研究背景：

激光驱动显示技术凭借其超宽色域优势，正逐渐成为下一代显示技术发展的重要方向。在该技术体系中，荧光转换材料作为实现高性能光转换的关键功能组分，需同时具备高发光效率、优异的抗热猝灭能力、高效热管理性能、高热/光稳定阈值以及窄带发射特性。然而，这些严苛的性能要求使得合适的荧光转换材料十分稀缺。当前广泛应用于传统发光二极管（LED）中的荧光粉-有机复合材料（PiS）由于其有限的热稳定性和强光耐受能力，难以满足高功率激光激发条件下的长期稳定运行需求。因此，全无机荧光转换材料受到了广泛关注；其中，荧光玻璃陶瓷厚膜（phosphor-in-glass films, PiGF）凭借其卓越的结构稳定性、可调控的发射光谱特性以及良好的规模化制备潜力，展现出作为高功率激光显示用荧光转换材料的显著优势。

文章概述：：

近日，福建师范大学陈大钦教授、林世盛副教授团队联合中国科学院福建物质结构研究所黄萍研究员团队，提出了一种面向激光驱动显示技术的新型窄带荧光转换材料，有望显著提升显示系统性能。该研究以荧光玻璃陶瓷厚膜（PiGF）为基础，通过引入高导热性的金刚石颗粒，构建高效热管理结构，从而显著增强材料的热稳定性并提高其热/光饱和阈值。通过优化金刚石含量至4 wt%，该复合材料在静态激发模式下实现了4253 lm的光通量，在旋转激发模式下进一步提升至5729 lm。进一步将其集成至激光驱动显示系统后，基于β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜构建的显示器件相比传统商用荧光转换材料展现出更优异的光学输出性能和显示效果。该研究不仅揭示了高导热填料调控荧光转换材料热管理性能的有效性，也为面向下一代高亮度、高稳定性激光显示技术的新型窄带荧光转换材料设计与开发提供了重要理论依据和技术指导。

图文导读：

图1.(a) β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜、β-SiAlON: Eu²⁺荧光玻璃陶瓷厚膜及其原始组分材料的X射线衍射（XRD）图谱；(b) β-SiAlON: Eu²⁺荧光粉、β-SiAlON: Eu²⁺荧光玻璃陶瓷厚膜以及β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜的激发（PLE）与发射（PL）光谱；(c) 荧光衰减曲线；(d) 光致发光量子产率（PLQY）；(e) β-SiAlON: Eu²⁺荧光玻璃陶瓷厚膜截面的荧光显微图像；(f) ββ-SiAlON: Eu²⁺荧光玻璃陶瓷厚膜截面的扫描电子显微镜（SEM）图像；以及(g) 相应区域的能谱（EDS）元素分布面扫图

图2.(a) 不同金刚石颗粒引入量的β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜的光通量（LF）随入射蓝色激光功率变化的关系曲线；(b) 光转换效率随入射蓝色激光功率变化的规律，插图为对应样品的实际发光照片；(c) 不同金刚石颗粒引入量的β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜表面温度随入射蓝光激光功率变化的趋势曲线；(d) β-SiAlON: Eu2+-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜的X射线显微计算机断层扫描（Micro-CT）三维成像结果；(e) 金刚石颗粒与所采用玻璃基体之间的高温润湿性测试结果（接触角测量），插图为接触区域的局部放大图；(f) 不同金刚石颗粒引入量对β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜热导率的影响；(g) 在入射激光功率为15 W（4.78 W mm-2）条件下，β-SiAlON: Eu²⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜的光通量与表面温度随连续激光辐照时间变化的稳定性测试曲线，插图展示了部分对应的红外热成像结果及实际发光照片

图3.（a）静止模式与旋转模式下，β-SiAlON: Eu2⁺-4 wt%金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜的光通量（LF）随激光功率变化的关系曲线；（b）不同激光功率作用下材料表面温度的演变规律；（c）对应条件下光转换效率随激光功率变化的趋势；（d）在入射激光功率为29 W（9.24 W mm-2）时，复合荧光转换材料的光通量随激光连续辐照时间的变化曲线；（e）相应辐照模式下材料表面温度随持续激光照射时间的变化特征；（f）在2 W（0.64 W mm-2）蓝光激光激发条件下，不同绿光/红光图案化面积比例荧光转换材料的发射光谱；（g）经商用滤光片调制后的发射光谱，插图为滤波后红光与绿光功率比值；（h）不同图案化设计荧光转换材料发射光的CIE色坐标分布；（i）经商用滤光片调制后的对应发射光谱，插图展示相应红光与绿光功率比值

图4.(a) 所构建的激光驱动显示系统结构示意图；(b) 分别采用商用荧光转换材料、β-SiAlON: Eu2⁺荧光玻璃陶瓷厚膜以及β-SiAlON: Eu2⁺-金刚石荧光玻璃陶瓷厚膜作为色转换层的三套显示系统输出图像对比；(c) 三种显示系统绿光区域的发射光谱对比，其中插图展示了三种荧光转换材料的实物照片；(d) 基于三套显示系统绿色成像区域同一位置提取的RGB数值对比，其中G相对强度越高，表明系统绿色光输出性能及成像质量越优

论文信息：

Narrowband Green-Emitting β-SiAlON: Eu2⁺ Diamond Phosphor-in-Glass Film for Laser-Driven Displays

Ran An, Shisheng Lin*, Lingwei Zeng, Sifan Zhuo, Huaxiang Qiu, Dahai Hu, Shijie Hu, Hewen Lin, Feng Huang, Ping Huang*, Daqin Chen*

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.71407

原文链接：https://doi.org/10.1002/adom.71407

期刊介绍

Advanced Engineering Materials专注于工程材料的所有最新突破。该杂志涵盖了各种关键主题，例如复合材料、陶瓷、金属间化合物和涂层，以及高温、细胞和生物医学材料，以及创新的制造技术。