白光LED荧光粉荧光外量子效率的准确测量

利用光学软件仿真的方法分析了积分球涂层特性、不同测量方法对荧光粉荧光外量子效率测量准确性的影响。为提高传统方法的测量精度,提出了基于内置标准散射片于积分球中的准确测定LED荧光粉荧光外量子效率的新方法,制作了专用实验系统,测试结果显示商用的不同LED荧光粉荧光外量子效率存在差距较大,数值在0.744到0.92之间,且实验测试结果和理论仿真规律一致。当积分球吸收系数在1%～5%间变化时,测试系统误差可控制在2%的范围之内。

植物照明用LED荧光粉研究进展

当前,植物工厂发展迅速,LED植物照明具有非常大的市场发展潜力。针对植物生长的吸收光谱,重点介绍可用于植物照明LED的蓝色、深红色以及远红光荧光粉的发展现状。

白光LED用荧光粉的研究进展

白光LED被誉为第四代照明光源,有着显著的节能前景和庞大的应用市场,荧光粉光转换型是未来白光LED发展的主流方向。本文重点介绍了蓝光芯片激发的黄色,绿色和红色荧光粉以及紫光芯片激发的红色,绿色荧光粉的研究进展,和该领域存在的问题及其发展趋势。

双钙钛矿结构BaLaLiTeO6∶Eu3+红色荧光粉的光谱与LED封装特性

采用高温固相法在1100℃下合成出一系列不同掺杂浓度的BaLa1-xLiTeO6∶xEu^3+(x=0.1~1)红色荧光粉,并对其结构、形貌、光谱特性及LED光色电性能进行了系统研究。结果表明,在BaLaLiTeO6中Eu3+的最大和最佳掺杂浓度均为x=0.4,更大的掺杂量将导致杂相和浓度猝灭的产生。在465nm光激发下,该浓度的样品发射光谱中5D0→7F2与5D0→7F2强度比值达到了7.31,色品坐标值为(0.665,0.334),色纯度为99.7%,荧光寿命为660.9μs,绝对量子效率达到71.4%。在100℃时积分发光强度是室温时的84.5%,热激活能经计算为0.434eV。基于该样品的红光LED灯珠能够发出明亮的红光。综上所述,该类荧光粉表现出良好的发光效率、色纯度及发光热稳定性,在白光LED中具有潜在的应用价值。

白光LED用Eu掺杂钨、钼酸盐红色荧光粉的研究进展

详细介绍了近几年来白光LED用Eu掺杂钨、钼酸盐红色荧光粉的制备方法:高温固相法、溶胶—凝胶法、水热法、共沉淀法等。总结了这几种方法及钨、钼酸盐红色荧光粉的优缺点,并对高发光效率样品的制备提出了一些可行研究方案。

白光LED用橙色发射荧光粉Y_3Mg_2AlSi_2O_(12)∶Ce^(3+)的制备研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激发-发射光谱及反射光谱等手段,研究了以尿素为燃料的溶胶-凝胶燃烧法,制备白光LED用Y_3Mg_2AlSi_2O_(12)∶Ce^(3+)荧光粉过程中的还原温度、Ce^(3+)浓度等因素,对荧光粉结构、形貌和发光性能的影响.比较了溶胶-凝胶燃烧法和高温固相反应法制备的Y_3Mg_2AlSi_2O_(12)∶Ce^(3+)荧光粉的结晶度、形貌和发光性能,并从反应过程对造成两者差异的原因进行了讨论.

白光LED用红色荧光粉MMoO_4:Eu^(3+)(M=Ca,Sr,Ba)的制备与表征

采用高温固相法制备了红色荧光粉MMoO4:Eu3+(M=Ca,Sr,Ba),用XRD和荧光分光光度计对其物相及发光性能进行表征和研究。结果表明,在800℃时可得到MMoO4(M=Ca,Sr,Ba)物相结构。分别以395nm的近紫外光和465nm的可见光激发样品,MMoO4:Eu3+(M=Ca,Sr,Ba)荧光粉发红光,对应于Eu3+的4f-4f跃迁,其中以616nm发光最强。荧光粉在395nm和465nm的吸收分别与紫外光和蓝光LED芯片相匹配。

基于偏最小二乘回归的荧光粉涂覆型白光LED的光谱预测研究

为了更便捷高效地对荧光粉涂覆型白光LED的发光光谱进行预测,利用GaN蓝光LED芯片与杭州萤鹤光电材料有限公司的YH-S525M绿色荧光粉和YH-C640E红色荧光粉进行实验样品的制备。分别测量其单色荧光光谱,测得蓝光芯片的发射峰波长为453 nm,选用的红色和绿色荧光粉的发射峰波长分别为631和526 nm。制备红色和绿色荧光粉通过AB胶混合并涂覆于蓝光芯片上的LED实验样品,红粉/绿粉质量比设置为1∶3,1.2∶3,1.4∶3,1.6∶3,1.8∶3,2∶3,红粉混胶后的浓度为7%,9%,11%,13%,15%,17%。每组质量比和混胶浓度条件下的样品制备3~5份,利用杭州远方色谱有限公司的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计测试样品的发光光谱,并进行蓝峰归一化处理得到共36组光谱数据。将白光光谱视为蓝色,绿色和红色三种单色荧光光谱的线性叠加,蓝色和红色峰项直接选用对应的发射谱,而绿色峰项选用两个高斯线型方程拟合,系数均由强度决定。通过循环搜索算法,分别计算36组实验条件下的模型参数最优值,对拟合结果进行优度检验,R的范围为99.33%~99.88%。然后运用偏最小二乘回归方法建立荧光粉质量比和浓度与模型参数间的回归方程,最终得到一种能够精确预测两种荧光粉混合涂覆的白光LED发光光谱的新方法。用一组新制备的样品测得的光谱功率分布进行预测效果检验,得到的预测光谱相对于实测光谱的拟合优度为99.62%,证明该方法的预测效果良好。该研究建立的预测模型从该类型的白光LED的发光机理出发,分析发光时两种荧光粉之间的相互作用,并引入绿色荧光谱线的展宽效应,更加简单有效地建立起两种荧光粉的质量比和混胶浓度与白光光谱间的数学关系。该方法具有更好的普适性,为荧光粉涂覆型LED的光源参数优化提供了一种新的思路。

荧光粉激发型远红光LED植物灯对番茄生长的影响研究

为探究远红光对植物生长的影响,采用“燃烧法+高温二次烧结”的方法制备了ZnGaO:Cr,Ge,Li~+(ZGO:Cr,Ge,Li~+)荧光粉,将自制的荧光粉材料涂覆在410 nm的蓝紫光LED芯片上,封装成发射主峰位于710 nm左右的LED远红光器件,并进一步组装成LED植物生长灯作为直接光源。以番茄(Solanum lycopersicum)品种红矮生为试材,白光(W)为对照(CK),设置3个处理:T1:红蓝组合光(1R1B)加远红光(光质比为3∶1);T2:红蓝组合光(1R1B);T3:白光加远红光(光质比为3∶1),研究红蓝组合光(1R1B)和远红光对番茄生理周期、农艺性状、光合色素和番茄果实主要品质的影响。结果表明,与CK相比,T1处理可显著缩短番茄生理周期,T1、T2和T3处理对番茄农艺性状中的株高有抑制作用。添加远红光降低了光合色素的含量,但提高了番茄果实中可溶性糖、番茄红素和维生素C的含量,特别是在红蓝组合光与远红光的共同作用下,可溶性糖含量提高效果最明显,达到CK的3.3倍。添加远红光能够促进维生素C和番茄红素含量增加;红蓝组合光则有利于番茄红素的积累。综上,采用ZGO:Cr,Ge,Li~+远红光荧光粉激发型LED植物灯能调控番茄开花时间,缩短其生理周期,提高番茄果实品质。本研究结果为提高番茄以及其他园艺作物的品质提供了一种新的光照手段,具有广阔的应用前景。

白光LED用磷酸盐红色荧光剂的制备及发光特性

稀土掺杂磷酸盐发光材料是一种极其重要的发光材料,具有良好的热稳定性能,实验条件简单,发光效率高,成本低廉的优点。以Ca_3(PO_4)_2为基质,采用高温固相法制备了Ca3-x(PO4)2:x Eu3+红色荧光粉,研究表明:在所测粉中Eu3+的7FO→5L6跃迁位于392 nm的激发峰具有最大强度;发射光谱由属于x Eu3+的5DO→7FJ(J=1,2,3,4)跃迁发射峰组成,对应着x Eu3+的5DO→7FJ跃迁位于616 nm的发射峰具有最大强度。

红色荧光粉Sr_(1-x)Bi_2Ta_2O_9:xRE^(3+)(RE=Pr,Eu)的发光性能研究

采用固相反应法制备了Sr1-xBi2Ta2O9:xPr3+(SBT:xPr3+)和Sr1-xBi2Ta2O9:xEu3+(SBT:xEu3+)红色荧光粉材料。通过X射线衍射和扫描式电子显微镜图谱,分析和研究了在低掺杂浓度时,掺杂离子对SrBi2Ta2O9的晶体结构和形貌的影响。利用荧光光谱仪测试了SBT:xPr3+和SBT:xEu3+荧光粉的激发和发射光谱。当样品SBT:xPr3+采用449 nm激发时,其主发射峰位于616 nm和653 nm;样品SBT:xEu3+采用464 nm激发时,其主发射峰位于590 nm和616 nm。作为一种潜在的LED用红色荧光粉,其温度稳定性也是十分重要的性质之一。本文对样品SBT:0.02Pr3+和SBT:0.2Eu3+在50~300℃之间的温度稳定性进行了分析。

La^3＋掺杂对BaSi2O2N2：Eu^2＋荧光粉发光性能的影响

研究了La3+掺杂对BaSi2O2N2∶Eu2+发光性能的影响。通过高温固相反应制备了纯相的Ba0.94-Si2O2N2∶0.06Eu2+荧光粉。在此基础上进行La3+的掺杂,并对少量La3+掺杂的LaxBa0.94-1.5xSi2O2N2∶0.06Eu2+荧光粉的结构和光学性能进行了研究。XRD图谱表明粉体在低掺杂时保持了基质BaSi2O2N2的晶格结构。通过共掺x=0.035的La3+可使荧光粉的发光效率提高到157%,原因是La3+部分取代Ba2+产生了阳离子缺陷,其可以吸收光源能量并将能量传递给Eu2+。最终这些能量通过Eu2+的4f65d→4f7跃迁以光辐射的形式释放出来。

Gd_(2)ZnTiO_(6)∶Dy^(3+)白光荧光粉的制备及荧光性质的研究

采用溶胶-凝胶法制备出掺杂双钙钛矿型Gd_(2-2x)ZnTiO_(6)∶2xDy^(3+)(GZT∶2xDy^(3+))白光荧光粉,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪对样品的微观形貌、晶体结构及荧光性能进行分析和表征。结果表明:Dy^(3+)离子掺入GZT基质,且不影响基质本身的晶体结构,形成单一的双钙钛矿型单斜相。在388nm近紫外光激发下,Dy^(3+)掺杂样品在483nm、578nm处展示出极强的蓝光和黄光发射。当掺杂离子Dy^(3+)的摩尔浓度x=9%时,其CIE色坐标为(0.3115,0.3515),位于白光区域,和标准白光色坐标(0.330,0.330)较为接近,是一种具有潜在应用价值的单一基质白光LED荧光粉。

镨和镱掺杂Ba2SiO4∶Eu^2＋荧光材料的合成与发光性能

采用高温固相反应法分别合成了变价稀土镨和镱离子掺杂的绿色荧光粉[Ba(2-n-1.5x)REx]SiO4∶nEu2+(n=0.03,RE=Pr,Yb;x=0,0.02,0.05,0.10)。结果表明:所有合成荧光粉的激发峰均为250~400 nm的宽峰,与近紫外LED的发射光波长相匹配。发射峰位于450~550 nm之间,是Eu2+的5d-4f跃迁的典型发射。Pr3+和Yb3+的掺入并未改变Ba2SiO4∶Eu2+的相组成,但对荧光强度的影响大,且与掺杂元素、掺杂量和煅烧温度相关。当掺杂Pr3+和Yb3+的量为x=0.02时,经1150℃煅烧所得荧光粉的发光强度分别是未掺杂时的595%和168%。证明三价稀土离子掺杂可以导致基质中的电荷缺陷而敏化Eu2+离子的发光,而变价稀土离子的掺杂可以大大提高电荷缺陷,导致荧光强度的进一步提高。

室内VLC白光LED调制带宽拓展

针对室内照明场景应用需求,探究了驱动电流的变化对四种常用LED光源频率特性所产生的影响效果,得出荧光粉LED的频率特性响应几乎不受驱动电流变化的影响的结论。结合硬件预均衡策略对1 W荧光粉LED的调制带宽拓展进行了理论分析和硬件电路设计,测试结果表明:在不对蓝光过滤的条件下,荧光粉LED调制带宽由1 MHz提高到了32 MHz,单盏荧光粉LED在非归零-开关键控(non-return-to-zero on-off-keying,NRZ-OOK)调制下可达到26 Mbit/s的传输速率,误码率7.55×10^(-6),传输距离达到3 m,符合于室内照明通信对传输距离的要求。

白光LED制备过程中荧光粉粒径级配的研究

在白光LED制备过程中,假设荧光粉为刚性球形颗粒,颗粒下降是做层流运动,每种材质的荧光粉的粒径分布相同,当荧光粉颗粒在硅胶中达到平衡状态,以匀速沉降时,根据受力分析和Stokes公式推导出粒子的运动速度u的计算公式。通过计算发现LED封装中用到的环氧树脂和硅胶对荧光粉粒径级配影响不大。并得到了市场常见LED荧光粉的最佳粒径级配比例公式,此公式在LED制备过程中,对提高产品集中度,减小色差,提高成品率有一定的参考作用。

LED用绿色荧光粉SrAl_2O_4:Eu的发光性能及应用

采用高温固相法制备SrAl2O4:Eu荧光粉,研究其发光性能和封装中的应用。考察激活剂离子Eu2+浓度对相对亮度的影响,并详细讨论Eu2+在SrAl2O4基质中的浓度猝灭机制,同时考察助熔剂H3BO3的添加浓度。结果表明,SrAl2O4:Eu荧光粉的发射光谱在500~550 nm,发射峰值波长为508 nm。激活剂Eu2+摩尔浓度为0.1时相对亮度最高,在SrAl2O4:Eu材质中,Eu2+的浓度猝灭机制为偶极-偶极作用。助熔剂硼酸添加浓度在1.4%时荧光粉相对亮度最高。在固定的封装工艺下进行封装,SrAl2O4:Eu绿色荧光粉与硅酸盐绿色荧光粉在相同色坐标下比较,光效高17%,是1款非常有前景的LED用绿色荧光粉。

荧光粉激发型LED光对拟南芥生长发育的影响

在室内人工光源照射条件下,探究150μmol·m^(–2)·s^(–1)光强下不同比例的红蓝光对拟南芥(Arabidopsis thaliana)生长发育的影响。以哥伦比亚(Columbia-0)野生型拟南芥为研究对象,采用荧光粉激发型LED作为植物生长光源,以SrSiAlN_3为红色基底,调节荧光粉添加量获得不同红蓝光谱,考察不同光照条件下拟南芥萌发率、根长、株高、叶绿素含量和相对电导率等参数的变化规律。结果表明,在荧光粉激发型LED光照调节下的拟南芥具有更高的萌发率、根长、株高、叶绿素含量和相对电导率,且在红蓝光质比为2:1时萌发率(95.63%)和叶绿素含量(26.7)最高;在红蓝光质比为4:5时根长(4.19 cm)较长;在红蓝光质比为4:1时株高(15.5 cm)较高;在红蓝光质比为4:5时相对电导率(40.5 S·m^(–1))较大。研究结果表明相对平衡的光质(红蓝光质比为4:1)有利于拟南芥生长发育,且减少蓝光比例对根系生长及叶绿素积累有一定的促进作用。研究表明不同光谱对模式植物拟南芥的生长发育有较明显的影响,改变光谱组成可以对植物的生长发育起不同程度的调控作用。

正交设计法优化黄色LED发光材料Sr2SiO4：Eu^2＋的制备工艺

采用高温固相法合成了Sr2SiO4：Eu^2＋荧光粉，采用荧光分光光度计、相对亮度测量仪测定了样品的发光性能。通过正交试验，以相对亮度为指标，考察了Eu掺杂量、Sr／Si摩尔比、氯化铵掺杂量、恒温时间对制备工艺的影响。结果表明：Sr2SiO4：Eu^2＋发光材料的发射峰为571nm，对应于Eu^2＋离子4f和5d间的发射。在考虑以上四个影响因素的情况下最佳制备工艺是Eu掺杂量为0．06，氯化铵掺杂量为总质量的5％，Sr／Si摩尔比为1．94／1．05，恒温时间为3小时。

稀土掺杂的光谱转换材料及其应用

以LED红色荧光粉材料、近红外下转换材料和上转换生物荧光标记材料为主线,结合我们实验室近期具体的相关研究工作,对稀土掺杂的光谱转换材料及其潜在的应用前景进行了简要介绍.在LED红色荧光粉材料方面,以Eu3+掺杂的红色荧光材料为对象,研究通过基质或掺杂敏化剂到Eu3+的能量传递来提高材料在近紫外波段的激发效率,并且在Y2MoO6材料中通过基质的电荷迁移带到Eu3+的能量传递在395nm的近紫外激发条件下获得了2.3倍于商用LED荧光粉(Y2O2S:Eu3+)的发光强度.在近红外下转换材料方面,分别研究了通过从其他稀土离子到Yb3+的逐次能量传递和从基质到Yb3+的合作能量传递实现近红外下转换,主要介绍了两种典型材料中的能量传递机理,氟化物中Ho3+到Yb3+的逐次能量传递和YVO4中VO43-到Yb3+的合作能量传递.在上转换生物荧光标记材料方面,利用以油酸/十八烯为溶剂的湿化学法合成了单分散、粒径在20nm左右、具有核/壳结构和水溶性的球形NaYF4:Yb3+,Er3+(Tm3+)纳米粒子,并对其在不同环境中的稳定性和在细胞中的荧光成像性质做了研究,在此基础上还对下一步可能的深化研究进行了探讨.不断拓展的研究方向和层出不穷的研究结果表明稀土掺杂的光谱转换材料是新型功能材料的重要研究领域,目前和将来在生物和化学传感、节能环保和新能源等领域有着重要的应用或应用前景,需要深入研究.