激光照明与显示：光转换材料

传统的固态照明封装材料（如有机树脂等）不但散热性能差，而且在永劫光、高功率激光照射下会涌现碳化和烧蚀等损伤征象，影响荧光材料的发光性能，从而终极导致全体光源器件的失落效。

为了得到更高光效和可靠性的激光照明器件，荧光转换材料须具有精良的散热性能及热稳定性。
因此，研制耐高功率密度引发的高可靠性荧光转换材料成为激光照明技能（包括激光显示）进一步发展的关键。

中国计量大学光学与电子科技学院王乐教授团队自2010年起开始从事固态照明技能和关键核心发光材料的研究，联合研发的白光LED产品已运用于高清电视背光源、高速交通、国家重大会展、医院等多个社发和民生工程领域，成果获6项省部级科技进步奖。

研究团队于2015年起环绕激光照明与显示及发光材料开展了运用根本研究，以荧光玻璃、荧光薄膜及荧光陶瓷材料为研究工具，通过深入研究其发光饱和机理，并结合材料的光谱设计、显色调控、光效提升和散热优化等方法，开拓了系列高性能荧光转换材料，结合光学设计、封装技能和光学镀膜技能实现了高品质激光光源器件。

近日，王乐教授团队在《发光学报》（EI、Scopus收录，中文核心期刊）上揭橥了题为“激光照明运用钇铝石榴石荧光玻璃显色性能优化”和“激光照明用La3Si6N11:Ce3+荧光玻璃薄膜的合成及其性能调控”的研究论文。

上述事情面向大功率、高亮度激光照明技能的运用需求，详细研究了荧光玻璃及荧光薄膜材料的合成工艺，并磋商了如何实现传统钇铝石榴石构造荧光材料显色性能的提升及高可靠性氮化物荧光材料发光性能的调控。

为使广大发光同仁理解该课题组近年来在这一领域开展的干系事情，课题组应编者约请撰写了本篇宣布。

在荧光玻璃材料的研究方面，针对Y3Al5O12:Ce3+（YAG:Ce3+）荧光材料光谱中红绿光身分短缺的问题，研究团队选用绿色发光Y3(Ga,Al)5O12:Ce3+（YAGG:Ce3+）和橙色发光(Y,Gd)3Al5O12:Ce3+（GdYAG:Ce3+）荧光材料，制备了兼具高光效和高显色性能的YAGG:Ce3+/GdYAG:Ce3+复合荧光玻璃，在蓝色激光引发下其显色指数（Ra）达到79.7（比较YAG:Ce3+荧光玻璃提升了13.7%旁边）（图1），发光效率为163.14 lm/W。
（干系结果揭橥于《发光学报》，2021, 42(10):1619-1626）

图1：YAGG:Ce3+/GdYAG:Ce3+复合荧光玻璃的（a）微不雅观构造及（b）与蓝色激光组合的发射光谱

在荧光薄膜材料的研究方面，研究团队选择性能精良的黄色发光La3Si6N11:Ce3+（LSN:Ce3+）氮化物作为荧光材料，在镀有光学薄膜（蓝光可透过）的高导热率蓝宝石基板上制备了LSN:Ce3+荧光薄膜（图2），使其可承受12.73 W/mm2蓝色激光的引发，并达到157.6 lm/W的发光效率，知足了高功率激光照明的运用哀求。
（干系结果揭橥于《发光学报》，2021, 42(10):1482-1492.）

图2：La3Si6N11:Ce3+（LSN:Ce3+）氮化物荧光薄膜的（a）微不雅观构造及（b）与蓝色激光组合的发射光谱

此外，为了知足宽色域激光显示对荧光转换材料的运用需求，本研究团队通过调控和优化-Sialon:Eu2+绿色和Calson:Ce3+赤色荧光薄膜的发光性能及空间构造，可掌握备了-Sialon:Eu2+/Calson:Ce3+双层空间构造的复合荧光薄膜，实现了107% NTSC和74.44 lm/W的宽色域激光显示光源，并在激光微投产品中实现了初步运用（图3）。
（干系结果揭橥于J. Mater. Chem. C，2020, 8: 1746-1754.）

图3：-Sialon:Eu2+/Calson:Ce3+双层空间构造复合荧光薄膜的发光特性及其在激光微投产品中的运用

在荧光陶瓷的研究方面，本研究团队和厦门大学解荣军教授课题组互助，通过调控钇铝石榴石构造荧光陶瓷的发光中央浓度、化学组成及陶瓷厚度，系统研究了荧光陶瓷材料在大功率密度引发下的发光饱和机理，制备了高亮度黄色发光YAG:Ce3+（2347.9 lm）和绿色发光LuAG:Ce3+（3967.3 lm）荧光陶瓷。

此外，为办理荧光陶瓷因缺少散命中间而引起的光提取效率低和发光不屈均等问题，通过在荧光陶瓷构造中引入适量均匀分散的微气孔作为散命中间，实现了钇铝石榴石构造荧光陶瓷的超高亮度、均匀发光（7199 lm）。
干系荧光陶瓷材料已用于互助公司开拓的激光汽车大灯等产品（图4）。
（干系结果揭橥于J. Mater. Chem. C, 2019, 7: 11449-11456；Laser Photonics Rev., 2019, 13, 1900147）

图4：钇铝石榴石构造荧光陶瓷性能调控及其在激光汽车大灯产品中的运用

在激光照明及显示领域，传统钇铝石榴石构造荧光材料虽然具有高光效和高发光饱和阈值的上风，但由于其无法实现赤色发光，导致目前高功率激光照明及显示光源明显存在显色指数或色域偏低的问题。
而可实现赤色发光的Eu2+掺杂氮化物等荧光材料，在高功率密度激光引发下又会产生较为显著的发光饱和，使其无法运用于激光照明及显示技能。
因此，研制高光效、高发光饱和阈值的赤色荧光材料是今后的主要研究课题，对付开拓高性能激光照明及显示光源十分关键。

论文信息：

黄敏航, 邾强强, 孟遥, 等. 激光照明用La3Si6N11∶Ce3+荧光玻璃薄膜合成及其性能调控[J]. 发光学报, 2021, 42(10):1482-1492. DOI：10.37188/CJL.20210076

http://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210076

孟遥, 邾强强, 黄敏航, 等. 激光照明运用钇铝石榴石荧光玻璃显色性能优化[J]. 发光学报, 2021, 42(10):1619-1626. DOI：10.37188/CJL.20210166

http://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210166