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导读
光源技术的发展贯穿了人类文明的进步，而当下显示技术是光源技术研究的重要方向。随着技术的进步，固态光源解决方案逐渐成为主流。其中，荧光转换发光二极管（pc-LED）在照明和背光显示技术领域不断取得进步，特别是与传统的白炽灯或荧光灯光源相比，具有可靠性高、光效高、能效高、使用寿命长、环保等诸多优良特性。近年来，新兴的激光二极管（LD）比pc-LED更具优势，具有更巨大的发展潜力和研究价值。传统的LED只有在低电流密度注入时才能保持较高的发光效率，只能通过增加 LED 的数量来提升整体亮度，这种策略伴随着热量堆积、结构复杂、成本高昂等弊端。相反，LDs光源技术在大功率光源下仍能保持高光效，且兼具亮度更高、体积更小、寿命更长等显著优势。
目前，“LD 芯片+荧光粉”是激光光源技术中最有研究价值和最有效的方法。LDs技术仍主要沿用传统的LED技术荧光粉，但考虑到荧光粉在高功率密度光源下的发光饱和度，LDs用荧光粉与LED用荧光粉的要求仍有显著差异。用于LDs照明的荧光粉以掺杂Ce3+体系为主，对其研究较多，并已达到高性能，可满足各种LDs照明。相比之下，对高色域LD显示用的红色发光材料的研发是一个空白，也是亟待解决的问题，具有挑战性。
近日，兰州大学的王育华教授团队基于结构刚性通过化学单元取代，设计并通过高温固态反应成功合成了一系列Sr2[Mg1-xLixAl5-xSixN7]:0.01Eu2+(SMAN-xLS, 0≤x≤0.5)红色荧光粉，并详细研究了化学单元共取代（[Li-Si]5+取代[Mg-Al]5+）对结构和发光性能的影响。
这项工作的主要进展和意义可以简单概括为三点：一是材料性能提升。通过改进材料结构，我们成功提高了材料的晶格刚性，这使得材料的发光强度（外量子效率提高了49.6%）和热稳定性得到了显著提升。这意味着我们改进后的材料已经达到了可以实际使用的水平。二是蓝色激光下具有优异表现。在蓝色激光的激发下，这种材料显示出极高的发光饱和阈值（可达到52.22W/mm2），远超过其他红色荧光粉。当蓝色激光的功率密度达到20 W/mm2时，材料的色坐标x值可以超过0.70。这些特性表明，这种材料在大功率激光显示光源中有很大的应用潜力。
三是压力敏感特性突出。这种材料在受到压力时，其发射光的波长会从650nm红移到702nm，显示出较高的压力灵敏度（dλ/dP为5.07 nm/GPa）。这意味着这种材料在光学压力传感方面有很好的应用前景。
总的来说，这项工作不仅提高了材料的发光性能和热稳定性，还发现了其在蓝色激光激发下的优异性能和压力敏感特性，为相关领域的技术发展提供了新的思路和可能性。
图1. 设计开发的高效红色发光材料的晶体结构以及在激光显示和压力传感应用的性能
相关的研究工作发表在Angewandte Chemie International Edition国际相关领域期刊上（Zebin Li, Haoyang Wang, Zhezhe Su, Runtian Kang, Takatoshi Seto, Yuhua Wang），博士研究生李泽彬为本论文第一作者，王育华教授和濑户孝俊教授为本文通讯作者。该项工作得到国家重点研发计划“超高色域激光显示用新型稀土发光材料高效设计与筛选”“稀土新材料”2023年度重点专项（项目批准号：2023YFB3506600）的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202419910
来源：兰州大学
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