白光led全色單一白光bamg2al6si9o30的制備

白光led全色單一白光bamg2al6si9o30的制備

1近紫外光管芯激發(fā)熒光熒光光粉的工藝研究作為目前的兩種主要光源，照明設(shè)備和光裕燈（light-filter，light）被廣泛應(yīng)用于照明和顯示領(lǐng)域。但是,它們都存在一些缺陷,例如,傳統(tǒng)的熒光燈是通過激發(fā)紅、綠、藍(lán)3種熒光粉而形成白光,其自吸收會使發(fā)光效率降低。目前廣泛應(yīng)用的商業(yè)化白光LED主要通過InGaN藍(lán)光LED芯片和具有石榴石結(jié)構(gòu)的Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)黃色熒光粉相互結(jié)合而實(shí)現(xiàn),但這種熒光粉制成的器件因缺少紅光成分,顯色指數(shù)較低,色溫較高,不適合在高質(zhì)量的照明領(lǐng)域應(yīng)用。針對上述問題,采用近紫外光管芯激發(fā)三基色熒光粉實(shí)現(xiàn)白光成為目前國際上在該領(lǐng)域研發(fā)的熱點(diǎn)。目前,采用近紫外光管芯制成的白光LED普遍采用混合紅、綠、藍(lán)3種基色熒光粉的方法制得,由于混合物之間存在顏色再吸收和配比調(diào)控等問題,這種白光熒光粉的流明效率和色彩還原性能受到較大影響。因此,研制顏色穩(wěn)定,色彩還原性和顯色指數(shù)高,全色單一白光熒光粉具有十分重要的意義。通過能量傳遞的原理,在合適的基質(zhì)中引入Eu2+/Mn2+,Ce3+/Mn2+和Ce3+/Tb,是研制全色單一白光熒光粉的一種主要方法。Mn2+離子4T1→6A1禁帶躍遷的發(fā)光極弱,而Tb3+離子4f-4f躍遷在300~400nm的吸收也很差。因此,需要一種合適的激活劑(如Eu2+)使其發(fā)光增強(qiáng)。本文研制了一種新型單一全彩色BaMg2Al6Si9O30(BMAS)∶Eu2+,Tb3+,Mn2+白光熒光粉。通過控制Tb3+/Mn2+的相對含量,得到了高顯色指數(shù)穩(wěn)定的白光。另外,研究了Eu2+-Mn2+和Eu2+-Tb3+之間的能量傳遞。2實(shí)驗(yàn)2.1aco3,sio2,smo3,u2o3,fmo3,nco3采用傳統(tǒng)的高溫固相法合成了Ba1-xMg2-y-zAl6Si9O30(BMAS)∶xEu2+,yTb3+,zMn2+熒光粉樣品。所用原料為BaCO3(99.9%),Al2O3(99.9%),SiO2(99.9%),MgO(99.9%),Eu2O3(99.99%),Tb4O7(99.99%)和MnCO3(99.99%)。按照化學(xué)計(jì)量比稱取相應(yīng)的原料,將原料置入瑪瑙研缽中充分研磨30min,使其均勻裝入剛玉坩堝,放入高溫管式爐中,在體積比為10∶1的氮?dú)浠旌蠚夥障?在1300℃下煅燒4h,自然冷卻至室溫,取出后研磨即得BMAS∶Eu2+,Tb3+,Mn2+熒光粉。2.2熒光光譜的測定采用X射線衍射儀(RigakuD/MAX-2500V)對合成樣品進(jìn)行物相分析;采用日立F-4500熒光光譜儀測得熒光粉的激發(fā)、發(fā)射光譜;利用Tektronix-TDS3052數(shù)字示波器進(jìn)行壽命測量,激發(fā)光為Nd∶YAG激光器輸出的三倍頻355nm脈沖激光。3結(jié)果與討論3.1eu2+離子震源圖1是樣品的XRD譜,與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS83-0740完全一致,說明摻雜沒有改變BMAS晶體的結(jié)構(gòu)。圖2為BMAS∶Eu2+熒光粉的發(fā)射和激發(fā)譜,在330nm激發(fā)下,發(fā)射光譜由兩個譜帶組成,分別位于370和450nm處。兩個發(fā)射帶的激發(fā)譜覆蓋200~400nm的UV波長。另外,監(jiān)測兩個發(fā)射帶可知,它們的激發(fā)譜不一致,說明它們是兩個獨(dú)立的發(fā)光中心。與相關(guān)研究結(jié)果比對顯示,這兩個發(fā)射帶可歸結(jié)為處于不同格位上的Eu2+離子占據(jù)不同格位的發(fā)射。其中,370nm的發(fā)射帶為Eu2+(Ⅰ)占據(jù)Ba2+離子處于弱場的發(fā)射,而450nm的發(fā)射帶為Eu2+(Ⅰ)占據(jù)Mg2+離子處于強(qiáng)場的發(fā)射。3.2u3000ybt3+體系的能量傳遞圖3分別是BMAS∶Eu2+(a),BMAS∶Tb3+(b),BMAS∶Eu2+,Tb3+(c)熒光粉的激發(fā)和發(fā)射譜。Tb3+的激發(fā)峰由處于300~500nm的較弱線狀譜組成,歸屬于Tb3+的4f-4f躍遷。在378nm激發(fā)下,Tb3+的發(fā)射峰位于485,545,580和620nm處,是由5D4到7FJ(J=6,5,4,3)的躍遷造成的。由于Eu2+的4f-5d躍遷為電偶極允許,明顯強(qiáng)于Tb3+的4f-4f躍遷。從圖3(a)和(b)中可以看出,Eu2+的發(fā)射譜和Tb3+的激發(fā)譜有一個很大的交疊區(qū)域,說明可能存在能量傳遞。而圖3(c)中,監(jiān)測Tb3+的542nm發(fā)射的激發(fā)譜與監(jiān)測Eu2+(Ⅱ)的450nm的激發(fā)譜形狀一致,證實(shí)了Eu2+(Ⅱ)到Tb3+的能量傳遞。圖4為BMAS∶0.04Eu2+,yTb3+(y=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1)熒光粉在330nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。從圖中可以看到,隨著Tb3+濃度的增加,Tb3+的發(fā)射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。這進(jìn)一步證明了在BMAS基質(zhì)中存在Eu2+→Tb3+的能量傳遞,并且隨著Tb3+離子濃度的增加,Eu2+→Tb3+的能量傳遞更加有效。這是因?yàn)槟芰總鬟f與Eu2+離子和Tb3+離子之間的距離有關(guān)。隨著Tb3+離子濃度的增加,Eu2+與Tb3+之間的距離減小,Eu2+向Tb3+傳遞能量更容易進(jìn)行。為了進(jìn)一步分析能量傳遞效率隨Tb3+濃度變化的關(guān)系,在BMAS∶0.04Eu2+,yTb3+體系中測試并得到了Eu2+(Ⅰ)和Eu2+(Ⅱ)在370和450nm處的熒光壽命,如圖5所示。從圖中可以看出,隨著Tb3+濃度的增加,Eu2+(Ⅱ)的壽命減小,而Eu2+(Ⅰ)的壽命基本不變,說明能量傳遞主要發(fā)生在Eu2+(Ⅱ)→Tb3+。能量傳遞效率可以表示為ηEu-Tb=1-τ2/τ20,其中τ20和τ2分別為不摻Tb3+和摻Tb3+時Eu2+(Ⅱ)的壽命。圖5中顯示的能量傳遞效率是隨Tb3+離子濃度的增加而提高的。當(dāng)Tb3+濃度為10%時,能量傳遞效率可達(dá)到11%。盡管它們之間的能量傳遞效率很低,但是從圖中可以看出,Tb3+的強(qiáng)發(fā)射極大地提高了應(yīng)用在熒光燈和LED燈的綠光成分。圖6(a)和(b)為在BMAS基質(zhì)中單摻Eu2+和Mn2+的激發(fā)和發(fā)射譜。Mn2+的4T1-6A1躍遷產(chǎn)生610nm的紅光。監(jiān)測610nm可以看出,其激發(fā)譜由355和406nm兩個峰組成,它們分別歸屬于6A1(6S)到4T2(4D)和(4A1(4G),4E(4G))Mn2+能級的禁戒躍遷。圖6(c)為BMAS∶0.04Eu2+,0.2Mn2+的激發(fā)和發(fā)射譜。與BMAS∶0.04Eu2+,yTb3+不同的是,監(jiān)測Mn2+的610nm發(fā)射的激發(fā)譜似乎同監(jiān)測Eu2+(Ⅰ)的450nm的激發(fā)譜更為相近,可以認(rèn)為Mn2+的能量主要來自于Eu2+(Ⅰ),更為詳細(xì)的分析將在以后的工作中討論,這里主要研究作為紅光成分的Mn2+在熒光燈及LED燈中的作用。圖7為BMAS∶0.04Eu2+,zMn2+(z=0,0.04,0.08,0.12,0.16,0.20)熒光粉在330nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。從圖中可以看到,隨著Mn2+濃度的增加,Mn2+的發(fā)射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),而Eu2+的發(fā)射強(qiáng)度逐漸減弱,這更加證實(shí)了在BMAS∶0.04Eu2+,zMn2+中Eu2+→Mn2+的能量傳遞。3.3激發(fā)下的發(fā)射光譜為了尋求白光的最佳濃度,合成了BMAS∶0.04Eu2+,yTb3+,zMn2+系列熒光粉,測試了在365nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。圖8為選取的BMAS∶0.04Eu2+,0.08Tb3+,0.16Mn2+熒光粉在365nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。經(jīng)過測試,可以得出其色坐標(biāo)為(0.31,0.30),位于白光區(qū)域;顯色指數(shù)為90,優(yōu)于傳統(tǒng)的熒光燈(Ra≈85)和商用LED燈(Ra≈78);色溫為5374K。因此,該單一全彩色熒光粉有望成為新一代的白光熒光粉。4tb3+、eu2+-m2c+的能量傳遞通過高溫固相反應(yīng)法,合成了一系列單一全色BMAS∶Eu2+,Tb3+,Mn2+白光熒光粉。研究了Eu