实验室夏志国教授团队：窄带绿光/红光发射玻璃复合材料创制激光荧光显示用图案化荧光转轮

激光荧光显示（LPD）技术以其高亮度、宽色域和无散斑特性等特征成为高端显示（如影院、AR/VR）的理想方案，但其核心挑战在于缺乏能耐受高功率激光（>10 W/mm2）的窄带发射荧光块体材料。商用红/绿荧光粉（如KSF:Mn4+和β-SiAlON:Eu2+）虽具优异发光性能，却难以通过传统烧结制备块体的问题，而有机树脂封装又易因热积累导致效率骤降。因此，开发兼具窄带发射、高热稳定性及高发光效率的荧光块材，成为推动LPD实用化的关键瓶颈。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的夏志国教授课题组利用超低熔点玻璃基体及快速复合技术，实现了基于窄带红/绿荧光粉（KSF:Mn4+/β-SiAlON:Eu2+）的高效玻璃复合材料（PGCs）的快速制备（红光IQE 94.6%，绿光IQE 87.8%），并设计了覆盖125% Rec. 709色域的高稳定性图案化荧光转轮，有望拓展高端激光显示（如影院、AR/VR）领域的应用。

LPD技术的核心难点在于开发能耐受>10 W/mm2高功率激光的窄带荧光块材——商用红光材料KSF:Mn4+在500 °C易发生Mn4+变价导致分解，绿光β-SiAlON:Eu2+难以通过传统烧结制备块体，而树脂封装则面临热积累引发的>40%效率衰减。本研究创新性地采用超低熔点玻璃基体（350 °C）结合快速复合技术，玻璃熔体10余秒内即可包覆荧光颗粒形成高能垒界面层，有效隔绝高温损伤并维持窄带发射特性，获得的红光/绿光玻璃复合材料（PGCs）内量子效率分别高达94.6%和87.8%；进一步设计梯度浓度PGCs图案化转轮，通过7200 r/min旋转诱导空气对流散热，突破材料本征导热极限，在50 W激光下仅升温至85 °C，实现红光684 lm（21 lm W-1 mm-1）和绿光4770 lm（172 lm W-1 mm-1）的高光通量输出。最终构建的激光显示系统覆盖125% Rec.709色域（远超YAG:Ce的103%），显著提升图像饱和度，为高功率激光显示提供了兼具高效发光与极端稳定性的材料解决方案，综合性能与LPD应用展示如图1所示。

图1. “455 nm LD + KSF:Mn4+-PGC + β-SiAlON:Eu2+-PGC荧光转轮”光源的光谱及实际PGC图像。(b) “455 nm LD + KSF:Mn4+-PGC + β-SiAlON:Eu2+-PGC荧光转轮”的光通量和发光效率。(c) 荧光转轮在CIE 1931色度空间的色域对比。(d) 基于“KSF:Mn4+-PGC + β-SiAlON:Eu2+-PGC荧光转轮”构建的激光荧光显示系统示意图。(e) 基于商用YAG转换LD光源与本研究PGC转换LD光源在LCD屏幕上呈现的激光荧光显示视觉效果对比。

相关研究成果以“Narrow-bandgreen/red-emitting glass composites enabling highly stable patterned wheel forlaser phosphor display”为题发表在《Science China Materials》上，其中通讯作者为夏志国教授，第一作者为邝宇航硕士生（共同第一作者为陈炜彬博士生）。该研究工作得到了国家自然科学基金（52425206）和中央高校基本科研业务费（2024ZYGZXR004）等科研项目的资助。

　原文链接：https://doi.org/10.1007/s40843-025-3361-1