基于YAG结构调控的新型发光材料的设计、合成及光谱剪裁研究

Near ultraviolet (NUV) white light emitting diodes (w-LED) has the advantage like high color rendering and adjustable color temperature over blue chip w-LED. 400-410 nm NUV chip is the current research priorities in LED chip scope. Unfortunately, few phosphors can be excited effectively by 400-410 nm NUV light. In this project, we try to design and synthesize novel inorganic phosphors, which can be excited effectively by 400-410 nm NUV light, based on the atoms substitution of YAG:Ce with Hf4+, Sc3+, Zr4+, F- and so on. Then, under NUV light excitation, obtain trichromatic phosphors with better color rendering or single matrix white light materials by energy transfer. Finally, illustrate the luminescence mechanism by defining the effect of surrounding environment of luminescence center and photoluminescence properties. The results will provide not only a comprehensive understanding between host and photoluminescence, but also a new train of thought and theoretical basis for the design and development of new luminescence materials.

近紫外激发的白光发光二极管(w-LED)较蓝光激发的w-LED具有显色性高、色温可调等优势，其中，技术较成熟的长波长近紫外（400-410 nm）芯片是当前的研究重点。但可被该波段有效激发的发光材料较少。本项目拟从石榴石结构入手，以电负性较小的阳离子如Hf4+、Sc3+、Zr4+组成的阴离子配位基团和离子性较强的F-取代典型石榴石结构发光材料YAG:Ce中的原子为切入点，设计合成新型石榴石及其衍生结构发光材料，以期获得可被400-410 nm近紫外光有效激发的发光材料；其次，在近紫外光激发下，构建适合的能量传递，获得色纯度好的三基色或单一基质白光发光材料；最后，揭示该结构中发光中心周围环境对发光性能的影响机制，阐明发光机理。本项目有助于进一步认识基质组分与发光性能的关系，并可为新型发光材料的设计与研发提供思路和理论依据。

近紫外光激发的白光发光二极管(w-LED)具有显色性高、色温可调等优势，是近年来LED领域的研究热点。芯片和荧光粉复合获取白光是目前最经济有效的办法。因此开发可被近紫外光有效激发并发射高效可见光的发光材料具有重要的意义。本项目主要围绕近紫外w-LED用石榴石结构发光材料的设计与制备、能量传递途径的构建和能量传递机制的研究、发光中心周围环境对材料发光性能的影响、发光材料在LED器件中的性能研究四个部分开展研究工作，取得的研究成果如下：1）新型石榴石结构发光材料的设计合成及发光性能研究：设计合成了Ca2GdZr2Al3O12:RE3+ (RE3+ =Eu，Sm，Pr，Dy，Tb)和Ca1.5Y1.5Al3.5Si1.5O12:Ce3+两类新型石榴石结构发光材料，研究了稀土离子掺杂后的发光性能，并对Ca1.5Y1.5Al3.5Si1.5O12:Ce3+发光材料进行了LED器件封装测试。2）能量传递途径的构建和能量传递机制的研究：合成了钙钛矿结构CaHfO3和磷灰石结构Ca9La(PO4)5SiO4F2化合物，通过构建合适的能量传递途径，在单一基质中实现了颜色可调，并研究了其中的能量传递机制。3）基质组成对发光材料形貌和发光性能的影响：在NaLa(WxMo1-xO4)2:Eu3+、K(Sr，Ba)BP2O8:Eu3+和Ba3(Si，Al)6O12N2:Eu2+发光材料中，通过调整基质组成，研究了基质组成对发光材料形貌和发光性能的影响，进而探讨了发光中心周围环境对发光材料发光性能的影响。本项目首先在新型发光材料的设计、合成和发光性能方面提供了大量的实验数据，其次为进一步认识基质组分与发光性能的关系提供了一定的理论参考。