图：CsPbX3纳米晶发光微晶玻璃膜-蓝宝石复合材料在自然光和紫外激发光下的样品照片及对应原型激光显示系统构建示意图

图：β-SiAlON:Eu2+/CaAlSiN3:Eu2+微晶玻璃膜-蓝宝石复合材料的图案化样品照片及对应原型光源电致光谱、CIE色坐标图

　　投影显示已深入人们的日常生活，其基本成像原理为：由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在投影屏幕上。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“水到渠成”。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”，严重制约了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”-“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，在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下，中科院福建物构所王元生研究员和林航研究员带领的团队采用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，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，设计了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（thermal-runaway effect）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）。

　　两项成果分别以“β-SiAlON:Eu²⁺ Phosphor-in-Glass Film: An Efficient Laser-Driven Color Converter for High-Brightness Wide-Color-Gamut Projection Displays”和“Stable CsPbBr₃-Glass Nanocomposite for Low-étendue Wide-Color-Gamut Laser-Driven Projection Display”为题，发表于国际光学刊物《Laser & Photonics Reviews》（Laser & Photonics Reviews, 2021, DOI: 10.1002/lpor.202100044和Laser & Photonics Reviews, 2021, DOI: 10.1002/lpor.10.1002/lpor.202100317）。两篇论文第一作者分别是国科大博士生林世盛和福州大学联培生岳相铭。

　　此前，该团队在高功率密度荧光微晶玻璃材料及白光固态光源研究方面取得了一系列重要进展，相关成果相继发表在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;并撰写综述论文（Laser Photon. Rev. 2018, 12, 1700344），受到了国内外同行的广泛关注。

　　论文链接：

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100317

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202100044

　　（王元生课题组供稿）