【摘 要】
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摘要:作为新一代的先进照明与显示技术,激光照明和激光显示器因其具备超高亮度、高的发光效率、节能环保以及超宽色域与高对比度而备受关注。众所周知,蓝光LED芯片存在“效率骤降”问题,使得LED芯片不适用于超大功率或高亮度固态照明中。此外,应用于白光LED的常规荧光转换器材料（例如荧光粉,荧光陶瓷和荧光玻璃）,由于它们低的导热性并不适合用于激光激发,很大程度上阻碍了它们在高功率激光照明与显示应用上的发展
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摘要:作为新一代的先进照明与显示技术,激光照明和激光显示器因其具备超高亮度、高的发光效率、节能环保以及超宽色域与高对比度而备受关注。众所周知,蓝光LED芯片存在“效率骤降”问题,使得LED芯片不适用于超大功率或高亮度固态照明中。此外,应用于白光LED的常规荧光转换器材料（例如荧光粉,荧光陶瓷和荧光玻璃）,由于它们低的导热性并不适合用于激光激发,很大程度上阻碍了它们在高功率激光照明与显示应用上的发展。为了解决这个问题,我们设计了用于激光照明的单层荧光玻璃薄膜（Phosphor-in-Glass film,PiG film）,以及用于激光显示的多层PiG film。针对激光照明应用,我们采用低温共烧结法,将低熔点玻璃粉与荧光粉共烧结在具备高导热率的蓝宝石衬底上,得到了 Y3Al5O12:Ce（YAG）PiG film。通过改变烧成温度、荧光粉与玻璃的比例、薄膜厚度与蓝色激光的入射功率,对YAG PiG film的微观结构和光学性能进行了深入研究。结果表明,PiG film的孔隙率受焙烧温度、荧光粉与玻璃的比例以及薄膜厚度的影响,进而影响了 YAG PiG film的发光饱和特性。当荧光粉与玻璃的比例或薄膜厚度增加时,YAG PiG film的发光饱和特性变差并且光通量和发光效率均降低。通过控制荧光粉与玻璃的比例或PiG薄膜的厚度,可以实现质量可调的激光白光。对于荧光粉与玻璃的比例为1:1且厚度为50μm的YAG PiG薄膜,在最大激光功率密度12.9 Wmm-2（10.1 W）的激发下,所得最大值流明数和发光效率分别为,1048 lm和137 lmW-1。当将涂有一维光子晶体的蓝宝石附加在YAG PiG薄膜上时,该薄膜的流明数以及发光效率的均得到了很大改善,在最大蓝色激光8.09 W（即10.3 Wmm-2）激发下,所得激光白光流明数为1709 lm、光效为211 lmW-1的激光白光,显色指数为65,相关色温为6602 K。针对激光显示应用,我们研制出了多层的荧光玻璃薄膜,作为用于宽色域和高亮度激光显示器用的新型荧光转换材料。我们分别选择β-Sialon:Eu和Calson:Ce荧光粉作为绿色和橙色发光材料,并与玻璃粉按一定比例混合在覆有一维光子晶体的蓝宝石衬底上共烧,直接分别形成绿色与橙红色荧光玻璃薄膜,或制成红色层与绿色层相互叠加的多层荧光薄膜薄膜,或直接制成红色与绿色混合型单层荧光玻璃薄膜。相同地,荧光粉含量和薄膜厚影响了蓝光激光激发下β-Sialon和Calson PiG film的微观结构,发光饱和与其它光学性能。在6.09 Wmm-2蓝光激光激发下,β-Sialon和Calson PiG film均能实现最大的流明输出。多层PiG film的结构对实现激光白光的光学性能有很大的影响,研究发现将β-Sialon PiG film放置在Calson PiG film上时,此时的叠层结构为性能最佳。并在4.8 Wmm-2的蓝光激光激发下,多层β-Calson PiG+Sialon PiG film能够获得107%NTSC的宽色域,以及74.44 lmW-1的发光效率,流明数能达到282.13 lm和色温为7902K激光白光。研究表明基于YAG的PiG film可以应用于高功率激光激发的固态照明,并且多层结构的PiG films有望用于激光投影仪与激光显示器件等大功率和超宽色域显示领域。
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