全光谱高显色性钪硅酸盐LED荧光粉的研究

基于蓝光GaN芯片的荧光粉转换的白光LED可望成为下一代照明新光源。目前，单一商用LED荧光粉的光谱成分不均衡，转化白光的显色性差，需要绿、黄、红几种荧光粉混合才能获得全光谱高显色性白光，但导致器件流明效率下降和性能不一致性等问题。本项目在前期研究工作基础上，提出选择高效绿色发光材料Ce3+掺杂钪硅酸盐为母体，采用氮化技术实现N取代部分O，调控Ce3+周围局域配位环境，在保留原有绿色Ce3+发光中心的同时产生新的红色Ce3+中心。充分考虑离子非等价取代下的电荷补偿，系统研究N含量与材料组成、氮化工艺的关系，研究材料的发光性质特别是绿色Ce3+与红色Ce3+中心间的能量传递以及温度特性，优化光谱分布和发光效率，最终获得绿、红光谱成分均衡的全光谱高显色性的单一钪硅酸盐LED荧光粉。本项目对于获得具有我国自主知识产权的先进LED荧光粉，促进我国固态照明研究与产业的发展具有重要意义。

基于蓝光GaN芯片的荧光粉转换的白光LED可望成为下一代照明新光源，但是目前，单一商用LED荧光粉的光谱成分不均衡，转化白光的显色性差，需要绿、黄、红几种荧光粉混合才能获得全光谱高显色性白光，但导致器件流明效率下降和性能不一致性等问题。本项目在前期研究工作基础上，提出选择高效绿色发光材料Ce3+掺杂钪硅酸盐为母体，探索基于蓝光LED芯片激发的全光谱钪硅酸盐荧光粉，为实现高显色白光LED奠定基础。掺铈钪硅酸盐原本为绿光发射，由于缺少红色成分，不能合成白光。项目组开展了一系列引入红色发光中心方法的研究，分别采用，（1）氮化技术引入N取代O，增强Ce3+周围配位键的共价性、将部分原来发绿光的Ce3+转化为发红光；（2）掺杂技术引入红色发光中心Mn2+,和Pr3+；（3）添加Lu、Mg组分改变晶场环境，使发光谱带的位置红移同时展宽。在此基础上，通过绿色发光中心Ce3+向引入的红色发光中心的有效能量传递，实现了光谱调控和全光谱LED白光，获得了显色指数达到90的高显色性LED白光，为开发新型白光LED荧光粉提供了重要理论和实验基础。