白光led用ygdslyal5o1206ce荧光粉的制备及性能研究

白光led用ygdslyal5o1206ce荧光粉的制备及性能研究

随着城市景观、商业大、交通信灯、手机等特殊照明领域的应用，半径照明光源已广泛应用于城市照明领域，如满足颜色光、无限混合颜色、快速变换、抗振动、耐潮汐、长寿命等。这是21世纪最可能进入普通照明领域的一种新型、强大的绿色冷光源和技术领域之一。根据发光学原理,实现白光LED主要有以下三种途径:(1)通过红、绿、蓝三种LED芯片组装得到白光。但是,由于LED器件光输出会随温度的升高而下降,不同的LED下降程度差别很大,其结果是时常会造成混合白光的色差,使得用三基色LED组装实现白光的应用受到限制。(2)通过蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的黄色荧光粉组合得到白光。一部分蓝光被荧光粉吸收,激发荧光粉发射黄光,发射的黄光和剩余的蓝光混合,调控它们的强度比,即可得到一定色温的白光。目前,此方法是最成熟,也是最简单的。(3)通过紫光LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色荧光粉组合得到白光。但是,利用紫外、深紫外LED芯片激发三基色荧光材料产生白光的技术尚处于发展阶段,其芯片的发光功率小、发光效率低,近期内难以大规模应用。对于蓝光芯片和黄色荧光粉组合得到白光的技术方案,进一步提高荧光粉的发光强度和增强光谱的红色部分是目前生产和研究人员遇到的技术瓶颈。笔者采用传统的高温固相法合成白光LED用Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)黄色荧光粉,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及荧光分光光度计对样品进行了性能表征,并采用PMS-80紫外-可见-近红外光谱分析系统分析了所制荧光粉的封装性能。1实验1.1u2004-1混合球磨和低温退火按照化学组成Y3-x-y-zGdzSbyAl5O12:xCe的计量比关系,精确称取氧化钇(Y2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化钆(Gd2O3)以及激活剂氧化铈(CeO2)和敏化剂氧化锑(Sb2O3),并加入质量分数为2%的AlF3和HBO3的混合物(两种成分按质量比1:1混合)作为助溶剂,将称取好的混合料按质量比z(7)料:球:无水乙醇)=1:2:3放入到球磨罐中,混合球磨4h后烘干;然后将混合料用压片机制成直径约2cm、厚约6mm的圆坯片装入坩埚,在常压空气中于1580℃保温3h预烧成;将烧成的坯体料粗碎,过100目筛(筛网孔径150μm),再细碎,过150目筛(筛网孔径125μm),在体积比y(H2:N2)=7:3的还原气氛中于1560℃保温还原5h;将高温还原的物料破碎,过150目筛,将过筛后的物料按z(7)料:球:无水乙醇)=1:2:3混合球磨8h,湿料过500目筛(筛网孔径25μm);使用75℃的去离子水清洗3次,再用常温去离子水清洗3次;将清洗后的物料于180℃烘干,再过200目筛(筛网孔径75μm);将粉体装入坩埚在还原气氛中于1350℃保温还原3h进行低温退火修复;将修复的荧光粉在200目筛网上摩擦过筛,即可得到LED黄色荧光粉。1.2样品的形貌与激发光谱采用日本理学株式会社生产的RigakuD/max-2000型X射线衍射仪确定样品的晶体结构并与标准卡进行对比,扫描角度范围为10°～80°(2q),扫描速率为8°/min;通过Philips-FEI公司的Quanta200型环境扫描电镜来观察样品的形貌;采用日本日立公司生产的HitachiF4600型荧光分光光度计测定样品的激发光谱;通过杭州远方光电信息股份有限公司的PMS-80紫外-可见-近红外光谱分析系统(Sync-SkanSpectrophotocolorimeter)分析荧光粉的封装性能。2结果与讨论2.1intematity-5生产荧光光粉的xrd谱图1为本实验制备的Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce荧光粉与IntematixYAG-5商用荧光粉的XRD谱。由图可以看出,两种荧光粉的XRD谱与标准卡片JCPDS33-0040的衍射谱一致,都属于立方晶系,由此可以得知不同量的Sb3+掺杂并没有改变主晶相Y3Al5O12的晶体结构。2.2准确的sem图图2(a)和(b)分别为IntematixYAG-5商用荧光粉和1580℃下在常压空气中保温3h预烧成后再在y(7)H2:N2(8)=7:3的还原气氛中1560℃保温还原5h制备的Y1.92GdSb0.02Al5O12:0.06Ce黄色荧光粉(简称CL-Y-550)的SEM照片。从图中可以看到,两种荧光粉晶粒尺寸大小均匀,CL-Y-550黄色荧光粉相比YAG-5商用荧光粉而言,其结晶性更好,但是出现了一定的团聚现象,并且具有一定的孔隙。其是由于配料中加入了助熔剂,助熔剂可以降低烧结温度,使激活剂易于进入基质,并给原料在较低的温度下提供液相的流动反应条件;可以润湿荧光粉颗粒,在每个颗粒之间组成一系列毛细管,让表面张力以毛细管力的方式使颗粒拉紧,推动烧结,同时可以促进晶粒的结晶,使形成的晶粒更加完整,但是加入助溶剂同样也会带来不好的影响,那就是团聚。2.3u3000ce3-ygdsb0.32al5o12:xce的发射光谱图3为Ce3+含量x为0.06时荧光粉Y1.92GdSb0.02Al5O12:0.06Ce的激发光谱。由图可以得知,该荧光粉的激发光谱为250～500nm间的宽带状光谱,激发光谱的中心波长为340nm和460nm,激发峰值最强处位于460nm左右,这表明该荧光粉是一种适用于蓝光芯片激发的荧光粉。图4为Ce3+含量x分别为0.005,0.030,0.060,0.090,0.120和0.150时荧光粉Y1.98-xGdSb0.02Al5O12:xCe的发射光谱,从图中可以看出,随Ce3+含量的变化,荧光粉Y1.98-xGdSb0.02Al5O12:xCe的发射光谱强度有明显的变化,发射中心波长约为550nm。荧光粉Y1.98-xGdSb0.02Al5O12:xCe的发射光谱强度随Ce3+含量的增加先升高后降低,并且当Ce3+含量为0.06时,其发射光谱强度最高。这是因为在YAG:Ce荧光粉中,Ce3+为激活中心,当掺杂浓度较低时,随掺杂量的增加,发光中心逐渐增多,发光强度增加;当掺杂量过大时:其一,Ce3+半径比Y3+半径大10%以上(rce3(10)=0.118nm,Yr3(10)=0.096nm),因而当Ce3+含量过高,发生取代反应较为困难,不能参与反应的Ce3+可能以氧化物形式与YAG相共存,影响荧光粉的发光强度;其二,激活剂浓度过高,Ce3+与晶体表面中心间的能量传递更快,还可能引起猝灭效应。图5为Gd3+含量z分别为0.6,1.0和2.0时,以λex=462.5nm的激发波作为激发时,荧光粉Y2.92-zGdzSb0.02Al5O12:0.06Ce的发射光谱。由图可见,Gd3+取代Al3+时,掺入不同含量的Gd3+可以使YAG:Ce黄色荧光粉产生不同程度的红移,添加的量越多红移就越多,这主要是由于Gd3+的引入增加了晶格场使得Ce能级差降低,从而导致辐射波长变长。但是发光强度却降低很多,所以取代Al3+的Gd3+在满足发射峰值的前提下,应尽可能减少。图6为Sb3+含量y分别为0.005,0.010,0.020和0.040时,以λex=462.5nm的激发波作为激发时,荧光粉Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce的发射光谱。由图可见,Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce荧光粉的发射中心波长约为550nm,随Sb3+含量的增加发射光谱强度先升高后降低,并且当Sb3+含量y为0.02时其发射光谱强度最高。这主要是因为加入Sb3+后将在荧光粉中形成新的发光中心,Sb3+除了可被激发光源中的紫外光成分直接激发产生荧光外,还可能将吸收的部分能量传递给Ce3+,增强Ce3+对激发光的吸收从而提升荧光粉的发光强度,但是,当Sb3+含量过高时,发生取代反应较为困难,不能参与反应的Sb3+可能以氧化物形式与YAG相共存,影响荧光粉的发光强度。2.4cl-y-400白色蓝色荧光粉的封装性能参数首先选取发光性能较好的发射峰值波长为550nm的CL-Y-550黄色荧光粉与BXCB4545457-E1-B/297mW/458nm蓝光芯片封装成1W的大功率白光LED(仿流明结构),其中,z(7)硅胶A:固化剂B:荧光粉)=1:1:0.8。然后将待测的白光LED插在积分球入口处的电源基座上,关闭球门;接通稳压电源,给被测LED施加恒定的350mA正向电流。表1所示为CL-Y-550黄色荧光粉的LED封装性能参数。由表中可以得知,CL-Y-550黄色荧光粉封装的白光LED平均色温为5376K,属于冷白;平均显色指数为81.2,达到了基本的应用水平(>80)。如果加入一定量的红色荧光粉配合使用,可以对白光LED的色温、显色指数进行适当的调整,满足不同的使用要求。3u3000dm-ygdsbyal3-peq3+荧光荧光采用高温固相法在还原气氛下制备了Y1.94-yGdSbyAl5O12:0.06Ce黄色荧光粉,该荧光粉的激发光谱为250～500nm间的宽带状光谱,激发光谱的中心波长为340nm和460nm,激发峰值最强处位于460nm左右,发射主峰位于550nm,这表明该荧光粉是一种适用于蓝光芯片激发的荧光粉。在Y1.94-yGdSbyAl5O12:0