南京邮电大学 电子与光学工程学院，柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
荧光玻璃陶瓷结合了荧光粉优异的发光性能和玻璃基质良好的热导率及热稳定性的特点，已在高功率白光LED乃至激光照明领域引起了广泛的关注。本文采用一种选择性激光（CO2激光器）烧结技术，制备了YAG∶Ce荧光玻璃陶瓷，并研究了其荧光发光性能以及构筑的白光LED的器件性能。与传统的重熔融或固相烧结方法不同，选择性激光烧结技术仅对局部加热且升/降温速率大，因此该方法具有节能和快速的特点。研究表明，选用适当的激光功率（24 W）、扫描速度（135 mm/s）和扫描间隔（9 μm）等参数，可制备出形貌较好的YAG∶Ce荧光玻璃陶瓷；经过630 ℃热处理1 h消除应力后，其呈现出Ce3+离子典型的4f→5d能级跃迁对应的宽带激发光谱（峰值为340 nm和455 nm）以及5d→4f能级跃迁对应的宽带发射光谱（峰值为570 nm），量子效率达82%；与450 nm蓝光LED芯片（3.11 V，0.30 A）组合后，可实现92 lm的白光输出，流明效率为98 lm/W，显色指数为69，色温为5 001 K，色坐标为（0.34，0.35）。以上结果表明，该方法在制备荧光玻璃陶瓷中具有重要的应用潜力。
荧光玻璃陶瓷 Ce3+掺杂 选择性激光烧结 白光发光二极管 glass ceramic phosphor Ce3+ doped selective laser sintering white light-emitting diodes
1 1.厦门大学 材料学院, 固体表面物理化学国家重点实验室, 福建省表界面工程与高性能材料重点实验室, 厦门 361005
2 2.安顺学院 化学化工学院, 安顺 561000
激光驱动的白光光源在超高亮度、高准直性和远距离照明领域具有很大的应用潜力, 但由于蓝光激光和转换荧光在光源性质上的失配, 造成激光驱动白光光源的光均匀性差。本研究在Y3Al5O12 : Ce3+(YAG)荧光玻璃薄膜(PiG)中引入不同种类的第二相, 如TiO2、BN、Al2O3或SiO2作为散射介质来调节光路, 并对第二相的掺杂浓度分别进行了优化。研究分析了掺入不同种类第二相的YAG PiG获得激光驱动白光光源的实物照明图像和散斑图像、亮度和色温的角分布情况及其光学性质。结果发现, 引入第二相大大改善了白光光源的亮度和色温均匀性, 其中具有最大相对反射率的YAG-TiO2 PiG, 获得综合性能最佳的高均匀性白光光源, 在蓝光激光激发下, 其发光饱和阈值和光通量值达到最高, 分别为20.12 W/mm2和1056.6 lm。本研究为荧光转换材料中散射介质的选择提供了指导, 为实现高均匀性、高亮度的激光驱动白光光源奠定了基础。
光均匀性 激光驱动白光光源 光散射 荧光玻璃薄膜 光学性质 light uniformity laser-driven white lighting source scattering phosphor-in-glass film optical properties
武汉理工大学, 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
荧光玻璃(PiG)作为荧光转换材料广泛应用于发光二极管(LED)器件封装。然而, 使用单一折射率结构的荧光玻璃与封装材料和空气界面间的折射率跨度大, 光在界面间传递时会产生很大的损耗。另外, 荧光玻璃的烧结温度普遍较高, 会降低荧光粉的光转换效率。针对上述问题, 制备出梯度折射率结构且能够和黄色荧光粉折射率相匹配的无铅硼锌硅基质玻璃; 结合多层丝网印刷和低温烧结工艺, 制备得到梯度折射率结构的B2O3-ZnO-SiO2系荧光玻璃, 将其用于LED封装, 可提高LED器件的光学性能。
荧光玻璃 多层丝网印刷 梯度折射率 低温共烧 光学性能 fluorescent glass multi-layer screen printing gradient refractive index low temperature co-firing optical properties
1 中国计量大学光电材料与器件研究院，浙江 杭州 310018
2 浙江省稀土光电材料与器件重点实验室，浙江 杭州 310018
本文综述了聚焦放电等离子烧结技术制备光功能玻璃及玻璃陶瓷的研究进展。放电等离子烧结是实现粉体材料快速致密化的一种重要技术，将其用于制备光功能玻璃及玻璃陶瓷材料不仅可以简化制备工艺，缩短制备时间，还有望拓宽光学玻璃陶瓷的研究领域。然后，概述了放电等离子烧结技术制备光功能玻璃及玻璃陶瓷的材料体系。并基于最新的研究进展，重点介绍了温度、压力、烧结保温时间等不同工艺参数对玻璃收缩率、最终致密化和透明度的影响，以及这些参数对玻璃材料其他性能的影响。最后，探讨了未来可能的发展方向，包括深挖烧结机理、减轻甚至避免碳污染、优化制备工艺、发展新型光功能复合玻璃、新应用探索等。
材料 放电等离子烧结 玻璃陶瓷 荧光玻璃 激光与光电子学进展
2022, 59(15): 1516014
1 华中科技大学 机械科学与工程学院, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 航空航天学院, 湖北 武汉 430074
3 中国科学院 深圳先进技术研究院, 广东 深圳 518055
芯片级封装是实现高光密度白光LED和减小封装体积的一种重要途径, 而目前芯片级白光LED存在荧光层老化、荧光粉热猝灭等问题, 严重影响白光LED的性能和可靠性。为此, 本文结合荧光玻璃的技术优势, 提出了荧光玻璃封装芯片级白光LED, 并分析了白光LED光热性能。利用丝网印刷和低温烧结工艺在玻璃基片表面制备了荧光玻璃层, 从而获得了晶圆级荧光玻璃片, 再切割成芯片级荧光玻璃用于白光LED封装。分析了荧光玻璃层的微观形貌, 荧光粉颗粒内嵌在玻璃基体中, 膜层致密、无明显残余气孔; 通过调节荧光玻璃层厚度优化了白光LED光学性能, 当荧光玻璃层为120 μm时, 白光LED获得了最优光学性能, 光效、色温和色坐标分别为111.8 lm/W、6 876 K和(0.307 4,0.321 4); 分析了荧光玻璃封装结构对白光LED光热性能的影响, 荧光玻璃层靠近LED芯片封装具有更高的光效和更低的色温, 同时白光LED表面温度更低。
白光LED 芯片级封装 荧光玻璃 光热性能 white LED chip-scale packaging phosphor-in-glass photothermal performance
中国计量大学 光学与电子科技学院， 浙江 杭州 310018
Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃由于光谱中缺少红绿光成分，难以满足高显色激光照明的应用需求。本研究工作基于钇铝石榴石结构荧光材料宽光谱、高光效及高稳定的特性，选用绿色发光Y3(Ga,Al)5O12∶Ce3+(YAGG∶Ce3+)和橙色发光(Y,Gd)3Al5O12∶Ce3+(GdYAG∶Ce3+)荧光材料作为荧光玻璃中的荧光组分，获得了具有较高显色性能的荧光玻璃材料。详细研究了制备温度、荧光粉和玻璃粉的比例、YAGG∶Ce3+ 和GdYAG∶Ce3+ 荧光粉的比例以及样品厚度对其性能的影响。通过制备工艺及材料组分的优化，YAGG∶Ce3+/GdYAG∶Ce3+ 荧光玻璃样品在蓝色激光激发下的显色指数(Ra)可以达到79.7，相比YAG∶Ce3+ 荧光玻璃提升了13.7%左右。具有最优Ra的荧光玻璃样品的发光饱和阈值为1.63 W/mm2，此时样品的发光效率可以达到163.14 lm/W，可应用于激光照明领域实现白光照明品质的提升。
激光照明 钇铝石榴石 荧光玻璃 高显色 laser lighting yttrium aluminum garnet phosphor-in-glass high color-rendering
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所， 浙江 宁波 315201
2 中国科学院大学， 北京 100049
激光二极管(LDs)结合荧光转换材料实现白光被认为是下一代照明光源，其中的荧光转换材料对于整体光源的光度/色度参数、发光效率、长期工作稳定性至关重要。近年来，人们在LD照明中采用多种绿/黄/红荧光材料来丰富光谱成分，获得高质量的白光。其中，采用Lu3Al5O12∶Ce3+ (LuAG∶Ce3+)绿色荧光材料作为主体成分，结合光谱展宽、红光补足等方案可将LD照明白光的显色指数大幅度提升。LuAG∶Ce3+被认为是综合性能最优的绿色转换材料之一，在大功率LD的辐照下具有很高的热稳定性和饱和阈值。本文主要对基于LuAG∶Ce3+的荧光晶体、荧光陶瓷、荧光玻璃、荧光薄膜等形态材料的制备方法及其在LD照明中的应用性能研究进行了总结，并且对其未来发展方向提出了展望。
荧光陶瓷 荧光玻璃 荧光薄膜 激光照明 LuAG∶Ce3+ LuAG∶Ce3+ ceramic phosphors phosphor in glass phosphor film white laser diode lighting
1 中国科学院福建物质结构研究所 中国科学院光电材料化学与物理院重点实验室， 福建 福州 350002
2 福建师范大学 化学与材料学院， 福建 福州 350007
3 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室)， 福建 福州 350108
“激光+荧光转换材料”产生强白光的方案已成为当下照明领域的研究热点之一。本文基于低温共烧技术制备了一种镶嵌Lu2SrAl4SiO12∶Ce3+(LSAS∶Ce3+)荧光粉的玻璃陶瓷膜-蓝宝石复合材料。研究表明，共烧时LSAS∶Ce3+荧光粉受到的热侵蚀较少，共烧前后量子效率(~90%)未发生显著变化; 并且该材料具有十分优异的抗热猝灭性能，~300 ℃时荧光积分强度仍保持了室温下的~70%，远优于YAG∶Ce3+商用荧光粉。当蓝光激光功率密度达到3.0 W/mm2时，材料产生发光饱和，此时光通量为100.49 lm，满足室内照明需求。我们推测，热致饱和与光致饱和是发光亮度无法进一步提升的原因所在。相信通过材料组分、制备工艺的优化和光场调控手段的引入，可进一步提高发光亮度，使之适用于户外照明。
激光照明 荧光粉 荧光玻璃陶瓷 石榴石结构 laser lighting phosphor luminescent glass ceramics garnet structure
中国计量大学 光学与电子科技学院， 浙江 杭州 310018
高性能荧光转换材料的开发是激光照明技术发展的关键，由于荧光材料会受到高功率激光的激发，因此必须具有高导热性能及优良的高温稳定性。荧光玻璃薄膜材料由于其优异的综合性能，在激光照明显示领域表现出了良好的应用前景。传统Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce3+)荧光玻璃薄膜由于显色性能较差，难以满足高品质激光照明应用的需求。氮化物荧光材料La3Si6N11∶Ce3+由于结构的特性，表现出比YAG∶Ce3+更宽的发光光谱和更好的热猝灭性能。本工作针对高显色激光照明的应用需求，在镀有光学薄膜(蓝光透过)的高导热蓝宝石基板上制备了La3Si6N11∶Ce3+(LSN∶Ce3+)荧光玻璃薄膜，并研究了合成温度、荧光粉与玻璃粉的比例(PtG比)、薄膜厚度以及蓝光透过光学薄膜对最终样品发光性能的影响。通过工艺优化，在800 ℃条件下获得了综合性能优异的LSN∶Ce3+荧光玻璃薄膜(PtG比为1∶1，厚度为50 μm)，样品可承受最大功率密度为12.73 W/mm2蓝色激光的激发，发光效率可以达到157.6 lm/W。此外，LSN∶Ce3+荧光玻璃薄膜显色指数Ra相比YAG∶Ce3+提高了9%左右，达到了74.9，在高显色、高功率激光照明领域表现出良好的应用前景。
荧光玻璃薄膜 激光照明 蓝光透过膜 蓝宝石基板 phosphor-in-glass(PiG) film laser lighting blue-pass(BP) optical film sapphire substrate
南京邮电大学 电子与光学工程学院, 微电子院, 江苏 南京 210023
宽带荧光转换发光二极管(LED)用荧光玻璃具有良好的热稳定性和光学性质, 可以避免传统的有机树脂封装荧光粉方案中存在的热稳定性差和重吸收问题, 提高LED的使用寿命和发光效率。本文采用熔融淬冷法制备了一种连续可调宽光谱的Ce3+/Mn2+共掺氟硅酸盐玻璃, 并对其发光性能进行了研究。为了探究Ce3+/Mn2+之间的能量传递, 分别制备了掺Ce3+、掺Mn2+氟硅酸盐玻璃作为比对。结果表明, 在紫外光激发下, 可以观察到Ce3+对Mn2+发光的敏化现象, 分别由掺Ce3+荧光玻璃的蓝光发射和掺Mn2+荧光玻璃的黄色发射, 拓展为Ce3+/Mn2+共掺荧光玻璃的白光宽光谱发射, 范围为380~780 nm; 对比掺Mn2+的荧光玻璃, Ce3+/Mn2+共掺荧光玻璃中Mn2+的发光强度提升了3倍; 随着Mn2+浓度从0.8%增加到2.0%, Ce3+向Mn2+的能量传递效率从12.5%提升至24.2%。此外, 通过调节紫外激发波长(353~369 nm), 实现了从蓝光到红光区域的连续可调宽带发射。这种新型Ce3+/Mn2+共掺玻璃有望替代目前常规的多组分荧光粉LED光源应用于分光光度计、荧光光谱仪等光学领域。
荧光玻璃 Ce3+/Mn2+共掺 宽光谱 能量传递 fluorescent glasses Ce3+/Mn2+ co-doped broad spectrum energy transfer
