白光led用荧光粉ba13_ca07_znsio4eu_mn_re(re=dy_sm_gd_la)的制备及其发光性能研究本科毕业论文(编辑修改稿)

白光led用荧光粉ba13_ca07_znsio4eu_mn_re(re=dy_sm_gd_la)的制备及其发光性能研究本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

该 合成 法是以液态水 或 气态水作为传递压力的介质，利用在高压下绝大多数的反应物均能部分溶于水而使反应在液相或气相中进行。 优点：合成温度低，产物颗粒较细，体系稳定。 缺点：所得产品发光强度较弱，反应周期长，过程 较 复杂。 4. 燃烧法 该法是针对高温固相法制备中的材料粒径较大，经球磨后晶形遭受破坏，而使发光亮度大幅度下降的缺点而提出的。 是高放热化学体系经外部能量诱发局部化学反应(点燃 )，形成其前沿 (燃烧波 )，使化学反应持续蔓 延，直至整个反应体系，最后达到合成所需材料的目的。 该方法高效节能 ， 具有相当的适用性，反应产生的气体还可以提供还原气氛，可以防止低价金属离子被氧化，省去了额外的还原阶段。 目前用燃烧法制得的产品发光性能还不很理想，随着实验的深入，燃烧法将是一种很有前途的合成方法。 5. 化学沉淀法 以水溶性物质为基础原料，生成难溶物质从溶液中沉淀出来，沉淀物经过滤、洗涤、焙烧后得到产品。 优点：原料混合均匀，产物颗粒 较 细，合成温度低。 缺点：产物性能比高温固相法的差，晶粒形状难以控制，易引入杂质，反应过程复杂，较难控制。 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 文献综述 8 6. 微波辐射合成法 该 合成 法采用微波 来 作为加热手段，在加热过程中，热从材料内部产生而不是从外部热源吸收。 优点：受热均匀，副反应减少，产物相对单纯，能在较短时间、较低温度下合成纯度高、粒度细、分布均匀、晶 形 较好的 发光 材料。 缺点：大多数发光材料 的 原料为极少吸收微波的氧化物，必须采取一定措施 (如在被加热原料 的 外 层 覆盖微波吸收物质 )，才能有效合成发光材料。 综上可 述 ，对于 由 不同基质组成的荧光材料，采用适当的制备方法不仅能够改善荧光材料的发光性能，获得粒径良好的粉体，还能 够 降低能耗和污染，实现绿色合成。 白 光发光二极管 20 世纪 90 年代蓝光 LED 在技术上的突破及产业化极大地推动和实现白光发光二极管 (White lightemitting diode， WLED)的发展，成为照明领域的一大成就 [11~15]。 照明光源的发展已有三大类：白炽灯、普通和紧凑型荧光灯、高压气体放电灯。 LED 是一种新的固体照明光源，其中以半导体化合物 (In)GaN 为基础的白光 LED 已经引起了广泛的注意和研究，其有许多的优点： . 发光效率高，发热量低，耗电少，节能； . 性能稳定，不易损坏，使用寿命长 (可达 5 万小时 )； . 绿色环保， 无辐射； . 瞬时启动，响应快，实用性强，驱动电流简单且为直流，无频闪； . 体积小，结构紧凑，易于实现大面积阵列。 白光 LED，作为照明光源，在不久的将来将取代目前广泛使用的白炽灯和日光灯。 可以肯定地说，白光 LED 将像爱迪生发明白炽灯一样，引起照明工业新的一场革命，使照明方式更新换代 [16]。 白光 LED，在相同的照明条件下，其能耗仅为白炽灯的 20％，荧光灯的 50％。 如果将目前全国所有的白炽灯与荧光灯全部替换为WLED，则至少可以节约一半的照明用电，这相当于两座三峡大坝一年的发电总量，节能效果和经济效益十分 明显、可观。 能够极大的节省紧缺的能源资源和减少因火力发电而产生的 CO2 等气体的排放量。 为此，各发达国家先后制定了国家级研究项目。 如日本的《 21 世纪照明技术》 (The 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 文献综述 9 light for 21st century)研究发展计划，参加计划的有 13 个公司和 4 所大学；美国能源部设立了 ――半导体照明国家研究项目 ‖‖(National research program on semiconductor lighting)，共有 13 个国家重点实验室，公司，和大学参加；欧共体设立了 ―彩虹 ‖计划(Rainbow projectAllnGaN for multicolor sources)，成立了执行研究总署，委托 6 个大公司和 2 个大学执行；台湾地区也设立了 ―次世纪照明光源开发计划 ‖，有 16 个生产，科研机构和大学参加；同时，我国也已经启动了 ―国家半导体照明工程项目 ‖的国家级计划，取得了重大进展，并相应成立了上海北大蓝光科技有限公司、上海蓝宝光电子有限公司、深圳方大电子有限公司等为白光 LED 的研究和产业化奠定了基础。 LED 实现途径及研究进展 按照制备方式，白光 LED 主要有三种：红、绿、蓝（ RGB）多 LED 芯片组合 型白光 LED[1720]，有机白光 LED[2127]和荧光下转换型白光 LED[2839]。 红、绿、蓝（ RGB）多 LED 芯片组合型白光 LED 是指将不同色光（一般为红、绿、蓝）的 LED 按一定方式排布集合成一个发白光的 LED 模块。 目前主要用于户外、户内显示屏以及 LCD 和 TV 等的背光源。 RGB 多芯技术是利用 RGB 单色 LED 芯片组合成一个像素（ Pixel）实现白光。 目前各种颜色 LED 的发光效率分别约为：蓝光LED 为 30 lm/W，绿光 LED 约为 45 lm/W，红光 LED 约为 100 lm/W，组合后白光LED 的 平均发光效率为 7080 lm/W，显色指数为 90%左右。 因此这种白光 LED 的优点是发光效率较高，显色性好、寿命长，由于不需要荧光粉进行波长转换，发光效率高。 但其缺点也较多：由于三种颜色 LED 的量子效率各不相同，各单个 LED 芯片的性能不一样，因此会带来输出光的不稳定性造成其色稳定性较差；为了保持颜色的稳定，常常需要 IC 芯片控制和相对复杂的外围监控和反馈系统进行补偿，加上其光学方面的设计，其封装难度较大，且成本很高，是普通白光 LED 的数倍。 近年来也有关于较高发光效率和高显色性有机白光 LED 的报道 [3035]。 如采 用真空沉淀多层有机聚合物电致发光薄膜，分别掺杂红、绿和蓝荧光染料而得到白光，也可将三基色染料分别沉淀进不同的量子阱中，利用有机多量子阱电致发光器件得到白光；将蓝色和红色染料分别加在发光层与电子传输层的中的 3 层结构的电致发光器件也可得到白光；但由于有机材料的不稳定性和寿命短等问题而限制了有机白光 LED的进一步发展。 目前使用最多和应用范围最广的是荧光下转换型白光 LED，它是用沈阳化工大学学士学位论文 第一章 文献综述 10 蓝光（或紫光） LED 芯片发出蓝光或紫光，然后去激发其他发光材料产生红光和绿光（或红、绿、蓝光）混合形成白光。 该种白光 LED 主要包含 下面三种类型： (1)蓝色 LED 芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉结合的白光 LED。 LED 芯片发出的蓝光一部分被荧光粉吸收，激发荧光粉发射黄光，发射的黄光和剩余的蓝光混合；通过调控它们的强度比，即可得到各种色温的白光。 目前最成熟也是商品化的白光 LED 就是 LED 蓝光芯片加 YAG 黄色荧光粉构成。 采用这种方法具有技术成本较低、驱动电路设计简易、生产容易、色稳定性较好、工艺重复性好和耗电量低等优点；但这种蓝黄光混合的白光 LED 缺失红光部分，光谱不够宽，因而有很难发出具有高显色性白光，同时还会产生 Halo 效应（有方 向性的 LED 出光和荧光粉的散射光角分布不一样）等缺陷，同时容易出现蓝背景。 另外，其发光颜色受输入电流和荧光粉涂层厚度的影响很大，并且 YAG 的发光强度容易随环境温度的升高而降低并且容易导致色温漂移。 (2)紫光或紫外光的 LED 芯片和可被紫光或紫外光有效激发的红、绿、蓝三基色荧光粉结合的白光 LED。 三基色荧光粉被紫光或紫外光激发发射红、绿、蓝光三种颜色的光，进而混合成白光。 与上一种方案相比，这一方案具有许多优点，主要表现在色品质随意选择性、高显色指数 (Ra 可达到 90)和高效荧光体种类多等方面。 这是因为紫光 (特别 是紫外光 )的能量比蓝光要高，可进一步提高白光 LED 的光效。 另外其光谱范围更宽，可进一步提高其显色指数；同时可根据需要制备出不同色温或不同颜色的 LED 产品，且不存在背景光等。 但其缺点是荧光粉混合后往往存在相互间颜色再吸收和配比调控问题，使流明效率和色彩还原性受到很大影响。 李郎楷等合成了可用于（近）紫外光激发的 白光 荧光粉 :+, +[28]和Ba3Ca4Mg(SiO4)4:+,+[29]， 具有 和 BaCa2Mg(SiO4)2 两种晶体结构。 荧光粉 :+, +光谱特性为 CIE(，)、 Tc=6523K 与太阳光色 的光谱特性较接近，且显色指数达到 %。 其发射光谱是一个宽波带连续光谱，有 46 501 及 600nm 左右的 3 个发射峰，覆盖了从蓝光到红光波段，它们的峰值分别归属于 Eu2+进入 BaCa2Mg (SiO4)2 和 两个晶体的 Eu2+的 5d–4f 跃迁 发射，以 及 Mn2+的 4T1–6A1 跃迁发射。 荧光粉Ba3Ca4Mg(SiO4)4:+,+具有色温 6592K，显色指数 %，色坐标 (，)等特性。 发射从蓝光到红光的多峰宽波段，蓝光区域的 460nm 和绿光区域的沈阳化工大学学士学位论文 第一章 文献综述 11 495nm 分别属于 BaCa2Mg(SiO4)2 晶相和 晶相中 Eu2+的 4f65d1→4f 7 跃迁发射峰；在橙红光区域的 595nm，以及 670700nm 的拖尾发射峰是 BaCa2Mg(SiO4)2晶相中 Mn2+占据两个不同配位环境 Mg2+的特征发射峰。 (3)(近 )紫外激发的单一基质发白光 LED 用荧光粉结合的白光 LED。 LED 芯片激发单一基质的荧光粉，获得红、绿、蓝三种颜色光的发射，进而混合成白光。 这种类型的白光 LED 不存在多种荧光粉的配比和颜色再吸收等问题，同时还具有较宽的发射光谱，相比蓝光芯片加黄色荧光粉构成的白光 LED，可以得到更高的显色指数。 因此研制单一基质的白色荧光粉具有重要的意义。 近年来被 (近 )紫外激发的单一基质荧光粉的种类不断被研究出来。 20xx 年， Kim 等 [30]首次采用 高温固相法合成了新型近紫外光激发的单一基质高效 白光荧光粉 Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+，在 400nm 近紫外光激发下发射 442nm 蓝光、505nm 绿光和 620nm 红光，混合得到白光，同时其显色性（显色指数为 85%）也得到了显著提高。 这是因为在该体系中， Ba 有三种不同的格位： 12 配位的 M(I)， 10配位的 M(II)， M(III)格位，当 Eu2+占据 12 配位时发蓝光， Eu2+占据 10 配位时发绿光，Mn2+占据两种格位时均发红光。 随后，孙晓园等 [31]报道 了单一基质 Sr2MgSiO5:Eu2+白光荧光粉，与 400nm 近紫外光发射的 InGaN 管芯制成了 白光 LED，正向驱动电流为 20mA 时，色温为 5664K；色坐标为 x=， y=；显色指数为 85；光强达8100cd/m2。 Lee 等 [32] 报 道了由固相反应法制得一种全色的硅酸盐荧光粉CaMgSi2O6:Eu2+,Mn2+。 在 365nm 近紫外激发后 3 个发射带峰位分别在 450nm(蓝 )、580nm(黄 )和 680nm(红 )处。 其显色指数可高达 88%，是一种很优秀的近紫外激发的全色硅酸盐荧光粉。 杨志平等 [33]制 备了单一基质 Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+,Mn2+白色荧光粉，在 370nm 近紫外 光激发下，发射出高亮度的白色光，测得的色坐标为 x=，y=，色温为 5664K，显色指数为 85%。 Eu2+发射中心形成峰值为 426nm 和 523nm的特征宽谱，通过 Eu2+向 Mn2+的能量传递，形成了峰值为 585nm的宽谱发射；红、绿、蓝发射带叠加后，在同一基质中实现了白光发射。 YuHo Won 等 [34]报道了暖白光发光二极管用可调谐全彩色发光的 :Eu2+,Mn2+荧光粉。 在 385nm紫外光激发下，有 3 个发射峰，发射出的蓝光来源于 Eu2+，绿光和红光来源 于 Mn2+。 通过改变 Mn2+的含量，其发射光可以很容易的在蓝光和红光之间进行调节。 Guo 等 [35]合成 了 Ce3+和 Mn2+共掺杂 Ba2Ca(BO3)2 荧光粉，并且通过调节 Ce3+和 Mn2+的浓度来沈阳化工大学学士学位论文 第一章 文献综述 12 研究其发光性能。 由于两种形式的 Ce3+分别占据了 Ba2+[Ce3+(I)]和 Ca2+[Ce3+(II)]的位置，发出了绿光和蓝光； Mn2+进入了 Ca2+的位置而发射出红光，组合得到了白光。 刘元红等 [36]合 成了 Ca3Sc2Si3O12:Dy3+白色荧光粉，发射光谱呈现两个区，蓝光区是Dy3+离子 4F9/2 到 6H15/2 的跃迁发射，黄光区是 4F9/2 到 6H13/2 的跃。