白光LED由于其節(jié)能、環(huán)保以及長壽命等特點成為下一代照明器件。目前，商品化的白光LED主要采用藍光芯片激發(fā) YAG:Ce3+黃光熒光粉，芯片發(fā)出的藍光與熒光粉發(fā)射的黃光混合形成白光。但是，YAG:Ce3+熒光粉的發(fā)射光譜中紅光組份不足，采用單一YAG:Ce3+熒光粉較難獲得低色溫（Correlated Color Temperature，CCT< 4500 K）、高顯色指數(shù)（Color Rendering Index，CRI>80）的暖白光器件，導致了其在室內(nèi)通用照明中應用的局限性。為解決這一問題，需在器件中添加適當?shù)募t光熒光粉，以補充紅光組份，從而制備出低色溫、高顯色指數(shù)的暖白光LED器件。目前，性能較好的商品化紅光熒光粉主要為稀土摻雜的氮（氧）化物材料，但是，該類熒光粉存在發(fā)射帶寬過寬、制備工藝苛刻等缺點，導致其流明效率偏低且價格昂貴。因此，開發(fā)能被藍光芯片有效激發(fā)的低成本、窄帶發(fā)射紅光熒光粉尤其是替代稀土發(fā)光材料成為人們關(guān)注的焦點，這也是提高暖白光LED流明效率的關(guān)鍵。
在國家基金委杰出青年基金和促進海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金、中國科學院創(chuàng)新國際團隊以及福建省重大專項專題項目等支持下，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所陳學元研究小組與臺灣大學劉如熹研究小組合作，首次利用高效離子交換方法，成功制備出Mn4+摻雜的K2TiF6、K2SiF6、NaYF4和NaGdF4紅光熒光粉，該類熒光粉在~460 nm具有強的吸收帶（帶寬~50 nm），適合藍光芯片的激發(fā)，同時其發(fā)射為~630 nm的尖銳譜線紅光發(fā)射，相比氮（氧）化物紅光熒光粉具有更高的輻射流明效率。
特別地，K2TiF6:Mn4+熒光粉室溫下的發(fā)光絕對量子產(chǎn)率達到98%，優(yōu)于大部分現(xiàn)有的紅色熒光粉；同時該熒光粉具有很好的熒光熱穩(wěn)定性，在150°C下的發(fā)光強度達到室溫下的98%；利用該紅光熒光粉與YAG:Ce3+黃色熒光粉組合封裝的暖白光LED器件在60 mA驅(qū)動電流條件下，色溫3556 K，顯色指數(shù)81，流明效率高達116 lm/W。研究團隊所開發(fā)的離子交換制備方法工藝簡單，在室溫和常壓下即可制備，且原材料價格便宜，因此具有很好的市場應用前景。此外，研究團隊還對Mn4+離子在氟化物基質(zhì)中的光譜特性展開了深入的研究，通過低溫高分辨激光光譜等手段，揭示了其電子能級結(jié)構(gòu)，解釋了其反常的發(fā)光強度-溫度依賴關(guān)系，這些為進一步研究和開發(fā)此類非稀土紅光發(fā)光材料提供了理論依據(jù)。上述工作以全文形式于7月8日在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications 2014，5, 4312. DOI: 10.1038/ncomms5312），并申請了2件發(fā)明專利。
特別地，K2TiF6:Mn4+熒光粉室溫下的發(fā)光絕對量子產(chǎn)率達到98%，優(yōu)于大部分現(xiàn)有的紅色熒光粉；同時該熒光粉具有很好的熒光熱穩(wěn)定性，在150°C下的發(fā)光強度達到室溫下的98%；利用該紅光熒光粉與YAG:Ce3+黃色熒光粉組合封裝的暖白光LED器件在60 mA驅(qū)動電流條件下，色溫3556 K，顯色指數(shù)81，流明效率高達116 lm/W。研究團隊所開發(fā)的離子交換制備方法工藝簡單，在室溫和常壓下即可制備，且原材料價格便宜，因此具有很好的市場應用前景。此外，研究團隊還對Mn4+離子在氟化物基質(zhì)中的光譜特性展開了深入的研究，通過低溫高分辨激光光譜等手段，揭示了其電子能級結(jié)構(gòu)，解釋了其反常的發(fā)光強度-溫度依賴關(guān)系，這些為進一步研究和開發(fā)此類非稀土紅光發(fā)光材料提供了理論依據(jù)。上述工作以全文形式于7月8日在線發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications 2014，5, 4312. DOI: 10.1038/ncomms5312），并申請了2件發(fā)明專利。
此前，陳學元研究小組在無機發(fā)光材料電子結(jié)構(gòu)和光學性能方面取得了研究進展（《中國科學-化學》，2014，44, 168，封面)，三項工作分別入選2010、2011和2013年度中國光學重要成果，10篇論文入選近十年化學、材料和物理領(lǐng)域ESI高被引頻次論文。
