【摘 要】
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采用发光玻璃的白光LED方案具有环保、加工便捷、使用寿命长、不限规格等诸多优点,能够实现各个领域对白光光源提出的巨大挑战。故在玻璃基质中实现优质的白光发射已经逐渐成为近年来的研究热点。传统的白光玻璃都是在玻璃基质中掺杂多种发光中心来实现白光发射的,这不仅会增加白光LED器件的工业成本,同时也提高了对白光调控发射的困难程度。本文主要研究了两种存在缺陷发光中心的玻璃基质的光学性质和单掺稀土/过渡金属离
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采用发光玻璃的白光LED方案具有环保、加工便捷、使用寿命长、不限规格等诸多优点,能够实现各个领域对白光光源提出的巨大挑战。故在玻璃基质中实现优质的白光发射已经逐渐成为近年来的研究热点。传统的白光玻璃都是在玻璃基质中掺杂多种发光中心来实现白光发射的,这不仅会增加白光LED器件的工业成本,同时也提高了对白光调控发射的困难程度。本文主要研究了两种存在缺陷发光中心的玻璃基质的光学性质和单掺稀土/过渡金属离子玻璃的可调控白光性能,并对封装LED器件设计及光电响应特性进行探究,为这两种缺陷玻璃材料在白光LED上的应用提供理论基础与实验基础。论文主要包括六个章节:论文第一章为文献综述部分。主要介绍了白光LED用发光玻璃的概念与原理,简单概述了常见的玻璃基质以及可见光发光中心的种类与发光机理。随后重点介绍了两种具有缺陷发光中心的玻璃基质—含锡玻璃和二元磷酸盐氮氧玻璃,包括它们的光谱学性能、发光机理以及缺陷结构分析,引出了本文的主要研究内容。论文第二章为实验及理论计算部分。主要介绍了两种玻璃的化学组分与样品制备、主要的性能测试与对应的实验测试仪器信息,并列出了在本文工作中涉及到的物理参数的计算或定义公式。论文第三章为氟磷酸锡盐玻璃光学性质及结构研究。主要研究了Sn2+发光中心在该玻璃基质中的动态光谱学特性、相关缺陷结构研究以及能量弛豫机理。首次报道了在氟磷酸锡盐玻璃中观察到荧光与磷光共存的现象以及光电响应特性。结果表明,磷酸盐组分的增加通过影响Sn2+的S1/S1’→T1跃迁,进而提高能量传递效率。此外,证明了Sn原子周围的氧空位缺陷在光激励下能够捕获电子,转变为类F+缺陷中心,作为电子缺陷能阱,实现Sn2+中T1→S0的双重弛豫发射。这种全新的能量转移机制可以很好地解释氟磷酸锡盐玻璃中的荧光与磷光共存现象与光电响应特性。论文第四章为稀土元素掺杂氟磷酸锡盐玻璃的可调控白光发射研究。主要研究了Eu3+稀土离子在氟磷酸锡盐玻璃中的光学性质以及能量传递机理,并在掺杂玻璃中实现可调控的白光发射。同时通过调整玻璃基质组分获得优异白光性能的白光LED方案。结果表明了Eu3+离子与Sn2+发光中心在进行本征发光的同时存在着相互作用的能量转移过程。这使得Eu3+掺杂氟磷酸锡盐玻璃中Eu3+离子的掺杂浓度越高,发光效率越高。同时可以通过改变激发波长来实现玻璃中可调控的白光发射。在375 nm芯片激发下,自组装的白光LED表现为低色温的暖白光发射,390 nm芯片激发下为高色温的冷白光LED。另外,通过提高玻璃基质中磷酸盐组分比例,在TFP641Eu5样品的冷白光LED器件中获得了最高量子效率的白光发射,其白光性质参数表现为:CIE=（0.31,0.30）、Ra=92.3、绝对量子效率=12.81、色温=8769 K。论文第五章为过渡元素掺杂二元磷酸盐氮氧玻璃的光学性能及可调控白光发射研究,主要研究了Mn离子在磷酸锌盐氮氧玻璃中的价态表现、光学性质以及这种掺杂玻璃在LED中的可调控白光性质。首次提出以Mn3+离子作为“能量采集探针”,通过静态光谱学分析了混合价态下Mn2+离子的能量转移规律。结果表明,在磷酸锌盐氮氧玻璃中的Mn离子保持着较高的还原态,比起传统磷酸锌盐玻璃基质,表现更高的Mn2+离子浓度。这使得Mn离子的离子-离子交换耦合效应增强,Mn离子掺杂的磷酸锌盐氮氧玻璃表现出更强的红光发射。由于Mn离子与玻璃中的氮磷电子-空穴缺陷发光中心存在着能量转移,在紫外芯片激发下,其自组装WLED表现出可调控的暖白光发射,其白光性质参数表现为:CIE=（0.33,0.35）、色温=5228K、显色指数Ra=86。论文的第六章是论文的结论,概括了全文工作内容与结果,同时指出了工作中的不足之处与对未来工作的展望。
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