CN102434853B - 光波长转换片、其制备方法及使用该光波长转换片的光源 - Google Patents
光波长转换片、其制备方法及使用该光波长转换片的光源 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种光波长转换片、其制备方法及使用该光波长转换片的光源，所述方法包括步骤：a)将光波长转换材料与无机填料按一定比例均匀混合成混合物；b)将所述混合物在模具上预制成光波长转换材料层；c)固化并脱模：将预制成的光波长材料层在一定条件下固化并脱模。通过上述方式，本发明能够使无机填料粘结光波长转换材料及填充光波长转换材料之间的空隙，光波长转换片能耐高温，可以使用在大功率LED或激光光源中。
Description
技术领域
本发明涉及照明与显示用的光源技术领域，特别是涉及一种光波长转换片、该光波长转换片的制备方法及使用该光波长转换片的光源。
背景技术
以荧光粉为代表的光波长转换材料被广泛应用于激光光源和LED(LightEmittingDiode，发光二极管)光源中。使用过程中，荧光粉被直接涂覆在相应位置形成涂层或先形成荧光粉片层再粘结在相应的位置处；荧光粉片/涂层接受来自前述光源发射的激发光，并被激发光激发形成受激发光再发射出去。
采用直接涂覆形成荧光粉涂层的方式时，使用过程中荧光粉容易发生沉降使荧光粉涂层不均，从而导致发光不均。
使用荧光粉片能有效解决前述问题，现有的荧光粉片材料主要包括荧光粉与硅胶。此类荧光粉片的制作步骤主要包括：a)将荧光粉与硅胶按照一定比例混合成荧光粉胶后抽真空；b)使用钢网或丝网在基材上面将所述荧光粉胶刷制成一定形状；c)在一定温度下对前述刷制的荧光粉胶进行烘干形成荧光粉片；d)将荧光粉片切割至所需要的形状。
按照上述方法制得的荧光粉片为有机无机复合材料，呈现半透明状。由于硅胶与荧光粉受热与收缩系数不同，在使用过程中，荧光粉片受热温度升高容易出现荧光粉与硅胶分离，降温后荧光粉不能恢复在荧光粉片中的位置，从而导致荧光粉片的失效。
鉴于此，需要提供一种光波长转换片、该光波长转换片的制备方法及使用该光波长转换片的光源，以解决现有技术中所存在的上述技术问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种光波长转换片、该光波长转换片的制备方法及使用该光波长转换片的光源可以满足在较高的温度下光波长转换材料不会从光波长转换片中脱离。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光波长转换片的制备方法，包括以下步骤，a)混料：将光波长转换材料与无机填料按一定比例均匀混合成混合物；b)预成型：将所述混合物在模具上预制成光波长转换材料层；c)固化并脱模：将预制成的光波长材料层在一定条件下固化并脱模。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光波长转换片包括光波长转换材料，其中，所述光波长转换片还包括无机填料，所述光波长转换材料均匀分布在所述无机填料中并与之形成薄片。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光源，包括用于提供激发光的激发光源和设在激发光光路上的光波长转换片，其中所述光波长转换片为光波长材料均匀分布在无机填料中形成的薄片。
与现有技术相比，本发明将光波长转换材料与无机填料混合制得光波长转换片，无机填料与光波长转换材料均具有耐高温的特性，所以随着温度高低的变化，不会导致荧光粉颗粒与无机填料分离，进而，能够满足大功率LED及激光光源长时间使用。
附图说明
图1是本发明光波长转换片制造方法第一实施方式的流程图；
图2是本发明光波长转换片的扫描电镜图图片；
图3是本发明光波长转换片与现有硅胶制光波长转换片的光通量和波长对比图；
图4是本发明光波长转换片制造方式第二实施方式的流程图；
图5是本发明光波长转换片制造方法第三实施方式的流程图；
图6是本发明光波长转换片制造方法第四实施方式的流程图。
图7是本发明光源第一实施方式的示意图。
图8是图7所示色轮的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
本发明光波长转换片包括光波长转换材料和无机填料，所述光波长转换材料均匀分布在无机填料中并与之形成薄片。
所述光波长转换材料包括荧光粉、荧光染料和纳米材料等。所述无机填料包括氧化硼、氧化锆、氧化铝、氧化硅、氧化钾、氧化钙、氧化钠等。
图1为本发明光波长转换片制备方法第一实施方式的流程图。包括如下步骤：
步骤S10混料：将光波长转换材料和无机填料按一定比例均匀混合成混合物。
在该步骤中，将称量好的光波长转换材料和无机填料制成混合物的过程可采用手动或电动搅拌等方式，直到光波长转换材料均匀分布在混合物中。前述混合方式只是列举，凡是能使光波长转换材料均匀分布在混合物中的方式都在本发明的保护范围中。
所述混合物包括固体粉末状和可流动胶体状两种形态；其中可流动胶体状的混合物还需在其中加入特定的溶剂。关于固体粉末状和可流动胶体状混合物的具体制作流程将分别在第三、四实施方式中详细说明。
步骤S20预成型：将所述混合物在模具上预制成光波长材料转换层。
所述模具一般采用耐高温的金属材质，通过一定的方式使所述混合物均匀地平铺在模具上。
步骤S30固化并脱模：S30a烧成，将位于所述模具上的所述光波长转换材料层在第一温度下烘烤第一时间长度；S30b脱模，将所述在第一温度下烘烤过第一时间长度的光波长转换材料层冷却后从所述模具脱离，所述脱离模具的光波长转换材料层即光波长转换片。
本步骤中的第一温度范围为500～1200℃，第一时间长度为30～60分钟；在这样的条件下，无机填料能够彻底融化，与光波长转换材料完全的结合在一起；不会出现无机填料不完全融化导致光波长转换片中夹杂不透光的无机填料颗粒的状况进而影响光波长转换片的使用效果。
本步骤中，将在第一温度下烘烤过第一时间长度的光波长材料层冷却时，冷却温度不做限定，能确保将光波长转换材料层从模具上脱模即可；所采取的冷却方式亦不受限制，例如将在第一温度下烘烤第一时间长度的光波长材料层放置在空气中自然冷却等。脱模过程中必要时可采用辅助工具，不可损坏光波长转换材料层。
图2为通过上述方式制成的光波长转换片的扫描电镜图图片，荧光粉颗粒被无机填料粘结在一起形成了完整的一体。
图3为通过上述方式制成的无机光波长转换片与硅胶制的光波长转换片的光通量和波长对比图。从图中可以看出无机光波长转换片和硅胶光波长转换片的性能几乎完全一样。
本发明光波长转换片的第一实施方式采用光波长转换材料与无机填料混合制成，因为无机填料和光波长转换材料都具有耐高温的特性，所以随着温度高低的变化，不会出现光波长转换材料与无机填料分离的现象。
图4为本发明光波长转换片制备方法第二实施方式的流程图。与第一实施方式相比，本实施方式中的步骤S11、S21分别与第一实施方式中的步骤S10、S20对应相同；以下仅针对不同于第一实施方式之步骤S31进行详细说明。
步骤S31固化并脱模包括：
步骤S31a预烧成：将位于所述模具上的所述光波长转换材料层烘烤至能形成一定硬度的结层。
本步骤中位于所述模具上的光波长转换材料层的烘烤温度和烘烤时间视具体情况而定；例如烘烤温度为200～400℃，烘烤时间为30～60分钟可以达到使位于模具上的光波长转换材料层能形成一定硬度的结层；保证无机填料能够至少部分融化使光波长转换材料与无机填料之间有较好的粘结，保证光波长转换材料层有一定的硬度，以使下一步骤脱模能顺利进行。
步骤S31b脱模：将所述烘烤至能形成一定硬度的结层的光波长转换材料层冷却后从所述模具脱离；
本步骤中，将所述烘烤至能形成一定硬度的结层的光波长材料层冷却时，冷却温度不做限定，能确保将光波长转换材料层从模具上脱模即可；所采取的冷却方式亦不受限制，例如将所述烘烤至能形成一定硬度的结层的光波长材料层放置在空气中自然冷却等。脱模过程中必要时可采用辅助工具，不可损坏光波长转换材料层。
步骤S31c再烧成：将脱离所述模具的所述光波长转换材料层在第一温度下烘烤第一时间长度，将在第一温度下烘烤第一时间长度后的光波长转换材料层冷却即制成光波长转换片。
本步骤中的第一温度范围为500～1200℃，高于步骤31a中的烘烤温度，第一时间长度为30～60分钟；在这样的条件下，无机填料能够彻底融化，与光波长转换材料完全的结合在一起；避免出现无机填料不完全融化导致光波长转换片中夹杂不透光的无机填料颗粒的状况进而影响光波长转换片的使用效果。
本步骤中，将在第一温度下烘烤第一时间长度后的光波长转换材料层冷却的冷却方式不做限定，譬如自然冷却等。
与第一实施方式步骤S30相比，本实施方式步骤S31固化并脱模采用预烧成-脱模-再烧成方式，因为预烧成步骤中加热温度较低，有利于能形成一定硬度的结层的光波长转换材料层冷却后从所述模具脱离；而再烧成后得到的光波长材料片经过两次软化再固化过程，其耐高温性能更佳。
图4为本发明光波长转换片制备方法第三实施方式的流程图。其中，步骤S12和步骤S22与第二实施方式不同，步骤S32与第二实施方式步骤S31相同，以下仅针对不同于第二实施方式之步骤S12～S22进行描述。
其中：
步骤S12混料：将光波长转换材料和无机填料均匀混合成固体粉末状混合物。
本步骤与第二实施方式中对应步骤S11混料的区别在于，本步骤只是第二实施方式对应步骤的一个具体执行方式，混合物是只包括光波长转换材料和无机填料两种成分的固体粉末。
步骤S22预成型包括：S22a，在所述模具预定位置处使用脱模剂进行处理；S22b，将所述固体粉末状混合物在模具的预定位置处预制成光波长转换材料层。
预定位置处即固体粉末状混合物的填充位置；该填充位置一般为设置在模具上的凹槽。在混合物的填充位置预先进行脱模剂处理有利于光波长转换材料层的脱模。脱模剂应使用在融化无机填料的温度范围内即后续的预烧成步骤中或再烧成步骤中可完全挥发的物质，使脱模剂不在制成的光波长转换片中残留；如疏油/疏水类有机物或者纳米粉体等；实际应用中，脱模剂的选择不局限在前述列举种类中。
预制光波长转换材料层时，例如可采用振动方式将粉末状混合物装入模具的预定位置处，装料的震动频率是影响粉末填充和成型的一个关键因素，当振动频率小于等于28HZ时，随频率增加，振实速度加快，粉料填充更均匀。
图5为本发明光波长转换片制备方法第四实施方式的流程图。其中，步骤S13和步骤S23与第二实施方式不同，步骤S33与第二实施方式步骤S31相同，以下仅针对不同于第二实施方式之步骤S13～S23进行描述。
其中：
步骤S13混料包括：S13a，将光波长转换材料、无机填料、溶剂按一定比例均匀混合成可流动胶体状混合物；S13b，将配好的胶体状混合物抽真空至无气泡的状态并盖上盖子等待使用。
本步骤与第二实施方式中对应步骤S11混料的区别在于，本步骤只是第二实施方式对应步骤的一个具体执行方式，将固体粉末状的光波长转换材料和无机填料中添加进溶剂中，搅拌至光波长转换材料均匀分布在胶体状混合物中。
在常规环境中搅拌上述混合物时，混合物容易夹杂空气泡，因此对混合物抽真空以去除夹杂其中的空气泡，以避免最终制成的光波长转换片中亦有夹杂空气泡的可能，空气泡的存在会影响光波长转换材料在光波长转换片中的均匀分布及可能使最终制得的光波长转换片的表面凹凸不平。
所述溶剂应选择在可融化无机填料的温度下，即后续的预烧成步骤中或再烧成步骤中，能够完全挥发的有机溶剂，例如醇类或酮类溶剂等等。
步骤S23预成型包括：S23a，对所述模具预定位置处进行脱模剂处理；S23b，将胶体状混合物搅拌至没有上下分层；S23c，将所述搅拌至没有上下分层的胶体状混合物在模具的预定位置处预制成光波长转换材料层。
本步骤中的对模具预定位置进行脱模剂处理与第三实施方式中提到的脱模剂处理相同，此处不再详述；本步骤中的模具对应位置可以为模具上设置的凹槽，亦可以为模具上的平面基板。
步骤S13b中抽真空后的胶体状混合物放置一段时间后，可能发生混合物上部的浓度小于下部的浓度导致分层的现象，或者发生混合物的表层粘连结层的现象。所以使用胶体状混合物前需搅拌至分层现象消失，按同一方向缓慢搅拌可有效避免混合物中掺入气泡；例如，按同一方向缓慢搅拌2分钟到3分钟，搅拌速度每转2秒至3秒。步骤S23a和步骤S23b也可以同时进行，甚至在保证胶体状混合物使用性能的前提下步骤S23a和S23b先后次序也可以互换。
将胶体状混合物在模具对应位置处预制光波长材料转换层时可采用涂覆或印刷的方式，例如静电喷涂或丝网印刷等。其中，优选丝网印刷方式，丝网印刷过程中产生的不同格子线有利于光波长转换材料层的脱模；采用丝网印刷模式预制光波长材料转换层时，模具优选金属板。
使用前述方法制成的光波长转换片可应用与各种光源中，尤其是大功率的LED光源和激光光源中。图6至图7为使用本发明制造方法制得的光波长转换片应用与光源中的一个具体实施方式。
光源40包括色轮41、转轴42、聚光透镜44以及激发光源45。色轮41包括能够激发不同颜色的第一色段410、第二色段411和第三色段412；前述三种色段分别是应用本发明制造方法制得的光波长转换片制作成扇形区域，三扇形区域拼接形成色轮41。激光光源45发出的激发光通过聚光透镜44会聚在色轮41上，形成光斑43，随着转轴42带动色轮41绕转轴42转动，光斑43也对色轮41上的不同色段进行扫描照射，被光斑43照射色段的光波长转换材料吸收激发光，将其转换为对应的受激发光并透射出色轮41形成投影光束。
区别于现有技术，本发明将光波长转换材料与无机填料混合制得光波长转换片，无机填料和光波长转换材料都具有耐高温的特性，所以随着温度高低的变化，不会导致荧光粉颗粒与无机填料分离，进而，本发明光波长转换片能够耐大功率LED及激光光源长时间使用。
以上所述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他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种光波长转换片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
a)混料：将光波长转换材料与无机填料按一定比例均匀混合成混合物；
b)预成型：将所述混合物在模具上预制成光波长转换材料层；
c)预烧成：将位于所述模具上的所述光波长转换材料层烘烤至能形成一定硬度的结层；
d)脱模：将所述烘烤至能形成一定硬度的结层的光波长转换材料层冷却后从所述模具脱离；
e)再烧成：将脱离所述模具的所述光波长转换材料层在第一温度下烘烤第一时间长度，在这样的条件下，无机填料能够彻底融化，与光波长转换材料完全的结合在一起；将在第一温度下烘烤第一时间长度后的光波长转换材料层冷却即制成光波长转换片。
2.根据权利要求1所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，所述无机填料包括氧化铝、二氧化硅、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化硼、氧化锆中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，在所述步骤a)混料过程还需要加入溶剂，使光波长转换材料和无机填料混合成胶体状混合物。
4.根据权利要求3所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂，且所述溶剂在预烧成步骤中或再烧成步骤中完全挥发。
5.根据权利要求3所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，在所述步骤a)混料过程之后且在步骤b)预成型之前，将所述胶体状混合物抽真空至无气泡的状态。
6.根据权利要求3所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，在所述步骤b)预成型之前还包括：将胶体状混合物搅拌至没有上下分层。
7.根据权利要求1所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，在所述步骤b)预成型之前还包括：对所述模具上预定位置处使用脱模剂进行处理。
8.根据权利要求7所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，所述脱模剂在预烧成步骤中或再烧成步骤中完全挥发。
9.根据权利要求8所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，所述脱模剂是疏油/疏水类有机物或者纳米粉体。
10.根据权利要求3所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，步骤b)预成型包括将所述胶体状混合物通过丝网印刷的方式印刷在模具上。
11.根据权利要求10所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，所述模具为金属板。
12.根据权利要求1所述的光波长转换片的制备方法，其特征在于，步骤再烧成中所述第一温度为500～1200摄氏度；所述第一时间长度为30～60分钟。
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