无机纳米荧光纤维膜的制备、性能及在白光LED中的应用

摘要

近年来,由于照明和显示技术的快速发展，对于荧光材料提出了越来越高的要求。传统形式的LED器件的封装，采用了荧光粉体与有机树脂物理混合的方法，通过点胶过程将其均匀地涂覆在芯片的表面。然而荧光粉体颗粒的不均匀性以及有机树脂较差的散热性严重影响了封装器件的性能和寿命。随着静电纺丝技术的不断发展和完善，已经可以将其应用于制备各种高性能的有机以及无机纤维膜。静电纺丝法制备的无机荧光纤维膜，由于其纳米级的纤维尺寸以及均匀排布的网状结构，在封装之前便拥有了LED荧光转换材料所需要的结构，避免了由于荧光粉体分散不均和点胶封装散热性不好对器件造成的不利影响，对提高LED的发光均匀性和使用寿命有很大帮助,近年来引起了研究者的极大关注。但是静电纺无机荧光纤维膜目前普遍存在一些亟待解决的问题，例如发光强度不够高和机械性能不够好，严重制约了其发展。
　　氧化硅基的荧光材料具有热稳定性好、量子效率高、光谱丰富等优点。本文通过溶胶-凝胶方法结合静电纺丝技术，制备了多种氧化硅基的前驱体纤维膜，通过氨气气相还原法获得了荧光纤维膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱仪（PL）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、热失重分析仪(TG)、电子万能材料试验机、HSP-3000 LED光谱测试系统等对制备的荧光纤维膜的结构及封装LED器件的性能进行了系统性的表征。具体研究结果如下：
　　采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术和气相还原的方法制备了用于白光LED远场封装的CaSi2O2N2:Eu2+带状荧光纤维薄膜。对纤维薄膜的微观结构、发光性能和力学性能进行了系统的研究。微观上样品保持了带状纤维结构，宏观上以薄膜的状态存在，并具有一定的力学强度。样品在1250℃下保温4h后的XRD图谱与CaSi2O2N2的标准卡片相符合，Eu2+的掺杂没有改变CaSi2O2N2的晶相。在400nm激发光的照射下，Eu2+掺杂的CaSi2O2N2带状纳米纤维在550nm附近呈现出一个较宽的来自于Eu2+的4f65d→4f7跃迁的发射峰。利用Ca0.95Si2O2N2:Eu2+带状荧光纤维膜和蓝光芯片远场封装的白光LED,具有较低的色温(4832K)，较高的显色指数(86)和流明效率(125 lm W-1)。
　　通过静电纺丝结合气相还原的方法制备了富氮黄光发射的塞隆体系Ca0.68Si9Al3(ON)16:Eu2+纳米带荧光纤维膜。静电纺初生纤维表面光滑，直径分布在800-900nm之间。高温氮化之后纤维形状被完好的保持，得到光滑的荧光纳米带纤维膜。通过XRD和PL光谱可知，当氮化温度为1500℃，Eu2+浓度为0.1时能够得到比较纯的Ca0.68Si9Al3(ON)16晶相和光谱强度。该荧光纤维膜具有高达65％的外量子效率和4.5MPa的弯曲强度。将其作为黄光发射的荧光粉与460nm的蓝光芯片进行远程封装，得到一个具有低色温(2985K)、高显色指数(Ra=86)和流明效率（129.5 lm W-1）的暖白光LED，并且通过改变荧光薄膜的厚度可以调节色温。
　　通过静电纺丝结合气相还原的方法制备了基于SiO2的渗氮高柔性纯无机带状荧光纤维膜。纺制的初生纤维表面光滑，直径为500nm且均匀分布。500℃下去除有机模板后，纤维保持了良好的形状。该荧光纤维膜具有很好的柔性，可以弯曲、折叠和卷曲而不破裂，且可以承受200g的重量而不断裂。当拉伸应变为6%，500个循环后该纤维膜仍可承受6.0Mpa的强度。该荧光纤维膜的发射光谱为400-650nm的宽峰发射，475nm处为最大发射波长。1000℃为最佳氮化温度，此时荧光纤维膜的发射强度最高。此外，该荧光纤维膜还具有很好的环境稳定性、热稳定性和循环稳定性。可用于柔性显示和LED照明等方面。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 白光LED的简介

1.3 静电纺丝技术概述

1.4 静电纺丝制备无机纳米纤维的应用

1.5 论文的研究意义和主要内容

第二章 氧氮（ON）体系Ca0.95Si2O2N2:Eu0.05荧光纳米带纤维膜的制备、性能及LED远场封装

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 塞隆体系荧光纳米纤维膜的制备、性能以及LED远场封装

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 Eu2+掺杂高柔性的硅基氮氧化物荧光纳米纤维膜的制备、性能以及LED的远场封装

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

硕士期间所撰写的论文及申请的专利

致谢