【摘要】：高效藍光芯片(LED)的問世,使得白光LED成為獲得白光的重要方式,并發(fā)展為第四代照明光源。稀土熒光粉作為白光LED的中重要的光轉(zhuǎn)換材料,成為研究領(lǐng)域的熱點。隨著藍光LED的發(fā)射波段進一步向近紫外區(qū)域拓展,相匹配的熒光粉也要不斷進行研發(fā)。大部分的三價稀土離子(Re~(3+))的發(fā)光源自4f-4f的組內(nèi)躍遷,由于4f外層電子的屏蔽作用,其激發(fā)和發(fā)射峰位受基質(zhì)影響相對較小,光譜特性相對固定。所以,本論文定位于f-d組間躍遷的過渡金屬離子Cr~(3+)和稀土離子Ce~(3+),研究其所處晶體場影響而體現(xiàn)出的光學特性的變化,也通過對其晶體場環(huán)境的強弱判斷來推斷其所處的具體格位。相互印證,不僅能完善理論對實踐的指導(dǎo),還能更好地探索新的基質(zhì)材料來拓展熒光粉的類型。另外,也對目前高功率白光LED照明領(lǐng)域所缺失的綠光熒光陶瓷,進行了制備工藝的探索。本論文主要從以下四個方面進行展開:(1)在過去的近幾年里,近紫外激發(fā)的三基色熒光粉成為獲得白光LED的研究熱點。發(fā)射位于400nm附近的芯片,是目前已有的效率最高的近紫外芯片(near-UV LED)。但是,目前大部分的藍光熒光粉在400nm的激發(fā)并不十分有效。我們開發(fā)了新型藍色熒光粉SrLu_2O_4:Ce~(3+),能夠很好地與400nm近紫外LED匹配,且熱穩(wěn)定性優(yōu)秀。在405nm激發(fā)下,發(fā)射出峰值為于460nm的,半高寬為90nm的寬帶藍光發(fā)射。優(yōu)化得到的最佳離子摻雜濃度的樣品,其內(nèi)量子效率為76%。在150℃工作溫度下,其發(fā)射強度仍然能保持室溫下發(fā)射強度的86%。通過與商業(yè)黃光熒光粉和紅光熒光粉混合,涂覆在405nm近紫外芯片上獲得白光LED器件。通過調(diào)節(jié)組分的比重,能夠在保持高顯色指數(shù)(Ra≥90)的情況下,色溫控制在3094-8990K范圍內(nèi)可調(diào)。以上這些特性都表明,SrLu_2O_4:Ce~(3+)是有前景的近紫外激發(fā)的白光LED光轉(zhuǎn)換用發(fā)光材料。(2)先前關(guān)于在Ce~(3+)摻雜的SrLn_2O_4類型熒光粉(Ln=Y,Lu,Sc等)中,只表現(xiàn)出一個發(fā)光中心,且為藍光發(fā)射。在本章中,我們觀察到了在SrLu_2O_4:Ce~(3+)中的Ce~(3+)的第二個發(fā)光中心。該發(fā)光中心可以在485nm激發(fā)下,發(fā)射出峰值位于600nm的寬帶紅光發(fā)射。我們認為,這個新的發(fā)光中心(Ce(II))是占據(jù)了Lu~(3+)格位,而藍光發(fā)光中心(Ce(I))是源自Sr~(2+)格位的占據(jù)。光譜學分析表明,在低摻雜濃度下,優(yōu)先形成Ce(I)發(fā)光中心,且發(fā)光中心的數(shù)量比Ce(I)/Ce(II)隨著Ce~(3+)摻雜濃度增加而明顯減小,直到x達到0.004。兩個發(fā)光中心的熒光壽命隨著摻雜濃度的變化也進行了測量,可以觀察到Ce(I)向Ce(II)的能量傳遞。當溫度升高從83K到350K時,Ce(II)的發(fā)光強度的減弱的速度要明顯快于Ce(I)中心,說明可以利用其相對發(fā)光強度比率來反映溫度的變化,且在283K時,計算得相對敏感度高達2.28%K~(-1)。(3)Cr~(3+)摻雜的石榴石結(jié)構(gòu)的Ca_2LuZr_2Al_3O_(12)(CLZA)熒光粉,是有前景的寬帶近紅外熒光粉,其激發(fā)峰能夠與460nm藍光芯片完美匹配。使用該熒光粉同460nm藍光LED封裝,獲得750-850nm范圍的近紅外光的輸出。而且,其電光效率為4.1%,要優(yōu)于目前常規(guī)的鎢燈的效率(2.9%)。在CLZA基質(zhì)結(jié)構(gòu)中,Cr~(3+)占據(jù)Ca~(2+)/Lu~(3+)和Zr~(4+)格位,分別形成兩個發(fā)光中心Cr1、Cr2。對于CLZA:xCe~(3+),yCr~(3+)系列樣品,Ce~(3+)和Cr~(3+)分別占據(jù)正十二面體格位和正八面體格位,并對兩種激活離子所處格位的晶體場強進行計算。由于Cr~(3+)的吸收能力較弱這一固有屬性,通過引入Ce~(3+)作為敏化劑來提高熒光粉對近紫外光的吸收,并計算出Ce~(3+)向Cr~(3+)的高效的能量傳遞速率。在對CLZA:Cr~(3+)樣品的溫度依賴性關(guān)系進行分析時,發(fā)現(xiàn)其升溫過程有兩個熱過程,為低溫熱猝滅和高溫熱離化過程,并對兩個過程的具體激活能進行了計算與分析。(4)高功率白光LED/激光照明是照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢,而熒光透明陶瓷又是高功率照明領(lǐng)域的重要光轉(zhuǎn)換材料。針對目前熒光透明陶瓷的研究還是以黃光透明陶瓷為主,部分為紅光氮化物陶瓷,而綠光透明陶瓷一直是研究的短板。所以,在前期關(guān)于黃光透明陶瓷(YAG:Ce~(3+))制備工藝的基礎(chǔ)上,我們對Ca_3Sc_2Si_3O_(12):Ce~(3+)基綠光透明陶瓷的制備工藝進行了研究。首先對于結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的Ca_3Sc_2Si_3O_(12)樣品,采用先合成粉體再高溫生長晶體的路徑。先后從球磨介質(zhì)、球磨時間和球磨轉(zhuǎn)速等方面對粉體粒徑分布的影響進行展開。得到了目前燒結(jié)條件下的“最優(yōu)粒徑分布”,以及直線透過率14%的綠光陶瓷樣品。
【圖文】：

近紫外和藍光激發(fā)的镥基氧化物發(fā)光材料的制備與發(fā)光特性研究1 白光的實現(xiàn)方式如圖 1.1 所示，當牛頓拿出三棱鏡對著太陽光，讓人們第一次認識到白光橙黃綠藍靛紫等多色光混合而成。隨著后來研究深入，，大家也明白了光的：紅，綠，藍。黃光作為紅光和綠光的混合結(jié)果，可以直接與藍光混合得。

藍。黃光作為紅光和綠光的混合結(jié)果，可以直接與藍光圖 1.1 (a) 光的色散實驗 (b) 光的三基色：紅，綠，藍gure 1.1 (a) Dispersion of sunlight (b) Three primary colors of light想要獲得白光光源，就是要獲得基本的紅，綠，藍的三色光光二極管的白光 LED 的實現(xiàn)方案如圖 1.2 所示，有以下三種
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ422;O482.31

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳武鳴,歐陽容百;氧化鋅發(fā)光中心的統(tǒng)計力學模型[J];光學學報;1988年08期

2 周濟,唐明道,羅f^;Ce~(3+),Mn~(2+)激活氟磷酸鈣的發(fā)光中心及其相互作用[J];發(fā)光學報;1988年02期

3 申猛燕,徐敘tb;導(dǎo)帶電子與電離發(fā)光中心的復(fù)合(英文)[J];固體電子學研究與進展;1989年04期

4 雷紅兵,楊沁清,王啟明,周必忠,肖方方,吳名枋;離子注入摻鉺硅發(fā)光中心的光致發(fā)光研究[J];半導(dǎo)體學報;1998年05期

5 陳立春，王向軍，徐敘tb，姚健銓;新結(jié)構(gòu)電致發(fā)光薄膜器件的發(fā)光區(qū)域[J];發(fā)光學報;1995年03期

6 楊左宸;銅發(fā)光中心的分布和位錯顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J];四川師范大學學報(自然科學版);1995年03期

7 婁志東，徐春祥，徐征，于磊，徐敘;高場下發(fā)光中心激發(fā)能級上電子的離化[J];功能材料;1997年02期

8 耿平,張新夷;分立發(fā)光中心和復(fù)合發(fā)光中心的高場激發(fā)機理[J];紅外研究;1984年04期

9 戴仁崧,張志舜,孫亞莉;GaN:Zn中兩類發(fā)光中心的研究[J];國外發(fā)光與電光;1979年Z1期

10 沈永榮,盧家琪;硫化鋅中Sm~(3+)的發(fā)光中心[J];發(fā)光與顯示;1983年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 賴昌;段昌奎;夏上達;;晶體介質(zhì)中發(fā)光中心的自發(fā)輻射壽命及漲落[A];第11屆全國發(fā)光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

2 楊宇;王茺;熊飛;李亮;楊杰;韋冬;;Si離子自注入硅晶體不同系列發(fā)光中心的研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集（第1分冊）[C];2010年

3 于文革;;影響有機-無機復(fù)合電致發(fā)光器件激發(fā)的因素[A];第11屆全國發(fā)光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

4 楊寶成;林遠齊;林平;沈仲鈞;沈國土;何文健;黃英鵬;朱小怡;;Cr:Mg_2SiO_4晶體的LIF光譜和發(fā)光中心問題[A];第五屆全國基礎(chǔ)光學學術(shù)報告會和交叉科學中的光學問題討論會論文集[C];1991年

5 盧士香;;Schlenk技術(shù)合成納米AlN的結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)[A];中國化學會第二十五屆學術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

6 李志強;徐麗云;趙起;;相變處理對ACEL粉末材料性能的影響[A];第11屆全國發(fā)光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

7 李斌;司振君;劉春波;李文連;;功能化Cu(I)配合物有機電致磷光器件[A];第11屆全國發(fā)光學學術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

8 孫聆東;馮瑋;王峰;周加才;王也夫;肖家文;鄭_";嚴純?nèi)A;;稀土氟化物納米晶的相變與發(fā)光研究[A];中國化學會第28屆學術(shù)年會第8分會場摘要集[C];2012年

9 石建英;陳鈞;由萬勝;馮兆池;連宇翔;應(yīng)品良;李燦;;TiO_2激光誘導(dǎo)發(fā)光光譜的研究[A];第十二屆全國光散射學術(shù)會議論文摘要集[C];2003年

10 黃偉其;陳朝綱;;金屬/多孔硅結(jié)構(gòu)的光伏吸收模型研究[A];第四屆全國光學前沿問題研討會論文摘要集[C];1999年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 北京 張鍵;Illustrator10.0新功能探秘[N];電腦報;2002年

相關(guān)博士學位論文 前7條

1 張晟;近紫外和藍光激發(fā)的镥基氧化物發(fā)光材料的制備與發(fā)光特性研究[D];中國科學院大學(中國科學院長春光學精密機械與物理研究所);2019年

2 許祥坤;基于金剛石氮空位發(fā)光中心的量子調(diào)控實驗研究[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

3 陳濤;稀土離子4f-5d光譜格位選擇效應(yīng)及發(fā)光中心自發(fā)輻射壽命的理論研究[D];中國科學技術(shù)大學;2008年

4 張志鵬;不完整晶體的電子結(jié)構(gòu)計算[D];廈門大學;2000年

5 沐影;基于有機模板的分子篩制備碳點及其光致發(fā)光性質(zhì)研究[D];吉林大學;2017年

6 崔霄;金屬配合物光物理性質(zhì)及其傳感器研究[D];西安電子科技大學;2015年

7 賴昌;環(huán)境介質(zhì)對發(fā)光團自發(fā)輻射衰減壽命的影響[D];中國科學技術(shù)大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 王超;適于紫外-近紫外光激發(fā)的Ca_9Ce(PO_4)_7系列熒光材料的制備及其性能調(diào)控[D];河北大學;2018年

2 任天瑜;摻鉍光纖中低價態(tài)鉍發(fā)光中心特性研究[D];北京郵電大學;2018年

3 趙貝貝;Nd,Y:SrF_2激光晶體的時間分辨光譜的研究[D];長春理工大學;2017年

4 江群;離子摻雜的氟化物基質(zhì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備與性能研究[D];中國地質(zhì)大學(北京);2018年

5 肖淑娟;富硅二氧化硅薄膜的光致熒光特性研究[D];山東師范大學;2001年

6 易雄;分子篩基復(fù)合材料發(fā)光特性的研究[D];華南理工大學;2016年

7 荊一銘;基于銥配合物的有機電致發(fā)光器件的性能研究[D];南京大學;2014年

8 葉春暖;硅基發(fā)光材料的光致發(fā)光和電致發(fā)光研究[D];蘇州大學;2002年

9 湯乃云;硅基薄膜中金屬顆粒對發(fā)光特性的影響[D];蘇州大學;2002年

10 李臣;堿土鹵磷酸鹽及硅酸鹽中低價鉍離子寬帶發(fā)光特性及形成機理研究[D];昆明理工大學;2013年

本文編號：2601399