基于Mn4+零声子线窄谱带发射的暖白光LED用微晶玻璃的制备及光色稳定性研究

Mn4+ activated red phosphor with zero phonon line narrow band emission has attracted great interest in improving the color rendering index and color gamut of LED. The specific research includes: designing and synthesizing Mn4+ activated oxyfluoride A2(MOxF6-x)（A = K, Rb, Cs; x = 1, M = V5+, Nb5+, Ta5+; x = 2, M = Mo6+, W6+）red phosphors, studying the luminescent properties by Mn4+ ions with central ion non-equivalent substitution, researching the relationship between A site ions/ charging compensation ions and ZPL, combining with local crystal field, nephelauxetic effect and crystal symmetry to probe impacts of structure on ZPL; preparing the low melting precursor glass and synthesizing both yellow/red phosphors embedded glass ceramic via phosphor-in-glass method, ascertain the relationship between glass components and melting temperature, and luminescent properties; optimizing the relationship of precursor of glass, phosphors’ microstructure and luminescent properties of warm w-LED. The implementation of this project will provide a theoretical and technical foundation for enhancing the luminescent properties of W-LED.

Mn4+ 零声子线（ZPL）发射的窄谱带红色荧光粉将进一步提升了LED显色指数和色域而成为当下研究的重点。本项目的工作包括：合成Mn4+激活的氟氧化物A2(MOxF6-x)（A = K, Rb, Cs; x = 1, M = V5+, Nb5+, Ta5+; x = 2, M = Mo6+, W6+）红色荧光粉，研究非等价取代后对发光性能的影响，研究A位及补偿离子与ZPL发射强度的关系，结合晶体场局域环境、电子云重排效应和发光中心晶体学对称性等理论，获得ZPL与氟氧化物基质的构效关系；设计低熔点前驱玻璃，并采用低温共烧法制备出镶嵌黄、红色荧光粉的多色荧光微晶玻璃，揭示前驱玻璃组分与熔融温度对荧光粉晶粒结构、两相界面状态及微晶玻璃发光性能的影响，建立结构-性能关系，为提升暖白光LED性能提供一定的理论指导。本项目的成功实施将为提升W-LED显色性及光色稳定性提供理论及技术基础。

白光发光二极管（lighting emitting diode, LED）由于具有节能、环保、使用寿命长等优点被誉为新一代固体光源，在照明、显示等领域有十分广阔的应用前景。目前，商业化的白光LED（蓝光芯片+YAG:Ce3+黄色荧光粉）显色指数偏低、色温偏高，难以满足室内照明及宽色域液晶显示（LCD）背光源应用的需求。Mn4+掺杂窄带发射的红色荧光粉因其具有发光效率高、热稳定好、色纯度高等突出优点在宽色域显示背光源应用中有广阔的商业前景。本项目通过结构设计制备了一系列强零声子线（ZPL）发射的Mn4+掺杂氟氧化物荧光材料。首先，通过固相法制备了氟氧化物K3TaOF6基质材料，通过高温水热反应制备了Mn4+掺杂的K3TaOF6红色荧光粉，由于基质材料的高度畸变的八面体构型，获得了620nm的强ZPL发射；其次，采用共沉淀的方法制备了Mn4+掺杂的钙钛矿结构的KNaMoO2F4红色荧光粉，由于其畸变[MoO2F4]2-八面体构型获得了较为明显的ZPL发射；最后，为了降低HF的使用量，采用机械化学法制备了Mn4+掺杂的Rb2KTiOF5红色荧光粉，通过与CsPbBr3绿色量子点耦合获得了色温4896K、显色指数85.3的白光LED器件。大功率LED的有机封装材料存在黄化、老化的问题，本项目中设计低熔点玻璃来实现优异性能的荧光微晶玻璃。通过Ba2+-Si4+离子对的双取代，制备了热稳定性优异的Ba2YAl3Si2O12:Ce3+橙黄色荧光粉，通过低温共烧方法制备的PiG在1W激光功率长时间照射下仍有80.4%量子效率的输出。在本项目的支持下，Mn4+掺杂的新型氟氧化物窄带红色荧光材料取得了一定的进展，通过对其结构特征、合成工艺、发光特性及应用特性等加以剖析，揭示了ZPL发射的机理，同时通过采用低温共烧法制备的新型荧光玻璃材料在大功率LED照明显示领域有着广阔的应用。在本项目的支持下，共发表SCI论文6篇，申请发明专利3项，培养研究生4名，完成了项目任务书的各项指标要求。