白光led用ygdslyal5o1206ce熒光粉的制備及性能研究

白光led用ygdslyal5o1206ce熒光粉的制備及性能研究

隨著城市景觀、商業(yè)大、交通信燈、手機(jī)等特殊照明領(lǐng)域的應(yīng)用，半徑照明光源已廣泛應(yīng)用于城市照明領(lǐng)域，如滿足顏色光、無(wú)限混合顏色、快速變換、抗振動(dòng)、耐潮汐、長(zhǎng)壽命等。這是21世紀(jì)最可能進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的一種新型、強(qiáng)大的綠色冷光源和技術(shù)領(lǐng)域之一。根據(jù)發(fā)光學(xué)原理,實(shí)現(xiàn)白光LED主要有以下三種途徑:(1)通過(guò)紅、綠、藍(lán)三種LED芯片組裝得到白光。但是,由于LED器件光輸出會(huì)隨溫度的升高而下降,不同的LED下降程度差別很大,其結(jié)果是時(shí)常會(huì)造成混合白光的色差,使得用三基色LED組裝實(shí)現(xiàn)白光的應(yīng)用受到限制。(2)通過(guò)藍(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的黃色熒光粉組合得到白光。一部分藍(lán)光被熒光粉吸收,激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光,發(fā)射的黃光和剩余的藍(lán)光混合,調(diào)控它們的強(qiáng)度比,即可得到一定色溫的白光。目前,此方法是最成熟,也是最簡(jiǎn)單的。(3)通過(guò)紫光LED芯片和可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)射紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉組合得到白光。但是,利用紫外、深紫外LED芯片激發(fā)三基色熒光材料產(chǎn)生白光的技術(shù)尚處于發(fā)展階段,其芯片的發(fā)光功率小、發(fā)光效率低,近期內(nèi)難以大規(guī)模應(yīng)用。對(duì)于藍(lán)光芯片和黃色熒光粉組合得到白光的技術(shù)方案,進(jìn)一步提高熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度和增強(qiáng)光譜的紅色部分是目前生產(chǎn)和研究人員遇到的技術(shù)瓶頸。筆者采用傳統(tǒng)的高溫固相法合成白光LED用Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)黃色熒光粉,通過(guò)X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)及熒光分光光度計(jì)對(duì)樣品進(jìn)行了性能表征,并采用PMS-80紫外-可見-近紅外光譜分析系統(tǒng)分析了所制熒光粉的封裝性能。1實(shí)驗(yàn)1.1u2004-1混合球磨和低溫退火按照化學(xué)組成Y3-x-y-zGdzSbyAl5O12:xCe的計(jì)量比關(guān)系,精確稱取氧化釔(Y2O3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化釓(Gd2O3)以及激活劑氧化鈰(CeO2)和敏化劑氧化銻(Sb2O3),并加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的AlF3和HBO3的混合物(兩種成分按質(zhì)量比1:1混合)作為助溶劑,將稱取好的混合料按質(zhì)量比z(7)料:球:無(wú)水乙醇)=1:2:3放入到球磨罐中,混合球磨4h后烘干;然后將混合料用壓片機(jī)制成直徑約2cm、厚約6mm的圓坯片裝入坩堝,在常壓空氣中于1580℃保溫3h預(yù)燒成;將燒成的坯體料粗碎,過(guò)100目篩(篩網(wǎng)孔徑150μm),再細(xì)碎,過(guò)150目篩(篩網(wǎng)孔徑125μm),在體積比y(H2:N2)=7:3的還原氣氛中于1560℃保溫還原5h;將高溫還原的物料破碎,過(guò)150目篩,將過(guò)篩后的物料按z(7)料:球:無(wú)水乙醇)=1:2:3混合球磨8h,濕料過(guò)500目篩(篩網(wǎng)孔徑25μm);使用75℃的去離子水清洗3次,再用常溫去離子水清洗3次;將清洗后的物料于180℃烘干,再過(guò)200目篩(篩網(wǎng)孔徑75μm);將粉體裝入坩堝在還原氣氛中于1350℃保溫還原3h進(jìn)行低溫退火修復(fù);將修復(fù)的熒光粉在200目篩網(wǎng)上摩擦過(guò)篩,即可得到LED黃色熒光粉。1.2樣品的形貌與激發(fā)光譜采用日本理學(xué)株式會(huì)社生產(chǎn)的RigakuD/max-2000型X射線衍射儀確定樣品的晶體結(jié)構(gòu)并與標(biāo)準(zhǔn)卡進(jìn)行對(duì)比,掃描角度范圍為10°～80°(2q),掃描速率為8°/min;通過(guò)Philips-FEI公司的Quanta200型環(huán)境掃描電鏡來(lái)觀察樣品的形貌;采用日本日立公司生產(chǎn)的HitachiF4600型熒光分光光度計(jì)測(cè)定樣品的激發(fā)光譜;通過(guò)杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司的PMS-80紫外-可見-近紅外光譜分析系統(tǒng)(Sync-SkanSpectrophotocolorimeter)分析熒光粉的封裝性能。2結(jié)果與討論2.1intematity-5生產(chǎn)熒光光粉的xrd譜圖1為本實(shí)驗(yàn)制備的Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce熒光粉與IntematixYAG-5商用熒光粉的XRD譜。由圖可以看出,兩種熒光粉的XRD譜與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS33-0040的衍射譜一致,都屬于立方晶系,由此可以得知不同量的Sb3+摻雜并沒有改變主晶相Y3Al5O12的晶體結(jié)構(gòu)。2.2準(zhǔn)確的sem圖圖2(a)和(b)分別為IntematixYAG-5商用熒光粉和1580℃下在常壓空氣中保溫3h預(yù)燒成后再在y(7)H2:N2(8)=7:3的還原氣氛中1560℃保溫還原5h制備的Y1.92GdSb0.02Al5O12:0.06Ce黃色熒光粉(簡(jiǎn)稱CL-Y-550)的SEM照片。從圖中可以看到,兩種熒光粉晶粒尺寸大小均勻,CL-Y-550黃色熒光粉相比YAG-5商用熒光粉而言,其結(jié)晶性更好,但是出現(xiàn)了一定的團(tuán)聚現(xiàn)象,并且具有一定的孔隙。其是由于配料中加入了助熔劑,助熔劑可以降低燒結(jié)溫度,使激活劑易于進(jìn)入基質(zhì),并給原料在較低的溫度下提供液相的流動(dòng)反應(yīng)條件;可以潤(rùn)濕熒光粉顆粒,在每個(gè)顆粒之間組成一系列毛細(xì)管,讓表面張力以毛細(xì)管力的方式使顆粒拉緊,推動(dòng)燒結(jié),同時(shí)可以促進(jìn)晶粒的結(jié)晶,使形成的晶粒更加完整,但是加入助溶劑同樣也會(huì)帶來(lái)不好的影響,那就是團(tuán)聚。2.3u3000ce3-ygdsb0.32al5o12:xce的發(fā)射光譜圖3為Ce3+含量x為0.06時(shí)熒光粉Y1.92GdSb0.02Al5O12:0.06Ce的激發(fā)光譜。由圖可以得知,該熒光粉的激發(fā)光譜為250～500nm間的寬帶狀光譜,激發(fā)光譜的中心波長(zhǎng)為340nm和460nm,激發(fā)峰值最強(qiáng)處位于460nm左右,這表明該熒光粉是一種適用于藍(lán)光芯片激發(fā)的熒光粉。圖4為Ce3+含量x分別為0.005,0.030,0.060,0.090,0.120和0.150時(shí)熒光粉Y1.98-xGdSb0.02Al5O12:xCe的發(fā)射光譜,從圖中可以看出,隨Ce3+含量的變化,熒光粉Y1.98-xGdSb0.02Al5O12:xCe的發(fā)射光譜強(qiáng)度有明顯的變化,發(fā)射中心波長(zhǎng)約為550nm。熒光粉Y1.98-xGdSb0.02Al5O12:xCe的發(fā)射光譜強(qiáng)度隨Ce3+含量的增加先升高后降低,并且當(dāng)Ce3+含量為0.06時(shí),其發(fā)射光譜強(qiáng)度最高。這是因?yàn)樵赮AG:Ce熒光粉中,Ce3+為激活中心,當(dāng)摻雜濃度較低時(shí),隨摻雜量的增加,發(fā)光中心逐漸增多,發(fā)光強(qiáng)度增加;當(dāng)摻雜量過(guò)大時(shí):其一,Ce3+半徑比Y3+半徑大10%以上(rce3(10)=0.118nm,Yr3(10)=0.096nm),因而當(dāng)Ce3+含量過(guò)高,發(fā)生取代反應(yīng)較為困難,不能參與反應(yīng)的Ce3+可能以氧化物形式與YAG相共存,影響熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度;其二,激活劑濃度過(guò)高,Ce3+與晶體表面中心間的能量傳遞更快,還可能引起猝滅效應(yīng)。圖5為Gd3+含量z分別為0.6,1.0和2.0時(shí),以λex=462.5nm的激發(fā)波作為激發(fā)時(shí),熒光粉Y2.92-zGdzSb0.02Al5O12:0.06Ce的發(fā)射光譜。由圖可見,Gd3+取代Al3+時(shí),摻入不同含量的Gd3+可以使YAG:Ce黃色熒光粉產(chǎn)生不同程度的紅移,添加的量越多紅移就越多,這主要是由于Gd3+的引入增加了晶格場(chǎng)使得Ce能級(jí)差降低,從而導(dǎo)致輻射波長(zhǎng)變長(zhǎng)。但是發(fā)光強(qiáng)度卻降低很多,所以取代Al3+的Gd3+在滿足發(fā)射峰值的前提下,應(yīng)盡可能減少。圖6為Sb3+含量y分別為0.005,0.010,0.020和0.040時(shí),以λex=462.5nm的激發(fā)波作為激發(fā)時(shí),熒光粉Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce的發(fā)射光譜。由圖可見,Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce熒光粉的發(fā)射中心波長(zhǎng)約為550nm,隨Sb3+含量的增加發(fā)射光譜強(qiáng)度先升高后降低,并且當(dāng)Sb3+含量y為0.02時(shí)其發(fā)射光譜強(qiáng)度最高。這主要是因?yàn)榧尤隨b3+后將在熒光粉中形成新的發(fā)光中心,Sb3+除了可被激發(fā)光源中的紫外光成分直接激發(fā)產(chǎn)生熒光外,還可能將吸收的部分能量傳遞給Ce3+,增強(qiáng)Ce3+對(duì)激發(fā)光的吸收從而提升熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度,但是,當(dāng)Sb3+含量過(guò)高時(shí),發(fā)生取代反應(yīng)較為困難,不能參與反應(yīng)的Sb3+可能以氧化物形式與YAG相共存,影響熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度。2.4cl-y-400白色藍(lán)色熒光粉的封裝性能參數(shù)首先選取發(fā)光性能較好的發(fā)射峰值波長(zhǎng)為550nm的CL-Y-550黃色熒光粉與BXCB4545457-E1-B/297mW/458nm藍(lán)光芯片封裝成1W的大功率白光LED(仿流明結(jié)構(gòu)),其中,z(7)硅膠A:固化劑B:熒光粉)=1:1:0.8。然后將待測(cè)的白光LED插在積分球入口處的電源基座上,關(guān)閉球門;接通穩(wěn)壓電源,給被測(cè)LED施加恒定的350mA正向電流。表1所示為CL-Y-550黃色熒光粉的LED封裝性能參數(shù)。由表中可以得知,CL-Y-550黃色熒光粉封裝的白光LED平均色溫為5376K,屬于冷白;平均顯色指數(shù)為81.2,達(dá)到了基本的應(yīng)用水平(>80)。如果加入一定量的紅色熒光粉配合使用,可以對(duì)白光LED的色溫、顯色指數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,滿足不同的使用要求。3u3000dm-ygdsbyal3-peq3+熒光熒光采用高溫固相法在還原氣氛下制備了Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce黃色熒光粉,該熒光粉的激發(fā)光譜為250～500nm間的寬帶狀光譜,激發(fā)光譜的中心波長(zhǎng)為340nm和460nm,激發(fā)峰值最強(qiáng)處位于460nm左右,發(fā)射主峰位于550nm,這表明該熒光粉是一種適用于藍(lán)光芯片激發(fā)的熒光粉。在Y1.94-yGdSbyAl5O12:0