Eu3+掺杂钛酸盐红色LED材料.docx

1、Eu3+掺杂钛酸盐红色LED材料Eu3+掺杂钛酸盐红色LED材料【摘要】：白色发光二极管被誉为第四代照明光源，由于它具有使用寿命长、节能环保、显色效果好以及污染较小的特点，是一种新型的固态照明光源，近年来备受科研人员的广泛关注。现阶段较为普遍制作白光LED的方法是蓝色LED芯片激发黄色荧光粉，但是这种方法缺少了一定的红色成分，使得其显色指数和色温等光学性能参数不太理想。因此，寻找能够与白光LED相匹配的红色荧光粉显得尤为重要。本次毕业设计通过高温固相法合成制作得到NaY1-xTiO4：xEu3+荧光粉，同时本论文也详细探究了样品的发光性能。在615nm发射波长监控下，该发光材料的激发峰位置处于

2、362nm、383 nm、396 nm、409 nm以及 465 nm处，其分别对应7F05D4、7F05G2、7F05L6、7F05D3和7F05D2跃迁。该发光材料在受到396nm波长辐照时，掺杂不同浓度Eu3+样品都有3个明显发射峰，其位置位于590nm、615nm和702nm处。通过XRD衍射仪测试掺杂入各种Eu3+浓度的发光材料的物相结构，发现掺入不同Eu3+浓度后没有改变基质的晶体结构。通过测量Eu3+浓度与发光强度的关系，可知，当Eu3+掺杂的量增加时，荧光材料的发光强度是先变强后变弱，掺入浓度为10时样品的发光强度最大。经研究表明NaYTiO4：Eu3+系列发光材料与LED芯片

3、匹配，其在白光LED中的应用很有研究价值。【关键词】：铕离子，钛酸盐，高温固相法，发光材料Eu3+-doped red titanatematerials for LEDAbstract：White light-emitting diode is known as the fourth-generation lighting source. Because of its long service life, energy saving and environmental protection, good color rendering effect and low pollution, it

4、is a new type of solid-state lighting source, which has been widely used by researchers in recent years. At present, the method for making white LEDs is more common. The blue LED chip excites the yellow phosphor, but this method lacks a certain red component, which makes the optical performance para

5、meters such as color rendering index and color temperature less than ideal. Therefore, it is particularly important to find red phosphors that match the white LEDs. The graduation design was synthesized by high temperature solid phase method to obtain NaY1-xTiO4:xEu3+ phosphor. At the same time, the

6、 luminescence properties of the sample were also studied in detail. Under the monitoring of the emission wavelength of 615 nm, the excitation peak positions of the luminescent materials are at 362 nm, 383 nm, 396 nm, 409 nm and 465 nm, which correspond to 7F05D4, 7F05G2, 7F05L6, 7F05D3 and 7F0 5D2 t

7、ransition. When irradiated by 396nm wavelength, the luminescent material has three distinct emission peaks with different concentrations of Eu3+, and its positions are located at 590nm, 615nm and 702nm. The phase structure of the luminescent materials doped with various Eu3+ concentrations was teste

8、d by XRD diffractometry, and it was found that the crystal structure of the matrix was not changed after the concentration of different Eu3+ was incorporated.By measuring the relationship between Eu3+ concentration and luminescence intensity, it can be seen that when the amount of Eu3+ doping increa

9、ses, the luminescence intensity of the fluorescent material becomes stronger first and then becomes weaker, and the luminescence intensity of the sample is the largest when the concentration is 10%. The research shows that the NaYTiO4:Eu3+ series of luminescent materials are matched with LED chips,

10、and its application in white LEDs is of great research value.Keywords：Eu3+，titanate，high temperature solid phase method，luminescent materials1.绪论1.1课题背景从远古刀耕火种时期到现代，人类都恐惧黑暗喜爱光明，从未放慢对照明方式的研究进程。从无意见证雷击木的燃烧到有意的钻木取火，再到蜡烛煤油灯的使用，光源的进程成为社会进步的缩影。1879年，白炽灯由美国爱迪生研制发明，使人类的有效生活时间大大延长，对推动了人类文明进程有积极的意义1。时代在进步，环保和

11、能源问题成为现阶段工业发展的主题，而白炽灯由于其使用寿命低，光效低等缺点，逐步退出了历史的舞台。之后又出现了低压钠灯、荧光灯、节能灯等各种灯具，它们各具优缺点。1962年，应运而出的半导体二极管由于其体积小，安全可靠，寿命长，环保节能等特点而逐步走进了千家万户，开启了照明的新时代。在能源与环保的时代主题下，LED的发展受到多方面的关注。在21世纪初，我国规划了未来LED发展的蓝图，LED产业化进程飞速发展。与此同时，LED用荧光材料也加大了研究投入，专项LED发光材料的发展进入了崭新阶段。而未来的主流灯具必将是光效高，寿命长，体积小，节能环保等多重优势的LED灯。1.2白色发光二极管(WLED

12、)概述白色发光二极管一般是由LED芯片和涂敷在上的荧光粉组成的。白光LED具有体积小，耗电低，节能环保，不易老化，显色性好，色温可调节等优点，相比传统光源具有很大的改进，可运用于现实生活中多种领域，白光LED像曾经白炽灯一样，引发了照明技术的革命，因此也被称为第四代照明光源2。1.2.1白光LED实现方式目前，利用LED技术实现白光的方法主要有三种（1）三基色LED芯片直接混色法：直接将发射红、绿、蓝波长的三基色芯片组合封装在一起，按照适当的比例进行匹配，形成多芯片型白光LED。这种方法可以简单调节色温和显色性，但成本太高，电路复杂3。（2）紫外转换法：以GaN基近紫外LED芯片为基础光源，用

13、LED发出的紫外光(390400 nm)激发荧光材料，通过荧光粉实现波长转换，发出红、绿、蓝三基色光混合成白光；这种方法紫外光本身不参与白光，颜色控制比蓝光更为简单，但荧光粉的效率会随激发光源的能量增大而减小4。（3）蓝光LED激发黄色荧光粉法：利用波长为460470 nm的GaN基蓝光LED芯片作为基础光源，在其外层涂敷一层黄色荧光粉（YAG:Ce），其发出的蓝光一部分用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿色光，另一部分透过荧光粉发射出来，黄绿色光与蓝光混合形成白光。这种方法是市场上较为主流的方法，其组合方式简单，成本较低，但显色性差，缺少一个红色组成成分5。1.2.2白光LED存在的问题目前，发

14、光二极管的光谱并不完善。如蓝光激发型白色发光二极管，LED工作器件温度和使用时间的增加极大影响了芯片的发射波长，进一步影响了蓝光和黄光的叠加效果，导致色漂移。而要弥补显色方面的缺陷，可增加可以被蓝光、紫外、近紫外激发光源的高效红色荧光粉。并且近些年来所使用的近紫外LED用荧光粉与LED芯片并不能很好匹配，能匹配的荧光粉其化学性质也不足够稳定6。1.3发光材料概述发光材料是指能够以某种方式吸收能量，将其转换成光辐射（非平衡辐射）的物质。发光材料主要是由基质、激活剂所组成，此外可能还有助溶剂、敏化剂等。发光材料的基质主要有：氧化物及某些多元复合体系，如Y2O3、Gd2O3、Y3Al5O12等；含氧

15、酸盐如硅酸盐、钛酸盐、钨酸盐、硼酸盐等7.激活剂是指在基质中掺杂的少量或微量具有一定光学活性的杂质，可以在很大程度上影响决定发光的颜色、强度和其他光学性能。激活剂离子也成为发光中心离子，它的电子跃迁是导致发光的主要因素。绝大部分激活剂离子都是金属，较为典型的是过渡金属、稀土金属，也有少数是重金属。敏化剂的作用是从外界吸收激发能量，再将激发能量传递给激活剂，产生荧光现象。发光材料的组成通式一般可表示为：（基质分子式：激活剂离子，敏化剂离子）。1.3.1发光材料的原理及分类稀土发光材料的发光是基于他们的4f电子在f-f组态内或f-d组态间的跃迁。发光材料从外界吸收能量，并将吸收的能量转移给稀土离子

16、，促使电子受到激发，从基态（稳定态）跃迁到激发态（非稳定态），然后发射出光子，从激发态回到基态，其发光过程是一个物理变化过程。稀土离子丰富的能级及特殊的电子层结构，使得稀土成为巨大的宝库，从中可以研究出许多新型的发光材料8发光材料一般有三种形态：粉末、单晶以及薄膜。粉末无机材料是最早研究应用的一类，日常生活中的日光灯、电视的显像管等都会用到荧光粉末。单晶主要应用在半导体激光管和射线探测器件中。薄膜的制备方法繁琐要求较高，技术上还有待突破。发光材料的发光类型多种多样，主要有：电致发光、光致发光、热释发光、光释发光、阴极射线发光、辐射发光等9。1.3.2发光材料的特性（1）发射光谱发射光谱是发光材料的最基本特征之一，是指在某一特定激，发波长的激发下，得到的发光强度和波长的关系。发射波长一般是由一系列连续峰状曲线，锐峰发射带，或者是两者的混合波谱组成的。发射光谱中的波峰形状和其发光机理有密切的关系