白光LED由于其節(jié)能、環(huán)保以及壽命長等特點已成為下一代照明，目前商品化白光LED主要采用藍光晶片激發(fā)YAG:Ce3+黃光熒光粉，晶片發(fā)出的藍光與熒光粉發(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，導致采用單一YAG:Ce3+熒光粉無法獲得低相關色溫(CCT <4500 K)、高顯色指數(shù)( CRI >80)的暖白光，因此限制其應用于室內通用照明中。
為解決這一項問題，要在元件中添加適當?shù)募t光熒光粉，以補充紅光成分，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，導致其流明效率偏低且價格昂貴。因此開發(fā)能被藍光晶片有效激發(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注的焦點，這也是提高暖白光LED流明效率的關鍵�！�
濕化學法合成的K2TiF4:Mn4+紅色熒光粉及高效暖白光發(fā)光二極體
中科院福建物構所陳學元教授與臺灣大學化學系劉如熹教授及博士后林群哲領導的研究小組，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具有強吸收帶(頻寬~50 nm)，非常適合藍光晶片的激發(fā)，同時其發(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)光絕對量子效率達到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，其在150 度下的發(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于60 mA驅動電流、色溫3556 K，顯色指數(shù)(Ra)81的條件下，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簡單，于室溫與常壓下即可制備，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，揭示了其電子能級結構，解釋了其反常的發(fā)光強度-溫度依賴關系，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，劉如熹教授所領導的研究小組在無機發(fā)光材料的研究兼顧基礎與實際應用，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。
