白光LED用新型Ce:YAG单晶荧光材料制备及显色性能研究

摘要

白光LED（WhiteLightEmmitingDoide，W-LED）具有固体化、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，因而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。商业化的荧光粉存在着激发效率低、颗粒分散不均匀、光衰大和物化性能差等缺点，严重影响了白光LED的性能。
　　 因此，本论文提出通过提拉法生长出高质量Ce∶YAG单晶荧光材料来弥补目前商用荧光粉的缺点，并通过在Ce∶YAG单晶中共掺杂稀土离子Gd，Pr，Sm，Eu等来增加发射光中的红光成分，进而改善单晶白光LED的相关光学性能。
　　 采用提拉法生长了Ce∶YAG、Gd，Ce∶YAG、Pr，Ce∶YAG、Sm，Ce∶YAG、Eu，Ce∶YAG这5种晶体。采用XRD，吸收和荧光光谱分析，光色电性能测试等表征手段研究这5种晶体的光学性能。
　　 结果如下:
　　 通过吸收光谱分析可知，这5种晶体在460nm处均有强烈吸收，与发光中心为460nm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，分析了引起荧光发射的原因。
　　 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。Pr3-、Sm3-共掺杂的晶片不仅能通过Ce3-离子将能量传递给Pr3-或Sm3-离子，产生红光发射，且pr3-、Sm3-对Ce3-的发光有敏化作用，增加Ce3-对蓝光的吸收，从而提高发光效率;
　　 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，但是显色指数却有所提升;
　　 测试了5种晶体样品制备的白光LED的光色电性能，研究了晶片厚度、工作电流的大小等因素对发光的影响。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的显色指数反而越小;工作电流的大小对白光LED的显色指数影响较小。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 概述

1．2 LED简介

1．2．1 LED的历史及发展现状

1．2．2 LED的基本参数

1．2．3 白光LED的优点及应用

1．2．4 白光LED的实现方式

1．3 荧光材料概述

1．3．1 荧光粉

1．3．2 陶瓷及玻璃荧光材料

1．3．3 Ce：YAG单晶荧光材料

1．4 本课题研究目的及意义

1．4．1 白光LED的发展瓶颈

1．4．2 本课题的研究意义

1．4．3 研究内容

2 实验部分

2．1 晶体生长方法概述

2．1．1 提拉法Czochralski(CZ)

2．1．2 温度梯度法

2．1．3 区熔法

2．2 RE，Ce：YAG单晶荧光材料的生长

2．2．1 RE，Ce：YAG晶体生长流程

2．2．2 RE，Ce：YAG晶体原料的制备

2．3 测试样品制备

2．3．1 X射线衍射测试用样品

2．3．2 光谱性能测试用样品

2．3．3 白光LED光色参数测试用样品

2．4 单晶荧光材料的测试表征手段

2．4．1 X射线衍射测试

2．4．2 光谱测试

2．4．3 单晶荧光材料的光色电参数

3 Ce：YAG荧光晶体的性能研究

3．1 Ce：YAG荧光晶体的XRD衍射图谱

3．2 Ce：YAG荧光晶体的吸收光谱

3．3 Ce：YAG荧光晶体的荧光光谱

3．4 Ce：YAG晶片结构白光LED的光色电性能

4 稀土离子共掺杂对蓝光芯片+单晶荧光材料LED显色性能研究

4．1 Gd，Ce：YAG荧光晶体的性能研究

4．1．1 Gd，Ce：YAG荧光晶体的XRD衍射图谱

4．1．2 Gd，Ce：YAG荧光晶体的吸收光谱

4．1．3 Gd，Ce：YAG荧光晶体的荧光光谱

4．1．4 Gd，Ce：YAG荧光晶体的显色性

4．2 Pr，Ce：YAG荧光晶体性能及LED显色性研究

4．2．1 Pr，Ce：YAG的XRD衍射图谱

4．2．2 Pr，Ce：YAG荧光晶体的吸收光谱

4．2．3 Pr，Ce：YAG荧光晶体的荧光光谱

4．2．4 Pr，Ce：YAG荧光晶体的显色性

4．3 Sm，Ce：YAG荧光晶体性能及显色性研究

4．3．1 Sm，：Ce：YAG的XRD衍射图谱

4．3．2 Sm，Ce：YAG荧光晶体的吸收光谱

4．3．3 Sm，Ce：YAG荧光晶体的荧光光谱

4．3．4 Sm，Ce：YAG荧光晶体的显色性

4．4 Eu，Ce：YAG荧光晶体性能及显色性研究

4．4．1 Eu，：Ce：YAG的XRD衍射图谱

4．4．2 Eu，Ce：YAG荧光晶体的吸收光谱

4．4．3 Eu，Ce：YAG荧光晶体的荧光光谱

4．4．4 Eu，Ce：YAG荧光晶体的显色性

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢