用于白光LED近紫外光激发单一基质Ca6BaP4O17荧光粉的研究

摘要

白光发光二极管（WLED）近年来备受人们的关注，作为新一代的发光照明光源，白光发光二极管是国际照明研究领域的热点。它具有寿命长、节能、环保、响应速度快和工作电压低等一系列明显的优点。目前商业生产中常用通过蓝光芯片上涂覆YAG（钇铝石榴石）黄色荧光粉的方法，通过两种光混合产生白光。相对来说，这样的方法用于工业制取白色光工艺简单，所以投入的资金也会相应减少，并且生产效率很高，在一定程度上实用性很大。可是这样的制备方式又会有别的问题，比如涂胶混合荧光粉时，未必能混合均匀，混合均匀度较难控制，并且易沉淀是荧光粉的性质，这个物理性质必然造成涂胶分布不均，继而造成成品显色性较差，色温不稳定等问题。对于这个问题，科研工作者又提出能被紫外或近紫外光激发同时发射多种不同波长的单一基质荧光粉组合产生白光LED。这种方法可以实现极高的颜色还原指数，而且由于色光的稳定性只取决于荧光粉，合适的荧光粉制取的白光色光可以很稳定。所以说，全光谱、热稳定性优良、高显色性的单一基质白光荧光粉很值得研究。
　　本论文运用高温固相法，选用不同掺杂离子Ce3+，Eu2+，Sm3+成功制备了能被近紫外线激发的Ca6BaP4O17基质荧光粉，本文分为以下几部分进行研究：
　　（1）制备了Ca6BaP4O17:Sm3+荧光粉，并分析了荧光粉的XRD图谱。荧光粉能被406 nm的紫外光有效激发，发出强度较大的红光，测量荧光粉Ca6BaP4O17:Sm3+的发射光谱，在603 nm（4G5/2-6H7/2）处发射峰强度最大，其他的发射峰出现在565 nm（4G5/2-6H5/2）、658 nm（4G5/2-6H9/2）和710 nm（4G5/2-6H11/2）。制备了Ca6BaP4O17:Ce3+,Sm3+荧光粉，在380 nm波长的紫外光照射下，样品被激发，测量的发射光谱中出现了490 nm处的发射峰，即Ce3+离子的5d激发态到4f基态跃迁引起的发射，同时有属于Sm3+的特征发射峰，实验发现通过改变稀土离子的掺杂浓度，可以得到颜色可调的荧光粉。同时我们也对测量数据进行了计算，计算结果表明了Ce3+到Sm3+之间存在能量传递的现象，并且证明了Ce3+到Sm3+的能量传递现象属于电偶极-电偶极之间相互作用引起的能量传递。
　　（2）合成了Ca6BaP4O17:Eu2+荧光粉，探究了荧光粉的最佳合成温度为1250oC，在1250oC下烧结10个小时制备出纯相的黄色荧光粉，样品的激发光谱是一个范围在400 nm到475 nm的宽带激发，发射光谱在545 nm处有一个明显的宽带发射，这是由 Eu2+离子外层电子在5d激发态到4f基态的跃迁引起的。该荧光粉可以被紫外光有效激发用于白光荧光粉的制备。合成了Ca6BaP4O17:Ce3+,Eu2+荧光粉，在380 nm的紫外光照射下，荧光粉能同时监测到Ce3+离子和 Eu2+离子的特征发射峰。通过改变Ce3+的掺杂浓度，荧光粉的颜色也在黄色和蓝绿间变化。并且通过计算证明了Ce3+与Eu2+之间能量传递的存在。
　　（3）合成了Ca6BaP4O17:Ce3+,Eu2+,Sm3+荧光粉，在380 nm的紫外光的激发下，测量的发射光谱中出现了490 nm处的发射峰，即Ce3+离子的5d-4f跃迁引起的发射，同时发射光谱中出现了Eu2+的5d-4f电子跃迁在545 nm的特征发射峰，并观察到属于Sm3+离子的特征发射峰，由于三种不同的掺杂离子发出不同颜色的光，实验过程可以通过调节三种稀土掺杂离子在样品中的掺杂浓度比例，得到颜色可以调节的白光，最佳样品白色光色坐标可达到（0.342，0.301）的理想数值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1照明与光源发展简介

1.2白光LED的概述

1.3单一基质白光荧光粉研究现状

1.4磷酸盐荧光粉

1.5合成方法

1.6本论文选题的意义

第二章样品制备及表征

2.1实验准备

2.2实验过程

2.3 样品的检测方法

第三章Ca6BaP4O17:Sm3+荧光粉的制备及研究

3.1Ca6BaP4O17:Sm3+荧光粉的物相分析

3.2 Ca6BaP4O17:Sm3+荧光粉的激发和发射光谱

3. 3 Ca6BaP4O17:xSm3+荧光粉中Sm3+之间的能量传递

3.4小结

第四章Ca6BaP4O17:Ce3+, Sm3+荧光粉的制备及Ce3+-Sm3+能量传递的研究

4.1 Ce3+,Sm3+的掺杂浓度对Ca6BaP4O17:Ce3+,Sm3+荧光粉的物相的影响

4.2 Ca6BaP4O17:xCe3+,ySm3+的发光性能及Ce3+和Sm3+离子间的能量传递

4.3 Ca6BaP4O17:xCe3+,ySm3+荧光粉中Ce3+-Sm3+的能量传递的研究

4.4 Ca6BaP4O17:Ce3+,Sm3+荧光粉的CIE色坐标

4.5小结

第五章Ca6BaP4O17:Ce3+,Sm3+,Eu2+荧光粉的制备及研究

5.1 Ca6BaP4O17:Ce3+,Eu2+荧光粉

5.2Ce3+,Sm3+,Eu2+的掺杂浓度对Ca6BaP4O17:Ce3+,Sm3+,Eu2+荧光粉的物相的影响

5.3Ca6-x-y-zBaP4O17:xCe3+,ySm3+,zEu2+荧光粉发光性能的研究

5.4Ca6BaP4O17:0.5molCe3+,xEu2+,ySm3+荧光粉的CIE色坐标

5.5小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

硕士期间科研成果