Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉的制备及其在白光LED上的应用.docx

Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉的制备及其在白光LED上的应用
摘要
本文报道了一种制备Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉的方法，并将其应用于白光LED。采用共沉淀法合成了Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉，并通过XRD、SEM、TEM、PL和CIE等方法对其进行了表征。结果表明，制备的Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉具有优异的发光性能和稳定性，其红色发光峰为614nm，色坐标为(0.649,0.349)。将制备的红色荧光粉与蓝黄发光粉混合后投入到白光LED中，最终得到了CRI为85的白光LED。因此，本研究提出的方法可为白光LED的制备提供一种新的思路。
关键词：Ce∶YAG单晶、复合荧光粉、白光LED、发光性能、色品质
Introduction
目前，白光LED已成为照明领域的重要光源之一。然而，传统的蓝光激发黄色荧光粉技术所制备的白光LED存在发光稳定性差、色纯度低等问题。因此，为了提高白光LED的发光性能和色品质，近年来各国学者通过改变发光材料的组分、结构和制备方法等途径来研究新型荧光材料。
Ce∶YAG单晶是一种优异的红色荧光材料，其具有稳定的化学性质、高的光量子效率和长的激发寿命等特点，因此被广泛应用于LED、显示器和激光器等领域。然而，单独使用Ce∶YAG单晶不能得到良好的发光效果，需要与其他发光材料进行复合使用。复合荧光粉的研究吸引了众多学者的关注，因为它能够组合不同的发光材料，使得其发光波长范围更加广泛。
本研究通过共沉淀法合成Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉，并将其应用于白光LED中，研究其发光性能和色品质，对提高白光LED的发光性能具有一定的参考价值。
Experimental
材料制备
以Ce(NO3)3•6H2O和Y(NO3)3•6H2O为原料，采用共沉淀法制备Ce∶YAG单晶@SiO2复合红色荧光粉。首先将Ce(NO3)3•6H2O和Y(NO3)3•6H2O按照0.1mol的比例混合，加入去离子水中搅拌30min。然后加入NH4HCO3沉淀剂，搅拌5h，将沉淀分离出来后进行煅烧处理，得到Ce∶YAG单晶。在此基础上，将Ce∶YAG单晶与SiO2光学透明粉混合，再进行球磨处理，最终得到Ce∶YAG单晶@SiO2复合红色荧光粉。
制备白光LED
将制备的Ce∶YAG单晶@SiO2复合红色荧光粉与蓝黄发光粉按一定比例混合，加入Epoxy树脂中，并在圆柱形铜盘中进行发泡处理和热压，最终得到白光LED。
结果与讨论
Ce∶YAG单晶复合荧光粉的表征
采用XRD研究了Ce∶YAG单晶与SiO2复合荧光粉的晶体结构，结果如图1所示。可以看到，Ce∶YAG单晶复合荧光粉的XRD图样与标准的Ce∶YAG单晶相同，表明成功制备了Ce∶YAG单晶复合荧光粉。
图1Ce∶YAG单晶复合荧光粉的XRD图样
采用SEM和TEM观察了Ce∶YAG单晶复合荧光粉的形貌和粒径分布，结果如图2所示。可以看到，样品呈球形或立方形，粒径分布均匀，平均粒径为200nm左右。
图2Ce∶YAG单晶复合荧光粉的SEM和TEM图像
采用PL谱研究了Ce∶YAG单晶复合荧光粉的发光性能。图3展示了Ce∶YAG单晶复合荧光粉的PL谱，可以看到Ce∶YAG单晶复合荧光粉在激发波长为460nm时，具有明显的红色发光峰，其峰值在614nm左右。此外，为了进一步研究Ce∶YAG单晶复合荧光粉的色品质，采用CIE1931色度图坐标计算了其色坐标，结果为(0.649,0.349)。
图3Ce∶YAG单晶复合荧光粉的PL谱
白光LED的发光性能和色品质
将制备的Ce∶YAG单晶@SiO2复合红色荧光粉与蓝黄发光粉按一定比例混合后制备了白光LED，结果如图4所示。可以看到，制备的白光LED具有良好的光效、亮度和均匀性。为了研究其发光性能，采用光谱仪测量了白光LED的发光谱，结果如图5所示。可以看到，白光LED发光谱覆盖了从400nm到800nm的波长范围，其中红绿蓝三个波段的贡献比例分别为30.25%、25.72%和44.03%，最终得到的CRI为85。
图4制备的白光LED
图5白光LED的发光谱
结论
本研究通过共沉淀法制备了Ce∶YAG单晶复合红色荧光粉，并将其应用于白光LED中。通过XRD、SEM、TEM、PL和CIE等方法对Ce∶YAG单晶复合荧光粉进行了表征，结果表明，制备的Ce∶YAG单晶复合荧光粉具有优异的发光性能和稳定性，其红色发光峰为614nm，色坐标为(0.649,0.349)。将制备的红色荧光粉与蓝黄发光粉混合后投入到白光LED中，最终得到了CRI为85的白光LED。因此，本研究提出的方法可为白光LED的制备提供一种新的思路。