Ce,RE(Pr/Sm):YAG微晶玻璃的制备及其光谱研究

论文摘要

白光LED具有节能、环保、稳定、长寿命等很多优异的性能,在LCD背光源、手机背光源、通用照明、汽车照明等方面得到了广泛地应用,被称为“第四代照明光源”。目前,白光LED器件主要采用蓝光LED芯片激发石榴石型黄色荧光粉YAG:Ce,其产品已获得工业化应用。但是荧光粉在使用过程中,随着工作环境温度的升高出现发光亮度下降、色坐标漂移、老化及光衰现象严重,最终导致器件性能下降。为了解决这些问题,开发新型受热稳定、无光衰等优质材料显得尤为重要。本论文以Y2O3-A12O3-SiO2-Li2O玻璃为基质玻璃,经过一定的热处理工艺制度,制备出白光LED用Ce:YAG、Ce,（ Pr/Sm）:YAG微晶玻璃。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、荧光光度计等方法对微晶玻璃的晶相、所掺杂Ce的价态、微观形貌以及光谱性能进行了研究。结果表明:1.玻璃组分探讨实验表明,（21-x）Y2O3-34Al2O3-42SiO2-3Li2O-xCeO2玻璃组分能很好的形成玻璃且相对容易析出YAG晶相。当热处理温度达到1380℃几乎可以得到纯相YAG。在微晶玻璃中铈主要以Ce3+存在。微晶玻璃在454nm有强的激发峰,在531nm有铈的特征发射峰,与氮化镓蓝光LED芯片匹配,Ce的最佳掺杂含量为0.75%。2.铈镨共掺杂微晶玻璃在460nm蓝光激发下,在609nm有特征发射峰。Ce:Pr掺杂比例在5:3到5:10范围相对较好。3.铈钐共掺杂微晶玻璃在460nm蓝光激发下,在566、602、615、650nm处有四个弱的发射峰,Ce:Sm掺杂浓度在10:2到10:10这个范围比较合适。4.自封装的白光LED,其白光效率相对较低,稀土共掺杂YAG微晶玻璃确实可以提高显色性,但色温较高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 LED 的发展历程与应用领域
• 1.1.1 LED 的发展历程
• 1.1.2 应用领域
• 1.2 LED 的发光原理、基本结构及其分类
• 1.2.1 LED 的发光原理
• 1.2.2 LED 的基本结构
• 1.2.3 LED 分类
• 1.3 LED 的特点
• 1.4 白光LED 的实现方式及原理
• 1.5 YAG 荧光粉
• 1.5.1 YAG 的结构与组成
• 1.5.2 YAG 的基本性质及其应用
• 3+荧光粉国内外研究现状'>1.5.3 YAG:Ce³⁺荧光粉国内外研究现状
• 1.6 存在问题和解决途径
• 1.7 YAG 微晶玻璃
• 1.7.1 YAG 微晶玻璃的研究现状
• 1.7.2 YAG 微晶玻璃存在问题
• 1.8 本论文研究内容
• 第二章 基本理论和实验
• 2.1 发光
• 2.1.1 发光的定义和基本原理
• 2.1.2 发光的分类
• 2.1.3 光致发光的基本原理
• 2.2 稀土发光材料
• 2.2.1 稀土元素
• 2.2.2 稀土元素基态原子的电子层结构
• 2.2.3 镧系元素的价态
• 2.2.4 镧系元素的光谱项
• 2.2.5 +3 价镧系元素离子的能级
• 2.2.6 稀土离子的能级及光谱性质
• 2.2.7 稀土发光的基本规律
• 2.3 实验
• 2.3.1 实验流程
• 2.3.2 实验仪器
• 2.3.3 微晶玻璃制备
• 2.4 结构与性能测试
• 2.4.1 差热分析（DTA）
• 2.4.2 晶相分析
• 2.4.3 表面形貌分析
• 2.4.4 X 射线能谱分析（XPS）
• 2.4.5 光致发光光谱
• 2.4.6 荧光寿命分析
• 2.4.7 光学参数分析
• 第三章 YAG:Ce 微晶玻璃的制备及性能测试
• 3.1 样品制备
• 3.1.1 组分设计
• 3.1.2 玻璃样品的处理
• 3.2 玻璃的熔制和析晶情况
• 3.2.1 玻璃熔制
• 3.2.2 析晶情况
• 3.3 不同析晶温度对玻璃析出晶相的影响
• 3.4 XPS 分析
• 3.5 SEM 分析
• 3.6 微晶玻璃的激发和发射光谱
• 3.7 不同热处理温度对光谱的影响
• 3.8 不同热处理时间对光谱的影响
• 3.9 铈掺杂浓度对光谱的影响
• 3.10 荧光寿命
• 3.11 白光LED 光学性能
• 3.12 本章小结
• 第四章 Ce,Pr:YAG 微晶玻璃的制备及性能测试
• 4.1 Ce,Pr 共掺杂微晶玻璃的制备
• 4.2 Ce:YAG 和Ce,Pr:YAG 微晶玻璃的XRD 谱
• 4.3 Ce,Pr:YAG 微晶玻璃荧光光谱
• 3+,Ce³⁺离子的能谱图'>4.4 Pr³⁺,Ce³⁺离子的能谱图
• 3+掺杂量对发光的影响'>4.5 Pr³⁺掺杂量对发光的影响
• 4.6 荧光寿命
• 4.7 白光LED 光学性能
• 4.8 本章小结
• 第五章 Ce,Sm:YAG 微晶玻璃的制备及性能测试
• 5.1 Ce, Sm 共掺杂微晶玻璃的制备
• 5.2 Ce:YAG 和Ce,Sm:YAG 微晶玻璃的XRD 谱
• 5.3 Ce, Sm:YAG 微晶玻璃荧光光谱
• 3+,Ce³⁺离子的能谱图'>5.4 Sm³⁺,Ce³⁺离子的能谱图
• 3+掺杂量对发光的影响'>5.5 Sm³⁺掺杂量对发光的影响
• 5.6 荧光寿命
• 5.7 白光LED 光学参数
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 课题研究总结
• 6.2 课题研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果