硼酸盐基LED用光转换材料研究

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白光发光二极管(LED)因其节能高效、绿色环保、坚固耐用等优点而得到越来越多的关注,光转换型白光LED是研究发展的主流,因此荧光粉研究是其中重要的一环。硼酸盐因其种类多样,结构丰富,物理化学稳定性好,合成温度低、无污染,是一种良好的荧光粉基质材料。本课题选取硼酸盐为基质,采用高温固相法合成了几种稳定高效、与近紫外芯片相匹配的LED用荧光粉,对其结构、光谱特性、发光机理进行了深入研究。荧光粉Na2Ln2B2O7:Ce3+, Tb3+(Ln=Gd, Y)在360nm附近的紫外光激发下能发出颜色可调(从深蓝到黄绿)的光,其发射光谱由来自于Ce3+离子的蓝紫光和来自于Tb3+离子的绿光共同组成,二者的发光强度及荧光粉发光颜色可通过调整Ce3+和Tb3+的相对浓度实现。Ce3+离子到Tb3+间存在着高效的能量传递,根据Ce3+的发光强度和荧光寿命随Tb3+浓度变化情况计算了能量传递效率。对比Ln=Gd和Ln=Y基质,在Ce3+和Tb3+最佳掺杂下的发射光谱强度,结果表明Na2Gd2B2O7:0.05Ce3+,0.12Tb3+发光强度大,是一种潜在的可用于近紫外激发的绿色荧光粉。通过在化合物Ba2Ln(BO3)2Cl (Ln=Gd,Y)中掺杂不同离子获得了紫外光激发的蓝(Ce3+)、绿(Ce3+和Tb3+)、红(Eu3+)三基色荧光粉。对Ce3+掺杂的蓝粉,研究了Ce3+最佳掺杂浓度及浓度猝灭机理;同时分析Ce3+掺杂的Ba2Ln(BO3)2Cl (Ln=Gd, Y)在液氦温度下的光谱及荧光寿命,讨论了Ce3+离子占据的晶体格位情况。此外,研究了它们的发光强度随温度的变化情况并讨论材料的热稳定性。在研究Ce3‘的激发与发射基础上发现Ce3+与Tb3+存在着有效的能量传递,基于此我们研究并得到了颜色可调的Ce3+和Tb3+共掺的Ba2Ln(BO3)2Cl (Ln=Y, Gd),并计算了能量传递效率和色坐标,结果显示近紫外光激发下Ba2Y(BO3)2Cl:Ce3+, Tb3+有着更佳的绿色发光。Eu3+激发的Ba2Ln(BO3)2Cl (Ln=Gd, Y)能够有效被电荷迁移带(中心波长254nm)和近紫外光(350-410nm)激发,并在593(5D0→7F1)和612nm (5D0→7F2)有较强的橙红光发射。根据光谱讨论了Eu3+格位占据问题、结构缺陷以及电荷补偿机理。结果表明随着掺杂浓度的增加电偶极跃迁的几率增加。与商业红粉Y2O3:Eu3+对比,在395nm近紫外光激发下,样品在593,612,623nm红光区域有较强的发射,作为近紫外激发下橙红色荧光粉具有潜在的应用价值。
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