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Mn4+掺杂的氟氧铌钡BaNbOF5红光材料及其性能研究

摘要：在当前进行白光LED器件制作的过程中，针对黄色荧光粉YAG:Ce利用蓝光InGaN芯片进行激发后获得白光的商业策略应用非常广泛。这种由黄蓝光组成的白光在色温高于6000K时的显色指数低于75，肉眼看起来很冷，导致在室内照明中的应用也受到了极大限制。通过添加红色荧光粉来是实现白光中红色的补充后制作LED器件成为了一种非常有利的选择。在当前的LED市场中在氮化物红色荧光粉中掺杂Eu2+已经成为一种广泛的商业化模式。然而，因为自身缺点促进我们开发替代产品来实现LED暖白光未来的商业化。在近几年的研究中，在红色荧光粉中掺杂Mn4+之后由于表现出了特殊的性质，产生的暖白光LED受到了市场的广泛关注。本文的主要内容如下：本文的第二章和第三章，实验中针对BaNbOF5:Mn4+红色荧光粉的制备过程主要使用的是水热合成法，完成制备后对该荧光粉的晶体结构、形貌、成分以及发光性能等进行表征，随后在此基础上实施了发光性能的优化。同时从热稳定性角度对BaNbOF5:Mn4+红色荧光粉进行了评估。由于溶解离子交换重结晶过程，Mn4+发光中心占据了一部分Nb5+的位点。随着反应温度从室温提高到180℃，BaNbOF5:Mn4+荧光粉颗粒由多边形晶体转变为矩形块状晶体。当BaNbOF5的K2MnF6摩尔分数达到6mol%时，而且环境温度也要保证维持在120°C，通过这两个条件才能让BaNbOF5:Mn4+发光强度达到最优的状态。BaNbOF5:Mn4+荧光粉在蓝光区有广泛而强烈的吸收，在红光区有明亮的发光，其具有较为良好的热稳定性，活化能Ea为0.506eV。

这种制备BaNbOF5:Mn4+的合成策略的优点是可以开发并推广到基于Mn4+掺杂的氧氟化物红色荧光粉中，它可能兼有氧化物和氟化物的优点，在基于蓝色InGaN芯片的黄色YAG:Ce应用于白光LED中具有潜在的前景。关键词：红色荧光粉，Mn4+，发光性能

第一章绪论

1.1白光LED

1.1.1白光LED的简介

在历史的长河中，人造电光源经历了多个发展阶段，也从原来的白炽灯为主要的热辐射源，逐渐演变到后来的荧光灯为典型的低压气体放电光源，然后出现了高压气体放电光源，其最典型的代表就是高压钠灯，最后出现了半

导体固体光源，其最具代表性的是发光二极管(Lightemittingdiode,LED)[1-8]。对比传统的白炽钨丝灯泡、荧光灯，白光LED是一种新型固态光源，它的体积小巧，组合方式多种多样，同时在使用过程中散发热量少，具有较长的寿命使用，做到了高效节能和绿色环保，被誉为第四代照明光源[9-12]。

1.1.2白光LED的实现方式及存在问题

白光LED的第一种实现方式是三基色LED芯片组装型，即是将三基色LED芯片进行组装，各自发单色光最后形成复合白光。三基色芯片发出的单色光各自发光，可以进行光色的调节，同时互不干扰，减少了能量损失，使其能更为有效地发光，缺点是生产成本高，技术操作能力高，显色指数低，很容易出现光色漂移等一些现象[14-20]。此外还可以利用紫外激发荧光粉的方式来获取白光LED，其主要指的是在制作中将红、绿、蓝等三种颜色不同的荧光粉利用紫外光激发后形成白光，其主要的优点是能表现出较高的显色指数，而且可以实现对色温的调节，但是由于紫外光自身的发光效率比较低，因此，三种不同颜色的荧光粉之间存在较大的斯克托斯位移，在光转移中会存在转换率低的问题[14-20]。

另外可以针对荧光粉利用蓝光进行激发后来产生白光LED，在实际操作中，首先针对黄色荧光粉，利用蓝光LED芯片进行激发后就能产生白光，方法最大的优势是应用成本低，且具备成熟的工艺流程，也能产生较高的发光效

率，热稳定性好，是当前市场的主流产品，现在广泛使用的方案是针对黄色荧光粉Y3Al5O12:Ce3+(简称YAG:Ce)充分利用InGaN蓝光LED芯片进行激发，但是这种制备方法由于利用的是蓝光和黄光来产生白光，在制备过程中没有

加入红光，最终产生的白光是以冷白光为主，实际产生的显色指数也比较低，而且色温较高，且从其具体的应用状况可以看出，长时间使用后，这种LED的封装材料以及荧光粉都会产生较为严重的老化问题，导致颜色漂移[14-20]

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图1白光LED的三种实现方式

目前市面的白光LED大多采用第三种方式实现商业化生产。研究发现，向方法三制作的白光LED器件中混合红色荧光粉，使得发光性能得到明显的改善，如图2所示[14,20-21]。

图2(a)1为蓝光芯片光谱对应照片，(b)2为未加红色荧光粉所得光谱对应图片，(c)3为添加红