单相可调硅酸盐基荧光粉的发光性质和应用研究

作     者：祁超超 

作者单位：吉林化工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：袁博

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：硅酸盐 荧光粉 单相可调 能量传递 白光发光二极管器件 

摘      要：白光发光二极管（WLED）作为新一代绿色照明光源,因其高效节能、寿命长、色彩丰富等优点备受关注。作为WLED的重要组成部分,荧光粉直接决定了器件的光谱特性,是WLED发展的关键技术之一。蓝光LED芯片和商业黄色荧光粉YAlO:Ce组合获得的白光因高色温和低显色指数限制了其发展应用。另一种紫外LED芯片与三色荧光粉组合的方式存在能量重吸收,而且由于引入不同基质材料而产生的高缺陷密度可能会大大降低器件的发光强度和量子效率。因此,许多研究者开始专注于紫外激发的单相可调荧光粉的合成和研究。这种方式避免了荧光粉的混合和能量再吸收,具有显色指数高、色温低等优点。硅酸盐具有较高的热稳定性、光稳定性和光转换效率,是优良的荧光粉基质材料。本论文以硅酸盐基质为研究对象,设计并合成了共掺、三掺稀土离子的荧光粉材料。通过一系列的表征及分析,对合成荧光粉样品的物相、理论计算、发光特性、能量传递机理及器件应用等进行了详细研究。主要研究内容如下:1.采用高温固相法合成了一系列SrBSi O:Tm/Dy/Eu荧光粉,系统地研究了荧光粉的物相结构、发光性能、能量传递和颜色调节等。通过XRD、Rietveld结构精修以及EDS等分析了晶体结构和样品的元素含量情况。结合第一性原理计算分析了基质的能带和态密度。依托各种理论模型和计算方法等深入讨论了Tm到Dy和Dy到Eu的能量传递过程和机理,并通过调节稀土离子比例从而实现白光发射。2.采用高温固相法合成了一系列Ce,Tb,Sm三掺杂的Ca La（Si O）O荧光粉。通过XRD、Rietveld结构精修以及第一性原理计算等分析了晶体结构、能带和态密度。在三掺杂体系中,通过发射光谱、荧光寿命和色度坐标等分析,讨论了以Tb离子作为桥梁,从Ce→Tb→Sm的能量传递过程。同时也伴随一部分Ce→Sm的无辐射能量传递。通过调控Ce/Tb/Sm离子的浓度比,可以得到荧光粉的多种发射颜色,并最终实现白光发射。最后,制作了LED器件,并对其热稳定性、色温以及显色指数等性能进行了测试。