一种荧光体及其制备方法和应用

本发明属于激光照明，具体涉及一种荧光体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在激光照明应用中，常采用蓝光激光光源作为激发源照射到黄色荧光体发生荧光转换，将部分入射的蓝光转换为黄光，剩余蓝光与荧光转换的黄光混合形成白光。

2、基于激光的固有特性，激光照明器件的主要特征有光斑小(<5mm2)、功率密度高(>10w/mm2)、局部热流密度大(>500w/cm2)等。因此，激光照明的荧光体中极易产生热量堆积，造成光斑处热场分布不均。局部的高温(>250℃)如不能快速耗散，将引起封装材料的失效、荧光体热猝灭等不良工况，进而引起激光照明器件整体性能下降甚至失效。

3、激光照明常见两种封装布置形式，分别为透过式和反射式。

4、以蓝光激发黄色荧光玻璃为例，在透过式激光照明中，激光辐照并穿透荧光玻璃，通过荧光转换过程将部分蓝光转换为黄光，然后未转换的蓝光与黄光混合并穿透荧光玻璃形成白光，透过式激光照明具有光路简单、结构紧凑等特点，但能够采用的散热手段有限，无法针对荧光转换材料上激光辐照处的高温点进行散热，难以大幅提高透过式将照明的功率，无法满足高亮度激光照明的需求。

5、反射式激光照明中，荧光玻璃通常与高导热反射基片结合。激光辐照荧光玻璃发生荧光转换，通过荧光转换过程将部分蓝光转换为黄光，然后未转换的蓝光与黄光经反射基片反射后混合形成白光，反射基片可以通过与其他散热方式进行耦合，从而提高荧光玻璃的散热性能与饱和阈值，从而进一步提高激光照明的功率。然而，反射式激光照明中仍存在一些问题：一方面，由于荧光玻璃的热导率较低，在激光辐照的过程中，荧光玻璃表面的热量很难被迅速传导到底部的散热基片上，因此在荧光玻璃表面会出现高温，热量积累会导致荧光体效率降低，进而导致发光饱和，难以实现高功率的白光激光照明；另一方面，荧光玻璃通与高散热基片结合后，通常使用导热硅脂等热粘接材料将荧光转换模块与整个系统连接，由于导热硅脂的热导率为1～5w/m·k，太低，不利于热量从荧光转换模块向外界快速传输，阻碍了激光光源的散热过程，限制了白光激光照明功率的提升。因此，急需开发一种能够增强荧光玻璃散热量的荧光体。

技术实现思路

1、本发明提供了一种荧光体及其制备方法和应用，解决了现有技术荧光玻璃散热不好，阻碍了激光光源的散热过程，限制了白光激光照明功率的提升的问题。

2、一种荧光体，所述荧光体自上而下依次包括：荧光玻璃层1、散热基片2、焊接层4和热沉层5，所述散热基片2的表面设置有三维结构阵列；散热基片2具有三维结构阵列的一面烧结有荧光玻璃层1，另一面设置有焊接层4，焊接层4底部设置有热沉层5。

3、优选的，所述散热基片2的三维结构阵列高度为25μm-250μm，小于荧光玻璃层高度的一半。在增强散热的同时，不影响大功率激光照明。

4、优选的，所述荧光玻璃层1为单色荧光玻璃或多色荧光玻璃，厚度为50-500μm。

5、优选的，所述散热基片2为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或金属铝，厚度为500μm-2mm。保证导热基片的光反射率和导热率。

6、优选的，所述焊接层4由锡银铜焊膏或锡铋焊膏焊接后形成，厚度为20-50μm。焊接层4用于连接散热基片2与热沉层5，达到焊接效果的同时，不影响散热。

7、优选的，所述热沉层5为金属铝或铜，厚度为5-20mm。金属导热效果好，进一步增强散热性能，提高激光功率密度和光通量。

8、本发明的第二个目的在于保护所述一种荧光体的制备方法，包括以下步骤：

9、制备表面具有三维结构阵列的散热基片2；

10、将荧光玻璃浆料烧结在所述散热基片2具有三维结构阵列的一面，形成荧光玻璃层1；所述荧光玻璃浆料由荧光粉、玻璃粉、粘接剂、有机溶剂混合形成，其中，荧光粉、玻璃粉、粘接剂、有机溶剂按质量比为20～40:20～40:1:19；

11、在所述散热基片2未涂覆所述荧光玻璃浆料的一面制备焊接层4；

12、在焊接层4底部制备热沉层5。

13、优选的，所述荧光玻璃浆料的烧结温度为550～650℃。

14、优选的，当所述散热基片2为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷时，所述荧光体自上而下依次包括：荧光玻璃层1、散热基片2、银层3、焊接层4和热沉层5；银层厚度为5-20μm。

15、优选的，在所述散热基片2未涂覆所述荧光玻璃浆料的一面涂覆银层3，在所述银层3底部制备焊接层4，在焊接层4底部制备热沉层5。

16、本发明的第三个目的在于保护所述的荧光体在反射式激光照明中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、现有技术在制备荧光体时，先用荧光玻璃与高散热基片结合，使用导热硅脂等热粘接材料将荧光转换模块与整个系统连接，但是导热硅脂的热导率太低，影响散热。本发明提出了一种荧光体，将散热基片加焊接金属热沉结合，增强散热，同时散热基片的表面为三维结构阵列，增大了散热基片的散热面积，为荧光玻璃制造横向散热通道，使荧光玻璃中的热量能够迅速从三维结构阵列传导至散热基片，并通过金属热沉进一步耗散至空气中，而且热沉层为金属铝或铜，导热效果良好。因此，本发明制备的荧光体能够极大地增强荧光玻璃的散热量，进而避免荧光玻璃的热猝灭效应，提高了荧光玻璃的激光激发饱和阈值，从而实现大功率激光照明。

19、散热基片选用氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或金属铝，能够有效地增强荧光层的散热，提高可承受的激光功率密度、光通量。

技术特征：

1.一种荧光体，其特征在于，所述荧光体自上而下依次包括：荧光玻璃层1、散热基片2、焊接层4和热沉层5，所述散热基片2的表面设置有三维结构阵列；散热基片2具有三维结构阵列的一面烧结有荧光玻璃层1，另一面设置有焊接层4，焊接层4底部设置有热沉层5。

2.根据权利要求1所述一种荧光体，其特征在于，所述散热基片2的三维结构阵列高度为25μm-250μm，小于荧光玻璃层高度的一半。

3.根据权利要求2所述一种荧光体，其特征在于，所述荧光玻璃层1为单色荧光玻璃或多色荧光玻璃。

4.根据权利要求3所述一种荧光体，其特征在于，所述散热基片2为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷或金属铝。

5.根据权利要求4所述一种荧光体，其特征在于，所述焊接层4由锡银铜焊膏或锡铋焊膏焊接后形成。

6.根据权利要求5所述一种荧光体，其特征在于，所述热沉层5为金属铝或铜。

7.根据权利要求6所述一种荧光体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述一种荧光体的制备方法，其特征在于，所述荧光玻璃浆料的烧结温度为550～650℃。

9.根据权利要求6所述一种荧光体，其特征在于，当所述散热基片2为氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷时，所述荧光体自上而下依次包括：荧光玻璃层1、散热基片2、银层3、焊接层4和热沉层5。

10.一种权利要求1所述的荧光体在反射式激光照明中的应用。

技术总结
本发明涉及激光照明技术领域，公开了一种荧光体及其制备方法和应用，荧光体自上而下依次包括：荧光玻璃层、散热基片、焊接层和热沉层；所述散热基片的表面设置有三维结构阵列；散热基片具有三维结构阵列的一面烧结有荧光玻璃层，另一面设置有焊接层，焊接层底部设置有热沉层。制备方法为：制备散热基片；制备荧光玻璃层；制备焊接层；焊接层底部制备热沉层。本发明将三维结构阵列基片加焊接金属热沉结合，增强散热，为荧光玻璃制造横向散热通道，热量能迅速从三维结构阵列传导至散热基片，并通过金属热沉进一步耗散至空气中，极大地增强荧光玻璃的散热量，避免荧光玻璃的热猝灭效应，提高了荧光玻璃的激光激发饱和阈值，实现大功率激光照明。

技术研发人员：彭洋,余子康,李佳豫
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17