近紫外激发白光LED用含银多聚体的稀土离子掺杂全色发射玻璃荧光体的研究

White light emitting diodes (LED) are considered as the next generation lighting resource because of their outstanding properties like energy saving, environmental friendly, etc. Among the methods of obtained white LED, the method via combining near ultraviolet LED chip and full color emitting phosphor gains a promising expectation. However, the development of this kind white LED is limited by problems such as the aging of LED device and the shortage of phosphors with excellent performance. Aiming at these problems, we propose an idea based on our previous work that full color emitting rare earth doped borate glasses containing silver aggregates are used as light-converted materials for white LED with excitation of near ultraviolet light. The existence form of silver aggregates with different structure will be controlled via adjusting the AgNO3 doping concentration, composition of glasses, etc. The luminescent and dynamic properties of silver aggregates and rare earth ions in borate glasses will be studied by means of fluorescent spectra. The physical mechanism of interaction between silver aggregates and rare earth ions will be revealed via a suitable physical model. The promising full color emitting glasses will be finally obtained via optimizing the experimental parameters. This project will lay the foundation for the practical application of white LED with near ultraviolet light. Moreover, it has important scientific significance and academic value for understanding the interaction mechanism of silver aggregates and rare earth ions.

白光发光二极管（LED）由于节能、环保等优点被认为是下一代最理想的照明光源。而在目前实现白光LED的方法中，近紫外LED芯片组合全色发射荧光粉实现白光LED发展前景较大。然而，LED器件老化及缺乏性能优异的荧光粉是这种白光LED发展所面临的主要问题。针对这个问题，结合我们前期的实验结果，本项目提出采用含银多聚体的稀土掺杂硼酸盐全色发射玻璃荧光体作为近紫外激发白光LED用光转换材料。通过调节AgNO3的掺杂浓度、玻璃组分等实验条件来控制玻璃中不同结构的银多聚体的形成；利用荧光光谱手段研究稀土掺杂含银多聚体玻璃中银多聚体与稀土离子的光谱及发光动力学性质，建立相应物理模型，揭示银多聚体与稀土离子间相互作用的物理机制，并最终获得高质量全色发射玻璃荧光体材料，从而为近紫外激发白光LED的实用化发展奠定基础。同时，该课题的开展对深入理解银多聚体与稀土离子间相互作用规律具有重要的科学意义和学术价值。

由于节能、环保等优点被认为是下一代最理想的照明光源。而在目前实现白光LED的方法中，近紫外LED芯片组合全色发射荧光粉实现白光LED发展前景较大。然而，LED器件老化及缺乏性能优异的荧光粉是这种白光LED发展所面临的主要问题。针对这个问题，人们提出采用玻璃荧光体材料取代粉体材料，从而克服因封装所产生的器件老化问题。但是在以往的研究中，多以稀土离子作为唯一的发光中心，而众所周知，稀土离子的吸收截面较窄，激发波长与LED芯片波长匹配的不好，因此本项目制备了一系列稀土离子掺杂的含Ag多聚体的硼酸盐玻璃荧光体，以宽激发带的Ag多聚体作为敏华中心，通过调节Ag多聚体与稀土离子之间的能量传递，实现高质量的全色发射。运用能量传递理论结合动力学手段对Ag多聚体与稀土离子之间的能量传递机制给出理论层面的解释，通过优化设计材料组分及掺杂浓度，最终获得了发射色坐标为（0.31,0.30）,显色指数为85的白光LED用玻璃荧光体。本项目总结制备了单色发射白光LED用荧光粉，通过优化掺杂浓度，制备了高性能的三基色荧光粉材料。本项目的研究发现了在不同体系的稀土离子掺杂发光材料中，其温度传感灵敏度与颗粒尺寸及掺杂浓度的依赖关系，即温度传感灵敏度随着颗粒的减小及掺杂浓度的降低而显著提高。我们运用了J-O理论对这一现象进行了揭示，发现温度传感灵敏度主要受光学跃迁参数Ω2决定。因此基于这一发现提出了提高稀土离子掺杂发光材料的温度传感灵敏度的方法。此外，本项目还研究了稀土离子掺杂发光材料的可控合成，并发现了低维微纳尺寸小，稀土离子发光性质与微环境之间的构效关系。因此，本项目的研究成果对稀土离子掺杂发光材料的研究将具有重要理论意义。