基于局部表面等离子体激元共振的高效白光LED用荧光粉

摘要

半导体白色发光二极管（light emitting diodes，简称LED）照明具有节能、环保、寿命长等优点，势必成为新一代照明光源。荧光体转换是获取白光LED的主要途径之一，荧光体可决定白光LED各种重要特性和参数。所以，研究白光LED用高效荧光粉具有重要意义，提高荧光粉发光效率的方法有很多种，其中利用局部表面等离子体激元共振(localized surface plasmon resonance，简称LSPR)提高荧光粉发光效率是新近出现的一种方式。
　　含有自由移动电荷的介质被称为等离子体。等离子体激元是包含了自由电荷和光之间相互作用的共振模式。其中，金属颗粒所支持的等离子体激元模式称为LSPR。金属颗粒LSPR的位置由它的形貌和尺寸决定。当荧光粉的发射光与金属颗粒的LSPR达到良好的耦合时，荧光粉的发光效率有望得到提高。在所有金属中，银与光之间的相互作用最强，因此我们选择银作为等离子体。
　　本文首先利用非均匀成核结晶的原理，在CaTiO3∶Eu3+红色荧光粉表面原位包覆银颗粒。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)和荧光光谱分析仪(PL)，对包覆有银颗粒的荧光粉的形貌和性能进行了表征。场发射扫描电镜图显示该方法可成功将银颗粒包覆到荧光粉表面上，通过调节反应温度，氨水滴加速度和AgNO3溶液浓度，可改变包覆形貌。但由于所包覆的银颗粒形貌不均匀，荧光粉的发光效率并有没得到提高。
　　接着，我们尝试先制备形貌均匀且LSPR位置可控的银颗粒，再将其与荧光粉相结合。我们使用双氧水对银的晶种进行筛选，再利用结构导向剂PVP和TSC的选择性粘附使银晶种各向异性地生长。利用透射电镜(TEM)和荧光光谱分析仪(PL)对所得银颗粒的形貌和性能进行了表征。透射电镜图显示所得银颗粒为三角形片状，直径为30～50nm，厚度约为6nm。通过改变NaBH4的浓度，可在462到854nm范围内对银颗粒的LSPR位置进行调控，且这种有锋利几何结构的银颗粒可产生较强的LSPR。仅以TSC作为结构导向剂时，依然可以得到三角形片状的银颗粒，所得样品粒径分布更宽，形貌较不均匀。
　　之后我们利用静电吸引将此种LSPR位置可控的三角形片状银颗粒结合到CaTiO3∶Eu3+红色荧光粉表面。为保证银颗粒能均匀吸附到荧光粉表面，我们采用微注射法将两者缓慢混合。利用紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和荧光光谱分析仪(PL)对载银荧光粉的形貌和性能进行了表征。消光光谱和场发射扫描电镜图显示银颗粒已成功吸附到荧光粉表面。载银荧光粉的的发射光谱和量子效率测试结果表明，当银颗粒LSPR的位置与荧光粉发射光相耦合时，荧光粉的发光效率得到提高;当LSPR的位置与荧光粉的发射光不耦合时，银的吸收作用会导致光的猝灭，荧光粉的发光效率下降。当银颗粒LSPR的位置与荧光粉发射光相耦合时，随着载银量的增加，荧光粉发光效率逐步提高;当载银量达到一定值后，荧光粉的发光效率无法得到进一步提高。利用LSPR，荧光粉发光效率可获高达25.5％的提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 白光LED简介及LED用荧光粉

1．2．1 白光LED的发光机理及器件结构

1．2．2 白光LED的实现方案

1．3 局部表面等离子体激元

1．3．1 SPP和LSPR

1．3．2 LSPR光谱位置的决定因素及测试方法

1．3．3 LSPR在提高荧光粉发光效率中的应用

1．4 课题研究目的与意义和研究内容

1．4．1 研究目的与意义

1．4．2 研究内容

第二章 CaTiO3：Eu3+荧光粉表面原位包覆银颗粒

2．1 引言

2．2 实验方法

2．2．1 实验试剂

2．2．2 制备方法

2．2．3 表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 CaTiO3：Eu3+荧光粉表面原位包覆银颗粒的反应机理

2．3．2 反应温度对包覆形貌及荧光性能的影响

2．3．3 氨水滴加速度对包覆形貌及荧光性能的影响

2．3．4 AgNO3溶液浓度对包覆形貌及荧光性能的影响

2．4 本章小结

第三章 LSPR可控的三角形片状银颗粒的制备及其性能

3．1 引言

3．2 实验方法

3．2．1 实验试剂

3．2．2 制备方法

3．2．3 表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 三角形片状银颗粒的制备机理

3．3．2 H2O2量对银颗粒形貌及LSPR的影响

3．3．3 NaBH4浓度对银颗粒形貌及LSPR的影响

3．3．4 仅以TSC为结构导向剂制备的银颗粒形貌及LSPR性能研究

3．4 本章小结

第四章 CaTiO3：Eu3+荧光粉与LSPR可控的三角形片状银颗粒的复合

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 实验试剂

4．2．2 制备方法

4．2．3 表征方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 三角形片状银颗粒酸稳定性研究

4．3．2 不同银颗粒对荧光粉发光性能的影响

4．3．3 不同载银量对荧光粉发光性能的影响

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢