波长转换装置及其制备方法与流程

本发明属于发光材料技术领域，尤其涉及一种波长转换装置及其制备方法。

背景技术

目前激光荧光转换型光源发展较快，随着激光功率的提高，对于波长转换层的散热要求也不断提高，目前的波长转换装置是反射层采用白色散射粒子和玻璃粉混合烧结形成的漫反射层，这种结构耐热性较高，但是其烧结组成材料的散射粒子和玻璃粉的热导率较低，且烧结结构为了保证较高的反射率，一般是多孔结构，热阻较高，因而不利于波长转换装置在高功率激光激发下的发光亮度和稳定性的提高。因而目前的波长转换装置的反射层成为进一步提升激光荧光显示光源亮度的瓶颈。

因此，针对上述不足，实有必要提供一种新的波长转换装置及其制备方法，以解决现有技术反射率低，热阻较高的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，以解决现有技术反射率低，热阻较高的问题。本发明提供一种新型反射率高，热阻低且长期可靠性高的反射层，应用该反射层的波长转换装置的发光效率更高，亮度更高且仍能保持较好的长期可靠性，具体方案如下：

本发明提供一种波长转换装置，包括依次设置的发光层、反射层、连接层和导热基板层，所述发光层为氧化铝共晶发光层，所述反射层为纯银烧结而成的银反射层。

优选的，所述氧化铝共晶发光层为石榴石结构的（lu,y,gd,tb）3（ga,al）5o12:ce³⁺与氧化铝形成的共晶发光层。

优选的，所述石榴石结构的（lu,y,gd,tb）3（ga,al）5o12:ce³⁺与氧化铝形成的共晶发光层中氧化铝的摩尔比例大于40%。

优选的，所述发光层与所述反射层之间设置有氧化铝膜层。

优选的，所述发光层的厚度为0.005-5mm；所述反射层的厚度为1-100um；所述连接层的厚度为0.005-0.5mm；所述导热基板的厚度为0.1-5mm。

优选的，所述连接层的孔隙率小于50%。

优选的，所述连接层为焊锡膏或者预成型焊片回流焊接形成，所述焊锡膏为金锡，银锡，铋锡或铅锡中的任意一种或多种的组合。

优选的，所述连接层为低温烧结银浆料烧结形成。

优选的，所述导热基板为金属基板或陶瓷基板，所述导热基板上设置有保护层。

优选的，所述导热基板为氮化铝，碳化硅，氮化硅或氧化铝中的任意一种或多种组合的陶瓷基板，所述陶瓷基板和所述镍金保护层之间设置有钛过渡层。

优选的，所述导热基板为平板结构或带鳍片结构。

本发明还提供一种波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：

步骤s1：提供al2o3-(lu,y,gd,tb)3(ga,al)5o12:ce³⁺共晶发光材料，并对所述al2o3-(lu,y,gd,tb)3(ga,al)5o12:ce³⁺共晶发光材料进行预处理形成共晶发光层；

步骤s2：在所述共晶发光层上涂覆银粉和有机体的混合浆料后烧结形成纯银的反射层；

步骤s3：提供镀镍金的导热基板，将步骤s2形成的反射层设置在镀镍金的导热基板上，经处理形成连接层。

优选的，步骤s1的预处理包括将al2o3-(lu,y,gd,tb)3(ga,al)5o12:ce³⁺共晶发光材料双面研磨抛光，一面镀增透膜或者表面粗化。

优选的，步骤s2中采用的银粉的粒径范围是0.01-20um。

优选的，所述步骤s2包括：

步骤s21：将涂覆混合浆料的共晶发光层在60-150℃下预烘干形成银反射层预成型层；

步骤s22：将步骤s21得到的银反射层预成型层置于高温炉中500-1000℃烧结形成银反射层。

优选的，所述步骤s3形成连接层的处理方法为在所述导热基板上涂覆焊锡膏或设置预成型焊片，将反射层置于其上，于280-320℃下回流焊接形成连接层。

优选的，所述步骤s3形成连接层的处理方法为在所述导热基板上涂覆纳米银浆，将反射层置于其上在200-300℃下进行烧结。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

相对于目前多孔的漫反射结构，本发明采用纯银烧结形成的银反射层，提高反射层反射率和热导率的同时，利用银反射层对氧化铝共晶发光层中氧化铝单晶较高的附着力，从而也一并解决了银反射层与氧化铝共晶发光层的附着力问题。

本发明采用的氧化铝共晶发光层的热导率较高，且机械强度也更高，同时纯银反射层的反射率高，且热导率也较高，与连接层的附着力好，因而这种结构的波长转换装置能够实现高效率的同时，实现高亮度和高可靠性。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明第一种实施方式的波长转换装置的结构示意图；

图2是本发明第一种实施方式的波长转换装置的制备方法流程图；

图3是本发明第二种实施方式的波长转换装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种新的波长转换装置及其制备方法，以解决现有技术反射率低，热阻较高的问题。

实施例一

参照图1所示，本发明提供的波长转换装置包括依次层叠设置的发光层1-1、反射层1-2、连接层1-3和导热基板层1-4。

其中发光层1-1为氧化铝共晶发光层，具体在本实施方式中，为石榴石结构的（lu,y,gd,tb）3（ga,al）5o12:ce³⁺与氧化铝形成的共晶发光层。其中，石榴石结构的（lu,y,gd,tb）3（ga,al）5o12:ce³⁺与氧化铝形成的共晶发光层中氧化铝的摩尔比例大于40%以上。所述发光层的厚度为0.005~5mm，优选的，为0.05~0.5mm。进一步的，在发光层表面还可以设置增透膜或者进行表面粗化处理以提高出光效率。

反射层1-2为将纯银的银粉和有机载体的混合浆料涂覆于氧化铝共晶发光层上高温烧结形成的银反射层。其中混合浆料的有机载体为可挥发或可分解物质，在高温烧结过程中被除去，形成的反射层1-2中为烧结而成的纯银结构。反射层的厚度为1~100um，优选为2~50um，更进一步优选为5~20um。其中，混合浆料中的银粉的粒径范围是0.01~20um，这是由于粒径小于0.01um的银粉不容易分散，粒径大于20um的银粉制备的银浆表面平整度不容易控制，并且粒径较大的银粉越不容易在氧化铝共晶发光层上烧结致密，附着力变差，所以烧结颗粒的大小是影响烧结活性的一个重要因素，银粉的粒径越小，越容易在氧化铝共晶发光层上形成致密的银反射层。因此本实施方式优选的银粉粒径范围可以兼顾表面平整性和烧结致密性。

银粉的颗粒形状优选球形或者片状，这两种形状颗粒有利于形成密堆积结构，烧结的银反射层更致密；进一步地，银粉中还可以混有铂或钯的金属粉，这样可以改善银的高温迁移特性，其中，钯粉、铂粉的含量不超过30%，否则会影响反射率。本实施方式选择的粒径最容易形成反射率高的反射层。

连接层1-3具体为金属焊接层，主要起到反射层1-2与导热基板1-4的连接作用，具体可以由金锡，银锡，铋锡，铅锡等焊膏或者预成型焊片回流焊接形成，也可以是低温烧结银浆料烧结形成。连接层的厚度为0.005~0.5mm，且孔隙率低于50%，优选的，孔隙率低于30%，更进一步在10%以下。

导热基板1-4即可以为金属基板也可以为陶瓷基板，导热基板的厚度为0.1~5mm，进一步的，导热基板上设置有保护层。其中保护层为镀镍金保护层。金属基板优选的为铜金属基板。陶瓷基板可以是氮化铝，碳化硅，氮化硅，氧化铝等陶瓷基板的任意一种或或多种组合的，当导热基板1-4为陶瓷基板时，陶瓷基板表面镀有ti过渡层（钛过渡层），然后再镀设镍金保护层，陶瓷基板通过ti过渡层与镍金保护层固定。导热基板1-4可以是如图1所示的平板结构，也可以是带鳍片结构，均是可以实施的。

如上所述反射层1-2为通过纯银的银粉和有机载体的混合浆料涂覆于氧化铝共晶发光层上高温烧结形成的银反射层，此时的反射层不仅有很高的反射率，还会增加与金属焊接层之间的附着力，其原因在于，高纯度的银层很容易与焊锡膏或预成型焊片的金属焊接层中的金属形成金属氧化物，该金属氧化物可进一步形成一可靠的焊缝，以增加反射层与连接层之间的附着力。

更进一步，该反射层1-2可增加与发光层之间的粘结性，由于该反射层采用纯银烧结而成，而该发光层为石榴石结构的（lu,y,gd,tb）3（ga,al）5o12:ce³⁺与氧化铝形成的共晶发光层，其中银和氧化铝的晶体结构都为六方晶体结构，同样的晶体结构使得纯银的银粉和有机载体的混合浆料涂覆于氧化铝共晶发光层上高温烧结时，会形成更紧密的附着，可进一步提高反射层与发光层之间的附着力。

如图2所示，如上所述的波长转换装置的制备方法包括如下步骤：

步骤s1：提供al2o3-(lu,y,gd,tb)3(ga,al)5o12:ce³⁺共晶发光材料，并对al2o3-(lu,y,gd,tb)3(ga,al)5o12:ce³⁺共晶发光材料进行双面研磨抛光，一面镀增透膜或者表面粗化的预处理以形成共晶发光层；

步骤s2：在共晶发光层上涂覆银粉和有机体的混合浆料后烧结形成纯银的反射层，具体包括：

步骤s21：将涂覆混合浆料的共晶发光层在60-150℃下预烘干形成银反射层预成型层；

步骤s22：将步骤s21得到的银反射层预成型层置于高温炉中500-1000℃烧结形成银反射层。

步骤s3：提供镀镍金的导热基板，具体在本实施方式为铜基板，在铜基板上涂覆焊锡膏或预成型焊片，将发光层烧结有银反射层的一面置于焊锡膏上面，于280~320℃下回流焊接形成金属焊接层。

在可选择的其他实施方式中，步骤s3也可以为：在铜基板上涂覆纳米银浆在200~300℃下烧结形成连接层。优选的，可以为加压至10mpa下进行烧结，这样可以提高致密度。

步骤s2中采用的银粉为纯银，粒径范围是0.01~20um，颗粒是球形或者片状，有机体选用高温下可挥发或可分解的物质，在步骤s21的烘干和步骤s22的烧结过程中，有机体被除去，从而形成银反射层。

进一步的，银粉中还可以掺杂含量不超过30%的钯或铂的金属粉用于改善银的高温迁移特性。

实施例二

如图3所示，·本实施方式与第一种实施方式基本相同，波长转换装置包括,发光层2-1、反射层2-2、连接层2-3和导热基板层2-4，区别在于，在发光层2-1和反射层2-2之间还设置有氧化铝膜层2-5。

如上所述，由于氧化铝与银层的晶体结构都为六方晶体结构，因此额外设置氧化铝膜层，可以与银反射层之间形成紧密的附着。同时，氧化铝膜层与氧化铝共晶发光层也可以形成很好的附着性。因此相较实施方式一，本实施方式中的氧化铝膜层2-5可以用于更进一步提高荧光层与银反射层之间的粘结性，增强发光层与反射层之间的附着力。

由于银颗粒的粒径越小，烧结活性高；因此设置氧化铝膜2-5，可以进一步减小银颗粒的粒径，提高烧结活性。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

相对于目前多孔的漫反射结构，本发明采用纯银烧结形成的银反射层，提高反射层反射率和热导率的同时，利用银反射层对氧化铝共晶发光层中氧化铝单晶较高的附着力，从而也一并解决了银反射层与氧化铝共晶发光层的附着力问题。

本发明采用的氧化铝共晶发光层的热导率较高，且机械强度也更高，同时纯银反射层的反射率高，且热导率也较高，与连接层的附着力好，因而这种结构的波长转换装置能够实现高效率的同时，实现高亮度和高可靠性。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。