白光LED用單一基質鋁酸鹽螢光粉的製備及光譜調控研究

《白光LED用單一基質鋁酸鹽螢光粉的製備及光譜調控研究》是依託湖南師範大學，由張吉林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：白光LED用單一基質鋁酸鹽螢光粉的製備及光譜調控研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張吉林
• 依託單位：湖南師範大學

項目摘要

以Ca3Al2O6為基質，採用高溫固相法合成單摻Ce3+和Ce3+-Tb3+-Mn2+共摻等螢光粉。基於Ca在基質晶格中存在6個不同的格位，本項目立意通過改變合成條件使Ce3+選擇性地進入不同的Ca格位，實現Ce3+激發光譜和發射光譜的調控；來認識單摻Ce3+螢光粉的發光性質與格位取代之間的關係。以添加電荷補償劑、助熔劑和表面處理等方式來有效地提高螢光粉的量子效率。在最佳化了的工藝基礎上，通過共摻雜，根據Ce3+的螢光強度、壽命隨Tb3+或Mn2+濃度的變化，研究能量傳遞機理以及不同格位上Ce3+對傳遞效率的影響，獲得不同格位取代時能量傳遞形式及效率。項目有望確立一種有效的“格位選擇性取代調控螢光粉光譜性質”方法，獲得發光性質與晶體結構、電子結構之間的關聯規律，為開發高性能單基質白光螢光粉提供一種合理思路。本項目屬於發光材料的理論基礎研究和相應的製備科學，對研發新型稀土功能材料具有重要意義。

結題摘要

新一代照明光源——白光發光二極體（LED）已經走進了千家萬戶，但當前市場化的白光LED是藍光晶片與黃色YAG:Ce3+螢光粉組合而成，該組合存在顯色指數不高、使用後期可能偏離白光等問題。開發高效、高熱穩定的單一基質白光螢光粉是解決該問題的一種有效辦法。 項目申請時擬以Ca3Al2O6:Ce3+作為載體，研究提高量子效率和實現單一基質暖白光的方法並總結規律，最後製作白光pc-LED器件。研究進行中發現基質中引入較大半徑的Sr2+能夠提高量子效率，並在Li4SrCa(SiO4)2:Ce3+系列中得到驗證。 主要研究內容及重要結果如下：（1）在Ca3Al2O6: Ce3+/Tb3+/Mn2+螢光粉中發現，共摻Tb3+和Mn2+會因Ce3+不同的發光而出現不一樣的能量傳遞方式和效率。藍光Ca3Al2O6: Ce3+可將Ce3+的激發態能量有效傳遞給Tb3+，但是到Mn2+的能量傳遞效率非常低。而青光Ca3Al2O6: Ce3+則可同時將Ce3+的激發態能量傳遞給Tb3+和Mn2+，並通過調控摻雜濃度實現了白光發射——但此時激發主峰在305 nm，尚無合適的晶片與其匹配。（2）Ca2.5Sr0.5Al2O6:Ce3+螢光粉的發光強於Ca3Al2O6: Ce3+，且通過Ce3+調整濃度可在365 nm附近的近紫外光下發射420 nm或470 nm的光。分別引入Mn2+後實現發光的調控和暖白光發射，顯色指數可達90以上。（3） 在Li4SrCa(SiO4)2:Ce3+中，288 nm激發下的近紫外主導的發光絕對量子效率高達97%，但360 nm激發下的藍光發射量子效率只有82%。通過基質篩選（調整）——Li4Sr1+xCa0.97-x(SiO4)2，增加Sr減少Ca的方式可增強Ce3+的藍光發射。當x = 0.4時，藍光最強，對應365 nm激發下的絕對量子效率提高到了94%，熱穩定性也非常好——200攝氏度時發光強度仍維持室溫強度的95%。最後用最佳螢光粉製作了pc-LED器件，所得暖白光pc-LED的顯色指數高達94，表明該螢光粉具有很好的潛在套用前景。