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白光LED用RE,Ce：YAG（RE=Pr,Sm,Eu,Gd）单晶荧光材料的制备及光学性能研究

2020-12-12阅读(525)

白光LED用RE,Ce：YAG（RE=Pr,Sm,Eu,Gd）单晶荧光材料的制备及光学性能研究

论文摘要

白光LED（White Light Emmiting Doide,W-LED）具备固体化、体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快和环保等优点,被广泛应用于通用照明和背光源等领域。目前商品化的白光LED主要由蓝光芯片与黄光荧光粉组合而成,蓝光芯片发射的蓝光与荧光粉被蓝光激发而发射的黄光混合生成白光。商业化的荧光粉虽然取得了巨大的成功,但依然存在着效率低,均匀性差,光衰大,寿命短,物化性能差等缺点,严重影响白光LED的性能。本论文提出通过采用Ce:YAG单晶荧光材料来取代目前商用的荧光粉来制备白光LED。并通过稀土离子Pr,Sm,Eu,Gd分别与Ce:YAG的双掺杂来增加发射光中的红光成分,进而改善白光LED的相关光学性能。采用提拉法生长出了Φ43×120mm的高质量Ce:YAG晶体,以及Φ28×80mm的Pr、Sm、Eu、Gd分别共掺杂的Ce:YAG晶体。采用X射线衍射技术,吸收和荧光光谱分析,光色电性能测试等手段分别研究了这几组晶体的光学性能。结果如下:通过吸收光谱分析可知,5种晶体在460nm处均有较强烈的吸收,这与发光中心为460±15nm的GaN蓝光芯片相匹配。通过荧光光谱分析得出,这5种晶片能够被460nm的蓝光激发,发射出波长范围为480-650nm的光,并分析了荧光发射的起因。Pr3+、Sm3+共掺杂的晶片不仅能够发射出黄光,而且Ce3+离子能够将能量传递给Pr3+或Sm3+离子,产生红光发射;Eu3+离子的掺杂并没有产生红光发射,反而对Ce+离子的发光产生了淬灭效应,大大降低了其发光效率;Gd3+离子的掺杂能够使Ce3+离子的发光发生红移,进而增加发射光中的红光成分。分析了稀土离子Pr3+、Sm3+、Eu3+、Gd3+的共掺杂对Ce3+离子的发光产生影响的原因。测试了5种晶体样品制备的白光LED的光色电性能,考察晶片厚度,工作电流的大小对发光的影响。结果显示5种白光LED样品都能够发射出白光。晶片厚度越大,LED的发光效率越强,相关色温越低,但显色指数也随之降低;工作电流越大,蓝光芯片的发光效率越低,相应的白光LED的发光效率也随之降低。Pr3+或Sm3+离子的共掺杂能够敏化Ce3+的发光,提高白光LED的发光效率;Eu3+离子的共掺杂显著降低了白光LED的发光效率;Eu3+离子的共掺杂使Ce3+发光红移,对发光效率不产生影响。由于Ce3+离子的掺杂浓度偏高,使得5组样品均出现芯片蓝光被大量吸收,剩余蓝光不足,蓝光与晶片黄光的比例失衡,白光显色性能不够理想,这需要在下一步实验中进行改进。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 白光LED 的研究现状
  • 1.2.1 白光LED 的历史和发展
  • 1.2.2 白光LED 的实现
  • 1.2.3 白光LED 存在的问题
  • 1.2.4 单晶荧光材料相对于荧光粉的优势
  • 1.3 Ce:YAG 晶体的研究现状
  • 1.3.1 Ce:YAG 晶体的结构和性能
  • 1.3.2 Ce:YAG 晶体的发展概况
  • 1.3.3 Ce,YAG 晶体的生长方法
  • 1.3.3.1 提拉法生长Ce:YAG 晶体
  • 1.3.3.2 温度梯度法生长晶体
  • 1.4 本论文的研究目的、内容及意义
  • 1.4.1 研究的目的及意义
  • 1.4.2 研究内容
  • 第二章 实验方法及测试表征手段
  • 2.1 Ce:YAG 及Re,Ce:YAG（Re=Pr、Sm、Eu、Gd）晶体的生长
  • 2.1.1 晶体的生长装置
  • 2.1.2 晶体生长原料的准备
  • 2.1.2.1 Ce:YAG 晶体原料的准备
  • 2.1.2.2 Pr,Ce:YAG 晶体原料的准备
  • 2.1.2.3 Sm,Ce:YAG 晶体原料的准备
  • 2.1.2.4 Eu,Ce:YAG 晶体原料的准备
  • 2.1.2.5 Gd,Ce:YAG 晶体原料的准备
  • 2.1.3 晶体的生长工艺
  • 2.2 晶体样品的制备
  • 2.2.1 XRD 测试用样品
  • 2.2.2 光谱性能测试用样品
  • 2.2.3 白光LED 光色参数测试用样品
  • 2.3 测试分析方法
  • 2.3.1 X 射线衍射
  • 2.3.2 晶体的吸收光谱
  • 2.3.3 晶体的荧光光谱
  • 2.3.4 白光LED 光色电参数的测试
  • 第三章 Ce:YAG 晶体光学性能的研究
  • 3.1 Ce:YAG 晶体的XRD 图谱
  • 3.2 Ce:YAG 晶体的吸收光谱
  • 3.3 Ce:YAG 晶体的荧光光谱
  • 3.4 Ce:YAG 晶片结构白光LED 的光色电性能
  • 第四章 稀土离子共掺杂Ce:YAG 晶体光学的性能研究
  • 4.1 Pr,Ce:YAG 晶体光学性能的研究
  • 4.1.1 Pr,Ce:YAG 晶体的XRD 图谱
  • 4.1.2 Pr,Ce:YAG 晶体的吸收光谱
  • 4.1.3 Pr,Ce:YAG 晶体的荧光光谱
  • 4.1.4 Pr,Ce:YAG 晶片结构白光LED 的光色电性能
  • 4.2 Sm,Ce:YAG 晶体光学性能的研究
  • 4.2.1 Sm,Ce:YAG 晶体的XRD 图谱
  • 4.2.2 Sm,Ce:YAG 晶体的吸收光谱
  • 4.2.3 Sm,Ce:YAG 晶体的荧光光谱
  • 4.2.4 Sm,Ce:YAG 晶片结构白光LED 的光色电性能
  • 4.3 Eu,Ce:YAG 晶体光学性能的研究
  • 4.3.1 Eu,Ce:YAG 晶体的XRD 图谱
  • 4.3.2 Eu,Ce:YAG 晶体的吸收光谱
  • 4.3.3 Eu,Ce:YAG 晶体的荧光光谱
  • 4.3.4 Eu,Ce:YAG 晶片结构白光LED 的光色电性能
  • 4.4 Gd,Ce:YAG 晶体光学性能的研究
  • 4.4.1 Gd,Ce:YAG 晶体的XRD 图谱
  • 4.4.2 Gd,Ce:YAG 晶体的吸收光谱
  • 4.4.3 Gd,Ce:YAG 晶体的荧光光谱
  • 4.4.4 Gd,Ce:YAG 晶片结构白光LED 的光色电性能
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 Ce:YAG 晶体与稀土离子共掺杂Ce:YAG 晶体光色电性能的对比
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录攻读学位期间发表的学术论文目录

    • 相关论文文献

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