北科大刘泉林教授团队ACS AMI：小尺寸高效K2SiF6：Mn4+荧光粉的全无机绿色合成，用于Mini-LED显示

发布时间：2024-08-30 浏览：281

一、成果简介

高分辨率液晶显示器(LCD)背光需要具有微米级发光粒子和均匀形态的颜色转换层。广泛使用的商用发红光K₂SiF₆: Mn⁴⁺荧光粉，作为光转换的候选材料，由于其合成过程有毒，颗粒尺寸大，耐湿气性差而面临限制。

我们成功地用常用的HCl/SiO₂/KF溶剂体系取代高毒性的HF/TEOS/KHF₂溶剂体系来合成了小尺寸的K₂SiF₆: Mn⁴⁺荧光粉。

此外，还进行了表面钝化以提高发光强度和耐湿性，记为K₂SiF₆: Mn⁴⁺@CaF₂。因此，K₂SiF₆: Mn⁴⁺@CaF₂荧光粉具有较高的发光效率(99.87%/32.84% IQE/EQE)，平均粒径为~ 2.67 um。值得注意的是，在85%的湿度和85℃的温度下暴露3 h后，K₂SiF₆: Mn⁴⁺@CaF₂的发光强度保持在47.4%，而原始K₂SiF₆: Mn⁴⁺的发光强度为21.2%，而TEOS合成的K₂SiF₆: Mn⁴⁺的发光强度仅为3.5%。

这些进步对于提高高分辨率LCD背光具有巨大的潜力，特别是对于具有微米级像素的显示器，为增强显示技术开辟了新的可能性。

二、图文导读

图1 KSF: Mn⁴⁺荧光粉的合成过程示意图

图2 (a) KSF: Mn⁴⁺荧光粉醋酸洗涤前后的XRD谱图以及立方KSF (c-KSF)、六方KSF (h-KSF)和KCl的标准谱图。(b) KSF: Mn⁴⁺的SEM形貌图。(c)醋酸洗涤后KSF: Mn⁴⁺的EDS元素映射图

图3 (a) KSF: 6%Mn⁴⁺的PL和PLE光谱。(b)发光强度与Mn⁴⁺离子浓度的直方图。橙色柱表示KSF: 6%Mn⁴⁺&KCl样品的发光强度。(c) KSF: x%Mn⁴⁺样品的UV - vis - NIR漫反射光谱。(d) KSF: x%Mn⁴⁺样品的发光衰减曲线。附图显示了寿命与Mn⁴⁺离子浓度的关系。

图4 (a) KSF: Mn⁴⁺+@CaF₂的SEM形貌和EDS元素映射。(b) KSF: Mn⁴⁺&KCl、KSF: Mn⁴⁺和KSF: Mn⁴⁺@CaF₂样品的PL光谱和(c)发光IQE和EQE值。

图5 (a)在85℃温度、85%湿度条件下，KSF: Mn⁴⁺、KSF: Mn⁴⁺@CaF₂和KSF: Mn⁴⁺(TEOS)荧光粉处理前后不同时间的归一化发光强度。(b)在室内光线下不同处理时间的照片。(c) KSF: Mn⁴⁺@CaF₂荧光粉的温度依赖性(80 ~ 500 K)发光色图。(d)不同温度下KSF: Mn⁴⁺@ CaF₂荧光粉的CIE 1931色坐标。

图6 (a) GaN芯片、β-硅烷和KSF: Mn⁴⁺@CaF₂制备的白光pc-LED的电致发光光谱。插图显示了制造和照明pc-LED设备的照片。(b)不同电压(3 ~ 9 V)下的电致发光光谱。(c)制备的白色pc-LED(红色实线)和国家电视标准委员会(NTSC，黑色虚线)的CIE 1931色坐标。