摘 要

白光LED有望成为高效节能的新一代照明光源，荧光粉是实现这一目标的核心因素之一。当前白光LED因其发射光中红光不足，LED的色温高、显色指数低，这限制了白光LED的发光品质；又因发射光谱有较大部分不在可见光范围内，这限制了白光LED效率的进一步提高。Sr₂Si₅N₈:Eu² 是一种很有前景的红色荧光粉，具有量子效率高、热淬灭温度高等优点。溶胶凝胶法因其可以得到在分子水平上高度分散的体系而常常被用于需要掺杂微量元素的场合，本文对合成Sr₂Si₅N₈:Eu² 前驱体粉溶胶凝胶工艺进行了探索并得到了合适的工艺。本文还采用不同的烧结气氛和烧结温度对合成Sr₂Si₅N₈:Eu² 进行了探索。

关键词：白光LED；荧光粉；溶胶凝胶法

Abstract

White light-emitting diodes(WLED) are expected to the next generation of lighting source.Phosphor is one of the core factors that decide whether and when the goal can be achieved．Current colour rendering index(CRI) and colour temperature(CT) of WLED are just passable for lacking of intensity in the red spectral region；and the spectral region beyond visible spectrum can be not neglected,which limits the efficiency to a higher level.Sr₂Si₅N₈:Eu² ,with high quantum efficiency and high thermal quenching temperature ,is one of promising red phosphors,Sol-gel method is commonly used for its advantage of a highly dispersive system,which benifits to dope trace element．In this contribution, sol-gel method was explored to get excellent precursor for synthesizing Sr₂Si₅N₈:Eu² by high-temperature solid-state reduction and rational sol-gel process was abtained. As-systhesized precursor was heated at different temperature and in different atmosphere.

Key Words:White-LED;phosphor;sol-gel method

目 录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2荧光粉概述 1

1.2.1红色荧光粉 2

1.2.1.1氮化物体系红色荧光粉 2

1.2.1.2 钨酸盐和钼酸盐体系红色荧光粉 6

1.2.1.3其它体系红色荧光粉 7

1.2.2 黄色荧光粉 7

1.2.3 蓝色荧光粉 8

1.2.4 绿色荧光粉 9

1.2.5荧光粉的发光原理 11

1.3白光LED 12

1.3.1白光LED的实现方式 12

1.3.2白光LED性能参数 13

1.3.3白光LED荧光粉应满足的条件 17

第2章 实验原料与表征 18

2.1 实验原料 18

2.2样品的主要测试手段与表征方法 20

2.2.1 X射线粉末衍射（XRD） 20

2.2.2 扫描电镜分析（SEM） 20

第3章 溶胶凝胶高温固相法制备Sr₂Si₅N₈:Eu² 21

3.1引言 21

3.2实验 21

3.2.1以Si₃N₄为硅源^[4] 21

3.2.2以Si(OC₂H₅)₄为硅源 23

第4章 结论 27

参考文献 28

致谢 31

第1章 绪论

1.1引言

大约50万年以前人类开始使用火作为照明光源，在随后漫长的岁月里照明光源没有发生质的变化。直到1879年，爱迪生发明了电灯泡，其灯丝寿命为45h，流明效率为1.41lm/W，但在当时这种新型光源具有极大的使用价值，可以说是人类照明史上伟大的里程碑；1937年优质白光LED是必须以高品质的荧光粉为前提的，作为新一代的光功能转换材料在近几十年里获得了巨大的发展。美国通用电气公司发明了荧光灯，寿命为1000h，这是照明产业新的技术革命，时至近几年，荧光灯的流明效率已提高到了60-100lm/W，寿命提高到了7500-30000h；1993年日本日亚公司发明了具有商业价值的 GaN LED，并于1998年将白光LED成功推向市场，如今已商业化的LED流明效率已提高到80lm/W，使用寿命达50000h。白光LED被称为新一代照明光源，除了流明效率高、使用寿命长还有节能环保、体积小、响应快等诸多优点。21世纪能源问题和环境问题是摆在全人类面前不可回避。在这种大时代背景下，具有高效环保等核心优势的白光LED备受人们关注，并成为研究的热点。^[1-4]

1.2荧光粉概述

第一种荧光粉产生于1907年，由Henry J.Round发明。1942年A.H.麦基格合成了卤磷酸钙荧光粉，成功应用于荧光灯；1974年荷兰科学家合成了发射峰位于450nm、550nm、610nm的三种稀土荧光粉，显著提高荧光粉的效率。20世纪末，随着量子物理学的发展，人们对半导体机理有着越来越深刻的理解，荧光粉的研究也得到了极大的深入^[3,5]。荧光粉可用于灯具、阴极射线管、场发射显示器等领域。未来荧光粉转换发光二极管（pc-LEDs）有望成为照明光源。与传统电灯泡相比，Pc-LEDs在将电能转换为可见光方面有更高的效率，最有可能取代能源消耗大的传统电灯泡。目前，pc-LEDs存在着的问题是，红光发射强度不够，有部分发射光不在可见光范围内，降低了流明效率（通过肉眼敏感度来衡量）。这限制了二极管的显色指数的提高和红光荧光粉的应用。白光LED显色指数（CRI）和流明效率的高低与荧光粉的发光性能（发光光谱峰值及宽度）息息相关。因此，为了在不影响显色指数的前提下获得很高的流明效率（lm/W）,科学家们很有必要寻找发光性能更为优越的新型红光荧光粉。荧光粉的主要应用是照明和显示，这两大领域涉及到人类生产生活的方方面面。节能灯、LED等照明光源，交通信号灯、显示器、荧光屏等显示器件都离不开荧光粉。稀土掺杂的荧光粉还可以应用于染料敏化太阳能电池^[6]。

荧光粉以颜色分类分为红色荧光粉、黄色荧光粉、蓝色荧光粉和绿色荧光粉。由于荧光粉有无机和有机两大类，体系非常庞大，这里单介绍无机荧光粉。Sr₂Si₅N₈:Eu² 属于红色荧光粉体系，这里重点介绍红色荧光粉。荧光粉是由基质化合物和活性掺杂剂组成，某些荧光粉还会添加发光敏化剂。掺杂离子取代基质晶格形成发光中心。仅无机化合物基质的组成元素就涵盖了元素周期表中的大部分元素。

1.2.1红色荧光粉

1.2.1.1氮化物体系红色荧光粉

由第三主族和第四主族元素组成的多元氮化物很多可作为基质，将这些氮化物掺杂Eu² 便产生了很有前景的发光材料。于是，由第三主族和第四主族元素组成的多元氮化物大量涌现，以这些氮化物作为基质晶格掺杂Eu² ,便得到了令人感兴趣的发光性能。由于奇偶校验允许4f 6(7F)5d1 → 4f 7(8S7/2)跃迁，在整个可见光光谱范围内都已很强的发射光。