(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12荧光粉的温度依赖特性研究

　　1　引　言

　　目前,白光LED的实现主要有利用红绿蓝3种超高亮度发光二极管(LED)按光强1∶2∶0.38比例混合成白光、利用紫外光激发三基色荧光粉或其它荧光粉多色混合而成白光以及采用在InGaN蓝光芯片上涂敷YAG∶Ce黄色荧光粉合成白光等3种方式,其中第3种方式以其价格低廉、成品率高等优点成为目前最通用的选择[1]。用于普通照明的白光LED要求实现较高的显色指数、低色温的暖白光,近几年暖白光LED的研究受到广泛地关注,但是以YAG∶Ce荧光粉作为光转换材料,由于缺乏红色成分,得到的是冷白光[2,3]。采用不同半径的阳离子,如Gd3+、Tb3+和Lu3+等取代YAG∶Ce中部分Y3+可以实现发射光谱峰值波长红移[4]。尽管InGaN蓝光芯片+黄色荧光粉实现白光发射的技术已经相当成熟,但是器件随着温度升高而发生的色漂移及相应的热衰减极大地限制了其在照明领域的广泛应用。深入了解其中荧光粉材料的温度依赖关系,并给出其发生衰减的来源,有助于给出解决问题的途径。

　　本文选用稀土Gd3+作为共掺杂阳离子,在高温下固相合成了(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12黄色荧光粉。通过分析掺杂浓度和环境温度对(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12荧光粉发光特性的影响,讨论了晶体对称性的变化对能级结构的影响以及环境温度上升所造成的晶格声子运动效应的增强与荧光光谱变化的对应关系。

　　2　实　验

　　将纯度为5 N的Al2O3、CeO2、Y2O3和Gd2O3,按不同比例经无水乙醇研磨,在1600℃的还原气氛中高温加热10 h,冷却后研磨获得(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12黄色样品。采用D/MAX-2500 X射线衍射(XRD)仪分析样品的晶体结构,利用变温样品槽结合日立F-4500荧光分光光度仪分析样品从室温(RT)到553 K范围内的发射光谱。

　　3　结果与讨论

　　3.1　RT时Gd3+的掺杂浓度对(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12荧光粉晶体结构和发射光谱的影响

　　利用XRD对(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12样品的物相结构进行分析,得到Gd的掺杂量分别为0.00、0.30和0.60 mol时(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12样品的XRD曲线如图1所示。对曲线分析可知,样品是立方体结构的Y3Al5O12相(空间群为O10h-Ia3d)。由于Gd3+半径(0.119 nm)与Y3+半径(0.116 nm)相似,Gd3+进入晶格中将优先取代Y3+,结果表明,当Gd的掺杂量低于0.6 mol时样品仍为Y3Al5O12相[5]。

　　RT下,470 nm激发(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12(x=0.00、0.06、0.30、0.60 mol )样品的归一化发射光谱如图2所示,可以明显地看到,(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12(x=0.00、0.06、0.30、0.60mol )样品在490 nm至620 nm有一宽谱发射,发射光谱的峰值波长随着Gd掺杂量的增加逐渐从530 nm红移到550 nm。