六種新型LED用紅色熒光粉的制備和發(fā)光性能研究.pdf

1、LED(Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)是一種固體光源,具有壽命長、功耗低、低碳節(jié)能、無汞污染、無紫外輻射等特點,是二十一世紀一種新型重要光源。其中“熒光粉轉(zhuǎn)換型”(phosphor conversion,pc)白光LED(pc-LED)受到了高度關(guān)注,熒光粉性能的好壞直接影響此類LED的發(fā)展。然而,常見藍光芯片加黃粉(或黃粉加紅粉)的白光LED方案存在如下問題:
　　(1)“單一的黃粉”缺少紅區(qū)發(fā)射,復(fù)合白

2、光顯色性差,色溫高。
　　(2)“黃粉加紅粉”的方案中,“紅粉”存在:
　　(i)常用的“硫化物紅粉”不穩(wěn)定并易產(chǎn)生有害氣體;
　　(ii)新型氮化物、氮氧化物紅粉的制備,需要高溫、高壓、氣氛等苛刻的條件。
　　近紫外芯片加三基色熒光粉的白光LED方案存在紅粉發(fā)光效率低等問題。開發(fā)新型、穩(wěn)定、制備條件簡單、有實用價值的紅色熒光粉是一項非常有意義的工作。
　　本研究分別制備了Eu3+摻雜氟硅酸鈉鑭、硅酸鉀鑭[

3、KLaSiO4]、氟硅酸鈣[Ca4Si2O7F2]、氟磷酸鋇[Ba10F2(PO4)6]、鎢酸鹽[SrLa6W10O40]和[Sr9La2W4O24]共6種新型紅色熒光粉,借助XRD、SEM、FT-IR、DTA-TG、熒光光譜儀和激光粒度儀等對熒光粉進行了表征。此外,本研究還在展望部分對熒光粉行業(yè)存在爭議問題進行了論述。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　1、采用固相法制備了新型Eu3+摻雜氟硅酸鈉鑭紅色熒光粉,系統(tǒng)地研究了制備工藝參數(shù)

4、對其性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):固相法合成氟硅酸鈉鑭相的最低溫度為750℃,制得氟硅酸鈉鑭純相的最低溫度為850℃;最優(yōu)的熱處理溫度為950℃;氟化鈉的最優(yōu)用量(相對化學(xué)計量比的倍數(shù))x=1.3;該熒光粉在近紫外光(395 nm)激發(fā)下發(fā)射最強,還可有效被藍光(465 nm)激發(fā);該熒光粉的猝滅濃度為0.025,Eu3+離子在氟硅酸鈉鑭基質(zhì)中的臨界距離約為1.768 nm;摻雜量最優(yōu)時,摻雜量x=0.1時,熒光粉的色坐標為(0.618,0.3

5、55),接近紅色標準色坐標(0.67,0.33);固相法制得該熒光粉顆粒呈類球形,棱、面清晰;該熒光粉的D50(中位粒徑)為5.25μm,粒度分布窄,適合LED封裝。
　　2、采用溶膠-凝膠法制各了Eu3+摻雜氟硅酸鈉鑭熒光粉,并將其與固相法制得的該熒光粉進行了對比,研究結(jié)果表明:溶膠-凝膠法合成氟硅酸鈉鑭和制得氟硅酸鈉鑭純相的最低溫度分別為650℃和750℃;溶膠-凝膠法制得該熒光粉的D50為2.50μm,顆粒呈無規(guī)則形狀;其發(fā)

6、光性能劣于固相法所制的Eu3+摻雜氟硅酸鈉鑭熒光粉,原因是:樣品經(jīng)950℃熱處理后仍殘余有害碳,且晶粒較小、表面玻璃相多。
　　3、采用固相法制備了新型硅酸鹽紅色熒光粉KLaSiO4:Eu3+研究了其發(fā)光性能,結(jié)果表明:該熒光粉可被近紫外光(395 nm)和藍光(465 nm)激發(fā);其猝滅濃度為0.02,Eu3+離子在KLaSiO4基質(zhì)中的臨界距離為3.83 nm;摻雜量最優(yōu)時,KLa0.98SiO4:0.02Eu3+熒光粉的色坐

7、標為(0.614,0.385);其D50為2.45μm,顆粒呈六方片狀,棱、面清晰,粒度分布窄。
　　4、采用固相法制備了新型氟硅酸鹽紅色熒光粉Ca4Si2O7F2:Eu3+,對其發(fā)光性能的研究結(jié)果表明:該熒光粉可被近紫外光(395 nm)和藍光(465 nm)激發(fā);其猝滅濃度為0.02,Eu3+在Ca4Si2O7F2基質(zhì)中的臨界距離為1.692 nm;摻雜量最優(yōu)時,Ca3.92Si2O7F2:0.08Eu3+熒光粉的色坐標為(0

8、.596,0.403);顆粒呈無規(guī)則形狀,棱、面清晰;該熒光粉的D50為6.49μm,粒度分布窄,適合LED封裝。此外,Eu3+:Ca2+=2:3的摻雜方案,有利于生成能量更小的置換型固溶體,比生成填系型和空位的取代方案更合理,是以后優(yōu)化更合理的方案。
　　5、采用固相法制備了新型氟磷酸鹽紅色熒光粉Ba10F2(PO4)6:Eu3+,對其發(fā)光性能的研究結(jié)果表明:該熒光粉可有效被近紫外光(395 nm)和藍光(465 nm)激發(fā);其

9、猝滅濃度為0.02,Eu3+離子在Ba10F2(PO4)6基質(zhì)中的臨界距離為1.877 nm;摻雜量最優(yōu)時,Ba9.8F2(PO4)6:0.2Eu3+熒光粉的色坐標為(0.624,0.376);顆粒呈六方片狀,棱、面清晰;該熒光粉的D50為6.18μm,粒度分布窄,適合LED封裝。此外,Eu3+:Ba2+=2:3的摻雜方案,有利于生成能量更小的置換型固溶體,比生成填系型和空位的取代方案更合理,是以后優(yōu)化更合理的方案。
　　6、采用

10、固相法制備了新型鎢酸鹽紅色熒光粉SrLa6W10O40:Eu3+,對其發(fā)光性能的研究結(jié)果表明:該熒光粉適合近紫外光(395 nm)和藍光(465 nm)激發(fā);其猝滅濃度為0.025;Eu3+在SrLa6W10O40基質(zhì)中的臨界距離為2.222 nm;摻雜量最優(yōu)時,SrLa5.85W10O40:0.15Eu3+熒光粉的色坐標為(0.652,0.348),比商業(yè)LED用近紫外紅色熒光粉Y2O2S:Eu3+(0.622,0.351)更靠近紅色

11、標準色(0.67,0.33);該熒光粉的D50為12.81μm,粒度分布寬,部分顆粒呈類球形,顆粒團聚嚴重,棱、面清晰,晶粒發(fā)育較好。
　　7、采用固相法制備了新型Sr9La2W4O24:Eu3+紅色熒光粉,對其發(fā)光性能的研究結(jié)果表明:該熒光粉適合近紫外光(395 nm)和藍光(465 nm)激發(fā);其猝滅濃度為0.02;Eu3+在Sr9La2W4O24基質(zhì)中的臨界距離為2.981 nm;摻雜量最優(yōu)時,SrgLa1.96W4O24: