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科技工作者之家 2021-10-28
光源是投影显示的核心部件,其光学性能决定了系统效率和成像质量。随着固态照明时代的到来,开发以发光二极管(LED)和激光二极管(LD)为光源的投影显示技术成为方向。然而,LED投影仪在低输入电功率密度下亮度不足,提高功率密度又会导致“效率骤降”,严重制约其在数字影院等大功率应用场合中的应用。此外,LED大发光面积和朗伯型发射的特征,会导致光学扩展量过高,系统效率偏低。以红、绿、蓝三基色LD为光源的激光投影看似是一种极佳的解决方案,但由于强相干激光束间会产生光干涉,造成严重的散斑噪声,而不得不采用振镜或其他昂贵的消散斑技术加以克服,成本极高。同时,激光器产品中,绿色激光器的性能普遍不佳(被称为Green Gap,即绿隙)。鉴于此,近年来基于“蓝色激光+绿色荧光转换材料”的技术方案引起研究者关注,开发可补偿“绿隙”的高效绿色荧光转换材料是实现该技术的关键。
近日,中国科学院福建物质结构研究所研究员王元生、林航团队采用β-SiAlON:Eu2+商用窄带绿色荧光粉为原料,与全无机Si基玻璃进行低温共烧,使之以膜层形式与高导热蓝宝石基板复合。实验表明,经优化,β-SiAlON:Eu2+微晶玻璃膜-蓝宝石复合材料具有较高的内量子效率(~60%),荧光颗粒未受显著热侵蚀。同时,材料兼具高热导率(接近10 W m-1K-1,可媲美优质透明荧光陶瓷)和高抗热猝灭性能(200℃时荧光积分强度相较室温下降不超过8%)。旋转反射模式下,由于脉冲式激发以及“荧光色轮”加强了与空气的热传导,材料承受热负荷大大减轻(表面温度始终维持在100℃以下),直至22 W/mm2激发功率密度下仍未发生明显的发光饱和现象。激光-微晶微区相互作用的研究结果表明,发光饱和现象主要由热猝灭决定,但由非线性上转换过程所主导强度猝灭的影响仍不容忽视。基于“蓝光LD+红光LD+绿色荧光材料”封装,科研团队构建了高亮度(光通量1310 lm,对应880 Mcd/m2)、低光学扩展量(~1.5 mm2),宽色域(~112.5%NTSC)激光投影显示光源。
在另一项工作中,该团队针对窄带绿色钙钛矿纳米晶耐激光辐照阈值低的问题,设计出一种新型的钙钛矿纳米晶发光微晶玻璃膜-蓝宝石复合材料。研究表明,通过玻璃受控晶化, CsPbBr3纳米晶单分散分布于非晶玻璃基体中,并且经低温共烧不会造成CsPbBr3纳米晶的热侵蚀。受益于玻璃基质的鲁棒性以及高热导率蓝宝石基板优异的散热性,该复合材料具有良好的抗热冲击性、抗湿性、耐激光辐照性。通过构建“荧光色轮”,可将连续激光辐照转变为脉冲式激光辐照,使热失控效应大幅减轻,材料的发光饱和阈值因此得以提升至7 W/mm2。构建的激光投影原型光源具有低光学拓展量(0.41 mm2)、宽色域(128.4 % NTSC,即96.2 % Rec.2020)和适中的光通量(174 lm)的特点。
相关成果分别发表在光学期刊Laser & Photonics Reviews上。研究得到国家基金委海峡基金重点项目、国家基金面上项目以及福建省科技项目等支持。
来源:中国科学院
原文链接:http://www.cas.cn/syky/202109/t20210929_4807687.shtml
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