科學家在不使用稀土的情況下生產出白光二極體

在最近發表在開放性期刊《材料》上的一篇文章中，研究人員報告了通過使用不含稀土的發光材料來開發白光二極體（WLEDs）。

以發光二極體為基礎的固態照明（SSL）光源是新一代的節能照明解決方案。在固態照明領域，開發具有高顯色指數（CRI）和良好的深紅顯色R9組合的WLEDs是一個主要困難。

另一方面，大多數的WLEDs都依賴于稀土無機發光材料。15年內，稀土金屬的年需求量翻了一番，預計2030年將達到31.5萬噸。這些材料需求的快速增長，加上供應來源的壟斷，對未來幾年WLEDs的發展構成了嚴重威脅。

由於潛在的品質，如溶液可加工性、成本效益和低毒性，有機發光材料引起了研究人員的興趣，其可作為光子技術的光譜轉換器，應用於各種行業，如光伏、農業、眼科等等。

在LED照明中使用發光的有機化合物是一個可行的和有前途的選擇。為了實現覆蓋整個可見光範圍的更好的排放以及高品質的光，必須選擇適當的紫外/藍光LED和發光化學系統（螢光粉）。

在這些研究中，作者介紹了顯色指數（CRI）為95.7和R9為78.7的WLED的開發情況，它是利用一個多層遠端螢光粉設置，由一個藍色LED晶片作為激發源，兩個發光的有機染料（Lumogen Red和Coumarin 6）作為光譜轉換器。

他們報告了一種新型的無稀土WLEDs的製造，具有合適的CRI和R9值。此外，還介紹了基於藍色LED晶片和兩個發光有機染料的WLED系統的開發。這個系統再現了太陽光譜，並提高了CRI和R9等色度特性的數值。

此外，這項研究還說明了39種不同的WLEDs的發展。這些WLEDs作為光譜轉換器，使用一個藍色LED和一系列發光有機材料的遠距離螢光粉組合。

發光的有機染料被嵌入具有高度光學透明度的PMMA聚合物基體中。這些複合系統（聚合物基質和發光物種）的薄膜被沉積在玻璃上。為了提高光譜轉換的適應性，作者開發了具有可變染料濃度的單層和多層WLEDs，從而產生了非常高品質的光。

研究人員觀察到，發射的光的光譜被拓寬到包括整個可見光譜，這被認為是提高CRI分數的原因。

據觀察，通過在白光二極體中使用有機材料，可以成功實現發光物體的顯色性。研究還表明，所提出的有機染料作為遠距離螢光粉運行，並由一個藍色LED晶片泵送，由此產生的WLEDs產生的白光具有極高的CRI和R9值，分別為95.7和78.7。

該研究闡明了白光二極體是最有前途的下一代照明技術之一，具有較低的功耗和較高的發光效率，同時消耗較少的電力。文章作者認為稀土元素的有限可用性和高成本可能危及LED業務，在光學中，有機發光材料越來越受歡迎。

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