近期，中國科學院上海光學精密機械研究所先進激光與(yu) 光電功能材料部與(yu) 空天激光技術與(yu) 係統部研究團隊在應用於(yu) 白光LED/LD照明的高性能陶瓷熒光粉研究方麵取得進展，相關(guan) 成果以“Investigation of a thermally robust orange-red MgO-YMASG: Ce composite phosphor ceramic for white light LED/LD illumination”和“Fabrication of Al₂O₃–Ce: (Y, Tb)₃(Al, Mn)₅O₁₂ composite ceramic phosphors for high color rendering white LED/LD illumination”為(wei) 題分別發表於(yu) Journal of Alloys and Compounds和Optical Materials。

近年來，基於(yu) YAG: Ce熒光粉的熒光轉換白光發光二極管（WLED）和白光激光二極管（WLD）憑借其節能、環境友好，體(ti) 積小、使用壽命長等特點被廣泛用於(yu) 照明和顯示領域。其中Ce: YAG熒光陶瓷因較高的發光效率、良好的化學穩定性和較為(wei) 簡單的製備工藝等特點，被認為(wei) 是WLED/WLD器件中重要的熒光轉換材料。然而，隨著藍光LED和LD工作功率的增加，YAG: Ce熒光粉陶瓷會(hui) 出現熱猝滅現象從(cong) 而降低其發光效率。同時，YAG: Ce的發射光譜中缺少紅光成分，導致其顯色指數（CRI）較低。因此，如何緩解高功率激發下熒光陶瓷的熱猝滅現象並提升其發光性能成為(wei) 了當前兩(liang) 大挑戰。

圖1. MgO- YMASG: Ce複合相熒光粉陶瓷的熱擴散率 (a)、比熱容 (b)和熱導率 (c)的溫度依賴性趨勢

圖2. MgO- YMASG: Ce熒光粉陶瓷的白光LED發射光譜 (a)、發光效率和色溫 (b)以及30 at% MgO樣品的白光LD發射光譜 (c)

在[Journal of Alloys and Compounds 990, 174436 (2024)]這項工作中，研究團隊采用真空固相燒結法成功製備了MgO-Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂: Ce複合相熒光陶瓷。研究證明，MgO可以與(yu) YMASG相共存，引入MgO作為(wei) 第二相有效地減少了Y₄MgSi₃O₁₃雜質的形成。隨著MgO含量的增加，樣品的導熱係數從(cong) 5.13 W/ (m∙K)上升到8.96 W/ (m∙K)，有效減輕了熒光材料在高功率藍色LED/LD激發下的熱積累。在MgO含量為(wei) 30 wt%時，樣品的發光效率與(yu) YMASG: Ce熒光粉陶瓷相當。這表明MgO顯著提高了複合磷光體(ti) 陶瓷的光提取效率。研究表明，MgO- YMASG: Ce複合熒光粉陶瓷有望成為(wei) 大功率白光LED/LD照明應用的紅色熒光粉材料。

在[Optical Materials 151, 115397 (2024)]這項工作中，研究團隊采用真空固相燒結法製備了Al₂O₃–Ce: (Y, Tb)₃(Al, Mn)₅O₁₂複合相熒光陶瓷，在摻雜Mn²⁺提升陶瓷顯色指數的同時引入Tb³⁺抑製其色溫上升，引入Al₂O₃第二相有效緩解陶瓷熱猝滅現象。在激光激發和LED激發下，3 at% Ce³⁺和4 at% Mn²⁺濃度下的陶瓷表現出最高的CRI值。其中，在激光激發下，CRI達到75.6，而在LED激發下，CRI達到81.3。這項工作表明通過組分優(you) 化，Ce-Mn-Tb共摻能顯著提升複合相熒光陶瓷的顯色指數並緩解色溫上升現象，這些發現對提高WLED/WLD照明器件具有重要意義(yi) 。

圖3. 基於(yu) 3 at% Ce³⁺ 濃度的Al₂O₃–Ce: (Y, Tb)₃(Al, Mn)₅O₁₂複合相熒光陶瓷的WLED (a)和WLD (b)(c)性能