白光LED用氮氧化物绿色荧光粉的设计合成及性能研究
Synthetic Design and Photoluminescence Properties of Oxynitride Green Phosphors for White LEDs
作为第四代照明光源的白光LED,长久以来受到广大研究者的关注以及重视.因其具有绿色节能环保等优点,所以已经成为可以代替白炽灯、荧光灯等的新的照明产品.其中荧光粉的研发已经成为白光LED光源的关键组成部分,其发光性能决定了 LED光源的光效、寿命和显色性能.因此,具有优异发光性能和热稳定性的荧光粉对于获得高光效和高显色的LED光源具有十分重要的意义.其中,以SrSi202N2:Eu2+为代表的稀土掺杂氮氧化合物系列荧光粉表现出高的发光效率,优异的化学稳定性和热稳定性,且其发光光谱覆盖范围广以及结构多样性等突出的优点在白光LED的应用中而受到了人们广泛的关注.然而,到目前为止,一方面利用传统的高温固相合成方法难以制备纯相组成的SrSi202N2:Eu2+荧光材料,产物中常常有其他杂质存在,且其发光强度还需要进一步提高以满足LED实际应用的需求;另一方面,当前的研究大多集中在SrSi202N2:Eu2+的制备方法上,对于该荧光材料热稳定性特别是热稳定性机理的研究比较少,而这一性质又对LED光源的寿命有重要的影响.本文通过分步合成的方法制备了纯相组成的SrSi202N2:Eu2+氮氧化物绿色荧光粉,系统研究了合成温度、煅烧时间、Si3N4/Sr2SiO4摩尔比、掺杂离子浓度等对产物结构和性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱、扫描电镜、TGA/DSC和X光电子能谱(XPS)等表征手段分别对产物的晶体结构、荧光性能以及热稳定性进行了测试分析.结果表明,以第一步形成的Sr2SiO4:Eu3+为中间体,在第二步合成中采用过量的Si3N4(Si3N4/Sr2SiO4摩尔比为1.1-1.5)时有利于单一相组成SrSi202N2:Eu2+荧光粉的形成;荧光光谱测试表明,Si3N4/Sr2SiO4摩尔比为1.1时制备的样品具有最佳的发光强度.通过对基质中稀土 Eu2+的掺杂浓度的调变,能够在一定程度上对荧光粉的发射峰位置(526-537nm)形成调控.由于浓度粹灭的影响,当Eu2+的掺杂浓度为2mol%时发光强度最大,在370nm波长激发下其发射峰位置位于527nm.SrSi202N2:Eu2+荧光粉具有300-470 nm的宽激发峰范围,这与蓝光芯片和近紫外芯片的发射峰位置相匹配.通过对SrSi2O2N2:Eu2+荧光粉在空气中400℃锻烧处理研究了该方法制备样品的热稳定性.经过锻烧处理后,SrSi202N2:Eu2+荧光粉的发光强度降低约30%.TGA-DSC结果表明荧光粉的热氧化温度大约在915℃.X光电子能谱(XPS)结果证明荧光粉表面Eu/Sr摩尔比与理论原子比一致,且在热处理前的样品表面有Eu3+的存在,这将有利于荧光粉热稳定性的提高.结合1200℃高温处理样品的XRD谱图,本文提出了分步法合成SrSi2O2N2:Eu2+绿色荧光粉的热氧化机理即高温氧化主要发生在基质上,形成SrSi03氧化层,荧光粉表面Eu3+的存在防止了体相中Eu2+的氧化,从而提高了荧光粉的热稳定性.
- 作者：
- 张晗
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 光学工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 张彦杰；李茂龙
- 中图分类号：
- TN312.8
- 关键词：
- 氮氧化物荧光粉；稀土掺杂；白光LED；荧光性能；高温固相反应
- Oxnitride phosphors; Rare earth doped phosphors; Whitelight emitting diodes(W-LEDs); Photo luminescence properties; Solid-state reaction;