氧磷灰石结构的氮掺杂W-LEDs用荧光粉的制备及其发光机理研究

Based on the lack of orange-red emission component on current phosphors excited by commercial blue or near ultraviolet LED chips, in this project, the oxygen matrix materials with apatite structure will be selected to obtain novel blue and orange-red phosphors by introducing nitrogen ions and some appropriate f-d ions to make double substitution. The presence of free oxygen ions in apatite structure can provide convenient conditions for N substituted, then it will provide the possible lattice environment for f-d ions to yield the possibility of red-orange light emitting. The intent of this project is that via changing N / O ratio to adjust Si(O,N)4 network structure, then selecting charge compensation ions to design oxygen apatite structure, and changing the microstructure to achieve the modulation of f-d ions radiative transition. The crystal structure of nitrogen-doped samples will be studied by means of Rietveld structure refinement method and TEM test. And the luminescence mechanism of nitrogen-containing compounds materials will be elucidated further. The new design and the developed ideas and theories for the new orange-red phosphors excited by blue and near-ultraviolet light will be provided.

基于目前商用蓝光以及近紫外LED芯片激发的荧光粉缺乏橙红色成分，本项目拟选取具有氧磷灰石结构的基质材料，通过引入氮离子及适当的f-d离子在母体氧化物结构中双重置换，构建新型的蓝光以及近紫外激发的橙红色荧光粉。氧磷灰石结构中自由氧的存在为N离子的取代提供便利条件，进而为f-d离子的红橙光发射提供了可能的晶格环境。项目以N/O比来调控Si(O,N)4四面体网络结构为切入点，通过电荷补偿剂的选择，对氧磷灰石结构进行设计，实现微观结构变化对f-d离子辐射跃迁的调制。结合Rietveld 结构精修方法，TEM测试手段等对氮掺杂前后样品的晶体结构进行研究，进一步阐明含氮化合物发光材料的发光机理，为新型蓝光以及近紫外光激发的橙红色荧光粉的设计和研发提供新的思路和理论依据。

基于目前商用蓝光以及近紫外LED芯片激发的荧光粉存在淬灭性能较差、色温偏高、显色指数偏低等缺陷，开发高色纯度、高稳定性并能被近紫外有效激发的红橙色发光材料始终是白光LED荧光粉领域的前沿工作。因此本项目开发了新型红色荧光粉K2SiF6:Mn4+，在460nm激发下，该样品的发光强度为商用YAG粉的1.81倍；开发了新型红色荧光粉Na3MgZr(PO4)3: Eu3+，在393nm激发下，Na3MgZr(PO4)3: Eu3+呈现出主峰位于611nm (5D0–7F2跃迁)强的红光发射，色坐标为（0.639,0.359），同时呈现出较短的衰减时间和良好的热稳定性；采用溶胶凝胶法制备了不同Li+掺杂的La2Mo3O12: Eu3+(5 mol%) 红色荧光粉，结果表明共掺Li+后，可以很明显的提高Eu3+的红光发射，最佳Li+掺杂浓度为15 mol %，此时的色坐标为（0.65,0.34），与标准的红光（0.67,0.33）非常接近，样品的色纯度非常好。为了避免多色荧光粉混合法获得白光方法中存在的颜色配比调控和再吸收问题，本项目开发了新型单一基质暖白光荧光粉K3Y(PO4)2: Tb3+,Eu3+，通过调节Eu, Tb的相对浓度，调节系列样品发射光的颜色，在K3Y(PO4)2:0.03Tb,0.03Eu中最终获得了暖白光，色温为3112K；开发了新型单一基质白色荧光粉Na3MgZr(PO4)3:Dy3+，研究表明最佳掺杂浓度为2%，临界距离Rc为28.84 Å，衰减时间测试为1.63 ms，发射光色调稳定，计算色坐标值为(0.403, 0.416)，色温为3707 K；采用高温固相法制备了系列Eu2+，Tb3+，Mn2+掺杂的Ca5Y3Na2(PO4)5SiO4F2 (CYNPS)样品，研究表明在CYNPS:0.07Eu2+,0.18Tb3+,0.15Mn2+中，可以获得色坐标为(0.396, 0.369)，色温为3487K的暖白光发射，有潜力应用于单基质白光发射LEDs中。