LED用荧光粉的制备与发光机制研究

The existed phosphor for LED is only outstanding in certain aspect, therefore exploration of the new luminous powder and the enhancement of present material's performance become a hot spot. The applicant discovered one new borate illumination crystal material. The growth technique for the material is simple, and the cost is low, so, this superiority can satisfy the massive demands on luminous powder in illumination field. In view of its illumination characteristic, this project proposes the exploration of the new borate luminescent material, and studies the rare earth borate crystal illumination mechanism thoroughly, optimizes the material through the doping modification, enhances its performance comprehensively. Mainly we will use the high temperature solid phase response to synthesis borate luminescent material, and study this new borate's fluorescent characteristic, and study the illumination and the crystal structure, the electronic structure and the rare earth ion's ground state and the excited state energy level structure relations thoroughly; based on the illumination mechanism research, choose the appropriate rare earth ion and carry on the exchange doping, to realize the performance optimization, make it become the performance outstanding luminescent material. This research will excavate new borate luminescent material, and rich the application of borate system, may deepen the illumination mechanism understanding of rare earth multi-borate. It will provide the new mentality for the development of new borate luminescent material research.

已有LED荧光粉只在某些方面性能表现优异，因此探索新型荧光粉及提高已有荧光粉性能成为该材料领域热点。申请者在硼酸盐中发现一种新型发光晶体材料，具有生长工艺简单，成本低等优势，有望满足发光领域对荧光粉的大量需求。针对其发光特点，本项目提出改良和探索新的硼酸盐发光材料，深入研究稀土硼酸盐晶体发光机理，通过掺杂改性或工艺优化，全面提高其性能。主要采用高温固相反应法合成硼酸盐发光材料，研究该新型硼酸盐发光特性，深入研究发光与晶体结构、电子结构及稀土离子的基态及激发态能级结构的关系；在发光机理研究基础上，选择合适稀土离子进行互换掺杂，实现性能优化，使其成为综合性能优异的发光材料。该研究有望挖掘新型硼酸盐发光材料，丰富硼酸盐体系应用，可加深对稀土多硼酸盐发光机制的理解，为拓展新型硼酸盐发光材料研究提供新思路

LED 照明光源与白炽灯、荧光灯相比具有使用寿命长、效率高、抗恶劣环境、光谱范围宽、绿色环保无污染、节能、安全、显色性好、无频闪和体积小等优点。目前白光 LED 仍面临着整体价格较高、单一 LED 光通量较低等问题, 但这些问题都将随着技术的发展而逐渐被解决。提高LED中荧光粉的性能就是一个重要手段。已有LED荧光粉只在某些方面性能表现优异，因此探索新型荧光粉及提高已有荧光粉性能成为该材料领域热点。该项目在硼酸盐等无机氧化物中发现一些新型发光晶体材料，具有生长制备工艺简单，成本低和性能稳定等优势，有望满足发光领域对荧光粉的大量需求。项目通过分析无机氧化物二元和三元相图，以氧化物成相规律为指导进行新结构的探索。采用高温固相反应和水热等方法合成硼酸盐等无机盐发光材料，并研究该新型硼酸盐发光特性。利用X 射线衍射、电子显微镜等结构分析手段对新的物相进行了晶体结构分析，进行材料的缺陷研究，为发光机制（如缺陷、陷阱、激子）研究提供支持。通过深入研究晶体结构、电子结构及稀土离子的基态及激发态能级结构的关系；在发光机理研究基础上，选择合适稀土离子作为激活中心进行互换掺杂，实现性能优化，使其成为综合性能优异的发光材料。项目研究了ErBa3B9O18、GdBa3B9O18、B3Ca4YbO10和Tb2Mo3O12等发光材料的发光机制和构效关系。改良和探索了新的硼酸盐发光材料，并深入研究稀土硼酸盐晶体发光机理。通过掺杂改性或工艺优化，全面提高了其性能。使其成为了有望用在LED中的荧光粉。深入的研究了发生在发光材料中的能量迁移、量子剪裁等物理过程。研究结果丰富了无机氧化物体系应用，可加深对稀土多硼酸盐发光机制的理解，能够为拓展新型硼酸盐发光材料研究提供新思路。并为探索新的荧光发光材料或者材料改性提供数据和理论支撑。