白光发光二极管（white LED）具有全固态、体积小、寿命长、高效、环保、节能等诸多优点，被认为是新一代照明光源，是国际照明领域研究的热点。目前产生白光LED的主流方案是在蓝光GaN基LED芯片上涂敷传统的黄色荧光粉Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce³⁺)。YAG:Ce³⁺的发射光谱主要为黄绿光，红光成分较少，封装的白光LED显色指数低（<80），不及传统的白炽灯和荧光灯。为解决这一问题，人们提出绿色和红色荧光粉混合的方案替代黄色荧光粉。这种方案存在着不同荧光粉之间的再吸收问题，影响白光LED的流明效率。同时，不同荧光粉还存在发光温度特性和老化特性不一致的问题，导致白光LED的色彩随温度和使用时间漂移。因此，获得光谱成分均衡的全色LED荧光粉是人们追求的更高目标。本论文主要针对目前蓝光基白光LED中缺少单一基质全光谱高显色性荧光粉的问题，选择新型的钪硅酸盐为基质材料开展研究。首先，研究了具有石榴石结构的Ca₃Sc₂Si₃O₁₂（CSS）体系。稀土离子Ce³⁺激活的绿色荧光粉Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺(CSS:Ce³⁺)由于较高的发光效率和优越的热稳定性而引起人们的广泛关注。该荧光粉在蓝光激发下发射出峰值505nm的绿光，光谱中缺少长波成分，不能合成单一白光。针对这一问题，本论文工作采用调控基质阳离子组分、氮化技术、掺杂技术等方法，在CSS中成功引入长波发射中心，实现了全光谱发射，获得了具有高显色性的白光LED荧光粉，主要研究结果如下：（1）通过调控基质组分，在(Ca_2.94-xLu_xCe_0.06)(Sc_2-yMg_y)Si₃O₁₂中改变Lu³⁺-Mg²⁺的含量，Ce³⁺的发射光谱可从505nm的绿光连续红移至565nm的黄光。固定Mg的含量为y=1，研究了不同x值时Lu含量对晶体结构的形成、发光特性以及温度特性的改善作用。研究结果表明，Lu的引入提高了Ce³⁺的发光亮度。这是由Ce³⁺吸收能力增强引起而不是内量子效率增加引起。通过调节Lu的含量获得较纯的石榴石晶体，实现了Ce³⁺的较强宽带发射。x=0.54时，Ce³⁺的发光最强，为不含Lu，即x=0时的156%。此时含Lu荧光粉的激活能（0.2eV）大于不含Lu的（0.18eV），因而表现出较好的温度特性。该单一荧光粉与蓝光芯片结合封装制作成白光LED，其显色指数高达86、发光效率高达86lm/W。（2）研究了电荷平衡对石榴石晶体形成的作用，分析了Lu³⁺和Mg²⁺分别取代Ca²⁺和Sc³⁺引起的键长与共价性的变化。结果表明Ce³⁺激发、发射光谱的移动是由Ce³⁺的5d轨道晶场劈裂和质心位移共同作用的结果。（3）在(Ca₂Lu_1-xCe_x)（ScMg）Si₃O₁₂中，研究了不同Ce³⁺浓度荧光粉的发光特性，观察到了Ce³⁺的多个发光中心以及Ce³⁺-Ce³⁺之间的能量传递。当x从0.01增加至0.15时，Ce³⁺的发射位置由530nm红移至575nm。Ce³⁺的最佳浓度为x=0.09。采用此浓度的单一荧光粉，我们获得了显色指数高达87.9、色温5814K，效率77lm/W的白光LED；x=0.15时，还获得了显色指数大于80，色温低于4000K的暖白光LED。不同Ce³⁺浓度下荧光粉的温度特性和Ce³⁺离子之间的能量传递机理做了研究。（4）采用氮化技术，研究了Si₃N₄对绿色荧光粉CSS:Ce³⁺结构和发光特性的影响。将N引入Ce³⁺的配位环境，不仅保持了Ce³⁺在505nm的绿光发射，同时还增加了Ce³⁺在610nm的红光发射。监测610nm红光中心，其激发谱为一个属于红光中心510nm的激发带和一个属于绿光中心450nm的激发带，表明Ce³⁺的绿光中心向红光中心有能量传递，测量Ce³⁺的荧光衰减曲线得出能量传递效率为38%。通过调节N的含量，绿色荧光粉CSS:Ce³⁺逐渐转变为橙黄色荧光粉CSS-N:Ce³⁺。由绿光中心向红光中心的能量传递，在CSS-N:Ce³⁺中实现了红、绿全光谱发射。将氮化之后的CSS-N:Ce³⁺单一荧光粉应用于白光LED时，获得了较高显色指数为86、较低色温为4700K的白光。（5）采用掺杂技术，将长波发射中心Mn²⁺引入CSS:Ce³⁺中，构建了基于能量传递机制的CSS:Ce³⁺, Mn²⁺体系。Mn²⁺在CSS中可以产生两个发光中心，分别为Mn²⁺占据Ca²⁺位置时产生的574nm黄光中心(Mn²⁺（I）)和Mn²⁺占据Sc³⁺位置时产生的680nm红光中心(Mn²⁺（II）)。Ce³⁺-Mn²⁺共掺时，Ce³⁺向Mn²⁺的两个发光中心同时存在有效能量传递。测量Ce³⁺、Mn²⁺荧光衰减曲线研究了Ce³⁺→Mn²⁺能量传递的动力学过程，能量传递的效率为45%，传递速率为14.01×106s-1。通过Ce³⁺→Mn²⁺能量传递，实现了Ce³⁺的505nm绿光、Mn²⁺的574nm黄光和680nm红光的全光谱发射。三价稀土离子Ln³⁺（Ln=La、Lu、Gd、Y）占据Ca²⁺格位可以平衡Mn²⁺占据Sc³⁺格位产生的电荷差，进而调节CSS:Ce³⁺, Mn²⁺体系中Mn²⁺的红光发射。采用Y³⁺增加Mn²⁺的红光发射，在CSS:Ce³⁺, Mn3+单一荧光粉中，我们获得了显色指数高达91⁹2白光。其次，研究了具有菱形结构的Ba₉Sc₂（SiO₄）₆:Ce³⁺, Mn²⁺(BSS:Ce³⁺, Mn²⁺)体系。主要研究结果如下：（6）通过X射线精细扫描，Ce³⁺、Mn²⁺在BSS晶体中分别倾向占据Sc³⁺、Ba²⁺的格位。BSS:Ce³⁺发射出峰值383nm很强的紫外光，有望用于紫外杀菌、消毒、光动力治疗以及光复印等领域。BSS:Mn²⁺发射出峰值615nm较弱的红光。BSS:Ce³⁺, Mn²⁺中，通过Ce³⁺→Mn²⁺的能量传递，Mn²⁺的红光发射显著增强，此时该荧光粉有望为紫外基白光LED提供红色光源。