Synthèse de matériaux luminescents et contrôle des propriétés optiques pour les LEDs blanches

Design, synthesis and control of the optical properties of phosphors for white light emitting diodes

• Auteur / Autrice : Hailong Yuan
• Direction : Eric Faulques, Qiang Shen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 25/06/2021
• Etablissement(s) : Nantes en cotutelle avec Wuhan University of Technology
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Vallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Romain Gautier, Rui Yang, Véronique. Jubera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ambiance visuelle

Diodes électroluminescentes

Apprentissage machine

Luminophores

Mots clés libres

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Résumé

L’énergie consommée pour l’éclairage et l’affichage est estimée à 20% de la consommation énergétique totale. Actuellement, la méthode principale pour fabriquer des LEDs blanches consiste à combiner une LED bleu avec un matériau luminescent jaune. Cependant, ces LEDs présentent certains inconvénients : (1) le rendu de couleur est trop faible et la température de couleur est trop élevée à cause de l’absence d’émission rouge. Pour ces raisons, ce type d’éclairage n’est pas utilisé dans certains secteurs tels qu’en médicine. (2) l’émission de la LED bleu est, très souvent plus intense que l’émission des matériaux luminescents conduisant à des troubles possibles pour le cycle circadien. Pour résoudre ces problèmes, la thèse s’est focalisée sur la synthèse et l’amélioration des propriétés de luminescence de matériaux luminescents avec une seule bande d’émission, le contrôle des propriétés de luminescence pour des matériaux luminescents monophasés et le design et contrôle des performances de nouveaux matériaux luminescents blancs. Sr2Si5N8:Eu a été synthétisé en des temps courts et à basses températures. La stabilité thermique et la photoluminescence de Sr2Si5N8:Eu a été améliorée via un dopage au bore. Les matériaux luminescents Li2MSiO4:Ce3+/Eu2+/Eu3+ （ M = Sr ， Ba ） avec différentes concentrations de dopants ont été synthétisés par approche combinatoire. Les relations entre les conditions expérimentales et les propriétés de photoluminescence des matériaux luminescents ont été rationalisées. Une nouvelle série de composés monophasés luminescents blancs (TDMP)Pb(BrxCl1-x)4 (0≤x≤1,TDMP = trans-2,5- dimethylpiperazine) a été synthétisée. Les relations entre conditions expérimentales (Concentration en manganèse et ratio Cl/Br) et les propriétés de luminescence (température de couleur et rendu de couleur) des matériaux ont été rationalisées afin de guider la synthèse vers des matériaux monophasés luminescents blancs.

As an integral part of modern life, the energy consumption of lighting and display industry is estimated at 20% of the total energy consumption. Currently, the main method to fabricate wLEDs is through a combining blue chip with a yellow phosphor. However, such wLEDs have some obvious drawbacks: (1) the color rendering index is too low and the color temperature is too high due to the absence of red emission, thus, they are not suitable for high-end lighting industry (such as in medicine); (2) Compared with the coated phosphors, the chip has shorter response time and stronger light, so there will be certain danger of blue light that will affect human circadian rhythm. To solve the above problems, this thesis focused on the synthesis and enhancement of the luminescence properties of single-phase phosphors with single emission peak, the control of luminescence properties on the single-phase phosphors with multi-emission peaks, the design and performance control of new full-spectrum white phosphors. Sr2Si5N8:Eu was synthesized in a short time and at low temperature by plasma activated synthesis. Thermal stability and photoluminescence of Sr2Si5N8:Eu was improved via boron doping. Li2MSiO4:Ce3+/Eu2+/Eu3+（M = Sr， Ba） phosphors with different dopants concentrations were synthesized by a high-throughput approach. The relationships between the experimental conditions and photoluminescence properties of phosphors were rationalized, which can guide the synthesis of single phase white phosphors. A novel series of single phase white phosphors s (TDMP)Pb(BrxCl1-x)4 (0≤x≤1,TDMP = trans-2,5-dimethylpiperazine) was synthesized. The relationships between experimental conditions (concentration of Mn and Cl/Br ratio) and photoluminescence properties (CCT,CRI) of phosphors was rationalized, which can guide the synthesis of ultra-high CRI, tunable CCT and high PLQY single phase white phosphors.