实验室张勤远教授团队：通过快速合成用于下一代显示的Mn4+非等价掺杂氟化物单晶57.15% EQE

要实现具有广色域的高质量液晶显示器件（LCD），开发同时具备高CIE x值和高外量子效率（EQE）的Mn4+掺杂氟化物至关重要。Mn4+掺杂非等价氟化物能够实现高CIE x值，但其EQE通常较低。尽管单晶合成策略能够提高EQE，但Mn4+掺杂非等价氟化物在氢氟酸中的低溶解度导致合成时间延长，增加了Mn4+变质的风险，从而降低了EQE。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的张勤远教授课题组设计了一种通用的预成核策略辅助的单晶基团取代方法，实现了K2LiGaF6:Mn4+单晶57.15%的外量子效率，在高质量和广色域的白光发光二极管（WLED）显示应用方面展现出巨大的潜力。

本研究对单晶合成过程的动力学进行了探究，并得出结论：将成核和生长过程分开能够实现单晶的快速制备。基于这一见解，设计了一种通用的预成核策略辅助的单晶基团取代方法，从而能够合成出具有优异光学性能和极少杂质缺陷的高质量K2LiGaF6:Mn4+单晶。

图1. 预成核辅助的单晶基团取代法示意图以及单晶成核理论分析

图2. 优化前后K2LiGaF6:Mn4+单晶以及粉末之间的发光性能对比

将优化前后的K2LiGaF6:Mn4+单晶以及粉末进行发光性能的对比，结果显示，优化后的K2LiGaF6:Mn4+单晶不仅PLE和PL强度都有显著的增强，而且可以实现57.15%的高外量子效率。经过测试分析，外量子效率的提高归因于获得了相对较高的Mn4+掺杂浓度，并减少了导致非辐射跃迁的猝灭中心（Mn3+）的形成。此外，这种预成核策略辅助的单晶基团取代法具有良好的通用性，可用于其他Mn4+掺杂非等价氟化物。

采用该材料制造了具有109.3% NTSC广色域的高效WLED，并组装了高性能投影仪，展示了作为高质量和广色域背光显示候选产品的潜力。

图3. 优化后K2LiGaF6:Mn4+单晶的显示器件性能测试以及应用

相关研究成果以“Achieving 57.15% EQE in Mn4+Non-equivalent Doped Fluoride Single Crystals via a Rapid Synthesis forNext-Generation Display Lighting”为题发表在Inorganic ChemistryFrontiers上，其中通讯作者为张勤远教授和王媛婧博士，第一作者为彭子昂硕士生。该研究工作得到了中国国家重点研究发展计划、中国国家自然科学基金会、广东省科学委员会杰出青年基金、国家重点实验室荧光材料与器件等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D5QI01865J