无机发光材料及其在半导体照明中的应用

1、无机发光材料及其在半导照明中的应用无机发光材料及其在半导照明中的应用材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT 背景及研究意义背景及研究意义 无机发光材料无机发光材料 半导体照明应用半导体照明应用材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT 发光二极管发光二极管LED是一种可以将电能转化是一种可以将电能转化为光能的固体半导体发光器件。无机发光材为光能的固体半导体发光器件。无机发光材料可以与当今固体半导体照明匹配而产生白料可以与当今固体半导体照明匹配而产生白光。光。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT背景及研究意义背景及研究意义 与白炽灯和荧光灯相比，与白炽灯和荧光灯相比，LED具有节能、寿

2、命长、具有节能、寿命长、效率高、亮度大等特点。以节能环保为导向的新型照效率高、亮度大等特点。以节能环保为导向的新型照明白光明白光LED用发光材料得到了极大的重视。用发光材料得到了极大的重视。化石燃料化石燃料白炽灯、荧光灯白炽灯、荧光灯全球全球20%电能用于照明电能用于照明材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT背景及研究意义背景及研究意义无无机机发发光光材材料料基质基质掺杂物掺杂物激活剂激活剂电荷补偿剂等电荷补偿剂等共激活剂共激活剂敏化剂敏化剂材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料 基质基质是荧光粉的主要组成部分主要组成部分，主要起禁锢激活离子或吸收能量的作用。由

3、于基质中结构和化学键的不同，对基质中特定发光中心的晶体场环境也不同，可以使某些发光跃迁增强或减弱，还可以使某些发光跃迁产生劈裂。因此，基质对荧基质对荧光材料的发光性能有重要的影响光材料的发光性能有重要的影响。 材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料 激活剂激活剂在荧光粉中的含量非常少，一般只占荧光粉体系的万分之几到百分之几，但激活剂在荧激活剂在荧光粉的发光中起着决定性作用光粉的发光中起着决定性作用。荧光粉中可能只有一种激活离子，也有可能存在两种或多种激活离子。对于只有一种激活离子的荧光粉，激活离激活离子作为发光中心存在子作为发光中心存在，它与基质晶格或同离子之间发生

4、能量传递。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料 对于有多激活离子的荧光粉，有的激活离子并不能起到发光 中心的作用，但它可以将自己吸可以将自己吸收的能量传递给发光中心，改善荧光粉的发光强收的能量传递给发光中心，改善荧光粉的发光强度和时间度和时间，这种激活离子称为敏化剂敏化剂。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料激活剂激活剂并不是在所有的基质中都可以作为发并不是在所有的基质中都可以作为发光中心，光中心，只是相对于某种发光基质而言的只是相对于某种发光基质而言的；敏敏化剂化剂并不是对所有的激活剂具有敏化作用，也并不是对所有的激活剂具有敏化作用

5、，也只是相对于某种基质中的某种激活剂而言的只是相对于某种基质中的某种激活剂而言的。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料 由于离子电荷数存在差异，激活离子进入基质激活离子进入基质晶格后可能会引起电荷的增加后减少，并产生电晶格后可能会引起电荷的增加后减少，并产生电荷缺陷荷缺陷。为了补偿激活离子进入基质晶格所引起的电荷变化，以有利于激活离子进入基质晶格和不影响激活离子的发光性能，常常在基质晶格中常常在基质晶格中引入电荷补偿剂引入电荷补偿剂。例如在钛酸盐基质荧光材料中，常用的电荷补偿剂一般为碱金属阳离子和铝离子等。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机

6、发光材料 体系体系 磷酸盐磷酸盐氧化物氧化物 硅酸盐硅酸盐 硫化物硫化物 钼酸盐钼酸盐材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料 常用的制备方法有高温固相合成法高温固相合成法、溶胶-凝胶法、水热和溶剂热法、微波法、燃烧法、沉淀法等。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料文献文献Tunable luminescence and energy transfer properties ofCa5(PO4)2SiO4:Ce3+/Tb3+/Mn2+ phosphors（Journal of Materials Chemistry C 2013）Ce3+

7、到到Tb3+离子存在能量传递离子存在能量传递在在Tb3+ 发射光（发射光（544nm）检测下，）检测下，Ce3+、Tb3+ 共掺的激发谱图包含共掺的激发谱图包含Ce3+、Tb3+ 的的激发峰，意味着激发峰，意味着Tb3+ 被被Ce3+ 激发激发Ce3+离子发射强度单调下降，离子发射强度单调下降，Tb3+离子离子的发射强度增强，的发射强度增强，Ce3+离子为离子为Tb3+离子离子发光的敏化剂，可以有效的把能量传递发光的敏化剂，可以有效的把能量传递给给Tb3+离子离子材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT无机发光材料无机发光材料Ce3+到到Tb3+离子存在能量传递离子存在能量传递随着随着Tb3

8、+离子量的增加离子量的增加Ce3+离子的寿命衰减减小。这有力的证明离子的寿命衰减减小。这有力的证明了基质中从了基质中从Ce3+离子到离子到Tb3+离子存在能量传递，且能量传递效率离子存在能量传递，且能量传递效率逐渐增大。逐渐增大。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT文献文献无机发光材料无机发光材料Ce3+到到Mn2+离子存在能量传递离子存在能量传递 在在Mn2+发射光（发射光（603nm）的检测下，得到）的检测下，得到的的Ce3+, Mn2+ 共掺样品的激发光谱归属于共掺样品的激发光谱归属于Ce3+的激发带，说明的激发带，说明Ce3+到到Mn2+离子之间可能存离子之间可能存在能量转移在能

9、量转移 Mn2+的红光发射强的红光发射强度增大而度增大而Ce3+的发射强的发射强度减小，反映出度减小，反映出Ce3+到到Mn2+离子之间存在能离子之间存在能量转移量转移材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT文献文献无机发光材料无机发光材料 通过改变通过改变Tb3+的量，色的量，色度 坐 标 可 以 从 蓝 色度 坐 标 可 以 从 蓝 色（0.183,0.133）调节至绿色）调节至绿色（0.318,0.542），通过改变），通过改变Mn2+的量颜色可以从蓝色的量颜色可以从蓝色（0.183,0.133）调节至橙红）调节至橙红色（色（0.538,0.287）。因此，）。因此，在在CPS基质中共

10、掺杂基质中共掺杂Ce3+、Tb3+、Mn2+并适当调节它们并适当调节它们的含量从而得到白光。的含量从而得到白光。 在基质中共掺杂不同的离子，通过能量传递和在基质中共掺杂不同的离子，通过能量传递和改变它们的含量实现三基色发光并组合白光发射改变它们的含量实现三基色发光并组合白光发射材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT文献文献无机发光材料无机发光材料CaMg2Al16O27:Mn4+-based Red Phosphor: A Potential Color Converter for High-Powered Warm W LED（ACS Applied Materials and Inte

11、rfaces 2014 ）CMA:Mn4+的激发光谱与的激发光谱与YAG:Ce3+的发射光谱重叠的发射光谱重叠很小，因此，经常发生在氮化物红色荧光粉和很小，因此，经常发生在氮化物红色荧光粉和YAG:Ce3+黄色荧光粉的光子再吸收现象的风险会大黄色荧光粉的光子再吸收现象的风险会大大减小。大减小。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT文献文献无机发光材料无机发光材料随温度的增加，光谱的发射强度先增加，温度超过随温度的增加，光谱的发射强度先增加，温度超过220K后强后强度降低。因为低温时非辐射跃迁几率比高温时低，当温度升度降低。因为低温时非辐射跃迁几率比高温时低，当温度升高时，计算出的寿命从高时

12、，计算出的寿命从1.73ms逐渐降低到逐渐降低到0.89ms。材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT文献文献无机发光材料无机发光材料白光白光LED方案方案1方案方案2方案方案3材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT半导体照明应用半导体照明应用LED及芯片发光原理及芯片发光原理LED及芯片发光原理图及芯片发光原理图如图（如图（B），当施），当施加正向电压之后，加正向电压之后，电流通过芯片中的电流通过芯片中的PN结，结，P区的空穴区的空穴向向N区移动，区移动，N区区的电子向的电子向P区移动，区移动，当电子与空穴复合当电子与空穴复合时，产生自发射荧时，产生自发射荧光，组成光，组成PN结的结的

13、不同半导体材料导不同半导体材料导致了电子与空穴复致了电子与空穴复合时释放的能量出合时释放的能量出现差异，放出的光现差异，放出的光的波长不同。的波长不同。 BA如图（如图（A），），芯片置于反射芯片置于反射碗中，将制备碗中，将制备的不同颜色荧的不同颜色荧光粉涂在反射光粉涂在反射碗上，芯片发碗上，芯片发射的紫外或蓝射的紫外或蓝光激发荧光粉光激发荧光粉发光，从而实发光，从而实现现LED器件发器件发光光材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT半导体照明应用半导体照明应用 随着随着CMA:Mn4+的量从的量从0%增加到增加到9%，Mn4+组件的红光发射几乎呈现组件的红光发射几乎呈现线性增加。因此，所发

14、出的白光逐渐从冷白光向暖白光转变，线性增加。因此，所发出的白光逐渐从冷白光向暖白光转变，CIE坐标坐标从点（从点（0.312,0.333）向（）向（0.395,0.416）转变）转变半导体照明应用半导体照明应用CaMg2Al16O27:Mn4+-based Red Phosphor: A Potential Color Converter for High-Powered Warm W LED（ACS Applied Materials and Interfaces 2014 ）文献文献材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT半导体照明应用半导体照明应用材料制备新技术课程材料制备新技术课程PPT