白光LED用新型二价铋离子掺杂发光材料的基础研究

为了解决能源短缺和环境恶化这一全球性问题，迫切需要开发与利用新型清洁能源与节能技术。新型固态白光LED照明兼具节能环保、高效耐用等特点，引起了全世界的普遍关注。但现有白光LED商品的缺陷是色温高、显色指数低，克服这种缺陷的方法是引入具有蓝光吸收的橙或红色荧光粉。目前对这些荧光粉的研究皆集中在稀土或过渡金属离子掺杂的体系，而对Bi2+作为活性离子掺杂的研究甚少。我们的前期研究表明：一些Bi2+掺杂荧光粉具有蓝光吸收，黄、橙或红色荧光，有望实现低色温、高显色指数LED白光输出。因此本项目选取Bi2+作为激活离子，系统研究其在各种晶体中的发光性质，探讨其与不同晶场环境间的相互作用行为，操控Bi2+周围配位微环境，使吸收与荧光峰和器件匹配，开发出高效可提高白光LED产品性能的橙或红色荧光材料及有望替代YAG:Ce的黄粉，进一步探讨黄色光谱区通过直接跃迁实现激光输出的可能性。

开发与利用新型清洁能源与节能技术是解决能源短缺、缓解环境恶化等问题的有效途径。因具节能环保、高效耐用等特点，固态白光LED照明获得了广泛关注。但现有白光LED商品色温高、显色指数低，克服这种缺陷的方法就是引入具有蓝光吸收的红色荧光粉，或者开发基于紫光芯片的白光LED，这种方案需要开发具有紫光吸收的三基色荧光粉。目前对这些荧光粉的研究主要集中在稀土掺杂体系，而对Bi2+掺杂潜力体系研究甚少。本工作对Bi2+掺杂材料开展了系统研究；总结了稳定不同价态铋离子的方法，在研究中发现Bi53+室温下具有1-4微米发光，这为探索新型近中红外激光材料开辟了一个新方向，发现了Bi0、Bi+模型的近红外发光光谱证据，加深了人们对铋掺杂激光材料近红外发光本质的认识，发现了系列高效Bi3+掺杂黄粉与红粉；提出了彭氏局域过剩正电荷模型，利用这种模型可使Bi3+→Bi2+还原反应在氧化性合成条件下发生，这一模型可推广至更多变价离子掺杂体系；通过对铋掺杂不同氧化物体系的研究，发现了系列具有蓝光或紫光吸收的红或橙色荧光材料，其中Bi2+在硫酸盐、硼酸盐中发光较强，在硅酸盐、磷酸盐等中较弱，发现温度对Bi2+寿命及发光影响较小，制备了白光LED器件，Bi2+掺杂材料的加入可改善显色性能；确认了铋掺杂磷酸盐晶体与玻璃中的红光发射源自Bi2+，而非Kroeger等人认为的Bi3+；研究发现可通过改变Bi2+周围配位环境控制2P1/2→2P3/2吸收强度与峰位。在本项目的资助下，发现了系列具有紫光-蓝光吸收Mn4+掺杂高效红粉。