宽色域激光显示用窄带绿色荧光微晶玻璃复合材料

　　光源是投影显示的核心部件，其光学性能决定了系统效率和成像质量。随着固态照明时代的到来，开发以发光二极管（LED）和激光二极管（LD）为光源的投影显示技术成为方向。然而，LED投影仪在低输入电功率密度下亮度不足，提高功率密度又会导致“效率骤降”，严重制约其在数字影院等大功率应用场合中的应用。此外，LED大发光面积和朗伯型发射的特征，会导致光学扩展量过高，系统效率偏低。以红、绿、蓝三基色LD为光源的激光投影看似是一种极佳的解决方案，但由于强相干激光束间会产生光干涉，造成严重的散斑噪声，而不得不采用振镜或其他昂贵的消散斑技术加以克服，成本极高。同时，激光器产品中，绿色激光器的性能普遍不佳（被称为Green Gap，即绿隙）。鉴于此，近年来基于“蓝色激光+绿色荧光转换材料”的技术方案引起研究者关注，开发可补偿“绿隙”的高效绿色荧光转换材料是实现该技术的关键。

　　近日，中国科学院福建物质结构研究所研究员王元生、林航团队采用β-SiAlON:Eu2+商用窄带绿色荧光粉为原料，与全无机Si基玻璃进行低温共烧，使之以膜层形式与高导热蓝宝石基板复合。实验表明，经优化，β-SiAlON:Eu2+微晶玻璃膜-蓝宝石复合材料具有较高的内量子效率（~60%），荧光颗粒未受显著热侵蚀。同时，材料兼具高热导率（接近10 W m-1K-1，可媲美优质透明荧光陶瓷）和高抗热猝灭性能（200℃时荧光积分强度相较室温下降不超过8%）。旋转反射模式下，由于脉冲式激发以及“荧光色轮”加强了与空气的热传导，材料承受热负荷大大减轻（表面温度始终维持在100℃以下），直至22 W/mm2激发功率密度下仍未发生明显的发光饱和现象。激光-微晶微区相互作用的研究结果表明，发光饱和现象主要由热猝灭决定，但由非线性上转换过程所主导强度猝灭的影响仍不容忽视。基于“蓝光LD+红光LD+绿色荧光材料”封装，科研团队构建了高亮度（光通量1310 lm，对应880 Mcd/m2)、低光学扩展量（~1.5 mm2），宽色域（~112.5%NTSC）激光投影显示光源。

　　在另一项工作中，该团队针对窄带绿色钙钛矿纳米晶耐激光辐照阈值低的问题，设计出一种新型的钙钛矿纳米晶发光微晶玻璃膜-蓝宝石复合材料。研究表明，通过玻璃受控晶化， CsPbBr3纳米晶单分散分布于非晶玻璃基体中，并且经低温共烧不会造成CsPbBr3纳米晶的热侵蚀。受益于玻璃基质的鲁棒性以及高热导率蓝宝石基板优异的散热性，该复合材料具有良好的抗热冲击性、抗湿性、耐激光辐照性。通过构建“荧光色轮”，可将连续激光辐照转变为脉冲式激光辐照，使热失控效应大幅减轻，材料的发光饱和阈值因此得以提升至7 W/mm2。构建的激光投影原型光源具有低光学拓展量（0.41 mm2）、宽色域（128.4 % NTSC，即96.2 % Rec.2020）和适中的光通量（174 lm）的特点。

　　相关成果分别发表在光学期刊Laser & Photonics Reviews上。研究得到国家基金委海峡基金重点项目、国家基金面上项目以及福建省科技项目等支持。