白光LED用SrSi2O2N2:Eu2+荧光粉的化学合成与表征

摘要

白光发光二极管(white light-emitting diodes，WLEDs)具有寿命长、能耗低以及结构紧凑等优点，因此被广泛的关注。目前，基于蓝光LED的荧光粉转换WLEDs(phosphor-converted-WLEDs，PC-WLEDs)是市场的主流，该方案需要搭配荧光粉以产生白光。因此，荧光粉是PC-WLEDs的关键材料之一。
　　为了获得较高显色指数的PC-WLED，绿色荧光粉是必不可少的。SrSi2O2N2∶Eu2+(SSON)是一种性能优异的绿色荧光粉，具有较高的量子效率，较宽的吸收带（紫外到蓝光）以及良好的稳定性。通常使用高温固相法(high-temperature solid-state method, SS)来制备该荧光粉，而采用湿化学法可以在较低的热处理温度下，获得较高相纯度和颗粒均匀的SSON荧光粉。因此，本研究采用了多种湿化学法以制备绿色SSON荧光粉以应用于WLEDs。
　　(1)首次以聚合物-金属配合物为原料，采用了Pechini溶胶-凝胶(PechiniSol-gel，PSG)法制备SSON。通过DTA-TG来设计每阶段的热处理工艺。XRD证实在1400℃保温3h可以得到纯相，颗粒晶面清晰，具有较好的分散性。当Eu2+浓度为0.04 mol％时得，强度最高，峰值波长为531.4 nm。对所得荧光粉的量子效率和CIE色坐标进行了研究。通过搭配红色(Sr，Ca)AlSiN3∶Eu2+荧光粉和蓝光(450 nm)LED芯片得到了暖白光的WLEDs。结果表明，该制备法有潜力代替固相法制备SSON荧光粉。
　　(2)研究了以Sr2SiO4∶Eu2+(SSO)作为前驱体制备SSON过程中，不同Eu2+浓度的α'与β相SSO的相变过程。两步法所制样品较于一步法具有更高的发光效率和更大的晶粒尺寸。研究发现，在SSON中，可形成X2相，并表现出强烈的绿光发射，峰值位于530 nm。其粒径约为13.63μm，颗粒分布均匀，晶粒尺寸为60-65 nm。研究了SSO和SSON的发光性能与其晶体结构的关系。结果表明，对SSON的发光性能而言，Eu2+浓度的影响比α'相与β相比例的影响要更加明显。
　　(3)研究了两步法制备SSON过程中，第一步合成的SSO中α'相和β相的比对SSON荧光性质的影响。第一步采用共沉淀(co-precipitation，CO)，SG，PSO和SS合成SSO，第二步使用SS法合成SSON。第一步中，不同方法制备的SSO，对第二步所制得SSON的发光性能有明显影响。研究了第一步中α'和β相SSO对第二步产物SSON的发光强度、晶粒尺寸和量子效率的影响。研究表明，SS合成的SSON具有更高的发光强度，而采用SG、PSG和CO法制得的SSON，其发光强度依次递减。结果显示，通过不同制备方法，使第一步骤中的β-SSO相含量改变，而β-SSO的含量是获得高效率SSON荧光粉的关键所在。这将有助于制备高性能的SSON荧光粉，以使得其可在WLEDs中的应用。

目录

声明

摘要

Abstract

Abbreviations

Content

Chapter 1

1．1 Introduction

1．1．1 Solid-state lighting

1．1．2 Semiconductor P-N Junction diode

1．2 Generation of white light by LED

1．2．1 Red，Green，and Blue LED chips

1．2．2 Blue LED chips and yellow phosphors

1．2．3 UV-LED chip and RGB phosphors

1．3 Phosphor-converted Light Emitting Diodes(PC-LEDs)

1．3．1 Mechanism of luminescent by Eu2+ ion

1．3．2 Configuration coordinate model

1．3．3 CIE chromaticity coordinates and the color temperature

1．3．4 Color rendering index and luminous efficacy

1．4 Ceramic Powder Synthesis

1．4．1 Pechini sol-gel(PSG)or polymer-metal complex method

1．4．2 Co-precipitation(CO)method

1．4．3 Sol-gel(SG)method

1．4．4 Solid-state(SS)reaction method

1．5 (Oxo)nitridosilicates phosphors for LEDs

1．5．1 Baud gaps and absorption edges of(oxy)nitrides

1．6 SrSi2O2N2(SSON)phosphors

1．6．1 Crystal structure

1．6．2 Photoluminescence properties

1．7 Sr2SiO4(SSO)phosphor

1．7．1 Crystal structure

1．7．2 Photoluminescence properties

1．8 The significance，innovation of this investigation and content of the thesis

1．8．1 The significance of the investigation

1．8．2 The innovation of the investigation

1．8．3 Content of the thesis

References

Chapter 2

2．1 Experiments

2．1．1 Chemicals used

2．1．2 Instruments employed

2．2 Characterization methods

2．2．1 Thermal Analysis

2．2．2 X-Ray Diffraction(XRD)

2．2．3 Scanning Electron Microscopy(SEM)

2．2．4 Particles size analysis

2．2．5 Excitation and emission spectra

2．2．6 Quantum efficiency(QE)

2．2．7 Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR)

References

Chapter 3 Synthesis and photoluminescent properties of Sr(1-x)Si2ON2：xEu2+phosphor prepared by polymer-metal complex method for WLEDs applications

3．1 Introduction

3．2 Experimental

3．2．1 Preparation

3．2．2 Characterization

3．3 Results and Discussion

3．4 Conclusions

References

Chapter 4 Synthesis and photoluminescent properties of Sr(1-x)Si2O2N2：xEu2+phosphor for WLEDs applications

4．1 Introduction

4．2 Experimental

4．2．1 Preparation

4．2．2 Characterization

4．3 Results and Discussion

4．4 Conclusion

References

Chapter 5 Role of synthesis method and α’，β-Sr(2-x)SiO4：xEu2+phases on the photoluminescent properties of Sr(1-x)Si2O2N2：xEu2+phosphors

5．1 Introduction

5．2 Experimental

5．2．1 Preparations

5．2．2 Characterization

5．3 Results and Discussion

5．4 Conclusions

References

Chapter 6 Conclusions and prospects

6．1 Conclusions

6．2 Prospects

List of Figures

List of Tables

Publications and research achievements during the Ph．D．Study

Acknowledgments