新突破 學者研發單一發白光螢光材料
【大紀元5月18日報導】(中央社記者韋樞台北十八日電)利用發光二極體(LED)產生與太陽光色相似的白光,以大幅取代傳統日光燈等白光照明,是本世紀照明光源科技領域積極研發的目標,但過程需要混合多種無機螢光粉來激發白光;國立清華大學化學系教授王素蘭研發利用單一螢光材料來發光,正在申請專利中,並對螢光粉進一步研究。
全球推動單晶片白光LED的技術有兩種方式,第一種是以發光波長小於400nm的紫外光發光二極體(UV-LED)的晶片當作激發光源激發紅、綠、藍 (RGB)三種不同光色的螢光劑來混合形成白光。第二種是以藍光發光二極體的晶片激發黃光螢光劑而產生白光。
王素蘭表示,在第一種方法中,需要尋找數種在品質、劣化程度搭配得宜的螢光劑,以控制白光光源品質;在第二種方法中,尋找適當品質的黃光螢光劑十分重要,除了已知的釔鋁石榴石結構的YAG螢光劑 (日本日亞化學公司專利)外,還沒有其他有效的黃光材料出現。因此,研發找尋各種優異的無機螢光材料,尤其是黃光材料十分迫切。
在國科會經費支援下,王素蘭的研究團隊研究合成出簡稱為NTHU-4的新材料,不用添加任何化合物,只要透過紫外光就可直接發出黃光和白光。NTHU-4是第一個發白光及黃光的微孔金屬磷酸鹽。這個奈米孔洞物質呈現兩個螢光類似物─NTHU-4Y與NTHU-4W,它們在365 nm波長的紫外光照射下,分別放射黃光與白光,但NTHU-4W激發出光波長為383 nm時,黃光與藍光的強度相等而導致發出白光。
王素蘭說,NTHU-4W可視為第一個未添加螢光活化中心的無機白光材料。它們的特殊發光性質與部分無序的結構可能有極密切的關係,因為無序的結構而促進生成更多缺陷。這項推論將有待更深入的研究與更多的例子來證實。
由於這項研究的成果極具意義,因此她的研究論文在美國化學會最頂尖的期刊上作為通訊論文外,也受到國際光電材料界重視,在美國「Photonics Spectra」與英國「Materials World」雜誌分別以專文介紹報導,實為個人研究案件最為成功的範例。
王素蘭強調,研究團隊正致力於增進NTHU-4的亮度,未來會研發出更多具有微孔洞且發白光的無機螢光粉,希望未來能與工業界合作,開拓NTHU-4的實際應用。