一种使用石棉纤维的激光照明组件及其制造方法与流程

本发明涉及石棉纤维，尤其是涉及一种使用石棉纤维的激光照明组件及其制造方法。
背景技术：
：石棉又称“石绵”，是一类具有高抗张强度、高挠性、耐化学与热侵蚀、电绝缘和具有可纺性的、纤维状的硅酸盐类矿物产品。石棉作为一个矿物种类，下辖2类共计6种矿物，包含有温石石棉、角闪石石棉、阳起石石棉、直闪石石棉、铁石棉、透闪石石棉等。世界上所用的石棉95％为温石棉。石棉由纤维束组成，而纤维束又由很长很细的能相互分离的纤维组成。且石棉纤维是中空的，孔道是联通的。沿石棉纤维长度方向，石棉具有较高的导热率，而在直径方向，由于石棉纤维的中空特性，其对光线有极强的散射折射作用。当然，石棉的用途，更为广泛地还是利用其具有的高度耐火性、电绝缘性和绝热性，是重要的防火、绝缘和保温材料。但是由于石棉纤维能引起石棉肺等问题，许多国家选择了全面禁止使用这种危险性物质。因此石棉的应用目前一直有较大阻力。而在照明领域，随着社会整体的进步不断前行。从最初的依靠动植物油脂、化石燃料，到白炽灯和气体放电灯(荧光灯)，之后在上世纪90年代，相对节能高效的led白光照明开始流行。近来，由于激光二极管的成本逐渐降低，性能趋于稳定，使用激光作为照明光源逐渐成为可能。激光照明分可见光激光照明和红外激光照明。可见光激光照明，按原理分为以下两种：蓝光激发荧光物质实现白光照明或红绿蓝激光合成白色激光或真彩色光照明。红外激光照明，则多应用于夜视、夜间摄像头监控照明。其中蓝光激光激发荧光物质实现白光照明是主流技术也是最为实用化的技术。事实上，激光照明技术与led照明从发光原理上没有太大区别。但相比led光源，激光二极管不存在的光效下降的问题，在照明上，激光照明可实现非常高的亮度，即激光照明器件有远胜于led的超高亮度(这同时意味着照明器件要承受更多的热辐射)。但因为激光是直线光，方向性很强，所得器件的光斑颜色极度不均匀，视觉效果目前还不成熟，还有待改进。这里需要强调的是，无论是何种激光照明技术，比如要面对两个问题：①.当蓝激光照射荧光物质上时，由于荧光物质将蓝光激光转化为白光互补光(通常为黄光)的转换效率小于100％，因此相当一部分激光能量会转换为热的形式，这会导致荧光物质的温度上升，而荧光物质的温度上升会发生热淬灭现象，发光强度降低；同时由于从蓝光转换为黄光时，由于蓝光与黄光之间存在能量差异，即斯托克斯位移，这部分能量差也会以热的形式释放，也会导致荧光物质的温度升高，产生热淬灭；极端地，当蓝光激光的功率足够高时，单位时间内，荧光物质中发光中心的退激活数量小于到达的蓝光光子数，照明器件的发光强度不会随着激发蓝光激光的功率增加，即出现所谓的激发淬灭问题。因此蓝光激光照明必须面对的第一个问题就是如何尽可能地降低荧光物质的温度升高。②激光是准直光。当准直的蓝光激光照射到荧光物质表面时，产生一个光斑。这个光斑具有如下特点：光斑中心的蓝光亮度极强，视觉上偏蓝色；略微偏离中心的位置，存在一个黄光和蓝光比例相对均衡的视觉白光区；而对于最外层的光斑，由于蓝光激光的强度较低，荧光物质所发的黄光占比更高，此时，视觉上呈现为黄光。同时激光照明器件光斑的光强整体上呈现一个“钟”形，中间的亮度高，周围的亮度逐渐降低。因此蓝光激光照明必须面对的第二个问题就是如何尽可能地保证照明器件光斑颜色和亮度的均匀性。激光照明器件在使用过程中会产生大量的热而导致发光物质发生热淬灭，考虑到玻璃态物质(或者陶瓷物质)具有良好的导热散热能力，因此多数情况下，激光照明的荧光物质通常为玻璃态(或者陶瓷形态)。玻璃态荧光物质的制备方法是采用低熔点玻璃粉与荧光粉均匀混合后，压制成片形，在一定温度下烧结，玻璃粉融化，冷却后，荧光粉颗粒均匀地分布到片形中，得到含有荧光粉的玻璃状态发光片。而陶瓷形态的荧光物质，通常采用流延法或者热压法等获得。考虑到制造的成本问题，玻璃态物质是技术主流。无论是何种方法获得荧光物质，虽然都具有较高的导热散热能力，但都无法解决激光照明器件光斑不均匀的问题。因此，为了解决这一问题，可在荧光物质中制造适当的微孔。如将低熔点玻璃粉、荧光粉和有机物颗粒或者将诸如镁铝尖晶石等透明物质与荧光粉和有机物颗粒混合均匀，然后压制成型，最后通过烧结，得到含有一定量微孔的荧光物质。利用微孔对光的散射，将准直的蓝光激光“打散”，使得激光照明器件产生更均匀的光斑。上述方法在专利文献1和专利文献2和专利文献3和专利文献4中均有体现，这里不再赘述。但需要指出的是，微孔的存在会破坏材料的连续性，降低材料的机械强度和散热即导热性能。总之，目前，所有的公开技术方案中，都无法解决如下问题：在实现蓝光激光照明的组件中使用的荧光物质，负责发光的部分同时承担了打散(通过制造微孔)蓝光激光的功能，因此不能同时平衡散热、导热和激光光斑均匀的问题。即虽然玻璃态或者是陶瓷形态的荧光物质散热和导热较强，对于抵抗热淬灭有积极意义，但当为了将蓝光激光打散，使得激光照明器件产生更均匀的光斑，而在玻璃态或者是陶瓷形态的荧光物质中制造的微孔，虽然可以打散准直的激光，但会降低玻璃态或者是陶瓷形态的荧光物质散热和导热能力，同时降低了玻璃态或者是陶瓷形态的荧光物质的机械强度。即目前所有公开的技术方案，都是折中的技术方案，只能做到尽可能地控制微孔密度，让光斑均匀的情况下，荧光物质的散热和导热性能下降到不至于无法接受的程度，但这是以降低激光照明器件整体的光效为前提的。参考文献：专利文献1：b·霍普，p·纳斯，v·哈格曼，y·门克，w·贝耶尔，多晶陶瓷、其制备方法和用途，申请号：201480006289.6.专利文献2：j·f·科索，n·辛克，发光陶瓷转换器及其制备方法申请号：201180007665.x.专利文献3：p·斯米特，h·h·贝克特尔，w·巴塞尔特，b·s·施赖恩马彻，电致发光器件，申请号：200780010049.3.专利文献4：j·g·博雷坎普，o·j·斯特格尔曼，h·a·m·范哈尔，j·f·m·西莱森，用于发光二极管的光学陶瓷中通过受控孔隙度的光散射，申请号：200980102274.9.技术实现要素：本发明的第一目的是提供一种使用石棉纤维的激光照明组件。本发明的第二目的是提供一种使用石棉纤维的激光照明组件的制造方法。所述使用石棉纤维的激光照明组件由石棉纤维、低熔点玻璃粉、荧光粉和有机载体混合均匀，作为光线散射介质，石棉纤维的内管直径为3.5～24nm，外管直径为400nm～10μm，长度为1～100μm。所述石棉纤维、低熔点玻璃粉、荧光粉和有机载体的质量比可为(0.1︰20︰80︰10)～(1︰8︰2︰2)。所述石棉纤维为温石棉纤维。所述低熔点玻璃粉的熔点范围可为500～650℃。所述荧光粉可采用y3al5o12:ce。所述有机载体可采用松油醇等。激光照明组件使用蓝光激光激发。蓝光激光波长范围为420～480nm。所述使用石棉纤维的激光照明组件的制造方法包括以下步骤：1)将石棉纤维、低熔点玻璃粉、荧光粉和有机载体混合均匀，配制成浆料；2)将浆料涂刷在蓝宝石表面，高温烧结，待冷却后，从承载的蓝宝石表面上取下烧结好的含有石棉纤维、低熔点玻璃粉和荧光粉组成的片状物质，即得到使用石棉纤维的激光照明组件。在步骤1)中，所述石棉纤维、低熔点玻璃粉、荧光粉和有机载体的质量比可为(0.1︰20︰80︰10)～(1︰8︰2︰2)；所述有机载体可采用松油醇等。在步骤2)中，所述浆料涂刷的厚度可为50～500μm；所述高温烧结的温度可为500～650℃。本发明提供了一种使用石棉纤维的激光照明组件及其制造方法，该组件中包含石棉纤维。具体制造方法是将石棉纤维和低熔点玻璃粉和荧光粉按照一定比例混合均匀，其中石棉纤维、低熔点玻璃粉、荧光粉和挥发性有机物的质量比为(0.1︰20︰80︰10)～(1︰8︰2︰2)变动，然后将浆料涂刷到蓝宝石表面，最后在高温下烧结，即可获得含有石棉纤维的激光照明组件。该激光照明组件中，石棉纤维有极强的光线散射的作用，能显著提供激光照明组件光斑的均匀性。与现有技术相比，本发明的照明组件具有全新的结构，制造工艺难度极小，导热率和激光光斑散射性能显著优于常规结构。在本发明中，首次将石棉应用于激光照明领域，拓展了石棉的应用领域，同时对于激光照明组件的设计，本发明提出了一种全新的方法，即照明组件中，使用石棉纤维。利用石棉纤维的长度方向较强的导热性能和径向对光线优异的散射能力，在激光照明组件中，实现打散蓝光激光、使光斑更加均匀，且能提高组件的导热、散热性能，完全、彻底地解决了现有技术方案中不能同时平衡散热、导热和激光光斑均匀的问题。这一新方法是发明人首次发现，有望推进激光照明的实用化。附图说明图1为本发明所述使用石棉纤维的激光照明组件实施例的结构组成示意图。图2为本发明对比例1中得到的相关色温分布图。图3为本发明对比例2中得到的相关色温分布图。图4为本发明实施例1中得到的相关色温分布图。具体实施方式下面将结合实施例和附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明。本发明提供了一种使用石棉纤维的激光照明组件及其制造方法。即，将石棉纤维和低熔点玻璃粉和荧光粉和挥发性有机物按照一定比例混合均匀，配制成浆料，然后将浆料涂刷到蓝宝石表面，最后在高温下烧结。待冷却后，从承载的蓝宝石表面上取下烧结好的含有石棉纤维和荧光粉和低熔点玻璃组成的片状物质，即可得到激光照明组件。如图1所示，激光照明组件04中使用石棉纤维03作为光线散射介质，荧光粉01和石棉纤维03由于低熔点玻璃粉熔融的作用，均匀地分布在玻璃态02物质之中。石棉纤维03、低熔点玻璃粉、荧光粉01和有机载体的质量比为(0.1︰20︰80︰10)～(1︰8︰2︰2)。在本发明提供的一些实施例中，所述石棉纤维03、低熔点玻璃粉、荧光粉01和有机载体的质量比为1︰10︰10︰2。石棉纤维03的内管直径在3.5～24nm之间，外管直径在400nm～10μm之间，长度在1～100μm之间。在本发明提供的一些实施例中，优选内管直径为10nm、外管直径为450nm，长度为50μm温石棉纤维。激光照明组件的使用蓝光激光激发。蓝光激光波长范围为420～480nm。低熔点玻璃粉的熔点范围在500～650℃之间。在本发明提供的一些实施例中，低熔点玻璃粉的熔点优选为600℃。荧光粉01为y3al5o12:ce。激光照明组件的使用蓝光激光激发。优选地，蓝光激光波长范围为420～480nm。在本发明提供的一些实施例中，蓝光激光波长优选为450nm。有机载体为松油醇。所述涂刷的厚度为50～500μm之间。在本发明提供的一些实施例中，涂刷的厚度优选为100μm。高温烧结的温度在500～650℃之间。在本发明提供的一些实施例中，高温烧结的温度优选为600℃。本发明利用石棉纤维的长度方向较强的导热性能和径向对光线优异的散射能力，在激光照明组件中，实现打散蓝光激光、使光斑更加均匀，且能提高组件的导热、散热性能。为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种反射式蓝光激光照明组件进行详细描述。以下对比例或实施例中所用的材料或试剂均为市售。对比例1将y3al5o12:ce荧光粉和低熔点玻璃粉和有机载体按照质量比5︰5︰1混合均匀。然后将上述浆料涂刷到蓝宝石基板上，涂刷的厚度为100μm，基板的厚度为1mm。然后将承载有浆料的基板于高温下烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为30min，待样品冷却后，从蓝宝石表面取下玻璃状物质即可。使用功率为10w、发射波长为450nm的蓝光激光器照射该器件，从发光层入射。光斑均匀性的测量结果见图2。可以看出，由于没有散射激光的结构(微孔)，当偏离光斑中心的距离增加少许，器件上对于位置的相关色温明显降低，即该方法获得的器件，光斑均匀性较差。器件的导热系数和抗压强度见表1。由于器件中没有制造微孔，因此器件的导热系数和抗压强度和发光强度较高。对比例2将聚乙烯微球(外部直径为0.45μm，空心直径为0.01μm)、y3al5o12:ce荧光粉与低熔点玻璃粉和有机载体按照质量比1︰10︰10︰2混合均匀。然后将上述浆料涂刷到蓝宝石基板上，涂刷的厚度为100μm，基板的厚度为1mm。然后将承载有浆料的基板于高温下烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为30min，待样品冷却后，从蓝宝石表面取下玻璃状物质即可。使用功率为10w、发射波长为450nm的蓝光激光器照射该器件，从发光层入射。光斑均匀性的测量结果见图3。可以看出，由于有散射激光的结构(微孔)存在，当偏离光斑中心的距离增加少许，器件上对于位置的相关色温出现一定的降低，但较对比例1的效果有改善。但由于采用了聚乙烯微球，该材料为有机物，烧结后会产生一定积碳，导致器件颜色偏黑，器件的发光强度有所降低。即该方法获得的器件，光斑均匀性对较对比例1有所提高。器件的导热系数和抗压强度和发光强度见表1。由于器件中有微孔，因此器件的导热系数和抗压强度较较对比例明显降低高。实施例1将石棉纤维、y3al5o12:ce荧光粉与低熔点玻璃粉和有机载体按照质量比1︰10︰10︰2混合均匀。然后将上述浆料涂刷到蓝宝石基板上，涂刷的厚度为100μm，基板的厚度为1mm。然后将承载有浆料的基板于高温下烧结，烧结温度为600℃，烧结时间为30min，待样品冷却后，从蓝宝石表面取下玻璃状物质即可。使用功率为10w、发射波长为450nm的蓝光激光器照射该器件，从发光层入射。光斑均匀性的测量结果见图4。可以看出，由于有石棉纤维的结构(微孔)存在，当偏离光斑中心的距离增加很多，器件上对于位置的相关色温机会没有任何的改变，即该方法获得的器件，光斑均匀性极好。器件的导热系数和抗压强度和发光强度见表1。由于器件中(发光层)没有制造微孔，因此器件的导热系数和抗压强度较高。由于采用了空心氧化铝微球，该材料为无机物有机物，烧结后不会产生积碳，器件的发光强度较对比例2有明显增加。表1对比例和实施例所得器件的测试数据序号导热系数(w/m.k)抗压强度(mpa)中心发光强度(任意单位)对比例17.26183.530.2对比例23.1233.218.5实施例17.27184.130.3需要说明的是，以上实施例仅为本发明的一种实施方式，本发明还可以做出其他变形和改进。当前第1页12