LED照明光源長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)亮度變暗并發(fā)生顏色漂移問(wèn)題。近日,合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳雷副教授和蔣陽(yáng)教授課題組在釔鋁石榴石系列LED熒光材料及其光色調(diào)控機(jī)制方面揭示了這一現(xiàn)象的科學(xué)機(jī)理,為進(jìn)一步提高LED熒光材料性能提供了重要手段。研究成果刊登于英國(guó)《自然》系刊《科學(xué)報(bào)告》上。
由于發(fā)光效率高及熱穩(wěn)定性相對(duì)較好,釔鋁石榴石熒光粉是白光LED器件封裝中應(yīng)用zui多的熒光粉。采用該熒光粉的LED白光是冷色光,舒適感較差。為了使LED發(fā)光顏色從冷光向暖色光轉(zhuǎn)變,目前常用的方法是在釔鋁石榴石熒光粉中用釓離子取代釔離子,使熒光粉發(fā)射波長(zhǎng)紅移,達(dá)到降低色溫、提高顯色指數(shù)的效果。但釓離子取代釔離子后會(huì)造成發(fā)光效率下降以及熱穩(wěn)定性變差。對(duì)于這種現(xiàn)象,長(zhǎng)期以來(lái)經(jīng)典位型坐標(biāo)模型和分子軌道雜化理論無(wú)法合理解釋。
陳雷及其課題組結(jié)合電子能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度和電荷差分密度理論計(jì)算,從剛性結(jié)構(gòu)中的電子云擠壓變形角度,對(duì)Gd離子取代造成的光譜紅移、強(qiáng)度下降和熱穩(wěn)定性變差的本征機(jī)制給出了一種全新解釋:由于Gd離子半徑較大,在釔鋁石榴石剛性結(jié)構(gòu)中會(huì)造成電子云擠壓變形,晶體場(chǎng)增強(qiáng)、電子有效質(zhì)量減輕、電子鋪展能級(jí)范圍擴(kuò)大和帶隙減小,導(dǎo)致發(fā)光效率下降與熱穩(wěn)定性降低。
這一理論不僅科學(xué)地解釋了Gd取代后的釔鋁石榴石熒光粉發(fā)光現(xiàn)象,還對(duì)開(kāi)發(fā)新型剛性結(jié)構(gòu)熒光材料具有重要指導(dǎo)意義。“根據(jù)這一理論建立的模型,未來(lái)還可以指導(dǎo)開(kāi)發(fā)具有特定色澤的人造寶石晶體,并賦予更加絢麗多彩的顏色,例如各種人造鉆石、藍(lán)寶石和紅寶石等。”陳雷介紹。
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