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Eu~(2+)掺杂UCr_4C_4型硅酸盐发光材料的结构设计与发光性能研究

赵鸣  
【摘要】:以白光发光二极管(LED)为基础的半导体照明和液晶背光源显示技术已经覆盖了社会的各个领域,与人们的生产生活紧密联系在一起。近年来,人们对白光LED光源及相关器件的品质化需求一直在不断提升,并推进了LED应用相关材料与器件领域的基础研究深度和广度。在LED照明领域,全光谱照明是目前的研究热点,青色荧光粉和单一基质白光荧光粉备受关注;在LED背光源显示领域,亟待开发窄带绿色荧光粉满足广色域显示的需求。本研究以UCr4C4为结构原型,基于不同的LED应用导向,致力于研发发光特性差异化的高性能稀土荧光粉,具体分为以下几个方面:(1)设计合成了一种UCr4C4型窄带青色荧光粉NaK(Li3SiO4)2:Eu2+。该荧光粉在蓝光LED芯片激发下,呈现486 nm的青光发射,半峰宽为20.7 nm。研究发现,窄带发射归因于高致密的刚性结构和高对称性的阳离子格位。通过填补白光LED器件中蓝光和黄光谱带之间的青光缺失,该荧光粉可将白光LED的显色指数从86提升至接近全光谱照明的95.2。进一步通过阳离子取代策略,实现了窄带青色荧光粉MNa2K(Li3SiO4)4:Eu2+(M=Rb、Cs)的光色精细调控,阐明了这两种荧光粉发光峰位的归属,讨论了碱金属离子变化对发光性能和热猝灭行为的影响。(2)设计合成了一种发光热稳定性优异的UCr4C4型窄带绿色荧光粉RbLi(Li3SiO4)2:Eu2+。在蓝光激发下,该荧光粉呈现峰值为530 nm的绿光发射,半峰宽为42 nm,优于商品化窄带绿色荧光粉β-SiAlON。以RbLi(Li3SiO4)2:Eu2+作为绿色组元,可封装得到高流明效率(97.28 1m·W-1)、广色域(107%NTSC)的白光LED背光源器件。为了提升其稳定性,还提出了一种结合原子层沉积Al2O3和十八烷基三甲氧基硅烷疏水改性的表面处理方案,构建了双壳保护层,可以显著提升RbLi(Li3SiO4)2:Eu2+的耐湿性能。(3)设计合成了 UCr4C4型单一基质白光荧光粉NaLi3Si1-xO4:Eu2+(0.15 ≤x≤0.25)。NaLi3SiO4:Eu2+呈现 469 nm 的窄带蓝光发射(FWHM=33 nm),而Si含量减少15-25%的样品呈现白光发射,发射峰位于472 nm(FWHM=40.5 nm)和585 nm(FWHM=162 nm)。研究发现,窄带蓝光发射归因于位于高对称性Na格位Eu2+的5d→4f跃迁,而宽带黄光发射来自缺陷诱导的电荷迁移发射,并具有斯托克斯位移大、寿命长等特征。该白光荧光粉可制作单组分白光LED器件,其显色指数为82.9。


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