新型窄带铝硅酸盐绿色荧光粉LaAlSiO5:Mn2+——实现宽色域背光显示的关键材料

针对LCD背光显示中传统绿色荧光粉β-SiAlON:Eu2+发射谱宽（FWHM 54 nm）、色纯度低的问题，研究人员开发了新型LaAlSiO5:Mn2+窄带绿色荧光粉。通过Al掺杂调控晶体场环境，该材料在516 nm处实现29 nm超窄发射，发光强度提升3倍以上，热猝灭性能达91.8%（423 K）。与蓝光LED和KSF:Mn4+红光荧光粉封装后，色域覆盖达114%NTSC，为突破显示技术瓶颈提供新方案。

　　

在显示技术激烈竞争的今天，液晶显示（LCD）仍凭借稳定性和低能耗占据主流地位，但其核心组件——荧光粉转换白光LED（pc-wLED）的色域表现却面临瓶颈。当前商用方案采用β-SiAlON:Eu²⁺绿粉与KSF:Mn⁴⁺红粉组合，但前者54 nm的发射半宽（FWHM）严重制约色域提升（仅90%NTSC），难以匹敌OLED（≥100%NTSC）和QLED（≥110%NTSC）的显示效果。更棘手的是，传统Eu²⁺激活绿粉因f-d跃迁特性普遍存在谱宽问题，而Mn²⁺虽能通过d-d跃迁实现窄带发射，却受限于低吸收效率和浓度猝灭效应。

针对这一技术困局，中国科学院长春应用化学研究所的研究团队独辟蹊径，选择具有三维通道结构的稀土铝硅酸盐LaAlSiO₅（LASO）作为基质，通过精确调控Mn²⁺的四面体配位环境，成功开发出发射峰516 nm、半宽仅29 nm的高性能绿色荧光粉。该成果发表于《Journal of Rare Earths》，为解决宽色域背光显示的材料难题提供了创新性方案。

研究团队采用高温固相法合成LASO?xAl₂O₃:Mn²⁺系列样品，通过X射线衍射（XRD）和密度泛函理论（DFT）计算解析晶体结构，利用荧光光谱和变温测试评估光学性能，最终通过LED封装验证实际应用效果。

晶体结构分析
DFT计算揭示LASO具有独特的[Al/SiO₄]四面体网络和笼状间隙位点（图1a）。当额外添加Al₂O₃时，Al会占据间隙位形成[AlO₄]缺陷，使Mn²⁺有效掺杂浓度从5%提升至15%，且无浓度猝灭现象。这种结构修饰为Mn²⁺提供了理想的四面体配位场，促进其⁴T_1g(⁴G)→⁶A_1g(⁶S)跃迁。

发光性能增强机制
引入1.0Al₂O₃后，样品在450 nm蓝光激发下的发光强度提升325%。这是由于间隙Al稳定了[Al/SiO₄]四面体刚性，减少非辐射跃迁，使热猝灭性能从80%提升至91.8%（423 K）。相比γ-AlON:Mn²⁺（28 nm FWHM）和Na₂ZnSiO₄:Mn²⁺（30 nm FWHM），该材料兼具更优的色纯度（y=0.69）和热稳定性。

实际应用验证
将最优样品LASO?1.0Al₂O₃:0.05Mn²⁺与450 nm蓝光芯片、KSF:Mn⁴⁺红粉封装后，所得w-LED色域达114%NTSC，远超商用方案（90%NTSC），且相关色温（CCT）可调至4500 K，显色指数（Ra）＞85。

这项研究通过基质工程策略，首次在稀土铝硅酸盐体系中实现Mn²⁺的高效窄带发射。其创新性体现在三方面：一是利用间隙Al调控局部配位环境，突破Mn²⁺掺杂极限；二是通过结构刚性设计抑制热猝灭；三是为LCD超越OLED的色域表现提供材料基础。该工作不仅推动了窄带荧光粉的发展，更为新一代显示技术的国产化替代提供了关键技术储备。未来通过优化制备工艺和封装技术，这种新型绿色荧光粉有望在高端显示器、虚拟现实等领域实现规模化应用。