紫外激发白光LED用水铝石矿蓝光纳米材料的可控制备和发光机制研究

The research of UV pumped white LED promote the development of new blue emitting materials. Compared to conventional blue rare-earth phosphors, blue emissive diaspore nanomaterials have the advantages of earth-abundant elements, earth wide photoluminescence (PL) spectrum, low cost and simple synthesis process. However, some issues such as low PL quantum yields (PL QYs), poor controllability of preparation, controversial emitting mechanism, should be concerned before employing of these materials in white light emitting diodes (LED). This proposal aim to develop the synthesis and finely tuning blue emitting nanomaterials including Al(OH)3, AlOOH and 5Al2O3·H2O. We will focus on in situ ligands sensitized synthesis technology, spectroscopic properties, luminescence mechanisms, large-scale synthesis and UV pumped white LED application of these blue materials.

水铝石矿纳米材料是一类宽光谱蓝光发光材料，在高显色性紫外激发型白光LED中具有应用潜力。由于水铝石矿具有结构复杂等特性，目前制备高效率发光水铝石矿蓝光纳米材料方法还十分缺乏。针对这一问题，本项目拟开展有机铝盐前驱体热分解法制备水铝石矿蓝光纳米材料的研究，通过研究反应机理，实现结构可控制备。在此基础上，开展结构-物性关系研究，特别是建立发光性质与结构之间的关系，结合物理模型，阐明发光机制。将理论模型反馈到材料制备中，优化材料的发光性质，实现高显色性紫外激发型白光LED器件。项目的开展涉及纳米材料合成、界面工程、光谱性质以及白光LED器件等多学科交叉的科学问题，项目的实施可为白光LED照明行业提供新材料和新技术。

目前白光LED蓝光损害效应日趋严重，寻求健康照明光源是当今照明领域发展方向之一。与目前蓝光激发型白光LED相比，紫外芯片激发型白光LED(UV型白光LED)器件设计更具灵活性，可降低蓝光损害、提高显色指数、降低色衰、提高热稳定性，成为目前白光LED室内照明应用发展的重要方向之一。蓝光发光材料是制备UV型白光LED的核心材料。本项目以宽光谱铝基化学物蓝光材料为研究对象，开展其制备技术与LED器件应用研究。采用单源前驱体气相分解法制备了铝氢氧化物蓝光荧光粉，该荧光粉呈现多峰发射特性，发光峰分别在388 nm，451 nm和515 nm，并且其发光光谱覆盖较宽范围(350-600 nm)；荧光量子产率可达60.9%；基于此铝氢氧化物蓝光荧光粉的紫外激发型单色LED器件的流明效率可达37.0 lm/W。采用铝氢氧化物蓝光荧光粉与CuInS2纳米晶红色荧光粉复合策略获得高质量的白光LED器件，其显色指数可达94.3，流明效率为25.1 lm/W，发光位于暖白光区域。发展了自上而下方法首次制备了乙酰丙酮铝纳米晶蓝光材料，其发光峰位于409 nm，434 nm，460 nm处，荧光量子产率大于80%；本项目亦开发了蓝光有机铝纳米晶/聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜，复合薄膜的透过率超过88%，在大于420nm的波长范围，透过率超过了90%。获得蓝光有机铝纳米晶/聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜、红光CuInS2复合薄膜和绿光CuInS2复合薄膜，按照芯片支架的尺寸裁剪同样大小的红光、绿光、蓝光复合薄膜；复合薄膜置于紫外LED芯片(370nm)支架上，底层为红光薄膜，中间为绿色薄膜，顶层为蓝色薄膜，薄膜之间及薄膜与芯片支架之间用硅胶粘合，获得的远程白光LED器件CIE色品坐标为(0.462, 0.396)，显色指数为91，色温为2553 K，LED器件处于暖白光区域。本项目获得的宽光谱蓝光材料及紫外激发型白光LED器件为健康照明领域提供材料和器件技术基础，在照明领域具有重要应用前景。