南京大学在高效稳定白光LED研究领域获重要进展
2021-03-10 03:13 [编辑: MiaHuang]

蓝光发光二极管(LED)的发明,推动了当代照明和显示产业的发展,被授予2014年诺贝尔物理学奖。享有“第四代照明光源”美誉的固体白光LED,与传统白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯相比,具有光效高、节能环保、寿命超长和安全可靠等优点,被认为是21世纪新一代的环保节能光源。

然而,目前实现白光LED照明的主要途径是利用蓝光LED对稀土发光材料进行荧光激发,红绿蓝混光后产生白光。稀土发光材料具有5d-4f及4f-4f光谱特性,由于其光吸收截面小,摩尔消光系数小,在白光照明和显示背光应用中往往带来“蓝光溢出”的问题,造成广大消费者,特别是青少年的严重近视和眼底黄斑病变,这引起了全社会的广泛关注。

近年来,铅卤钙钛矿作为一种新型发光材料,拥有荧光光谱可调、半峰宽度窄、荧光量子产率高、缺陷容忍度高,及液相合成简单低成本等特性,在太阳能电池、发光二极管和显示器件等应用领域具有巨大潜力。但其离子特性(遇到光、热、水、氧分解)和铅的毒性,限制了其实际应用。因此,寻找一种能实际应用于LED的环保、稳定、高效的钙钛矿材料意义非常。

南京大学现代工程与应用科学学院邓正涛教授团队多年来一直致力于新型无机发光材料的基础研究和产业化应用。特别是在白光LED和广色域显示器件方向,针对发光材料在实际应用中的瓶颈问题,在发光材料的性能提升和稳定性方面取得了一系列进展,如:Angew. Chem., Int. Ed. 2020, 59, 7738;Mater. Adv. 2021, 2, 1320;Chem. Commun. 2021, DOI:10.1039/D0CC08253H;J. Mater. Chem. C 2021 DIO: 10.1039/D0TC05685E。

最近,该课题组采用一种室温快速结晶的方法,制备了具有高光致发光量子效率和高稳定性的无铅锰卤化物钙钛矿材料,并应用于白光LED器件。

《Advanced Functional Materials》论文截图和TOC示意图
图片来源:南京大学

该团队采用一种室温快速液相合成方法,大规模制备了两种有机无机杂化无铅吡啶锰卤化物钙钛矿。该四面体配位的(C5H6N)2MnBr4发射峰位在521 nm, 具有高达95%的荧光量子产率、窄半峰宽和优异的稳定性,而八面体配位的C5H6NMnCl3表现为648 nm的红光发射,量子产率为40%。

相比于全无机的CsPbX3 (X=Cl, Br)钙钛矿,其不稳定性和毒性都得到了有效解决。通过环境稳定性测试,紫外光老化测试和热稳定性测试,吡啶锰卤化物钙钛矿仍然保持良好的性能。将绿光发射的(C5H6N)2MnBr4荧光粉与红光发射的K2SiF6:Mn4+ 荧光粉混合后制备的白光LED器件在驱动电流为20mA时,相关参数为光效93.9 lm/W。

该白光LED在大气环境中经过410 min持续工作测试发射强度没有出现衰减现象,表现出优异的器件稳定性。调节(C5H6N)2MnBr4和C5H6NMnCl3荧光粉比例可以得到一系列色坐标连续可调的暖白光LED,同时将其应用于背光显示后,实现了色坐标接近104%的NTSC 1931色域覆盖率。该工作将推动基于新型发光钙钛矿材料的低成本LED照明和背光显示的产业化应用。



发光吡啶锰卤化物钙钛矿材料的制备及在白光LED领域应用
图片来源:南京大学

相关成果于2021年3月2日以“Stable and Bright Pyridine Manganese Halides for Efficient White Light-Emitting Diodes”为题在国际知名材料学期刊《Advanced Functional Materials》杂志(影响因子:16.836)上在线发表。南京大学现代工程与应用科学学院为论文第一单位;本文通讯作者为现代工程与应用科学学院的邓正涛教授;所指导的博士生胡光才为本论文第一作者。(来源:南京大学)

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