Ce、Cr∶YAG微晶玻璃的制备及光谱性能研究

目前白光LED在红光波段发射较弱,导致其显色指数偏低,在白光LED用Ce∶YAG微晶玻璃中掺入Cr3+来增强红光波段的发射,从而提高显色指数。通过X射线衍射、荧光光度计、电光源参数测试对样品的晶相、光谱性能及荧光寿命进行了表征。研究了Cr3+对Ce∶YAG微晶玻璃发光性能的影响,并对其增红机理进行了初步的探讨。结果表明基质玻璃在1400℃热处理可析出纯的YAG晶相;Ce∶YAG和Ce、Cr∶YAG微晶玻璃在460nm激发下,在480～650nm产生有效发射,发射光谱中心波长位于530nm;由于Ce3+(2E)-Cr3+(4T)之间的非辐射能量传递,Ce、Cr∶YAG微晶玻璃在688、692和705nm处有红色发射峰,能有效地提高白光LED的显色性能。     

复合钇铝石榴石荧光粉微晶玻璃发光性能影响因素分析

发光玻璃在白光LED照明等技术领域有重要应用,研究发光玻璃可以有效提高LED器件的发光效率。对复合钇铝石榴石(YAG∶Ce)荧光粉磷锌硼系(PZB)微晶玻璃的发光性能影响因素进行了分析研究。利用荧光光谱等表征手段,通过正交实验方法,讨论了基质玻璃成形方式、荧光粉掺入量和烧结气氛等对微晶玻璃发光性能的影响。研究表明,基质玻璃成形方式和荧光粉掺量对微晶玻璃的发光性能有较大影响:水淬法制备的基质玻璃的发光性能优于浇注法制备的基质玻璃;当荧光粉掺量为20%(质量分数)时,相对发光强度最大,而后又趋于下降;而烧结气氛对发光性能影响不大。采用正交实验法,得出微晶玻璃试样的相对发光强度范围为1 081~4 577,各因素对发光强度影响顺序为荧光粉掺量基质玻璃成形方式烧结温度烧结气氛。     

白光LED用Ce:YAG单晶光学性能及封装工艺的研究

采用提拉法生长了白光LED用Ce:YAG单晶, 通过吸收光谱、激发发射光谱和变温光谱对其光学性能和热稳定性进行了表征, 并研究了晶片用于封装白光LED光源中各因素对其光电性能的影响。Ce:YAG晶片能被466 nm波长的蓝光有效激发, 产生500~700 nm范围内的宽发射带。Ce³⁺的4f→5d轨道的跃迁吸收对应于202、219、247.3、347.4和455.5 nm五个吸收峰, 据此量化分裂的5d能级能量, 依次为21954、29154、40437、45662和49505 cm^-1。温度升高, Ce³⁺的²F_7/2能量升高导致了发光强度的降低, 可降低幅度(13.28%)不大, 比肩国家标准且要优于目前商用白光光源的Ce:YAG单晶制白光LED光源的封装工艺, 从芯片、驱动电流、晶片厚度和添加物四方面进行讨论。研究结果表明, Ce:YAG单晶是一种新型白光LED用荧光材料。     

Ce-YAG微晶玻璃的制备及其发光性能

采用高温固相熔融法在弱还原气氛下制备了Ce3+离子掺杂的Y2O3-A12O3-SiO2(SAY)系基础玻璃,并在1250℃~1300℃热处理一定时间制备了晶相为YAG的黄色微晶玻璃。通过XRD、SEM研究了微晶玻璃的结构及相组成;激发和发射光谱分析了Ce3+离子在玻璃及微晶玻璃不同基质中的发光特性,以及Al2O3/Y2O3摩尔比对微晶玻璃样品发光性能的影响。结果表明:基础玻璃经热处理能得到Ce-YAG微晶玻璃,晶粒大小在80~120nm范围内,晶粒发育良好。该微晶玻璃样品能被450nm有效激发,并在530nm处有宽带发射峰,归属于Ce3+的5d-4f(2F2/7)。该微晶玻璃在LED照明领域中有很大的应用开发价值。Al2O3和Y2O3的摩尔含量变化对微晶玻璃发光性能有较大影响,在Al2O3/Y2O3的摩尔比为1.5时,样品的发光性能最佳。     

新型Ce:YAG陶瓷荧光体封装白光LED的性能

利用真空烧结技术制备了一种可用于白光LED封装的Ce:YAG陶瓷荧光体。用X射线衍射仪、光致发光激发谱、光致发光谱等测试手段对这种陶瓷荧光体进行表征。结果表明:陶瓷荧光体的主相为Y3A l5O12,该荧光体可以很好的被470 nm蓝光激发,发射出550 nm的黄光。该陶瓷荧光体封装蓝光芯片所得的白光LED器件在110℃的高温下老化600小时,光衰只有10%,色坐标无变化,证明其寿命及稳定性远远好于采用传统方式封装的白光LED。研究结果表明,该Ce:YAG陶瓷荧光体是一种非常适合大功率白光LED封装的荧光材料。     

LED用荧光玻璃的制备及性能研究

以行星球磨得到的SiO₂粉体和商用Ce:YAG荧光粉为原料, 采用放电等离子体烧结技术(简称SPS)成功制备块体荧光玻璃。利用XRD、SEM、紫外/可见光分光光度计和荧光光谱仪等研究了Ce:YAG荧光玻璃的物相、显微结构、吸收和发光性能等。研究结果表明: SPS烧结制备的块体荧光玻璃样品主体是非晶相, 同时荧光粉颗粒在玻璃基质中均匀分布, 颗粒大小也未发生变化, 这表明荧光粉晶体在SPS烧结过程中没有发生化学分解反应, 在玻璃基体中得到很好地保存。该荧光玻璃吸收峰在460 nm左右, 发射波长在530 nm左右。通过对不同含量荧光粉的荧光玻璃进行发光性能表征, 发现荧光粉含量为3wt%的荧光玻璃性能最佳, 以此封装的白光LED样品在800 mA电流驱动下, 获得白光输出, 色坐标为(0.33, 0.38)。     

白光发光二极管用荧光粉的研究进展

针对目前获取发光二极管(LED)白光的3种主要方法,即三基色荧光粉配合、蓝光LED芯片激发YAG:Ce3+荧光粉和单一离子(Dy3+)的发射进行综述,着重介绍各种方法中所需荧光粉的制备方法和结构体系及其优、缺点,简单总结白光发光二极管研究领域存在的问题及发展趋势。     

蓝光转换型白光LED用YAG:Ce3+荧光粉改性研究新进展

白光LED被称为第四代照明光源,有广阔的应用前景。高亮度蓝光激发的Y3Al5O12∶Ce3+荧光粉因具有独特的优势,成为当前白光LED用光转换材料的研究热点。全面综述了国内外这一研究领域的最新研究进展,对相应的光致发光及其调控机理进行了简要说明。另外,对Y3Al5O12∶Ce3+荧光粉目前存在的问题及未来发展方向进行了分析。     

蓝光激发余辉型荧光粉的研究进展

白光LED具有节能、环保、响应速度快等优点,逐渐成为新一代照明光源,其普遍采用蓝光LED芯片激发黄色YAG∶Ce3+荧光粉合成白光的模式。由于这类LED加入直流(DC)/交流(AC)转换器和散热器,使得市售灯具价格偏高,严重阻碍了白光LED的进一步推广。AC-LED采用市电直接驱动,是LED发展的必然方向,余辉型荧光粉使得AC-LED变成了可能。主要针对应用于AC-LED的具有蓝光激发余辉功能的荧光粉的国内外研究现状进行了总结,并对用于消除LED频闪的余辉发生时间、余辉时间长度进行了计算,对余辉强度、余辉衰减速率进行了初步判断,得出荧光粉的余辉时间为6.67ms≤Tx≤10ms,余辉强度最小值需大于0.032mcd/m2,余辉衰减速率满足式(1),且余辉发生在T/2~2T/3时对于消除频闪最有益。     

白光LED用YAG∶Ce~(3+)发光材料的性能增强研究

以硼酸和碱土氟化物作为助熔剂,调整助熔剂比例和组分,采用高温固相法合成一系列白光LED用YAG∶Ce3+发光材料。采用XRD、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)等对样品进行表征。研究表明,合适的助熔剂有助于降低样品的烧结温度,不会有杂相产生,加入不同浓度和成分的助熔剂对样品的发射、激发光谱形状和峰值波长位置无影响,但对发光强度影响较大;采用助熔剂质量分数为0.4%(0.2%H3BO3-0.2%BaF2)时,所合成样品的颗粒比较均匀,发光性能的增强最为有效。将其和蓝光Ga(In)N芯片封装成白光LED,光效也得到显著提高。封装后白光LED的色坐标为(0.3341,0.4190),色温为5470K,显色指数为67,光效可达到78.3lm/W,高于其它条件合成荧光粉封装的白光LED。     

白光LED用荧光玻璃的制备方法及应用研究进展

白光LED用荧光玻璃具有物化稳定性高、散热性能好以及能保持荧光粉自身优异性能的特点,可以有效避免传统白光LED封装中由于有机树脂裂解、黄化和荧光粉的降解而导致LED发光效率低、色坐标漂移、LED散热不佳等问题。本文概述了白光LED用荧光玻璃的制备方法及其应用,探讨了荧光玻璃在白光LED照明应用中的研究历程及其最新的研究进展,并展望了白光LED的进一步发展方向。     

Ce:YAG荧光陶瓷掺杂Gd对白光LED发光性能的影响

Ce: YAG荧光陶瓷具有突出的导热性及化学稳定性, 相比有机硅胶封装法在高功率白光LED的应用上具有更广阔的应用前景。本研究采用真空固相烧结法制备了不同Gd掺杂浓度的(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品, 通过XRD, SEM及荧光光谱等表征手段, 研究了Gd掺杂对Ce:YAG荧光陶瓷的晶体结构及其用于白光LED时对发光性能的影响。实验表明, 随着Gd掺杂浓度的提高, Gd³⁺取代Y³⁺ 的位置进入晶格, 使得样品的晶格常数增加。Gd³⁺还影响了Ce³⁺对蓝光的吸收, 同时Ce³⁺将蓝光转换成黄光的效率也下降, 导致光效从81.45 lm/W降低至63.70 lm/W。Gd的掺 杂使Ce³⁺的光致发光谱峰位从534 nm向564 nm红移, 显色指数从61.3提升至70.2。Gd的掺杂虽然降低了发光 效率, 但显著提高了(Gd, Y)₃Al₅O₁₂:Ce样品的显色指数, 使得黄色YAG荧光陶瓷应用于白光LED的性能得到了 提高。     

高光效、大功率LEDs/LDs用Ce:YAG透明陶瓷

Ce:YAG透明陶瓷可与蓝光LEDs/LDs复合, 用于大功率白光LEDs/LDs。本研究通过调整Ce:YAG透明陶瓷的厚度和Ce³⁺的掺杂浓度, 将组装器件的发射光谱和色坐标从冷白区调整到暖白区。以高纯(≥99.99%)商业粉体α-Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂为原料, 采用固相反应法制备了(Ce_xY_1-x)₃Al₅O₁₂ (x=0.0005、0.0010、0.0030、0.0050、0.0070和0.0100)透明陶瓷。陶瓷素坯在1750 ℃真空烧结20 h(真空度5.0×10^-5 Pa), 之后在马弗炉中退火1450 ℃×10 h。不同掺杂浓度Ce:YAG陶瓷(厚度分别为0.2、0.4、1.0 mm)在800 nm处的直线透过率均大于79%。Ce:YAG荧光陶瓷的热导率随着测试温度和掺杂浓度的增加而降低。采用有限元方法模拟不同厚度的Ce:YAG陶瓷和LED组装的热分布, 比较了三种封装方式的热分布。将Ce:YAG荧光陶瓷与LEDs/LDs复合, 制备出色坐标分别为(0.3319, 0.3827)和(0.3298, 0.3272)的白光, 发光效率分别为122.4和201.5 lm/W。将Ce:YAG荧光陶瓷和10、50 W商用蓝光LED芯片组合成熟灯具, 可用于商业用途。Ce:YAG透明陶瓷在大功率照明和显示的彩色转换材料应用领域极具潜力。     

高效暖白光LED用红光荧光粉研究获进展

正白光L ED由于其节能、环保以及长寿命等特点成为下一代照明器件。目前,商品化的白光L ED主要采用蓝光芯片激发3+YAG:Ce黄光荧光粉,芯片发出的蓝光与荧光粉发射的黄光混合形成白光。但是,3+YAG:Ce荧光粉的发射光谱中红光组份不3+足,采用单一Y AG:Ce荧光粉较难获得低色温(C orrelated Color Temperature,CCT4500K)、高显色指数(Color Rendering Index,CRI80)的暖白光器件,导致了其在室内通用照明中应用的局限性。为解决     

基于双蓝光有源区激发YAG:Ce荧光粉的高显色性白光LED

在(0001)蓝宝石衬底上利用金属有机化学气相沉积系统,分别生长含有p-AlGaN电子阻挡层和反对称n-AlGaN层的双蓝光波长发射的InGaN/GaN混合多量子阱发光二极管(LED)。结果发现,与传统的具有p-AlGaN电子阻挡层的双蓝光波长LED相比,这种n-AlGaN层能有效改善电子和空穴在混合多量子阱活性层中的分布均匀性和减少电子溢出,并减弱双蓝光发射光谱对电流的依赖性。此外,基于这种双蓝光波长发射的芯片与YAG:Ce荧光粉封装成白光LED能实现高显色性的白光发射,在20 mA电流驱动下,6500 K色温时显色指数达到91,而基于单蓝光芯片的白光LED显色指数只有75。     

白光LED用片状α-A12O3粉体的控制合成及应用研究

以硝酸铝和尿素为原料,聚乙二醇2000为表面活性剂,氟化铝为添加剂,水热-热解法得到规则片状氧化铝粉体,以该氧化铝为原料合成YAG∶Ce3+黄色荧光粉。通过XRD、SEM、FM等对产物进行表征。结果表明,120℃水热反应24h,加入适量氟化铝高温煅烧可以获得粒径3~4μm,厚度0.2~0.3μm的规则六边形片状氧化铝。氟化铝添加剂对氧化铝的形貌粒径控制起到重要作用,自制片状α-A12O3粉体适合作为白光LED用铝酸盐荧光粉基质。     

白光LED用片状α-A12O3粉体的控制合成及应用研究

以硝酸铝和尿素为原料,聚乙二醇2000为表面活性剂,氟化铝为添加剂,水热-热解法得到规则片状氧化铝粉体,以该氧化铝为原料合成YAG∶Ce3+黄色荧光粉。通过XRD、SEM、FM等对产物进行表征。结果表明,120℃水热反应24h,加入适量氟化铝高温煅烧可以获得粒径3~4μm,厚度0.2~0.3μm的规则六边形片状氧化铝。氟化铝添加剂对氧化铝的形貌粒径控制起到重要作用,自制片状α-A12O3粉体适合作为白光LED用铝酸盐荧光粉基质。     

不同磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响

为了提高微晶玻璃化学机械抛光(CMP)的材料去除速率(MRR),降低其表面粗糙度,利用自制的抛光液对微晶玻璃进行化学机械抛光,研究了4种含不同磨料(Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ce O2)的抛光液对微晶玻璃化学机械抛光MRR和表面粗糙度的影响.利用纳米粒度仪检测抛光液中磨料的粒径分布和Zeta电位,利用原子力显微镜观察微晶玻璃抛光前后的表面形貌.实验结果表明,在相同条件下,采用Ce O2作为磨料进行化学机械抛光时可以获得最好的表面质量,抛光后材料的表面粗糙度Ra=0.4 nm,MRR=100.4 nm/min.进一步研究了抛光液中不同质量分数的Ce O2磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响,结果表明,当抛光液中Ce O2质量分数为7%时,最高MRR达到185 nm/min,表面粗糙度Ra=1.9 nm;而当抛光液中Ce O2质量分数为5%时,MRR=100.4 nm/min,表面粗糙度最低Ra=0.4 nm.Ce O2磨料抛光后的微晶玻璃能获得较低表面粗糙度和较高MRR.     

掺杂YAG闪烁晶体研究进展

总结了不同离子掺杂YAG晶体的生长、闪烁特性和Ce∶YAG晶体的发光机理。Yb∶YAG晶体具有非常短的衰减时间(0.98ns),但光产额只有约1190phot/MeV。Ce∶YAG晶体的衰减时间为88ns,光产额可达26000phot/MeV,它具有优良的综合性能,已应用于闪烁探测器和大规模集成电路检测。Gd或Gd/Ga等稀土离子与Ce共掺可进一步提高YAG晶体的闪烁性能,最高光产额达44000phot/MeV,衰减时间为56.9ns。     

烧结温度对硼硅基质荧光玻璃发光性能影响

采用共烧结法制备了硼硅基质Ce: YAG荧光玻璃,研究了烧结温度在600℃~900℃范围内, Ce: YAG荧光玻璃的发光强度变化和色坐标漂移规律。结果表明, 随着烧结温度的升高, Ce: YAG荧光玻璃发光强度先增强后减弱, 700℃烧结时, 荧光玻璃获得最大发光强度; 超过850℃烧结时, 荧光玻璃无发光性能; 同时, 色坐标(x, y)发生漂移, 且比相同烧结温度的荧光粉漂移幅度大。通过X射线粉末衍射仪、差示扫描量热分析仪和X射线光电子能谱分析仪测试分析表明: 随着烧结温度升高, 荧光粉中的Ce³⁺被玻璃基质氧化成Ce⁴⁺, 玻璃液体腐蚀破坏了荧光粉YAG晶体结构, 降低了荧光玻璃的发光强度, 从而导致色坐标劣化漂移。