CN104279514A - 波长转换装置及其制备方法、相关发光装置与投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种波长转换装置及其制备方法、相关发光装置与投影系统，该波长转换装置的制备方法包括：获取荧光粉；获取硅烷偶联剂；获取酸性或者中性的水溶液；获取基板；将荧光粉、硅烷偶联剂、酸性或者中性的水溶液、基板放入同一容器中；静置容器，以在基板上形成荧光粉层；将沉淀有荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片。本发明实施例提供了一种散热性能更好的波长转换装置及其制备方法、相关发光装置与投影系统。

Description

波长转换装置及其制备方法、相关发光装置与投影系统

技术领域

本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种波长转换装置及其制备方法、相关发光装置与投影系统。 

背景技术

荧光粉是一种可以吸收激发光，并将激发光转换为不同波长的受激光的材料，其中激发光可以是紫外线以及可见光等。相对于激光和LED出射光，荧光粉出射光具有更高的显色指数。其中，最常用的荧光粉是黄光荧光粉、绿光荧光粉以及红光荧光粉等。 

为了防止荧光粉在空气中受潮或者氧化，荧光粉通常会利用有机粘接剂将荧光粉封装成荧光粉片，例如硅胶、环氧树脂等。但是硅胶或者环氧树脂封装的荧光粉片的散热性能并不好，使得荧光粉片的温度较高，容易产生热饱和效应，从而影响荧光粉片的发光效率。 

发明内容

本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种散热性能更好的波长转换装置及其制备方法、相关发光装置与投影系统。 

本发明实施例提供了一种波长转换装置的制备方法，其特征在于，包括： 

获取荧光粉； 

获取硅烷偶联剂； 

获取酸性或者中性的水溶液； 

获取基板； 

将荧光粉、硅烷偶联剂、酸性或者中性的水溶液、基板放入同一容器中； 

静置容器，以在基板上形成荧光粉层； 

将沉淀有荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片。 

优选地，步骤将荧光粉、硅烷偶联剂、酸性或者中性的水溶液、基板放入同一容器中包括： 

将硅烷偶联剂、荧光粉、酸性或者中性的水溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液； 

将基板放入容器中； 

将硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液加入放置有基板的容器中。 

优选地，步骤将硅烷偶联剂、荧光粉、酸性或者中性的水溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液包括： 

将硅烷偶联剂与酸性或者中性的水溶液相混合，以得到硅烷偶联剂的水解溶液； 

将荧光粉与硅烷偶联剂的水解溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液。 

优选地，步骤将硅烷偶联剂与酸性或者中性的水溶液相混合，以得到硅烷偶联剂的水解溶液包括： 

将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液，以得到硅烷偶联剂的乙醇溶液； 

将去离子水滴加到硅烷偶联剂的乙醇溶液，直至出现沉淀，以得到硅烷偶联剂的预水解溶液； 

将硅烷偶联剂的预水解溶液与酸性或者中性溶液混合； 

将硅烷偶联剂的预水解溶液与酸性或者中性溶液的混合溶液在预定温度下保温，以得到硅烷偶联剂的水解溶液。 

优选地，预定温度为25至40℃。 

优选地，步骤将沉淀有荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片包括： 

将沉淀有荧光粉层的容器在40至80℃加热，以去除水分； 

将沉淀有荧光粉层的容器在100至200℃加热，以得到荧光粉片。 

优选地，酸性或者中性的溶液的PH值在4至6之间。 

本发明实施例还提供了一种波长转换装置，其特征在于，波长转换 装置包括荧光粉片，该荧光粉片包括： 

荧光粉； 

硅醇的缩合产物，该硅醇的缩合产物用于粘接荧光粉； 

本发明还提供了一种发光装置，其特征在于，发光装置包括上述波长转换装置。 

本发明还提供了一种投影系统，其特征在于，投影系统包括上述波长转换装置。 

与现有技术相比，本发明实施例具有如下有益效果： 

本发明实施例中，波长转换装置包括硅醇的缩合产物和荧光粉，硅醇的缩合产物的一端基团亲有机而另一端的基团亲无机，因此硅醇可以将一端的基团与无机的荧光粉颗粒相连接，将荧光粉的热量传导出来。硅醇自身缩合可以交联成网状结构，从而将热量传导到荧光粉片的外部，从而使得波长转换装置具有更好的散热性能。 

附图说明

图1为本发明波长转换装置的一个实施例的结构示意图； 

图2为硅醇的缩合产物封装的波长转换装置与硅胶封装的波长转换装置的发光强度随激发光相对强度变化的变化曲线； 

图3为本发明波长转换装置制备方法的一个实施例的流程示意图； 

图4为本发明波长转换装置制备方法的又一个实施例的流程示意图； 

图5为本发明波长转换装置制备方法的又一个实施例的流程示意图。 

具体实施方式

现有技术中，荧光粉片一般会用硅胶和环氧树脂封装。硅胶与环氧树脂化学性质稳定，且具有一定的粘度，可以很方便地利用涂覆等方式成型成粉片。对于硅胶或者环氧树脂封装的荧光粉片，在宏观上看，硅胶或者环氧树脂与荧光粉颗粒之间紧密接触。但是由于硅胶和环氧树脂是有机材料，而荧光粉是无机材料，在微观上，硅胶或者环氧树脂分子 与荧光粉分子之间没有交联，因此硅胶或者环氧树脂与荧光粉之间具有一层热阻层。当荧光粉受激产生受激光时，荧光粉会释放热量，而由于热阻层的存在，热量不能很容易地从荧光粉传导至硅胶或者环氧树脂，从而导致荧光粉片的散热效果不够好。 

为了能够减小环氧树脂或者硅胶和荧光粉之间的热阻，本发明发明人尝试利用少量硅烷偶联剂对荧光粉进行表面处理。硅烷偶联剂是一种常用的表面改性剂，其可以水解得到水解产物硅醇。硅醇具有多个基团，其中一端具有亲有机的基团，而其中的另一端具有亲无机的基团（羟基），因此硅醇可以在无机的荧光粉与有机的粘接剂（硅胶或者环氧树脂等）之间形成一个“分子桥”，从而减小了荧光粉和有机粘接剂之间的热阻，提高了散热能力。 

但是，利用硅烷偶联剂对荧光粉进行表面处理无疑要增加操作步骤，使得荧光粉片的制备步骤更加繁琐。本发明发明人在利用硅烷偶联剂对荧光粉进行表面改性时发现，当硅烷偶联剂的量较多的时候，其水解产物（硅醇）可以缩合后产生交联，也可以将荧光粉粘接起来。经过进一步的实验，本发明发明人发现，利用硅烷偶联剂水解后得到水解产物来粘接荧光粉，也可以得到荧光粉片。这样，硅烷偶联剂对荧光粉进行改性和粘接的步骤可以合并在一起，从而简化步骤，提高生产效率。 

图1为本发明波长转换装置的一个实施例的结构示意图，如图1所示，波长转换装置包括荧光粉片110和基板120。荧光粉片110包括荧光粉111、硅醇的缩合产物112，这里的硅醇的缩合产物112用于将荧光粉111粘接成一个整体。由于硅醇会缩合反应而交联形成网状结构，并将荧光粉111的热量进行导出。 

这里的基板120对荧光粉片110起到支撑的作用，其可以是金属基板、陶瓷基板，甚至可以是有机材料的基板。当然，在荧光粉片110的强度足够的情况下，波长转换装置也可以不设置基板120。 

一般来说，有机聚合物的分解温度与分子量有关，分子量越大，其分解温度越高。由于硅醇缩合以后的缩合产物的分子量比较小，所以硅醇的缩合产物很容易在高温下分解，而荧光粉色轮等波长转换装置的发 热量却很大，因而本领域技术人员一般会认为硅醇的缩合产物不适合用来粘接荧光粉。 

但是本发明发明人利用图1所示硅醇的缩合产物封装的波长转换装置与硅胶封装的波长转换装置在相同强度的激发光进行照射，其结果如图2所示。图2为硅醇的缩合产物封装的波长转换装置与硅胶封装的波长转换装置的发光强度随激发光相对强度变化的变化曲线，如图2所示，随着激发光相对强度的增加，硅醇的缩合产物封装的波长转换装置与硅胶封装的波长转换装置的相对发光强度都逐渐增加，但是在同样的强度的激发光的照射下，硅醇的缩合产物封装的波长转换装置的发光强度更高。这是由于硅醇的缩合产物封装的波长转换装置的散热效果更好，可以更加有效地降低波长转换装置的温度。另外，在通常条件下，荧光粉粉末很容易团聚在一起，造成热量的堆积。而实验中发现在荧光片的制备过程中，硅醇同时可以起到分散剂的作用，从而使得荧光粉颗粒不会产生团聚，而使得发热中心均匀分布，更有利于波长转换装置的散热。因此尽管硅醇的缩合产物的分解温度较低，硅醇的缩合产物封装的波长转换装置也可以承受相对较高功率的激发光。 

另外，值得说明的是，对于硅胶来说，绝大部分的硅胶与陶瓷或者金属基板的结合力并不是很强，而利用硅醇缩合产物来封装荧光粉片，硅醇缩合产物与基板之间也可以通过氢键缩合反应而产生较强的结合力。 

针对上述波长转换装置，本发明发明人同时提出了制备上述波长转换装置的方法。图3为本发明波长转换装置制备方法的一个实施例的流程示意图，如图3所示，波长转换装置的制备方法包括： 

S11、获取荧光粉。 

这里的荧光粉可以是黄色荧光粉、红色荧光粉、绿色荧光粉等，它们可以吸收激发光并出射受激光。 

S12、获取硅烷偶联剂。 

硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机材料化学结合的反应基团及与有机材料化学反应的反应基团。硅 烷偶联剂可以在水中发生水解反应，其化学反应方程式为： Y-Si-OH+R-OH，其中Y-为一个亲有机的基团，R-为烷基，其水解产物Y-Si-OH为硅醇。 

S13、获取酸性或者中性的水溶液。 

由于碱性的溶液会抑制硅烷偶联剂的水解，使得硅烷偶联剂的水解速度很慢，因此硅烷偶联剂的水解反应需要在酸性或者中性的水溶液中进行。其中酸性溶液可以是乙酸等水溶液，中性的溶液可以是去离子水等。 

理论上来说，溶液酸性越强，硅烷偶联剂水解的速度越快。但是水解速度太快，溶液中会在小范围内集聚大量的硅醇，此时硅醇有可能会发生缩合反应，消耗其亲无机的基团，而使得硅醇不能与荧光粉颗粒连接。因此优选地，需要控制硅烷偶联剂水解的速度，而实验验证，当上述酸性或者中性的水溶液的PH值在4至6的时候，既能保证硅烷偶联剂水解的速度不会太慢而时间过长，也可以保证水解速度不会太快而大量缩合。 

S14、获取基板。 

这里的基板可以是陶瓷基板或者金属基板或者有机材料的基板。它们与硅烷偶联剂的缩合产物具有较高的结合力。 

S15、将硅烷偶联剂、荧光粉、基板、酸性或者中性的水溶液放入同一容器中。 

硅烷偶联剂需要与酸性或者中性的水溶液混合进行水解，以得到水解产物硅醇。水解产物硅醇能够附着在荧光粉的表面。 

这里步骤S15可以在步骤S11、S12、S13、S14之后进行，也可以同时进行。例如，先获取硅烷偶联剂与酸性或中性的水溶液，二者先放入容器，再在容器中放入基板，最后在容器中放入荧光粉，最终容器中形成硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液。 

S16、静置容器，以在基板上形成荧光粉层。 

硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液中，荧光粉颗粒会分散在该混合溶液中。静置上述硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液，会使得荧光粉能够沉 淀，并在基板上形成一层荧光粉层。实际操作中，荧光粉的沉降速率是比较快的，因此一般会先放入基板后放入荧光粉。当然，如果操作方法得当，先放入荧光粉后放入基板也是可以的。 

S17、将沉淀有荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片。 

当容器中的水被逐渐蒸发使得硅醇的浓度逐渐上升，大量的硅醇可以通过亲无机的基团羟基缩合而互相连接，因此硅醇的缩合产物可以交联成一个网状结构。当容器中的水分通过加热干燥除去以后，荧光粉颗粒被粘接成一个整体，且在基板上形成一荧光粉片。 

当然，在干燥过程中，少量的硅烷偶联剂可能还未发生水解，部分水解后的硅醇也没有产生缩合反应，因此成型后的荧光粉片中除了包括硅醇的缩合产物之外，还可能包括少量的硅烷偶联剂和硅醇。 

实施例二 

图4为本发明波长转换装置制备方法的又一个实施例的流程示意图，如图4所示，波长转换装置制备方法包括： 

S21、获取荧光粉。 

步骤S21的说明请参见对步骤S11的说明。 

S22、获取硅烷偶联剂。 

步骤S22的说明请参见对步骤S12的说明。 

S23、获取酸性或者中性的水溶液。 

步骤S23的说明请参见对步骤S13的说明。 

S24、获取基板。 

步骤S24的说明请参见对步骤S14的说明。 

S25、将硅烷偶联剂、荧光粉、酸性或者中性的水溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液。 

S26、将基板放入容器中。 

S27、将硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液加入放置有基板的容器中。 

与实施一中不同的是，本实施例中步骤S15被分成了步骤S25、S26、S27。由于荧光粉沉降速度较快，优选地，步骤S26在步骤S27之前，即先放入基板后放入荧光粉，荧光粉比较容易沉积在基板上。而步骤S25 与步骤S26并没有一定的先后顺序。 

S28、静置容器，以在基板上形成荧光粉层。 

步骤S28的说明请参见对步骤S16的说明。 

S29、将沉淀有荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片。 

步骤S29的说明请参见对步骤S17的说明。 

实施例三 

图5为本发明波长转换装置制备方法的又一个实施例的流程示意图，如图5所示，波长转换装置制备方法包括： 

S301、获取荧光粉。 

步骤S301的说明请参见对步骤S21的说明。 

S302、获取硅烷偶联剂。 

步骤S302的说明请参见对步骤S22的说明。 

S303、获取酸性或者中性的水溶液。 

步骤S303的说明请参见对步骤S23的说明。 

S304、获取基板。 

步骤S304的说明请参见对步骤S24的说明。 

S305、将硅烷偶联剂与酸性或者中性的水溶液相混合，以得到硅烷偶联剂的水解溶液； 

S306、将荧光粉与硅烷偶联剂的水解溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液。 

与实施例二中不同的是，本实施例中步骤S25被分成了步骤S305与S306。先将硅烷偶联剂进行水解，生成水解产物硅醇并得到硅烷偶联剂的水解溶液，再将荧光粉与硅烷偶联剂的水解溶液混合，硅醇可以相对较容易附着在荧光粉的表面，操作比较方便。 

在步骤S305中，为了使得硅烷偶联剂在酸性或者中性溶液中进行水解反应时，其反应速度不会太快，可以将S305步骤拆分为以下步骤： 

A、将硅烷偶联剂溶于乙醇溶液，以得到硅烷偶联剂的乙醇溶液。 

硅烷偶联剂与水互溶性并不好，这里加入乙醇作为共溶剂，可以使得硅烷偶联剂与水混合均匀，有利于水解反应的进行。 

B、将去离子水滴加到硅烷偶联剂的乙醇溶液，直至出现沉淀，以得到硅烷偶联剂的预水解溶液。 

利用滴加的方式，使得去离子水始终是少量的，这样生成的硅醇量较少，很快会分散到溶液中，不容易产生缩合。当去离子水逐渐滴加，生成的硅醇浓度越来越高，就会产生硅醇的缩合产物。硅醇的缩合产物会以沉淀的形式出现，此时会停止滴加去离子水，得到了硅烷偶联剂的预水解溶液。 

C、将硅烷偶联剂的预水解溶液与酸性或者中性溶液混合。 

硅烷偶联剂的预水解溶液中，大部分硅烷偶联剂并没有水解完全，因此需要与酸性或者中性的溶液进行混合，以促进硅烷偶联剂进一步水解。 

D、将硅烷偶联剂的预水解溶液与酸性或者中性溶液的混合溶液在预定温度下保温，以得到硅烷偶联剂的水解溶液。 

理论上，硅烷偶联剂水解时的温度越高，水解速度越快，但是水解速度过快会导致水解产物硅醇大量缩合。经实验发现，预定温度在25℃至45℃，水解速度比较适宜。 

S307、将基板放入容器中。 

步骤S307的说明请参见对步骤S26的说明。 

S308、将硅烷偶联剂的水解溶液加入放置有基板的容器中。 

步骤S308的说明请参见对步骤S27的说明。 

S309、静置容器，以在基板上形成荧光粉层。 

步骤S309的说明请参见对步骤S28的说明。 

S310、将沉淀有荧光粉层的容器在40至80℃加热以除去水分。 

S311、将沉淀有荧光粉层的容器在100至200℃加热，以得到荧光粉片。 

与实施例二中不同的是，本实施例中，步骤S29被拆分成步骤S310和步骤S311。将沉淀有荧光粉层的容器在40至80℃加热以除去水分，这样可以防止直接在高温加热，荧光粉层的水分挥发过快而产生气孔。但是40至80℃低温加热不能使得硅醇与荧光粉颗粒或者荧光粉与基板 之间产生缩合，因此还需要进一步在100至200℃加热以得到结构紧密的荧光粉片。 

本发明实施例还提供了一种发光装置，该发光装置包括上述实施例中的波长转换装置。 

本发明实施例还提供了一种投影系统，该投影系统包括上述实施例中的波长转换装置。 

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 (10)

1.一种波长转换装置的制备方法，其特征在于，包括：

获取荧光粉；

获取硅烷偶联剂；

获取酸性或者中性的水溶液；

获取基板；

将所述荧光粉、硅烷偶联剂、酸性或者中性的水溶液、基板放入同一容器中；

静置所述容器，以在所述基板上形成荧光粉层；

将沉淀有所述荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述步骤将所述荧光粉、硅烷偶联剂、酸性或者中性的水溶液、基板放入同一容器中包括：

将所述硅烷偶联剂、荧光粉、酸性或者中性的水溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液；

将所述基板放入所述容器中；

将所述硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液加入所述放置有基板的容器中。

3.根据权利要求2所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述步骤将所述硅烷偶联剂、荧光粉、酸性或者中性的水溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液包括：

将所述硅烷偶联剂与所述酸性或者中性的水溶液相混合，以得到硅烷偶联剂的水解溶液；

将所述荧光粉与所述硅烷偶联剂的水解溶液混合，以得到硅烷偶联剂与荧光粉的混合溶液。

4.根据权利要求3所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述步骤将所述硅烷偶联剂与所述酸性或者中性的水溶液相混合，以得到硅烷偶联剂的水解溶液包括：

将所述硅烷偶联剂溶于乙醇溶液，以得到所述硅烷偶联剂的乙醇溶液；

将去离子水滴加到硅烷偶联剂的乙醇溶液，直至出现沉淀，以得到硅烷偶联剂的预水解溶液；

将硅烷偶联剂的预水解溶液与所述酸性或者中性溶液混合；

将所述硅烷偶联剂的预水解溶液与所述酸性或者中性溶液的混合溶液在预定温度下保温，以得到硅烷偶联剂的水解溶液。

5.根据权利要求4所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述预定温度为25至40℃。

6.根据权利要求1所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述步骤将沉淀有所述荧光粉层的容器加热干燥，以得到荧光粉片包括：

将沉淀有所述荧光粉层的容器在40至80℃加热，以去除水分；

将所述沉淀有所述荧光粉层的容器在100至200℃加热，以得到荧光粉片。

7.根据权利要求1至6任一项所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于：所述酸性或者中性的溶液的PH值在4至6之间。

8.一种波长转换装置，其特征在于，所述波长转换装置包括荧光粉片，该荧光粉片包括：

荧光粉；

硅醇的缩合产物，该硅醇的缩合产物用于粘接所述荧光粉。

9.一种发光装置，其特征在于，所述发光装置包括如权利要求8所述的波长转换装置。

10.一种投影系统，其特征在于，所述投影系统包括如权利要求8所述的波长转换装置。