白光 LED 由于其节能、环保以及寿命长等特点已成为下一代照明,目前白光 LED 主要采用蓝光芯片激发 YAG:Ce3+黄光荧光粉的方式,但 YAG:Ce3+荧光粉的发射光谱中红光成分不足,导致采用单一 YAG:Ce3+荧光粉无法获得低相关色温(CCT <4500 K) 、高显色指数( CRI >80)的暖白光,因此限制其应用于室内通用照明中。
为解决这一项问题,要在元件中添加适当的红光荧光粉,以补充红光成分,从而制备出低色温与高显色指数的暖白光 LED。目前性能较好的商品化红光荧光粉主要为稀土掺杂之氮(氧)化物材料,但该类荧光粉存在发射频宽过宽、制备需要高压等局限,导致其流明效率偏低且价格昂贵。因此开发能被蓝光晶片有效激发的低成本、窄带发射红光荧光粉尤其是替代稀土发光材料就成为人们关注的焦点, 这也是提高暖白光 LED 流明效率的关键。
中科院福建物构所陈学元教授与台湾大学化学系刘如熹教授领导的研究小组首次利用高效离子交换方法,成功制备出 Mn4+掺杂的K2TiF6, K2SiF6, NaYF4 与 NaGdF4 红光荧光粉, 该类荧光粉于~460nm 具有强吸收带(频宽~50 nm) ,非常适合蓝光芯片的激发,同时其发射为~630 nm 之尖锐谱线红光发射,相比氮(氧)化物红光荧光粉具有更高的流明效率。
K2TiF6:Mn4+荧光粉室温下的发光绝对量子效率达到 98%, 优于大部分现有的红色荧光粉,同时该荧光粉具有很好的荧光热稳定性,其在 150 度下的发光强度达到室温下的 98%。利用该红光荧光粉与YAG:Ce3+黄色荧光粉组合封装的暖白光 LED 于 60 mA 驱动电流、色温 3556 K, 显色指数 (Ra) 81 的条件下, 流明效率高达 116 lm/W。研究团队所开发的离子交换制备方法简单, 于室温与常压下即可制备,且原材料价格便宜,因此具有很好的市场应用前景。