激光照明作為(wei) 新一代的大功率、高亮度照明技術，在汽車大燈、航空航海照明、軍(jun) 用手電、激光影院以及激光電視等領域具有廣泛的應用前景。在激光照明技術中，熒光材料起到光色轉換的重要作用，決(jue) 定器件的發光效率、發光強度、顯色性及壽命等關(guan) 鍵性能參數。傳(chuan) 統的固態照明封裝材料（如有機樹脂等）不但散熱性能差，而且在長時間、高功率激光照射下會(hui) 出現碳化和燒蝕等損傷(shang) 現象，影響熒光材料的發光性能，從(cong) 而最終導致整個(ge) 光源器件的失效。為(wei) 了獲得更高光效和可靠性的激光照明器件，熒光轉換材料須具有優(you) 異的散熱性能及熱穩定性。因此，研製耐高功率密度激發的高可靠性熒光轉換材料成為(wei) 激光照明技術（包括激光顯示）進一步發展的關(guan) 鍵。中國計量大學光學與(yu) 電子科技學院王樂(le) 教授團隊自2010年起開始從(cong) 事固態照明技術和關(guan) 鍵核心發光材料的研究，聯合研發的白光LED產(chan) 品已應用於(yu) 高清電視背光源、高速交通、國家重大會(hui) 展、醫院等多個(ge) 社發和民生工程領域，成果獲6項省部級科技進步獎。研究團隊於(yu) 2015年起圍繞激光照明與(yu) 顯示及發光材料開展了應用基礎研究，以熒光玻璃、熒光薄膜及熒光陶瓷材料為(wei) 研究對象，通過深入研究其發光飽和機理，並結合材料的光譜設計、顯色調控、光效提升和散熱優(you) 化等方法，開發了係列高性能熒光轉換材料，結合光學設計、封裝技術和光學鍍膜技術實現了高品質激光光源器件。近日，王樂(le) 教授團隊在《發光學報》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊）上發表了題為(wei) “激光照明應用釔鋁石榴石熒光玻璃顯色性能優(you) 化”和“激光照明用La₃Si₆N₁₁:Ce³⁺熒光玻璃薄膜的合成及其性能調控”的研究論文。上述工作麵向大功率、高亮度激光照明技術的應用需求，詳細研究了熒光玻璃及熒光薄膜材料的合成工藝，並探討了如何實現傳(chuan) 統釔鋁石榴石結構熒光材料顯色性能的提升及高可靠性氮化物熒光材料發光性能的調控。為(wei) 使廣大發光同仁了解該課題組近年來在這一領域開展的相關(guan) 工作，課題組應編者邀請撰寫(xie) 了本篇報道。在熒光玻璃材料的研究方麵，針對Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺（YAG:Ce³⁺）熒光材料光譜中紅綠光成分缺少的問題，研究團隊選用綠色發光Y₃(Ga,Al)₅O₁₂:Ce³⁺（YAGG:Ce³⁺）和橙色發光(Y,Gd)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺（GdYAG:Ce³⁺）熒光材料，製備了兼具高光效和高顯色性能的YAGG:Ce³⁺/GdYAG:Ce³⁺複合熒光玻璃，在藍色激光激發下其顯色指數（Ra）達到79.7（相比YAG:Ce³⁺熒光玻璃提升了13.7%左右）（圖1），發光效率為(wei) 163.14 lm/W。（相關(guan) 結果發表於(yu) 《發光學報》，2021, 42(10):1619-1626）

圖1：YAGG:Ce³⁺/GdYAG:Ce³⁺複合熒光玻璃的（a）微觀結構及（b）與(yu) 藍色激光組合的發射光譜

在熒光薄膜材料的研究方麵，研究團隊選擇性能優(you) 異的黃色發光La₃Si₆N₁₁:Ce³⁺（LSN:Ce³⁺）氮化物作為(wei) 熒光材料，在鍍有光學薄膜（藍光可透過）的高導熱率藍寶石基板上製備了LSN:Ce³⁺熒光薄膜（圖2），使其可承受12.73 W/mm²藍色激光的激發，並達到157.6 lm/W的發光效率，滿足了高功率激光照明的應用要求。（相關(guan) 結果發表於(yu) 《發光學報》，2021, 42(10):1482-1492.）

圖2：La₃Si₆N₁₁:Ce³⁺（LSN:Ce³⁺）氮化物熒光薄膜的（a）微觀結構及（b）與(yu) 藍色激光組合的發射光譜

此外，為(wei) 了滿足寬色域激光顯示對熒光轉換材料的應用需求，本研究團隊通過調控和優(you) 化β-Sialon:Eu²⁺綠色和Calson:Ce³⁺紅色熒光薄膜的發光性能及空間結構，可控製備了β-Sialon:Eu²⁺/Calson:Ce³⁺雙層空間結構的複合熒光薄膜，實現了107% NTSC和74.44 lm/W的寬色域激光顯示光源，並在激光微投產(chan) 品中實現了初步應用（圖3）。（相關(guan) 結果發表於(yu) J. Mater. Chem. C，2020, 8: 1746-1754.）

圖3：β-Sialon:Eu²⁺/Calson:Ce³⁺雙層空間結構複合熒光薄膜的發光特性及其在激光微投產(chan) 品中的應用

在熒光陶瓷的研究方麵，本研究團隊和廈門大學解榮軍(jun) 教授課題組合作，通過調控釔鋁石榴石結構熒光陶瓷的發光中心濃度、化學組成及陶瓷厚度，係統研究了熒光陶瓷材料在大功率密度激發下的發光飽和機理，製備了高亮度黃色發光YAG:Ce³⁺（2347.9 lm）和綠色發光LuAG:Ce³⁺（3967.3 lm）熒光陶瓷。此外，為(wei) 解決(jue) 熒光陶瓷因缺乏散射中心而引起的光提取效率低和發光不均勻等問題，通過在熒光陶瓷結構中引入適量均勻分散的微氣孔作為(wei) 散射中心，實現了釔鋁石榴石結構熒光陶瓷的超高亮度、均勻發光（7199 lm）。相關(guan) 熒光陶瓷材料已用於(yu) 合作公司開發的激光汽車大燈等產(chan) 品（圖4）。（相關(guan) 結果發表於(yu) J. Mater. Chem. C, 2019, 7: 11449-11456；Laser Photonics Rev., 2019, 13, 1900147）

圖4：釔鋁石榴石結構熒光陶瓷性能調控及其在激光汽車大燈產(chan) 品中的應用

在激光照明及顯示領域，傳(chuan) 統釔鋁石榴石結構熒光材料雖然具有高光效和高發光飽和閾值的優(you) 勢，但由於(yu) 其無法實現紅色發光，導致目前高功率激光照明及顯示光源明顯存在顯色指數或色域偏低的問題。而可實現紅色發光的Eu²⁺摻雜氮化物等熒光材料，在高功率密度激光激發下又會(hui) 產(chan) 生較為(wei) 顯著的發光飽和，使其無法應用於(yu) 激光照明及顯示技術。因此，研製高光效、高發光飽和閾值的紅色熒光材料是今後的重要研究課題，對於(yu) 開發高性能激光照明及顯示光源十分關(guan) 鍵。論文信息：黃敏航, 邾強強, 孟遙, 等. 激光照明用La₃Si₆N₁₁∶Ce³⁺熒光玻璃薄膜合成及其性能調控[J]. 發光學報, 2021, 42(10):1482-1492. DOI：10.37188/CJL.20210076https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20210076孟遙, 邾強強, 黃敏航, 等. 激光照明應用釔鋁石榴石熒光玻璃顯色性能優(you) 化[J]. 發光學報, 2021, 42(10):1619-1626. DOI：10.37188/CJL.20210166https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDeta