石墨烯辅助单相白光远程荧光粉的核壳结构构建及界面调控

Current high-power LEDs are suffering from the problems of the devices thermal effect and low quantum efficiency of the phosphors. Devices design based on remote phosphors are caught much of the attention because of its excellent heat dissipation, color coordination and reliability. In this project, we propose a low-thermal resistance remote phosphors system that can solve the devices heat dissipation problem by using graphene as a multi-heat conductor, and we will also improve phosphors quantum efficiencies by microstructure modulation. Different from the way of the traditional assembly process which graphene was applicated in the base, it will be grown directly on the selected cover instead. Therefore, graphene will be not only used to enhance the cover heat-sinking capability, but also used to improve the thermal stability of the phosphors. In this project, microstructure modulation is creatively presented. The location of different emission centers will be controlled and placed in different microstructures, so that the cross-relaxation among different emission centers will be reduced, and the quantum efficiencies of the phosphors will be improved. Scientific issues of core-shell structure construction, emission centers space switching, as well as the interface control will be investigated in detail. The relationship of "structure design- core-shell structure construction- photoluminescence mechanism" will be studied. The achievements of this project will provide us new idea and scientific basis for the phosphors spectra contronl and LED devices design.

器件的热效应和荧光粉发光效率低下是目前功率型LED发展面临的主要问题。基于远程荧光粉的设计方案，由于其优异的散热能力、色彩协调能力和可靠性而从诸多的方案中脱颖而出。本项目提出了一种石墨烯辅助散热的远程LED荧光系统，拟通过石墨烯的双效导热辅助作用实现器件的散热，同时利用荧光粉的微结构调控来实现荧光粉量子效率的提升。不同于传统的将石墨烯放置于底座的散热方式，本项目将石墨烯直接生长在罩片上，由此提升罩片的散热能力和优化荧光粉的荧光热稳定性。项目创新性地提出使用荧光粉微结构调控的方式，将不同的发光中心可控地分布于不同的微结构中，藉此降低发光中心间的交叉弛豫作用，提升荧光粉的量子效率。项目重点研究核壳结构荧光粉的空间构建、发光中心空间交换及界面调控中的科学问题，并从理论角度阐释“结构设计-核壳结构构建-发光机理”的关系。项目的实现将为功率型LED器件的设计及荧光粉的光谱调控提供新的思路及科学依据。

本项目突破传统荧光粉的合成方式，基于拓扑化学反应原理，实现荧光粉的核壳结构构建及光谱调控；突破传统光源封装方式，基于石墨烯辅助散热及远程荧光粉结构设计，实现双效导热光源灯罩集成。围绕研究内容，在国内外重要期刊上发表论文35篇，其中1区期刊5篇，IF>10期刊论文1篇，IF>5期刊论文4篇。申请国家发明专利68项，其中授权专利30篇。获上海市技术发明二等奖等省部级奖励3项，主要研究内容：.1、Na5Y4Si4O16xFz:Eu2+,Eu3+荧光粉的设计合成、核壳结构构建及光谱调控。设计合成了Eu2+/Eu3+掺杂的Na5Y4Si4O16xFz氧氟化物荧光粉。采用拓扑化学反应实现还原制备及核壳构建，并对其发光机理进行研究，结果表明，拓扑化学反应可以按照F-O的优先级，对负离子进行剥夺，并通过温度优化，在结构中形成纯相NYSOF-NYSOF/NYSO复合相-纯相NYSO的结构演变，并对结构中的Eu2+/Eu3+比例进行调控，借助Eu2+在NYSOF结构中蓝光、Eu2+在NYSO结构中绿光及Eu3+的红光，最终实现白光发光调制。同时由于掺杂离子天然的被分配到不同的核壳结构中，从而抑制了他们的能量传递及交叉弛豫作用，使其量子效率得到提升；.2、石墨烯辅助散热层的制备。采用化学气相沉积法，在石英衬底上制备石墨烯辅助散热层。提高器件的散热性能，使荧光粉在大功率工作条件下的发光强度维持室温工作条件下的80%以上。负载石墨烯的石英基灯罩，对可见光的整体透过率高于96%，折射率>1.5。.3、远程光转换体系的制作。设计开发两种远程荧光转换体系：（1）使用磁控溅射实现远程荧光粉在石墨烯辅助散热衬底上的均匀涂敷，克服传统封装方式引起的荧光粉分散不均的问题，实现高品质双效导热灯罩的制作；（2）基于柔性涂敷技术，研究了不同远程结构体系对光源发光性能的影响。为远程荧光粉器件的结构设计提供参考。