一种热梯度无机荧光体及其制备方法

1.本发明属于照明和显示技术领域，更具体地，涉及一种热梯度无机荧光体及其制备方法。


背景技术：

2.在当前全球能源短缺的背景下，半导体固态照明以其高光效、低能耗、长寿命、环境友好等优点，引领了国家节能环保能力的持续提升。随着人们对高亮度照明设备的需求不断增加，半导体照明技术正朝着大电流、高功率密度、轻量化以及小尺寸的方向发展，作为新一代照明技术的激光照明应运而生。与现有led技术相比，激光光源技术不仅避免了效率骤降问题，还具有超大功率、超高亮度、高准直性、照射距离远等特点，可应用于汽车大灯、投影显示、医疗设备、可见光通讯等领域，市场潜力巨大。
3.激光白光光源(白光ld)常采用激光荧光技术，即蓝光ld芯片激发远程黄色荧光体(或荧光转换材料)。由于蓝光ld光功率密度高、辐射光斑小，荧光体要承受高的激光辐射能量和荧光转换热量，这对荧光体的耐热性提出更高要求。目前研究者采用高热稳定的无机荧光体取代传统有机荧光体，开发相应的“激光+无机荧光体”激光白光光源。其中，荧光玻璃是由荧光粉和玻璃组成的无机复合荧光体，具有发光特性可调、材料体系丰富、工艺简单、成本低等优点。虽然荧光玻璃在蓝光ld激发下实现白光照射效果，但随着激光功率密度增加，光致发热量急剧升高，荧光玻璃微区出现高温猝灭和发光热饱和，造成荧光玻璃发生熔化和碎裂。
4.为解决这一问题，研究者们提出了在导热基片上制备荧光玻璃膜的方法。相对于荧光玻璃片，荧光玻璃膜具有更高的散热性能，且可采用导热基片为膜层提供热传输通道。但异质材料热膨胀系数差异会造成界面应力过大，使得膜层发生裂纹、脱落等问题；由于常用低熔点玻璃热导率偏低，限制膜层本身热导率，导致膜层中远离基片位置尤其是靠近顶面的热量难以有效传导，膜层局部温度较高；膜层-基片异质界面质量差，影响激光荧光光热效应，限制荧光玻璃散热性能的提升。因此，有必要提出一种新型无机荧光体来满足高功率密度激光激发需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术缺陷和改进需求，本发明提供了一种热梯度无机荧光体及其制备方法，其目的在于解决导热系数差异导致异质材料间出现热突变界面的问题，以及热膨胀系数不同导致膜层间出现裂纹和脱落等问题，通过热梯度无机荧光体实现导热系数、热膨胀系数从荧光玻璃膜到导热基片的平滑过度，提高热量传导效率和降低界面应力；同时采用双面导热结构，增加热量的传导路径和效率，提高荧光玻璃的散热性能，从而满足激光白光光源的封装需求。
6.根据本发明第一方面，提供了一种热梯度无机荧光体，自下而上依次为导热基片、热梯度层、荧光玻璃膜和导热盖板；所述热梯度层为一层含导热颗粒的低熔点玻璃；
7.或者所述热梯度层为至少两层结构，各层为含不同浓度导热颗粒的低熔点玻璃，其中导热颗粒的浓度自所述导热基片至所述荧光玻璃膜方向递减；
8.所述低熔点玻璃的玻璃化转变温度低于800℃。
9.优选地，所述导热颗粒的导热系数大于100w
·
m-1
·
k-1
。
10.优选地，所述导热颗粒为氮化铝、氮化硼或金刚石。
11.优选地，所述热梯度层的热膨胀系数介于所述导热基片与所述荧光玻璃膜两者的热膨胀系数之间。
12.优选地，所述导热基片的导热系数大于150w
·
m-1
·
k-1
，反射率大于90％；
13.优选地，所述导热基片为氮化铝或铝片。
14.优选地，所述导热盖板的导热系数大于30w
·
m-1
·
k-1
，透过率大于85％；
15.优选地，所述导热盖板为蓝宝石或金刚石。
16.优选地，所述荧光玻璃膜由荧光玻璃浆料固化而成，该荧光玻璃浆料包括荧光粉、低熔点玻璃粉、有机溶剂和粘接剂；其中低熔点玻璃粉的玻璃化转变温度低于800℃，荧光粉为单色荧光粉或多色荧光粉，荧光粉浓度为低熔点玻璃粉重量的20％～200％。
17.根据本发明另一方面，提供了任一所述热梯度无机荧光体的制备方法，包括以下步骤：
18.s1：在导热基片上涂覆一层含导热颗粒的低熔点玻璃粉，形成热梯度层；
19.或者在导热基片上分别涂覆含有不同浓度的导热颗粒的低熔点玻璃粉，导热颗粒的浓度自下而上递减，形成热梯度层；
20.s2：在步骤s1得到的热梯度层上涂覆荧光玻璃浆料，该荧光玻璃浆料包括荧光粉、低熔点玻璃粉、有机溶剂和粘接剂，然后将导热盖板覆盖在玻璃浆料上；
21.s3：将步骤s2得到的结构进行烧结，即得到所述热梯度无机荧光体；
22.步骤s1和步骤s2中所述的低熔点玻璃粉的玻璃化转变温度低于800℃。
23.优选地，所述烧结的温度为600～800℃。
24.优选地，所述导热颗粒为氮化铝、氮化硼或金刚石；
25.所述导热基片为氮化铝或铝片；
26.所述导热盖板为蓝宝石或金刚石。
27.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
28.(1)本发明利用双面导热结构和热梯度层改善了荧光玻璃膜的散热性能，避免了发光饱和问题，提高了无机荧光体的转换效率和热稳定性。该热梯度无机荧光体可被高功率激光光源激发，实现高功率、高亮度的激光白光光源。
29.(2)本发明利用双层导热结构增加了散热途径，增强了散热性能，增大了发光饱和阈值，提高了无机荧光体转换效率和热稳定性。
30.(3)本发明利用热梯度层实现了导热基片和荧光玻璃膜之间导热系数、热膨胀系数的平滑过渡，提高了热量传导效率，降低了界面应力，增强了散热性能。
31.(4)本发明热梯度无机荧光体因为其优异的散热性能，可被高功率激光光源激发，从而实现高功率高亮度的激光白光光源。
附图说明
32.图1是本发明实施例1中的热梯度无机荧光体的结构示意图；
33.图2是本发明实施例2中的热梯度无机荧光体的结构示意图；
34.图3是本发明实施例提供的一种热梯度无机荧光体制备工艺流程图。
35.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-导热基片、2-热梯度层、3-荧光玻璃膜、4-导热盖板。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.本发明一种热梯度无机荧光体，自下而上依次为导热基片1、热梯度层2、荧光玻璃膜3和导热盖板4；所述热梯度层2为一层含导热颗粒的低熔点玻璃；
38.或者所述热梯度层2为至少两层结构，各层为含不同浓度导热颗粒的低熔点玻璃，其中导热颗粒的浓度自所述导热基片至所述荧光玻璃膜方向递减；
39.所述低熔点玻璃的玻璃化转变温度低于800℃。
40.一些实施例中，所述热梯度层2为两层或三层结构，每层为含不同浓度导热颗粒的低熔点玻璃，导热颗粒的浓度自所述导热基片1到所述荧光玻璃膜3的方向递减，以实现两结构之间导热系数的平滑过渡。
41.本发明热梯度无机荧光体的制备方法，包括以下步骤：
42.s1：在导热基片上涂覆一层含导热颗粒的低熔点玻璃粉，形成热梯度层；
43.或者在导热基片上分别涂覆含有不同浓度的导热颗粒的低熔点玻璃粉，导热颗粒的浓度自下而上递减，形成热梯度层；
44.s2：在步骤s1得到的热梯度层上涂覆荧光玻璃浆料，该荧光玻璃浆料包括荧光粉、低熔点玻璃粉、有机溶剂和粘接剂，然后将导热盖板覆盖在玻璃浆料上；
45.s3：将步骤s2得到的结构在高温条件下烧结，即得到所述热梯度无机荧光体；
46.步骤s1和步骤s2中所述的低熔点玻璃粉的玻璃化转变温度低于800℃。
47.一些实施例中，烧结的温度为600～800℃；烧结使用马弗炉烧结时，烧结时间为30～60min；使用放电等离子体烧结(sps)工艺烧结时，烧结时间为5～10min。
48.实施例1
49.如图1所示，所述热梯度无机荧光体，包括：导热基片1、热梯度层2、荧光玻璃膜3和导热盖板4；其中，所述导热基片1材质为氮化铝，其上涂覆有两层结构的热梯度层2，材质为掺杂了氮化铝颗粒的低熔点玻璃，每层厚度相同，均为50μm，按照顺序先后涂覆氮化硼颗粒浓度为30wt％和10wt％的低温玻璃粉浆料；所述荧光玻璃膜2材质为含有yag荧光粉的荧光玻璃，制备于热梯度层2上；所述导热盖板4材质为蓝宝石，覆盖在荧光玻璃膜3上。
50.如图3所示，制备热梯度无机荧光体的步骤包括：
51.步骤一，选用材质为氮化铝的导热基片1，将掺杂了氮化铝导热颗粒的低熔点玻璃粉末制备成不同浓度的玻璃浆料，按浓度从大到小依次涂覆在导热基片1上，形成热梯度层
2的两层结构；
52.步骤二，将将2g松油醇和0.1g乙基纤维素混合，在80℃下超声搅拌直至乙基纤维素完全溶解，以作为玻璃浆料的有机溶剂，然后加入3gyag黄色荧光粉和2g低温硼硅酸盐玻璃粉，最后通过磁力搅拌15min获得所述荧光玻璃浆料；在步骤一获得的热梯度层2上涂覆所述荧光玻璃浆料，选取蓝宝石作为导热盖板4置于导热基片1上方并对准；
53.步骤三，将上述结构置于马弗炉中，在600℃温度下烧结30min，形成所述荧光玻璃层3；通过热梯度层2和荧光玻璃层3实现导热盖板4与导热基片1之间的固定，从而得到热梯度无机荧光体。
54.实施例2
55.如图2所示，所述热梯度无机荧光体，包括：导热基片1、热梯度层2、荧光玻璃膜3和导热盖板4；其中，所述导热基片1材质为铝片，其上涂覆有三层结构的热梯度层2，材质为掺杂了氮化硼颗粒的低熔点玻璃，每层厚度相同，均为50μm，按照顺序先后涂覆氮化硼颗粒浓度为50wt％、30wt％和10wt％的低温玻璃粉浆料；所述荧光玻璃膜3材质为含有yag(钇铝石榴石晶体(y3al5o
12
))荧光粉的荧光玻璃，制备于热梯度层2上；所述导热盖板4材质为蓝宝石，覆盖在荧光玻璃膜3上。
56.如图3所示，制备热梯度无机荧光体的步骤包括：
57.步骤一，选用铝片作为导热基片1，将掺杂了氮化硼导热颗粒的低熔点玻璃粉末制备成不同浓度的玻璃浆料，按浓度从大到小依次涂覆在导热基片1上，形成热梯度层2的结构；
58.步骤二，将将3g松油醇和0.15g乙基纤维素混合，在80℃下超声搅拌直至乙基纤维素完全溶解，以作为玻璃浆料的有机溶剂，然后加入4.5gyag黄色荧光粉和3g低温硼硅酸盐玻璃粉，最后通过磁力搅拌15min获得所述荧光玻璃浆料；在步骤一获得的热梯度层2上涂覆所述荧光玻璃浆料，选取蓝宝石作为导热盖板4置于导热基片1上方并对准；
59.步骤三，将上述结构采取放电等离子体烧结工艺烧结，在600℃温度下烧结10min，形成荧光玻璃层3；通过热梯度层2和荧光玻璃层3实现导热盖板4与导热基片1之间的固定，从而得到热梯度无机荧光体。
60.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。