CN109838763A - 一种波长转换装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波长转换装置，包括至少一种格栅材料，所述格栅材料形成具有多个开口的格栅，所述开口中至少填充一种波长转换材料；所述波长转换材料与所述格栅材料之间无缝隙；所述波长转换材料中的掺杂元素在所述波长转换材料与格栅材料的界面垂直方向具有浓度梯度分布。还提供所述波长转换装置的制备方法，该方法具有工艺简单，设备要求低，适用于工业化生产的特点。

Description

一种波长转换装置及其制备方法
技术领域
本申请涉及显示领域，特别涉及一种波长转换装置及其制备方法。
背景技术
目前的显示领域中，特别是投影显示领域，显示方法主要利用DMD或LCD作为光调制器，对照明光进行调制从而得到图像光。但是，以DMD或LCD为技术基础的显示设备，存在其效率方面的缺陷。
针对上述问题，专利文献CN105684171A、CN106030836A中提出了一种适用于像素化的发光装置的波长转换装置的结构及其制备方法。这些专利中提出的像素化波长转换装置的示意图如图1所示，其中11为波长转换材料，12为格栅材料。波长转换材料11被格栅材料12彼此间隔开，形成像素点阵列，可以将入射光转换为另一波长分布的光；格栅材料不透射紫外或/和可见光，以防止不同像素间的光串扰。为得到具有较好的热学性能的波长转换装置，波长转换装置优选使用无机材料如陶瓷，目前专利中常用的制备该像素化波长转换装置的方法是先制备格栅材料的素坯层，然后在其上通过激光刻蚀、切片、冲压、模压、锯切、切割等方式在阻隔层上形成凹坑或通孔阵列，之后在凹坑或通口阵列中填入发光材料素坯，之后整体进行烧结得到波长转换装置。或者先制备发光材料素坯层，在其上进行加工得到凹坑或通孔阵列，之后将格栅材料素坯填入凹坑或通孔阵列中，将得到的整个素坯烧结得到波长转换装置。
这些方法需要进行机械加工，对冲压或切割模具要求较高，不利于得到像素尺寸小的波长转换装置，也不利于大规模产业化制备。
发明内容
针对以上问题，本发明提出了一种波长转换装置及其制备方法，便于得到像素尺寸小的波长转换装置，也有利于大规模产业化生产。
一种波长转换装置，其特征在于：包括至少一种格栅材料，所述格栅材料形成具有多个开口的格栅，所述开口中至少填充一种波长转换材料；
所述波长转换材料与所述格栅材料之间无缝隙；所述波长转换材料中的掺杂元素浓度在所述波长转换材料与格栅材料的界面垂直方向具有梯度分布。
优选地，所述开口贯穿或部分贯穿所述格栅材料。
优选地，所述格栅材料不透射和/或反射紫外光和/或可见光。
优选地，所述格栅材料中还设置有与所述格栅材料折射率不同的孔或散射颗粒。
优选地，所述散射颗粒为Al2O3、ZnO、BaSO4、MgO、TaO、Y2O3、SiO2、TiO2、ZrO2中的至少一种。
优选地，所述波长转换材料为下列材料中的至少一种：
YAG:Ce、LuAG:Ce、LuYAG:Ce；
(AE)SiON、(AE)AlSiN3、(AE)2Si3N8、(AE)SiAlON，其中AE为碱金属；
硫化物；
正硅酸盐。
优选地，所述波长转换装置中还包括有烧结助剂。
本发明还提供一种波长转换装置的制备方法，包括以下步骤：
S1，一次流延膜的制备：
将至少两种原料粉体分别和添加剂混合制得到流延浆料；流延浆料流延成型制得至少两种不同的一次流延膜；
S2，像素化流延膜的制备：
将至少两种一次流延膜按预设顺序叠置、加压；沿流延膜平面垂直的方向剪切成薄膜，得到至少一种二次流延膜；将二次流延膜再同至少一种一次和/或二次流延膜按预设顺序叠置、加压；沿预设方向剪切，得到预设像素分布的像素化流延膜；
S3，流延膜的烧结：
将像素化流延膜经过排胶、高温烧结制得波长转换装置。
优选地，还包括将将像素化流延膜再和至少一种同种或不同种流延膜叠置、加压，获得另一像素化流延膜。
优选地，所述添加剂依序、分次与原料粉体混合。
优选地，还包括干燥流延膜的工艺。
优选地，排胶之后还包括等静压工艺。
优选地，所述二次流延膜中不同种材料之间呈间隔条状分布。
优选地，烧结之后还包括退火工艺。
优选地，所述添加剂为溶剂、分散剂、粘结剂或塑化剂中的至少一种。
优选地，所述原料粉体为掺杂陶瓷材料和/或无掺杂陶瓷材料。
优选地，所述原料粉体的粒径范围为20～500nm。
优选地，所述原料粉体中还包括有烧结助剂。
本发明的有益效果在于：本发明直接采用流延膜制备的方式，制备了像素化的波长转换装置，本发明能够制备像素尺寸更小的波长转换装置，同时制备工艺简单，设备要求低，不需要采用高精度的机械加工，也有利于大规模产业化制备。由于在制备过程中格栅材料和波长转换材料同时从流延膜状态烧结成型，烧结过程中波长转换材料中的参杂元素会极易通过扩散进入到格栅材料中，由此在波长转换材料与格栅材料的界面形成一定梯度浓度分布。
附图说明
图1为实施例一的工艺示意图；
图2为实施例五的工艺示意图；
图3为实施例六的工艺示意图；
图4为实施例七的工艺示意图；
图5为图1J中界面掺杂元素浓度分布示意图。
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“一次”、“二次”、“第一”、“第二”和“第三”等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。
一种波长转换装置14，请参见图1J，包括至少一种格栅材料141，格栅材料形成具有多个开口的格栅，开口中至少填充一种波长转换材料142；
波长转换材料142与格栅材料141之间无缝隙；波长转换材料中的掺杂元素浓度在波长转换材料与格栅材料的界面垂直方向具有梯度分布。
需要说明的是，界面垂直方向具有梯度浓度分布是指在界面垂直方向附近一定范围内具有浓度梯度，如图5所示，格栅材料141靠近波长转换材料142时浓度开始上升，其变化趋势如图中的曲线51所示。其原因在于，由于本发明采用的制备工艺中，格栅材料和波长转换材料同时由流延膜共同烧结而成，在烧结的过程中，波长转换装置中的高浓度的掺杂元素极易通过扩散进入到格栅材料中；但是由于元素的扩散能力有限，扩散仅限于在界面垂直方向附近，因此只能在其界面垂直方向附近形成一定的梯度浓度分布。与此同时，与界面平行的方向上由于由同种格栅材料和/或波长转换材料构成，界面平行方向的掺杂元素浓度几乎相同。应该注意的是，由于界面位置的不同，各个不同位置界面的浓度梯度分布也可能不同。并且由于格栅材料和波长转换材料同时烧结而成，其界面也无缝隙，二者紧密连接为一体。
优选地，开口贯穿或部分贯穿格栅材料。需要说明的是，如图1J所示，开口贯穿格栅材料141，在开孔中填充的波长转换材料142也即贯穿格栅材料141。如图2D和2E所示，开口部分贯穿格栅材料，即波长转换材料242没有贯穿波长转换材料241。
优选地，格栅材料不透射和/或反射紫外光和/或可见光。
优选地，格栅材料中还设置有与格栅材料折射率不同的孔或散射颗粒。
优选地，所述散射颗粒为Al2O3、ZnO、BaSO4、MgO、TaO、Y2O3、SiO2、TiO2、ZrO2的至少一种。
优选地，所述波长转换材料为下列材料中的至少一种：
YAG:Ce、LuAG:Ce、LuYAG:Ce；
(AE)SiON、(AE)AlSiN3、(AE)2Si3N8、(AE)SiAlON，其中AE为碱金属；
硫化物；
正硅酸盐。
优选地，所述波长转换装置中还包括有烧结助剂。
本发明提供的一种波长转换装置的制备方法，包括以下步骤：
S1，一次流延膜的制备：
将至少两种原料粉体分别和添加剂混合制得到流延浆料；流延浆料流延成型制得至少两种不同的一次流延膜。
其中，根据原料粉体的不同所制得的流延膜种类不同。
S2，像素化流延膜的制备：
将至少两种一次流延膜按预设顺序叠置、加压；沿流延膜平面垂直的方向剪切成薄膜，得到二次流延膜；将二次流延膜再同至少一种一次和/或二次流延膜按预设顺序叠置、加压，沿预设方向剪切，得到预设像素分布的像素化流延膜。
其中，所述预设方向根据预设的像素分布设置确定。
S3，流延膜的烧结：
将像素化流延膜经过排胶、高温烧结制得波长转换装置。
其中，所述原料粉体根据所述波长转换装置的不同而不同。
其中，所述原料粉体可以为作为波长转换材料的第一原料粉体；或，所述原料粉体可以为作为格栅材料的第二原料粉体，所述第二原料粉体可以由至少一种无参杂陶瓷材料组成。
优选地，步骤S2还包括将像素化流延膜再和至少一种同种或不同种流延膜叠置、加压，获得另一像素化流延膜。
需要说明的是，步骤S2中可以将所获得至少一种或多种流延膜按照预定的顺序叠置，然后剪切获得新一种的流延膜或像素化流延膜。其中，像素化流延膜可以直接进入S3步骤，或者再次进行叠置和/或剪切获得另一种的像素化流延膜。显然，该上述步骤可以单独重复多次，或者与其他步骤联用重复多次。并且，叠置和/或剪切的工序可以进行任意多次，直到获得所需要的像素化流延膜为止。
优选地，第一原料粉体主要为波长转换材料粉体或制备其的原料粉体；波长转换材料主要包括各种稀土掺杂材料；具体可以为稀土掺杂的石榴石、稀土掺杂的碱土金属硫化物、稀土掺杂的铝酸盐、稀土掺杂的硅酸盐、稀土掺杂的氯硅酸盐、稀土掺杂的氮氧化物、稀土掺杂的中的至少一种。
优选地实施方式中，波长转换材料可以选用稀土参杂的陶瓷材料或其原料。其中掺杂元素可以为：铈、铕、钕、铒、锰、镨、铽、钐中的至少一种。
具体地，波长转换材料为YAG:Ce、LuAG：Ce或LuYAG:Ce中的至少一种。其中，所述原料粉体为YAG:Ce粉体、LuAG：Ce粉体或LuYAG:Ce粉体中的至少一种；或，制备上述粉体材料的原料粉体中的任一种。更为具体地，YAG:Ce粉体对应的制备其粉体材料的原料粉体为Y2O3、Al2O3和CeO2的混合粉体。
优选地，所述第二原料粉体选自YAG、LuAG、Al2O3、AlN、Y2O3、TiO2、MgO、ZrO2、CaO中的至少一种。
优选地，所述原料粉体中还包括有散射颗粒。其中，散射颗粒选自Al2O3、ZnO、BaSO4、MgO、TaO、Y2O3、SiO2、TiO2、ZrO2中的至少一种。
优选地，所述原料粉体中还可以包括有烧结助剂。其中，烧结助剂选自TEOS、SiO2或MgO中的至少一种。
其中，所述添加剂为溶剂、分散剂、粘结剂或塑化剂中的至少一种。
作为优选地实施方式，步骤S1中添加剂分次混合。
具体地，步骤S1包括如下步骤：
S11，浆料的制备：将原料粉体、溶剂和分散剂混合制得一次浆料；一次浆料再加入粘接剂和塑化剂混合制得流延浆料。
S12：流延成型：将流延浆料流延成型制得一次流延膜。
其中，混合方式优选为球磨。
作为优选地实施方式，步骤S12中还包括步骤S13：将一次流延膜干燥。优选地，干燥温度为20～40℃。优选地，干燥时间为10～30h；更为优选地，干燥时间为18～24h。
优选地，原料粉体的粒径范围为20～500nm；优选为50～500nm。
需要说明的是流延成型中获得具有一定致密度坯体的方式很独特，它是在坯带干燥过程中因重力和有机物收缩而产生填充密度的。为了获得性能优越的流延膜和尽可能高的素坯致密度，这一独特的致密化过程需要控制粉体的尺寸、分布与形貌，以及其纯度、团聚状况等。一般而言，希望使用亚微米级的颗粒，同时要求粉体具有高的堆积密度，接近球形颗粒的均匀排列，窄的颗粒尺寸分布，以获得致密的坯体结构。然而，实际制备的粉体基本上是由一次颗粒形成的团聚体。由于团聚体具有稳定、不规则形状的大颗粒的许多特征，难以形成稳定的分散，对坯带的堆积密度和均匀性非常有害。可通过相关工艺适当控制粉体颗粒尺寸分布，如湿化学法合成粉体，或采用研磨、超声等方法破坏团聚体，改善粉体的结构和形貌。
优选地，溶剂选自水、甲醇、乙醇、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、三氯乙烷或甲基乙基酮中的至少一种。
需要说明的是，流延成型是一种“液相”成型方法。为了将粉体制成二维结构，粉体需处理成流体状，即将粉体悬浮在液相中，并具备一定的粘度适合流延，这种液相被称为“溶剂”。溶剂分子与粉体之间通过离子键、偶极子/偶极子力、氢键和分子间力等实现溶剂对陶瓷粉体的分散溶解。溶剂的作用还包括分散各种组分，如分散剂、粘结剂、塑化剂等，得到均匀的混合体。
在实际应用中为了提高溶解性以及有效控制干燥速率、浆料性质、成本和安全性。通常选择两种及以上溶剂作为混合溶剂。优选地，溶剂选择无水乙醇与二甲苯的混合溶剂。相比于水，有机溶剂的表面张力较小，与粉体的润湿性更好，而混合溶剂的表面张力值低于其中任一组分，可获得更好的润湿性能。
其中，分散剂选自鲱鱼油、柠檬酸铵、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸中的至少一种。需要说明的是，分散剂的加入可控制粉体颗粒团聚程度和团聚体的强度。其分散机理主要包括静电排斥和空间位阻。陶瓷颗粒表面载有电荷，能够保持颗粒分散的排斥性的静电力产生于带相同电性电荷的颗粒间的相互作用，故静电排斥机理主要存在于极性溶剂，特别是水中。适用于极性溶剂的分散剂包括柠檬酸铵、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等。对于非极性溶剂，分散剂采用具有长链结构的聚合物分子，容易吸附在粉体颗粒的表面，分子的另一端伸向液体介质。这种结合使颗粒的尺寸发生柔性外延，增加了颗粒之间的距离，阻止了颗粒之间的相互接近。鲱鱼油是目前非水基流延浆料中最好的分散剂。
优选地，所述分散剂的添加量为原料粉体总量的1～5wt％。
其中，粘结剂选自乙烯基聚合物、聚丙烯酸酯以及纤维素中的人一种或组合。优选地，乙烯基聚合物为PVA、PVB或PVC中的至少一种。可以理解，制备陶瓷素坯时所需的粘结剂是该工艺中最重要的添加剂，它对流延膜的强度、弹性、塑性、叠层加工性、耐用性、韧性等具有重要影响。粘结剂的分子量一般为30000～80000，通过包裹粉体颗粒，其自身固化形成三维相互连接的强的网络结构。粘结剂应该具有热塑性行为，在叠层生产时可在合适的温度提供高的颗粒迁移性。而且应该保持所需的最低量，容易在排胶工艺中被彻底地排除。
优选地，所述粘接剂的添加量为原料粉体总量的1～5wt％。
其中，塑化剂选自丁基·苄基邻苯二甲酸酯(BBP)或聚乙烯醇(PEG～400)中的任一种或组合。塑化剂的作用主要在于赋予流延膜合适的韧性，提高流延膜的可加工性。根据作用机制的不同，塑化剂分为第Ⅰ类塑化剂与第Ⅱ类塑化剂。第Ⅰ类塑化剂可降低粘结剂的玻璃化转变温度Tg，使得流延膜在一定温度下具有柔韧性，同时有助于叠层。但过量的第Ⅰ类塑化剂会导致膜与基板难分离。第Ⅱ类塑化剂可使粘结剂高分子链具有流动性，降低坯带屈服应力，提高断裂应变，避免坯带干燥过程中出现裂纹；同时其润滑作用有助于流延膜与基板载带的分离。单纯使用第Ⅱ类塑化剂，在较低的应变下就会断裂，因为没有经过软化的聚合物刚性依然很大。其中，BBP为第Ⅰ类增塑剂，可软化粘结剂的高分子链，降低聚合物玻璃化转变温度，使其在应力的作用下可以伸展或弯曲；而PEG～400作为第Ⅱ类增塑剂，不仅使粘结剂高分子链具有更好的流动性，也在链之间产生交联效应，使最后干燥所得膜片具有更好的柔韧性。
优选地，所述塑化剂的添加量为原料粉体总量的1～5wt％。
需要说明的是，步骤S2是本发明的重要一步，其能实现像素化流延膜的制备。
优选地，步骤S2中叠置之后加压。加压压力为30～60MPa。优选地，步骤S2中叠置时保持叠置温度；叠置温度为60～90℃；温度太高，粘结剂熔化，会在压制(加压)时逸出较多的粘结剂，脱模时会粘模具，破坏坯体；温度太低，导致膜的结合强度太小，不能压成坯体。时间太短，有机物未能充分玻璃化，膜片之间无法牢固地结合，所制备的坯体质量不好。
另外，叠置的时间对坯体质量的影响也较大。叠层时间过长，尽管可以制备合格的坯体，但是浪费时间。优选地，叠置时间为3～60min。
显然，在上述条件下能保证流延膜像素化制备过程中的不产生剥离现象。
需要说明的是，步骤S2的剪切成薄膜过程中，薄膜厚度根据预先的设计要求设定。一般而言，薄膜在烧结过程中会有一定的收缩量，应该将其考虑在其中。
将二次流延膜再和至少一种一次和/或二次流延膜按预设顺序叠置过程中，需要按照按预设顺序叠置，这里的预设顺序是指根据设计需要以方便像素化为宜的顺序。可以为预设间隔顺序、预设梯度浓度分布顺序、预设的同种像素点的对格或错格顺序等。实际过程中并不局限于上述顺序。
需要说明的是，步骤S3是获得高质量波长转换装置的重要一步。由于流延膜片之间的有机物被排除，在这些位置留下空隙，降低了膜片之间的结合强度。因此，应控制好排胶加热速率，过快的升温速率容易使膜片分离。
优选地，排胶温度为400～1100℃；更为优选地，排胶温度为800～1100℃。
优选地，排胶时间为5～10h。
作为优选地实施方式，步骤S3排胶之后包括等静压工艺。显然，在排胶工艺之后由于坯体中存在空隙，进行等静压处理实现素坯中粉体的重排和压实，得到高致密度的陶瓷素坯。优选地，等静压压力为180～300MPa；更为优选地，等静压压力为220～270MPa。等静压保压时间为0.5～5min。
优选地，烧结在保护气氛下烧结或真空烧结。优选为真空烧结。
烧结温度根据原料的不同而略有不同。优选地，烧结温度1200～1800℃；更为优选地，烧结温度为1500～1800℃。
优选地，烧结时间为8～30h；更为优选地，烧结时间为18～25h。
作为优选地实施方式，步骤S3烧结之后还包括退火工艺。优选地，退火温度为1200～1500℃。退火时间为4～8h。
优选地，烧结助剂为TEOS和/或MgO；优选地，烧结助剂的添加量为原料粉体添加量的0～1wt％。
下面结合实施例对本发明进行说明。
实施例一
本例制备如图1J所示的波长转换装置14，其中包括格栅材料141和波长转换材料142；格栅材料141组成格栅，波长转换材料142填充于格栅的开口中。波长转换材料142与格栅材料141之间无缝隙；波长转换材料中的掺杂元素在波长转换材料与格栅材料的界面垂直方向具有浓度梯度分布。其分布情况如图5所示。
制备过程请参见图1。
选用YAG:Ce纳米粉体，作为波长转换材料的原料粉体；选用粉体尺寸为50～500nm；格栅材料选为漫反射材料，本实施例选用Al2O3，原料Al2O3粉体尺寸为20～500nm。
在本实施例中使用TEOS作为烧结助剂，烧结助剂添加量为YAG:Ce纳米粉体质量的0.8wt％。本实施例选用无水乙醇为溶剂，无水乙醇与原料粉体的质量比为1:1～1:3，本实施例优选为1:2。分散剂选用鲱鱼油，添加量为原料粉体总量的1％～5wt％；本实施例优选为3％。选用PVB作为粘结剂，PVB的用量优选为原料粉体总量的1％～5wt％,本实施例优选为3％。选用等量的丁基·苄基邻苯二甲酸酯(BBP)和聚乙烯醇(PEG～400)为塑化剂，塑化剂的总用量占原料粉体用量的5wt％。
S1，一次流延膜的制备：
具体过程如下：
S11，浆料的制备：将原料粉体与溶剂、分散剂球磨12h混和均匀后，得到一次浆料；加入粘结剂和塑化剂进行二次球磨混料，球磨12h后得到流延浆料。
S12：将上述得到的流延浆料置于流延机上流延成型，然后干燥，得到一次流延膜。具体的，本例刮刀与底板间距为200～400μm，流延速度选取1～2cm/s，干燥温度为室温，即干燥温度为20～40℃，干燥时间为24h。
本例中，干燥的一次流延膜厚度在80～120μm范围内。
选用对应的不同原料粉体，采用上述的工艺流程分别同时得到波长转换材料的一次流延膜和格栅材料的一次流延膜。
S2，像素化流延膜的制备：
如图1A所示，将波长转换材料的一次流延膜112和格栅材料的一次流延膜111按照间隔的顺序叠置。本例中波长转换材料的一次流延膜叠置层数为5层，格栅材料的一次流延膜叠置层数为6层。在60～90℃下，30～60MPa压制10～60min，得到如图1B中所示结构的陶瓷坯体，在该结构中波长转换材料和格栅材料为层状相间排列。
然后，沿流延膜平面垂直的方向剪切成薄膜，得到至少一种二次流延膜。本例中，如图1C和图1D所示，沿流延膜平面垂直的方向剪切后得到二次流延膜12。其中，二次流延膜12由波长转换材料的流延膜条122和格栅材料的流延膜条121构成；二次流延膜中波长转换材料与格栅材料呈间隔条状分布。膜片厚度根据像素化波长转换装置中发光像素点的尺寸，综合考虑烧结过程中的尺寸手术及加工余量确定，得到如图1D所示的若干二次流延膜。
本例中，如图1E和1F所示，将二次流延膜12同格栅材料的一次流延膜111间隔叠置。在60～90℃下，30～60MPa压制10～60min，得到如图1G中所示结构坯体。
最后，再沿预设方向剪切，得到预设像素分布的像素化流延膜。本例中，为得到如图1I所示的像素化的分布的像素化流延膜13，剪切方向为垂直于二次流延膜中条状延伸方向的所在平面，即如图1H中的剪切方向。本例中，剪切的厚度为80～120μm，即本例中的像素化流延膜13的厚度为80～120μm。当然，在其他实施方式中厚度可以不同，根据设计的像素化波长转换装置中发光像素点的尺寸和对应的格栅材料的尺寸，综合考虑烧结过程中的尺寸收缩及加工余量来确定厚度。
S3，像素化流延膜的烧结：
将结构如图1I所示的像素化流延膜13在800～1100℃排胶8h，之后在250MPa冷等静压，得到的坯体在1600～1800℃烧结5～20h，得到如图1J所示的波长转换装置。
本例通过流延法制备了如图1J所示的波长转换装置，没有进行高精度的机械加工，也即没有对冲压或切割模具精度的较高要求，因此不需要采用高精度的模具和成型设备。因此，本发明的加工工艺简单，成本低，适用于大规模工业化生产。
实施例二
本例在实施例一的基础上进行进一步说明。制备与实施例一结构相同的波长转换装置，其结构如图1J所示。与实施例一的不同之处在于，本例中波长转换材料的流延膜制备过程中原料粉体不是YAG纳米粉体，而是选用Y2O3、Al2O3和CeO2的混合粉体作为原料，各粉体的用量按(Y1～xCex)3Al5O12计算。一般而言，X即为掺杂量，其中x＝0.001～0.1，具体的值根据光源入射光的强度、发光聚集器的尺寸、对产品色温及色坐标的要求，通过理论计算和实验分析确定。本例中按掺杂量x＝0.01进行配比。其余过程按实施例一进行。
实施例三
本例在实施例一的基础上，本例与实施例一的不同之处在于，本例中波长转换材料部分添加额外的散射颗粒；具体地，本例中的散射颗粒为Al2O3。原料中Al2O3的摩尔量与YAG:Ce纳米粉体的摩尔量比例为1:5～1:1，本例中具体为1:1。本例中，选用YAG:Ce纳米粉体和Al2O3粉体作为原料粉体，YAG:Ce纳米粉体尺寸优选为50～500nm；Al2O3粉体尺寸优选为50～200nm。其余部分与实施例一相同。
本例中，由于波长转换材料中加入了Al2O3散射颗粒，因此其发光的均匀性相对较好。
实施例四
本例在实施例一的基础上，本例与实施例一的不同之处在于，实施例四中格栅材料部分为起到漫反射作用的复相陶瓷，如YAG&Al2O3复相陶瓷，该实施例与实施例一的区别之处在于S1步骤中格栅材料的一次流延膜的制备。
格栅材料的一次流延膜的制备：本实施例选用Al2O3和Y2O3作为原料粉体，Al2O3和Y2O3的摩尔比大于5：3；本例中具体为7：3。需要说明的是，后续烧结过程中，一部分Al2O3与Y2O3反应生成YAG相，另一部分Al2O3残留在陶瓷中，得到YAG&Al2O3复相陶瓷。
原料中Al2O3和Y2O3粉体尺寸优选为20～500nm，选用TEOS和MgO作为烧结助剂，TEOS和MgO比例为1:1。烧结助剂的添加量为原料粉体添加量的1wt％。本实施例选用无水乙醇为溶剂，无水乙醇与原料粉体的质量比为1:1～1:3,本实施例优选为1:2。分散剂选用鲱鱼油，其添加量为原料粉体总量的1％～5wt％，本实施例优选为3％。选用PVB作为粘结剂，PVB的用量优选为原料粉体总量的1～5wt％,本实施例优选为3％。选用等量的丁基·苄基邻苯二甲酸酯(BBP)和聚乙烯醇(PEG～400)为塑化剂，塑化剂的总用量占原料粉体用量的5wt％.
其余部分与实施例一相同。
实施例五
实施例一所制得的发光装置中波长转换材料贯穿整个波长转换装置，为透射式结构。本例阐述制备如图2D和2E所示的波长转换装置的制备方法；其中，如图2D和2E所示，波长转换材料部分贯穿波长转换装置。其中，图2E为图2D的剖视图。
具体过程如下：
其中，步骤S1和S2，请参见实施例一；由上述步骤制得一次流延膜和像素化流延膜。
步骤S22：将在实施一种步骤S2中制得的预设像素分布的像素化流延膜与格栅材料的一次流延膜叠置。叠置的层数均为1层，并压制制得另一像素化流延膜。
本例中，像素化流延膜23和格栅材料的一次流延膜211,在60～90℃下，30～60MPa压制10～60min，得到如图2C中所示结构的另一像素化流延膜25。如图2C中，另一像素化流延膜25包括有格栅材料的流延膜251和波长转换材料的流延膜252；并且格栅材料的流延膜251中一部分为来自像素化流延膜中格栅材料的流延膜231，另一部来自一次流延膜中格栅材料流延膜211。
步骤S3，将上述制得的流延膜采用同实施例一相同的工艺制备，获得如图所示的波长转换装置。
本例中的流延膜为另一像素化流延膜25。如图2D所示，制得的波长转换装置24包括格栅材料241和填充在格栅中的波长转换材料242；并且如图2E所示，波长转换材料242未贯穿格栅材料241。
显然，其中反射衬底流延膜可以与格栅材料流延膜可以是一种材料，也可以为不同材料，本例中为同一种材料。在其他实施方式中也可以是其他材料组成。
实施例六
本例制备如图3J所示的波长转换装置34，其包括格栅材料341、第一波长转换材料342、第二波长转换材料353。并且，本例中，同一种波长转换材料在一个方向上与同种波长转换材料相邻，另一方向上与另一种波长转换材料相邻；本例中第一波长转换材料342水平方向上与第二波长转换材料353相邻；第一波长转换材料342竖直方向上与第一波长转换材料342相邻。显然其他实施例中可以不限于此。
本例中第一波长转换材料为黄光荧光粉，第二波长转换材料为绿光荧光粉。其他实施例中可以不限于此。
选用YAG:Ce粉体，本例中YAG:Ce为黄光荧光粉，作为第一波长转换材料的原料粉体；选用粉体尺寸为50～500nm；选用绿色荧光粉，作为第二波长转换材料的原料粉体用粉体尺寸为50～500nm；格栅材料选为漫反射材料，本实施例选用Al2O3，原料Al2O3粉体尺寸优选为20～500nm。
在本实施例中使用TEOS作为烧结助剂，烧结助剂添加量为波长转换材料粉体质量的0.8wt％。本实施例选无水乙醇与二甲苯的混合溶剂为溶剂，无水乙醇与原料粉体的质量比为1:1～1:3，本实施例优选为1:2。分散剂选用鲱鱼油，添加量为原料粉体总量的1％～5wt％；本实施例优选为3％。选用PVB作为粘结剂，PVB的用量优选为原料粉体总量的1％～5wt％,本实施例优选为3％。选用等量的丁基·苄基邻苯二甲酸酯(BBP)和聚乙烯醇(PEG～400)为塑化剂，塑化剂的总用量占原料粉体用量的5wt％。
S1，一次流延膜的制备：
相关工艺流程和参数请参见实施例一。
不同之处在于，采用上述的工艺流程同时得到第一波长转换材料的一次流延膜、第二波长转换材料的一次流延膜和格栅材料的一次流延膜。
S2，像素化流延膜的制备：
将第一波长转换材料的一次流延膜、第二波长转换材料的一次流延膜和格栅材料的一次流延膜按预设顺序叠置。本例中的叠置顺序为第一波长转换材料的一次流延膜、格栅材料的一次流延膜、第二波长转换材料的一次流延膜和格栅材料的一次流延膜，如此循环叠置。如图3A所示，本例中第一波长转换材料313的一次流延膜和第二波长转换材料的一次流延膜312叠置层数分别为3和2层，格栅材料的一次流延膜311叠置层数为6层。在60～90℃下，30～60MPa压制10～60min，得到如图3B所示结构的陶瓷坯体，在该结构中波长转换材料和格栅材料为层状相间排列。
然后，沿坯体中与叠层的延伸平面垂直的方向将坯体切成多个膜片，膜片厚度根据像素化波长转换装置中发光像素点的尺寸，综合考虑烧结过程中的尺寸手术及加工余量确定，得到所示的若干二次流延膜。如图3D所示，二次流延膜中波长转换材料与格栅材料呈间隔条状分布。其中，二次流延膜32包括间隔条状分布的格栅材料321、第二波长转换材料322和第一波长转换材料323l。
将二次流延膜32同格栅材料的一次流延膜311间隔叠置。需要注意的是，本例中由于存在不同种的波长转换材料，因此不同层的二次流延膜的像素点需要按照设计需求一一对应。本例中的对应关系为，同一波长转换材料周围最近距离的像素点为不同种的波长转换材料，具体的，即黄光荧光材料周围均为绿光荧光材料的像素点；其结构如图3F所示。在操作过程中则需要按照上述要求对二次流延膜同格栅材料的一次流延膜叠置。在60～90℃下，30～60MPa压制10～60min，得到如图3G中所示的结构。
最后，再沿预设方向剪切，得到预设像素分布的像素化流延膜。本例中，为得到如图3I所示的像素化的分布的像素化流延膜33，剪切方向为垂直于二次流延膜中条状延伸方向的所在平面，即如图3H中的方向。本例中，剪切的厚度为80～120μm，即本例中的像素化流延膜的厚度为80～120μm。当然，在其他实施方式中厚度可以不同，根据设计的像素化波长转换装置中发光像素点的尺寸和对应的格栅材料的尺寸，综合考虑烧结过程中的尺寸收缩及加工余量来确定厚度。
S3，像素化流延膜的烧结：
将结构如图3I所示的像素化流延膜33在800～1100℃排胶8h，之后在250MPa冷等静压，得到的坯体在1600～1800℃烧结5～20h，如图3J所示的波长转换装置。
本例中，如图3I所示的像素化流延膜33包括了像素化的第一波长转换材料333和第二波长转换材料332，二者填充于格栅材料331所构成的格栅中。
本例通过流延法制备了包括有两种波长转换材料的像素化的波长转换装置。本发明的加工工艺简单，精度可控。
实施例七
本例在实施例六的基础上，制备如图4J所示的波长转换装置，其中包括格栅材料441、第二波长转换材料442和第一波长转换材料443；并且，第二波长转换材料442和第一波长转换材料443在水平和竖直方向上均间隔填充于格栅材料441所构成的格栅中。也即同一波长转换材料周围最近距离的像素点为不同种的波长转换材料。
本例中第一波长转换材料为黄光荧光粉，第二波长转换材料为绿光荧光粉。其他实施例中可以不限于此。
制备过程在实施例六的基础上，区别在于：
步骤S2中，
将二次流延膜同格栅材料的一次流延膜间隔叠置过程中。本例中的对应关系为，同一波长转换材料周围最近距离的像素点为不同种的波长转换材料，具体的，即黄光荧光材料周围均为绿光荧光材料和黄光荧光材料的像素点；其结构如图4F～I所示。在操作过程中则需要按照上述要求对二次流延膜同格栅材料的一次流延膜叠置。在60～90℃下，30～60MPa压制10～60min，得到如图4G中所示的结构。
然后，参照实施例六中的相关步骤，制得所述波长转换装置。
需要说明的是，实施例六和七仅为示例性的说明了存在至少两种发光材料的情况下的一些叠置处理方式。在其他多种光材料的情况下，可以采用其对应的叠置方式。其中，可以用多种不同的二次流延膜同多种不同的种一次和/或二次流延膜叠置；已获得多种不同荧光材料像素点按特定分布组成的波长转换装置。
以上实施方式的各技术特征可以进行任意组合，为使得表述简洁，未对所有组合进行详细描述，然而，只要这些技术特征的组合没有矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (10)

1.一种波长转换装置，其特征在于：包括至少一种格栅材料，所述格栅材料形成具有多个开口的格栅，所述开口中至少填充一种波长转换材料；
所述波长转换材料与所述格栅材料之间无缝隙；所述波长转换材料中的掺杂元素浓度在所述波长转换材料与格栅材料的界面垂直方向具有梯度分布。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述开口贯穿或部分贯穿所述格栅材料。
3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述格栅材料不透射和/或反射紫外光和/或可见光。
4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述格栅材料中还设置有与所述格栅材料折射率不同的孔或散射颗粒。
5.根据权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于：所述散射颗粒为Al2O3、ZnO、BaSO4、MgO、TaO、Y2O3、SiO2、TiO2、ZrO2中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述波长转换材料为下列材料中的至少一种：
YAG:Ce、LuAG:Ce、LuYAG:Ce；
(AE)SiON、(AE)AlSiN3、(AE)2Si3N8、(AE)SiAlON，其中AE为碱金属；
硫化物；
正硅酸盐。
7.一种波长转换装置的制备方法，包括以下步骤：
将至少两种原料粉体分别和添加剂混合制得到流延浆料；所述流延浆料流延成型制得至少两种不同的一次流延膜；
将至少两种所述一次流延膜按预设顺序叠置、加压；沿流延膜平面垂直的方向剪切成薄膜，得到至少一种二次流延膜；将所述二次流延膜再同至少一种所述一次和/或二次流延膜按预设顺序叠置、加压；沿预设方向剪切，得到预设像素分布的像素化流延膜；
将所述像素化流延膜经过排胶、高温烧结制得波长转换装置。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：还包括将所述像素化流延膜再和至少一种同种或不同种流延膜叠置、加压，获得另一像素化流延膜。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述添加剂依序、分次与原料粉体混合。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：排胶之后还包括等静压工艺。
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