用于白光LED的Ca₂SiO₄：Dy³⁺材料发光特性研究

【作者】 李盼来； 杨志平； 王志军； 郭庆林； 李旭；

【机构】 河北大学物理科学与技术学院；

【摘要】 当前使用的白炽灯、荧光灯存在耗电、易碎和弃物汞污染等缺点,而白光 LED 具有体积小、发热量低、耗电量小、寿命长和反应速度快等特点,有望成为新一代节能光源。本文采用高温固相反应方法,在空气中制备了用于白光 LED 的 Ca₂SiO₄：Dy³⁺发光材料。采用美国 XRD6000型 X 射线衍射仪（辐射源为 Cu 靶的 K_α,工作条件为40 kV,40 mA,λ=1．5406 nm）分析了样品的物相组成：利用日本岛津 RF-540紫外分光光度计和美国 SPEX-1404双光栅光谱仪分别测量了材料的激发（激发光源为150 W 氙灯）与发射光谱。测量结果显示, 在365 nm 紫外光激发下,Ca₂SiO₄：Dy³⁺材料的发射光谱为一多峰宽谱,峰值分别位于488 nm、 575 nm 和665 nm,很好的符合紫外激发下单一基质白光 LED 的需要,为白光 LED 的实现提供了帮助；监测575 nm 激发峰,测得材料的激发光谱为一多峰宽带,主峰位于410 nm 和 470 nm,说明 Ca₂SiO₄：Dy³⁺发光材料能很好被紫外（370～410 nm）和蓝色光（450～470 nm） 激发,发射光谱可以组合成白光。研究了 Dy³⁺掺杂浓度对材料蓝色（488 nm）和黄色（575 nm）发射峰强度的影响,结果表明,随 Dy³⁺掺杂浓度的增大,黄色和蓝色发射峰的比值 Y/B 逐渐增大,这为我们获得高显色性的白光 LED 提供了帮助；同时研究了 Dy³⁺掺杂浓度对材料黄色发射峰强度的影响,结果显示,由于电子之间的电偶极相互作用引起了发射光谱强度的浓度淬灭效应。在合成样品 Ca₂SiO₄：Dy³⁺中加入 Na₂CO₃,K₂CO₃和 Li₂CO₃,以 Na⁺,K⁺ 和 Li⁺作为电荷补偿剂,固定激活剂 Dy³⁺的掺杂浓度,使电荷补偿剂与激活剂的比例为1：1, 研究电荷补偿剂对 Ca₂SiO₄：Dy³⁺样品发射光谱强度的影响,结果显示,未加入电荷补偿剂时, 所得样品发射光谱强度较低,加入电荷补偿剂明显提高了样品的发射光谱强度,其中以加入 Li⁺的情况最明显。更多还原