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臺大化學所劉如熹特聘教授團隊論文:螢光粉材料的演進與其於LED的應用 榮登Chemical Reviews

更新日期:111年6月22日

圖1:螢光粉材料發(fā)展里程碑。LED裝置的需求由基本的白光照明系統(tǒng)與高演色性照明系統(tǒng)開始,發(fā)展至到高質(zhì)量之背光系統(tǒng)與高端應用。圖2:不同世代之螢光粉材料轉(zhuǎn)化之封裝後發(fā)光二極體。

螢光粉材料發(fā)展里程碑。LED裝置的需求由基本的白光照明系統(tǒng)與高演色性照明系統(tǒng)開始,發(fā)展至到高質(zhì)量之背光系統(tǒng)與高端應用。

不同世代之螢光粉材料轉(zhuǎn)化之封裝後發(fā)光二極體。

近年來,發(fā)光二極體(light-emitting diodes, LEDs)相關技術(shù)被全世界所重視。螢光粉材料作為LED裝置中關鍵的光轉(zhuǎn)換材料,於開發(fā)LED元件具無可取代的地位。過去幾十年,對螢光粉材料的要求變得越加嚴格,由最初僅追求高亮度,至窄譜帶放射,乃至滿足不同功能的光譜調(diào)控工程。儘管目前開發(fā)的螢光粉材料已取得實質(zhì)進展,然而,欲同時滿足高階應用的要求仍非常具挑戰(zhàn)性。因此,瞭解過去螢光粉設計的原理,乃為研發(fā)新穎螢光粉材料的重要基石。

近日,臺大化學所劉如熹特聘教授團隊以螢光粉材料的演進與其於發(fā)光二極體的應用為題發(fā)表綜述,以闡明螢光粉的發(fā)展歷史、螢光粉晶體結(jié)構(gòu)設計原理與未來展望。此研究以不同世代人類對LED裝置的需求為出發(fā)點,針對不同世代的螢光粉進行分類,部分世代螢光粉的發(fā)展為解決前一世代材料的缺點,而不同世代的螢光粉則為因應現(xiàn)今新興的高端應用領域所需。

起初,LED的發(fā)展目標為實現(xiàn)人類最基本的生活需求:高效率的白光光源。因此初代螢光粉發(fā)展目標乃為實現(xiàn)高亮度與高效率。實現(xiàn)基本的高亮度需求後,人類的需求提升至更精準呈現(xiàn)照射物體真實顏色的LED光源,因此,提升演色性的螢光粉相繼被開發(fā)。而對螢光粉材料的要求,由原本的高效率,須再加上高熱穩(wěn)定性與合適的放光光譜,以實現(xiàn)真實色彩照明。滿足照明需求後,人類追求更好的生活品質(zhì),包括高品質(zhì)的影視系統(tǒng),意即人類對LED顯示器(背光裝置)的要求亦隨之提升。欲實現(xiàn)此目標,除上述對螢光粉的要求外,須再加上窄譜帶放射的要求,這個要求將使螢光粉設計面臨空前挑戰(zhàn),此研究亦詳細介紹如何利用活化劑與晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控,研發(fā)窄譜帶放射的螢光粉材料。

隨著科技進步,人類日漸關心自身健康、所吃的食物、種植的植物等面向。可穿戴健康監(jiān)測系統(tǒng)、食物分析技術(shù)、植物栽培等技術(shù)亦相繼被開發(fā)。而這些涉及從藍光至紅外光區(qū)域的光譜技術(shù)。因此,紅外光區(qū)的寬譜帶螢光粉應運而生。然而,目前相關LED技術(shù)或螢光粉材料皆尚未成熟,僅於發(fā)展中階段。未來,此類螢光粉材料預期將會應用於更高端與更複雜的LED元件與技術(shù)中,視為高端顯示器的最終技術(shù)-微發(fā)光二極體,其所涉及的相關技術(shù)與奈米級發(fā)光材料也在其中扮演角色。

此篇論文為過去螢光粉發(fā)展做完整的介紹,並闡述螢光粉研發(fā)的關鍵機理,將助於未來新穎螢光粉的研發(fā)。

本研究成果已於2022年5月22日發(fā)表於Chemical Reviews :
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00952

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