用于白光LED的稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃研制

本项目以探索实现新型紫外激发白光LED的稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃为研究目标，以解决紫外激发白光LED用稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃所涉及的基础问题为研究内容。优化、设计和确定兼有机械强度高、热稳定性能好、化学稳定性能和析晶稳定性能优良的高光学质量稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃组份；通过基质组份和发光中心晶体场配位环境设计及气氛保护和热处理工艺等条件调控稀土离子的价态和两种或三种微晶晶型的同时析出；系统研究基质成份、热处理工艺、晶体场配位环境、微晶成份和晶粒大小、稀土离子的价态与浓度、稀土共掺组合方式、泵浦波长和功率等因素对稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃发光效率和白光性能参数的影响规律，提高发光效率，优化白光性能参数，实现白光色度的调控，获得发光效率高、显色指数好和色温宽的稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃；将获得的基质材料与芯片直接蚀刻扣装，实现白光LED(显色指数大于90和色温为2800-6000K)。

白光LED被称为继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯之后第四代照明光源，具有效率高、体积小、寿命长、安全、低电压、节能、环保等诸多优点，已在背光源、显示、汽车、商业和特殊照明等领域得到广泛地应用。目前，商业化的LED存在封装工艺复杂，所使用的环氧树脂热稳定差等问题。区别于传统紫外激发白光LED用稀土掺杂荧光粉，本项目采用稀土掺杂硅酸盐纳米微晶玻璃作为基质材料，实现紫外激发白光输出。通过设计和优化玻璃组分、热处理工艺，制得了一系列稀土掺杂的透明纳米硅酸盐微晶玻璃。（1）实现了α-Zn2SiO4和β-Zn2SiO4纳米晶在硅酸盐玻璃的可控析出，基于Mn2+在β-Zn2SiO4透明微晶玻璃中呈黄光发光的基础上，引入敏化剂的Eu2+，Ce3+离子，实现了紫外光激发下Eu2+/Mn2+和Ce3+/Mn2+掺杂β-Zn2SiO4透明微晶玻璃的白光发射。（2）结合BaO-SiO2二元玻璃相图，设计基质玻璃组分，并结合基质玻璃的差热曲线分析，选择合理的热处理工艺，在还原气氛中制备得到了稀土离子掺杂、析出Ba2Si3O8和MSiO3（M=Ca，Sr，Ba）纳米晶的硅酸盐微晶玻璃。详细研究了Eu2+掺杂纳米微晶玻璃的物相结构、纳米晶的形貌及分布和光谱特性。引入共掺稀土离子Sm3+和Dy3+，通过改变Eu2+/Sm3+和Eu2+/Dy3+的摩尔比，获得了可被紫外芯片激发的白光LED用微晶玻璃。（3）制备得到Eu2+/Dy3+共掺CaF2、Ce3+/Tb3+共掺BaYF5、Eu/Tb共掺Sr2GdF7透明氧氟微晶玻璃，并在紫外光激发下获得白光输出。（4）将Ce3+/Mn2+共掺的β-Zn2SiO4纳米硅酸盐微晶玻璃用于白光LED封装，采用与345nm紫外芯片直接扣装，测得显色指数达到90，色温为4812K。本项目采用稀土掺杂透明微晶玻璃材料作为基质材料，将微晶玻璃与芯片直接蚀刻扣装，在紫外光激发下获得白光输出，进一步简化了白光LED封装工艺，降低了生产成本，具有良好的发展和应用前景。