基于层状氢氧化物的白光LED用红色荧光粉的制备、性能及发光机理的研究

Developing and studying a novel red fluorescent powder used in white light emitting diode (LED) have important scientific significance and value in use for improving the luminescent efficiency, intensity and color rendering index suffered from white LED. Some researches on the inorganic-organic composite red fluorescent powder containing lanthanide ions based on the layered double hydroxides (LDHs) have been reported, but their luminescent mechanism is not clear enough, even no one has been used in the white LED at present. Based on the previous researches, this project will dope Eu3+ in the layers of LDHs by a co-precipitation method, and then intercalate some organic anions which have multidentate ligands and several carboxyl groups between the layers by anion exchange method, and finally synthesize a novel inorganic-organic composite red fluorescent powder. Meanwhile, we will study the effect of synthesis conditions on the particle size and distribution of fluorescent powder, the relationship between structure and luminescent properties, and discuss the luminescent mechanism. The final aim of this project is to obtain a red fluorescent powder owning the uniform partical distribution, the higher luminescent strength, higher luminescent efficiency, and can be applied in the LED. This project not only supplies a new method for preparation of the novel red fluorescent powder used in LED, but enriches solid luminescent mechanism and has an important academic significance for developing and studying novel red fluorescent powders with high luminescent efficiency.

研制和开发新型的白光LED用红色荧光粉对提高当前白光LED发光效率、发光强度、显色指数等具有重要的科学意义和实用价值。基于层状氢氧化物（LDHs）的稀土无机-有机复合红色荧光粉已有报道，然而其发光机理尚不够明确，更没有被应用于白光LED。本项目在前期研究工作的基础上，以应用于白光LED为目标，采用共沉淀方法将激活剂Eu3+掺杂到LDHs层板上，通过离子交换法将具有多齿结构的多羧基有机配体插入LDHs的层间，从而构筑结构新颖的可用于白光LED的无机-有机复合红色荧光粉，并考察合成条件对荧光粉颗粒大小和粒径分布的影响，研究其结构与光学性能的关系，探讨其发光机理，最终获得颗粒大小适中且分布均匀、具有较高荧光强度和荧光效率的红色荧光粉。本项目不仅为制备新型白光LED用红色荧光粉提供一条崭新的途径，对于丰富固体发光理论、研究和开发白光LED用新型高效红色荧光粉具有重要的意义。

半导体白色发光二极管(LED)是近十多年来发展起来的一种新型固态半导体照明器件。采用蓝光、紫光及近紫外LED 芯片激发红、绿、蓝等三基色或多基色荧光粉得到白光LED 的技术具有成本低、显色性好等优势，是白光LED 的主要发展方向。其中所采用的红色荧光粉在调制白光的色温及改善其显色性等方面起重要作用。而寻求纯度高，化学性质稳定，发射强度更高的LED 用红色荧光粉成为发光领域的重要研究课题之一。.层状氢氧化物（LDH）是一种层状的有组织的刚性无机基质，具有良好的光、热和化学稳定性。本项目采用共沉淀方法将稀土Eu3+掺杂到LDHs 层板上，通过离子交换法将具有多齿结构的多羧基有机配体插入LDHs 的层间，从而构筑结构新颖的可用于白光LED 的无机-有机复合红色荧光粉，并考察合成条件对荧光粉结构与光学性能的影响，探讨其发光机理，最终获得颗粒大小适中且分布均匀、具有较高荧光强度和荧光效率的红色荧光粉。.实验结果显示：（1）具有羧基结构的有机配体能插入到Zn/Al/Eu、Mg/Al/Eu体系的LDH材料中，但不能插入Ca/Al/Eu体系的LDH中；（2）本项目合成的荧光粉质地疏松，颗粒均匀，稍加研磨就可直接使用，避免了高强度的研磨导致荧光强度下降的可能；（3）Zn/Al/Eu和Mg/Al/Eu LDHs中，Eu3+ 最佳掺杂浓度分别为2.5%和10%（mol）；（4）几种有机配体插层的LDHs的荧光强度顺序为：对苯二甲酸(TA)>2,6二萘羧酸(26NDC)>苯甲酸（BA），推断荧光粉的荧光强度与有机配体羧基的对称性有关；（5）经研究，制备的荧光粉其发光机理在于有机配体与稀土激活剂Eu3+之间的能量传递；（6）项目组在原有计划基础上，做了延伸的研究，以EDTA阴离子为例，合成了EDTA阴离子插层的Zn2AlEu LDH和EDTA与Eu3+形成配合物阴离子插层的Zn2Al LDH，比较了二者的荧光性能，发现它们的荧光强度相差不大，但前者制备所需的Eu的量要比后者小很多，因此，将Eu引入层板、有机配体引入层间合成的样品具有较高的应用价值。.本项目合成的红色荧光粉改善了稀土有机配合物的发光性能和光、热、化学稳定性，弥补了无机基质低发光效率的缺陷，为开发新型稀土发光材料，拓宽稀土发光配合物应用领域提供了新途径。