙增大，抑制了5d激发态电子的光致电离行为。
　　针对锗酸盐系反石榴石结构荧光粉发光效率低，热稳定差等缺点，以CaMg2Lu2Ge3-xSixO12∶Ce3+荧光粉为研究对象，研究Si含量对其发光性能的影响。随着x的增大，荧光粉激发和发射谱明显红移，发光强度增大。同时研究发现，采用NH4F作为助熔剂，利用液相混料法，在1300℃烧结4小时，其余工艺同上，合成的CaMg2Lu2Si3O12∶Ce3+更接近单一相;并且该荧光粉发射以590nm为中心的橙红光，发光性能良好。变温光谱测试结果显示:150℃下，该荧光粉的积分发光强度达到室温的75％，具有较好的热稳定性。
　　研究了Mg4FGeO6∶Mn4+红色荧光粉的制备工艺和发光性能。该荧光粉能够被近紫外光(350～420nm)和蓝光有效激发，发出波长在620～700nm范围内的深红光。采用高温固相反应法，按照3.5molMgO∶1.0molMgF2∶1.4GeO2∶amolMnCO3配比，在1300℃下，加入1.0wt％的CaF2，烧结2+6+6小时，合成了Mg4FGeO6∶Mn4+荧光粉，经Rietveld结构精算分析证明为单相，并且发光性能良好。该荧光粉的最佳激活剂含量为0.009mol/mol，激活剂含量过大，发生浓度猝灭，其作用机理为电多极子相互作用。变温测试结果表显示:随着温度的升高，荧光粉的激发光谱和发射光谱均发生红移，发射带变宽;200℃下，积分发光强度最低能达到室温的97％，具有优异的热稳定性。随着Mn含量的增加，热稳定性能变差。后处理工艺研究发现，经过弱球磨2h、酒精+弱酸混合液清洗剂洗涤后的荧光粉，在1100℃下，于氧气气氛中低温回复1h后，亮度能达到原粉的99％，比商用样品的亮度高出16％左右，粒度在15μm左右。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 白光LED的工作原理及发展概况

1．2．1 LED的结构及发光原理

1．2．2 白光LED的工作原理

1．2．3 白光LED的发展概况

1．3 白光LED荧光粉

1．3．1 荧光粉的结构

1．3．2 荧光粉的发光机理

1．4 白光LED用红色荧光粉的研究概况

1．4．1 常见红色荧光粉的研究概况

1．4．2 Ce3+激活反石榴石结构红色荧光粉的研究概况

1．4．3 Mg4FGeO6：Mn4+红色荧光粉的研究概况

1．5 研究意义和内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

第二章 实验原理及方法

2．1 实验内容及研究路线

2．2 实验原料和设备

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．3 样品的制备和后处理

2．3．1 液相混料法

2．3．2 荧光粉的高温固相合成原理

2．3．3 荧光粉的的后处理工艺

2．3．4 荧光粉的制备和后处理流程

2．4 荧光粉的检测方法

2．4．1 物相分析方法及原理

2．4．2 荧光粉的粒度测定

2．4．3 SEM形貌分析及能谱分析

2．4．4 荧光粉发光性能测方法及原理

第三章 Ce3+激活反石榴石结构红色荧光粉的制备及发光性能研究

3．1 Mg3Gd2Ge3O12：Ce3+荧光粉的制备及发光性能研究

3．1．1 合成工艺对Mg3Gd2Ge3O12：Ce3+物相及发光性能的影响

3．1．2 Ce含量对Mg3Gd2Ge3O12：Ce3+物相及发光性能的影响

3．1．3 基质掺杂对Mg3Gd2Ge3O12：Ce3+物相及发光性能的影响

3．1．4 Mg3Gd2Ge3O12：Ce3+热稳定性的研究

3．2 CaMg2Lu2Ge3-xSixO12：Ce3+荧光粉的制备及发光性能的研究

3．2．1 合成工艺及成分配比对CaMg2Lu2Ge3-xSixO12：Ce3+物相及发光性能的影响

3．2．2 变温条件下CaMg2Lu2Si3O12：Ce3+发光性能的研究

3．3 本章小结

第四章 Mg4FGeO6：Mn4+红色荧光粉的制备及发光性能研究

4．1 合成工艺对Mg4FGeO6：Mn4+物相及发光性能的影响

4．1．1 烧结温度对Mg4FGeO6：Mn4+物相及发光性能的影响

4．1．2 烧结时间对Mg4FGeO6：Mn4+物相及发光性能的影响

4．1．3 助熔剂对Mg4FGeO6：Mn4+发光性能的影响

4．1．4 不同混料方法对Mg4FGeO6：Mn4+发光性能的影响

4．2 成分配比对Mg4FGeO6：Mn4+物相及发光性能的影响

4．2．1 基质配比对Mg4FGeO6：Mn4+物相及发光性能的影响

4．2．2 Mg4FGeO6：Mn4+的Rietveld结构精算分析

4．2．3 激活剂含量对Mg4FGeO6：Mn4+物相及发光性能的影响

4．2．4 基质元素掺杂对Mg4FGeO6：Mn4+发光性能的影响

4．3 Mg4FGeO6：Mn4+热稳定性的研究

4．3．1 Mg4FGeO6：Mn4+变温发光性能的研究

4．3．2 不同Mn含量的Mg4FGeO6：Mn4+变温发光性能的研究

4．4 后处理工艺对Mg4FGeO6：Mn4+性能的影响

4．4．1 球磨对Mg4FGeO6：Mn4+性能的影响

4．4．2 洗涤对Mg4FGeO6：Mn4+性能的影响

4．4．3 后退火对Mg4FGeO6：Mn4+性能的影响

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文清单

致谢