白光LED用新型碳二亚胺荧光粉的研究

Because of high efficiency,long lifetime, Hg-free, the white LED has been used to substitute incandescent lamp and fluorescent lamp.In this project, we use carbodiimide with the chemical formular A2Ln2M(CN2)5和Ln2M2(CN2)5 containing [NCN] group as the phosphor matrix, doping rare earth and/or transition metal with outer 5d energy level, owing to alkaline earth metal and rare earth ions coordinate directly with quite strong covalent NCN anion group, such structure would affect the energy level split of outer 5d orbit of doped ions, leading to affect excitation and emission band,therefore, excitation and emission bands would be tuned by varying host lattice and activators. The dominating contents as following: :(1)Investigating the effect of activator, host lattice and its crystal structure on optic properties of host lattice and photoluminescence characteristics of phosphors;(2)Studing the effect of CN2 group on the photoluminescence characteristics by the dependence of temperature on photoluminescence and energy band stucture calculating;(3)Investigating the effect of cooperation of codoping activators on the photoluminescence;(4)Packaging to white LEDs and Estimating their luminous efficacy, correlated color temperature and color rendering index.

白光LED由于高效、长寿命、无汞污染等已逐步取代白炽灯和节能荧光灯,所用荧光粉对发光 性能有决定性的影响。本项目以具有优异化学稳定性的含[NCN]基团的化学式为A2Ln2M(CN2)5 和Ln2M2(CN2)5(其中,A=Li,Na;Ln=Y,La,Gd;M=Ca,Sr)的碳二亚胺化合物为荧光粉基质组成,以外层含5d电子的稀土离子和过渡金属离子作为激活剂,由于此体系中碱土金属离子和稀土离子与具有强共价性的[NCN]2-基团相连接,将通过电子云膨胀效应影响外层5d能级劈裂,可获得具有激发和发射光谱可调的新型白光LED用荧光粉。主要研究内容包括: (1)研究激活剂及基质组成对晶体结构和发光性质的影响;(2)通过发光的温度关系、能带 结构计算[NCN]2-基团对发光性质及热猝灭性能的影响;(3)研究共掺杂时激活剂间的相互作 用对发光性质的影响;(4)封装成白光LED进行光效、色温和显色指数评估。

白光LED由于具有节能、可调节、全固态等优势已经得到广泛的应用，成为主要的照明光源，其采用LED芯片复合荧光粉的方式制备白光。本项目提出采用具有高共价性结构的含碳二亚胺基团的化合物作为荧光粉基质组成，计算了该基质组成的能带结构和态密度，研究了稀土离子掺杂的不同稀土含碳二亚胺基团的荧光粉的组成、制备工艺对发光性质的影响。结果表明，Li2Gd2Sr(CN2)5为间接带隙结构，其能带宽度3.2eV，能带宽度较低，因而不适合三价稀土离子作为发光中心，制备的样品也仅Eu2+掺杂的样品表现出峰值610nm的宽带发光。不含Li的Gd2Sr2(CN2)5化合物也为间接带隙结构，具有较宽的4.78eV的带隙，是理想的荧光粉基质组成。通过高温固相反应法在不同条件下制备了Eu、Tb、Ce、Mn等掺杂Ln2Sr2(CN2)5（Ln=Y，La，Gd）样品，除Mn掺杂的样品未表现出发光性之外，稀土离子掺杂的样品均表现出在紫外光激发下的特征发光。由于不可避免地会引入O原子，使得产物中存在Ln2O2CN2相，以致于Eu掺杂的样品呈现出Eu2+宽发射带和Eu3+的特征窄发射带。研究了O含量对发光性质的影响，O在晶体中会引入陷阱中心，造成样品的发光效率较低（小于20%），使其不能满足LED应用。相应地，如果能在制备过程中排除O的引入，即可能得到较高发光效率的荧光粉。研究了稀土离子掺杂的Ln2O2CN2上转换和下转换荧光粉，通过Eu、Tb离子的浓度变化，研究了Eu、Tb之间的能量传递过程，得到了发光颜色从红色到绿色可调的荧光粉，使得该种荧光粉可作为紫外芯片激发的红和绿色荧光粉。通过掺杂Er、Yb离子，该基质组成也具有较强的上转换发光特征，研究了上转换发光机理。在得不到纯相目标荧光粉的情况下，通过研究作为原料的铕掺杂碱土碳二亚胺化物的制备和发光特性，从而研究含碳二亚胺化物的热猝灭性能，由于碳二亚胺基团双键的柔性使其热猝灭性能较差，不适合作为大功率LED荧光粉使用。