螢光材料之發展現況及展望

刊登日期:2016/4/5
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螢光材料不僅是光電產業的關鍵材料,對於分析檢驗、生化醫療、防偽鑑識等不同領域,也相當具有應用潛力。螢光材料通常可分為無機螢光材料、量子點螢光材料與有機螢光材料等不同類別,分別在照明、顯示與各項民生用途上,一直扮演著相當重要的角色。然因近年來各項科技的快速發展,螢光材料之應用特性需求也日趨嚴苛,本文即是以螢光材料之產品型態、放射波寬、光衰時間及光轉換方式等各項應用的重要特性需求為切入點,針對螢光材料之發展現況及未來展望,進行重點式的探討。

無機螢光材料
無機螢光材料之主體材料多數由硫化物、氧化物、硫氧化物、鹵化物、氮化物與氮氧化物等所組成;至於活化劑/發光中心則通常為過渡元素或稀土族元素的離子所擔綱。然亦有無機螢光材料並不需活化劑/發光中心,單由主體材料本身即可自行發光的「自發光螢光材料」,如 CaWO4 則為自發光螢光材料的典型範例。



圖二、無機螢光材料之組成及發光機構

量子點螢光材料
量子點螢光材料(Quantum-Dot Phosphor),乃是近年來才開發出來的螢光材料,迄今已有許多研究顯示:當材料尺寸接近或小於其波耳半徑時,其電子能階會由連續態轉變成分離態,會產生所謂的「量子侷限效應」,進而導致其能隙的改變,如圖三所示,而此類具有異於「塊材」特性之量子侷限效應的奈米尺寸半導體材料,通常稱為「量子點」。量子點螢光材料,其激發與發光等項特性除了可由上述之「尺寸因素」所決定之外,亦可由「組成因素」來進行調控,此種特殊的現象著實引起廣泛的研究與應用興趣,也奠定了量子點螢光材料的發展基礎。

圖三、量子點之尺寸效應

有機螢光材料
有機螢光材料之量子效率一般均相當不錯,最大缺點主要在於其安定性及使用壽命的問題,尤其是在高溫或者是有紫外線存在的狀況下,其安定性更是不佳。儘管如此,有機螢光材料仍具有相當廣泛的應用,有機螢光色素除了一般民生產品的螢光應用(如螢光紡織品、螢光油墨、螢光塑膠製品等)之外,以往市面上常見的「厚膜型無機電激發光」裝置當中之白光冷光產品,多數是以藍綠光冷光再搭配粉紅的有機螢光色素製作而成,另外有機螢光色素在螢光檢驗/生物探針/標示方面的應用亦不勝枚舉。

螢光材料之未來展望
由於目前科技的進步相當快速,各項應用對於螢光材料的要求條件也日趨嚴苛,故針對螢光材料之產品型態、放射波寬、光衰時間及光轉換方式等各項重要需求特性,分別說明未來螢光材料的研究重點及展望如下。
2. 螢光材料之放射波寬
未來應用於照明與顯示之 LED光源,主要會以提昇演色性、色彩飽和度/廣色域為追求目標,其中針對高演色性的發展訴求,乃是以開發窄波峰放射的螢光材料為發展重點。
3. 螢光材料之光衰時間
由於發光二極體(LED)逐漸朝向高功率及多元化的應用發展,螢光材料之光衰時間特性,又逐漸再度受到高度的重視。螢光材料的光衰時間乃是指其放射強度衰減至其原始強度之 1/e(約37%)強度的時間,通常光衰時間較長的螢光材料於應用時,較容易產生飽和現象,例如……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者: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」352期,更多資料請見下方附檔。


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