螢光材料最新應用與發展趨勢

螢光材料除了在LED之應用外，其也慢慢拓展至太陽光電、生物顯影與醫療之相關應用，而這些應用須仰賴奈米上轉換螢光材料之開發，所謂上轉換螢光材料是 ... 首頁 文章瀏覽 螢光材料(LuminescentMaterials)目前之主流應用是與發光二極體(LightEmittingDiodes;LEDs)搭配，以LED產生之藍光或近紫外光藉由光轉換機制進而產生白光，並應用在照明與顯示，這樣的組合相較於傳統白熾燈與目前的螢光燈，更具節能與環保的優勢。

然而，目前藍光LED搭配黃色YAG:Ce3+螢光粉已被日本日亞化學之專利所涵蓋，為擺脫專利的束縛，許多新型螢光材料陸續被開發。

此外，在封裝膠材方面，為了改善傳統有機封裝樹脂的低耐化性，無機螢光玻璃陶瓷技術由於具有光、熱安定性佳，折射率與螢光粉匹配等優勢，此技術之開發日益受到各界的重視。

除了LED的相關應用之外，螢光材料也逐步拓展到生醫顯影(Bio-imaging)、太陽電池(SolarCells)與光動力治療(PhotodynamicTherapy)等技術。

圖一、LED螢光粉之相關應用介紹 螢光材料發展現況SamsungElectronics探討Sr2P2O7:Eu2+,Mn2+紅光材料在未來應用之可行性，圖二(a)顯示Sr2P2O7之晶體結構，以及在摻雜Eu2+與Mn2+之相對應的激發與放射光譜，由此可知Sr2P2O7:Eu2+屬於一藍光螢光材料，其放光光譜恰與Sr2P2O7:Mn2+螢光材料的激發光譜重疊，因此Eu2+與Mn2+共摻有可能發生能量轉移的情形，也就是Eu2+吸收紫外光，其所放射之藍光可再被Mn2+吸收而放射出波長620nm的紅光；圖二(b)則是Sr2P2O7:Eu2+,Mn2+之激發與放射光譜，結果顯示藉由能量轉移可大幅提升Mn2+紅光放射的強度，研究中並以此紅色螢光粉搭配藍光螢光粉Sr5(PO4)3Cl:Eu2+(SCA)、綠光螢光粉Sr2Ga2SiO7:Eu2+和395nmChip組成白光；此外，該研究團隊亦討論另一新穎紅光材料Li2SrSiO4:Eu2+（放光波長590nm）與藍光螢光材料Li2SrSiO4:Ce3+（放光波長410nm）共摻之Li2SrSiO4:Ce3+,Eu2+能量轉移機制。

美國Sandia國家實驗室的研究團隊利用水熱法製備一系列紅色螢光粉(6)，LaTaO4:Eu3+之最佳Eu3+摻雜濃度為25mol%，以高壓水熱法搭配900°C高溫退火處理，可合成出藍光可激發且量子效率高達83%之新穎紅色螢光材料，若使用固態反應法製備，其量子效率僅23%。

主要原因是使用水熱法製備螢光粉，可大幅降低晶體結構對稱性，因此增進螢光粉量子效率。

此外，將Gd換成La，不僅激發放射光譜類似，更能提升熱穩定性，在130°C下，其螢光粉之發光強度與室溫比較，僅降低3%。

另外，該團隊並開發具有Perovskite結構之新穎近紅外光螢光材料La2Li(Ta,Nb)O6:Mn4+，藉由Mn4+ 的摻雜，可放射出波長714nm的紅光，其晶體結構、螢光粉外觀及其相對應的激發放射光譜如圖七所示，可惜其流明效率太低，較不適合應用在顯示與照明(6)。

圖七、La2Li(Ta,Nb)O6:Mn4+螢光粉之晶體結構、螢光粉外觀及激發放射光譜 螢光玻璃陶瓷發展現況日本京都大學的Tanabe教授發表一新穎製備螢光玻璃陶瓷FrozenSorbetMethod，分別開發光波長515nm的綠光β-Ca2SiO4:Eu2+螢光玻璃陶瓷及放光波長600nm的紅光Ca3Si2O7:Eu2+螢光玻璃陶瓷，在螢光玻璃陶瓷內的螢光粉體積分率約占40%，該研究團隊可藉由改變陶瓷片的厚度，進而調整LED所產生白光之CIE色度座標；另外，Tanabe教授也指出螢光粉晶體材料系統如果是對稱性高的CubicStructure，比較適合製備螢光玻璃陶瓷，目前該研究團隊所做出之螢光陶瓷片可見光穿透度可達80%。

另外，其先前研究是開發黃光之Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)陶瓷片，然與藍光晶片組合所產生之白光屬冷白光，且演色性差，故最新研究是以Gd部分取代Y讓發光波長紅位移，結果顯示0.25mm厚度的YAG-GCP(GlassCeramicPhosphor;GCP)可以調到白光，對於YGdAG-GCP，其厚度0.5~0.75mm皆可達到白光點，螢光陶瓷片量子效率高達85~95%，吸收率80%，藉由Gd的添加可讓演色性(Ra)從65大幅度提升到80，色溫可從4,500K的暖白光到7,400K的冷白光，流明效率可達到210~280lm/W。

螢光材料之其他應用螢光材料除了在LED之應用外，其也慢慢拓展至太陽光電、生物顯影與醫療之相關應用，而這些應用須仰賴奈米上轉換螢光材料之開發，所謂上轉換螢光材料是指……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文 作者：劉偉仁/中原大學，邱奕禎、葉耀宗、黃健豪、張學明/工研院材化所★ 本文節錄自「工業材料雜誌309期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10575 加入會員 分享 轉寄 聯絡我們 延伸閱讀 廣島大學開發世界第一款利用稻殼製作的LED 有機長蓄光材料達高性能化 抗冰—2025電動車時代不可忽視的問題 提高控制透光量之液晶材料的熱穩定性，可望促進調光玻璃應用開發 2021年我國LED元件產業發展動向 熱門閱讀 台灣高階PCB技術發展趨勢 次世代先進封裝技術：銅-銅異質接合機制 GaN/SiC複合型電晶體的世界首次動作實證，並解決了過電壓脆弱性 邁向全固態鋰電池：固態電解質之傳輸動力學 車用顯示面板發展趨勢 相關廠商 金屬3D列印服務平台 2022TouchTaiwan系列展 名揚翻譯有限公司 捷南企業股份有限公司 大東樹脂化學股份有限公司 東海青科技股份有限公司 台灣大金先端化學股份有限公司 友德國際股份有限公司 喬越實業股份有限公司 台灣鑽石工業股份有限公司 科邁斯科技股份有限公司 方全有限公司 照敏企業股份有限公司 台灣永光化學股份有限公司 正越企業有限公司 桂鼎科技股份有限公司 里華科技股份有限公司 華錦光電科技股份有限公司 高柏科技股份有限公司 銀品科技股份有限公司 專家現場 更多