基于三角形坐标系的铝石榴石型荧光粉的光谱调控

Cerium-doped Yttrium Aluminium garnet phosphors (YAG: Ce) combining with the blue lighting emitting device (LED) chip can produce a composite white light. However, the quality of the composite white light has been not satisfactory due to the limited white hue tunability and the color rendering index (CRI). In order to meet the requirement of LED chips with different wavelength band, and regulate the hue of white LED for improving the CRI, we will construct the investigative system of REAG: Ce（RE=Lu, Y, Tb）based on the triangular coordinate system, make up the three-dimensional graphic system, further clarify the influences of size and combination of ions on the crystal-field, nephelauxetic effect and Stokes shift, and control the emitting and exciting spectra of Yttrium Aluminium garnet phosphors. In this project, three aspects are mainly focused on:. (1) To investigate the effects of preparation technology on the crystal phases, morphologies, diameters, spectra, quantum efficiencies and afterglows of LuAG, YAG and TAG phosphors;. (2) To discuss the impacts of varying diameter of ions located in dodecahedral site on spectrum shifts of (Lu, Y)AG,(Y, Tb)AG and (Tb, Lu)AG phosphors;. (3) To study the effects of the interaction of ions located in dodecahedral site on spectrum shifts of (Lu, Y, Tb)AG phosphors.

铈掺杂钇铝石榴石型荧光粉（YAG: Ce）与蓝光LED芯片结合产生的复合白光，存在色度可调节性差，显色指数（CRI）低等缺点。本项目拟构建基于三角形坐标系的REAG: Ce（RE=Lu, Y, Tb）荧光粉的研究体系，建立基质组分与发光性能关联的三维图示体系，进一步阐明离子直径大小和不同组合对晶体场、电子云重排效应、Stokes位移等的影响规律，实现对铝石榴石型荧光粉激发和发射光谱的调控，以满足不同波段芯片的要求，调节所制备的白光LED的色度，提高其显色指数，内容包括：（1）研究LuAG、YAG和TAG荧光粉的制备工艺对荧光粉的物相、形貌、粒径以及光谱、量子效率和余辉等性能的影响；（2）研究(Lu, Y)AG、(Y, Tb)AG和(Tb, Lu)AG荧光粉中十二面体中心离子变化对光谱偏移的影响;（3）研究(Lu, Y, Tb)AG荧光粉中十二面体中心离子的交互作用对光谱偏移的影响。

铈掺杂钇铝石榴石型荧光粉（YAG: Ce）与蓝光LED芯片结合产生的复合白光，存在色度可调节性差，显色指数（CRI）低等缺点。本项目构建了基于三角形坐标系的REAG: Ce（RE=Lu,Y, Tb）荧光粉的研究体系，建立了基质组分与发光性能关联的三维图示体系，研究Tb/Y/Lu比例对铝石榴石型荧光粉物相、形貌、发光性能的影响，探索热稳定性的增强机制，实现了铝石榴石型荧光粉激发和发射光谱的调控，以满足不同波段芯片的要求，调节所制备的白光LED的色度，提高其显色指数。主要研究结果包括: .（1）阐明了离子直径大小和不同组合对REAG: Ce（RE=Lu,Y, Tb）荧光粉的发光性能的影响规律。Y3+和Tb3+的掺入会使LuAG: Ce3+荧光粉发射光谱从506 nm红移到540 nm，发光强度下降80%；Y3+和Lu3+的掺入会使TAG: Ce3+荧光粉发射光谱蓝移从544 nm蓝移到537 nm，发光强度增大；Tb3+和Lu3+的掺杂使得YAG: Ce3+荧光粉发射光谱从532nm红移到537 nm，发光强度呈先减小后增大趋势；Tb3+离子的掺杂使(Y0.33Lu0.67)2.9Al5O12:Ce3+荧光粉的发射光谱从528 nm红移到543 nm，发光强度降低；Y3+的掺杂使(Tb0.67Lu0.33)2.9Al5O12:Ce3+荧光粉光谱从543nm蓝移到517 nm，发射增强；Y3+掺入(Tb0.33Lu0.67)2.9Al5O12:Ce3+荧光粉后，其发射光谱从535 nm红移到541 nm，发光强度降低。.（2）建立了(YxTbyLu1-x-y)2.9Al5O12:Ce3+发射光波长与组分的三维图谱。通过调节Y/Tb/Lu的比例，可以使铝石榴石型荧光粉的发射波长和发光强度在三角形区域内进行调控。发现Y3+和Lu3+共掺杂可有效提高TAG: Ce3+荧光粉的热稳定性，(Y0.17Tb0.33Lu0.5)2.9Al5O12:Ce3+荧光粉的热稳定性比TAG: Ce3+提高7%。采用450 nm蓝光芯片涂覆(Y0.17Tb0.33Lu0.5)2.9Al5O12: Ce3+荧光粉封装的白光LED，其色坐标为（0.3283，0.3250），显色指数为77.5（YAG: Ce3+为72.9），是一种潜在的白光LED用黄色荧光粉。