摘要
白光发光二极管(WLED)是一种广泛应用于照明和背光显示的光电器件。Mn4+激活的氟化物红色荧光粉作为WLED的红光组分，能有效改善WLED的色彩还原性和色温等指标，受到广泛关注。然而，这类荧光材料对水氛敏感，长期在潮湿环境中使用时，表面易形成黑色的MnO2沉淀，影响WLED的性能。此外，这类荧光材料荧光寿命较长，限制了其在快速响应背光领域的应用。为解决以上问题，本论文基于文献调研的结果，分别对Mn4+激活的氟化物红色荧光粉的耐湿性问题和快速响应背光方面的应用短板进行了研究和改进。本论文的研究成果和创新点如下： 1.为增强Mn4+激活的氟化物红色荧光粉的耐水性，常用方法是在荧光粉表面包覆无机层或有机涂层，但会造成荧光在壳核界面处猝灭。本研究采用表面钝化策略，即使用亚硫酸钠溶液将荧光粉表面的湿敏基团[MnF6]2-还原为Mn2+，使其从表面脱离，提高荧光粉的耐水性。实验结果显示，在泡水6小时后，经过亚硫酸钠溶液处理的K2SiF6:0.06Mn4+荧光粉仍保持了90.75%的荧光强度，而未处理的样品仅有10.23%。此外，亚硫酸钠溶液的处理还使得K2SiF6:0.06Mn4+荧光粉在常温下的积分荧光强度提高了18%，并出现了由于壳层生成而导致的异常负热猝灭现象。本研究对这些现象进行了分析和解释。最后，利用处理后的K2SiF6:0.06Mn4+荧光粉装配的WLED具有高显色指数(89.3)和低色温(2955K)等优点。 2.针对Mn4+激活的氟化物红色荧光粉的湿敏性问题，现有耐水性策略存在处理效率低和壳层厚度薄等缺陷。本研究综合了表面钝化策略和反向阳离子交换策略的优势，提出了还原剂优化交换策略。即利用NH4F(40%)溶液为待处理荧光粉提供高效离子交换环境，同时利用FeSO4阻止[MnF6]2-在离子交换过程中重新掺杂回表面。通过FIB-SEM测量，本研究构建的无Mn4+壳层的厚度约为900纳米，能为荧光粉在极端工况(高温、高压、高湿)下提供防水屏障。经过在高温高压高湿环境中的测试，经处理的K2TiF6:0.05Mn4+荧光粉的荧光强度相对稳定，优于表面钝化策略和反向阳离子交换策略处理的结果。最后，本研究利用处理后的K2TiF6:0.05Mn4+荧光粉组装的WLED的发光效率为118lm/W，显色指数为89.8，相关色温为3109K，有效地解决了WLED红光不足的问题。 3.为了解决商业化的K2SiF6:Mn4+红色荧光粉在快速响应背光领域荧光寿命过长的问题，本研究探索了具有较短荧光寿命(lt;5ms)的红色荧光粉K2LiAlF6:Mn4+，并提出了一种电荷补偿策略来提高其发光强度。该策略通过同时掺杂电荷补偿剂Zn2+和Mn4+激活剂到K2LiAlF6基质中，抑制了K+空位形成，保持了Mn4+价态，使Mn4+最佳掺杂浓度从3at%提升到5at%，发光强度增加了39%。通过实验与理论计算阐明了发光强度提升的机理，最后，直观地展示了改性后的K2LiAlF6:Mn4+相对于K2SiF6:Mn4+在响应速度上的优势。
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