波长转换装置及其制备方法、发光装置和投影装置与流程

本发明涉及照明和投影技术领域，尤其涉及一种波长转换装置及其制备方法、以及采用该波长转换装置的发光装置和投影装置。

背景技术：

近年来，激光光源的应用领域越来越广泛，采用激光光源激发荧光粉产生可见光具有转换效率高、亮度高、体积小、可控性强等优势。激光光源中的荧光色轮(也即波长转换装置)的结构与制备，已经从硅胶封装荧光粉的有机色轮，发展到了玻璃封装荧光粉的无机色轮。具体来讲，传统的无机色轮包括采用玻璃封装荧光粉的发光层、采用玻璃封装漫反射粒子的反射层、及氮化铝陶瓷基板，这几层结构通过共同烧结而结合在一起。然而，传统的无机色轮存在性能提升瓶颈：一方面在于因玻璃导热率小导致的发光层导热率太低，造成激光光源在激发荧光粉产生可见光过程中产生的大量热量无法迅速有效地扩散和传递；另一方面在于玻璃的膨胀系数和氮化铝基板的热膨胀系数相差较大，容易在烧结过程中出现裂纹等不良现象。

目前，为了克服上述瓶颈出现了陶瓷封装荧光粉，但是现有技术将发光陶瓷表面镀膜后直接与基板焊接在一起，因此存在新的技术问题：陶瓷发光层较薄、强度低、热膨胀系数和基板的膨胀系数相差较大，导致色轮在运转时容易开裂。

技术实现要素：

为解决现有波长转换装置导热性差、容易开裂的技术问题，本发明提供一种导热性好、不易开裂且光效高的波长转换装置，其包括依次叠置的陶瓷发光层、高反射层、导热粘接层、高导热层及基板；所述高反射层镀覆于所述陶瓷发光层表面，所述高导热层焊接于所述基板表面，所述高反射层与所述高导热层通过所述导热粘接层粘接在一起。

在一个实施方式中，所述高反射层为银膜。

在一个实施方式中，所述高导热层为碳化硅、氮化硅及氮化铝中的任一种。

在一个实施方式中，所述导热粘接层具有弹性，所述导热粘接层为含有银粉、金粉及铝粉中的一种或多种的高导热胶。

在一个实施方式中，所述陶瓷发光层的厚度为大于0且小于等于50μm；所述高反射层的厚度为80～100nm；所述高导热层的厚度为0.5～1mm；所述基板的厚度为0.5～2mm。

在一个实施方式中，所述波长转换装置还包括焊接层，所述基板为金属基板，所述高导热层通过所述焊接层焊接于所述基板表面；所述焊接层优选为金锡或者银锡焊料。

在一个实施方式中，所述波长转换装置还包括过渡层，所述过渡层为所述高导热层的表面金属镀层或者表面金属化层，所述过渡层位于所述高导热层与所述基板之间。

在一个实施方式中，所述波长转换装置还包括镀覆于所述陶瓷发光层表面的氧化铝层，所述氧化铝层位于所述陶瓷发光层与所述高反射层之间。

在一个实施方式中，所述波长转换装置还包括镀覆于所述高反射层表面的保护层，所述保护层位于所述高反射层与所述导热粘接层之间；所述保护层优选为镍膜或者钛膜。

在一个实施方式中，所述陶瓷发光层采用复相荧光陶瓷材料，选自yag:ce+al2o3陶瓷或者luag:ce陶瓷。

本发明还提供一种波长转换装置的制备方法，包括以下步骤：

将荧光陶瓷切片、减薄、磨平、抛光后切割，获得陶瓷发光层；

在所述陶瓷发光层的一侧表面镀高反射层；

将切割好的高导热层的一侧表面焊接于基板上；及

将所述高导热层相背于所述基板的一侧与所述陶瓷发光层镀有所述高反射层的一侧通过导热粘接层粘接在一起。

在一个实施方式中，镀银膜在所述陶瓷发光层表面作为所述高反射层；所述高导热层由碳化硅、氮化硅及氮化铝中的任一种制成；所述导热粘接层由含有银粉、金粉及铝粉中的一种或多种的高导热胶制成。

在一个实施方式中，所述高导热层焊接于所述基板之前，在所述高导热层与所述基板相对的一侧进行表面金属镀或者表面金属化。

在一个实施方式中，在所述陶瓷发光层的一侧表面镀所述高反射层之前镀一层氧化铝，以增强所述陶瓷发光层与所述高反射层之间的附着力。

在一个实施方式中，在所述高反射层与所述导热粘接层相对的一侧表面镀镍膜或者钛膜，以形成保护层。

本发明还提供一种发光装置，包括激发光源及上述任一实施方式中的波长转换装置。

本发明还提供一种投影装置，包括上述发光装置。

相比于现有技术，本发明提供的波长转换装置具有以下有益效果：采用陶瓷发光层以提高发光层的导热率；采用高反射层以提高反射率；采用高导热层对激发光激发荧光材料产生荧光时产生的热量进行快速扩散和传递，并且由于高导热层的热膨胀系数与陶瓷发光层相近，避免了因热膨胀系数差异太大引起开裂等问题；采用弹性的导热粘接层使高反射层与高导热层粘接在一起，不仅起到缓冲作用，防止陶瓷发光层在热胀冷缩过程中产生裂纹，还能够进一步提高热传递。本发明提供的波长转换装置的制备方法能够制备出导热性好、不易开裂且光效高的波长转换装置。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的波长转换装置的结构示意图。

图2为图1所示的波长转换装置中区域ii的局部放大图。

图3为本发明第二实施例提供的波长转换装置的结构示意图。

图4为图3所示的波长转换装置中区域iv的局部放大图。

图5为图3所示的波长转换装置的制备方法的流程图。

图6为本发明第三实施例提供的波长转换装置的主视图。

主要元件符号说明

波长转换装置100、200、300

陶瓷发光层111、211

高反射层112、212

导热粘接层113、213

高导热层114、214

基板115、215

焊接层216

过渡层217

氧化铝层218

保护层219

驱动件120、220

散热器130、230

黄色段模块301

红色段模块302

绿色段模块303

蓝色段模块304

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1及图2，本发明的第一实施例提供一种波长转换装置100，其包括依次叠置的陶瓷发光层111、高反射层112、导热粘接层113、高导热层114及基板115。其中，高反射层112镀覆于陶瓷发光层111的一侧表面，高导热层114的一侧表面焊接于基板115上，高导热层114相背于基板115的一侧与陶瓷发光层111镀有高反射层112的一侧通过具有弹性的导热粘接层113粘接在一起。

波长转换装置100在实际应用中，入射至陶瓷发光层111的激发光能够激发荧光材料产生荧光，实现光的波长转换。波长转换装置100还包括驱动件120及散热器130。驱动件120可以是马达，用于带动基板115旋转，以使入射的激发光依时序入射至不同区域。散热器130可以是鳍片式散热器，用于增强基板115的散热效果，因为激发光激发荧光材料产生荧光的过程中伴随着大量的热量产生。

为实现波长转换装置100的高光效、高导热率、高通量及高可靠性，本实施例采用高反射率的银膜作为高反射层112，采用含有银粉的高导热胶作为导热粘接层113，采用高导热率的碳化硅作为高导热层114。在其它实施例中，还可以采用含有金粉或者铝粉的高导热胶作为导热粘接层113，采用氮化硅或者氮化铝作为高导热层114。

具体地，高反射层112的厚度为80～100nm，其反射率大于96％。高导热层114的厚度为0.5～1mm，优选为1mm。需要说明的是，导热粘接层113不仅能够将高反射层112与高导热层114粘接在一起，还因为具有弹性而起到缓冲作用，防止陶瓷发光层111在热胀冷缩过程中产生裂纹。此外，高导热层114厚度较大且热膨胀系数与陶瓷发光层111的热膨胀系数相近，不会因为热膨胀系数差异过大引起开裂等问题。

陶瓷发光层111的厚度为0～50μm，优选为40～50μm。陶瓷发光层111采用复相荧光陶瓷材料，可以是yag:ce+al2o3陶瓷或者luag:ce陶瓷，本实施例中，陶瓷发光层111为yag:ce+al2o3陶瓷。基板115可以是铝板、铝合金板等高导热金属基板。因为基板115是承重板，并且在应用过程中高速转动，所以需要具备一定的厚度，具体地，基板115的厚度为0.5～2mm，优选为1.5mm。

请参阅图3及图4，本发明的第二实施例提供的波长转换装置200第一实施例提供的波长转换装置100相似，同样包括陶瓷发光层211、高反射层212、导热粘接层213、高导热层214、基板215、驱动件220及散热器230，其不同之处在于：本实施例提供的波长转换装置200还包括焊接层216、过渡层217、氧化铝层218及保护层219。

具体地，焊接层216位于高导热层214与基板215之间，用于将高导热层214焊接于基板215上。焊接层216可选为金锡或者银锡焊料，本实施例中，焊接层216优选为金锡。

过渡层217为高导热层214的表面金属镀层或者表面金属化层。过渡层217位于高导热层214与基板215之间以利于高导热层214与基板215结合。过渡层217的厚度为100～200nm。本实施例中，过渡层217为镀覆于高导热层214表面的铜膜，厚度为200nm。

氧化铝层218镀覆于陶瓷发光层211表面，氧化铝层218位于陶瓷发光层211与高反射层212之间用于增强陶瓷发光层211与高反射层212之间的附着力。

保护层219镀覆于高反射层212表面，保护层219位于高反射层212与导热粘接层213之间起到保护高反射层212的作用，例如防止银膜被硫化、氧化导致反射率降低。保护层219优选为镍膜或者钛膜。

请参阅图5，图5为图3所示的波长转换装置200的制备方法的流程图。该波长转换装置200的制备方法主要包括以下步骤：

s101：将荧光陶瓷切片、减薄、磨平、抛光后切割，获得陶瓷发光层211；

s102：在陶瓷发光层211的一侧表面镀高反射层212；

s103：将切割好的高导热层214的一侧表面焊接于基板215上；及

s104：将高导热层214相背于基板215的一侧与陶瓷发光层211镀有高反射层212的一侧通过导热粘接层213粘接在一起。

具体地，步骤s101中，采用激光切割机将陶瓷发光层211切割成圆环状薄片。步骤s102中，采用磁控溅射在陶瓷发光层211的一侧表面镀银膜作为高反射层212，并且可以在镀银膜之前先镀一层氧化铝以增强银膜与陶瓷发光层211之间的附着力。步骤s103中，按照陶瓷发光层211的形状及大小切割碳化硅板作为高导热层214，并且在碳化硅板焊接于基板215之前可以将碳化硅板与基板215相对的一侧进行表面金属镀或者金属化形成过渡层217，以利于高导热层214与基板215的结合。步骤s104中，将含有银粉的高导热胶涂覆在高反射层212与高导热层214之间形成导热粘接层213，在此之前，还可以在高反射层212表面镀镍膜或者钛膜，已形成保护层219。

本实施例中，陶瓷发光层211选用yag:ce+al2o3陶瓷，基板215为铝板。陶瓷发光层211与高导热层214均被切割成圆环状，直径为50～80mm，但不限于此。

请参阅图6，图6为本发明第三实施例提供的波长转换装置300的主视图。本实施例提供的波长转换装置300为多色段色轮，并将每一个色段作为一个单独的模块进行制备，最后将各个色段拼接组合在一个圆环形基片上，实现同步旋转。

具体地，波长转换装置300包括黄色段模块301、红色段模块302、绿色段模块303及蓝色段模块304。其中，黄色段模块301的制备方法与第二实施例中的波长转换装置200的制备方法基本相同，包括以下步骤：

s201：将荧光陶瓷切片、减薄、磨平、抛光后切割，获得陶瓷发光层211；

s202：在陶瓷发光层211的一侧表面镀高反射层212；

s203：将切割好的高导热层214的一侧表面焊接于基板215上；

s204：将高导热层214相背于基板215的一侧与陶瓷发光层211镀有高反射层212的一侧通过导热粘接层213粘接在一起。

具体地，步骤s201中，采用激光切割机将陶瓷发光层211切割成扇形环状薄片。步骤s202中，采用磁控溅射在陶瓷发光层211的一侧表面镀银膜作为高反射层212，并且在镀银膜之前先镀一层氧化铝以增强银膜与陶瓷发光层211之间的附着力。步骤s203中，按照陶瓷发光层211的形状及大小切割碳化硅板作为高导热层214，并且在碳化硅板焊接于基板215之前将碳化硅板与基板215相对的一侧进行表面金属镀或者金属化形成过渡层217，以利于高导热层214与基板215的结合。步骤s204中，将银胶涂覆在高反射层212与高导热层214之间形成导热粘接层213，此外，高反射层212涂覆银胶之前进行表面镀镍膜或者钛膜，以形成保护层219。

需要指出的是，黄色段模块301的制备方法与上一实施例中的波长转换装置200的制备方法的不同之处在于：陶瓷发光层211及高导热层214均被切割成扇形环状薄片。

本实施例中，红色段模块302的制备方法包括以下步骤：

s301：将氮化铝基板切割成扇形环状薄片，还可以采用氧化铝基板、蓝宝石基板、氮化铝基板、氮化硅基板、碳化硅板、氮化硼基板或氧化铍基板代替氮化铝基板；

s302：将氧化铝、氧化钛颗粒按一定比例与玻璃粉、有机载体混合均匀，采用丝网或钢网印刷的方式刷涂于氮化铝基板上，然后在50～130℃烤箱内进行预烘干，获得漫反射层的生坯；

s303：将红荧光粉与玻璃粉、有机载体混合均匀，再刷涂于漫反射层生坯表层之上，在50～130℃烤箱内进行预烘干，获得发光层的生坯。

s304：将含有氮化铝基板、漫反射层生坯、发光层生坯的样品放入马弗炉中在500～1200℃的温度下烧结，即可获得红色段模块302。

本实施例中，绿色段模块303的制备方法与红色段模块302的制备方法基本相同，其不同之处在于：红色段模块302采用的红荧光粉被绿荧光粉替代。

本实施例中，蓝色段模块304与制备方法与红色段模块302的制备方法基本相同，其不同之处在于：蓝色段模块304不需要发光层，因为蓝色段模块304的主要功能是将入射的蓝激光进行反射和散射。为使蓝色段模块304与红色段模块302的厚度保持一致，需要增加蓝色段模块304中氮化铝基板或者漫反射层的厚度。

本实施例中，将黄色段模块301、红色段模块302、绿色段模块303及蓝色段模块304进行组装时，根据各个色段模块的形状在圆环形基片上设置多个凹槽。可以理解，凹槽不仅能够对各个色段模块起到定位作用，还能够防止粘结各个色段模块的胶水在加热过程中四处流淌。

进一步地，本发明还提供一种发光装置，该发光装置包括激发光源及波长转换装置100、200、300，其中，波长转换装置100、200、300具有上述各实施例中的结构与功能。该发光装置可以应用于投影、显示系统，例如液晶显示器(lcd，liquidcrystaldisplay)或数码光路处理器投影机(dlp，digitallightprocessor)；也可以应用于3d显示技术领域中。

进一步地，本发明还提供一种投影装置，该投影装置包括上述发光装置。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。