的应用研究;光信息科学与技术;张冉;XXXX年

安徽工业大学本科毕业设计（论文）二0一二年六月专业光信息科学与技术班级081班姓名张冉学号089084029指导教师校内：刘海莲校外：董永军安徽工业大学光信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）1安徽工业大学本科毕业设计(论文)任务书课题名称Ce:YAG(铈铝石榴石)晶体生长及在LED中的应用研究学院数理学院专业班级光信息科学与技术081班姓名张冉学号089084029毕业设计(论文)的主要内容及要求：主要内容：白光LED被广泛应用于通用照明和背光源等领域。目前商品化的白光LED主要由蓝光芯片与黄光荧光粉组合而成，但依然存在着效率低，均匀性差，光衰大，寿命短，物化性能差等缺点。本论文要提出一种不同的材料来取代目前商用的荧光粉来制备白光LED。并采用X射线衍射技术、吸收和荧光光谱分析、光色电性能测试等手段来研究晶体的光学性能。要求：1.具有查阅相关文献的能力；2.学会光谱分析的相关知识。指导教师签字：安徽工业大学光信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）2Ce:YAG(铈铝石榴石)晶体生长及在LED中的应用研究光信息科学与技术张冉089084029指导教师：刘海莲讲师摘要白光LED（WhiteLightEmittingDiode，W-LED）具备固体化、体积小、发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快和环保等优点，被广泛应用于通用照明和背光源等领域。目前商品化的白光LED主要由蓝光芯片与黄光荧光粉组合而成，蓝光芯片发射的蓝光与荧光粉被蓝光激发而发射的黄光混合生成白光。商业化的荧光粉虽然取得了巨大的成功，但依然存在着效率低，均匀性差，光衰大，寿命短，物化性能差等缺点，严重影响白光LED的性能。本论文提出通过采用Ce:YAG单晶荧光材料来取代目前商用的荧光粉来制备白光LED。采用提拉法生长出了Φ40×120mm的高质量Ce:YAG晶体。采用X射线衍射技术，吸收和荧光光谱分析，光色电性能测试等手段分别研究了晶体的光学性能。结果如下：通过吸收光谱分析可知，晶体在460nm处有较强烈的吸收，这与发光中心为460±15nm的GaN蓝光芯片相匹配。通过荧光光谱分析得出，晶体能够被460nm的蓝光激发，发射出波长范围为480-650nm的光，并分析了荧光发射的起因。测试了3个样品制备的白光LED的光色电性能，考察晶片厚度，工作电流的大小对发光的影响。结果显示3个白光LED样品都能够发射出白光。晶片厚度越大，LED的发光效率越强，相关色温越低，但显色指数也随之降低；工作电流越大，蓝光芯片的发光效率越低，相应的白光LED的发光效率也随之降低。由于Ce3+离子的掺杂浓度偏高，使得3组样品均出现芯片蓝光被大量吸收，剩余蓝光不足，蓝光与晶片黄光的比例失衡，白光显色性能不够理想，这需要在下一步实验中进行改进。关键词：白光LED，Ce:YAG，荧光，光电性能安徽工业大学光信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）3PREPARATIONANDCHARACTERISTICSOFNEWLYDEVELOPEDCE:YAGSINGLECRYSTALPHOSPHORSFORWHITE-LEDABSTRACTWhitelightemittingdiodes(W-LED)arewidelyusedincommonlightingandbacklightingareaswithmanyadvantagesofsolidification,smallsize,lowheat,lowpowerconsumption,longlife,fastresponse,andenvironmentalfriendly,etc.Atpresent,ThecommercialW-LEDsaremainlyassembledbyabluechipandphosphorwithyellow,Bluechipemitbluelightandphosphoremityellowlight,theselightmixandgeneratewhitelight.Commercialphosphorhasgottenhugesuccessful,butthephosphorofwhiteLEDalsohasmanyshortagesoflowefficiency,pooruniformity,largelightdecline,shortlife,andpoorphysicalandchemicalcharacteristics,etc.TheseinfluencetheW-LEDperformanceseriously.InordertoimprovetheshortageofphosphorusedforwhiteLED，singlecrystalsphosphorisstudiedasasubstitute.singlecrystalsweregrownbyCzochralski(CZ)method,andtheluminescencepropertiesofthecrystalsandtheW-LEDswerestudiedbymeansofabsorption,emissionandexcitationspectra,electroluminescencespectra,colorrenderingindex(CRI),correlatedcolortemperature(Tc),luminousefficiency,etc.Theresultsareasfollows:theXRDspectrumsofthecrystalsareconsistentwiththeJCPDSNo.33-0040.Theyallabsorbbluelightwithcenteremissionwavelengthof460nm;itmatcheswithGaNbluechipwithcenteremissionwavelengthof460±15nm.Thebroademissionbandofthecrystalchipsrangefrom480-650nm,wereproducedwithbluelightexcitation.Thereasonofthefluorescenceemissionisinvestigated.Wehavetestedthelightcolorelectricityperformance,thechipthickness,andtheinfluenceofoperatingcurrentsizetotheilluminationofthewhitelightLEDwhichconsistoffivecrystalsample.TheresultshowedthatfivekindsofwhitelightLEDcanproducethewhitelight.Thebiggerofchipthickness,thestrongerofluminous安徽工业大学光信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）4efficiencyofLED,thelowerofrelatedcolortemperature,butthecoloredindexisreduce;Thebiggerofoperatingcurrent,thelowerofluminousefficiencyofbluelightchip,butthecorrespondingluminousefficiencyofwhitelightLEDisreduce.Thechipofbluelighthavebeenabsorbedmassively,thesurplusbluelightisinsufficient,theproportionofbluelightandthechipofyellowlightisunbalanced,andthewhitelightcoloredperformanceisnotveryidealduetothedensityofdopingCe3+ionishigh.Furtherworktobetterimprovethatparameterisstillunderway.KEYWORDS：WhiteLED，Ce:YAG，Luminescence，Electroluminescenceperformance安徽工业大学光信息科学与技术专业本科毕业设计（论文）5目录摘要..............................................................................................................................2ABSTRACT...................................................................................................................3第一章绪论................................................................................................................71.1引言.................................................................................................................71.2白光LED的研究现状...................................................................................81.2.1白光LED的发展.................................................................................81.2.2LED的基本参数.................................................................................101.2.3单晶荧光材料相对于荧光粉的优势..................................................141.3Ce:YAG晶体的研究现状............................................................................181.3.1Ce:YAG晶体的结构和性能.............................................................181.3.2Ce:YAG晶体的发展概况.................................................................201.4本论文的研究目的、内容及意义...............................................................201.4.1研究的目的及意义............................................................................201.4.2研究内容............................................................................................21第二章实验方法及测试表征手段............................................................................222.1.1提拉法晶体的生