【正文】 ,Ce:YAG Single crystal Gd,Ce:YAG 晶體的熒光光譜 圖 Gd,Ce:YAG 晶體的熒光光譜。 圖 Gd,Ce:YAG 晶體的熒光光譜 Fluorescence spectra of。從圖中可以看到，發(fā)射光譜是一個(gè)主峰位于 540nm 處的寬帶發(fā)射峰，歸屬于 Ce3+離子的 5d→ 4f 能級(jí)間的躍遷，屬于 Ce3+離子的特征發(fā)射。 圖 Gd,Ce:YAG 晶 體的 XRD 譜 XRD pattern of the :YAG crystal sample Gd,Ce:YAG 晶體的吸收光譜 圖 Gd,Ce:YAG晶體在 200nm800nm范圍內(nèi)的吸收光譜，在圖中200550nm段存在 4個(gè)吸收峰，它們同屬于 Ce3+離子 4f→ 5d能級(jí)躍遷產(chǎn)生的吸收，與 Ce:YAG晶體吸收有所不同的是在 276nm處出現(xiàn)了一個(gè)吸收峰，出次吸收峰的原因可能是由于生長(zhǎng)晶體過(guò)程中形成的 F心造成的晶體的自吸收 [22]，具體原因尚須后 續(xù)工作中隨晶體做不同后處理如退火，輻照等來(lái)進(jìn)行分析。對(duì)于同一只LED，隨著電流的增加，其藍(lán)光 LED的發(fā)光效率也顯著降低，白光 LED的發(fā)光效率也隨之降低；而對(duì)于不同厚度晶片的白光 LED，隨著厚度的增加，藍(lán)光的吸收也增加，發(fā)射出的黃光的光通量增加遠(yuǎn)大于藍(lán)光光通量的減少量，因此，晶片厚度越大， Ce3+含量越高，其發(fā)光效率也就越高。晶片越薄其所含有的 Ce3+離子發(fā)光中心就越少，相應(yīng)的吸收的藍(lán)光也少，這樣便有較多的剩余藍(lán)光與晶片發(fā)射的黃光混合生成白光，如此使得兩種光的混合比例較為適中，白光的顯色指數(shù)高 ；但是由于吸收的藍(lán)光少，發(fā)射出的黃光也相應(yīng)較少，發(fā)光效率也就比厚度大的晶片低；反之，晶片越厚， Ce3+離子含量越多，對(duì)藍(lán)光的吸收也隨著增加，發(fā)射的黃光增多，藍(lán)光與黃光的配比失衡，造成顯色指數(shù)和相關(guān)色溫降低。其變化趨勢(shì)與白光 LED顯色指數(shù)的變化 趨勢(shì)相似。與之相反的是，白光 LED的發(fā)光效率卻隨著樣品厚度的增加而增加， 。 由于最強(qiáng)激發(fā)峰和最強(qiáng)發(fā)射峰均與最低 5d態(tài)能級(jí)相關(guān)，而激發(fā)態(tài) 5d電子的徑向波函數(shù)可以很好的擴(kuò)展到 5s25p6閉殼層之外，其能級(jí)受外場(chǎng)的影響較大，使 5d態(tài)不再是分立的能級(jí)，而成為能帶，從這個(gè)能帶到 4f能級(jí)的躍遷也就成為帶譜，因此，Ce3+激發(fā)和發(fā)射光譜均表現(xiàn)為寬峰 [18]。另外，我們還以波長(zhǎng)為 340nm的單色光為激發(fā)光源，測(cè)試了其對(duì)應(yīng)的發(fā)射光譜如圖 (c)。這些吸收峰均對(duì)應(yīng)于 Ce3+離子從 4f基態(tài)到 5d激發(fā)態(tài)的能級(jí)之間的躍遷，由于 5d能級(jí)分裂成 5個(gè)子能級(jí)， 340nm、 460nm處的吸收分別對(duì)應(yīng)于 2F5/2子能級(jí)到5d較低兩個(gè)子能級(jí)的躍遷吸收，而 223nm處的吸收則對(duì)應(yīng)于 2F5/2到 5d能級(jí)較高的3各子能級(jí)間的躍遷吸收 [1516]。由光纖輸入的光束通過(guò)準(zhǔn)直鏡反射后，會(huì)平行地照在光柵平面上，經(jīng)光柵衍射形成光譜光束，然后經(jīng)收集鏡聚焦后在焦平面上形成光譜帶，置于焦平面上的線陣 CCD探 測(cè)器的不同像元位置對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)，而 CCD探測(cè)器的每個(gè)像元感應(yīng)的電壓大小對(duì)應(yīng)于該像元接收光強(qiáng)的強(qiáng)弱，通過(guò)掃描 CCD探測(cè)器各點(diǎn)像元輸出電壓，就可以得到光譜的功率分布 P(λ ) ，然后在計(jì)算機(jī)中根據(jù) P(λ ) 計(jì)算出光譜參數(shù)。在我們的實(shí)驗(yàn)中一般設(shè)定入射縫寬度為1nm，出射縫寬度為 3nm，測(cè)試范圍為 220750 nm。 由于光致熒光光譜是一種表面行為，稱為 Surface Luminescence，通常是在與入射光方向成 90度方向進(jìn)行探測(cè)熒光的，所以對(duì)樣品的尺寸狀態(tài)沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但是樣品表面狀態(tài)對(duì)光譜具有一定的 影響。因此激發(fā)光譜反映的是介質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)中上能級(jí)的信息。其光源為 150 W的 Xe燈。測(cè)試得到的吸收光譜數(shù)據(jù)為各波長(zhǎng)下的光密度 D，即 lg(I/I0)。 晶體的吸收光譜法 室溫下，晶體吸收光譜的測(cè)量是在 JASCO V570 UV/VIS/NIR 光譜儀上測(cè)定的。 實(shí)驗(yàn)中使用 Bruker D8 X射線衍射儀分析晶體粉末的晶相，銅靶， λ = nm，加安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁(yè) 共 46 頁(yè) 速電壓為 40 kV，掃描范圍為 10176。 X射線衍射分析用于物相分析的原理是：由各衍射峰的角度位置所確定的晶面間距 d以及它們的相對(duì)強(qiáng)度 I／ I1是物質(zhì)的固有特性。晶體經(jīng)過(guò)切割、拋光加工處理得到的測(cè)試樣品 樣品測(cè)試分析方法 X 射線衍射法 材料的成分和組織結(jié)構(gòu)是決定其性能的基本因素 ，化學(xué)分析能給出材料的成分，形貌分析能揭示材料的顯微形貌，而 X 射線衍射分析 (Xray diffiaction，XRD)[13]則可給出材料中物相的結(jié)構(gòu)及元素的存在狀態(tài)信息。 光譜性能測(cè)試用樣品 光譜性能測(cè)試所用的樣品制備較為簡(jiǎn)單。 （ 9）提脫：由于 YAG晶體熱膨脹系數(shù)較小，直接把晶體提脫液面不會(huì)因?yàn)闇貓?chǎng)波動(dòng)而導(dǎo)致晶體開(kāi)裂，所以在晶體生長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度后可停止生長(zhǎng)，然后直接將其提脫出液 面。然后，微調(diào)高溫度進(jìn)行縮頸工藝，消除籽晶下端的繼承性缺陷，避免引入晶體中，這也是生長(zhǎng)高質(zhì)量晶體中很重要的一步，這一階段溫度要稍高于生長(zhǎng)溫度。 （ 4）升溫化料：裝爐、充氣之后即可打開(kāi)中頻電源以 10V/20min的速率升溫化料，同時(shí)打開(kāi)晶轉(zhuǎn)，使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻，待料全部化完，仔細(xì)觀察熔體液流狀態(tài)，調(diào)整功率使熔體溫度在晶體熔點(diǎn)附近并恒溫，并準(zhǔn)備下籽晶。選擇合適的保溫罩，并通過(guò)加蓋不同口徑的氧化鋯環(huán)來(lái)調(diào)整固液界面處以及整個(gè)生長(zhǎng)腔內(nèi)的溫度梯度。 提拉法生長(zhǎng) YAG 晶體的生長(zhǎng)流程如 下 安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 15 頁(yè) 共 46 頁(yè) 具體操作方法如下： （ 1）籽晶的選擇：籽晶的方向以及質(zhì)量直接影響了提拉晶體的質(zhì)量。將稱量好的原料在混料桶中連續(xù)混 12小時(shí)以上，再將混和均勻的原料在液壓機(jī)下壓成 Φ 70 30 mm的料餅，將壓好的料餅放入剛玉坩堝，在空氣氣氛中， 1200℃溫度條件下灼燒約 10小時(shí)，燒結(jié)好的原料應(yīng)放入干燥箱備用。 Ce:YAG晶體原料的準(zhǔn)備 Ce:YAG晶體生長(zhǎng)所用原料為 Y2O Al2O3和 CeO2粉末，原料純度為 %。裝置中銥坩堝尺寸為 Φ 80 80 mm，壁厚 3 mm。 這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)如下： (1) 在生長(zhǎng)的過(guò)程中方便觀察晶體生長(zhǎng)情況 ； (2) 晶體在 坩堝中心 熔體 的 表面生長(zhǎng)，而不與坩堝接觸，這樣能減小晶體的應(yīng) 力 ，并 有效防止坩堝內(nèi)壁 寄生成核 ； (3) 可以使用定向 后的 籽晶和 “ 縮頸 ” 工藝。同時(shí)，緩慢地降低加熱功率，籽晶就逐漸長(zhǎng)粗，小心地調(diào)節(jié)加熱功率，就能得到所需直徑的晶體。很多重要的實(shí)用晶體是用這種方法制備的，近年來(lái)這種方法又取得了幾項(xiàng)重大的改進(jìn)，能夠順利地生長(zhǎng)某些易揮發(fā)的化合物（如 GaP和含Pb的化合物）和特殊形狀的晶體（如八邊形、長(zhǎng) 、漏斗形等各種復(fù)雜形狀的藍(lán)寶石晶體、帶狀硅和氧化物晶 體）。 研究?jī)?nèi)容 1， 探索合適的 Ce:YAG晶體的提拉法生長(zhǎng)工藝，由于 YAG晶體熔點(diǎn)高（約 1970℃），如何選擇合 適的工藝條件，生長(zhǎng)出結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)異的晶體是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一 2， 生長(zhǎng)出 Ce3+離子單摻及 Ce3+與 Gd3+離子共摻雜的 YAG晶體，提高晶體的結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)質(zhì)量 3， 研究 Ce:YAG晶體及 Ce3+與 Gd3+離子雙摻雜的 YAG晶體的光譜性能。 本課題提出一種新型 Ce:YAG晶片發(fā)光結(jié)構(gòu)白光 LED制備技術(shù)路線，其具有 激發(fā) 發(fā)射效率高 ,物化性能穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高，壽命長(zhǎng)、可應(yīng)用于高功率白光 LED,可實(shí)現(xiàn)增加紅色發(fā)光成分和調(diào)諧發(fā)光波段 ,優(yōu)化白光封裝 LED結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。 熒光材料的性能 直接影響白光 LED 的轉(zhuǎn)換效率、光效、色溫、色坐標(biāo)及顯色性。 LED結(jié)構(gòu) 單晶熒光材料的使用可以有效縮減封裝工藝步驟、降低封裝熱阻、提高出光效率、提高器件可靠性。在大功率 LED使用條件下不會(huì)使氧從 YAG晶格中釋放出來(lái)形成氧空位，從而不會(huì)破壞晶格結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量比，不易產(chǎn)生輻照色心；在高溫環(huán)境下不會(huì)影響Ce3+離子在 YAG單晶基質(zhì)中價(jià)態(tài)穩(wěn)定性； Ce:YAG晶體的熱導(dǎo)率為 13W/m/K，環(huán)氧樹(shù)脂的熱導(dǎo)率僅為 ，為環(huán)氧樹(shù)脂的 68倍，因此使用 Ce:YAG晶體可以極大提高散熱性能，降低芯片結(jié)溫，有效解決大功率白光 LED的散熱問(wèn)題，提高 LED性能。而且，在 LED制備過(guò)程中，不存在分布和封裝過(guò)程中出現(xiàn)的發(fā)光離子不均勻現(xiàn)象，可有效解決熒光粉分布及涂覆不均勻的問(wèn)題。釔鋁石榴石分子式為 Y3Al5O12屬于立方晶系，晶格常數(shù)為 nm。但是 Ce:YAG晶體作為閃爍晶體引起人們的注意卻是在 1992年， Moszynski和 Ludziejewski[1011]等人分別于 1994年和 1997年對(duì) Ce:YAG晶體的閃爍性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并指出 Ce:YAG晶體具有優(yōu) 良的閃爍性能。該熒光陶瓷與藍(lán)光芯片組合封裝的白光 LED 器件經(jīng)過(guò)在 110 ℃下老化 600小時(shí)后，光衰僅有 10%，色坐標(biāo)無(wú)明顯變化。相對(duì)于熒光粉來(lái)說(shuō) , 發(fā)光玻璃是一類更重要的熒光材料 , 因?yàn)樗哂泻芏酂晒夥蹮o(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn) , 比如易于形安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁(yè) 共 46 頁(yè) 成各種形狀 ! 價(jià)格低廉 ! 優(yōu)良的透明性等等 . 這將大大降低照明系統(tǒng)的工藝復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本 , 因此 , 發(fā)光玻璃在照明和顯示領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫膽?yīng)用前景 . 同時(shí)稀土離子摻雜白光的玻璃陶瓷材料是一種良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 , 它可望在顯示、顯像、光存儲(chǔ)、紅外激光窗口、紅外探測(cè)器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用 , 同時(shí)這種材料可摻入大量的稀土離子 , 并具有較低的聲 子能量 , 故可期望獲得較高的上轉(zhuǎn)換效率 . Auzel [8]等人首先研究玻璃陶瓷材料中在近紅外光 ( 980 nm) 激發(fā)下 , Yb3+ 離子到 Tm3+ 的能量傳遞而產(chǎn)生的 T m 離子藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光 .1995年，日本科學(xué)家 I Kesue A等 [9][在透明激光陶瓷這一領(lǐng)域取得重要突破。隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展 , 對(duì)熒光粉的性能提出了更高的要求 , 例如 : 高分辨率要求具有較細(xì)的球形顆粒 , 傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備的熒光粉越來(lái)越不能滿足要求 , 近年來(lái)濕化學(xué)法制備高性能熒光粉得到了廣泛的研究 , 同時(shí)熒光粉的發(fā)展也開(kāi)始進(jìn)入了納米化 , 很多學(xué)者 都采用濕化學(xué)方法制備出了納米熒光粉。稀土摻雜 YAG熒光粉是熒光粉中重要的一種 廣泛應(yīng)用于白光 LED的生產(chǎn)制造 ,YAG 作為熒光粉的基質(zhì)材料具有透明度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好、耐高強(qiáng)度輻照和電子轟擊等優(yōu)點(diǎn) 。其不足之處在于顯色性更差。 Ga N基藍(lán)光發(fā)光二極管的選擇不僅要考慮發(fā)光二極管本身的特性 , 還應(yīng)兼顧熒光材料的選擇。通常采用紅、綠、藍(lán)三種顏色的三基色熒光材料進(jìn)行混合。發(fā)光全部來(lái)自發(fā)光二極管 , 相對(duì)成本也比較高。由于發(fā)光全部來(lái)自發(fā)光二極管 , 不需要進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)換 , 因此 , 其能量損失最小 , 效率最高。隨著政府的大力推廣和全球產(chǎn)業(yè)梯次轉(zhuǎn)移，未來(lái)我國(guó) LED將成為市場(chǎng)上最具誘惑力的蛋糕， 2020年整個(gè)大陸 LED產(chǎn)業(yè)值已超過(guò) 1500億美元。我國(guó)白光 LED 發(fā)展 主要受其藍(lán)芯片和紫外芯片的制約，相對(duì)差距很大，其外務(wù)必引進(jìn)昂貴外延設(shè)備與技術(shù)。 我國(guó)政 府對(duì)發(fā)展藍(lán) 光 、白光 LED 高度重視。熒光材料正朝著高穩(wěn)定性、高發(fā)光效率、高色純度等方向發(fā)展，以滿足白光 LED 照明發(fā)展的需要。 目前，獲得白光 LED 最普遍的方法還是藍(lán)光芯片加黃色熒光粉法。 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................30 致謝 ..................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。從而可以有效解決目前 Ce:YAG 熒光粉發(fā)光結(jié)構(gòu)白光 LED 存在的熒光粉激發(fā)效率低，色彩一致性差，光衰大，壽命短等一系列的缺點(diǎn)。 LED 發(fā)展的瓶頸日益凸顯出熒光粉不能滿足現(xiàn)有白光LED 需求及適應(yīng)未來(lái)白光 LED 發(fā)展趨勢(shì)的問(wèn)題。白光 LED 作為第四代照明光源，因具備良好的節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)以及其它一系列的優(yōu)點(diǎn)而被全世界所關(guān)注，各國(guó)都在競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)。然而，由于熒光粉自身性能的局限性，已不能滿足現(xiàn)有白光 LED 的需求及適應(yīng)未來(lái)白光 LED 的發(fā)展趨勢(shì)。目前，對(duì)白光 LED 熒光材料的研究幾乎都集中在熒光粉上 。 指導(dǎo)教師簽字：