CN102522483A - 光波长转换片及其制造方法以及光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光波长转换片及其制造方法以及光源装置。光波长转换片包括可透光的有机粘结剂和混合在有机粘结剂中的光波长转换材料，其中，所述光波长转换片还包括2％～50％的可透光的无机粉末；所述无机粉末至少在光波长转换片中的至少一个表层中均匀分布。本发明光波长转换片中添加2％～50％的可透光无机粉末，使光波长转换片的硬度提高，避免出现因光波长转换片过软带来的组装困难问题；也不会在使用过程中出现荧光粉片粘基板、起皱等现象。

Description

光波长转换片及其制造方法以及光源装置

技术领域

本发明涉及照明和显示用的光源技术领域，特别是涉及一种光波长转换片及其制造方法以及光源装置。

背景技术

目前，以荧光粉为代表的光波长转换材料是半导体照明的核心原材料之一，被广泛应用于LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源和激光光源之中。

荧光粉用作光波长转换材料时，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置放在相应的位置处。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包括荧光粉与硅胶。此种荧光粉片的制作方式一般是通过将荧光粉直接加入液态硅胶中，将荧光粉搅拌均匀后刷制，然后加热固化形成荧光粉片。每种荧光粉片在使用中达到最佳光效时都有一个确定的荧光粉添加比例，例如黄光或绿光荧光粉在荧光粉片中的最佳添加比例为70％～80％，红光荧光粉在荧光粉片中的最佳添加比例为不超过20％。

受荧光粉在荧光粉片中的添加比例的限制，所制作的荧光粉片较软，例如红光荧光粉片。由于荧光粉片较软，当荧光粉片组装至其他部件时荧光粉片较难放置到预定位置。再者，在使用过程中，这种较软的荧光粉片受热后更容易粘结在保护基材上；多次实验表明，当较软的荧光粉片受热变形使其一部分粘结在保护基材上时，该粘结部分的荧光粉片的光效急剧下降，导致荧光粉片在使用过程中失效；另外，使用过程中受热变形粘结在保护基材上的荧光粉片冷却后荧光粉片不能恢复原状引起荧光粉片起皱。综上，因荧光粉片较软致使荧光粉片的可靠性差，而不能供大功率光源长时间使用。

因此，需要提供一种光波长转换片、其制造方法及使用该光波长转换片的光源装置，以解决现有技术中光波长转换片较软带来的可靠性差的问题。

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及其制造方法以及光源装置，以满足组装和使用过程中对光波长转换片的硬度的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种光波长转换片包括可透光的有机粘结剂和混合在有机粘结剂中的光波长转换材料，其中，光波长转换片还包括2％～50％的可透光的无机粉末；无机粉末至少分布在光波长转换片的一个表层中。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种光波长转换片的制作方法包括如下步骤：a)将光波长转换材料和有机粘结剂混合成混合物；b)将混合物刷制在模板上；c)在混合物的表面上施加无机粉末，将混合物进行固化及脱模形成光波长转换片。无机粉末的添加比例为2％～50％。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种光波长转换片的制作方法包括如下步骤：a)将光波长转换材料、有机粘结剂和无机粉末混合成混合物；b)将混合物刷制在模板上；c)将混合物进行固化及脱模形成光波长转换片。无机粉末的添加比例为2％～50％。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种光源装置包括提供激发光的激发光源和设置在激发光传播路径上的色轮，色轮包括第一基板，第一基板至少包括设置有光波长转换片的第一区段，光波长转换片吸收激发光并转换成受激发光；其中，光波长转换片包括可透光的有机粘结剂、光波长转换材料和可透光的无机粉末；无机粉末的添加比例为2％～50％；无机粉末至少分布在光波长转换片的与第一基板邻接的表层中。

与现有技术相比，本发明光波长转换片中添加2％～50％的可透光无机粉末，无机粉末至少分布在光波长转换片的一个表层中，使得该表层能够满足组装和使用过程中对光波长转换片的硬度的要求，从而使得光波长转换片的可靠性较好。

附图说明

图1是本发明光波长转换片制造方法的第一实施例的流程图。

图2是本发明光波长转换片制造方法的第二实施例的流程图。

图3是本发明光波长转换片制造方法的第三实施例的流程图。

图4是本发明光波长转换片制造方法的第四实施例的流程图。

图5是本发明光波长转换片制造方法的第五实施例的流程图。

图6是本发明光源装置的第一实施例示意图。

图7是本发明光源装置的第二实施例示意图。

具体实施方式

下面，结合附图所示之具体实施例进一步阐述本发明。

本发明光波长转换片包括有机粘结剂、光波长转换材料和无机粉末。光波长转换材料和无机粉末通过有机粘结剂固定。

光波长转换材料包括荧光粉、荧光染料、纳米材料、量子点等。优选地，光波长转换材料均匀分布在光波长转换片中。有机粘结剂选择透光性能较好的材料，包括硅胶、硅树脂和环氧树脂等。

无机粉末在光波长转换片中的添加比例为2％～50％。无机粉末至少分布在光波长转换片中的一个表层中。例如，无机粉末均匀分布在整个光波长转换片中；或者无机粉末均匀分布在光波长转换片的两个表层的至少一个中；或者无机粉末的一部分均匀分布在光波长转换片的两表层的至少一个中，另一部分均匀分布在光波长转换片的其他位置，且分布在光波长转换片的表层的无机粉末的密度大于分布在光波长转换片的其他位置的无机粉末的密度。

优选地，无机粉末选择在420nm～800nm的波长范围内不会对光造成严重的损失的材料；且无机粉末需与光波长转换材料有较好的相容性，与有机粘结基材不会产生相分离现象。满足上述条件的无机粉末包括但不限于白炭黑、钛白粉、氧化铝和玻璃等。同一光波长转换片中的无机粉末可以选择前述一种或两种以上的组合。所选择无机粉末的颗粒度D90最好不超过20um(微米)，以免造成印刷困难。其中，颗粒度D90指一个特定的尺寸，从最小的尺寸累积到该特定尺寸的总和占颗粒的总质量的90％。

不同光波长转换片在使用过程中达到最佳光效时光波长转换材料的添加比例不同。

以荧光粉为例，荧光粉占荧光粉片的比例一般选择10％～80％之间；无机粉末占荧光粉片的比例一般选择2％～50％；有机粘结剂占荧光粉片的比例一般选择10％～60％。

更具体地，对于黄光或绿光荧光粉片来说，黄光或绿光荧光粉占荧光粉片的比例为60％～80％；无机粉末占荧光粉片的比例为2％～10％；有机粘结剂占荧光粉片的比例为10％～38％。

对于红光荧光粉片来说，红光荧光粉占荧光粉片的比例为10％～20％；无机粉末占荧光粉片的比例为30％～50％；有机粘结剂占荧光粉片的比例为30％～60％。

各种颜色光的荧光粉片优选的具体配比不在此一一列举，本领域技术人员阅读说明书后可根据需要自己调制。

与现有技术相比，本发明光波长转换片包括2％～50％的无机粉末，无机粉末至少均匀分布在光波长转换片的一个表层中，使得该表层能够满足组装和使用过程中对光波长转换片的硬度的要求，从而使得光波长转换片的可靠性较好。

图1所示为本发明光波长转换片制作方法的第一实施例，包括如下步骤：

S11混料：将无机粉末、光波长转换材料、有机粘结剂均匀混合成混合物。

将按照一定配比称量好的无机粉末、光波长转换材料及有机粘结剂混合时，无机粉末的添加比例为2％～50％；为了使光波长转换材料尽可能均匀地分布在混合物中，可先将光波长转换材料添加至有机粘结剂中充分搅拌，使光波长转换材料均匀分布在有机粘结剂中；然后再将无机粉末混入添加了光波长转换材料的有机粘结剂中并充分搅拌，使无机粉末也均匀分布在三者构成的混合物中。采用前述先混光波长转换材料和有机粘结剂，再将无机粉末掺入其中得到的混合物，可有效避免掺入有机粘结剂中的光波长转换材料和无机粉末中比例较小的一个被比例较大的另外一个包裹而发生光波长转换材料或无机粉末在混合物中分布不均的现象。为了达到无机粉末均匀分布在混合物中的效果，搅拌的同时可以加热上述混合物，从而帮助无机粉末均匀分散。

在常规条件下搅拌得到的上述混合物容易夹杂空气泡，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。抽真空后的混合物需封闭保存，例如在盛装抽真空的混合物的容器上盖上盖子等。

S21刷制：将混合物刷制在模板上。

将混合物刷制在模板上时，优选丝网印刷的方式。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。采用丝网印刷模式印刷混合物时，模板优选塑料板。

S31固化：将刷制在模板上的混合物固化成光波长转换片。

本步骤中，通过加热的方式对刷制在模板上的混合物进行固化。将刷制在模板上的混合物放入加热炉中烘烤一段时间，待混合物结成固态的光波长转换片，将刷制在模板上的混合物从加热炉中取出来停止加热。

S41脱模：将光波长转换片从模板上脱离。

将光波长转换片从模板上脱离的步骤中，必要时可采用辅助工具，不可损坏光波长转换片。由于刚从加热炉中取出来的光波长转换片温度较高，虽然已经被固化，但因温度较高，光波长转换片本身仍旧较软，为了避免光波长转换片脱模过程变形失效，优选将光波长转换片置于空气中冷却一段时间后再从模板上脱离。

图2所示为本发明光波长转换片制作方法的第二实施例。与第一实施例相比，本实施例中的步骤S12混料、步骤S22刷制分别与第一实施例中的S11混料、步骤S21刷制相对应。下面仅针对不同于第一实施例的步骤S32～步骤S62进行描述。

S32预固化：将刷制在模板上的混合物预固化至可脱模。S42脱模：将预固化的混合物从模板上脱离。

上述两个步骤分别与第一实施例中的步骤S31、S41对应。与第一实施例相比，本实施例中步骤S32中的预固化温度低于步骤S31中的固化温度，可有效避免加热过程中基板因不能耐高温而受损。

S52添加无机粉末：将无机粉末施加在从模板上脱离的混合物的表面。

本步骤中，将无机粉末施加在从模版上脱离的混合物表面上时，优选采用静电喷涂的方式。预固化的混合物自模板脱离后，将无机粉末均匀喷涂在混合物的两侧面上；当然，将无机粉末只均匀喷涂在混合物的一侧面上也可以。其他实施例中提到的施加无机粉末的方式与本实施例相同。本实施例中，无机粉末的总添加比例为2％～50％。

S62再固化：加热表面施加了无机粉末的混合物使再次加入的无机粉末与有机粘结剂牢固结合并形成最终的光波长转换片。

通过再次加热的方式使预固化的混合物的表层先软化，使喷涂在表面的无机粉末被预固化的混合物表层的有机粘结剂牢固粘结，然后固化形成光波长转换片。本步骤中的加热温度高于预固化的温度。

通过本实施例的制作方法制得的光波长转换片与通过第一实施例的制作方法得到的光波长转换片相比，不仅光波长转换片的整体均匀掺入了无机粉末使光波长转换片的整体硬度得到了保证，而且在光波长转换片的至少一表层形成比内部硬度更高的保护层，能更有效地避免光波长转换片在使用过程中粘结至其他部件上。与第一实施例相比，本实施例的制造方法采用预固化-脱模-再固化的固化并脱模方式，因预固化过程中的加热温度较低，可有效防止模板不能耐高温而发生变形。

为了实现防止模板不能耐高温而发生变形的目的，可以将本实施例进行拓展，保留原步骤S12、S22、S32、S62，而将步骤S42和S52调换次序如下：步骤S42’添加无机粉末：将无机粉末施加在经过预固化的混合物表面；步骤S52’脱模：将表面施加了无机粉末的混合物从模板上脱离。通过该拓展的实施例得到的光波长转换片，不仅光波长转换片的整体均匀掺入了无机粉末使光波长转换片的整体硬度得到了保证，而且在光波长转换片的一表层形成比内部硬度更高的保护层。

图3所示为本发明光波长转换片制作方法的第三实施例。与第二实施例相比，本实施例中的步骤S23～步骤S63均与第二实施例中的步骤S22～步骤S62相同。下面仅针对不同于第二实施例的步骤S13进行描述。

S13混料：将光波长转换材料和有机粘结剂均匀混合成混合物。

本实施中，无机粉末的添加比例为2％～50％。与第二实施例的步骤S12混料相比，通过本步骤得到的混合物只是光波长转换材料和有机粘结剂的混合。所以通过本实施例的制作方法得到的光波长转换片的内部不含无机粉末，只在光波长转换片的至少一侧面形成含有无机粉末的坚硬表层。

在S53添加无机粉末的步骤中，将无机粉末喷涂在从模板上脱离的预固化的混合物的两侧表面，使最终得到的光波长转换片的两侧均形成含有无机粉末的坚硬表层是本实施例的优选实现方式。通过本实施例得到的光波长转换片的两表层均含无机粉末的坚硬表层应用范围比光波长转换片的一表层形成含有无机粉末的坚硬表层的应用范围更广。与第二实施例相似，本实施例的制造方法亦采用预固化-脱模-再固化的固化并脱模方式，可有效防止模板不能耐高温而发生变形。

为了实现防止模板不能耐高温而发生变形的目的，可以将本实施例进行拓展，保留原步骤S13、S23、S33、S63，而将步骤S43和S53调换次序如下：步骤S43’添加无机粉末：将无机粉末施加在经过预固化的混合物表面；步骤S53’脱模：将表面施加了无机粉末的混合物从模板上脱离。通过该拓展的实施例得到的光波长转换片具有一个含有无机粉末的坚硬表层。

图4所示为本发明光波长转换片制作方法的第四实施例，本实施例中的步骤S14～步骤S24分别与第三实施例中的步骤S13～步骤S23相同。以下仅针对不同于第三实施例的步骤S34～S54进行说明。

S34添加无机粉末：将无机粉末施加在刷制在模板上的混合物表层。

本步骤的施加无机粉末的方式与第二、三实施例相同，只是施加顺序不同，第二、三实施例中的无机粉末施加在预固化的混合物表面上，而本实施例的无机粉末直接施加在固化前刷制在模板上的混合物表面。无机粉末的添加比例为2％～50％。

S44固化：将表面施加了无机粉末的刷制在模板上的混合物固化成光波长转换片。

S54脱模：将光波长转换片从模板上脱离。

步骤S44固化、S54脱模第一至三实施例中对应的步骤类似，不加以说明。

通过本实施例制造方法得到的光波长转换片只在一侧面表层形成坚硬的保护层，具有成本较低的优点，尤其适用于波长转换片只有一表层与另一光学部件(如基板)邻接的应用场景。

图5所示为本发明光波长转换片制作方法的第五实施例，本实施例中的步骤S25～步骤S55分别与第四实施例中的步骤S24～步骤S54相同。以下仅针对不同于第四实施例的步骤S15进行说明。

S15混料：将光波长转换材料、无机粉末、有机粘结剂均匀混合成混合物。

本步骤与第一实施例步骤中的S11相同。

通过前述几种实施例列举的制造方法制得的光波长转换片中掺入了一定比例的无机粉末，不仅能提高光波长转换片的硬度从而改善光波长转换片的可靠性；同时无机填料还具有良好的导热性能，能有效地帮助光波长转换片散热；再者无机填料还对入射光具有散射作用从而能提到荧光粉对激发光的吸收率。

图6为本发明应用前述掺入2％～50％的无机粉料的光波长转换片的光源装置的第一实施例。光源装置100包括激发光源10、色轮及驱动装置11。

色轮包括圆形、圆盘形或矩形等；本实施方式以圆形为例。色轮设置在激发光源的传输路径上，包括层叠设置的第一基板12和第二基板14；第一基板12上至少包括设置有光波长转换片13的第一区段，还可以包括设置有散光元件(未图示)的第二区段。光波长转换片和散光元件的两侧表层分别与第一基板和第二基板邻接。

驱动装置11可驱动色轮周期性运动。例如，驱动装置可以是马达，但实际应用中不应受此限制。周期性运动包括圆周运动、线性运动等。在本实施方式中驱动装置11驱动色轮圆周运动。

当激发光源提供的激发光照射在色轮上，色轮在驱动装置的驱动下做周期性运动时，第一基板12接收并透射激发光。当光波长转换片13所在的第一区段被激发光照射时，光波长转换片吸收激发光并转化成受激发光。当散光元件所在的第二区段被激发光照射时，散光元件将准直的激发光散射。从第二基板侧依次出射对应与光波长转换片所在的第一区段的受激发光和对应与散光元件所在的第二区段的激发光。

本实施例中色轮上接收的激发光的传播路径和从色轮出射的受激发光或激发光的出射路径相同。第一基板12设置在激发光的传播路径上，可透激发光，例如可以选择透射激发光并反射不同与激发光的其他颜色光的滤光片。第二基板14设置在受激发光或激发光的出光路径上，可透射受激发光或激发光。

当第一基板12选择对所有可见光全反射的反射板时，激发光源提供的激发光入需从第二基板侧入射，最终从色轮出射的受激发光和激发光的路径与入射光即进入色轮的激发光的传播路径相反。关于第一基板12和第二基板14的特性不是本发明的关键技术，在此不一一列举。

本实施例中，光波长转换片含有2％～50％的无机粉末，且无机粉末至少均匀分布在光波长转换片的两侧表层中。例如，无机粉末均匀分布在光波长转换片的两侧表层中；或者无机粉末的一部分均匀分布在光波长转换片的两表层的至少一个中，另一部分均匀分布在光波长转换片的其他位置，分布在光波长转换片的表层中的无机粉末的密度大于分布在光波长转换片的其他位置的无机粉末的密度。

图7是本发明应用前述掺入2％～50％的无机粉料的光波长转换片的光源装置的第二实施例。

与图6所示的第一实施例相比，本实施例的色轮的基层仅有第一基层22。关于第一基层22的特性和色轮上入射光及出射光的传播路径不在此列举，使用时可根据需要进行设置和选择。

本实施例中，光波长转换片含有2％～50％的无机粉末，且无机粉末至少均匀分布在光波长转换片的与第一基板邻接的表层中。

与现有技术相比，本发明光波长转换片包括2％～50％的可透光无机粉末，无机粉末至少分布在光波长转换片的一个表层中，使得该表层能够满足组装和使用过程中对光波长转换片的硬度的要求，从而使得光波长转换片的可靠性较好。

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 (13)

1.一种光波长转换片包括可透光的有机粘结剂和混合在有机粘结剂中的光波长转换材料，其特征在于，所述光波长转换片还包括2％～50％的可透光的无机粉末；所述无机粉末至少分布在光波长转换片的一个表层中。

2.根据权利要求1所述的光波长转换片，其特征在于，所述无机粉末均匀分布在整个光波长转换片中；或者，

所述无机粉末均匀分布在光波长转换片的两表层的至少一个中；或者，

所述无机粉末的一部分均匀分布在光波长转换片的两表层的至少一个中，另一部分均匀分布在光波长转换片的其他位置，且分布在光波长转换片的两表层的至少一个中的无机粉末的密度大于分布在光波长转换片的其他位置的无机粉末的密度。

3.根据权利要求1所述的光波长转换片，其特征在于，所述无机粉末是白炭黑、钛白粉、氧化铝和玻璃粉中的一种或一种以上的组合。

4.根据权利要求1所述的光波长转换片，其特征在于，所述有机粘结剂包括硅胶或者硅树脂，所述光波长转换材料包括荧光粉。

5.根据权利要求4所述的光波长转换片，其特征在于，所述荧光粉包括红光荧光粉，所述无机粉末的添加比例是30％～50％。

6.根据权利要求4所述的光波长转换片，其特征在于，所述荧光粉是绿光或黄光荧光粉，所述无机粉末的添加比例是2％～10％。

7.一种根据权利要求1～6项任意一项所述的光波长转换片的制造方法，其特征在于，该制作方法包括如下步骤：

a)将光波长转换材料和有机粘结剂混合成混合物；

b)将所述混合物刷制在模板上；

c)在混合物的表面上施加无机粉末，将混合物进行固化及脱模形成所述光波长转换片。

8.根据权利要求7所述的光波长转换片的制造方法，其特征在于，所述步骤c)包括：

I)将无机粉末均匀喷涂在所述模板上的混合物表面；

II)将表面喷涂了无机粉末的模板上的混合物加热固化成光波长转换片；

III)将光波长转换片从所述模板上脱离；

或者，包括：

I)将刷制在模板上的混合物预固化至可脱模；

II)将无机粉末喷涂在经过预固化的混合物表面；

III)将表面喷涂了无机粉末的混合物从模板上脱离；

IV)加热表面喷涂了无机粉末的混合物使无机粉末与有机粘结剂牢固结合并形成光波长转换片；

或者，包括：

I)将刷制在模板上的混合物预固化至可脱模；

II)将预固化的混合物从模板上脱离；

III)将无机粉末喷涂在从模板上脱离的混合物的表面；

IV)加热表面喷涂了无机粉末的混合物使无机粉末与有机粘结剂牢固结合并形成光波长转换片。

9.一种根据权利要求1～6项任意一项所述的光波长转换片的制造方法，其特征在于，该制作方法包括如下步骤：

a)将光波长转换材料、有机粘结剂和无机粉末混合成混合物；

b)将所述混合物刷制在模板上；

c)将混合物进行固化及脱模形成所述光波长转换片。

10.根据权利要求9所述的光波长转换片的制造方法，其特征在于，步骤a)包括：

I)将光波长转换材料添加至有机粘结剂中充分搅拌，使光波长转换材料均匀分布在有机粘结剂中；

II)将无机粉末混入添加了光波长转换材料的有机粘结剂中并充分搅拌，使无机粉末均匀分布在三者构成的混合物中。

11.根据权利要求9所述的光波长转换片的制造方法，其特征在于，所述步骤c)包括：

I)将刷制在模板上的混合物加热固化成光波长转换片；

II)将光波长转换片从模板上脱离；

并且，在所述步骤b)之后、并在所述步骤c)之前还包括：将无机粉末均匀喷涂在刷制在模板上的混合物表面。

12.根据权利要求9所述的光波长转换片的制造方法，其特征在于，所述步骤c)包括：

I)将刷制在模板上的混合物预固化至可脱模；

II)将预固化的混合物从模板上脱离；

III)将无机粉末喷涂在从模板上脱离的预固化的混合物的表面；

IV)加热表面喷涂了无机粉末的混合物使无机粉末与有机粘结剂牢固结合并形成光波长转换片。

或者，包括：

I)将刷制在模板上的混合物预固化至可脱模；

II)将无机粉末喷涂在经过预固化的混合物表面；

III)将表面喷涂了无机粉末的混合物从模板上脱离；

IV)加热表面喷涂了无机粉末的混合物使无机粉末与有机粘结剂牢固结合并形成光波长转换片。

13.一种光源装置，包括提供激发光的激发光源和设置在激发光传播路径上的色轮，所述色轮包括第一基板，第一基板至少包括设置有光波长转换片的第一区段，所述光波长转换片吸收激发光并转换成受激发光；其特征在于：所述光波长转换片包括可透光的有机粘结剂、光波长转换材料和可透光的无机粉末；无机粉末的添加比例为2％～50％；所述无机粉末至少分布在光波长转换片的与所述第一基板邻接的表层中。

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