白光LED用单相白色荧光材料的合成与光谱调控

节能、环保、高效的光转换型白光LED成为我国战略性新兴产业。研制具有高发光效率和高显色指数，且能够与各种特定LED芯片较好匹配的单相白色荧光材料是这一产业发展的有效途径。本项目选择可被紫外光或蓝光有效激发的、具有不同晶体场强的复合磷酸盐、钒酸盐和硼酸盐作为基质，采用光学活性稀土、过渡金属离子的组合体作为组合激活剂，结合敏化技术和电荷补偿技术，设计并合成高显色的白色发射新型单相体系材料；利用在极化率和电负性上与基质金属离子有差异的碱土或光学惰性稀土离子的取代，调控荧光粉电荷迁移带帯隙位置，进而实现荧光材料与特定LED芯片最佳匹配；运用计算模拟、物理表征和光学分析相结合的手段，揭示多发光中心离子的组合方式对粉体白色发射效率与显色指数的影响规律。解决白光LED应用领域材料体系普遍存在的显色指数低、激发峰位与LED芯片不匹配和配比调控困难等问题是本项目目的，具有重要的科学意义并符合新能源发展需求。

本项目按计划任务书选择了8种磷酸盐、3种钒酸盐、5种硼酸盐和5种硅酸盐作为基质晶体材料，以光学活性的稀土离子和过渡金属离子作为单一或复合激活剂，设计了一系列形貌和发光特性在一定范围内可连续变化的白光ＬＥＤ用单基质多色、甚至是白色发光材料，较好的完成了计划任务。研究结果表明：（1）基于共激发原理，在单一基质中掺杂不同发光颜色的稀土离子，通过基质与激活剂、以及不同激活剂离子之间光谱成分互补可以实现较高显色指数荧光材料；（2）利用敏化剂与激活剂之间的能量传递，对选定的基质材料进行多掺，也可以实现单相白色发光材料；（3）采用替位或掺杂的方式，通过基质晶体晶格环境的畸变，可以调控激活剂离子的发光波长和发光强度，同时更重要的是对材料的热稳定性有巨大的影响；（4）适宜敏化剂的引入可以实现单相多色发光材料发光效率的提高；（5）深入探讨了不同合成方法对发光材料的一次特性，特别是晶粒尺寸、分散性等二次特性的影响规律，为这些材料在白光LED器件的组装中提供理论支持。相关研究结果对于解决白光LED领域荧光粉存在的显色指数低、荧光粉激发峰位与LED芯片不匹配、颜色再吸收和配比调控困难等问题提供理论依据。项目实施期间共培养博士研究生2名、硕士研究生15名（已毕业11名），发表标注基金号资助的SCI收录论文30篇（其中影响因子大于3.0的4篇），EI收录2篇，会议论文2篇，获国家授权发明专利4项。