一種波長轉換裝置及其制作方法、相關發光裝置制造方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種波長轉換裝置及其制作方法、相關發光裝置,包括:熒光粉層,該熒光粉層包括熒光粉;漫反射層,包括白色散射粒子,白色散射粒子用于對入射光進行散射;高導熱基板,該高導熱基板為氮化鋁基板、氮化硅基板、碳化硅基板、氮化硼基板、氧化鈹基板中的一種,且熒光粉層、高散射反射板、高導熱基板依次層疊設置并固定。本發明實施例提供了一種可以兼顧反射率和熱穩定性的波長轉換裝置及其制作方法、相關發光裝置。
【專利說明】一種波長轉換裝置及其制作方法、相關發光裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及照明及顯示【技術領域】,特別是涉及一種波長轉換裝置及其制作方法、 相關發光裝置。
【背景技術】
[0002] 利用激光或者LED等光源激發熒光粉以獲得預定單色光或者多色光,是一種廣泛 應用于照明光源、投影顯示等領域的技術方案。這種技術方案往往是利用激光或者LED出 射光入射到高速旋轉的熒光粉色輪上,以實現良好的散熱。
[0003] 現有技術中的色輪包括兩層結構:下層是鏡面鋁基板,上層是涂覆在鋁基板上的 熒光粉片。
[0004] 鏡面鋁基板主要起到反射和導熱作用,鏡面鋁基板一般有三層結構構成:鋁基材, 高反射層和表面介質保護層,其中高反射層一般采用高純鋁或者高純銀,在高反射層表面 鍍上介質層,這個介質層是有低折射率MgF 2或者是Si02和高折射率層材料Ti02組成,起到 對高純鋁/銀層的保護和增強反射作用。這種鏡面鋁基板存在兩個方面的問題,第一,表面 介質層與高反射層的熱膨脹系數不匹配,介質層在沖壓成型過程中容易遭到破壞,甚至膜 層脫落;第二,對于反射率更高的高反射銀層來說,在受到高溫時,介質層保護層和高反射 層之間會產生間隙,使得高反射層與空氣產生接觸,銀原子很容易與大氣中的硫化氫,氧氣 等發生硫化、氧化反應而使高反射層的反射率和熱穩定性急劇降低;對于反射鋁層來說,鋁 的穩定性高于銀,但是反射率不高。因此,在目前工藝條件下,鏡面鋁基板不能耐受高溫,而 難以應用于較大功率的發光裝置中。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例主要解決的技術問題是提供了 一種可以耐受較高溫度的波長轉換 裝置及其制作方法、相關發光裝置。
[0006] 本發明實施例提供了一種波長轉換裝置,其特征在于,包括:
[0007] 熒光粉層,該熒光粉層包括熒光粉;
[0008] 漫反射層,包括白色散射粒子,白色散射粒子用于對入射光進行散射;
[0009] 1?導熱基板,該1?導熱基板為氣化錯基板、氣化娃基板、碳化娃基板、氣化砸基板、 氧化鈹基板中的一種;
[0010] 熒光粉層、漫反射層、高導熱基板依次層疊設置并固定。
[0011] 優選地,高導熱基板的導熱系數大于等于l〇〇W/mK。
[0012] 優選地,漫反射層包括第一玻璃粉,第一玻璃粉用于粘接白色散射粒子。
[0013] 優選地,熒光粉層還包括第二玻璃粉,該第二玻璃粉用于粘接熒光粉。
[0014] 優選地,白色散射粒子包括硫酸鋇粉末、氧化鋁粉末、氧化鎂粉末、氧化鈦粉末、氧 化鋯粉末中的至少一種。
[0015] 優選地,漫反射層包括第一玻璃粉,第一玻璃粉用于粘接白色散射粒子,第一玻璃 粉和第二玻璃粉為同一種高熔點玻璃粉。
[0016] 本發明實施例還提供了 一種發光裝置,其特征在于,包括上述波長轉換裝置,該發 光裝置還包括一用于出射激發光的激發光源,熒光粉用于吸收該激發光以產生受激光,漫 反射層用于對該受激光或者受激光與未被吸收的激發光的混合光進行散射反射。
[0017] 本發明實施例還提供了一種波長轉換裝置制造方法,其特征在于,該制作方法 包括:
[0018] A、獲取1?導熱基板,該1?導熱基板為氣化錯基板、氣化娃基板、碳化娃基板、氣化 硼基板、氧化鈹基板中的一種;
[0019] B、獲取漫反射層,該漫反射層包括白色散射粒子,白色散射粒子用于對入射光進 行散射;
[0020] C、獲取熒光粉層,該熒光粉層包括熒光粉;
[0021] D、將熒光粉層、漫反射層、高導熱基板依次層疊設置并固定。
[0022] 優選地,步驟B與步驟D包括:
[0023] 在高導熱基板表面上燒結一層漫反射層,該漫反射層包括白色散射粒子以及第一 玻璃粉,燒結的溫度低于高導熱基板的熔點,并將熒光粉層固定在該基板表面上的漫反射 層的表面。
[0024] 優選地,步驟B、步驟C與步驟D包括:
[0025] 在高導熱基板表面上燒結一層漫反射層,該漫反射層包括白色散射粒子以及第一 玻璃粉,燒結的溫度低于高導熱基板的熔點,并在該高導熱基板表面上的漫反射層的表面 燒結一層熒光粉層,該熒光粉層包括第二玻璃粉和熒光粉,且燒結溫度T3 < Tf+40(TC,其 中Tf為第一玻璃粉的軟化溫度。
[0026] 優選地,在高導熱基板表面上燒結一層漫反射層包括:
[0027] B1、獲取白色散射粒子、第一玻璃粉、有機載體;
[0028] B2、將白色散射粒子、第一玻璃粉、有機載體混合,以得到散射粒子漿體;
[0029] B3、將散射粒子漿體涂覆在高導熱基板上;
[0030] B4、將被散射粒子漿體涂覆的高導熱基板進行燒結成型,以得到漫反射層。
[0031] 優選地,在該基板表面上的漫反射層的表面燒結一層突光粉層包括:
[0032] C1、獲取第二玻璃粉、熒光粉、有機載體;
[0033] C2、將第二玻璃粉、熒光粉、有機載體混合,以形成熒光粉漿;
[0034] C3、將熒光粉漿涂覆在高導熱基板表面上的漫反射層的表面;
[0035] C4、將涂覆有熒光粉漿的高導熱基板燒結成型,以得到熒光粉層,且燒結溫度 T3 < Tf+400°C,其中Tf為第一玻璃粉的軟化溫度。
[0036] 優選地,步驟B3與步驟Μ之間還包步驟:將被散射粒子漿體涂覆的高導熱基板放 置在Τ1溫度加熱0. 2小時以上,其中Tb-100°C<°C Τ1彡Tb+200,Tb為有機載體的完全分 解溫度。
[0037] 與現有技術相比,本發明實施例具有如下有益效果:
[0038] 本發明實施例中,波長轉換裝置利用漫反射層與高導熱基板來代替傳統的鏡面鋁 基板。其中漫反射層包括白色散射粒子,白色散射粒子會對入射光進行散射,從而利用漫反 射代替傳統金屬反射層的鏡面反射,實現了對入射光的反射。而且白色散射粒子在高溫下 也不會氧化而吸收入射光,因此漫反射層在較高溫度下也不會降低反射率,可以耐受高溫。 同時,由于高導熱基板為氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氮化硼、氧化鈹中的一種,這些陶瓷材料 的熔點遠高于金屬鋁,可以耐受比鋁更高的溫度。因此,本發明實施例中的波長轉換裝置可 以耐受較高溫度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039] 圖la為本發明波長轉換裝置的一個實施例的結構示意圖;
[0040] 圖lb為鏡面鋁基板的波長轉換裝置和氮化鋁陶瓷基板的波長轉換裝置在不同功 率激發光照射下的相對發光強度曲線示意圖;
[0041] 圖lc為硅膠封裝的熒光粉層的波長轉換裝置和玻璃粉封裝的熒光粉的波長轉換 裝置在不同功率激發光照射下的相對發光強度曲線示意圖;
[0042] 圖2為本發明的波長轉換裝置制造方法的一個實施例的流程示意圖;
[0043] 圖3為本發明波長轉換裝置制造方法的又一實施例的流程示意圖;
[0044] 圖4為本發明波長轉換裝置制造方法的又一個實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 下面結合附圖和實施方式對本發明實施例進行詳細說明。
[0046] 請參閱圖la,圖la為本發明波長轉換裝置的一個實施例的結構示意圖,如圖la 所示,波長轉換裝置包括依次層疊設置并固定的熒光粉層110、漫反射層120、高導熱基板 130。
[0047] 熒光粉層110包括熒光粉。熒光粉可以吸收激發光并受激產生不同于激發光波長 的光,例如YAG (釔鋁石榴石)熒光粉,YAG熒光粉可以吸收藍光、紫外光等而產生黃色受激 光。此外,熒光粉還可以是紅光熒光粉、綠光熒光粉等。
[0048] 漫反射層120用于對入射光進行反射,其包括白色散射粒子。白色散射粒子一般 為鹽類或者氧化物類粉末,例如硫酸鋇粉末、氧化鋁粉末、氧化鎂粉末、氧化鈦粉末、氧化鋯 粉末等,基本上不會對光進行吸收,并且白色散射材料的性質穩定,不會在高溫下氧化。考 慮到漫反射層需要較好的散熱效果,優選地選擇導熱率較高的氧化鋁粉末。當然,為了實現 漫反射層120的反射入射光的功能,白色散射材料在漫反射層120中需要有一定致密度和 厚度,該致密度和厚度可以通過實驗確定。
[0049] 雖然金屬的導熱率很高,但是金屬在溫度高于其熔點溫度的一半時,金屬板就可 能會受熱變形,例如鋁板、鋼板、銅板等,特別是當作為成型一些高熔點玻璃(軟化溫度在 500°C以上的玻璃)的基板時,更容易產生變形。因此,高導熱基板130可以采用導熱系數大 于等于100W/mK的陶瓷材料,在實現導熱的同時,還可以耐受較高的溫度。這種高導熱基板 基本上都是致密結構的陶瓷板,例如氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氧化鈹等。另外,碳化硅基板 的導熱系數雖然只有80W/mK,但是經實驗驗證也是可以用作高導熱基板。這些高導熱基板 材料的熔點都在1500°C以上,遠高于鋁的熔點(700°C),可以耐受較高溫度。
[0050] 波長轉換裝置利用漫反射層與高導熱基板來代替傳統的鏡面金屬板。其中漫反射 層包括白色散射粒子,白色散射粒子會對入射光進行散射,從而利用漫反射代替傳統金屬 反射層的鏡面反射,實現了對入射光的反射。而且白色散射粒子在高溫下也不會氧化而吸 收入射光,因此漫反射層在高溫下也不會降低反射率,可以耐受較高溫度。同時,由于高導 熱基板為氣化錯基板、氣化娃基板、碳化娃基板、氣化砸基板、氧化被基板中的一種,可以耐 受比金屬鋁更高的溫度。因此,本發明實施例中的波長轉換裝置可以耐受較高溫度。
[0051] 舉例來說,在氮化鋁陶瓷為基板在表面設置一層厚度為0. 2mm的氧化鋁粉末作為 漫反射層,該氧化鋁粉末粒徑分布為〇. 2 μ m至0. 5 μ m之間,其與粘接劑的質量比為6 :1。 此時測得漫反射層的相對于鏡面鋁基板的反射率為99. 5%,幾乎與鏡面鋁基板相同。當然, 漫反射粒子的粒徑、漫反射層的厚度以及致密度還可以是其它數值,這些數值可以由本領 域技術人員根據現有技術通過若干次實驗得到。
[0052] 在上述漫反射層的表面設置熒光粉層,可以得到波長轉換裝置。在最大功率為14W 的激發光的照射下,鏡面鋁基板的波長轉換裝置和上述氮化鋁陶瓷基板的波長轉換裝置接 收激發光的入射,該鏡面鋁基板的波長轉換裝置和氮化鋁陶瓷基板的波長轉換裝置的熒光 粉層都為硅膠封裝。圖lb為鏡面鋁基板的波長轉換裝置和氮化鋁陶瓷基板的波長轉換裝 置在不同功率激發光照射下的相對發光強度曲線示意圖,如圖lb所示,坐標軸的橫坐標為 不同的激發光功率,如前所述,其最大功率為14W,坐標軸的縱坐標為波長轉換裝置產生受 激光的相對發光強度。隨著激發光功率的增加,鏡面鋁基板的波長轉換裝置的相對發光強 度逐漸提高。但是當激發光功率提高到最大功率的30%以上時,在鏡面鋁基板的波長轉換 裝置上,熒光粉層的硅膠會高溫分解而發黑,導致波長轉換裝置的相對發光強度下降。并 且,隨著激發光功率的提高,硅膠的分解程度越嚴重,相對發光強度越低。而對于氮化鋁陶 瓷基板的波長轉換裝置,在開始階段,氮化鋁陶瓷基板的波長轉換裝置的相對發光強度會 隨著激發光功率的提1?而逐漸提1?。但當激發光功率提1?到最大功率的70%以上時,氣化 鋁陶瓷基板的波長轉換裝置才會出現熒光粉層的硅膠發黑的現象,而使得波長轉換裝置的 相對發光強度降低,但是其相對發光強度的下降趨勢比鏡面鋁基板的波長轉換裝置的下降 趨勢要緩慢。
[0053] 對于鏡面鋁基板來說,其表面比較光滑,當熒光粉層在鏡面鋁基板的表面成型后, 熒光粉層與基板接觸的表面會收縮,而部分與基板分離,使得熒光粉層與鏡面鋁基板的接 觸面積較小,因此熒光粉層與鏡面鋁基板之間的界面熱阻比較大。而對于氮化鋁陶瓷基板 的波長轉換裝置,由于陶瓷基板和漫反射層的表面都相對比較粗糙,因此,熒光粉層與漫反 射層之間、漫反射層與陶瓷基板之間的接觸面積比較大,使得波長轉換裝置成型后的界面 熱阻較小,從而可以將熒光粉層的熱量更多地傳遞至陶瓷基板,使得波長轉換裝置可以耐 受更高溫度。
[0054] 本發明實施例中,波長轉換裝置是利用漫反射層與高導熱基板來代替傳統的鏡面 金屬板。其中漫反射層包括白色散射粒子,白色散射粒子會對入射光進行散射,從而利用漫 反射代替傳統金屬反射層的鏡面反射,實現了對入射光的反射。而且白色散射粒子在高溫 下也不會氧化而吸收入射光,因此漫反射層可以耐受較高溫度。同時,由于高導熱基板材料 包括氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氮化硼、氧化鈹中的至少一種,這些陶瓷材料的熔點遠高于金 屬,可以耐受比金屬更高的溫度,同時,這些陶瓷的導熱率雖然略低于鋁基板,但是仍高于 鐵等金屬的導熱率,并且高導熱基板與漫反射層之間、漫反射層和熒光粉層之間的界面熱 阻較低,可以將熒光粉層的熱量傳導至高導熱基板,并散發到空氣中,從而提高了波長轉換 裝置的熱穩定性。因此,本發明實施例中的波長轉換裝置做到了同時兼顧波長轉換裝置的 反射率和熱穩定性。
[0055] 在實際應用中,熒光粉一般會被粘接劑封裝成一個整體,最常用的是硅膠粘接劑, 其化學性質穩定、有較高的機械強度。但是如前所述,硅膠粘接劑的可耐受溫度較低,一般 在300攝氏度至500攝氏度。為了應用于大功率的發光裝置中,優選地,可以用無機粘接劑 來將熒光粉粘接成一個整體,無機粘接劑可以是水玻璃、玻璃粉等,以實現耐高溫的反射式 熒光粉輪。
[0056] 優選地,熒光粉層110的粘接劑為第二玻璃粉,玻璃粉是一種無定形顆粒狀的玻 璃均質體,其透明度高且化學性質穩定。第二玻璃粉和熒光粉可以通過燒結成型的過程使 得熒光粉層110與漫反射層120之間的結合力非常強,并且成型后的熒光粉層110透明度 較高,還可以耐受較高的溫度。
[0057] 例如,圖lc為硅膠封裝的熒光粉層的波長轉換裝置和玻璃粉封裝的熒光粉的波 長轉換裝置在不同功率激發光照射下的相對發光強度曲線示意圖,其基板都為氮化鋁陶瓷 基板,如圖lc所示,坐標軸的橫坐標為不同的激發光功率,其最大功率為14W,坐標軸的縱 坐標為產生受激光的相對發光強度。對于硅膠封裝的波長轉換裝置,當激發光功率提高到 最大功率的70%以上時,波長轉換裝置會出現熒光粉層的硅膠發黑的現象,而使得波長轉 換裝置的相對發光強度降低。而玻璃粉封裝的波長轉換裝置,由于玻璃粉的軟化溫度比較 高,也不會產生發黑的現象,因此隨著激發光功率的提高,其波長轉換裝置的相對發光強度 基本上呈線性提1?。
[0058] 類似地,白色散射粒子也需要用粘接劑粘接成一個整體。粘接劑也可以是硅膠、水 玻璃等。而優選地,白色散射粒子通過第一玻璃粉粘接。這里的第一玻璃粉可以是和第二 玻璃粉相同的玻璃粉,也可以是不同的玻璃粉。在漫反射層中,第一玻璃粉將白色散射粒子 進行粘接,將白色散射粒子與空氣隔絕,以避免白色散射粒子在空氣中受潮,并使得漫反射 層具有較高的強度和透過率。同時,當熒光粉層110和漫反射層120的粘接劑都為玻璃粉, 可以通過熒光粉層110在漫反射層120表面燒結成型或者漫反射層120在熒光粉層110表 面燒結成型,使得二者之間的具有較強的結合力。
[0059] 值得說明的是,當先成型漫反射層120,然后在漫反射層120表面燒結熒光粉層 110時,在燒結熒光粉層110的過程中,不能對漫反射層120造成破壞。容易理解的是,當 燒結溫度T3低于第一玻璃粉的軟化溫度,第一玻璃粉在熒光粉層110的成型過程中不會軟 化,因此不會對漫反射層120產生影響。但是經實驗發現,即使燒結溫度T3高于第一玻璃 粉的軟化溫度,只要第一玻璃粉的流動性不是很強,也并不會破壞漫反射層。為了燒結熒光 粉層110的過程中,避免第一玻璃粉再次軟化后流動性過強,經實驗驗證,燒結溫度T3應滿 足:T3 < Tf+400°C,其中Tf為第一玻璃粉的軟化溫度。
[0060] 同理,當先成型熒光粉層110,然后在熒光粉層110表面燒結漫反射層120時,燒結 溫度T3應滿足:T3 < Tf+400°C,其中Tf為第一玻璃粉的軟化溫度。
[0061] 其實,第一玻璃粉和第二玻璃粉可以是同一種玻璃粉,只要如前所述控制第二次 燒結時的燒結溫度,就不會破壞第一次燒結成型的漫反射層120或者熒光粉層110,因此兩 次燒結甚至可以是相同的溫度。例如,第一玻璃粉和第二玻璃粉都為高熔點玻璃粉,例如硅 酸鹽玻璃粉。相對于低熔點玻璃粉,高熔點玻璃粉的透光性較好,可以減少光的損失。
[0062] 在漫反射層120和熒光粉層110中,第一玻璃粉和第二玻璃粉是需要能夠透射入 射光同時還要傳導熱量,因此優選地,第一玻璃粉和/或第二玻璃粉為硼硅酸玻璃粉,硼硅 酸玻璃粉性質穩定,透過率高,并且相對于其它玻璃粉,還具有較高的導熱率。另外,考慮 到第一玻璃粉和第二玻璃粉之間的軟化溫度要有所差別,而硼硅酸玻璃粉的軟化溫度比較 高,該玻璃粉可以用作第一玻璃粉和第二玻璃粉中軟化溫度較高的一種。
[0063] 漫反射層120中的白色散射粒子主要起到對入射光進行散射的作用,為了達到更 好的散射效果,白色散射粒子的粒徑要覆蓋0. 2?0. 5 μ m的范圍。這是由于一般粒子對其 粒徑的兩倍的波長光具有最高的反射率,這個粒徑范圍正好對應著400nm至800nm的可見 光的波長范圍。當然,白色散射粒子的粒徑越小,漫反射層的白色散射粒子堆積的越致密, 其散射效果越好,但是經實驗驗證,在同等密度下,粒徑在0. 2?0. 5 μ m范圍內散射效果是 最好的。另一方面,容易理解的是,在同一種白色散射粒子來說,白色散射粒子的添加比例 越高,漫反射層120的厚度越厚,反射率就越高。
[0064] 漫反射層120可以是通過粘接等方式固定在高導熱基板130上,但是通過粘接方 式固定,由于膠水的存在,漫反射層120與高導熱基板130之間存在界面層,會阻止漫反射 層120的熱量傳導至高導熱基板130上。因此,優選地,漫反射層120直接燒結在高導熱基 板130,此時高導熱基板130與漫反射層120具有比較高的結合力,并且導熱性好。當漫反射 層120中的粘接劑為第一玻璃粉時,玻璃粉和陶瓷高導熱基板130的基體產生一定化學結 合,二者的結合力要遠高于玻璃與金屬的結合力,并且玻璃和陶瓷的熱膨脹系數更加匹配, 同時由于高導熱基板130的具有較高的導熱系數,也可以像金屬一樣起到良好的熱傳導作 用。
[0065] 另外,為了能夠利用陶瓷基板與漫反射層120的強結合力,并同時利用金屬基板 的高導熱率,高導熱基板130可以采用陶瓷基板敷銅的復合結構。該復合結構可以通過在 陶瓷基板的表面成型一層漫反射層后,在陶瓷基板的另一表面敷銅來實現,可以避免銅的 氧化與變形。
[0066] 為了獲得上述的波長轉換裝置,本發明實施例還提供了一種波長轉換裝置的制作 方法。請參閱圖2,圖2為本發明的波長轉換裝置制造方法的一個實施例的流程示意圖, 如圖2所示,本實施例的步驟包括:
[0067] S11、獲取1?導熱基板。
[0068] 這里的1?導熱基板為氣化錯基板、氣化娃基板、碳化娃基板、氣化砸基板、氧化被 基板中的一種。
[0069] S12、獲取漫反射層。
[0070] 漫反射層包括白色散射粒子,該白色散射粒子用于對入射光進行散射。該漫反射 層可以通過硅膠等粘接劑與白色散射粒子混合后涂覆成型得到,也可以通過玻璃粉等粘接 劑與白色散射粒子燒結后得到,還可以是通過水玻璃與白色散射粒子混合后通過沉積法得 到。
[0071] S13、獲取熒光粉層。
[0072] 熒光粉層包括熒光粉。該熒光粉可以利用粘接劑粘接到一起,粘接劑可以是硅膠、 水玻璃、玻璃粉等。熒光粉層的成型方法一般與粘接劑有關,例如,熒光粉可以通過與硅膠 混合涂覆的方式成型,或者與水玻璃混合后通過沉積法成型。
[0073] 值得說明的是上述步驟Sll、S12、S13之間并沒有特定的順序。
[0074] S14、將熒光粉層、漫反射層、高導熱基板依次層疊設置并固定。
[0075] 本步驟S14可以在步驟S11、步驟S12、步驟S13之后進行。例如,在獲取熒光粉層、 漫反射層、高導熱基板之后,將三者用膠水依次粘接起來。此時熒光粉層、漫反射層可以是 先在其它基板上成型,然后脫模獲得的。
[0076] 步驟S14也可以與步驟S11、步驟S12、步驟S13同時進行。例如,獲取漫反射層和 高導熱基板以后,將漫反射層與高導熱基板進行粘接固定,再獲取熒光粉層,并將熒光粉層 與漫反射層粘接固定;或者,獲取漫反射層和熒光粉層以后,將二者進行先進行粘接固定, 再獲取高導熱基板,并將高導熱基板與漫反射層進行粘接固定。
[0077] 另外,漫反射層的獲取和漫反射層與高導熱基板的粘接過程是可以同時進行的, 例如將漫反射層直接成型在高導熱基板的表面。同理,漫反射層的獲取和漫反射層與熒光 粉層的粘接過程也是可以同時進行的,例如將漫反射層直接成型在熒光層的表面。而熒光 粉層的獲取和漫反射層與熒光粉層的粘接過程也是可以同時進行的,例如將熒光粉層直接 成型在漫反射層的表面。
[0078] 利用上述制作方法,可以制備出包括層疊設置的熒光粉層、漫反射層、高導熱基板 的波長轉換裝置。
[0079] 在上述制作方法中,每個步驟可以有很多種方式實現,為了簡化步驟,本發明提出 一種優化的制作方法。請參閱圖3,圖3為本發明波長轉換裝置制造方法的又一實施例的 流程示意圖,如圖3所示,本實施例的步驟包括:
[0080] S21、獲取商導熱基板。
[0081] 步驟S21的說明請參見對步驟S11的說明。
[0082] S22、在高導熱基板的表面燒結一層漫反射層,該漫射層包括白色散射粒子以及第 一玻璃粉。
[0083] 在本步驟S22中,將圖2所示的制作方法中的步驟S12與S14同時進行,一方面, 這樣簡化了步驟,另一方面,直接燒結增加了漫反射層與高導熱基板之間的結合力,并且消 除了膠水等粘接帶來的界面熱阻。
[0084] 為了漫反射層的燒結過程不破壞高導熱基板,燒結溫度要低于高導熱基板的熔 點。
[0085] S23、在漫反射層的表面燒結一層突光粉層,該突光粉層包括第二玻璃粉和突光 粉。
[0086] 本步驟S23中,將圖2所示的制作方法中的步驟S13與步驟S14同時進行。同樣, 簡化了步驟并且消除了膠水等粘接帶來的界面熱阻。另外,這里的熒光粉層包括第二玻璃 粉和熒光粉,相對于硅膠與熒光粉混合涂覆的結構,第二玻璃粉要遠比硅膠更耐高溫,并且 玻璃與玻璃之間的結合力會比玻璃與硅膠之間的結合力高的多,因此增加了漫反射層與熒 光粉層之間的結合力,所以玻璃粉封裝熒光粉層是一種優選的方式。當然,為了在熒光粉片 燒結的過程中不影響漫反射層,本步驟的燒結溫度T3要滿足T3 < Tf+400°C,其中Tf為所 述第一玻璃粉的軟化溫度。
[0087] 另外值得說明的是,步驟S22并不一定需要和步驟S23結合使用。例如,在步驟S22 后,熒光粉與硅膠混合涂覆到漫反射層的表面,并加熱成型;或者,熒光粉層先成型后再粘 接到漫反射層的表面。
[0088] 另外,漫反射層和熒光粉層的燒結順序并一定要與本實施例中的順序相同,而是 還可以其它的順序。例如先燒結成型熒光粉層,再在熒光粉層或者高導熱層表面燒結漫反 射層,最后熒光粉層、漫反射層、高導熱基板三者層疊放置再次燒結在一起;或者,先燒結 成型熒光粉層,再在高導熱基板表面上涂覆第一玻璃粉和白色散射粒子的混合粉末,熒光 粉層覆蓋在該混合粉末上使得熒光粉層、混合粉末、高導熱基板依次層疊放置,再進行燒 結,在成型漫反射層的同時,將三者燒結在一起。當需要先燒結熒光粉層后燒結漫反射層 時,為避免在漫反射層的燒結過程中對熒光粉層造成影響,漫反射層的燒結溫度T3要滿足 T3 彡 Tf+400。。。
[0089] 常溫下,玻璃粉與熒光粉都是固體粉末,二者相容性不好,混合后玻璃粉顆粒與熒 光粉顆粒之間存在著間隙,而并沒有混合為一個整體,使得二者燒結后得到的熒光粉片容 易出現氣孔等缺陷。氣孔的存在使得激發光可能直接經氣孔透過熒光粉片,而沒有激發熒 光粉,為了解決上述問題,本發明實施例提出了另一實施例。請參閱圖4,圖4為本發明波長 轉換裝置制造方法的又一個實施例的流程示意圖,如圖4所示,本實施例的步驟包括:
[0090] S31、獲取高導熱陶瓷基板。
[0091] 步驟S31的說明請參見對步驟S11的說明。
[0092] S32、獲取一定量的甲基硅油、白色散射粒子、第一玻璃粉。
[0093] 娃油是一種不同聚合度的聚有機娃氧燒的混合物,其中,甲基娃油、乙基娃油、苯 基硅油、甲基苯基硅油等都是常用的硅油種類。硅油具有一定的粘度,且硅油的表面張力較 小,容易浸潤白色散射粒子和第一玻璃粉而混合成一個整體。其中,甲基娃油的完全分解溫 度比較高,粘度高,熱穩定性也比較高,其粘度不隨著溫度的變化而變化,有利于后續漿體 的粘度調節,不容易出現分相,是一種優選的有機載體。當然,除了硅油以外,對于其它有一 定粘性,且可以將白色散射粒子、第一玻璃粉粘接成有一定流動性的整體的有機載體都是 可以的,例如乙二醇、PVB (聚乙烯醇縮丁醛)、乙基纖維素等,它們都會在燒結后分解揮發或 者僅留下少量對漫反射層的散射效果基本沒有影響的殘留物。
[0094] 甲基硅油的量至少要足夠浸潤白色散射粒子和第一玻璃粉,使三者混合成一個整 體。而白色散射粒子和第一玻璃粉的量可以根據實際需要進行選擇,只需使得第一玻璃粉 能夠在后續的燒結中將白色散射粒子粘接成一個整體即可。
[0095] S33、將甲基硅油、白色散射粒子、第一玻璃粉混合均勻以得到散射粒子漿體。
[0096] 為了解決白色散射粒子與第一玻璃粉混合難以形成一個整體的問題,在本步驟 中,白色散射粒子、第一玻璃粉與甲基硅油混合成一整體,使得甲基硅油作為混合白色散射 粒子和第一玻璃粉的載體,并得到散射粒子漿體。
[0097] 為了實現混合均勻,可以利用機械攪拌等方式進行混合。這里的步驟S33可以是 在步驟S32完成后,將三者一起混合均勻;也可以是步驟S33和步驟S32同時進行,例如獲 取一定量的第一玻璃粉和白色散射粒子,然后利用攪拌等方式對第一玻璃粉和白色散射粒 子進行混合,同時再獲取一定量的硅油,并在攪拌的同時逐漸加入第一玻璃粉和白色散射 粒子中。
[0098] S34、將散射粒子漿體涂覆在高導熱陶瓷基板上。
[0099] 高導熱陶瓷基板為散射粒子漿體的承載體。散射粒子漿體可以采用刮涂等方式 涂覆在高導熱陶瓷基板上,而優選地,散射粒子漿體可以通過絲網印刷方式涂覆,絲網印刷 可以使涂覆在高導熱陶瓷基板表面的散射粒子漿體厚度更加均勻,燒結成型后的熱應力更 小。
[0100] S35、將被散射粒子漿體涂覆的高導熱陶瓷基板燒結成型,以得到漫反射層。
[0101]為了將散射粒子漿體燒結成型,燒結溫度應該在散射粒子漿體中的第一玻璃粉的 軟化溫度以上,這樣玻璃粉形成液相,有利于與散射粒子的燒結成致密漫反射層;但是溫度 也不能太高,否則一定量的白色散射粒子與玻璃粉發生化學反應而影響漫反射率,經實驗 發現,燒結溫度T2在Tf〈T2 < Tf+400°C范圍內是可以相對更容易地進行成型,其中Tf為第 一玻璃粉的軟化溫度。
[0102] 經實驗發現,若直接對被散射粒子漿體涂覆的基板進行燒結成型,由散射粒子漿 體燒結成的漫反射層會產生很多氣孔。這是由于硅油的閃點一般來說要遠低于玻璃粉的軟 化溫度,直接在玻璃粉的軟化溫度附近加熱,硅油揮發的速度太快,會在漫反射層上形成氣 孔,因此本發明實施例提出在燒結成型前要對散射粒子漿體進行低溫加熱,以使得至少部 分娃油低速率揮發掉。
[0103] 優選地,可以在步驟S35之前增加步驟:將被散射粒子漿體涂覆的基板在200°C加 熱0. 2小時。當在200°C (比甲基硅油的閃點溫度300°C低100°C)下加熱0. 2小時,散射粒 子漿體中就會有相當比例的硅油揮發或者分解,殘留的硅油會在散射粒子漿體燒結成型的 過程中揮發或分解掉。當然容易理解的是,加熱的溫度越低,需要加熱的時間更長才能去除 全部的硅油,并且加熱時間越長,殘留的甲基硅油越少。為了縮短加熱時間,可以提高散射 粒子漿體和基板的加熱溫度,但是為了保證甲基硅油以較緩慢的速度揮發,加熱溫度要在 500°C(比甲基硅油的閃點溫度300°C高200°C )以下。例如加熱溫度為500°C,此時加熱0. 2 小時后,散射粒子漿體可以揮發更多的甲基硅油,甲基硅油全部揮發掉的時間也比在200°C 加熱時的時間短。
[0104] 當使用其它類型的硅油來替代甲基硅油,為了控制硅油揮發的速度和揮發量,同 樣需要控制被散射粒子漿體涂覆的基板的加熱溫度在T1溫度,Tb-100°c < °C T1 < Tb+200, Tb為硅油的閃點,硅油會在閃點溫度附近分解以及揮發。當然,利用其它有機助劑來代 替硅油也是可以的,但是要保證控制被散射粒子漿體涂覆的基板的加熱溫度在T1溫度, Tb-100°C<°C Tl < Tb+200,此時Tb為有機助劑的完全分解溫度。
[0105] 實際上,如果利用乙二醇等代替硅油與第一玻璃粉、白色散射粒子混合,即使經過 低溫除去有機載體,成型后的漫反射層也可能會有較多的氣孔。這是因為乙二醇是純凈物, 當加熱到乙二醇閃點附近時,所有的乙二醇基本上也是很快都揮發了,只剩下固態的白色 散射粒子和第一玻璃粉,揮發的乙二醇的原來所在的位置變成了氣孔。而硅油是不同聚合 度的聚有機硅氧烷的混合物,不同聚合度的聚有機硅氧烷具有不同的閃點,因此在硅油升 溫的過程中,不同聚合度的有機硅氧烷會依次揮發。這時,雖然有部分的硅油揮發,白色散 射粒子、第一玻璃粉和剩余的硅油依然有流動性,白色散射粒子和第一玻璃粉會相互靠近 以填充揮發硅油的位置,從而減少了氣孔的產生。因此,硅油是一種比較優選地有機載體。
[0106] 值得說明的是,在燒結過程中,包括甲基硅油在內的硅油會以分解和揮發的形式 被去除掉,而硅油分解后會產生少量的二氧化硅,但是該二氧化硅基本上不會對漫反射層 的散射效果產生影響。
[0107] 當然,在對漫反射層的氣孔率不敏感的情況下,也可以不設置低溫去除硅油的步 驟而直接燒結成型。
[0108] 實際上,只有在加熱溫度T1小于步驟S15中的燒結溫度T2時,低溫預先除硅油才 有意義,才能減慢硅油的揮發速度,因此要設置T2大于T1。但是當T2和T1的溫度比較接 近的時候,兩次加熱時硅油的揮發速度并沒有明顯的差異,低溫除去硅油的作用并不明顯, 因此這里的溫度T1、T2優選滿足T2 - T1彡100°C。
[0109] S36、獲取一定量的甲基硅油、熒光粉、第二玻璃粉。
[0110] 本步驟S36與前面的步驟并沒有一定的順序關系,其先后順序可以是任意的。本 步驟S36中,甲基硅油的作用與步驟S32的相同,不同點僅在于,獲取的是熒光粉和第二玻 璃粉。
[0111] S37、將甲基硅油、熒光粉、第二玻璃粉混合均勻以得到熒光粉漿。
[0112] 本步驟S37與步驟S33類似,甲基硅油的作用是作為熒光粉與第二玻璃粉的載體。
[0113] S38、將熒光粉漿涂覆在高導熱基板表面的漫反射層上。
[0114] 本步驟S38中,漫反射層為熒光粉漿的承載體,其涂覆方法與步驟S34相同。
[0115] S39、將被熒光粉漿涂覆的高導熱基板燒結成型,以得到熒光粉層。
[0116] 本步驟中的燒結方法與步驟S35相同,不同點在于,燒結溫度滿足T3彡Tf+400°C, 其中Tf為第一玻璃粉的軟化溫度。并且,類似可以增加低溫預先出去硅油的步驟。
[0117] 值得說明的是,本實施例中,在漫反射層和熒光粉層的成型過程中,都使用了有機 載體硅油作為載體來使得不同物質混合更均勻,而容易理解的是,漫反射層和熒光粉層的 成型是相互獨立的,二者成型過程中可以各自單獨使用有機載體來輔助成型。
[0118] 本發明實施例還提供了一種發光裝置,該發光裝置包括上述實施例中的波長轉換 裝置,且還包括一用于出射激發光的激發光源。其中熒光粉用于吸收激發光以產生受激光, 漫反射層用于對該受激光或者受激光與未被吸收的激發光的混合光進行散射反射,高導熱 基板用于將漫反射層傳導過來的熱量散發到空氣中。
[0119] 以上所述僅為本發明的實施方式,并非因此限制本發明的專利范圍,凡是利用本 發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換,或直接或間接運用在其他相關的 【技術領域】,均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種波長轉換裝置,其特征在于,包括: 熒光粉層,該熒光粉層包括熒光粉; 漫反射層,包括白色散射粒子,所述白色散射粒子用于對入射光進行散射; 高導熱基板,該高導熱基板為氮化鋁基板、氮化硅基板、碳化硅基板、氮化硼基板、氧化 鈹基板中的一種; 所述熒光粉層、漫反射層、高導熱基板依次層疊設置并固定。
2. 根據權利要求1所述的波長轉換裝置,其特征在于:所述高導熱基板的導熱系數大 于等于100W/mK。
3. 根據權利要求1所述的波長轉換裝置,其特征在于:所述漫反射層包括第一玻璃粉, 所述第一玻璃粉用于粘接所述白色散射粒子。
4. 根據權利要求1至3任一項所述的波長轉換裝置,其特征在于:所述熒光粉層還包 括第二玻璃粉,該第二玻璃粉用于粘接所述熒光粉。
5. 根據權利要求4所述的波長轉換裝置,其特征在于:所述白色散射粒子包括硫酸鋇 粉末、氧化鋁粉末、氧化鎂粉末、氧化鈦粉末、氧化鋯粉末中的至少一種。
6. 根據權利要求4所述的波長轉換裝置,其特征在于:所述漫反射層包括第一玻璃粉, 所述第一玻璃粉用于粘接所述白色散射粒子,所述第一玻璃粉和第二玻璃粉為同一種高熔 點玻璃粉。
7. -種波長轉換裝置制造方法,其特征在于,該制作方法包括: A、 獲取1?導熱基板,該1?導熱基板為氣化錯基板、氣化娃基板、碳化娃基板、氣化砸基 板、氧化鈹基板中的一種; B、 獲取漫反射層,該漫反射層包括白色散射粒子,所述白色散射粒子用于對入射光進 行散射; C、 獲取熒光粉層,該熒光粉層包括熒光粉; D、 將所述熒光粉層、漫反射層、高導熱基板依次層疊設置并固定。
8. 根據權利要求7所述的制作方法,其特征在于,所述步驟B與步驟D包括: 在所述高導熱基板表面上燒結一層漫反射層,該漫反射層包括白色散射粒子以及第一 玻璃粉,所述燒結的溫度低于所述高導熱基板的熔點,并將所述熒光粉層固定在該基板表 面上的所述漫反射層的表面。
9. 根據權利要求7所述的制作方法,其特征在于,所述步驟B、步驟C與步驟D包括: 在所述高導熱基板表面上燒結一層漫反射層,該漫反射層包括白色散射粒子以及第 一玻璃粉,所述燒結的溫度低于所述高導熱基板的熔點,并在該高導熱基板表面上的所述 漫反射層的表面燒結一層突光粉層,該突光粉層包括第二玻璃粉和突光粉,且燒結溫度 T3 < Tf+400°C,其中Tf為所述第一玻璃粉的軟化溫度。
10. 根據權利要求8或9所述的制作方法,其特征在于,所述在所述高導熱基板表面上 燒結一層漫反射層包括: B1、獲取白色散射粒子、第一玻璃粉、有機載體; B2、將所述白色散射粒子、第一玻璃粉、有機載體混合,以得到散射粒子漿體; B3、將所述散射粒子漿體涂覆在所述高導熱基板上; B4、將所述被散射粒子漿體涂覆的高導熱基板進行燒結成型,以得到漫反射層。
11. 根據權利要求9所述的制作方法,其特征在于,所述在該基板表面上的所述漫反射 層的表面燒結一層突光粉層包括: C1、獲取所述第二玻璃粉、熒光粉、有機載體; C2、將所述第二玻璃粉、熒光粉、有機載體混合,以形成熒光粉漿; C3、將所述熒光粉漿涂覆在所述高導熱基板表面上的所述漫反射層的表面; C4、將涂覆有熒光粉漿的高導熱基板燒結成型,以得到熒光粉層,且燒結溫度滿足 T3 < Tf+400°C,其中Tf為所述第一玻璃粉的軟化溫度。
12. 根據權利要求10所述的制作方法,其特征在于,所述步驟B3與步驟Μ之間還包 括步驟:將所述被散射粒子漿體涂覆的高導熱基板放置在Τ1溫度加熱0. 2小時以上,其中 Tb-100°C<°C Tl < Tb+200, Tb為所述有機載體的完全分解溫度。
13. -種發光裝置,其特征在于,包括如權利要求1至6任一項所述的波長轉換裝置, 該發光裝置還包括一用于出射激發光的激發光源,所述熒光粉用于吸收該激發光以產生受 激光,所述漫反射層用于對該受激光或者受激光與未被吸收的激發光的混合光進行散射反 射。
【文檔編號】F21V9/10GK104100933SQ201310228456
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年6月8日 優先權日:2013年4月4日
【發明者】許顏正, 田梓峰, 李乾, 徐虎 申請人:深圳市繹立銳光科技開發有限公司