Luminescentie van s 2 -ionen voor LED toepassingen

Luminescentie van s2-ionen voor LED toepassingen
Promotor: Philippe Smet, Dirk Poelman
Begeleiding: Jonas Joos
Probleemstelling:
Licht uitstralende diodes of leds maken de laatste jaren een spectaculaire opmars als lichtbron, zowel
voor verlichtingstoepassingen als in beeldschermen, zoals het achtergrondlicht van vloeibaarkristalschermen (LCD). In deze toepassingen worden bijna uitsluitend witte leds gebruikt. Toch is het
onmogelijk om met pn-juncties rechtstreeks wit licht te maken, aangezien dit monochromatische
lichtbronnen zijn. Om witte leds te fabriceren, wordt een blauw stralende diode gecombineerd met
één of meerdere fosforen. Deze fosforen (die naast hun naam niks gemeenschappelijk hebben met
het element fosfor) zetten een gedeelte van het blauwe ‘pomplicht’ om in groen, geel en rood licht.
Deze verschillende bijdragen combineren tot wit licht. Fosforen, die het onderwerp zijn van deze
studie, bestaan uit een anorganisch gastkristal dat gedoteerd wordt met vreemde ionen. Deze ionen
zijn activator voor de luminescentie en zorgen dus voor de bijzondere optische eigenschappen van
deze materialen. De fosforen in huidige toepassingen (zie foto hieronder) zijn quasi uitsluitend
gebaseerd op lanthanide-onzuiverheden, veelal europium of cerium. Lanthaniden zijn echter zeer
moeilijk te ontginnen en op te zuiveren. Deze vervuilende industrie is bovendien gemonopoliseerd
door China waardoor de reeds hoge prijs ook in de toekomst zal blijven stijgen. Het is daarom van
groot belang om op zoek te gaan naar alternatieve, beter beschikbare optische dopanten. Een klasse
van ionen die de lanthaniden in fosforen mogelijk kunnen vervangen, zijn s2-ionen. Hierbij wordt de
luminescentie veroorzaakt door een elektronische ns2 → nsnp transitie. Voorbeelden zijn Sb3+, Sn2+,
Pb2+, Bi3+, …
Doelstelling:
Het potentieel van s2-dopanten zal
worden onderzocht door ze in
verschillende soorten gastmaterialen
(nitrides, sulfides, oxides,…) te
brengen. Na de synthese worden de
optische
(emissieen
excitatiespectrum,
vervaldynamica,
invloed van temperatuur, … ) en
structurele
(kristallografie,
samenstelling) eigenschappen van de fosforen grondig gekarakteriseerd. Deze experimentele studie
moet de nodige input geven voor het opstellen van energieschema’s van de dopant in het
gastmateriaal. Deze energieschema’s moeten toelaten om de eigenschappen van nog te maken
dopant-gastrooster combinaties te voorspellen. Ten slotte worden de ontwikkelde fosforen
gevalideerd voor hun geschiktheid in ledtoepassingen.
Locatie: De Sterre, gebouw S1
Website: http://lumilab.ugent.be