半導(dǎo)體照明網(wǎng)獲悉：近日，在國家基金委海峽基金重點項目、國家基金面上項目以及福建省科技項目等支持下，中科院福建物構(gòu)所王元生研究員和林航研究員帶領(lǐng)的團隊聚焦于該類復(fù)合材料，基于合理的材料/幾何構(gòu)型設(shè)計與低溫共燒路線制備，獲得新型圖案化結(jié)構(gòu)微晶玻璃一體化復(fù)合材料：CaAlSiN3:Eu2+PiGF-Lu3Al5O12:Ce3+PiGF-高導(dǎo)熱藍寶石基板；進而，通過構(gòu)建“熒光輪”，在高功率藍光激光激發(fā)下實現(xiàn)了較好的光色性能輸出。

 

 

該成果以“Towards High-Quality Laser-Driven Lightings:Chromaticity-Tunable Phosphor-in-Glass Film with “Phosphor Pattern” Design”為題，發(fā)表于國際光學(xué)高端刊物《Laser & Photonics Reviews》（Laser & Photonics Reviews, 2022, DOI: 10.1002/lpor.202200040。論文第一作者是福建師范大學(xué)聯(lián)培生黃秋桂和隋萍。

 

據(jù)了解，InGaN基發(fā)光二極管（LED）芯片存在“效率驟降”問題，很難基于單個LED芯片實現(xiàn)高功率、高亮度白光照明。為解決這一難題，激光照明技術(shù)應(yīng)運而生。激光二極管（LD）具有無“效率驟降”、高亮度、低光學(xué)擴展量等優(yōu)點，在能量密度、能效、出光方向性等方面遠優(yōu)于LED。

 

然而，熒光材料接受高功率激光輻照時，受制于高光子通量下光轉(zhuǎn)換的能量損耗，會產(chǎn)生大量熱量，對其穩(wěn)定性和導(dǎo)/散熱性提出了極高要求。傳統(tǒng)的硅膠封裝熒光粉技術(shù)在激光輻照下會發(fā)生嚴重的碳化而無法適用，發(fā)展全無機熒光轉(zhuǎn)換材料是必然選擇。

 

熒光微晶玻璃（phosphor-in-glass，PiG）具有制備成本低、成分設(shè)計靈活、通過混合多相熒光粉可控制色度等諸多優(yōu)勢，近年來受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界極大關(guān)注。特別是，將微晶玻璃以薄膜（PiG film，PiGF）形式共燒于高熱導(dǎo)率基板（例如藍寶石或AlN）上形成一體化復(fù)合材料，在繼承了PiG塊材各項優(yōu)點的同時，PiGF-高導(dǎo)熱基板復(fù)合體的熱導(dǎo)率可以提高到與高質(zhì)量陶瓷相媲美的水平，從而提高發(fā)光飽和閾值；得益于此，可以構(gòu)建高亮度PiGF基激光驅(qū)動光源，顯示出巨大的應(yīng)用前景。

 

中科院福建物構(gòu)所王元生研究員和林航研究員帶領(lǐng)的團隊聚焦于該類復(fù)合材料，基于合理的材料/幾何構(gòu)型設(shè)計與低溫共燒路線制備，獲得新型圖案化結(jié)構(gòu)微晶玻璃一體化復(fù)合材料：CaAlSiN3:Eu2+PiGF-Lu3Al5O12:Ce3+PiGF-高導(dǎo)熱藍寶石基板；進而，通過構(gòu)建“熒光輪”，在高功率藍光激光激發(fā)下實現(xiàn)了較好的光色性能輸出。

 

 

圖、（a）CASN:EuPiGF-LuAG:CePiGF-on-sapphire“熒光輪”照片（直徑為40 mm，具有不同的圖案化結(jié)構(gòu)）；（b）“圖案化熒光粉”結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)“混合熒光粉”結(jié)構(gòu)之間的歸一化發(fā)光光譜比較；（c）1W/mm2藍光激光驅(qū)動下三種不同圖案化結(jié)構(gòu)樣品的發(fā)光光譜（色塊分別以45°、90°和180°三個間隔角分開）；插圖顯示了具有90°間隔角樣品空間角度相關(guān)的顏色分布。

 

研究激光-微晶相互作用的結(jié)果表明，Lu3Al5O12:Ce3+的發(fā)光飽和行為幾乎由熱猝滅機制決定，而CaAlSiN3:Eu2+的發(fā)光飽和行為受熱猝滅與強度猝滅機制共同影響。高導(dǎo)熱藍寶石基板“熱沉”的散熱作用和脈沖旋轉(zhuǎn)激發(fā)模式，大大減輕了熒光體熱負荷，有效延緩了發(fā)光飽和的發(fā)生。系統(tǒng)性實驗結(jié)合理論計算證明，發(fā)生在傳統(tǒng)“混合型熒光粉”結(jié)構(gòu)中的光子重吸收問題，在“熒光粉圖案化”結(jié)構(gòu)設(shè)計下得到了很好的解決，一定程度上調(diào)和了“光度-色度矛盾”，且不會引起空間顏色分布不均。

 

此外，建立了一個通用的光譜計算模型來預(yù)測PiG體系中受光子重吸收效應(yīng)影響的發(fā)光行為。基于Lu3Al5O12:Ce3+PiGF的激光驅(qū)動綠色光源可實現(xiàn)2970 lm@21W/mm2的高亮度，基于圖案化CaAlSiN3:Eu2+PiGF-Lu3Al5O12:Ce3+PiGF構(gòu)建白光光源可同時實現(xiàn)光通量高于1000 lm和顯色指數(shù)大于80的光色輸出。?

 

此前，該團隊在高功率密度熒光微晶玻璃材料及白光固態(tài)光源研究方面取得了一系列重要進展，相關(guān)成果相繼發(fā)表在Laser Photon. Rev. 2021,15, 2100044; Laser Photon.Rev. 2021,15,2100317; Laser Photon.Rev. 2014, 8, 158;ACS Appl. Mater.Interfaces 2014, 6, 22905; ACS Appl. Mater.Interfaces2014, 6, 21264; ACS Appl. Mater.Interfaces2015, 7, 21835; Chem. Mater. 2016, 28, 3515; LaserPhoton.Rev. 2017,11,1700148；并撰寫綜述論文（Laser Photon. Rev. 2018, 12, 1700344），受到了國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

 

來源：福建物構(gòu)所

 

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202200040