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白光LED用RE,Ce：YAG（RE=Pr,Sm,Eu,Gd）单晶荧光材料的制备及光学性能研究

作　者: 华伟
导　师: 向卫东
学　校: 温州大学
专　业: 应用化学
关键词: 白光LED Ce:YAG 稀土离子共掺杂荧光光电性能
分类号: TQ422
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

白光LED（White Light Emmiting Doide,W-LED）具备固体化、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,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,蓝光芯片发射的蓝光与荧光粉被蓝光激发而发射的黄光混合生成白光。商业化的荧光粉虽然取得了巨大的成功,但依然存在着效率低,均匀性差,光衰大,寿命短,物化性能差等缺点,严重影响白光LED的性能。本论文提出通过采用Ce:YAG单晶荧光材料来取代目前商用的荧光粉来制备白光LED。并通过稀土离子Pr,Sm,Eu,Gd分别与Ce:YAG的双掺杂来增加发射光中的红光成分,进而改善白光LED的相关光学性能。采用提拉法生长出了Φ43×120mm的高质量Ce:YAG晶体,以及Φ28×80mm的Pr、Sm、Eu、Gd分别共掺杂的Ce:YAG晶体。采用X射线衍射技术,吸收和荧光光谱分析,光色电性能测试等手段分别研究了这几组晶体的光学性能。结果如下:通过吸收光谱分析可知,5种晶体在460nm处均有较强烈的吸收,这与发光中心为460±15nm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,发射出波长范围为480-650nm的光,并分析了荧光发射的起因。Pr³⁺、Sm³⁺共掺杂的晶片不仅能够发射出黄光,而且Ce³⁺离子能够将能量传递给Pr³⁺或Sm³⁺离子,产生红光发射;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;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。分析了稀土离子Pr³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺的共掺杂对Ce³⁺离子的发光产生影响的原因。测试了5种晶体样品制备的白光LED的光色电性能,考察晶片厚度,工作电流的大小对发光的影响。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的发光效率越强,相关色温越低,但显色指数也随之降低;工作电流越大,蓝光芯片的发光效率越低,相应的白光LED的发光效率也随之降低。Pr³⁺或Sm³⁺离子的共掺杂能够敏化Ce³⁺的发光,提高白光LED的发光效率;Eu³⁺离子的共掺杂显著降低了白光LED的发光效率;Eu³⁺离子的共掺杂使Ce³⁺发光红移,对发光效率不产生影响。由于Ce³⁺离子的掺杂浓度偏高,使得5组样品均出现芯片蓝光被大量吸收,剩余蓝光不足,蓝光与晶片黄光的比例失衡,白光显色性能不够理想,这需要在下一步实验中进行改进。

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