基于余辉性能调控与持续能量传递制备新型红色交流LED发光材料

Using the phosphors with long luminescence decay life to resolve the stroboflash of LED device driven by alternating current is a new method to prepare white AC LEDs. As a key component of the device, the luminescence properties of phosphors determine the performances of the lamp. Up to date, efficient red AC LED phosphors are still rare and the lack of red light component in AC LEDs lead to its high color temperature and low color-rendering index, which restricts its applications in many fileds . The purpose of this study is to prepare new red AC LED phosphors based on persistent energy between luminescent centers. First, a blue AC LED phoshor will be prepared by modifying the defects levels in the phosphor to control its luminescnce decay life. And then a red-emitting ion will be chosen as a second activator and incorporated into the phosphor to convert the blue light emissions to red ones through persistent energy transfer. The influences of crystal structure and defects on the luminescence decay time as well as the mechanism of persistent energy transfer will be investigated in detail, the results of which will help to develop a new method of designing novel AC LED phosphors.

以材料的长寿命发光弥补交流电周期变化引起的发光频闪，从而获得持续稳定的白光是我们提出的一种新的交流LED白光解决方案。作为该技术的核心，发光材料的性能直接决定了发光装置的品质。目前，可用以此技术的红光交流LED发光材料还比较匮乏。红光组分的缺失影响了光源品质的提高。针对于此，在本项目我们拟开展新型红光交流LED发光材料的研发工作。在选择适宜的发光离子与基质的基础上，通过调控材料的组成和结构控制材料的激发、发射光谱的能量分布，实现材料对氮化镓芯片发光的高效吸收。通过引入共掺杂离子调节材料内部缺陷控制材料的发光寿命在5-20 ms。再引入红光发光离子，利用发光中心间的持续能量传递制备红光交流LED用发光材料。研究材料的发光效率与发光寿命与材料基质组成，缺陷结构之间的关系，揭示材料发光寿命调控与发光中心间持续能量传递的机理，探索一种基于缺陷调控与能量传递制备交流LED发光材料的新方法。

半导体照明（LED）以其高效、节能、环保等优势被誉为第四代技术。交流LED以发光材料的长寿命发光弥补交流电周期变化引起的发光频闪进而获得持续稳定的白光，与直流LED相比，具有结构简单、成本低、效率高、使用寿长等优点。作为交流LED的核心，发光材料的性能直接决定了发光装置的品质。目前，可用以此技术的红光交流LED发光材料还比较匮乏。红光组分的缺失影响了光源品质的提高。针对于此，在本项目开展了新型红光交流LED发光材料的研发工作。在选择适宜的发光离子与基质的基础上，通过调控材料的组成和结构控制材料的激发、发射光谱的能量分布，实现材料对LED芯片发光的高效吸收和光谱的合理分布；通过改变基质组成计量比和引入共掺杂离子调节材料内部缺陷控制材料的余辉发光寿命，制备出了一系列红光或者光谱中含有红光组分的交流LED用磷酸盐、硅酸盐和锗酸盐余辉发光材料。研究材料了的发光效率与发光寿命与材料基质组成、缺陷结构之间的关系，探索了一种基于缺陷调控与光谱调控制备交流LED用发光材料的新方法。研究发现，在磷酸盐如材料如Sr9Mg1.5(PO4)7中，通过控制稀土离子Eu3+的配位环境和其占据阳离子格位的数量可实现其长波长发光和高热稳定性；在具有多种阳离子格位的基质如KGaGeO4中通过控制Bi3+发光离子的占位能够实现发光及余辉颜色的可调；在三价稀土离子掺杂的二价金属离子盐如Zn2P2O7中通过掺杂电荷补偿剂和助溶剂可增强材料光致发光效率，并修饰缺陷结构增强电荷俘获能力，调控余辉初始亮度和衰减趋势，控制余辉寿命；在二价稀土离子掺杂的含氧酸盐如BaSiO3中，通过掺杂多种三价稀土离子不等价取代基质阳离子，利用取代离子和被取代离子电负性差异调节陷阱深度，能够有效控制俘获电荷的密度和释放速度，调控材料的余辉寿命。研究成果发光SCI索引学术论文7篇，申请发明专利1项。