南京大學(xué)在高效穩(wěn)定白光LED研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展

藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）的發(fā)明，推動(dòng)了當(dāng)代照明和顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，被授予2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。享有“第四代照明光源”美譽(yù)的固體白光LED，與傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈和高壓氣體放電燈相比，具有光效高、節(jié)能環(huán)保、壽命超長(zhǎng)和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)新一代的環(huán)保節(jié)能光源。

然而，目前實(shí)現(xiàn)白光LED照明的主要途徑是利用藍(lán)光LED對(duì)稀土發(fā)光材料進(jìn)行熒光激發(fā)，紅綠藍(lán)混光后產(chǎn)生白光。稀土發(fā)光材料具有5d-4f及4f-4f光譜特性，由于其光吸收截面小，摩爾消光系數(shù)小，在白光照明和顯示背光應(yīng)用中往往帶來(lái)“藍(lán)光溢出”的問(wèn)題，造成廣大消費(fèi)者，特別是青少年的嚴(yán)重近視和眼底黃斑病變，這引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。

近年來(lái)，鉛鹵鈣鈦礦作為一種新型發(fā)光材料，擁有熒光光譜可調(diào)、半峰寬度窄、熒光量子產(chǎn)率高、缺陷容忍度高，及液相合成簡(jiǎn)單低成本等特性，在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和顯示器件等應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力。

但其離子特性（遇到光、熱、水、氧分解）和鉛的毒性，限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，尋找一種能實(shí)際應(yīng)用于LED的環(huán)保、穩(wěn)定、高效的鈣鈦礦材料意義非常。南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院鄧正濤教授團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于新型無(wú)機(jī)發(fā)光材料的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

特別是在白光LED和廣色域顯示器件方向，針對(duì)發(fā)光材料在實(shí)際應(yīng)用中的瓶頸問(wèn)題，在發(fā)光材料的性能提升和穩(wěn)定性方面取得了一系列進(jìn)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，該課題組采用一種室溫快速結(jié)晶的方法，制備了具有高光致發(fā)光量子效率和高穩(wěn)定性的無(wú)鉛錳鹵化物鈣鈦礦材料，并應(yīng)用于白光LED器件。

《Advanced Functional Materials》論文截圖和TOC示意圖（圖片來(lái)源：南京大學(xué)）

該團(tuán)隊(duì)采用一種室溫快速液相合成方法，大規(guī)模制備了兩種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化無(wú)鉛吡啶錳鹵化物鈣鈦礦。該四面體配位的（C5H6N）2MnBr4發(fā)射峰位在521 nm， 具有高達(dá)95%的熒光量子產(chǎn)率、窄半峰寬和優(yōu)異的穩(wěn)定性，而八面體配位的C5H6NMnCl3表現(xiàn)為648 nm的紅光發(fā)射，量子產(chǎn)率為40%。

相比于全無(wú)機(jī)的CsPbX3 （X=Cl， Br）鈣鈦礦，其不穩(wěn)定性和毒性都得到了有效解決。通過(guò)環(huán)境穩(wěn)定性測(cè)試，紫外光老化測(cè)試和熱穩(wěn)定性測(cè)試，吡啶錳鹵化物鈣鈦礦仍然保持良好的性能。將綠光發(fā)射的（C5H6N）2MnBr4熒光粉與紅光發(fā)射的K2SiF6:Mn4+ 熒光粉混合后制備的白光LED器件在驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí)，相關(guān)參數(shù)為光效93.9 lm/W。

該白光LED在大氣環(huán)境中經(jīng)過(guò)410 min持續(xù)工作測(cè)試發(fā)射強(qiáng)度沒(méi)有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，表現(xiàn)出優(yōu)異的器件穩(wěn)定性。

調(diào)節(jié)（C5H6N）2MnBr4和C5H6NMnCl3熒光粉比例可以得到一系列色坐標(biāo)連續(xù)可調(diào)的暖白光LED，同時(shí)將其應(yīng)用于背光顯示后，實(shí)現(xiàn)了色坐標(biāo)接近104%的NTSC 1931色域覆蓋率。該工作將推動(dòng)基于新型發(fā)光鈣鈦礦材料的低成本LED照明和背光顯示的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

相關(guān)成果于2021年3月2日以“Stable and Bright Pyridine Manganese Halides for Efficient White Light-Emitting Diodes”為題在國(guó)際知名材料學(xué)期刊《Advanced Functional Materials》雜志（影響因子：16.836）上在線發(fā)表。

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院為論文第一單位；本文通訊作者為現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的鄧正濤教授；所指導(dǎo)的博士生胡光才為本論文第一作者。

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