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太原理工J. Mater. Chem. C:全光譜LED用高效青色熒光材料
發布:Iron_MAN10   時間:2020/4/28 15:44:36   閱讀:112 
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【前言】

固態LED光源作為第四代照明技術具有綠色環保、高效節能、壽命長、可靠性強、可智能化等優點,已被廣泛應用于照明、汽車、顯示、交通等各個領域。未來LED發展的重要目標之一是提高其光質量,以實現健康照明,給予消費者和工作者更優越的視覺舒適度。高顯色全光譜LED在各個照明領域的應用已經是大勢所趨,特別是高端室內照明、手術燈、護眼燈、博物館照明等對光譜質量要求高的領域。目前市場上主要應用的白光LED采用450-460 nm藍光芯片激發黃色熒光粉的方式,但這種LED光源的顯色指數Ra較低,色度空間分布不均勻,并可能帶來藍光危害的問題。另外一種實現白光LED的方式是采用380-420 nm紫光芯片激發RGB多色熒光粉技術,雖然不存在藍光危害的困擾,但在藍光和綠光之間接近490 nm波段的光譜存在“波谷”(cyan gap),從而降低了光譜連續性,導致顯色性不足,因此不能還原真實世界。解決LED光譜凹陷這個問題的直接策略是:引入高效青色熒光粉來彌補缺失的藍綠光譜部分,從而大大增強了光譜連續性與完整性,實現光源的高顯色性、高還原度與高飽和度。

【成果簡介】

近日,太原理工大學黃小勇教授課題組研發了一種新型高效Ce3+離子摻雜Ca2YHf2Al3O12 (CYHAO) 石榴石結構青色熒光粉,該熒光粉可被近紫外光激發(激發峰408 nm),并發射出耀眼的青光(發射峰493 nm,帶寬100 nm),其內量子效率和外量子效率分別高達89.5%和69.1%。難能可貴的是該CYHAO:Ce3+青色熒光粉在高溫下(150 oC)具有良好的熱穩定性與顏色穩定性。在150度溫度下,其發光強度大約為室溫下的64.2%;并且色度漂移僅為3.69 × 10-3。最后,將商用藍色BAM:Eu2+熒光粉,CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉,商用??綠色(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+熒光粉與??紅色CaAlSiN3:Eu2+熒光粉的混合物涂覆在400 nm LED芯片上,制備了暖白光LED器件。在60 mA的驅動電流下,該LED器件發射出高品質暖白光,其色坐標為(0.3955, 0.3874),色溫CCT為3700 K,顯色指數Ra 高達 93.5,以及飽和藍色R12高達90.4,有望用于高端室內照明。該成果以題為“Full-visible-spectrum lighting enabled by an excellent cyan-emitting garnet phosphor”發表在國際著名期刊Journal of Materials Chemistry C上。

【圖文導讀】
 

圖一、CYHAO:Ce3+熒光粉的晶相組成與晶體結構
(a) CYHAO:Ce3+熒光粉的XRD圖譜。(b) CYHAO:0.03Ce3+熒光粉的XRD精修圖譜。(c) CYHAO:0.03Ce3+熒光粉的晶體結構圖。


 圖二、CYHAO:Ce3+熒光粉的發光性能
(a) CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉的激發和發射光譜圖。(b) CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉與商用藍粉BAM:Eu2+的發射光譜對比圖。(c) 不同Ce3+摻雜濃度的CYHAO:Ce3+熒光粉的激發光譜圖。(d) 不同Ce3+摻雜濃度的CYHAO:Ce3+熒光粉的發射光譜圖。


圖三、CYHAO:Ce3+熒光粉的發光性能
(a) CYHAO:Ce3+熒光粉的歸一化發射光譜圖。(b) CYHAO:Ce3+熒光粉的色坐標及其在365nm紫外燈下的發光照片。


圖四、CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉的熱穩定性
(a) 不同溫度下CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉的發射光譜圖。(b) 不同溫度下CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉的歸一化發射光譜圖。(c) CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉在不同溫度下的色坐標。(d) CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉的活化能圖。


圖五、白光LED器件光電性能
(a) 制備的白光LED1器件的發光光譜圖。(b) 制備的白光LED2器件的發光光譜圖(c) 白光LED器件的色度坐標圖。

【小結】

綜上所述,該課題組報道了新型高效Ce3+摻雜Ca2YHf2Al3O12石榴石結構青色熒光粉,其內量子效率和外量子效率分別高達89.5%和69.1%,并具有良好的熱穩定性。利用所研發的CYHAO:0.03Ce3+青色熒光粉制作得到了高顯色性暖白光LED器件(顯色性Ra = 93.5,R12 = 90.4;色溫CCT = 3700 K),這些白光LED器件有望用于高端室內照明。該研究為探索高品質全光譜白光LED用新型高效發光材料提供了思路。

文獻鏈接:Full-visible-spectrum lighting enabled by an excellent cyan-emitting garnet phosphor, J. Mater. Chem. C, 2020, 8, 4934-4943. https://doi.org/10.1039/D0TC00006J


來源:材料牛 
 
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