無(wú)機(jī)發(fā)光材料及其在半導(dǎo)體照明中的應(yīng)用

無(wú)機(jī)發(fā)光材料及其在半導(dǎo)照明中的應(yīng)用材料制備新技術(shù)課程PPT①背景及研究意義②無(wú)機(jī)發(fā)光材料③半導(dǎo)體照明應(yīng)用概要材料制備新技術(shù)課程PPT發(fā)光二極管LED是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的固體半導(dǎo)體發(fā)光器件。無(wú)機(jī)發(fā)光材料可以與當(dāng)今固體半導(dǎo)體照明匹配而產(chǎn)生白光。材料制備新技術(shù)課程PPT背景及研究意義①與白熾燈和熒光燈相比，LED具有節(jié)能、壽命長(zhǎng)、效率高、亮度大等特點(diǎn)。以節(jié)能環(huán)保為導(dǎo)向的新型照明白光LED用發(fā)光材料得到了極大的重視。化石燃料白熾燈、熒光燈全球20%電能用于照明材料制備新技術(shù)課程PPT背景及研究意義①無(wú)機(jī)發(fā)光材料基質(zhì)摻雜物激活劑電荷補(bǔ)償劑等共激活劑敏化劑材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②

基質(zhì)是熒光粉的主要組成部分，主要起禁錮激活離子或吸收能量的作用。由于基質(zhì)中結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的不同，對(duì)基質(zhì)中特定發(fā)光中心的晶體場(chǎng)環(huán)境也不同，可以使某些發(fā)光躍遷增強(qiáng)或減弱，還可以使某些發(fā)光躍遷產(chǎn)生劈裂。因此，基質(zhì)對(duì)熒光材料的發(fā)光性能有重要的影響。

材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②

激活劑在熒光粉中的含量非常少，一般只占熒光粉體系的萬(wàn)分之幾到百分之幾，但激活劑在熒光粉的發(fā)光中起著決定性作用。熒光粉中可能只有一種激活離子，也有可能存在兩種或多種激活離子。對(duì)于只有一種激活離子的熒光粉，激活離子作為發(fā)光中心存在，它與基質(zhì)晶格或同離子之間發(fā)生能量傳遞。材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料② 對(duì)于有多激活離子的熒光粉，有的激活離子并不能起到發(fā)光中心的作用，但它可以將自己吸收的能量傳遞給發(fā)光中心，改善熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度和時(shí)間，這種激活離子稱為敏化劑。材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②激活劑并不是在所有的基質(zhì)中都可以作為發(fā)光中心，只是相對(duì)于某種發(fā)光基質(zhì)而言的；敏化劑并不是對(duì)所有的激活劑具有敏化作用，也只是相對(duì)于某種基質(zhì)中的某種激活劑而言的。材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②由于離子電荷數(shù)存在差異，激活離子進(jìn)入基質(zhì)晶格后可能會(huì)引起電荷的增加后減少，并產(chǎn)生電荷缺陷。為了補(bǔ)償激活離子進(jìn)入基質(zhì)晶格所引起的電荷變化，以有利于激活離子進(jìn)入基質(zhì)晶格和不影響激活離子的發(fā)光性能，常常在基質(zhì)晶格中引入電荷補(bǔ)償劑。例如在鈦酸鹽基質(zhì)熒光材料中，常用的電荷補(bǔ)償劑一般為堿金屬陽(yáng)離子和鋁離子等。材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②無(wú)機(jī)發(fā)光材料的研究體系

體系

磷酸鹽氧化物硅酸鹽

硫化物

鉬酸鹽材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②常用的制備方法有高溫固相合成法、溶膠-凝膠法、水熱和溶劑熱法、微波法、燃燒法、沉淀法等。材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②文獻(xiàn)TunableluminescenceandenergytransferpropertiesofCa5(PO4)2SiO4:Ce3+/Tb3+/Mn2+phosphors（JournalofMaterialsChemistryC

2013）Ce3+到Tb3+離子存在能量傳遞在Tb3+

發(fā)射光（544nm）檢測(cè)下，Ce3+、Tb3+

共摻的激發(fā)譜圖包含Ce3+、Tb3+

的激發(fā)峰，意味著Tb3+

被Ce3+

激發(fā)Ce3+離子發(fā)射強(qiáng)度單調(diào)下降，Tb3+離子的發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng)，Ce3+離子為Tb3+離子發(fā)光的敏化劑，可以有效的把能量傳遞給Tb3+離子材料制備新技術(shù)課程PPT無(wú)機(jī)發(fā)光材料②Ce3+到Tb3+離子存在能量傳遞隨著Tb3+離子量的增加Ce3+離子的壽命衰減減小。這有力的證明了基質(zhì)中從Ce3+離子到Tb3+離子存在能量傳遞，且能量傳遞效率逐漸增大。材料制備新技術(shù)課程PPT文獻(xiàn)無(wú)機(jī)發(fā)光材料②Ce3+到Mn2+離子存在能量傳遞在Mn2+發(fā)射光（603nm）的檢測(cè)下，得到的Ce3+,Mn2+

共摻樣品的激發(fā)光譜歸屬于Ce3+的激發(fā)帶，說(shuō)明Ce3+到Mn2+離子之間可能存在能量轉(zhuǎn)移Mn2+的紅光發(fā)射強(qiáng)度增大而Ce3+的發(fā)射強(qiáng)度減小，反映出Ce3+到Mn2+離子之間存在能量轉(zhuǎn)移材料制備新技術(shù)課程PPT文獻(xiàn)無(wú)機(jī)發(fā)光材料②通過(guò)改變Tb3+的量，色度坐標(biāo)可以從藍(lán)色（0.183,0.133）調(diào)節(jié)至綠色（0.318,0.542），通過(guò)改變Mn2+的量顏色可以從藍(lán)色（0.183,0.133）調(diào)節(jié)至橙紅色（0.538,0.287）。因此，在CPS基質(zhì)中共摻雜Ce3+、Tb3+、Mn2+并適當(dāng)調(diào)節(jié)它們的含量從而得到白光。在基質(zhì)中共摻雜不同的離子，通過(guò)能量傳遞和改變它們的含量實(shí)現(xiàn)三基色發(fā)光并組合白光發(fā)射材料制備新技術(shù)課程PPT文獻(xiàn)無(wú)機(jī)發(fā)光材料②CaMg2Al16O27:Mn4+-basedRedPhosphor:APotentialColorConverterforHigh-PoweredWarmW?LED（ACSAppliedMaterialsandInterfaces

2014

）CMA:Mn4+的激發(fā)光譜與YAG:Ce3+的發(fā)射光譜重疊很小，因此，經(jīng)常發(fā)生在氮化物紅色熒光粉和YAG:Ce3+黃色熒光粉的光子再吸收現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大減小。材料制備新技術(shù)課程PPT文獻(xiàn)無(wú)機(jī)發(fā)光材料②隨溫度的增加，光譜的發(fā)射強(qiáng)度先增加，溫度超過(guò)220K后強(qiáng)度降低。因?yàn)榈蜏貢r(shí)非輻射躍遷幾率比高溫時(shí)低，當(dāng)溫度升高時(shí)，計(jì)算出的壽命從1.73ms逐漸降低到0.89ms。材料制備新技術(shù)課程PPT文獻(xiàn)無(wú)機(jī)發(fā)光材料②白光LED方案1方案2方案3材料制備新技術(shù)課程PPT半導(dǎo)體照明應(yīng)用③LED及芯片發(fā)光原理LED及芯片發(fā)光原理圖如圖（B），當(dāng)施加正向電壓之后，電流通過(guò)芯片中的PN結(jié)，P區(qū)的空穴向N區(qū)移動(dòng)，N區(qū)的電子向P區(qū)移動(dòng)，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)，產(chǎn)生自發(fā)射熒光，組成PN結(jié)的不同半導(dǎo)體材料導(dǎo)致了電子與空穴復(fù)合時(shí)釋放的能量出現(xiàn)差異，放出的光的波長(zhǎng)不同。

BA如圖（A），芯片置于反射碗中，將制備的不同顏色熒光粉涂在反射碗上，芯片發(fā)射的紫外或藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)光，從而實(shí)現(xiàn)LED器件發(fā)光材料制備新技術(shù)課程PPT半導(dǎo)體照明應(yīng)用③隨著CMA:Mn4+的量從0%增加到9%，Mn4+組件的紅光發(fā)射幾乎呈現(xiàn)線性增加。因此，所發(fā)出的白光逐漸從冷白光向暖白光轉(zhuǎn)變，CIE坐標(biāo)從點(diǎn)（0.312,0.333）向（0.395,0.416）轉(zhuǎn)變半導(dǎo)體照明應(yīng)用CaMg2Al16O27:Mn4+-basedRedPhosphor:APotentialColorConverterforHigh-PoweredWarmW?LED（ACSAppliedMaterialsandInterfaces

2014

）文獻(xiàn)材料制備新技術(shù)課