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基于发光二极管(LEDs)的固态照明技术促进了下一代白光照明系统和设计理念的产生,其高光通量、低能量消耗、长寿命、高稳定性等特点受到各国的关注,其中大功率白光LED尤为突出,被应用于照明、显示、背光等领域,目前白光LED的发光效率、显色指数等参数和集成化程度都有待提高,目前有四种实现白光的模式:1)发射红、绿、蓝波长的三基色芯片组合封装在一起,形成多芯片型LED;2)蓝光GaN+黄色荧光粉(如YAG:Ce)的组合模式;3)近紫外LED(380 nm~410 nm)激发RGB三色荧光粉或OYGB多色荧光粉,产生白光;4)单一芯片的白光LED。目前应用最为广泛的是第二种模式,然而此种方法的缺点在于会形成蓝色和黄色分离的光环,色坐标随温度和电流变化,而且由于缺少绿光和红光元素其显色性不佳,一种替代的模式是第三种利用近紫外(n-UV)LED激发单一全色荧光粉或多色荧光粉产生白光,此种类型的白光LED颜色的均匀性较好、可调节的色温和较高的显色指数,因此研究与n-UV LED芯片匹配的荧光粉有重要的意义。
本文的主要内容是在n-UV的范围内激发,利用固体发光原理和色度学原理研发基于白光LED应用的全色荧光材料和红光荧光材料:
1)利用固相合成方法制备了基于白光LED应用的全色荧光材料Li2SrSiO4:Eu2+,Ce3+。在n-UV激发下,利用Eu2+离子的黄光发射和Ce3+离子的蓝光发射组合形成白光,实验数据表明由于光谱重叠,存在Ce3+到Eu2+的能量传输,计算得出传输属于电偶极相互作用的类型,且非辐射跃迁在能量传输中占优势。
2)用固相合成方法制备了基于三基色LED应用的红光荧光材料CaMoO4:Eu3+,Bi3+被研究。Bi3+离子能够很有效地吸收近紫外光,可以将能量传输给Eu3+,促进Eu3+离子的红光发射,Bi3+离子作为有效的激活剂,使得CaMoO4:Eu3+材料的红光发射强度提高了一倍(465 nm激发下)。
3)用Pechini方法得到了基于白光LED应用的全色荧光材料Sr2ZnWO6:Eu3+被研究。Sr2ZnWO6在钨酸盐中具有较小的Stokes频移,在近紫外光激发下,利用WO66-的本征发射的蓝绿色光结合Eu3+离子的红色特征发光,得到白光,实验证明WO66-和Eu3+离子之间存在有效的能量传输。
4)利用离子掺杂的方法实现电荷补偿、形成局域能级等方法有效的提高发光中心的发光强度,探索提高发光强度的材料合成工艺。
5)研究发光原理中的能量传输、能带位置设计、离子敏化、浓度和温度淬灭等机理性问题。
论文的主要结论有两个:一、获得了基于白光LED应用的单一全色荧光材料(Li2SrSiO4:Eu2+,Ce3+;Sr2ZnWO6:Eu3+);二、Bi3+作为敏化剂使得基于三基色LED应用的红光荧光材料CaMoO4:Eu3+强度提高一倍。