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LED与白炽灯、荧光灯等常规照明光源相比有亮度高、能耗小、体积小、寿命长等诸多优势,被认为是21世纪绿色光源。蓝光LED芯片和黄色荧光粉组成白光LED是目前主流的照明设计方案,在该方案中荧光粉起到重要作用,其蓝光激发下的发光亮度、发光波长、粒度等性能对最终的白光LED光源的品质影响很大。目前白光LED用黄色荧光粉制备技术主要被日本公司所垄断,国内单位研制的荧光粉样品存在发光效率低、粒径过粗等不足,研制出高品质的白光LED用荧光粉具有很大的经济价值和社会效益。
Y<,3>Al<,5>O<,12>:Ce<3+>(YAG)黄色荧光粉是此方案中最常用的一种荧光粉。本文主要从高温固相反应合成技术和球磨工艺两个方面入手对YAG荧光粉进行了研究,制备出亮度高、粒度小、多发射波长的系列YAG荧光粉,并对其合成机制进行了讨论。
本文重点研究了Y<,3>Al<,5>O<,12>:Ce<3+>发光性能的影响因素。通过调整高温还原温度及时间、优化成分配比等方法,最终制备出初始亮度与日本商用荧光粉相比达到100%的YAG荧光粉。
蓝光芯片的发射波长在450nm~470nm发生变化,需要不同发射波长的YAG荧光粉配合形成白光LED。针对此问题,本文研究了掺杂元素对Y<,3>Al<,5>O<,12>:Ce<3+>发光波长和发射光谱的影响,通过控制元素配比,可以获得发射主波长在535nm至580nm任意调节的系列YAG荧光粉。
粒度是除了亮度和发射波长外另一个重要性能指标。本文研究了强球磨和弱球磨两种工艺对Y<,3>Al<,5>O<,12>:Ce<3+>粒度和亮度性能的影响。研究表明,两种工艺都可以有效降低粒度,但只有弱球磨工艺才能获得亮度和粒度性能较佳的荧光粉。本文最终制备出粒度小于8μm、相对亮度为96%的Y<,3>Al<,5>O<,12>:Ce<3+>荧光粉。
使用自制的Y<,3>Al<,5>O<,12>:Ce<3+>的荧光粉进行了白光LED的封装实验,结果表明:该荧光粉发光性能良好,制成的白光L,ED发光亮度等性能与使用日本商用YAG荧光粉的效果相当。