1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 中国科学院大学光电学院，北京 100037
宽带近红外荧光粉作为新型检测用近红外固态光源——近红外荧光粉转化型发光二极管（NIR pc-LED）的核心材料，在近年来受到研究人员的高度关注。利用高温固相法制备了Cr3+离子掺杂的δ-Sc4Zr3O12宽带近红外荧光粉。在蓝光激发下，其近红外发射位置位于810 nm，发射峰的半峰全宽约为175 nm。该宽带发射对应于两个发光子峰的叠加，两发射子峰的位置分别出现在795 nm和873 nm，这在荧光衰减曲线和温度特性的测试结果中得到了验证。利用光谱数据估算得到的材料晶体场强度为2.25。最后，探索了所制备的Sc4Zr3O12∶3%Cr3+近红外荧光粉在NIR pc-LED中的应用。
激光与光电子学进展
2021, 58(15): 1516008
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 吉林大学 电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
提出了采用环境友好型InP/ZnS核壳结构量子点材料制备匹配蓝光Micro-LED阵列的量子点色转换层以实现Micro-LED阵列器件全彩化的技术方案。通过采用倒置式量子点色转换层方案, 实现了InP/ZnS量子点材料和Micro-LED阵列的非直接接触, 从而可以缓解LED中热量聚集导致的量子点材料发光主波长偏移、半峰宽展宽以及发光效率衰减等问题。量子点色转换层中内嵌PDMS聚合物柔性膜层, 可以消除咖啡环效应, 同时, 色转换层中内嵌飞秒激光图案化处理的500 nm长波通滤光膜层, 可以抑制蓝光从非蓝色像素单元出射。最后, 实验制备了像素单元中心间距90 μm的16×16 InP/ZnS量子点色转换层。该设计可以实现基于蓝光Micro-LED阵列的全彩色Micro-LED显示器件的制备, 并且该制备方法可以降低全彩色Micro-LED阵列显示器件的制备成本。
InP/ZnS量子点材料 色转换层 全彩显示器件 Micro-LED micro-LED InP/ZnS quantum dots material color conversion layer full-color display device
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
具有非损伤、快速检测特点的近红外光谱技术与近红外成像技术在食品成分检测、癌症早期诊断、脑科学等领域获得了越来越多应用, 其面临的技术瓶颈之一就是缺乏一种具有小型化、快速响应特点的宽带近红外光源。为解决该问题, 荧光粉转化的宽带近红外LED(pc-LED)逐渐在众多技术方案中脱颖而出。本综述重点总结了宽带近红外pc-LED核心材料Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉的研究进展, 并详细介绍了宽带近红外光源的应用背景及光源种类, 总结了Cr3+的发光特性。本综述针对Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉需要解决的重要问题展开讨论, 包含了效率提升、发射谱带展宽、电声耦合问题和应用探索四个方面, 以帮助读者了解该研究课题的现状、面临问题及未来发展趋势。
近红外 荧光粉 铬 宽带 LED LED near infrared light phosphor Cr3+ broad band
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
采用高温固相法在弱还原气氛下合成了一系列Ca2SiO4∶Ce3+,Sm3+,Li+荧光粉, 研究了该荧光粉的发光性质以及能量传递机制。当Ce3+摩尔分数固定在1%时, Sm3+掺杂摩尔分数为2%时样品的红光发射最强。在360 nm激发下, 可以证明从Ce3+到Sm3+存在有效的能量传递。能量传递效率最高可达55.8%。 运用Inokuti-Hirayama模型对Ce3+-Sm3+能量传递类型进行分析, 结果表明该能量传递类型为偶极子-偶极子相互作用。能量传递的临界距离经计算为0.55 nm。
能量传递 Inokuti-Hirayama模型 荧光粉 Ca2SiO4 Ca2SiO4 energy transfer Inokuti-Hirayama formula phosphors
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
提出一种Er3+改进的电子俘获光存储材料SrS∶Eu0.002, Sm0.002, Erx, 其中, 0≤ x ≤0.006。通过水热反应, 研究了不同退火温度对荧光粉晶相形成的影响, 以及不同含量的Er3+对荧光粉的发光性质以及光存储特性的影响。结果表明, Er3+的引入导致荧光增强及光存储特性提高。当Er3+的摩尔分数x=0.003时, 荧光强度、光激励发光强度及光存储量出现最大值, 分别为不含Er3+时的1.9倍、2倍和3.5倍。同时, Er3+的掺入不改变样品的晶体结构和衰减特性。
电子俘获 光存储 光激励 SrS SrS electron trapping optical storage photostimulated
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室，吉林 长春 130033
利用高温固相法制备了全色单一白光BaMg2Al6Si9O30∶Eu2+,Tb3+,Mn2+荧光粉。通过对其荧光光谱，能量传递效率，以及荧光寿命的研究，证实了Eu2+-Mn2+和Eu2+-Tb3+之间存在能量传递。在此体系中，白光由450，540和610 nm的3个谱带组成，分别来源于Eu2+,Tb3+,Mn2+ 的发射。通过控制Tb3+/Mn2+ 的相对含量，可以得到色坐标为（031，030），显色指数为90，色温为5 374 K的白光。因此，该单一白光荧光粉在白光照明领域具有潜在的应用前景。
白光荧光粉 单一基质 能量传递 白光照明 white-light emitting phosphor single-phase energy transfer white LED
1 中国科学院 激发态重点实验室 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院, 北京100039
采用水热法通过调控n(F-)∶n(Ln3+)，pH值以及n(Citrate)∶n(Ln)等一系列反应条件，合成了六方相的NaGdF4∶Yb3+,Ho3+与GdF3∶Yb3+,Ho3+纳米上转换材料，实现了形貌的可控合成。利用X射线粉末衍射(XRD)，场扫描电子显微镜(SEM)以及发光光谱等手段对产物的物相结构、形貌和荧光性质进行了研究。在980 nm光激发下，六方相的NaGdF4∶Yb3+,Ho3+与GdF3∶Yb3+,Ho3+样品均显示出绿光(541 nm)和红光(647 nm)发射，分别来自于Ho3+的5F4，5S2→5I8和5F5→5I8的跃迁。结果显示NaGdF4∶Yb3+,Ho3+六棱柱与六棱片结构的发光远强于GdF3∶Yb3+,Ho3+的发光，但在pH=7.0，9.0时生成的NaGdF4∶Yb3+,Ho3+球形结构发光效率低于GdF3∶Yb3+,Ho3+。这表明六方相NaGdF4∶Yb3+,Ho3+不同形貌样品的尺寸与结晶性对发光效率影响很大。
形貌控制 上转换发光 NaGdF4∶Yb3+ NaGdF4∶Yb3+ Ho3+ Ho3+ GdF3∶Yb3+ GdF3∶Yb3+ Ho3+ Ho3+ morphology controlled upconversion emission
1 中国科学院 激发态物理重点实验室 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院, 北京100039
采用高温固相反应法制备了一系列MgAl2O4∶xMn2+。在450 nm的蓝光激发下, 观察到了Mn2+的4T1→6A1跃迁的绿色发光, 发射光在x=10%时达到最大值。研究结果表明, 在x＞10%之后, 材料的发光强度没有明显减弱。发光强度的减弱是由于Mn2+导致的缺陷增多引起的。缺陷态与Mn2+对于蓝色激发光进行竞争, 并且对520 nm的发射光有再吸收过程。温度升高后的发光增强也被观察到。通过变温漫反射谱研究, 我们认为这与充当电子陷阱的缺陷态在高温下内部电子被热激发有关。
浓度猝灭效应 热猝灭效应 蓝光激发 能量转换 concentration quenching thermal quenching MgAl2O∶Mn2+ MgAl2O4 blue excitation energy conversion
1 中国科学院 激发态重点实验室 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院， 北京100039
3 Georgia Southern大学 物理学系， Statesboro Georgia30460
利用高温固相反应制备了一种由Lu改进的黄色荧光粉(Ca2.94-xLuxCe0.06)(ScMg)Si3O12(缩写为CLSMS∶Ce3+)，其中，0≤x≤0.94。同时研究了Lu含量对荧光粉的晶相、发光性质以及温度特性的影响。结果表明，Lu的引入导致荧光增强，其原因是由于Ce3+吸收增强而不是荧光粉内量子效率增加。通过控制Lu的摩尔分数可以获得纯的晶相，进一步实现Ce3+的高强度宽带发射。当Lu的摩尔分数x=0.54时，样品的荧光强度达到最大值，其值为不含Lu时荧光强度的156%。同时，含Lu的荧光粉比不含Lu的荧光粉表现出优越的温度特性。将含有Lu的荧光粉和蓝光LED芯片结合，得到显色指数86，流明效率为86 lm/W的白光LED。
黄色荧光粉 硅酸盐 白光LED yellow phosphor silicate white LED
1 中国科学院 激发态重点实验室 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春130033
2 中国科学院 研究生院, 北京100039
3 美国乔治亚南大学 物理系, 美国 乔治亚30460
通过在YAG∶Ce3+ 和YAG∶Ce3+, Pr3+ 荧光粉体系中分别掺入Cr3+ 离子来提高蓝光管芯白光LED的显色指数。Cr3+ 离子的加入，增加了红光发射，这归因于Cr3+的2E-4A2跃迁的零声子线和声子边带发光。Ce3+→Cr3+的能量传递是增强红光发射的重要方式，在YAG∶Ce3+，Cr3+ 体系中，由发射光谱得到的Cr3+ 的红光与Ce3+ 黄光发射强度的比值(I2/I1)与通过寿命测量得到的强度比很好符合。YAG∶Ce3+, Pr3+，Cr3+ 体系中，在只有Ce3+ 离子被激发的状态下(λex=340 nm)， 3种能量传递过程同时存在: Ce3+→Pr3+、Ce3+→Cr3+ 和Pr3+→Cr3+，进一步增加了红光比例。利用这两种荧光粉和460 nm蓝光发射管芯封装得到的白光LED，在正向驱动电流为20 mA时，LED的显色指数分别为80.4和81.4。Y3Al5O12∶Ce3+,Cr3+ Phosphors
能量传递 YAG YAG energy transfer WLED WLED
