白光LED由于其節(jié)能、環(huán)保以及壽命長等特點(diǎn)已成為下一代照明，目前商品化白光LED主要采用藍(lán)光晶片激發(fā)YAG:Ce3+黃光熒光粉，晶片發(fā)出的藍(lán)光與熒光粉發(fā)射的黃光混合形成白光。但YAG:Ce3+熒光粉的發(fā)射光譜中紅光成分不足，導(dǎo)致采用單一YAG:Ce3+熒光粉無法獲得低相關(guān)色溫(CCT <4500 K)、高顯色指數(shù)( CRI >80)的暖白光，因此限制其應(yīng)用于室內(nèi)通用照明中。
為解決這一項(xiàng)問題，要在元件中添加適當(dāng)?shù)募t光熒光粉，以補(bǔ)充紅光成分，從而制備出低色溫與高顯色指數(shù)的暖白光LED。目前性能較好的商品化紅光熒光粉主要為稀土摻雜之氮(氧)化物材料，但該類熒光粉存在發(fā)射頻寬過寬、制備需要高壓等局限，導(dǎo)致其流明效率偏低且價(jià)格昂貴。因此開發(fā)能被藍(lán)光晶片有效激發(fā)的低成本、窄帶發(fā)射紅光熒光粉尤其是替代稀土發(fā)光材料就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，這也是提高暖白光LED流明效率的關(guān)鍵。
濕化學(xué)法合成的K2TiF4:Mn4+紅色熒光粉及高效暖白光發(fā)光二極體
中科院福建物構(gòu)所陳學(xué)元教授與臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)系劉如熹教授及博士后林群哲領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，首次利用高效離子交換方法，成功制備出Mn4+摻雜的K2TiF6，K2SiF6，NaYF4與NaGdF4紅光熒光粉，該類熒光粉于~460 nm具有強(qiáng)吸收帶(頻寬~50 nm)，非常適合藍(lán)光晶片的激發(fā)，同時(shí)其發(fā)射為~630 nm之尖銳譜線紅光發(fā)射，相比氮(氧)化物紅光熒光粉具有更高的流明效率。
K2TiF6:Mn4+熒光粉室溫下的發(fā)光絕對(duì)量子效率達(dá)到98%，優(yōu)于大部分現(xiàn)有的紅色熒光粉，同時(shí)該熒光粉具有很好的熒光熱穩(wěn)定性，其在150 度下的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)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于60 mA驅(qū)動(dòng)電流、色溫3556 K，顯色指數(shù)(Ra)81的條件下，流明效率高達(dá)116 lm/W。研究團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的離子交換制備方法簡單，于室溫與常壓下即可制備，且原材料價(jià)格便宜，因此具有很好的市場應(yīng)用前景。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)Mn4+離子在氟化物基質(zhì)中的光譜特性展開了深入研究，借由低溫高分辨鐳射光譜等方法，揭示了其電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，解釋了其反常的發(fā)光強(qiáng)度-溫度依賴關(guān)系，這些為進(jìn)一步研究和開發(fā)此類非稀土紅光發(fā)光材料提供了可靠的理論依據(jù)。上述研究成果以全文形式2014年7月8日線上發(fā)表于《自然─通訊》(Nature. Commun. 2014，DOI: 10.1038/ncomms5312)。
近年來，劉如熹教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在無機(jī)發(fā)光材料的研究兼顧基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用，除了在國際上重要期刊如Angew. Chem. It. Edit.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater .等發(fā)表多篇重要著作(其中有4篇論文被ESI公布為高引用論文)外，并已獲60件以上專利。
