新型交流LED用单一基质短余辉硅酸盐荧光粉的结构调控发光行为研究

In view of the traditional power supply mode is alternating current, the LED lights will flashing because of optical valley. This research intends to develop technology and theory of short afterglow single phase silicate phosphors used for alternating current LED. Via materials design and synthesis methods exploration, the morphology, particle size and optical properties of powder can be controlled, the role of the each elements and group in single phase silicate luminescent material under ultraviolet excitation can be clarified, draw from the structure features and spectral characteristics of afterglow silicate, analysis the luminescence behavior by structure regulate and control in single silicate. Combine the simulation calculation the energy transfer or secondary excitation between rare earth ions and internal defects movement in luminescent material will be studied， short afterglow mechanism of silicates phosphors will be establish. This put forward a new idea to solve the LED flash by phosphor control afterglow technology, which can protect eyes if it applied in lighting products. This research is provide a green approach in save power resources, reduces the cost of lamps and expanded the application of phosphors in the field of environment protection. In addition, it has great significance to resolve the increasingly serious problem of lacking energy and improves the LED Life.

由于传统供电模式为交流电，电流周期变化时存在光谷，LED在点亮时会产生频闪，为解决此问题，项目旨在制备交流LED的新型单一基质短余辉硅酸盐荧光粉并研究其结构调控发光的技术和原理。通过材料结构设计和合成方法的探索，调控荧光粉的微结构、形貌、粒径和发光行为，阐明紫外激发下单一基质硅酸盐发光材料中各元素及基团的作用，得出具有余辉的硅酸盐的结构特点和光谱特性，研究单一基质短余辉硅酸盐的结构调控发光行为。结合计算模拟的方法研究稀土离子发生的能量传递、二次激发以及发光材料结构内部缺陷的运动，确立硅酸盐荧光粉的短余辉机理，为新型交流LED发光材料的设计合成提供科学依据。采用荧光粉控制余辉技术解决LED频闪问题，应用到照明产品中可大大保护眼睛。本项目对于扩展LED荧光粉在环保领域的应用，节省电力资源和降低灯具成本方面提供绿色方法，对于解决我国能源缺乏问题和提高LED寿命等方面有重要意义。

本课题在稀土掺杂LED用荧光粉制备、特性研究及理论计算等方面都取得了较好的研究进展和成果。研究了Sr3SiO5:Eu2+,Sm3+，Sr3SiO5:Eu2+,Tm3+，Sr2SiO4:Eu2+,La3+, Sr2SiO4:Eu2+,Gd3+,Ca3Si2O7:Eu2+,Sm2+, SrCaAl2O4S:Eu2+,Dy3+,Tm3+，Ca2SiAl3O4N3:Eu2+,Dy3+，Sr4Al2SiO9: Eu2+, Dy3+，Ca2xAlMg0.5Si1.5O7:xCe3+等荧光粉的发光特性、温度稳定性和相关理论工作；研究表明，直流LED发光材料大多采用具有允许4f-5d跃迁的Eu2+、Ce3+等离子作为激活离子，4f-5d跃迁离子的衰减寿命通常为纳秒量级，因此无法解决LED的频闪问题，而f-f禁戒或部分禁戒跃迁离子（Eu3+、Sm3+、Mn2+、Tb3+等）荧光寿命通常为μs-ms 量级，有望得到衰减寿命为20-30ms的荧光粉，从根本上解决频闪问题；因此我们通过变化合适组分的方法和共掺杂f-f禁戒或部分禁戒跃迁离子Sm3+引入浅陷阱能级，构筑恰当的能量传递途径，得到了发光亮度优于单掺杂的Sr3SiO5:Eu2+以及共掺杂的Sr3SiO5:Eu2+,Sm3+和Sr2SiO4:Eu2+,Sm3+荧光粉，结合长余辉荧光粉和LED荧光粉的优点，制备了二次激发型荧光粉SrCaAl2O4S:Eu2+,Dy3+,Tm3+，Ca2SiAl3O4N3:Eu2+,Dy3+，Sr4Al2SiO9: Eu2+, Dy3+，其中Sr3SiO5:Eu2+,Sm3+和Sr2SiO4:Eu2+,Sm3+分别呈现高亮度的橙色发光和绿色发光，发光亮度为商用黄色荧光粉亮度的80%以上，外量子效率达68.7%，结合Blasse的浓度淬灭方法及Dexter积分方法，探讨了其中的能量传递机理，研究了离子之间的相互作用方式，提出了二次激发的概念，延长了余辉时间，利用稀土掺杂浓度控制能量传递实现近紫外光激发下的荧光粉白光的调控，使之有潜力应用于交流LED荧光粉。课题进展三年期间参加国际会议1人次，国内会议2次，与俄罗斯托木斯克理工大学初步达成了研究合作协议，相关研究工作在国际期刊上已发表12篇SCI文章(其中二区3篇)，待发表SCI文章3篇，授权国家发明专利6项，培养高级职称人员2人，硕士2人，超额完成项目指标。