在铌酸盐和铟酸盐基质中Pr3+离子的发光特性及其与基质结构的关系的研究

Solid state lighting technology is now taking off as a big industry. Phosphors form a key component of white LEDs. In the early period, research has been focused on new materials to obtain more natural illumination close to the sun light of incandescent lamps. However, for LCD backlighting, luminescence with a narrow bandwith is required to match with a transmittance spectrum of an optical filter to avoid crosstalk between red, green and blue. The broad 4f to 4f5d absorption transition and 4f to 4f emission transition of Pr3+ depend on the structure of host materials. In this study, we choose niobates and indates for host materials because of their small band gap and thermal and chemical stabilities. The properties of Pr3+ ions doped into indates are smiliar to those into oxides due to the replacement of Pr3+ ions into In3+ sites in host lattice. In this project, we study the relation of the luminescent properties of Pr3+ ion and the host structures of indates and niobates for LCD backlighting applications.

白光发光二极管（LED(white light emitting diode)）可用于液晶显示器（LCD(liquid crystal display)）的背景光，有环保、节能等优点，但目前用于背景光的LED发光带宽较宽，和LCD的光学滤波片的波长不太吻合，造成色度亮度干扰，因此研发能够在紫外及蓝光区有强吸收且发光带宽较窄的发光材料至关重要。而本课题选择铌酸盐和铟酸盐为基质材料，并在此基础上掺杂Pr3+离子，Pr3+离子可在近紫外区或蓝光区有吸收，并可根据基质结构发射蓝光、绿光或红光，以便应用于LED，研究Pr3+离子在不同基质中的发光特性及发光机理，研究Pr3+离子的特性与基质结构的内在关系，从中找出规律，为今后的科学研究与应用提供一定的理论及实验依据。

白光发光二极管（LED (white light emitting diode)）可用于液晶显示器（LCD (liquid crystal display)）的背景光，有环保、节能等优点，但目前用于背景光的LED发光带宽较宽，和LCD的光学滤波片的波长不太吻合，造成色度亮度干扰，因此研发能够在紫外及蓝光区有强吸收且发光带宽较窄的发光材料至关重要，而Pr3+、Eu3+等稀土离子发射是窄峰，同时发射与基质结构有关，故为此项研究的激活剂。.我们在本课题研究中找到了具有类钙钛矿层状结构的Ca2Nb2O7作为基质，并掺杂了Pr3+离子，同时共掺Sr2+离子。在Ca2-xSrxNb2O7:Pr3+的发射光谱中，蓝绿与红橙光的相对强度比随着Sr2+离子的浓度x的增加而变大，其色坐标由红橙光区移向白光区，再移向蓝绿光区。因此，通过调节Sr2+离子的浓度可以调整蓝绿光与红橙光的相对强度，从而获得白光。.同时，我们基于相同的原因选择了单斜晶系的双钙钛矿Ca2(Ca2x/3In1-xNbx/3)NbO6为基质，掺入Pr3+和Eu3+，尤其当掺入Eu3+离子时，其发射谱线覆盖整个可见光区，且强度相当，可以组合成白光发射。并随着x值的变化，发射光谱中5D3 → 7F2跃迁(蓝光)与5D0 → 7F2跃迁(红光)强度的比值有增大的趋势。对于不同Eu3+离子浓度，红光和蓝绿光跃迁的相对发射强度也会发生变化。因此，可以通过改变x值和Eu3+离子的浓度来得到不同发光颜色的荧光粉。.同样在钙钛矿结构NaCaTiNbO6中研究了Pr3+的发光性质，NaCaTiNbO6：Pr3+在360 nm处有IVCT激发带，它与Pr-金属离子间的距离有关，距离越近，3P0能级的无辐射跃迁强，以红光发射为主，因此在NaCaTiTa1-xNbxO6: Pr3+样品中R=χ (Ti and Nb)/Avg (Pr - Ti/Nb)大于 0.55时，即Pr-Ti/Nb的距离相对较短时，只有红光发射，提高了色纯度。并在此基础上掺入Bi3+离子，拓宽了激发带的宽度，同时提高了发光强度。.总之我们利用单一基质，掺入单一稀土离子，通过改变基质结构从而调节Pr3+或Eu3+的发射区域，实现了白光发射，同时在NaCaTiNbO6基质中获得了色纯度非常高的Pr3+的红光发射。本课题研究结果可为提高发光材料的发光强度和白光的研发提供了思路。