实验室张勤远教授团队：理论预测辅助合成窄谱红光氟化物荧光粉应用于Mini-LED显示器件

Mn4+掺杂氟化物荧光粉因为它在显示器件和固态照明中具有巨大的应用潜力，已成为荧光粉界优秀的红色发光材料。其中，以K2SiF6:Mn4+（KSFM）为代表性的荧光粉，因其合成简便、成本低和发光效率高等优点，已成功商业化。然而，它们通常存在发光寿命较长（τ > 5 ms）的问题，这源于Mn4+的2E→4A2跃迁。较长的发射衰减时间远远超过了现代显示器中每个视频帧数的持续时间，导致严重的红色拖影和运动模糊，影响了显示质量（尤其是在超高刷新率Mini-LED显示器中）。因此，高质量显示器迫切需要具有短荧光寿命的Mn4+掺杂氟化物红色荧光粉。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的张勤远教授课题组提出了一种“理论晶体结构预测”辅助合成策略，用以发现具有优秀发光特性的新型Mn4+掺杂氟化物。在理论预测的指导下，合成了以三甲基亚砜(TMSO)+为阳离子的新型有机-无机杂化氟化物(TMSO)2GeF6: Mn4+(TMSOGFM)，其高的发光效率，内外量子效率分别为83.4%和51.7%，荧光寿命短（4.22 ms），优秀的成膜特性。基于TMSOGFM，制作了一个7英寸Mini-LED显示器，具有119.7%NTSC的宽色域，展示了TMSOGFM在显示应用中的巨大潜力。本研究在Mn4+掺杂荧光粉领域实现了“从预测到合成”，为合理设计发光材料提供了新的途径。

图 1. Mn4+掺杂氟化物荧光粉的“晶体结构预测”策略示意图

将TMSOGFM荧光粉均匀分散在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中，成功制备出红色发光薄膜。该薄膜厚度经测量约为1.27毫米。随后将该薄膜与蓝光Mini-LED芯片（图2a）结合，搭配商用QD535绿光薄膜，自制了尺寸为7英寸Mini-LED背光显示屏（图2b）。在15V/200mA驱动电压/电流下，基于TMSOGFM的背光单元可发出明亮白光（图2c）。该自制显示屏发射出标准冷白光，相关色温（CCT）为7594K，国际照明委员会（CIE）色度坐标为（0.3097, 0.3273）（图5d）；而基于Y3Al5O12:Ce3+(YAG)的商业液晶显示器白光参数（CCT=19840K, CIE=(0.2657,0.2355)）如图S16所示。作为应用示范，采用自制TMSOGFM背光模块与反射膜、增亮膜、光学滤光片及商用液晶显示（LCD）面板组装了Mini-LED显示原型机（图2e）。图2f-g分别展示了商用YAG-LCD与TMSOGFM-Mini-LED呈现红樱桃图像的色彩表现差异。显然，基于TMSOGFM的显示器相比商用YAG显示器能展现更饱和、更真实的红绿色彩。根据该原型机滤光后的纯红、绿、蓝光谱（图2h），其在CIE 1931色域覆盖度达到国家电视标准委员会（NTSC）标准的119.7%（图2i），远高于具有宽发射光谱特性的商用LCD显示器（68.4% NTSC）。这些结果表明TMSOGFM在下一代广色域高质量显示领域具有巨大应用潜力。

图 2. 基于TMSOGFM薄膜的Mini-LED背光单元演示图

相关研究成果以“Theoretical Prediction-Assisted Synthesis ofNarrow-Band Red-Emitting Fluoride Phosphors with High Film-Forming Ability forMini Light-Emitting Diode Displays”为题发表在Laser & PhotonicsReviews上，其中通讯作者为张勤远教授，宋恩海研究员，以及明红博士后，第一作者为陈镇博士生。该研究工作得到了中国国家重点研究发展计划、中国国家自然科学基金会、广东省科学委员会杰出青年基金、国家重点实验室荧光材料与器件等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202502406