河南理工大学 物理与电子信息学院,河南 焦作 454000
伴随大功率LED和激光照明技术的快速进步,相关的材料学研究也越来越多地涉及到封装技术、光学设计、模块化、光热一体化等内容。在此背景下,研究者在专注于优化荧光材料性能的基础上,需要越来越多地涉及基于光度学参数的材料设计。因此,系统掌握相关光度学参数的定义和表征原理,可对新型荧光材料的设计和开发起到促进作用。本文旨在向荧光材料领域简明扼要地介绍包括“光强”、“光出射度”、“光亮度”、“光照度”等参数在内的光度学基础知识,并结合实际的研究案例,阐述上述参数的测试方法和原理。最后展望以各光度学参数为导向的研究策略,为相关荧光材料的研究提供思路。
荧光材料 固态照明 光度学 激光照明 phosphors solid-state lighting photometry laser lighting
1 江苏大学 材料科学与工程学院,江苏 镇江 212013
2 中国科学院上海硅酸盐究所 透明陶瓷研究中心,上海 201899
3 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心,北京 100049
实现高发光效率、高亮度和良好的热稳定性是固态照明的迫切要求。因此,用于高功率发光二极管或激光二极管(LED/LD)的高性能荧光转换材料具有重要的研究意义。在这项工作中,通过将Lu3+离子引入YAG∶Ce荧光陶瓷中方法作为有效策略来改善YAG∶Ce荧光材料的发光性能。采用固相反应和真空烧结法制备了不同Lu3+含量的(Lu,Y)3Al5O12∶Ce荧光陶瓷(LuYAG∶Ce荧光陶瓷)。随着Lu3+含量的增加,LuYAG∶Ce荧光陶瓷中的Y3+位点被Lu3+位点取代,Ce3+的发射峰呈现从573 nm到563 nm的蓝移现象。当Lu3+含量为60%时,通过将LuYAG∶Ce荧光陶瓷与蓝光LED组合,其发光强度达到最大值,流明效率达到114 lm?W-1。使用450 nm激光源与LuYAG∶Ce荧光陶瓷构建了透射模式下的激光驱动照明装置。随着功率密度从2.2 W·mm-2增加到39 W·mm-2,Lu3+含量为60%的荧光陶瓷光通量从128 lm增加到1 874 lm,且没有发光饱和的迹象,最佳发光效率达到128 lm·W-1。因此,LuYAG∶Ce荧光陶瓷有望成为高功率LED/LD照明的潜在荧光转换材料。
(Lu,Y)3Al5O12∶Ce荧光陶瓷 固态照明 荧光转换材料 高亮度 (Lu,Y)3Al5O12∶Ce transparent ceramic phosphors(TCPs) solid-state lighting color conversion materials high-brightness
河南理工大学 物理与电子信息学院,河南 焦作 454000
激光照明用荧光材料已成为固态照明领域的研究热点。随着相关研究的不断深入和细化,科研人员对于荧光材料的认知也在不断提升。然而,现有激光照明用荧光材料的设计和研究思路在很大程度上仍受到wLED产业的影响,在材料器件化的过程中会存在种种问题。本文旨在从工程应用角度出发,探讨激光照明用荧光材料应具备的核心特性。首先简述荧光材料应用于激光照明和大功率wLED场景下的区别;其次指出一些现有荧光材料设计和表征中存在的误区;再次归纳荧光材料在面向激光照明应用时的设计规则及其机理;然后,介绍一些商用荧光材料的设计和封装方案,并探讨几种潜力较好的材料设计和制备方案;最后,展望相关研究的发展趋势。
激光照明 固态照明 荧光材料 laser lighting solid-state lighting phosphor
1 安徽工业大学数理科学与工程学院, 安徽 马鞍山 243002
2 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230026
用高温固相法制备了一系列 2 at.% Dy3+ 和 x at.% Eu3+ (x=0,0.1,0.5,1,2,5) 共掺 NaY(MoO4)2 样品。X 射线衍射 (XRD)、 扫描电子显微镜 (SEM) 及红外光谱 (FTIR) 表征结果表明所合成的样品为四方相结构, 空间群为 I41/a。进一步研究了样品的激发光谱和在近紫外光激发下的发射特性, 结果表明 Dy3+ 和 Eu3+ 之间存在能量共振传递, 从而增强了 Eu3+ 的发光。2 at.% Dy3+ 和 2 at.% Eu3+ 共掺样品的 CIE 色度坐标值 (x=0.659,y=0.338) 接近 NTSC 规定的标准值, 因而有望作为显色性能优良的发光材料用于固态照明领域。此外, NaY(MoO4)2 物化性能稳定, 易采用提拉法生长, 因此本研究结果可以为 Dy3+ 和 Eu3+ 共掺 NaY(MoO4)2 单晶生长以及蓝紫光泵浦可见激光特性研究提供参考。
材料 高温固相法 能量共振传递 固态照明 materials high-temperature solid-state reaction method NaY(MoO4)2 NaY(MoO4)2 energy transfer solid-state lighting
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 3.厦门大学 材料学院, 厦门 361005
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
固态照明具有功率大、亮度高、体积小、节能环保等优点, 已成为21世纪最有前景的照明技术。作为固态照明关键材料, 荧光材料的性能直接决定固态照明器件的显色指数、流明效率和可靠性等技术参数。相较于荧光单晶、荧光玻璃、荧光薄膜及量子阱, 荧光陶瓷因具有优异的热学和光学性质及微观结构易调控等特点, 被认为是综合性能最优的大功率固态照明用荧光材料。未来, 荧光陶瓷将在汽车大灯、户外照明、激光电视、激光影院等领域得到更广泛的应用和发展, 具有广阔的市场前景。本文探讨了大功率固态照明用荧光陶瓷的设计原则, 重点介绍了目前研究相对较多的氧化物荧光陶瓷(主要指钇铝石榴石结构)和氮(氧)化物荧光陶瓷的研究进展, 最后对大功率固态照明用荧光陶瓷的未来发展方向进行了展望。
固态照明 荧光陶瓷 钇铝石榴石 氮(氧)化物 综述 solid-state lighting phosphor ceramics yttrium aluminum garnet nitrogen/oxynitrides review
1 华南农业大学 材料与能源学院, 广东 广州 510642
2 广东技术师范大学 光电工程学院, 广东 广州 510665
3 华南农业大学材料与能源学院 生物基材料与能源教育部重点实验室, 广东 广州 510642
选用中性红和硫脲作为原料,制备出一种540 nm波长发射的新型黄光碳点(CDs)水溶液,具有激发依赖特性。选择Al-MOFs和Zn-MOFs分别作为CDs的载体基质,得到CDs@Al-MOFs和CDs@Zn-MOFs两种复合荧光材料,都显示出非激发依赖特性。而CDs@Al-MOFs和CDs@Zn-MOFs的最佳发射峰分别位于555 nm 和612 nm,与CDs水溶液540 nm的发射波长相比,都出现不同程度的红移。通过对黄光CDs及其复合荧光材料进行TEM、XRD、FT-IR、XPS、UV-Vis和FL等系列表征,证明其发光机理是由CDs的表面态发光转变为分子态发光占主导地位。通过调整两种复合荧光材料的配比可获得不同发光性能的白光LED器件,当CDs@Al-MOFs与CDs@Zn-MOFs的质量比为1∶0.65时,器件的色温为3 968 K、显色指数达82.4,表明该碳点基复合荧光材料在白光LED领域具有广阔的发展前景和应用价值。
黄色发光碳点 有机金属框架 固态照明 白光LED yellow emissive carbon dots metal-organic framework solid lighting white light-emitting diodes
氮化物荧光粉脱胎于氮化物结构陶瓷, 凭借其结构的丰富性和配位环境的特异性华丽转身, 成为具有优异发光性能和超高稳定性的重要光转换材料, 并为半导体照明与显示技术的发展建功立业。本文首先回顾了经典氮化物荧光粉的发展历程, 继而思考了它带来的启示, 即新材料的研究开发需摒弃传统思维模式, 立足于产业需求, 强化产学研合作。
稀土发光材料 氮化物荧光粉 固态照明 luminescent materials nitride phosphors solid state lighting
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 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
碳纳米点(碳点)是一种新型的纳米发光材料, 具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性, 在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而, 合成碳点的前驱体材料多种多样, 合成方法各有不同, 导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源, 采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点, 探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法, 并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。
氮掺杂碳纳米点 发光机理 固态照明 生物成像 光热治疗 nitrogen doped carbon nanodots luminescence mechanism solid lighting biological imaging heat treatment