用于白光LED的YAG荧光材料的物相和价态及其光学性质

摘要

稀土离子活化的钇铝石榴石(YAG)基质商业荧光粉封装大功率白光LED器件的热稳定性能不佳，YAG粉体封装白光LED需要环氧树脂或者硅胶，由于有机物在芯片温度较高的时候发生化学反应，导致有机物变性，因此缩短了器件的寿命，同时降低了器件的流明效率。甚至由于散热性能较差，会引起YAG：Ce荧光粉的热猝灭现象。制备YAG：Ce粉体需要通入还原性气氛得到Ce3+离子，也需要获得YAG纯相。为了解决上述问题，在空气气氛中合成了Si-O键诱导Ce离子价态变化的纯基质相YAG：Ce远程荧光陶瓷。本文获得的主要成果包括以下四个方面：
　　1.观察到在空气中制备的YAG：Ce粉体具有Ce4+→Ce3+自还原现象，添加一定数量范围的SiO2增强了这一过程。当SiO2的掺杂质量比为7％时，蓝光激发下YAG陶瓷的发射峰位于534 nm处，属于稀土Ce3+离子的4f→5d跃迁，与商业YAG：Ce粉体的发光性能相似。用X射线衍射分析(XRD)监测，此时形成了纯相YAG陶瓷。
　　2.分析表明，发光中心Ce3+离子的浓度与SiO2所扮演的电荷补偿的角色密切相关。在相同烧结条件下，添加质量比为7%的SiO2提高了稀土Ce3+离子的浓度，发光强度比没有掺杂SiO2的有明显的提高。
　　3.结构分析表明，SiO2的添加导致了钇铝石榴石发射波长的蓝移。晶体结构的改变改变了晶体场环境，使处于最外层的5d能级与4f能级的差距增大。添加LiF调整了基质中发光中心的晶体场环境，导致5d能级与4f能级的距离减小，主波长发生了红移，一定程度上降低了色温和提高了显色性。
　　4.采用添加SiO2烧结的YAG：Ce陶瓷发光体制作了LED远程荧光发光器件原型。YAG：Ce陶瓷晶粒平均尺寸约2μm，宽谱吸收带为410到510 nm，激发峰位于468 nm，发射峰在534 nm。
　　上述研究结果对认识Ce稀土离子的价态稳定性规律、探索YAG基质的纯相控制的新方法方面具有参考价值，在远程荧光体半导体发光器件方面具有潜在应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 半导体LED的发展历程

1.2 传统白光LED的荧光粉

1.3 商业化白光LED的获取方式

1.4 YAG：Ce远程荧光体的价态和物相控制及其光谱性质

1.4.1 远程荧光体的封装模式

1.4.2 远程荧光体的制备工艺

1.4.3 YAG：Ce远程荧光体的异常价态和杂质相的控制

1.5 本学位论文的主要研究内容

第二章 添加剂SiO2对YAG：Ce性能的影响

2.1 YAG：Ce相纯度的研究背景和现状

2.2 YAG：Ce荧光体的固相法表征和制备

2.3 YAG：Ce的原子排列结构

2.4 添加剂SiO2含量对YAG：Ce荧光体表面形貌的影响

2.5 添加剂SiO2含量对YAG：Ce荧光体相纯度的影响和理论解释

2.6 YAG：Ce黄绿光荧光体的性能

2.6.1 YAG：Ce黄绿光荧光体的光谱性质

2.6.2 添加剂SiOz含量对YAG：Ce发光性能的影响

2.7 本章小结

第三章 Ce离子价态稳定性

3.1 Ce离子含量的研究和探讨

3.2 ESR对YAG：Ce价态的表征

3.3 XPS对YAG：Ce价态的表征

3.4 本章小结

第四章 YAG：Ce发射波长红移的探讨

4.1 YAG：Ce暖白光荧光体的研究背景

4.2 稀土离子共掺杂的YAG：Ce荧光粉

4.3 添加剂LiF制备LED暖白光荧光陶瓷的研究

4.4 本章小结

第五章 LED远程荧光体的制备和分析

5.1 远程荧光体的研究意义

5.2 远程荧光体的种类

5.2.1 荧光粉与有机物混合的远程荧光体

5.2.2 YAG：Ce远程荧光膜

5.2.3 各种荧光玻璃的远程荧光体

5.2.4 各种荧光玻璃陶瓷的远程荧光体

5.2.5 YAG：Ce陶瓷的远程荧光体

5.3 YAG：Ce远程荧光体的制备和表征

5.4 YAG：Ce远程荧光体的表征测试和讨论

5.5 本章小结

第六章 本学位论文的总结和展望

6.1 主要成果

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢