植物照明用荧光粉转换白光二极管的研究

LED具有效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点,并且因其具有可轻易实现宽幅光谱调控的特性,在植物照明领域崭露头角。植物照明用LED分为两大类,一类是单色光LED,另一类是白光LED,其中植物照明用白光LED可与单色LED混合或者单独使用从而实现植物补光照明。植物封装用白光LED大部分采用蓝光LED芯片或紫外LED芯片和荧光粉组合实现,即荧光粉转换型白光LED,但是光谱集中于可见光偏蓝,对植物进行光合作用的效率不明显。植物对于光的吸收不是全波段的而是有选择性的,基于植物光合作用吸收光谱的特殊性,将白光LED光谱的显色性能作为评判其光谱是否适合植物生长所需的光质的标准,其平均显色指数Ra,特殊显色指数R9(饱和红光),R12(饱和蓝光)被考虑选择为植物照明用白光LED的主要性能评价参数。为设计出植物进行生长发育所需要的、性能良好的能应用于植物照明领域的白光LED,选用常见商用YAGG为绿色颜色转换材料,选用(Sr, Ca)AlSiN₃为红色颜色转换材料,并用传统高温固相法制备了系列光谱可调的(Sr, Ca)AlSiN₃荧光粉,并进行了光谱性能分析。通过将搭建好的LED结构模型导入光学仿真软件并分别引入绿色荧光粉颗粒、红色荧光粉颗粒以及蓝光芯片的特性参数,在Lighttools中分别建立了单蓝光LED芯片(450 nm)和双蓝光LED芯片(450+470 nm)激发(Sr, Ca)AlSiN₃和YAGG荧光粉组合,实现了白光LED的光学仿真模型,研究了两种激发模式下仿真得到的不同色温白光LED的光谱功率分布及其显色性能。用蓝光LED芯片、(Sr, Ca)AlSiN₃以及YAGG荧光粉组合进行了单芯片和双芯片显色性能差异的封装验证。通过将Sr_0.8Ca_0.12AlSiN₃∶0.08Eu2+和YAGG荧光粉的混合物点涂在双蓝光LED芯片上进行了白光LED的封装制备,获得了Ra=91.2,R9=96.1,R12=78.9,光谱辐射光效LER=126 lm·W-1的高效高显色白光LED其含有植物生长所需要的蓝光和红光。     

白光LED用红色荧光粉Gd2Mo3O9：Eu3+的制备及表征

利用Na₂CO₃作为助熔剂,采用高温固相反应方法制备了三价铕离子激活的Gd₂Mo₃O₉红色荧光粉。利用XRD和荧光光谱,研究了助熔剂的量、制备时的温度以及激活剂Eu³⁺的浓度对荧光粉的晶体结构和发光性能的影响。测试结果表明,这种新型的荧光粉可以被紫外光280nm,近紫外光395nm和蓝光465nm有效激发,发射主峰位于613nm,并且证明Eu³⁺离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置。395,465nm的吸收与目前广泛应用的紫外和蓝光LED芯片的输出波长相匹配。因此,这种荧光粉是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料。     

白光LED用红色荧光粉Gd_2Mo_3O_9∶Eu~(3+)的制备及表征

利用Na2CO3作为助熔剂,采用高温固相反应方法制备了三价铕离子激活的Gd2Mo3O9红色荧光粉。利用XRD和荧光光谱,研究了助熔剂的量、制备时的温度以及激活剂Eu3 的浓度对荧光粉的晶体结构和发光性能的影响。测试结果表明,这种新型的荧光粉可以被紫外光280nm,近紫外光395nm和蓝光465nm有效激发,发射主峰位于613nm,并且证明Eu3 离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置。395,465nm的吸收与目前广泛应用的紫外和蓝光LED芯片的输出波长相匹配。因此,这种荧光粉是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料。     

白光LED用稀土荧光粉的制备和性质

在还原气氛保护下利用高温固相法合成了化学组分为(M₁,M₂)₁₀(PO₄)₆X₂(M₁=Ca,Sr,Ba;M₂=Eu,Mn;X=F,Cl,Br)的可被紫光激发的蓝光、绿光和红光荧光粉,制备了紫光LED芯片+蓝光荧光粉+YAG荧光粉的二基色白光LED;紫光LED芯片+蓝光荧光粉+红光荧光粉的二基色白光LED,以及紫光LED芯片+蓝光荧光粉+绿光荧光粉+红光荧光粉的三基色白光LED。测试了所有制备的白光LED在不同的直流电驱动下的色度坐标、相关色温和显色指数。     

白光LED用球形Y2.96Al5O12:0.04Ce3+荧光粉的制备及光致发光

采用水热-热解法制备了可用于实现白光LED的Y2.96Al5O12∶0.04Ce3+荧光粉,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)及荧光光谱(PL)等对Y2.96Al5O12∶0.04Ce3+荧光粉的物相、形貌及光致发光性能进行了表征。结果表明:水热-热解法制备出了物相纯净、分散性良好的球形Y2.96Al5O12∶0.04Ce3+粉体,该荧光粉可被460nm蓝光有效激发,发射光谱为峰值在550nm的一宽带,且水热-热解法得到的YAG∶Ce3+粉体发射强度优于传统高温固相法合成的YAG:Ce3+荧光粉;通过积分球耦合荧光光谱仪对荧光粉与蓝光芯片配合所得白光LED的量子效率进行了测试,结果表明:水热-热解法制备的Y2.96Al5O12∶0.04Ce3+荧光粉绝对量子效率为88.40%,外量子效率为78.64%,色坐标为(0.453 8,0.531 8),色温为358 4K,该方法制备的Y2.96Al5O12∶0.04Ce3+荧光粉稳定性及数据测定的重现性较好,是一种适用于暖白光LED的高性能黄色荧光粉。     

Eu2+掺杂CaAlSiN3基氮化物红色荧光粉及其发光性能研究

白光LED作为新一代高效、环保型照明光源,被给予了极高的厚望。目前商业中白光LED主要采用蓝色LED芯片激发黄色YAG荧光粉的方式来实现白光,发光效率能达到理想值,但存在红色光谱区域缺失的问题,造成关键性指标显色指数偏低,限制了白光LED在橱窗照明、医疗照明和投影显示等高品质需求领域的应用。而目前研究较多有关红色荧光粉的光效与稳定性,对红色氮化物荧光粉的宽光谱设计研究尚有待深入探索。采用高温固相法成功制备出了高效宽光谱红色Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+荧光粉,通过X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱仪(PL)等测试技术对荧光粉样品的结晶度和发光性能进行了表征分析;基于第一性原理研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的晶体结构和能带结构,研究了Eu2+掺杂CaAlSiN3发光过程中的能量跃迁机理,从其微观性质方面分析探讨了荧光粉的光谱性能;基于蒙特卡罗理论和遗传算法建立了白光封装模型,并结合CaAlSiN3∶Eu2+进行了白光LED应用封装和测试,研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的封装样品的光色特性。研究结果表明,利用高温气压炉合成Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+材料具有较高的结晶度,且微量的稀土元素Eu掺杂不会破坏其晶体结构,仍具有较好的稳定结构;通过PL光谱测试发现其具有极宽的激发光谱(200~600 nm),能被蓝光或者紫外LED芯片有效激发,当在450 nm波长激发下,荧光粉发出峰值为650 nm的发射光谱,光谱半高宽为91.4 nm,通过晶体的能带分布可知其发射光谱为5条高斯光谱曲线,归结于Eu2+的5d能级向4f能级跃迁, Ca0.937 5AlSiN3∶0.062 5Eu2+荧光粉的能量带隙为3.14 eV的间接带隙,主要是由Ca-3p, Eu-3d, N-2p, Al-3p, Si-3p电子态决定,使得材料发出红色光谱;通过建立白光光谱模型指导实现了白光LED应用封装,采用蓝光LED芯片与Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+红色荧光粉、β-sialon绿色荧光粉进行组合封装,光谱测试结果与白光封装模型模拟值(Ra=93.93,R9=72.77,Tc=3 400 K)的趋势接近,且获得了高效高显色性的白光LED(η=101 lm·W-1,Ra=92.1,R9=74.9,Tc=3 464 K), Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+所提供的红光光谱能够有效地提高白光LED的显色指数,同时在LED的发光效率、色温和物理化学稳定性等方面具有极高的价值,是一种很有应用前途的高品质照明白光LED用红色荧光粉材料。     

白光LED用红色荧光粉CaSnO3:Eu3+的制备及光学性质

采用水热法制备了CaSnO3:Eu3+红色荧光粉,利用X射线粉末衍射、场发射扫描电镜和荧光光谱对CaSnO3:Eu3+粉末进行了表征.实验结果表明,这种新型的荧光粉可以被紫外光280 nm、近紫外光395 nm和蓝光465nm有效地激发,发射主峰位于614nm.光谱分析结果表明,Eu3+离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置.395,465 nm的吸收与目前广泛应用的紫外和蓝光LED芯片的输出波长匹配.因此,这种荧光粉是一种可能应用在白光LED上的红色荧光材料.     

基于荧光玻璃的高效LED白光技术

采用高温熔融法制备了一定质量比例的SiO_2-YAG∶Ce~(3+)片状荧光玻璃,厚度为0.2 mm,分析其XRD物相、光学和SEM微观结构、PL光谱。结果表明:荧光玻璃保留了晶相,荧光粉颗粒在玻璃基质中均匀分布,荧光玻璃和荧光粉的激发响应关系一致。在465 nm蓝光激发下,发射波长均在535 nm附近,表明荧光玻璃除含有玻璃相,还有荧光粉的物质结构特性。将不同波长蓝光芯片与不同荧光粉含量的荧光玻璃进行封装测试,结果表明:器件的流明效率可达到234.81 lm/W;色温和显色指数均随荧光粉含量增加而单调下降,呈现高色温和低显色指数;荧光粉质量分数从6%增加至15%时,不同波长激发下的色坐标x与y呈现大致相同的线性变化率。采用450 nm激光激发荧光玻璃,测试样品温度变化发现温升较缓,温降迅速,耐热性能优越。实验结果表明,将荧光玻璃用于LED白光照明封装,能实现流明效率和耐热性能的大幅提升,形成良好的白光输出。     

Cr3+掺杂LiScSi2O6近红外荧光粉的荧光性能及pc-LED器件研究

红外荧光粉是制备基于蓝光芯片宽带近红外光源的关键。采用高温固相法制备了LiScSi₂O₆:Cr³⁺近红外荧光粉样品并制备了相应的pc-LED器件,详细研究了样品的光致发光特性及pc-LED的性能。荧光粉在460nm蓝光激发下产生中心波长为850nm,半高宽约为156nm的宽带近红外光谱。在温度为160℃时,发光峰的强度下降为室温下的75.38%。把粉体涂覆在InGaN蓝光芯片(P_max=5W)表面制备的近红外pc-LED,得到最大近红外光输出功率为436.7mW@300mA,最大电光转化效率为18.3%@1mA。采用pc-LED作为红外光源,隐藏在油墨下的文字信息清晰可见,表明该红外荧光粉可用于制备基于蓝光芯片的宽带红外光源,且在夜视和信息防伪领域有良好的应用前景。     

碳点-纤维素复合红色发光材料制备及性能EI北大核心CSCD

白光LED器件作为新一代绿色固态照明光源,已广泛应用于照明、液晶背光等领域,也与智能照明、物联网技术等高新科技产业密切相关。常用的蓝光芯片复合黄光YAG∶Ce^(3+)(Y 3Al 5O 12∶Ce^(3+))荧光粉的白光器件由于缺少红色光谱的成分,导致器件光谱较窄,显色指数较低,色温偏高。因此,红色荧光粉对改善白光LED的光色品质起到了重要作用。本文首先制备了红色碳点(量子效率28%),通过把红色碳点与纤维素复合,制备了红色荧光粉(量子效率为18%)。该红色荧光粉与黄光YAG∶Ce^(3+)荧光粉混合,封装得到暖白光。结果表明,相较于只有黄光YAG∶Ce^(3+)荧光粉封装的LED,红色荧光粉掺杂之后,在460 nm蓝光芯片的激发下,白光LED的色坐标由(0.30,0.33)变化到(0.33,0.35),色温从7396 K下降到5714 K,显色指数从78.2升高到82.9,实现了由色温高、显示指数低的冷白光向色温低、显色指数高的暖白光的调节。     

白光LED用红色荧光粉KLa（MoO4）2:Eu3+的制备及发光性能

采用水热法制备红色荧光粉KLa(MoO4)2:Eu3+,通过X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和荧光光谱(PL)对样品进行了表征。实验结果表明:pH值是合成样品KLa(MoO4)2:Eu3+的关键因素,当溶液pH值接近7时,荧光粉的纯度较高,分散性良好、粒度均匀、呈规则球形。这种荧光材料可以被紫外光279 nm、近紫外光395 nm和蓝光465 nm有效激发,发射主峰位于617 nm,是一种可应用于白光LED转换用的新型红色荧光粉。     

CaAl12O19:xMn4+红色荧光粉的合成及发光研究

用高温固相法合成了CaAl12O19∶xMn4+(x=0.0~0.001 84mol)红色荧光粉,研究了反应温度及Mn4+掺杂量对荧光强度的影响,通过正交设计优化的最佳合成条件是1 500℃,掺杂量x=0.014 7mol。荧光粉发射深红色光,其激发位于470nm处,而发射主峰位于656nm,其两侧的肩峰(643,666nm)为声子副带发射。光物理过程分析表明,470nm的激发为配体场的4 A2→4 T2的跃迁(d→d带),而656nm的发射属于2 E→4 A2的跃迁。由于470nm激发峰与市场LED蓝光芯片的460nm发射十分匹配,而且又是发射LED芯片缺少的红光,因此CaAl12O19∶xMn4+荧光粉十分适合用于LED光源。     

白光LED用新型MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷的发光性能

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前驱体,通过高温煅烧2～4 h得到纯相MgAl2O4粉体,再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合,利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。利用X射线衍射、紫外-可见分光光度计等测试手段对样品进行表征。样品由MgAl2O4和YAG两相组成,在340 nm和475 nm有两个激发峰。发射光谱在533 nm有一宽峰,属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。该透明陶瓷封装蓝光芯片所得白光LED器件在35 mA驱动下的发光效率为133.47 lm.W-1,其寿命及色温稳定性优于采用传统方式封装的白光LED。实验结果表明MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。     

LED芯片与YAG荧光粉的相互热作用

大功率白光LED作为新一代照明光源的优势越来越明显,但其光衰机制综合了YAG荧光粉、LED芯片以及封装散热多重因素,衰减机理复杂。为研究LED芯片与荧光胶的相互热影响,基于蓝光LED器件基板温度可控实现蓝光LED器件温度稳定,并通过外部加热(以此作为LED热量作用于荧光胶)的方式控制荧光胶、荧光粉、硅胶的温度。重点研究了温度从27℃升高到220℃对三者光衰、主波长特性的影响。对荧光胶与LED芯片的近距离相互热影响进行了测试,结果表明荧光粉涂覆量会引起光功率的降低,而且随着光功率的降低,LED芯片结温呈现指数升高。实验证明荧光胶层与LED芯片是一个相互影响的复合热源模型。     

白光LED用红色荧光粉α-Gd2（MoO4）3∶Eu的制备及其发光性能研究

以Gd2O3,MoO3,Eu2O3为原料,采用传统的高温固相反应方法制备了一种新的白光LED用红色荧光粉材料α相Gd2（MoO4）3∶Eu。利用XRD,SEM,激发和发射光谱对其进行了研究。分析了助熔剂和激活剂对样品的晶体结构,表面形貌和发光性能的影响。结果表明这种荧光粉可以被近紫外光（395nm）和蓝光（465nm）有效激发,发射峰值位于613nm（Eu^3＋离子的5^D0→7^F2跃迁）的红光,激发波长与目前广泛使用的蓝光和紫外光LED芯片相符合。因此,三价Eu离子激活的α相Gd2（MoO4）3是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料。     

AlON:Ce3+荧光粉的制备及光谱研究

采用高温固相法合成了不同浓度Ce³⁺ 掺杂的AlON荧光粉. 通过X射线和扫描电镜分析了荧光粉的物相和显微结构, 且利用荧光光谱仪测试了AlON:Ce³⁺荧光粉的发光光谱.结果表明, 荧光粉在305 nm紫外激发下发射390 nm为中心的蓝光.温度依赖荧光谱测试发现, AlON:Ce³⁺荧光粉在150 ℃ 下发射强度能保持室温发射强度的86%.因此, 该荧光粉是大功率白光发光二极管用最佳荧光粉的候选材料之一. 关键词： 光致发光 浓度猝灭 热稳定性     

白光LED用Sr3LiMgV3O12:Eu3+单基质荧光粉的研究

采用高温固相法合成了一种新型单基质Sr3-2xLi1+xMgV3O12∶xEu3+荧光粉,研究了其在不同的合成温度及Eu3+掺杂浓度等条件下的发光性能。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱仪(PL)等对样品进行表征。荧光光谱表明Sr3-2xLi1+xMgV3O12∶xEu3+荧光粉具有与近紫外芯片相匹配的激发光谱,其宽阔的发射光谱(450～630nm)使得该类物质具有作为白光LED用单基质荧光粉的巨大优势。     

LED用绿色荧光粉BaSi2N2O2:Eu2+的发光和封装性能

采用高温固相法合成了白光LED用蓝绿色荧光材料BaSi₂N₂O₂:Eu²⁺。用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)等对荧光材料进行了表征。XRD结果表明,所制备的样品为较好的单相。BaSi₂N₂O₂:Eu²⁺在395 nm和460 nm激发下均具有较高的发射强度,发射峰位于492 nm附近。当Eu²⁺的摩尔分数为4%时,可以获得最佳的样品发光强度。将荧光材料封装在紫外和蓝光芯片上制作了LED器件,两种器件均发射出强的蓝绿色荧光,色坐标分别为(0.092 0,0.428 2)和(0.112 9,0.223 0)。     

白光LED用红色荧光粉α-Gd2(MoO4)3:Eu的制备及其发光性能研究

以Gd2O3,MoO3,Eu2O3为原料,采用传统的高温固相反应方法制备了一种新的白光LED用红色荧光粉材料α相Gd2(MoO4)3:Eu.利用XRD,SEM,激发和发射光谱对其进行了研究.分析了助熔剂和激 .活剂对样品的晶体结构,表面形貌和发光性能的影响.结果表明这种荧光粉可以被近紫外光(395 nm)和蓝光(465 nm)有效激发,发射峰值位于613 nm(Eu3 离子的5D0→7F2跃迁)的红光,激发波长与目前广泛使用的蓝光和紫外光LED芯片相符合.因此,三价Eu离子激活的α相Gd2(MoO4)3是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料.     

Eu3+在层状钙钛矿M2TiO4（M=Ca,Sr,Ba）红色荧光粉中的发光特性

采用高温固相法制备了Eu3+掺杂的层状钙钛矿M2TiO4∶Eu3+(M=Ca,Sr,Ba)红色荧光粉,借助X射线衍射、紫外可见漫反射光谱和荧光光谱研究了不同煅烧温度下粉体的晶相组成及其光致发光性能。结果表明:在煅烧温度1 000℃保温2h时即可得到纯相Sr2TiO4和Ba2TiO4粉体,但即使进一步的升高温度并延长保温时间均无法得到Ca2TiO4粉体。Ba2TiO4∶Eu3+粉体在395nm激发下发射594nm(5 D0→7 F1)和615nm(5 D0→7 F2)橙红光。Sr2TiO4∶Eu3+粉体区别于通常Eu3+的特征发射,在近紫外和蓝光激发下主要发射578nm(5 D0→7 F0)和626nm(5 D0→7 F2)的强烈橙/红光,具有更好的红光色纯度和发光强度,其中363nm电荷迁移激发下具有最高的发光效率,是一种适用于近紫外和蓝光LED芯片的红光材料。