文章專區

Take Home Message
• LED 為現代最普遍使用的照明技術之一，其中發光的關鍵便在於螢光粉。這種光轉化材料會被高能量的光所激發，並放射出較低能量的光。
• 光轉化材料的種類繁多，依據發光結構、能量轉換方式等差異可分為下轉換、上轉換、長餘輝等型式。
• 螢光粉除了應用在LED，還可用於測量溫度變化或裝設於壓力傳感器，更可利用長餘輝放光的性質，讓號誌得以在夜晚長時間發光。

光，自古以來承載了人類對探索偌大世界的嚮往，從200 萬年前人類燃起火炬劃破未知的漆黑夜空，到中國古人車胤用口袋捕捉螢火蟲的小小微光以徜徉學海。100 多年前，鎢絲燈泡點亮日落後人們對工業發展的渴求。直至今日，一盞盞發光二極體（light-emitting diode, LED）照亮了人類想要窺知的每一個角落，招牌的霓虹燈、夜歸時街邊的路燈、螢幕上的每一個像素，無一不指引著人們於花花世界裡魚貫的流向。LED 憑藉體積小、環保與省電的特性，在最近30 年竄升為照明世界的新寵兒。而賦予它絢爛七彩光芒的正是封裝於其中，微小卻不可或缺的一大功臣──螢光粉。

螢光粉如何幫助LED 發光？

螢光粉是一種無機粉體材料，具備簡易合成、高能量轉換效率等優點。這種材料由主體晶格（host）及活化劑（activator）兩部分組成，主體晶格作為螢光粉的骨架結構，提供活化劑所需的環境。此外，主體晶格的結晶度與提供給活化劑的配位環境大小，均會影響活化劑的放光特性。過渡元素與稀土元素作為常見的活化劑，會取代主體晶格內與自身離子半徑相差不遠的元素，是螢光粉得以發光的關鍵角色。

簡而言之，若將螢光粉比擬為棋盤，那螢光粉本身的晶格結構就好比是棋盤上交錯的紋路，而決定螢光粉的主體晶格配方與活化劑的摻雜，就取決於我們所使用的棋子與排列方式。圖一中的黑子就是主體晶格，顧名思義數量占整體結構的多數，而白子就是活化劑。

圖一｜螢光粉的組成結構
螢光粉的結構像是棋盤，由主體晶格與活化劑所組成，在接受高能量的光源照射後，就會放射出低能量的光。

當以較高能量（短波長）的激發光源照射螢光粉（棋盤）時，活化劑（白子）內的電子將由基態躍遷至激發態，再以熱振動緩解至最低激發態，過程中會散失熱能。最後電子由最低激發態回到基態，以光能的形式釋放較低能量（長波長） 的放射光。