氮化物荧光粉脱胎于氮化物结构陶瓷, 凭借其结构的丰富性和配位环境的特异性华丽转身, 成为具有优异发光性能和超高稳定性的重要光转换材料, 并为半导体照明与显示技术的发展建功立业。本文首先回顾了经典氮化物荧光粉的发展历程, 继而思考了它带来的启示, 即新材料的研究开发需摒弃传统思维模式, 立足于产业需求, 强化产学研合作。

白光LED作为新一代高效、 环保型照明光源, 被给予了极高的厚望。 目前商业中白光LED主要采用蓝色LED芯片激发黄色YAG荧光粉的方式来实现白光, 发光效率能达到理想值, 但存在红色光谱区域缺失的问题, 造成关键性指标显色指数偏低, 限制了白光LED在橱窗照明、 医疗照明和投影显示等高品质需求领域的应用。 而目前研究较多有关红色荧光粉的光效与稳定性, 对红色氮化物荧光粉的宽光谱设计研究尚有待深入探索。 采用高温固相法成功制备出了高效宽光谱红色Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+荧光粉, 通过X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱仪(PL)等测试技术对荧光粉样品的结晶度和发光性能进行了表征分析； 基于第一性原理研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的晶体结构和能带结构, 研究了Eu2+掺杂CaAlSiN3发光过程中的能量跃迁机理, 从其微观性质方面分析探讨了荧光粉的光谱性能； 基于蒙特卡罗理论和遗传算法建立了白光封装模型, 并结合CaAlSiN3∶Eu2+进行了白光LED应用封装和测试, 研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的封装样品的光色特性。 研究结果表明, 利用高温气压炉合成Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+材料具有较高的结晶度, 且微量的稀土元素Eu掺杂不会破坏其晶体结构, 仍具有较好的稳定结构； 通过PL光谱测试发现其具有极宽的激发光谱（200～600 nm）, 能被蓝光或者紫外LED芯片有效激发, 当在450 nm波长激发下, 荧光粉发出峰值为650 nm的发射光谱, 光谱半高宽为91.4 nm, 通过晶体的能带分布可知其发射光谱为5条高斯光谱曲线, 归结于Eu2+ 的5d能级向4f能级跃迁, Ca0.937 5AlSiN3∶0.062 5Eu2+荧光粉的能量带隙为3.14 eV的间接带隙, 主要是由Ca-3p, Eu-3d, N-2p, Al-3p, Si-3p电子态决定, 使得材料发出红色光谱； 通过建立白光光谱模型指导实现了白光LED应用封装, 采用蓝光LED芯片与Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+红色荧光粉、 β-sialon绿色荧光粉进行组合封装, 光谱测试结果与白光封装模型模拟值（Ra=93.93, R9=72.77, Tc=3 400 K）的趋势接近, 且获得了高效高显色性的白光LED（η=101 lm·W-1, Ra=92.1, R9=74.9, Tc=3 464 K）, Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+所提供的红光光谱能够有效地提高白光LED的显色指数, 同时在LED的发光效率、 色温和物理化学稳定性等方面具有极高的价值, 是一种很有应用前途的高品质照明白光LED用红色荧光粉材料。