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太原理工大学
硕士学位论文
白光LED用YAG荧光粉的合成与研究
姓名:侯建新
申请学位级别:硕士
专业:@
指导教师:周禾丰
20090501
太原理工大学硕士研究生学位论文
白光 LED 用 YAG 荧光粉的合成与研究
摘要
YAG:Ce 3+荧光粉具有化学稳定性高、硬度大、高熔点、寿命长等优点,
且与蓝光 LED 芯片组合能够混合成视觉上的白光,组成白光 LED。但是荧
光粉的发射光谱中缺少红光成分造成了白光 LED 的色温偏高,显色指数偏
低。传统的钇铝石榴石(YAG)荧光粉普遍采用高温固相反应法(1600~
1800℃),高温固相法利于工业化生产,但反应温度过高,周期较长,对设
备要求较高,粒子易团聚,最终制得的产品颗粒尺寸大,需球磨方可使用,
而球磨会使发光体的晶形受到破坏,发光效率大幅下降。最近人们通过水
热法、燃烧法、微波加热法和溶胶-凝胶法等方法来合成 YAG 荧光粉。
在对几种合成荧光粉方法进行较充分研究的基础上,本文开展了 YAG
荧光粉的合成与发光特性的研究。用高温固相法合成了性能优良的
YAG :Ce 3+荧光粉,确定了 Ce3+的最佳掺杂浓度,并对其合成工艺进行了优
化。在此基础上基于 YAG :Ce 3+荧光发射光谱中缺少红光成分的缺点对其进
行了 Pr3+的掺杂,合成了的 YAG:Ce 3+,Pr3+荧光粉,研究了其光谱性能,并
对 Pr3+的掺杂量对发光性能的影响进行了较为系统的研究;分别用高温固相
法和高分子网络凝胶法合成了 YAG:Ce3+,Gd3+荧光粉,研究了其光谱性能以
及 Gd3+的掺杂对其发光性能的影响,并对两种合成方法进行了对比。
对荧光粉的 XRD 结果进行分析得出,无论用哪种方法,最终合成的产
物均为体心立方晶系的钇铝石榴石结构,具有 Oh(10)2Ia3d 的空间群,但是
高温固相法得到的产物的结晶程度要好一些。
I
太原理工大学硕士研究生学位论文
SEM 表明用优化工艺后的高温固相法合成的 YAG :Ce3+、YAG:Ce 3+,Pr3+
和 YAG:Ce3+,Gd3+荧光粉的颗粒尺寸都在 1~2µm 左右,而高分子网络凝胶
法合成的 YAG:Ce 3+,Gd3+荧光粉的颗粒尺寸在几百纳米之间,颗粒小,更利
于荧光粉的应用。
荧光光谱分析表明:
(1)YAG:Ce 3+,Pr3+荧光粉激发光谱为双峰结构,激发主峰位于 460nm
附近。产物的发射光谱也是双峰结构,分别是位于 530nm 附近 Ce3+的
5 2 3+ 1 3
D→ F5/2 特征发射峰和位于 610nm 附近 Pr 的 D2→ H4 特征发射峰,610nm
处红光发射峰的出现有望能提高白光 LED 的显色指数。通过对不同 Pr3+掺
杂浓度荧光粉的发射光谱强度进行对比,确定了最佳的 Pr3+掺杂浓度。
(2)采用高温固相法和高分子网络凝胶法合成的 YAG:Ce 3+,Gd3+荧光
粉的激发光谱也是双峰结构,主激发峰都位于 460nm 附近。发射光谱分别
位于 539nm~554nm 和 523nm~546nm 之间,随着 Gd3+掺杂浓度的增大,
发射峰发生了红移,本文用位形坐标解释了这一现象。所以 YAG:Ce3+,Gd3+
荧光粉可以满足不同波长蓝光 LED 的要求,且由于发射光谱的红移,有望
提高白光 LED 的显色指数。
(3)通过对高分子网络凝胶法和高温固相法制备的产物的各项参数对
比得出,高分子网络凝胶法具有广泛的应用前景。

关键词:YAG 荧光粉,高温固相法,高分子网络凝胶法,稀土掺杂,红移
II
太原理工大学硕士研究生学位论文
SYNTHESIS AND STUDY OF YAG PHOSPHOR
USED IN WHITE-LIGHT LED
ABSTRACT
Cerium doped yttrium aluminitum (YAG:Ce), which has the
advantage of high chemical stability, high hardness, high melt point and long
life-time et al., is prehensively studied phosphor which is used as a
yellow-ponent for the production of a white light. bination
of a blue light emitting diode (LED) and a yellow phosphor