《白光LED用玻璃陶瓷制备、性能调控与发光机理研究》

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新型发光玻璃陶瓷在固态照明、彩色显示、温度传感、荧光示踪系统等重大军、民用领域都有极为重要的应用,是一类对国家能源战略和国民经济可持续发展具有重大意义的新一代高新技术材料。占主导地位的商业化白光LED产品是由发蓝光(~460nm)的GaN芯片与发黄光的YAG:Ce<'3+>荧光粉配合组装而成。由于缺少红光区域的光谱,该类白光LED存在显色指数不高、发光效率较低及发光性能不稳定等难以解决的问题。而使用紫光或近紫外光芯片激发三基色或单一基质荧光粉能够实现LED白光输出,并使显色指数、发光效率和发光性能有所提高,但这种封装工艺较复杂,成本较高。尤其是对大功率白光LED而言,涂覆的荧光粉紧贴芯片发热造成芯片温升及光散射作用将导致荧光粉性能劣化和光色参数衰变;同时涂覆荧光粉的环氧树脂老化问题一直难以得到很好解决,这极大地影响LED 发光效率及使用寿命。近年来,发光玻璃陶瓷(又称微晶玻璃)集无机玻璃物质的光色均匀、易制备加工和粉体材料的高发光强度和高转换效率于一体,成为新型白光LED基质材料研究的热点。该项成果来源于广西自然科学基金重点项目“白光LED 用玻璃陶瓷制备、性能调控与发光机理研究”,基于广西特色资源(稀土、氧化锌、氧化锰等),针对传统发光材料封装的白光LED显色指数不高、发光效率较低和发光性能不稳定等关键问题,采用熔融-可控析晶技术制备白光LED用新型发光磷酸盐玻璃陶瓷材料。探讨了玻璃组成对磷酸盐玻璃热稳定性、玻璃形成能力和析晶动力学的影响;弄清了单个稀土离子在磷酸盐玻璃及玻璃陶瓷中的光谱特性和显色情况;研究了双掺离子种类和浓度对磷酸盐玻璃发光性能的影响及其离子间的能量转换机理;探索了三掺离子种类和浓度在磷酸盐玻璃中的发光特性、荧光寿命、色坐标与色温及其能量转换机制;阐明了三掺离子和热处理工艺对磷酸盐玻璃陶瓷的相组成和发光性能的影响。获得几种综合性能优异的白光LED用新型发光玻璃及玻璃陶瓷材料,阐明了离子间的能量传递机理及发光机制。研究成果为新型白光LED用玻璃陶瓷材料的制备及其实际应用提供有重要意义的实验依据和理论指导。同时也可为广西区内形成白光LED产业储备关键材料和奠定技术基础。

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