YAG∶Ce荧光薄膜发光效率高、热稳定性好、散热快,在高功率高亮度白光照明,尤其是激光驱动白光照明(Laser-driven white lighting)领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来国内外YAG∶Ce多晶薄膜、单晶薄膜以及复合薄膜的制备技术及其性能特点,并展望了其在高性能白光LED和高功率激光驱动白光照明领域的应用前景。

采用高温压膜工艺, 以YAG∶Ce黄色荧光材料和硅胶为原料制备出YAG∶Ce荧光膜复合材料, 并与蓝光LED复合封装出pc-WLED.基于Mie理论、荧光光谱仪、快速光谱辐射计和光谱分布测量仪分别对不同荧光材料粒径和浓度制备的膜材料和pc-WLED的光色参数进行了计算测试, 并对影响机理进行了相应分析.在相同浓度下, 随着粒径减小, 膜材料中激发光子平均自由程降低、散射系数升高, 被吸收和转换的几率提高, 引起膜材料发射强度、pc-WLED发光效率和光色均匀度均相应提高, 同浓度下粒径最优值为8.7 μm; 在相同粒径下, 膜材料发射强度、pc-WLED发光效率和光色均匀度与浓度成正比关系; 基于发光效率、光色均匀度、色温和荧光材料用量等因素交叉综合评价, 当浓度为4%, 粒径为8.7 μm时为最优参数, pc-WLED色温为5 514 K, 发光效率为136.8 lm/W(@300 mA, 6.6 V), 光色均匀度为0.759, 色坐标x=0.332 2, y=0.359 6, 色点位于黑体辐射曲线附近, 在不同电流下, pc-WLED光通量和发光效率满足线性变化, 即光通量: y=0.6816x+63.121, R2=0.995 7, 发光效率: y=-0.062 8x+155.2, R2=0.991 6.该膜材料在pc-WLED中的应用是可行的, 同时所获得的相关规律对于实际应用具有一定的参考作用.

使用溶胶-凝胶法在不同煅烧温度下制备了不同掺杂的YAG∶Ce, Yb荧光粉。使用扫描电镜、X射线衍射仪对其形貌、结构进行了表征; 采用光致发光、荧光寿命等技术, 对其发光性质进行了研究。结果表明: 粉体粒径随煅烧温度上升而增大, 在1 000 ℃下, 得到平均尺寸~84 nm的纳米荧光粉。溶胶-凝胶法产物与高温固态法产物相比, Yb3+离子发光的猝灭浓度由10%下降至5%。这可能是由于溶胶-凝胶反应产物体系中掺杂离子分布更加均匀所致。

为实现伴随粒子中子管研究中的小靶点表征，设计了一种基于YAG∶Ce材料的模块化荧光靶体，给出了一种靶点实时监视与测量的方法。利用该方法实现了伴随粒子中子管最小4 mm直径靶点的实验工作。研究中在可更换的荧光靶面上经过激光雕刻阵列化后，能够分辨毫米级甚至亚毫米级的靶点大小。经过长时间高能离子束轰击后的YAG∶Ce材料靶面能够持续发光，未见性能下降，证明YAG∶Ce材料具有良好的耐辐照性能。

以聚碳酸酯(PC)粉体、 有机硅光扩散剂和YAG∶Ce荧光粉为原料, 通过熔融共混法和高温压模法及减薄抛光工艺制备出不同有机硅光扩散剂质量分数的PC/YAG∶Ce光散射荧光树脂样品, 通过SEM、 XRD、 透射光谱和PL的性能分析, 表明: 荧光树脂样品在500～800 nm光谱范围有较高的透光率, 样品的主相都为Y3Al5O12, 在342和448 nm有两个激发波峰, 发射光谱在532 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射, 对应的荧光寿命在61.5 ns左右。 把荧光树脂样品应用到白光LED器件的封装获得的光效为81.12 lm/W@100 mA, 说明PC/YAG∶Ce荧光树脂片适用于作白光LED封装的新型荧光材料。

采用熔融共混法和高温压模法制备出PC/YAG∶Ce荧光树脂片, 样品经减薄和抛光处理后, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)、透射光谱等测试手段进行分析。厚度为0.87 mm的样品在500~800 nm范围内的透过率约为65%。样品主相为Y3Al5O12, 在342 nm和448 nm有两个激发峰。样品的发射光谱在532 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。荧光树脂片中荧光粉含量越高, 样品发射强度越大, 是一种适合用于白光LED封装的新型荧光材料。

模拟无机大功率白光LED由蓝光芯片激发荧光粉形成白光的发光方式， 基于有机电致蓝光器件激发黄色的YAG∶Ce荧光粉来实现全色器件。 采用真空蒸镀法， 制备了ITO/2T-NATA(30 nm)/AND∶TBPe(50 Wt%, 40 nm)/Alq3(100 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)的蓝光器件， 然后在出光面用点胶机均匀涂覆一层不同厚度的黄色的YAG∶Ce荧光粉制备出了不同色坐标的全色器件。 用蓝光器件激发黄色YAG∶Ce荧光粉可以减少有机电致发光全色器件的制备工艺和难度， 并且可以利用已经非常成熟的荧光粉技术。 通过实验发现， 涂覆荧光粉得到了光谱稳定的白光器件， 涂覆荧光粉层器件的最高亮度为13 840 cd·m-2， 相比蓝色器件可以提高接近2倍， 涂覆荧光粉器件的发光效率最高可达到17.3 cd·A-1， 相比蓝色器件的最高光度效率提高了2倍多。 对涂覆荧光粉层器件的光谱特性进行了讨论， 荧光粉的浓度和厚度会影响器件的光谱特性， 并存在最佳工艺参数， 在荧光粉层浓度和厚度既定的情况下， 器件的绝对光谱值与驱动电流成正比例。