【摘 要】
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荧光粉转换的发光二极管（Phosphor converted light-emitting diode简写为pc-LED）技术的发展极大地推动了绿色固态照明、显示行业。随着对可见光区域应用的研究,深红色和近红外光源的应用引起各专业和商业界的广泛瞩目,可以应用在植物照明、治疗物理疾病、汽车传感器以及生物无损检测等技术领域中。过渡金属Cr3+离子掺杂材料的发光容易受晶体场环境的调控,通常发深红色或近红
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荧光粉转换的发光二极管（Phosphor converted light-emitting diode简写为pc-LED）技术的发展极大地推动了绿色固态照明、显示行业。随着对可见光区域应用的研究,深红色和近红外光源的应用引起各专业和商业界的广泛瞩目,可以应用在植物照明、治疗物理疾病、汽车传感器以及生物无损检测等技术领域中。过渡金属Cr3+离子掺杂材料的发光容易受晶体场环境的调控,通常发深红色或近红外光,成为潜在的候选材料。相比氟化物、硫化物等化合物,氧化物体系因其相对稳定的物理化学特性迅速成为首选的研究体系之一。此外,由于LED器件正常工作时的温度将会达到150℃,荧光材料的发光强度会因高温产生发光热猝灭现象。因此,研究Cr3+掺杂氧化物的光致发光性质以及温度依赖发光特性对pc-LED器件的应用具有实用意义。本文以高温固相法制备了三种荧光粉,并通过X射线粉末衍射、X射线光电子能谱和电子顺磁共振等手段对材料的结构特性进行表征后,研究其光致发光和温度依赖的发光特性,主要内容如下:深红色氧化物荧光粉ZnGa2O4:Cr3+呈现~2E→~4A2的自旋禁戒跃迁发射即R线。由于ZnGa2O4基质晶体结构发生畸变,~2E能级劈裂为~2E（ē）和~2E（2ā）两个能级,R线分为R1和R2线。根据ZnGa2O4:Cr3+在140-440 K范围内的发光衰减曲线计算出寿命从5.83 ms变化到2.16 ms。同时,样品基于寿命的相对灵敏度随温度上升逐渐增大,在400 K时达到最大值0.582%K-1。新型Lu2Ca Al4Ge O12:Cr3+氧化物荧光粉呈现深红色发光。在激发谱中可以观察到400-500nm的宽激发带,表明其与蓝色芯片可以相匹配。在428 nm光激发下,该荧光粉展现出Cr3+离子的R线发射~2E→~4A2和宽带发射~4T2→~4A2的混合带。通过在300-620 K温度范围内研究的发光热稳定性显示,该荧光粉的整体发射强度在420 K时仍可达初始室温下的109%,这源于电子在~2E和~4T2能级间的热激活再布居,且在620 K时继续保持在81.4%左右。近红外荧光粉Al6Ge2O13:Cr3+呈现600-1000 nm的近红外宽带发射。在420 K时,Al6Ge2O13:3%Cr3+的整体发射强度可维持300 K时的81%,表明其具有良好的发光热稳定性。最终将该荧光粉与430 nm蓝光芯片结合制备成近红外pc-LED器件,在电致发光光谱中显示出峰值位置780 nm、半高宽160 nm的光谱,同时电流为300 m A时近红外输出功率为81.7m W,内量子效率达到72.84%。
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