摘要
白光LED作为一种新型的固态照明设备，由于其具有高效节能、使用寿命长、绿色环保等特点，成为第四代绿色照明光源。目前白光LED的实现方式有红绿蓝多芯片组合发光合成白光、蓝光LED芯片激发黄色荧光粉合成白光、（近）紫外LED芯片激发红绿蓝（RGB）三基色荧光粉合成白光。目前最主流的方式为将Y3Al5O12:Ce3+黄色荧光粉涂布在蓝色InGaNLED芯片上，通电流后，蓝光与荧光粉发出的黄光进行复合，从而得到白光；由于缺少红光成分，因此得到的白光具有色温（CCT）偏高、显色指数（CRI）低、光谱较窄等问题，无法形成暖光。研究（近）紫外LED芯片激发RGB三基色荧光粉合成白光或者开发新型的红色发光材料，有望解决这一难题。本论文以石榴石结构作为发光基质，通过高温固相法制备了（近）紫外光激发Eu3+/Sm3+/Dy3+单掺和Bi3+，Eu3+共掺系列荧光粉，研究荧光粉的物相结构、发光性能和相关的能量传递机理。主要研究内容如下： （1）通过高温固相法制备了Y2Ca2Ga3VO12:Eu3+/Sm3+/Dy3+单掺杂荧光粉。XRD结果表明，该荧光粉为立方晶相，空间群为Ia3?d，UV-Vis吸收光谱和荧光光谱表明Eu3+/Sm3+/Dy3+成功掺杂进Y2Ca2Ga3VO12（YCGVO）基质中，并分别在394/405/365nm（近）紫外光激发下，产生橙光（592nm）、红光（612nm）、黄光发射（577nm），其平均寿命分别为2.59-2.89ms、0.82-1.44ms和0.25-0.63ms。此外，在310nm激发下，观察到Y2Ca2Ga3VO12中VO43-到Eu3+/Sm3+/Dy3+的能量传递，且VO43-基团的发光强度随着Eu3+/Sm3+/Dy3+掺杂浓度的增加而逐渐降低。在423K时，Y2Ca2Ga3VO12:RE（RE为Eu3+，Sm3+或Dy3+）的荧光强度分别为室温下荧光强度的45.2%、71.2%、59.6%，表明该荧光粉具有良好的热稳定性，具有较好的白光LED应用潜力。 （2）通过高温固相法制备了Y2LaCaGa3ZrO12:Bi3+（YLCGZO:Bi3+）和Y2LaCaGa3ZrO12:Bi3+,Eu3+（YLCGZO:Bi3+,Eu3+）荧光粉。XRD结果表明该系列荧光粉为立方晶相，其晶粒尺寸（Crystallitesize）均随着掺杂离子浓度的提高逐渐减小。UV-Vis吸收光谱结果表明，YLCGZO:Bi3+,Eu3+共掺杂荧光粉具有286nm处Bi3+吸收峰和253、394nm处Eu-O的电荷迁移带及Eu3+吸收峰。荧光光谱结果表明，在298nm激发下，YLCGZO:Bi3+单掺荧光粉具有350nm处的宽峰发射；且YLCGZO:Bi3+的发射光谱与Eu3+单掺样品的激发光谱存在光谱重叠；通过对YLCGZO:Bi3+,Eu3+共掺杂荧光粉的荧光光谱分析，在298nm激发下，随着Eu3+离子掺杂浓度的增加，Bi3+离子的荧光发射强度逐渐减弱（350nm处），Eu3+离子的荧光强度不断增强（610nm处），表明Bi3+,Eu3+之间存在能量传递，且能量传递效率最高可达94.9%。此外，298-573K温度范围内的热稳定性结果表明，Bi3+单掺杂荧光粉在423K时的荧光强度为室温下的49.2%，而共掺样品则达到室温下荧光强度的55.7%，具有较好的热稳定性。 （3）通过高温固相法制备了Mg3Lu2Ge3O12:Bi3+（MLG:Bi3+）和Mg3Lu2Ge3O12:Bi3+,Eu3+（MLG:Bi3+,Eu3+）荧光粉。XRD结果表明，与Mg3Y2Ge3O12荧光粉对比，该系列荧光粉的XRD衍射峰发生了偏移，但仍为单相结构，且随着Eu3+离子掺杂浓度的增加，XRD衍射峰向小角度偏移。UV-Vis吸收光谱结果表明，Bi3+离子（280nm处）和Eu3+离子（394nm处）均已成功掺杂进MLG基质中。荧光光谱结果表明，MLG:Bi3+荧光粉可被286nm氙灯激发，得到308nm处的宽发射峰；进行Bi3+,Eu3+共掺杂后，在286nm激发下，MLG:Bi3+,Eu3+荧光粉中Bi3+的荧光强度迅速下降，Eu3+离子的荧光强度不断增强。CIE色度图结果表明，MLG:Bi3+,Eu3+荧光粉具有高纯度的红光发射。热稳定性测试结果表明，MLG:Bi3+,Eu3+荧光粉在423K下仍能保持初始荧光强度的82.3%，活化能为0.245eV，因此，MLG:Bi3+,Eu3+荧光粉可作为优秀的红光组分，具有较好的白光LED应用潜力。
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