CN108930919A - 一种波长转换装置及其制备方法、光源 - Google Patents

一种波长转换装置及其制备方法、光源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种波长转换装置及其制备方法、光源。该波长转换装置，包括依次叠置的发光层、银反射层、金属焊接层和导热基板；其中，发光层为第二玻璃封装荧光粉层、发光陶瓷或发光陶瓷单晶中的任一种；银反射层为纯银烧结层或银与第一玻璃的烧结层；金属焊接层为焊锡层或烧结银层。该波长转换装置具有反射率高、热阻低且长期可靠性高的特性。

Description

一种波长转换装置及其制备方法、光源
技术领域
本申请涉及照明及显示领域，特别涉及一种波长转换装置及其制备方法、光源。
背景技术
目前激光荧光转换型光源发展较快，已经开始广泛运用于照明及投影显示领域。随着对光源亮度要求的不断提高，激光功率也随之提高，由此波长转换装置发光过程中产生更多的热量，当其温度达到一定温度后，波长转换材料的转换效率随着温度的升高而降低，产生热淬火(thermal quenching)现象。因此，对于大功率激光光源而言，波长转换装置的高效散热十分必要。
现有的一种波长转换装置的方案为采用依次叠置的发光层、反射层和基板；其中，波长转换装置的反射层为采用白色散射粒子和玻璃粉混合烧结形成的漫反射层。此方案虽然漫反射层全部由无机材料组成，耐热性较高，但是烧结材料中的散射粒子和玻璃粉的热导率较低；且烧结结构为了保证较高的反射率，一般是多孔结构，热阻较高；因而不利于波长转换装置在高功率激光激发下的散热，也就不利于波长转换装置的发光亮度和稳定性的提高。因而该方案的波长转换装置的漫反射层成为进一步提升激光荧光显示光源亮度的瓶颈。
现有的另一种波长转换装置的方案在以上方案的基础上，采用银反射层替代漫反射层。此方案的好处在于，银反射层的反射率及热导率均高于漫反射层，有利于提高波长转换装置的出光效率、亮度及热稳定性。但是由于目前采用此结构的发光装置的反射银容易硫化发黑，长期可靠性较低；同时银反射层对于发光层与基板之间的粘接强度也较低，在运用于高转速色轮的情况下存在可靠性问题。同时银反射层和发光层烧结过程中会出现银向发光层气孔中聚集形成一个单独的银颗粒、造成一个局部的黑点降低反射率的现象。
因而需要开发一种反射率高、热阻低且长期可靠性高的波长转换装置。
发明内容
基于以上问题，本申请的目的是提供一种反射率高、热阻低且长期可靠性高的波长转换装置，特别是适用于大功率激光光源的波长转换装置。
此外，还提供上述波长转换装置的制备方法及应用上述波长转换装置的光源。
本发明采用了以下技术方案：
一种波长转换装置，包括依次叠置的发光层、银反射层、金属焊接层和导热基板；
其中，所述发光层为第二玻璃封装荧光粉层、发光陶瓷或发光陶瓷单晶的中任一种；
优选地，所述发光层为石榴石结构的(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶；
优选地，所述发光层厚度为0.005～1mm；进一步优选地，所述发光层厚度为0.05～0.5mm；
优选地，所述发光层第二表面粗糙度Ra<0.4um；进一步优选为Ra<0.1um；
优选地，所述发光层第二表面气孔直径小于0.8um；进一步优选地，所述发光层第二表面气孔直径小于0.4um；特别优选地，所述发光层第二表面气孔直径小于0.1um；其中，所述发光层第二面为发光层上靠近所述银反射层的一个面。
优选地，所述银反射层为纯银烧结层或银与第一玻璃的烧结层；优选地，所述第一玻璃占银反射层的质量比为a，其中0<a<50％；进一步优选地，0<a<3％；更进一步优选地，0.25％<a<3％；特别优选地，0<a≤0.25％。
优选地，所述银反射层的厚度为1～100um；进一步优选地，所述银反射层的厚度为2～50um；特别优选地，所述银反射层的厚度为5～20um。
优选地，所述银反射层中还包含有铂、钯中的至少一种；特别优选地，其钯和/或铂含量不超过银与钯和/或铂总质量的30％。
优选地，所述第一玻璃选自Bi2O3玻璃、ZnO玻璃、BaO玻璃、硅酸盐玻璃中的至少一种或组合。
优选地，所述第一玻璃的软化点温度在400℃～700℃之间；进一步优选地，所述第一玻璃的软化点温度为450℃～650℃。
优选地，所述第二玻璃软化点高于第一玻璃软化点。
优选地，所述第一玻璃的热膨胀系数τ处于±6*10-6/K之间；进一步优选地，所述第一玻璃的热膨胀系数τ处于±4*10-6/K之间；特别优选地，所述第一玻璃的热膨胀系数τ处于±2*10-6/K之间。
优选地，所述银反射层中靠近发光层部位银含量不同于靠近金属焊接层的部位；进一步优选地，所述银反射层靠近所述金属焊接层部位的银含量高于靠近所述发光层部位的银含量。
优选地，所述金属焊接层为焊锡层或烧结银层；进一步优选地，所述焊锡层为金锡、银锡、铋锡或铅焊锡膏中的至少一种或组合，或者预成型焊片回流焊接形成。
优选地，所述金属焊接层的厚度为0.005～0.5mm。
优选地，所述金属焊接层的孔隙率为小于50％；进一步优选地，所述金属焊接层的孔隙率为小于30％；特别优选地，金属焊接层的孔隙率为小于10％。
优选地，所述导热基板为金属基板或陶瓷基板。
优选地，所述导热基板为铜、铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅或氧化铝陶瓷基板中的任一种。
优选地，铜基板或铝基板别表面镀镍金保护层。
优选地，所述氧化铝陶瓷、陶瓷基板表面镀钛过渡层，然后镀镍金保护层。
优选地，所述导热基板为平板型式或带鳍片式。
优选地，所述导热基板的厚度为0.1～5mm。
优选地，所述发光层第一表面镀有增透膜或者表面粗化，所述发光层第一面为远离所述银反射层的发光层的面。
优选地，所述发光层与所述银反射层之间还设置有氧化铝膜层。
优选地，所述氧化铝膜层厚度为10～1000nm；进一步优选地，所述氧化铝膜层厚度为50～500nm。
优选地，所述银反射层中银原料的银粉粒径范围是0.01～20um。
优选地，所述银粉原料为球形或者片状。
优选地，所述波长转换装置周围至少部分包覆有封装层。
优选地，所述银反射层周围至少部分被所述封装层包覆；进一步优选地，所述银反射层和焊接层周围至少部分被封装层包覆。
优选地，所述银反射层周围被封装层完全包覆；进一步优选地，所述银反射层和焊接层周围同时被封装层完全包覆。
优选地，所述封装层的材料为环氧树脂，硅胶或硅树脂中的任一种或组合。
优选地，所述封装层透氧率低于500cc/m2.day；进一步优选地，透氧率低于300cc/m2.day；特别优选地，透氧率低于100cc/m2.day。
本发明还提供了上述波长转换装置的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤A：发光层双面研磨抛光。
步骤B：在发光层第二面涂覆银粉、第一玻璃粉和有机载体的混合浆料；预烘干形成银反射层预成型层；优选地，预烘干温度为60～150℃；然后将银反射层预成型层置于高温炉中烧结，在发光层上形成银反射层；优选地，高温炉中烧结温度为500～1000℃。
步骤C：在导热基板基板上涂覆焊锡膏；将发光层烧结有银反射层的一面置于焊锡膏上面，回流焊接形成金属焊接层；
或者，采用预成型焊片进行回流焊接；
或者，在导热基板基板上涂覆纳米银浆，将发光层烧结有银反射层的一面置于纳米银浆上面，在200～300℃下烧结。
优选地，所述发光层选用(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶。需要说明的是，为了保证发光层研磨表面的致密性，优选为(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶，比如：YAG:Ce3+(YAG:Ce)。
优选地，所述回流焊温度为280～320℃。
优选地，所述焊锡膏为金锡、银锡，铋锡，铅锡的焊膏中的至少一种或组合。
优选地，步骤C烧结银过程中加压8～11Mpa烧结。
优选地，所述银反射层中银原料的银粉粒径范围是0.01～20um。
优选地，所述银粉原料为球形或者片状。
优选地，步骤A还包括将所述发光层第一面镀增透膜或者表面粗化。
优选地，步骤A与步骤B之间还有步骤D；步骤D：将发光层第二面采用磁控溅射或者物理蒸镀镀氧化铝膜层。
优选地，所述氧化铝膜层厚度为10～1000nm；进一步优选地，所述氧化铝膜层厚度为50～500nm。
优选地，步骤C之后还有步骤F；步骤F：在制得的波长转换装置周围包覆封装层。
优选地，所述封装层的材料为环氧树脂，硅胶或硅树脂中的任一种或组合。
优选地，所述封装层透氧率低于500cc/m2.day；进一步优选地，透氧率低于300cc/m2.day；特别优选地，透氧率低于100cc/m2.day。
优选地，步骤A之前还包括步骤G：将所述第二玻璃粉与荧光粉、有机载体混合，烧结成型，制得发光层；
或者，将荧光粉压制成片状，经烧结成型，制得发光层；
或者，将荧光粉与陶瓷烧结助剂混合，依次成型和烧结，制得发光层。其中，陶瓷烧结助剂为氧化镁、硝酸镁、氢氧化镁、氧化钇、硝酸钇、正硅酸乙酯等。荧光粉与陶瓷烧结助剂的质量比为100:0.01～100:10。
本申请还提供了包括上述波长转换装置的光源，所述光源还包括激发光光源，所述激发光光源为激光器光源、激光二极管光源、发光二极管或由激光二极管阵列、发光二级管阵列组成的光源中的至少一种或组合。
本申请的有益效果在于：
由于上述的波长转换装置的反射层为银反射层，并且银反射层经高温烧结得到，银反射层的致密性高，一方面致密的银反射层能具有极高的反射率，能提高波长转换装置的出光效率；另一方面，致密的银反射层具有极高的导热率，能减小波长转换装置的热阻。同时金属焊接层同样具有较高的热导率，配合上与之焊接的导热基板，提高整个波长转换装置的导热率。提高了在大功率激光应用上的可靠性。进一步地，通过对具体参数的优化，提高了各层间的粘结强度，提高了在高速色轮应用下的可靠性。
附图说明
图1为一实施方式的波长转换装置的结构示意图；
图2为另一实施方式的波长转换装置的结构示意图；
图3为又一实施方式的波长转换装置的结构示意图；
图4为一实施方式的波长转换装置银反射层的SEM图；
图5为实施例1与对比例1的波长转换装置在不同功率蓝光激光下的变化关系曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合具体实施方式及附图对本发明进行详细的描述。本发明可以有许多种不同的具体实施方式，并不限于本文所描述的实施方式。本文中所述“第一”、“第二”仅为了表述及理解方便进行的定义，并不对本发明构成限定。各部分内容侧重点不同，省略部分参见其他部分即可。
如图1所示，波长转换装置100，包括依次叠置的发光层110、银反射层120、金属焊接层130和导热基板140。
其中，发光层110可以为第二玻璃封装的发光层、发光陶瓷或发光陶瓷单晶中的人一种。
作为优选地实施方式，发光层110为石榴石结构的(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶。在一个具体的实施方式中，可以采用YAG:Ce3+发光陶瓷或者YAG:Ce3+单晶。需要说明的是，常规的发光层，如硅胶封装荧光粉、有机胶封装荧光粉等所制备的发光层，其耐高温性能较差，一般不考虑用于本发明的应用当中。与之相对的，发光陶瓷具有很好的机械性能与高温稳定性，特别是极佳的机械性能能够进一步进行研磨抛光等机械加工，能够保证后续工艺步骤的实施。另外，采用玻璃材料封装荧光粉的发光层同样可以用于本发明中，其中，第二玻璃相对于第一玻璃而言具有更高的软化点温度。
其中，发光层110的厚度为0.005～1mm。在其他一些实施方式中，发光层110厚度为0.05～0.5mm。
进一步地，发光层110第二表面粗糙度Ra<0.4um；优选为Ra<0.1um。发光层110第二表面气孔直径小于0.8um；优选为小于0.4um；特别优选为小于0.1um；发光层110第二面为靠近银反射层120的发光层的面。
其中，银反射层120为纯银烧结层或银与第一玻璃的烧结层，第一玻璃占银反射层的质量比为a，其中0<a<50％；进一步优选地，0<a<3％；更进一步优选地，0.25％<a<3％；特别优选地，0<a≤0.25％。需要说明的是，纯银烧结层是指将银粉原料与有机载体混合后烧结而成。银与第一玻璃的烧结层中包含有银和玻璃成分，其中银采用银粉作为原料，第一玻璃采用第一玻璃粉为原料同有机载体混合后高温烧结而成。
在一些实施方式中，第一玻璃选自Bi2O3玻璃、ZnO玻璃、BaO玻璃、硅酸盐玻璃中的至少一种或组合。可以理解，第一玻璃应该选择在经过烧结之后呈无色透明的玻璃，且应该保证尽可能高的透光率。优选为透光率80％以上。
其中，银反射层120的厚度为1～100um；进一步优选为2～50um；特别优选为5～20um。
为了保证银在烧结过程中的迁移性能，作为优选地实施方式，银反射层中中还包含有铂、钯中的至少一种或组合。特别优选地，其钯和/或铂含量不超过银反射层总质量的30％。应该理解，铂粉、钯粉作为原料粉同银粉原料一同与有机载体混合，然后烧结为银反射层。优选地，银反射层中银粉原料的粒径范围是0.01～20um。特别优选地，银粉原料为球形或者片状。
进一步地，第一玻璃的软化点温度在400℃～700℃之间；进一步优选地，第一玻璃的软化点温度为450～650℃。应该理解，当采用第二玻璃封装荧光粉作为发光层时，为了保证在烧结银反射层过程中发光层不被破坏，第二玻璃软化点应该高于第一玻璃软化点。
进一步地，第一玻璃的热膨胀系数τ处于±6*10-6/K之间；进一步优选地，第一玻璃的热膨胀系数τ处于±4*10-6/K之间；特别优选地，第一玻璃的热膨胀系数τ处于±2*10-6/K之间。
进一步地，在一些实施方式中，银反射层120中靠近发光层110部位银含量不同于靠近金属焊接层130的部位。进一步优选地实施方式中，银反射层120靠近金属焊接层130部位的银含量高于靠近发光层110部位的银含量。
对于银反射层的不同实施方式，如下相关问题需要进一步解释说明：
作为其中的一种实施方式，当银反射层120为纯银烧结层的情况下，由于其采用银粉作为原料与有机载体混合形成浆料再烧结而成，因此完全不含有玻璃成分，即第一玻璃占银反射层的质量比a＝0；此时银反射层的反射率极高。进一步研究发现，此时的银反射层120具有极强的可焊性，致密的纯银反射层能够通过金属焊接层130与导热基板140获得极佳的焊接效果，三者之间的焊接强度极高。其原因在于，纯银能够与金属焊接层形成可靠的焊缝；由锡焊的基本原理，焊缝由金属间化合物构成。显然，该实施方式中，高纯度的银层能够容易的与焊锡膏或预成型焊片中的金属形成金属间化合物，进而形成可靠的焊缝。其中，焊锡膏或预成型焊片中的金属成分包括金锡、银锡、铋锡或铅焊等。
作为其中的另一种实施方式，银反射层120为银与第一玻璃的烧结层，此时银反射层120中包含有银和第一玻璃两种成分。应该理解，银与第一玻璃的烧结层的烧结温度为500～1000℃，一般称这种温度下的烧结银为高温烧结银。与之相对的，采用纳米银浆作为原料在200～300℃下烧结形成银烧结层的，称这种温度下的烧结银为低温烧结银。
进一步，发明人实验发现，银反射层120中含有银和玻璃成分时，发光层110与银反射层120之间的粘结强度很高。同时虽然理论认为反射层中的玻璃成分降低了银反射层的可焊接性，但是发明人实际实验发现，此种实施方式中银反射层120通过金属焊接层130与导热基板140焊接的强度同样极高。进一步研究发现，采用银粉、第一玻璃粉与有机载体共同烧结形成的银反射层，银在银反射层的不同位置的富集程度不同；如图4及表1所示，银反射层120靠近发光层110部位的银富集度低于银反射层120远离发光层110部位，即银反射层120靠近金属焊接层130部位的银含量高于靠近发光层110部位的银含量。结合附图4及表1，银反射层120靠近金属焊接层130部位1202(即图谱5)位置的银含量为27.64％，而靠近发光层110部位1201(即图谱6)的银含量5.93％；显然1202的银含量为27.64％远高于1201的银含量5.93％，银在银反射层120中形成了不同的浓度分布结构。由此影响，具有该结构的银反射层一方面保证了与发光层110的粘结强度，另一方面又保证了良好的可焊接性，即提高了与金属焊接层130和导热基板140的焊接强度。极大的提高了波长转换装置的整体粘结强度，提高整体的机械可靠性。使得本发明的波长转换装置能够适应高转速色轮中的应用。另外，由表1所示，作为提高银粉迁移性的铂，其在银反射层中依然具有不同的富集程度；其中，图谱5位置1202铂含量1.91％，图谱6位置1201铂含量0.49％；显然，银反射层120靠近发光层110部位的铂富集度低于银反射层120远离发光层110部位，即银反射层120靠近金属焊接层130部位的铂含量高于靠近发光层110部位的铂含量。
应该理解，在其他实施方式中，钯作为助剂添加于银粉原料中用于改善在烧结过程中银粉迁移率时，在银反射层120中同样靠近发光层部位钯含量不同于靠近金属焊接层的部位；进一步地，银反射层靠近金属焊接层部位的钯含量高于靠近发光层部位的钯含量。
表1.波长转换装置的局部SEM图谱对应的EDX元素分析表
谱图5 谱图6
元素 原子百分比 原子百分比
C 9.24 5.80
N 0 53.35
O 57.52 18.06
Al 2.51 16.37
Si 1.19 ——
Ag 27.64 5.93
Pt 1.91 0.49
进一步，发明人研究发现，银浆在高温烧结过程中，形成的玻璃液相相对于银的流动性更高，与发光层的浸润性更好，因此玻璃液相倾向于向荧光界面层(发光层第二面)流动，因而这就要求银浆中，玻璃粉的软化点处于一个合理的范围，使得银反射层120的靠近发光层110端烧结形成富玻璃结构，而远离发光层110端形成富银结构。第一玻璃软化点过低，银反射层高温烧结过程中，玻璃熔融液流动性太强，银反射层烧结致密度变差；第一玻璃软化点过高，玻璃玻璃流动性变差，不能充分浸润发光层界面(发光层第二面)，容易形成玻璃银的复合均匀烧结结构；均匀的银-玻璃结构与发光层界面(发光层第二面)粘接力变差，与金属焊接层可焊接性同样也变差，不利用波长转换装置可靠性的提升。需要说明的是，发光层第二面为发光层与银反射层靠近并相接触的界面，即发光层第二面为发光层上靠近银反射层的一个面；而与发光层第二面相对的第一面为发光层上相对远离银反射层的一个面。
发明人经过实验发现，银反射层120中第一玻璃占银反射层的质量比为a，当0<a<3％效果较好；进一步优选为0.25％<a<3％。玻璃含量过高，烧结银反射层的可焊接性与反射率变差，玻璃含量过低，对发光层界面(发光层第二面)的浸润性变差，粘接力变差。
进一步通过实验研究发现，银浆烧结形成一个平整、连续且致密的膜层，反射率较高，发光层110界面层气孔越大，气孔率越高，银浆中的银粉在烧结过程中会渗透到气孔中，在气孔中形成一个单独的银颗粒，造成一个局部的黑点而降低反射率，因此发光层110第二面需要进行研磨抛光，其粗糙度Ra<0.4um,优选Ra<0.1um,表面气孔直径小于0.8um，优选小于0.4um，更优选小于0.1um。
其中，金属焊接层130为焊锡层或烧结银层。进一步地，焊锡层为金锡、银锡、铋锡或铅焊锡膏中的至少一种，或者预成型焊片回流焊接形成。需要说明的是，作为金属焊接层的烧结银层为低温烧结银层，其采用纳米银浆在在200～300℃下烧结而成。进一步地，金属焊接层的厚度为0.005～0.5mm。
应该理解，金属焊接层130由于采用的全部为导热率较高的金属材料，因此其热阻极低能够保证整个波长转换装置的低热阻。进一步，为了进一步提高其导热率、降低热阻，优选地，金属焊接层的孔隙率为小于50％；进一步优选为30％以下；更进一步优选为10％以下。
显然，相对于现有技术中的多孔漫反射层结构的波长转换装置，本发明的热稳定性显著提高。
其中，导热基板140为金属基板或陶瓷基板。优选地，导热基板为铜、铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅或氧化铝陶瓷基板中的任一种。进一步地，选择铜基板或铝基板为优；更进一步地，在其表面镀镍金保护层。可以理解，为了降低波长转换装置的热阻，选择导热性良好的同时具有良好延展性的铜作为导热基板的材质具有很好的实际使用效果。显然，导热基板还可以是其他导热性良好的材料，如石墨基板等，这里不再赘述。
在另一些实施方式中，当选择陶瓷基板作为导热基板时，可以在陶瓷基板表面镀Ti过渡层，然后镀镍金保护层。好处在于能够获得更好的可焊接性，提高与金属焊接层130和银反射层120的粘结性，使波长转换装置获得更好的机械可靠性。当然，镀镍金保护层同样可以应用于金属导热基板上。
进一步地，导热基板140为平板型式或带鳍片式。其中，鳍片式的导热基板能够有更好的对外散热效果，能进一步提高波长转换装置的热稳定性。鳍片可以为片状、钉状、带状或条状等中的任何一种或组合。
进一步地，导热基板的厚度为0.1～5mm。
为了进一步提高波长转换装置的光利用效率。在另一些实施方式中，发光层第一面镀有增透膜或者表面粗化。发光层第一面为远离银反射层120的发光层的一个面；发光层第一面与发光层第二面相对。增透膜或者表面粗化可根据具体情况选择不同的参数，这里不再赘述。
在上述的一些实施方式中提到，在银反射层烧结过程中银浆中的银粉在烧结过程中会渗透到荧光的气孔中，在气孔中形成一个单独的银颗粒，造成一个局部的黑点而降低反射率。优选地，作为又一些实施方式，如图2所示，发光层210与银反射层220之间设置有氧化铝膜层250。需要说明的是，设置氧化铝膜层250的方式一般采用镀膜的方式，如：磁控溅射或者物理蒸镀等镀氧化铝膜层。采用镀膜的方式设置的氧化铝膜层能够容易的获得理想的致密度和表面平整度。采用氧化铝膜层250具有极高的致密度与平整度，银浆中的银粉在烧结过程中不会渗透到发光层210中，因此不会降低银反射层的反射率。进一步提高银反射层的反射率，进而提高了波长转换装置的光利用效率。优选地，氧化铝膜层厚度为10～1000nm，特别优选50～500nm。
发明人进一步实验表明，氧化铝膜层250与银反射层220之间的粘结性相对于没有氧化铝膜的实施方式有所提高；特别是纯银烧结层作为银反射层的实施方式中，发光层210、氧化铝膜层250与银反射层220之间粘结性有显著提升。同时由于氧化铝膜层具有极高的平整度与致密性，当纯银层烧结在其上时，烧结银层也具有极高的平整度与致密性，有利用提高银反射层的反射率。
在波长转换装置实际使用过程中，发明人发现随着使用时间的累计，银反射层开始出现硫化、氧化现象，即银反射层的反射率降低。进一步，在一些实施方式中，波长转换装置周围包覆有封装层。如图3所示，波长转换装置300周围包覆有封装层360。进一步地，封装层360的材料为环氧树脂，硅胶或硅树脂中的任一种或组合。优选地，封装层360透氧率低于500cc/m2.day；进一步优选地，透氧率低于300cc/m2.day；特别优选地，透氧率低于100cc/m2.day。需要说明的是，为了提高包覆封装层360的可操作性，进一步地，导热基板340尺寸略大于发光层310、银反射层320和金属焊接层330。目的在于，导热基板340略大的部分能够用于承载封装层360。另外需要注意的是，封装层360至少应该部分包覆银反射层320周围边界的一部分。显然，只有对银反射层和/或焊接层实现有效的包覆才能避免或减缓硫化发黑现象；所以，银反射层和焊接层周围被封装层360完全包覆，效果最好。
本发明还提供了上述波长转换装置的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤A：发光层双面研磨抛光。
步骤B：在发光层第二面涂覆银粉、第一玻璃粉和有机载体的混合浆料；预烘干形成银反射层预成型层；优选地，预烘干温度为60～150℃；然后将银反射层预成型层置于高温炉中烧结，在发光层上形成银反射层；优选地，高温炉中烧结温度为500～1000℃。
步骤C：在导热基板基板上涂覆焊锡膏；将发光层烧结有银反射层的一面置于焊锡膏上面，回流焊接形成金属焊接层；
或者，采用预成型焊片进行回流焊接；
或者，在导热基板基板上涂覆纳米银浆，将发光层烧结有银反射层的一面置于纳米银浆上面，在200～300℃下烧结。
优选地，所述发光层选用(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶。需要说明的是，为了保证发光层研磨表面的致密性，优选为(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶，比如：YAG:Ce3+(YAG:Ce)。
其中，回流焊温度为280～320℃。
其中，所述焊锡膏为金锡、银锡，铋锡，铅锡的焊膏中的至少一种或组合。
在其中一些实施方式中，步骤C烧结银过程中加压8～11Mpa烧结。
其中，银反射层中银原料的银粉粒径范围是0.01～20um。进一步，银粉原料为球形或者片状。
进一步地，在一些实施方式中，步骤A还包括将发光层第一面镀增透膜或者表面粗化。
在另一些实施方式中，步骤A与步骤B之间还有步骤D；步骤D：将发光层第二面采用磁控溅射或者物理蒸镀镀氧化铝膜层。
进一步地，氧化铝膜层厚度为10～1000nm；进一步优选地，氧化铝膜层厚度为50～500nm。
在又一些实施方式中，步骤C之后还有步骤F；步骤F：在制得的波长转换装置周围包覆封装层。其中，封装层的材料为环氧树脂，硅胶或硅树脂中的任一种或组合。进一步地，封装层透氧率低于500cc/m2.day；进一步优选地，透氧率低于300cc/m2.day；特别优选地，透氧率低于100cc/m2.day。
需要说明的是，本发明制备方案直接采用制备好的发光层。对应发光层的制备，主要包括如下步骤，即在步骤A之前还包括步骤G：将第二玻璃粉与荧光粉、有机载体混合，烧结成型，制得发光层。
在另一些实施方式中，步骤G：将荧光粉压制成片状，经烧结成型，制得发光层。
在又一些实施方式中，步骤G：将荧光粉与陶瓷烧结助剂混合，依次成型和烧结，制得发光层。其中，陶瓷烧结助剂为氧化镁、硝酸镁、氢氧化镁、氧化钇、硝酸钇、正硅酸乙酯等。荧光粉与陶瓷烧结助剂的质量比为100:0.01～100:10。
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例一
本例采用YAG:Ce3+陶瓷为发光层原料，银粉、第一玻璃粉为银反射层原料，焊锡膏为金属焊接层原料、镀镍金铜基板为导热基板等制备如附图1结构的波长转换装置。具体过程如下：
步骤A1:选用已经烧结成片状的YAG:Ce3+陶瓷片作为发光层进行双面抛光；其中，发光层第二面需要抛光达到Ra<0.4um；优选为Ra<0.1um。
需要说明的是，YAG:Ce3+陶瓷片的制备过程一般采用YAG:Ce3+荧光粉同封装材料进行高温烧结而制得，同时还可能包括切割等步骤。本实施例中，直接采用已经为成品的YAG:Ce3+陶瓷片，故不再对该步骤进行细致说明。
步骤A2：将发光层第一面进行表面粗化。需要说明的是，该步骤中主要实现发光层的表面粗化或镀增透膜，以提高出光效率。表面粗化或镀增透膜二者根据实际情况择其一即可。
步骤B：在发光层第二面涂覆银粉、第一玻璃粉、有机载体的混合浆料；然后，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃；最后，置于高温炉中烧结在发光层上形成银反射层，烧结温度为500～1000℃。
其中，银反射层中银粉原料的粒径范围是0.01～20um；银粉原料为球形或者片状。粒径小于0.01um的银粉不容易分散，粒径大于20um的银粉制备的银浆表面平整度不容易控制，并且粒径较大的银粉越不容易在氧化铝基板上烧结致密，附着力变差；原料银粉优选球形或者片状，这两种形状颗粒有利于形成密堆积结构，烧结的银反射层更致密。银粉中还可以包含有铂粉和/或钯粉以改善银的高温迁移特性；其中，钯和/或铂粉含量不超过30％，否则会影响反射率。具体的，本实施例中添加铂粉。
第一玻璃粉选自Bi2O3玻璃、ZnO玻璃、BaO玻璃、硅酸盐玻璃中的至少一种，本实施例中具体为硅酸盐玻璃。
有机载体由粘结剂和有机溶剂组成。其中，粘结剂为乙基纤维素；溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇酯、柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种。本实施例中具体为乙基纤维素和松油醇的混合物。
具体的，本实施例中有机载体与银粉的质量比为0.5:1；第一玻璃粉占银反射层的质量比为(第一玻璃粉和银粉的总质量)0.25％。
步骤C：选取厚度为5毫米的镀镍金的铜基板，在导热基板基板上涂覆焊锡膏；将发光层烧结有银反射层的一面叠置于焊锡膏上，于280～320℃下回流焊接形成金属焊接层。同时实现导热基板的叠置。最终制得本实施例的波长转换装置。
其中，金属焊接层的厚度控制在0.005～0.5mm之间。焊锡膏金锡、银锡、铋锡或铅焊锡膏中的至少一种，本实施例具体为银锡膏。
实施例一所制得的波长转换装置的局部SEM图谱对应的EDX元素分析表请参见表1；光学性能参数请参见表2。
实施例二
本例同实施例一制备相似结构的波长转换装置。不同之处在于，发光层采用YAG:Ce3+荧光粉以第二玻璃成分为封装材料制备而成；银粉、第一玻璃粉为银反射层原料，采用预成型焊片进行回流焊接、镀镍金铜基板为导热基板等制备如附图1结构的波长转换装置。具体过程如下：
步骤A1:
选用已经烧结成片状的第二玻璃成分封装的YAG:Ce3+的荧光片作为发光层进行双面抛光；其中，发光层第二面需要抛光达到Ra<0.4um；优选为Ra<0.1um。
同样，第二玻璃成分封装YAG:Ce3+的荧光片的制备过程一般包括：采用YAG:Ce3+荧光粉同封装材料进行高温烧结而制得，同时还可能包括切割、研磨抛光等步骤。其中对比本例，要求第二玻璃成分的软化点要高于第一玻璃成分的软化点，以确保在步骤B过程中(银反射层制备)，发光层结构的稳定性。本实施例中，可直接采用已经为成品的第二玻璃封装的YAG:Ce3+荧光片，故不再对该步骤进行细致说明。
步骤A2：将发光层第一面镀增透膜；以提高出光效率。
步骤B：在发光层第二面涂覆银粉、第一玻璃粉、有机载体的混合浆料；然后，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃；最后，置于高温炉中烧结在发光层上形成银反射层，烧结温度为500～1000℃。这里需要注意的是，高温烧结的温度需要控制在第二玻璃软化点温度之下。
其中，银反射层中银粉原料的粒径范围是0.01～20um；银粉原料为球形或者片状。粒径小于0.01um的银粉不容易分散，粒径大于20um的银粉制备的银浆表面平整度不容易控制；原料银粉优选球形或者片状，这两种形状颗粒有利于形成密堆积结构，烧结的银反射层更致密。银粉中还可以包含有铂粉和/或钯粉以改善银的高温迁移特性；其中，钯和/或铂粉含量不超过30％，否则会影响反射率。具体的，本实施例中添加钯和/或铂粉。
第一玻璃粉选自Bi2O3玻璃、ZnO玻璃、BaO玻璃、硅酸盐玻璃中的至少一种，本实施例中具体为硅酸盐玻璃。
有机载体由粘结剂和有机溶剂组成。其中，粘结剂为乙基纤维素；溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇酯、柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种。本实施例中具体为乙基纤维素和松油醇的混合物。
具体的，本实施例中有机载体与银粉的质量比为0.5:1；第一玻璃粉占银反射层的质量比为(第一玻璃粉和银粉的总质量)0.25％。
步骤C：选取厚度为5毫米的镀镍金的铜基板，并在导热基板基板上设置预成型焊片；将发光层烧结有银反射层的一面叠置于预成型焊片和导热基板之上，于280～320℃下回流焊接形成金属焊接层。同时实现导热基板的叠置。最终制得本实施例的波长转换装置。
其中，同实施例一，金属焊接层的厚度也控制在0.005～0.5mm之间。
实施例三
本例同实施例一制备相似结构的波长转换装置。与实施例一不同之处在于，金属焊接层采用纳米银浆在200～300℃下烧结而成。具体过程如下：
步骤A1、A2及步骤B，请参见实施例一。
步骤C：选取厚度为5毫米的镀镍金的铜基板，并在导热基板基板均匀涂覆纳米银浆；将发光层烧结有银反射层的一面叠置于纳米银浆和导热基板之上，于200～300℃下烧结，即可实现导热基板的叠置。最终制得本实施例的波长转换装置。进一步，可以采取加压10Mpa烧结，提高本例中作为金属焊接层的致密银层的致密度，提高粘结强度。
本例中制备的波长转换装置，由于采用了低温烧结银作为金属焊接层，配合上含有玻璃成分的银反射层，综合上来看该波长转换装置具有极高的反射率，能保证有很高的出光效率。
实施例四
本例采用YAG:Ce3+陶瓷为发光层原料，银粉、第一玻璃粉为银反射层原料，焊锡膏为金属焊接层原料、镀镍金铜基板为导热基板等制备如附图2结构的波长转换装置。
具体过程如下：
步骤A1:选用已经烧结成片状的YAG:Ce3+陶瓷片作为发光层进行双面抛光；其中，发光层第二面需要抛光达到Ra<0.4um；优选为Ra<0.1um。
步骤A2：将发光层第一面进行表面粗化。需要说明的是，该步骤中主要实现发光层的表面粗化或镀增透膜，以提高出光效率。表面粗化或镀增透膜二者根据实际情况择其一即可。
步骤D：将发光层第二面采用磁控溅射或者物理蒸镀镀氧化铝膜层。其中，氧化铝膜层厚度为10～1000nm，特别优选50～500nm。采用磁控溅射或者物理蒸镀镀的氧化铝膜层具有极高的表面平整度及致密性。
步骤B：在发光层第二面涂覆银粉、第一玻璃粉、有机载体的混合浆料；然后，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃；最后，置于高温炉中烧结在发光层上形成银反射层，烧结温度为500～1000℃。需要说明的是，本例中由于发光层第二面镀有氧化铝膜层，实际上为在氧化铝膜上进行的该工艺步骤。即，在氧化铝膜层上涂覆银粉、第一玻璃粉、有机载体的混合浆料；然后，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃；最后，置于高温炉中烧结在发光层上形成银反射层，烧结温度为500～1000℃。
其中，银反射层中银粉原料的粒径范围是0.01～20um；银粉原料为球形或者片状。粒径小于0.01um的银粉不容易分散，粒径大于20um的银粉制备的银浆表面平整度不容易控制，并且粒径较大的银粉越不容易在氧化铝基板上烧结致密，附着力变差；原料银粉优选球形或者片状，这两种形状颗粒有利于形成密堆积结构，烧结的银反射层更致密。银粉中还可以包含有铂粉和/或钯粉以改善银的高温迁移特性；其中，钯和/或铂粉含量不超过30％，否则会影响反射率。具体的，本实施例中添加钯和/或铂粉。
第一玻璃粉选自Bi2O3玻璃、ZnO玻璃、BaO玻璃、硅酸盐玻璃中的至少一种，本实施例中具体为硅酸盐玻璃。
有机载体由粘结剂和有机溶剂组成。其中，粘结剂为乙基纤维素；溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇酯、柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种。本实施例中具体为乙基纤维素和松油醇的混合物。
具体的，本实施例中有机载体与银粉的质量比为0.5:1；第一玻璃粉占银反射层的质量比为(第一玻璃粉和银粉的总质量)0.25％。
步骤C：
选取厚度为5毫米的镀镍金的铜基板，在导热基板基板上涂覆焊锡膏；将发光层烧结有银反射层的一面叠置于焊锡膏上，于280～320℃下回流焊接形成金属焊接层。同时实现导热基板的叠置。最终制得本实施例的波长转换装置。
其中，金属焊接层的厚度控制在0.005～0.5mm之间。焊锡膏金锡、银锡、铋锡或铅焊锡膏中的至少一种，本实施例具体为银锡膏。
本例中制备的波长转换装置，由于在发光层第二面镀有氧化铝膜层，一方面致密、平整的氧化铝膜能保证在烧结过程中银反射层中的银粉不形成单颗的银颗粒影响整个波长转换装置的反射率。另一方面，具有极高强度的氧化铝膜能提高发光层与银反射层之间的粘结强度。提高了波长转换装置的反射率和长期可靠性。
实施例五
本例采用YAG:Ce3+陶瓷为发光层原料，银粉为银反射层原料，焊锡膏为金属焊接层原料、镀镍金铜基板为导热基板等制备如附图2结构的波长转换装置。
具体过程如下：
步骤A1:选用已经烧结成片状的YAG:Ce3+陶瓷片作为发光层进行双面抛光；其中，发光层第二面需要抛光达到Ra<0.4um；优选为Ra<0.1um。
步骤A2：将发光层第一面进行表面粗化。需要说明的是，该步骤中主要实现发光层的表面粗化或镀增透膜，以提高出光效率。表面粗化或镀增透膜二者根据实际情况择其一即可。
步骤D：将发光层第二面采用磁控溅射或者物理蒸镀镀氧化铝膜层。其中，氧化铝膜层厚度为10～1000nm，特别优选50～500nm。采用磁控溅射或者物理蒸镀镀的氧化铝膜层具有极高的表面平整度。
步骤B：在氧化铝膜层上涂覆银粉、有机载体的混合浆料；然后，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃；最后，置于高温炉中烧结在发光层上形成银反射层，烧结温度为500～1000℃。
其中，银反射层中银粉原料的粒径范围是0.01～20um；银粉原料为球形或者片状。粒径小于0.01um的银粉不容易分散，粒径大于20um的银粉制备的银浆表面平整度不容易控制，并且粒径较大的银粉越不容易在氧化铝膜上烧结致密，附着力变差；原料银粉优选球形或者片状，这两种形状颗粒有利于形成密堆积结构，烧结的银反射层更致密。银粉中还可以包含有铂粉和/或钯粉以改善银的高温迁移特性；其中，钯和/或铂粉含量不超过30％，否则会影响反射率。具体的，本实施例中添加钯和/或铂粉。
有机载体由粘结剂和有机溶剂组成。其中，粘结剂为乙基纤维素；溶剂选自松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇酯、柠檬酸三丁酯和乙酰柠檬酸三丁酯中的至少一种。本实施例中具体为乙基纤维素和松油醇的混合物。
具体的，本实施例中有机载体与银粉的质量比为0.5:1。
步骤C：
选取厚度为5毫米的镀镍金的铜基板，在导热基板基板上涂覆焊锡膏；将发光层烧结有银反射层的一面叠置于焊锡膏上，于280～320℃下回流焊接形成金属焊接层。同时实现导热基板的叠置。最终制得本实施例的波长转换装置。
其中，金属焊接层的厚度控制在0.005～0.5mm之间。焊锡膏金锡、银锡、铋锡或铅焊锡膏中的至少一种，本实施例具体为银锡膏。
本例中制备的波长转换装置具有与实施例四相似的结构。不同之处在于，本例中银反射层由纯银烧结而成。相对于银反射层中含有第一玻璃成分的实施方式，由于银含量更高银反射层具有更高的反射率；同时，由于银反射层具有极高的平整度，没有单独聚集的银颗粒，也提高了整体的反射率。同时，本例中由于镀有氧化铝膜，相对于没有镀氧化铝膜的实施方式，实验测试发现，该例也具有更好的粘结强度。其原因在于氧化铝膜同纯银反射层之间具有更高的结合强度，进一步，氧化铝和银层具有相似的晶体结构，其结合能力强。
实施例六
本例采用YAG:Ce3+陶瓷为发光层原料，银粉、第一玻璃粉为银反射层原料，焊锡膏为金属焊接层原料、镀镍金铜基板为导热基板等制备如附图3结构的波长转换装置。
本例在以上实施例一的基础上进一步包括如下步骤：
步骤F：步骤C得到的波长转换装置基础上，沿装置边缘包覆一层封装材料，组成封装层。其中，封装材料可以为环氧树脂、硅树脂中的任一种。本例中具体为环氧树脂。需要说明的是，由于封装层的作用主要为进一步阻隔空气对银反射层的不利影响，所以因此可以采用耐高温性能较弱的封装材料。其中，不利影响主要为银的硫化发黑现象。
实施例七
本例采用YAG:Ce3+陶瓷为发光层原料，银粉为银反射层原料，焊锡膏为金属焊接层原料、镀镍金铜基板为导热基板等制备如附图4结构的波长转换装置。依次为发光层410，氧化铝膜层450，银反射层420，金属焊接层430，导热基板440以及封装层460。
本例在以上实施例五的基础上进一步包括如下步骤：
步骤F：步骤C得到的波长转换装置基础上，沿装置边缘包覆一层封装材料，组成封装层。其中，封装材料可以为环氧树脂、硅树脂中的任一种。本例中具体为环氧树脂。需要说明的是，由于封装层的作用主要为进一步阻隔空气对银反射层的不利影响，并且实际实验发现，相对于没有封装层的情况(即实施例五)，本例中的纯银反射层的硫化现象远弱于没有封装层的情况。但是，相对于与其他实施例中，银反射层由银和第一玻璃烧结的方案，本例中的硫化发黑现象微弱于其方案；其原因在于玻璃在反射银层中起到了一定的封装作用，特别是在玻璃含量较高的情况下。
对比例一
首先提供氮化铝基板，在氮化铝基板上涂覆氧化钛，玻璃粉和有机载体的混合浆料，然后，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃；然后继续在预成型层上涂覆荧光粉，玻璃粉和有机载体的混合浆料，预烘干形成银反射层预成型层，温度为60～150℃，最后，置于高温炉中烧结在氮化铝基板形成漫反射层和发光层，烧结温度为500～1000℃。
本发明的具体实施效果，可以从如下表2所示的本发明实施例一与对比例一的波长转换装置在不同光功率蓝光激光激发条件下的光通量对比情况可以看出。如表2所示，在激光功率增大的过程中，出现了热淬火现象；而实施例一没有出现热淬火现象，显示了本发明的波长转换装置具有极低的热阻，具有优异的热导性能。本实施例一所示的波长转换装置的可以承受的光功率比对比例一高三倍以上，光通量高三倍以上，表明本发明的样品在高功率激光激发下的出光效率和亮度均优于对比例；同时，发光可靠性也相对对比例显著提高。
表2实施例一与对比例一在不同光功率蓝光激光激发条件下的光通量
其他2～7实施例中的波长转换装置光通量随蓝光激光功率的变化同实施例一的变化类似，与实施例一的性能类似，对此不再赘述。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种波长转换装置，其特征在于：包括依次叠置的发光层、银反射层、金属焊接层和导热基板；
其中，所述发光层为第二玻璃封装荧光粉层、发光陶瓷或发光陶瓷单晶中的任一种；所述银反射层为纯银烧结层或银与第一玻璃的烧结层；所述金属焊接层为焊锡层或烧结银层。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述发光层第二表面粗糙度Ra<0.4um；所述发光层第二面为发光层上靠近所述银反射层的一个面。
3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述发光层第二面为发光层上靠近所述银反射层的一个面；所述发光层第二表面气孔直径小于0.8um。
4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述发光层为石榴石结构的(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷或者(Lu,Y,Gd,Tb)3(Ga,Al)5O12:Ce3+发光陶瓷单晶。
5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述发光层厚度为0.005～1mm。
6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述第一玻璃占银反射层的质量比为a，其中0<a<50％。
7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述银反射层的厚度为1～100um。
8.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述第二玻璃的热膨胀系数τ处于±6*10-6/K之间。
9.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述银反射层中靠近发光层部位银含量不同于靠近金属焊接层的部位的银含量；优选地，所述银反射层靠近所述金属焊接层部位的银含量高于靠近所述发光层部位的银含量。
10.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述焊锡层为金锡、银锡、铋锡或铅焊锡膏中的至少一种或组合。
11.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述导热基板为金属基板或陶瓷基板。
12.根据权利要求1-11中任一所述的波长转换装置，其特征在于：所述发光层第一面设置有增透膜或者表面粗化。
13.根据权利要求1-12中任一所述的波长转换装置，其特征在于：所述发光层与所述银反射层之间还设置有氧化铝膜层；
优选地，所述氧化铝膜层厚度为10～1000nm。
14.根据权利要求1-13中任一所述的波长转换装置，其特征在于：所述波长转换装置周围至少部分包覆有封装层；
优选地，所述银反射层周围至少部分被所述封装层包覆。
15.一种波长转换装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：发光层双面研磨抛光。
步骤B：在发光层第二面涂覆银粉、第一玻璃粉和有机载体的混合浆料；预烘干形成银反射层预成型层；然后将银反射层预成型层置于高温炉中烧结，在发光层上形成银反射层；
步骤C：在导热基板基板上涂覆焊锡膏；将发光层烧结有银反射层的一面置于焊锡膏上面，回流焊接形成金属焊接层；
或者，采用预成型焊片进行回流焊接；
或者，在导热基板基板上涂覆纳米银浆，将发光层烧结有银反射层的一面置于纳米银浆上面，在200～300℃下烧结。
16.一种光源，包括激发光光源，其特征在于，还包括权利要求1-14中任一所述的波长转换装置。
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