【摘 要】
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近年来,荧光粉转换白色发光二极管(pc-WLED)在固态照明和液晶显示背光源领域都得到了广泛的应用。对于目前商用固态照明和背光源用荧光粉都存在一定的问题。在LED照明方面,目标是实现类太阳光全光谱照明,因此,单一基质发白光荧光粉和富青光红光的宽带黄色荧光粉备受关注;在液晶显示(LCD)背光源领域,迫切需要开发具有适当峰位和半高宽的新型窄带绿色荧光粉来替代目前商用的b-Si Al ON:Eu2+荧光
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近年来,荧光粉转换白色发光二极管(pc-WLED)在固态照明和液晶显示背光源领域都得到了广泛的应用。对于目前商用固态照明和背光源用荧光粉都存在一定的问题。在LED照明方面,目标是实现类太阳光全光谱照明,因此,单一基质发白光荧光粉和富青光红光的宽带黄色荧光粉备受关注;在液晶显示(LCD)背光源领域,迫切需要开发具有适当峰位和半高宽的新型窄带绿色荧光粉来替代目前商用的b-Si Al ON:Eu2+荧光粉,以实现更广的色域。本研究以稀土离子Eu2+为激活剂,基于LED不同应用领域,研究具有不同发光特性的荧光粉材料,具体研究结果如下:(1)我们以UCr4C4型RbNa3(Li3SiO4)4:Eu2+蓝色荧光粉为起始基质,我们成功地合成了一系列的Rb1+xNa2.97-x(Li3SiO4)4:Eu2+(0.1≤x≤2.5)荧光粉。基于阳离子替代策略,用Rb+取代Na+,使得荧光粉的发光颜色实现从蓝到绿的光色可调。我们证明了Rb+的替代促使Rb1+xNa2.97-x(Li3SiO4)4从四方相到单斜相的相变,使Eu2+离子进入两个新的、类立方体的Rb和Na位点,从而产生绿色发射。随着Rb+含量的不断优化,当Rb+的浓度达到最佳,即浓度为2时,Rb3Na(Li3SiO4)4:3%Eu2+绿色荧光粉与b-Si Al ON:Eu2+荧光粉相比,不仅显示了更适当的峰位(~526 nm)和半高宽(FWHM)(~43 nm),而且还显示了90.2%的高内量子效率(IQE)和卓越的热稳定性(在150°C的积分强度是室温时初始强度的105.7%)。通过使用我们得到的窄带绿色Rb3Na(Li3SiO4)4:3%Eu2+荧光粉、商业红色(K2Si F6:Mn4+)KSF:Mn4+荧光粉和蓝色的In Ga N芯片,制备的WLED器件显示出111.2%National Television Standard Committee(美国国家电视标准委员会,NTSC)的广色域,超过了最近报道的大多数WLED器件的性能。我们认为,UCr4C4型Rb3Na(Li3SiO4)4:3%Eu2+窄带绿色发光荧光粉在广色域全彩液晶显示器件领域具有巨大的潜力,值得进一步研究以实现其全部潜力。(2)选用具有(PO4)3-阴离子基团的Sr3La(PO4)3作为基质材料,使用阴离子基团共替代的策略,用(BO3)3-基团去替代基质结构中的(PO4)3-基团。我们已经成功地合成了一系列Sr3La(PO4)3-x(BO3)x:Eu2+(0≤x≤0.5)荧光粉,其发光颜色的变化可以分为两个阶段,第一个阶段是从蓝色变为白色,第二个阶段是从白色变为黄色。当(BO3)3-未替代(PO4)3-时,样品发射的光谱是一个单独的蓝光发射峰,随着(BO3)3-替代(PO4)3-,在长波处诱导出新的发射峰,当(BO3)3-的浓度为0.1时,两个发射峰的强度相当,我们实现了单一基质发白光。随着(BO3)3-的浓度继续增加,蓝光发射峰的强度逐渐减弱,黄光发射峰的强度不断地增强,当(BO3)3-替代浓度为0.4时,蓝光发射峰完全猝灭,黄光发射峰的强度达到最强,我们最终得到了发射峰位于545 nm半高宽为200 nm的宽带黄色荧光粉。使用我们所制备的Sr3La(PO4)3-x(BO3)x:Eu2+(x=0.1)白色荧光粉制作WLED器件,封装得到显色指数为90,色温为7001.69 K的WLED器件;使用我们所制备的Sr3La(PO4)3-x(BO3)x:Eu2+(x=0.4)黄色荧光粉和商用蓝色荧光粉Ba Mg Al10O17:Eu2+(BAM:Eu2+)的混合物涂覆在365 nm的近紫外LED芯片上制作WLED器件,得到了其显色指数为82.7,色温为4454.8 K的WLED器件。本工作以磷酸盐为基质,采用阴离子基团共替代策略得到了系列发光颜色可调的硼磷酸盐荧光粉。
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