固态照明用金属银纳米粒子荧光增强型稀土掺杂玻璃荧光体的研究

本项目针对目前以蓝光LED为激发源的光转换型白光LED存在的器件老化及荧光粉合成问题，提出采用稀土离子掺杂的含纳米银粒子的玻璃荧光体作为光转换材料。其优势在于：利用玻璃荧光体能够简化白光LED封装工艺，方便光谱调节，也可一定程度上解决器件老化问题；在稀土掺杂玻璃中生长纳米Ag粒子，可以实现在蓝光激发下的等离子体荧光增强，提高激发效率，因此很多三价稀土离子都可以被选择作为白光LED用光转换材料的掺杂中心，可实现更丰富的发射波长，例如绿色和红色。本立项拟进行研制含有金属纳米Ag粒子的Eu3+、Sm3+或Pr3+掺杂的红色发射及Tb3+、Er3+或Ho3+掺杂的绿色发射玻璃荧光体。通过实验研究探索新型白光LED用绿色和红色发光材料以取代YAG:Ce荧光粉及封装树脂。

采用Eu3+作为发光中心，研究了不同组分的硼酸盐玻璃材料的短波吸收带边对组分的依赖，探讨了二价氧化物组分对稀土离子Eu3+光学跃迁和声子边带的影响。研究结果表明，稀土离子Eu3+在硼酸盐玻璃种的光谱性质主要依赖于玻璃的主要组分，即B2O3，而其它组分的影响很有限。合成了Er3+掺杂的含Ag成分的锗酸盐玻璃材料，通过改变退火时间，成功在样品中生长出了Ag纳米粒子。采用Mie理论及扫描电子显微技术对锗酸盐玻璃种Ag粒子进行了表征和观察。采用488nm激光激发观察到了小银粒子的荧光增强现象。通过实验证实荧光增强并非是由于晶体场的改变所导致。研究了Eu3+掺杂的含Ag组分的硼酸钙玻璃材料中Ag含量对样品的光谱性质的影响，在非退火条件下成功合成出了含Ag颗粒的硼酸盐玻璃样品，观察到了Ag聚集体的宽带发射和宽带激发特性。在此基础上，在含银成分的硼酸钙玻璃中引入Sm3+掺杂，该材料可以被很宽的光谱范围内光激发，同时可实现从蓝色到红色宽范围的发射，采用放大的自发辐射技术测量了光学增益特性，发现该材料在光学增益在很宽的光谱范围内是平坦的，405nm激光激发下的变温发射光谱测量表明材料的发光热稳定性良好，因此该材料是潜在的固态宽谱带可调谐激光材料。合成了一种Eu3+掺杂的硼酸银玻璃材料，光谱测量表明该材料为全色发射材料，发射光谱包含了从蓝色到红色的全色光谱，把该玻璃样品覆盖于395nm的LED前端，实现了一种全色发射白光LED。