螢光熱淬滅效應之研究

當 LED 元件施以電壓時，電流通過 p、n 半導體界面因發熱而使周遭 溫度升高，因此分散在元件內部的螢光粉之熱穩定度（Thermal stability）

也會受到考驗，故良好的熱穩定性對於螢光粉也是一個重要的考量因素。

螢光體螢光強度對於溫度的變因可藉由組態座標來理解，當溫度愈高時，

會影響發光中心的電子與聲子（Phonon）的偶合程度，使 ΔR 愈大，所以 當晶格振動因溫度升高的影響而受到大幅擾動時，ΔE（Activation energy）

就會愈小，如圖 4-66 所示，當電子由基態躍遷至激發態時，就比較容易克 服活化能並以放光的形式回到基態，因此溫度提升會造成螢光粉放光強度 的削弱。

圖 4-66:溫度效應對組態座標之示意圖

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本論文將所合成之螢光體與 BAM：Eu²⁺（KX-501）的熱淬滅程度

（Thermal quenching）做比較，其結果如圖 4-67 所示，隨著溫度的升高，

除了 BAM：Eu²⁺商品保有 95%的螢光強度，本論文合成之螢光體的強度

Temperature (^oC) BAM:Eu²⁺

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本論文第一部份探討 Ce³⁺摻雜 LiScSiO4、LiScSi2O6、NaScSi2O6、 LiY9(SiO4)6O2與 NaY9(SiO4)6O2螢光體，Ce³⁺的寬帶吸收與發光源自於 4f-5d 躍 遷 ， 本 系 列 螢 光 體 之 激 發 波 長 分 布 在 330~365 nm ， 放 射 波 長 在 390~445nm 的藍光區域。其中 LiScSi2O6:Ce³⁺可藉由 Y³⁺的部分取代使激發 與放光波長呈現紅位移的趨勢，或 La³⁺的部分取代以大幅提升放光強度。

NaScSi2O6:Ce³⁺可觀察到在不同的濃度區間有不同的激發與放光波長，隨 著 Ce³⁺濃度提高至 0.5%時，Ce³⁺所受到的結晶場影響變弱，故有藍位移的 現象發生。而 LiY9(SiO4)6O2:Ce³⁺之激發波長卻隨著 Ce³⁺濃度提高而有紅位 移的趨勢，藉由不同格位的電子躍遷假設及光譜解析的結果，在此推論不 同能階的電子躍遷之概率受到 Ce³⁺濃度所主導。

第二部分延續上述之 NaY9(SiO4)6O2:Ce³⁺與 LiY9(SiO4)6O2:Ce³⁺並進行 Ce³⁺/Mn²⁺的共摻實驗，Mn²⁺的放光波長為 590 nm 左右的橘紅光區域，藉 由能量轉移的方式可使 Mn²⁺的強度大幅提升，並證明 NaY₉(SiO4)6O2:Ce³⁺, Mn²⁺的能量轉移機制為偶極－四極的交互作用，而 LiY₉(SiO4)6O2:Ce³⁺, Mn²⁺則為偶極－偶極的交互作用，其臨界距離分別為 14.10Å 與 11.43Å；

此 外 ， Tb³⁺ 的 微 量 摻 雜 使 NaY9(SiO4)6O2:Ce³⁺,Mn²⁺,Tb³⁺ 與 LiY9(SiO4)6O2:Ce³⁺,Mn²⁺,Tb³⁺之 CIE 座 標 值 分 別 達 到 （ 0.32,0.31 ） 與

（0.31,0.32）的白光區域，具有應用於白光 LED 之潛力。

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第三部分則探討 Eu²⁺摻雜 NaScSi2O6、LiLa9(SiO4)6O2與 NaLa9(SiO4)6O2

螢光體，Eu²⁺的寬帶吸收與放光源自於 4f-5d 躍遷，本系列螢光體之激發 波長分布在 346~378 nm，放 射波長 在 511~537 nm 黃 綠光區域， 而 NaScSi2O6:Ce³⁺與 NaScSi2O6:Eu²⁺具有同樣之最佳激發波長，因此本研究期 望可藉由共激發 Ce³⁺與 Eu²⁺來混成白光，但由於兩者放光之半高寬皆很寬，

以 致 於 綠 光 貢 獻 過 多 ， 導 致 白 光 色 純 度 有 偏 綠 光 的 跡 象 。 雖 然 LiLa9(SiO4)6O2:Eu²⁺與 NaLa9(SiO4)6O2:Eu²⁺放光強度與量子效率皆不高，但 其激發波長具有應用於紫外光 LED 的優勢。

本論文以多矽酸鹽主體及 Ce³⁺與 Eu²⁺等發光中心為合成與探討的主軸，

期望能夠開發出新穎且寬帶激發的螢光粉，即使本研究之螢光粉難以和商 品媲美，但仍藉由螢光材料本身的發光特性與能量轉移機制做延伸性的討 論，期許本研究能對於螢光材料的研發有更進一步的幫助，使固態照明的 產業未來能更加蓬勃發展！

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附錄一

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