大功率GaN基白光LED荧光材料与器件

论文摘要

固体照明尤其是白光二极管（WLEDs）光源以其节能、环保和长寿命等优点,成为各国竞相发展的重点技术。高显色性与大功率白光二极管是当前LED行业发展的方向。在实现白光LED的众多方案中,高光效的蓝光LED单芯片+荧光粉结构光效较高,成为目前研究的热点。采用高稳定性的荧光粉作为荧光转换材料,是解决大功率白光LED稳定性的一种技术途径。重点研究了用于功率型WLEDs的铕激活正硅酸盐和氮化物新型荧光材料,获得的主要成果如下:1)首次以喷雾热解法和高温固相法分别合成了纯相α′-Sr2SiO4:Eu2+和β-Sr2SiO4:Eu2+荧光粉。2)首次发现α′-Sr2SiO4:Eu2+和β-Sr2SiO4:Eu2+两种荧光材料在发光性能方面的差异,利用Uitert公式分别计算了两种材料5d-4f跃迁发射的光子能量,并通过高斯拟合分别确定两种材料的实际发射峰位置分别为489.1 nm/555.1 nm,468.8 nm/539.7 nm/593.2 nm,其中593.2 nm的发射峰来源于β-Sr2SiO4:Eu2+中的磷光发射。作为两种结构相近的晶体,Ba2SiO4:Eu2+和Sr3SiO5:Eu2+荧光材料也成功合成,并对其发光性质进行了研究。3)采用高温固相法,合成了发射峰值在534 nm的宽激发谱、高转换效率的黄绿色氮化物荧光材料,在未作优化的实验条件下,460 nm蓝光激发时相对亮度约为YAG:Ce3+的50%。4)对氮化物荧光样品的晶体结构进行了详细分析。利用多晶粉末衍射,测定了样品中的物相组成,并对样品中可能出现的新物相的衍射峰做了指标化,确定了该物相的晶系和晶胞参数;5)对氮化物荧光材料的制备条件进行了初步优化,探讨了烧结温度、还原气氛、阳离子固溶以及共激活剂对光谱性能的影响,以及烧结温度与样品形貌之间的关系;6)分析了上述合成材料的色度性能,根据色度学原理,计算了制作不同色温白光LED所需荧光材料的亮度之比,并对相应WLED的显色指数做了模拟计算;用上述自制的荧光粉成功封装了白光LED。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 LED 技术
• 1.1.1 LED 芯片发光基本原理
• 1.1.2 LED 基本结构与性能
• 1.2 白光 LED 技术方案
• 1.3 LED 荧光粉
• 1.4 本研究做的工作
• 第二章 理论分析
• 2.1 色度学基本理论
• 2.1.1 颜色相关基础知识
• 2.1.2 白光 LED 的色度学参数计算
• 2.2 发光学基本理论
• 2.2.1 原子能级在配位场中的分裂
• 2.2.2 发光学基本概念—吸收、激发、发射、荧光与磷光
• 2.2.3 Uitert 经验公式
• 第三章 硅酸盐荧光材料的合成与性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 喷雾热解两步法
• 3.2.2 高温固相法
• 3.2.3 检测方法
• 3.3 检测结果及讨论
• 2SiO₄:Eu²⁺荧光粉的性能'>3.3.1 Sr₂SiO₄:Eu²⁺荧光粉的性能
• 2SiO₄:Eu²⁺荧光材料'>3.3.2 Ba₂SiO₄:Eu²⁺荧光材料
• 2SiO₄:Eu²⁺的性能'>3.3.3 Sr₂SiO₄:Eu²⁺的性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 氮化物荧光材料的合成与性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 热重（TG）-扫描差热分析（DSC）
• 2N₂O₂:Eu²⁺发光材料的高温固相合成'>4.2.2 SrSi₂N₂O₂:Eu²⁺发光材料的高温固相合成
• 4.2.3 检测方法
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 烧结温度对样品性能的影响
• 4.3.2 还原气氛对样品性能的影响
• 2.5N_2.5O_2.5:Eu 的阳离子置换、固溶对样品性能的影响'>4.3.3 MSi_2.5N_2.5O_2.5:Eu 的阳离子置换、固溶对样品性能的影响
• 4.3.4 共掺杂的作用
• 4.4 本章小结
• 第五章 白光 LED 器件的组装与性能
• 5.1 荧光材料的色度性能
• 5.1.1 氮化物荧光材料的色度性能
• 5.1.2 硅酸盐荧光材料的色度性能
• 5.2 白光 LED 配色及器件组装
• 5.2.1 白光 LED 配色
• 5.2.2 LED 器件组装与测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢