单相白光发射的K3Y(PO4)2:Tb,Eu荧光粉发光性质研究

论文总字数：12138字

摘 要

利用固相反应将一系列浓度的Eu和Tb掺入到K₃Y(PO₄)₂（KYP）基质中，从而得到一种白光发射的新型荧光粉，并对其发光性质进行了研究。当单掺Tb到KYP中时，由于Tb³ 离子⁵D₄-⁷F_J(J=3-6)的能级跃迁使得Tb³ 发射绿光；对于Eu单掺的KYP样品，可以观察到两种发射，即线峰和宽带发射，可归属于Eu³ 离子的⁵D₀-⁷F_J(J=0-4)能级跃迁和Eu² 离子的d-f能级跃迁；当Tb和Eu离子共掺到基质KYP中时，获得了Eu² 、Tb³ 和Eu³ 三种离子的发射，分别为蓝光、绿光和红光发射。进一步研究发现，通过调节Tb和Eu的相对浓度，可以改变样品发射光的颜色，并最终在KYP:0.03Tb,0.03Eu荧光粉种得到白色发光。除光谱发光调控外，本论文同时研究了KYP:0.03Tb,0.03Eu样品的发光热稳定性，并分析了不同掺杂离子发光强度随温度的变化关系。上述研究结果表明，所开发的荧光粉材料在白光LED中具有潜在的应用前景。

关 键 词：荧光粉，能量转移，发光，LED

Abstract: To obtain warm white-emission in a new single-phase phosphor, a series of Tb-Eu doped K₃Y(PO₄)₂ (KYP) samples were prepared by solid-state reaction method, and their photoluminescence properties were investigated. For Tb-single-doped KYP, the green emission mainly owing to the ⁵D₄-⁷F_J (J = 3-6) transitions was obtained. For Eu-single-doped KYP, two kinds of emissions were observed, i.e., the line-peak and broad-band emissions, belonging to the Eu^{3 5}D₀-⁷F_J (J = 0-4) and Eu² d-f transitions, respectively. When Tb-Eu ions were co-doped into the KYP host, the Eu² , Tb³ and Eu³ emissions were all found, which contribute to the blue, green and red components in the visible spectrum, respectively. By adjusting the relative concentrations of Tb and Eu, the emitting light color can be tuned and the warm white-emission was gained in the KYP:0.03Tb,0.03Eu phosphor. The thermal luminescence stability of the KYP:0.03Tb,0.03Eu sample was studied, and the emission intensities of different dopant ions with temperature were analized. The above investigations reveal that the present phosphors could have potential application in white LEDs.

Keywords: Phosphors, Energy transfer, Luminescence, LED

目 录

1 绪论 3

1.1白光LED研究背景 3

1.2 LED荧光粉的特点 4

1.3 LED的应用 4

1.4 LED发白光的实现方式 5

1.4.1 蓝色LED芯片顶部预涂黄色Y₃Al₅O₁₂:Ce³ （YAG）荧光体 5

1.4.2 蓝色LED芯片顶部预涂绿色和红色荧光粉 5

1.4.3 紫外光有效激发单相白色发光荧光粉 5

1.5 稀土离子简介及基质选择 5

2 实验部分 6

2.1 实验方法及优点 6

2.2 实验步骤 6

3 实验结果及讨论 7

3.1 样品相纯度分析 7

3.2 样品发射光谱研究 7

3.2.1 单掺入Tb的发射光谱研究 7

3.2.2 单掺入Eu的发射光谱研究 8

3.3 最佳浓度配比分析 11

3.4 能量转移及温度研究 12

结 论 15

参 考 文 献 16

致 谢 17

1 绪论

1.1白光LED研究背景

随着时代发展和科技的进步，人们对于照明的要求也是越来越高，原有的照明技术已经无法满足人们对于生活及生产的要求，研究者们也在不断探索新型的照明技术。近年来，研究者们越来越关注白光发光二极管（WELDs）。20世纪60年代，Holonyak利用GaAsP制备出了第一支能够发红光的LED，随着研究者们对GaAsP的不断深入研究，不断研制出了发绿光和黄光的LED，并且将其用于显示领域^[1]。在1976年，荷兰科学家Blasse研究了在钇铝石榴石Y₃Al₅O₁₂（YAG）中添加Ce³ ,发现能发出黄光，虽然当时发光亮度微弱，但是也被广泛应用于飞点扫描仪领域^[2]。1996年日本日亚化学公司首先生产出了氮化物材料白光发光二极管，在照明领域开辟出来一个新的市场^[3，4]。近年来，学者们对于LED研究的认可及应用是十分关注的。现如今，发光二极管已经从过去的指示灯功能逐步发展并被广泛应用。

1.2 LED荧光粉的特点

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