基本信息
- 项目名称：
- 基于能量转移的稀土和锰共掺单一基质白光发射LED用荧光粉的合成和发光性质研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品通过在单一基质中共掺杂两种或者三种离子，基于能量传递原理，采用高温固相法合成的 Ga2S3:xEu2+是一种很好的发黄绿光二极管用荧光粉，也可以和其它荧光粉组合封装得到白光LED。 Ca2B5O9Cl:Eu2+ 是一种非常适合近紫外芯片激发的固体光源用的蓝光荧光粉。
- 详细介绍：
- 选择已知的能够发射强可见光的Eu2+、Ce3+离子掺杂的高效荧光粉的基质为研究对象，共掺杂其它稀土离子和Mn离子。 荧光粉合成（高温固相法、溶胶-凝胶法和燃烧法等） → 结构和形貌表征（XRD，TG，SEM，TEM）→ 发光性能研究（激发光谱、发射光谱、荧光寿命、温度依赖关系和掺杂浓度依赖关系等）→ 归纳总结，得出研究结果、提炼科学结论。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的： 白光LED已成为材料科学、光电子、照明工程科技中的一个热门研究领域。 本作品的目的获得发射高光效、高显色性白光的荧光粉，克服利用现有荧光粉的显色性差、封装工艺复杂等制作白光LED的局限性。 基本思路： 1. 选择Eu2+、Ce3+离子掺杂的高效荧光粉的基质，共掺杂稀土离子和Mn离子； 2. 合成系列荧光粉 3. 荧光粉合成 4. 结构和形貌表征 5. 发光性能研究
科学性、先进性及独特之处
- 在单一基质中通过共掺Eu2+、Tb3+、Mn2+或Pr3+离子，根据能量传递原理，在近紫外光或者蓝色光激发下,发射出高效红、绿、蓝三种颜色的光，从而获得白光1）. 第一次研究(YGd)3(AlGaIn)5O12: Ce3+, Mn4+荧光粉的发光性能以及Ce3+→Mn4+能量传递机理。2）. 单一基质发射红、绿、蓝三基色光从而获得白光发射。3）. 能有效提高白光LED的显色性和简化封装工艺。
应用价值和现实意义
- LED被认为是21世纪最有价值的新光源。白光LED的研发并逐步实现产业化，是一项极具前瞻性的战略决策，蕴藏着巨大的发展潜力和广阔的发展空间。目前荧光转换型白光LED是世界各国研究最为活跃的一种类型 目前用NUV-InGaN芯片激发三基色荧光粉来实现白光的制作方案是当前白光LED行业发展的重点。因此，研制新型高效单一基质白光发光材料具有重要的学术意义和实际应用价值。
学术论文摘要
- 一种黄绿光LED用荧光粉：Ga2S3:Eu2+ 摘要:利用高温固相法合成了Ga2S3 :Eu2+荧光粉。研究了荧光粉的漫反射光谱、激发光谱、发射光谱和Eu2+离子的荧光寿命。将荧光粉封装在GaN芯片上制作了LED，并测量了它的相关参数。荧光粉Ga2S3 :Eu2+的激发光谱是一个宽带谱，能够与GaN芯片的发射波长很好地匹配。 Ca2B5O9Cl:Eu2+，一种理想的用于近紫外芯片激发固体光源的蓝光发射荧光粉 摘 要 ：采用高温固相法合成了荧光粉Ca2B5O9Cl:Eu2+。激发光谱为一宽带吸收，而且和近紫外芯片的发射光谱能够很好的匹配。在Eu2+离子掺杂较低浓度下，发射带由占据两种不同晶体学Ca2+格位的Eu2+离子的5d→4f跃迁发射组成。在高浓度掺杂下，发射带逐渐由不对称变为对称，表明能量从Eu(1)到Eu(2)的转移的效率非常高。在高温下，荧光粉展现了较低的温度猝灭效应。Eu2+发射的荧光寿命较短，也适合固态光源应用。电致发射光谱表明半导体芯片的发射能够很好地被荧光粉吸收并下转换为强的蓝色光发射。制作的发光二极管（LEDs）的色度坐标非常接近于BAM的色度坐标。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Xinmin Zhang, and Hyo Jin Seo, Journal of Alloys and Compounds, 2011, 509 (5): 2007-2010. [2] X.M. Zhang, W.L. Li, L. Shi, X.B. Qiao, H.J. Seo, Applied Physics B: Lasers and Optics, 2010, 99: 279-284. [3] ZHANG Xin-Min(张新民), WANG Jing(王 静), SU Qiang(苏 锵), et al. Mater. Lett., 2007, 61(3):761~764. [4] WU Hao(吴 昊), ZHANG Xin-min(张新民), SU Qiang(苏 锵) et al. IEEE, Photonics Technology Letters, 2005,17(6):1160~1162. [5] W. B. Im, Y.I. Kim, N.N. Fellows, H. Masui, G. A. Hirata, Steven P. DenBaars, and R. Seshadri, Appl. Phys. Lett., 93: 091905 (2008). [6] Y. Xu, L. Chen, Y. Li, G. Song, Y. Wang, W. Zhuang, and Z. Long, Appl. Phys. Lett., 92:021129(2008). [7] J. Gan, Y. Huang, L. Shi, X. Qiao and H. J. Seo, Mater. Lett., 63, 2160(2009). [8] R. J. Xie, N. Hirosaki, K. Sakuma and N. Kimura, J. Phys. D, 41, 144013(2008). [9] S. Shionoya and W. M. Yen, Phosphor handbook, p.533, CRC press, New York (2006).
同类课题研究水平概述
- 荧光粉转换白光 LED 是当今国内外研究开发的主流方案。 根据半导体LED芯片的发射波长的不同，荧光粉转换法主要有两种方式：其一是在蓝光LED (波长 450 nm 至 470 nm)上覆盖一层淡黄色荧光粉 (Ce3+:YAG)而制成，蓝光LED芯片发出蓝光时，部分蓝光便会被这种晶体很高效地转换成一个以黄色光为主的较宽光谱。黄光和芯片剩余的蓝光混合而得到白色光，这种制作白光LED的方法最早是由日本日亚化工所开发，并从1996年开始用在生产白光LED上，目前这种白光LED存在明显的不足就是：显色指数不高，色温偏高，白光的色坐标x 值偏低，导致这个结果的原因是Ce3+:YAG荧光粉发射光谱中红成分相对少。要想使白光LED 的色坐标接近理想白光，文献报道的主要有两种方法：一是通过改变荧光粉基质的化学组成，使荧光粉的发射光谱向长波方向移动，这种改变基质组成的方法在一定程度上有效，但是不能够完全解决上述问题；二是在荧光粉中加入适量的红色荧光粉如氮氧化物基质掺Eu2+ 和CaS:Eu2+，弥补红光不足的弱点。氮氧化物掺二价Eu是近年发展起来的新型红光发射荧光粉，但是这一类荧光粉的合成条件苛刻，原料价格昂贵；加入(Ca,Sr)S:Eu2+的方案可以实现高显色性、低色温白光 LED，但是，由于这类碱土硫化物的物理化学性质很不稳定，在空气中易潮解，若制作白光 LED 工艺不当，将产生诸多严重问题。 另一种制作白光LED的方法是在发射紫外光的LED芯片上涂敷能够被紫外光激发而发出红、绿、蓝三种颜色光的荧光粉的混合物，但是这种方式存在封装工艺复杂、芯片发射的紫外线会使封装材料环氧树脂裂化变质，同时对人的肉眼也会产生伤害等缺点，而且现有的可供选择的性能优良的荧光粉种类有限；目前利用紫外光LED芯片封装白光LED，一般都是用两种或者三种荧光粉组合使用。用这种方法制作白光LED的工艺比较复杂，而且不同荧光粉的物理、化学性质如：对热稳定性、对紫外辐照稳定性和对潮湿环境稳定性等都不相同，这样就会影响到白光LED在使用过程中显色性的一致性。卤硼酸盐和卤磷酸盐掺杂Eu2+离子都是很好的蓝光发射荧光粉；而且荧光粉在近紫外光区域的吸收都非常强。部分已经用于三基色近紫外LED芯片激发的白光LED制作。
