【原】五邑大学《JMCC》：让灯光颜色更稳定！

材料科学网 2020-05-15

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导读：白光发光二极管（WLEDs）与传统的白炽灯、荧光灯相比具有明显优势。荧光粉转换是产生白光的主流策略，但很难获得色温低、显色指数高的暖白光，限制了在室内照明等诸多领域的应用。开发一种单相白光荧光粉是解决这一问题的一种方法。本文报道了一种能在很大范围内承受温度变化的荧光粉，当激发范围在355～370 nm之间时可获得白光发射，这在以前的研究中是没有报道过的。研究结果为开发出单一基质激活的且具有高颜色稳定性的WLEDs提供了可能。

为了避免白光发光二极管（WLEDs）在高温下的颜色漂移，研制颜色稳定的发光材料具有重要意义。来自五邑大学的一项最新研究表明，YTaO₄:Bi³⁺荧光粉的温度在300～480 k之间时，紫外发光稳定。并且和365 nm InGaN芯片在不同驱动电流下成功封装了WLEDs。相关论文以题为“Tunable photoluminescencefrom YTaO₄:Bi³⁺ for ultraviolet converted pc-WLED withhigh chromatic stability”发表在Journal of Materials Chemistry C。

论文链接：

https://pubs./en/content/articlelanding/2020/tc/c9tc06777a#!divAbstract

随着照明技术的发展，白光发光二极管（WLEDs）由于具有节能、环保、体积小、重量轻等优点，与传统的白炽灯、荧光灯相比，在照明、显示、医疗、可见光通信等领域得到了广泛的应用。到目前为止，荧光粉转换（pc-）WLEDs是产生白光的主流策略。商用pc-WLEDs主要采用蓝光芯片激发黄色YAG:Ce³⁺荧光粉。然而，由于红光在发射光谱中的分量不足，很难获得色温低、显色指数高的暖白光，限制了在室内照明等诸多领域的应用。

作为一种替代，提出了一种采用NUV-LED芯片激发蓝色，绿色和红色的荧光粉。这种激发模式能提供更高的激发能，紫外线能不影响白光发射。然而，这些三色荧光粉必须均匀混合以避免团聚。如果这些荧光粉强烈吸收可见光，将导致混合物中产生能量损失（>20%），因此降低了pc-WLEDs的效率，对于这个策略，它是很难找到在可见光下能有效发光但在该光谱区域没有吸收的候选荧光粉的。由于三基色荧光粉的老化特性和热猝灭特性的不同，在WLEDs中很难控制混合荧光粉的色平衡和色稳定性以获得高质量的光照。开发一种单相白光荧光粉可以看作是解决这一问题的方法之一，以往文献报道的单相白光荧光粉是基于多种共激活剂的。

由于不同激发剂的热猝灭行为不同，白光稳定性仍然是一个问题。不同发光中心的相对强度会随着温度的升高而变化，这必然导致合成白光的偏差。对于大功率的pc-WLEDs，温度的升高是非常重要的，因此，为了保证高质量的照明，系统的色度稳定性成为一个挑战。稳定性取决于荧光粉对温度变化的响应，而温度变化是保持荧光粉颜色稳定性的关键参数。如果能找到一种发射能在很大范围内承受温度变化的荧光粉，那将是很理想的。

本文报道的YTaO₄:Bi³⁺荧光粉，当基质受到激发时，可实现发光颜色从400 nm到450 nm蓝色发光范围内的调谐，这是由于随着铋离子浓度的增加，从基质到铋离子的能量转移效率提高。在355～370 nm范围内，掺Bi³⁺的YTaO₄:Bi³⁺化合物可以实现白光发射。并成功封装了WLEDs。

图1。（a）制备的Y_1-xTaO₄:xBi³⁺（x=0,0.01,0.02,0.03,0.05,0.07,0.09）和YTaO₄标准卡片的X射线衍射谱图；（b）YTaO₄:0.09Bi³⁺样品和α-Bi₂O₃参比物的XPS谱图；（c）YTaO₄的单晶胞；蓝色、橙色和红色球体分别代表钇、钽和氧。（d）Y³⁺位点的配位环境蓝色和橙色多面体分别代表YO₈和TaO₆。

图2。Y_1-xTaO₄:xBi³⁺（x=0.01-0.09）在（a）λ_ex=254nm和（b）λ_ex=290nm上的归一化的光致发光光谱；Y_1-xTaO₄:xBi³⁺（x=0.01-0.09）λ_ex=254nm（c）和λ_ex=290nm（d）的CIE色度坐标；Y_1-xTaO₄:xBi³⁺（x=0.01-0.09）样品在254nm紫外光下的数码照片（e）。

图3。（a）YTaO₄:0.03Bi³⁺在330-370nm激发下的发射光谱；（b）YTaO₄:0.03Bi³⁺荧光粉在330-370nm激发下的标记CIE色度坐标，插图说明了YTaO₄:0.03Bi³⁺样品在365nm紫外光下的发射光谱λ_ex=360 nm和数码照片。

图4。（a）365纳米NUV芯片与YTaO₄:0.03Bi³⁺荧光粉组合的WLED的EL光谱。输入电压和电流分别为3.4V和20 mA。（b）365纳米NUV芯片，YTaO₄:0.03Bi³⁺和(Sr,Ba)₃SiO₅:Eu²⁺荧光粉（3.4V和20 mA）组合的WLED的EL光谱。（c），（d）10-120mA直流电范围内的相应CIE色度坐标图。