CN110261942A - 波长转换装置及其制备方法 - Google Patents

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徐虎
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Abstract

一种波长转换装置，包括基板(100)以及设置在基板上的漫反射层(200)，所述漫反射层包括白色漫反射粒子(210)以及粘结剂(220)，所述白色漫反射粒子包括主漫反射粒子(211)和辅助粒子(212)，所述主漫反射粒子的粒径范围为0.1μm～10μm，所述辅助粒子的粒径范围为10nm～100nm。本发明在不改变现有漫反射层厚度和漫反射粒子浓度情况下，采用亚微米漫反射粒子和纳米漫反射粒子共同组成漫反射层，实现了更高的反射率，同时漫反射层与基板能够形成良好粘接，使得波长转换装置的效率和亮度更高。

Description

波长转换装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种波长转换装置及其制备方法，属于光传输技术领域。
背景技术
目前波长转换装置的漫反射层一般采用白色漫反射粒子和玻璃粉混合烧结形成，由于制备工艺简单，可靠性高，其已经成为主流波长转换装置的漫反射层。
上述白色漫反射粒子的粒径位于0.2～0.5μm的亚微米范围内，而作为粘接剂的玻璃粉，由于工艺限制，最小只能提供1μm粒径的粒子，即粘接粒子的粒径比被粘接粒子的粒径大。在烧结过程中受限于大粒径玻璃粉的隔离，被粘接的白色漫反射粒子很难形成密堆积结构，漫反射层的反射率难以进一步提升。
为了提高漫反射层的反射率，一般采用增加漫反射层中漫反射粒子含量和增加漫反射层厚度的方式。然而随着漫反射粒子含量增高，漫反射层与基板的粘接力下降，可靠性降低，并且较厚的漫反射层的热阻较高，不利于散热。由于上述原因，现有的波长转换装置的漫反射层结构无法同时保证高反射和低热阻，不利于波长转换效率中亮度和效率的提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种波长转换装置及其制备方法，在不改变现有漫反射层厚度和漫反射粒子浓度情况下，采用亚微米漫反射粒子和纳米漫反射粒子共同组成漫反射层，实现了更高的反射率，同时漫反射层与基板能够形成良好粘接，使得波长转换装置的效率和亮度更高。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种波长转换装置，包括基板以及设置在基板上的漫反射层，所述漫反射层包括白色漫反射粒子以及粘结剂，所述白色漫反射粒子包括主漫反射粒子和辅助粒子，所述主漫反射粒子的粒径范围为0.1μm～10μm，所述辅助粒子的粒径范围为10nm～100nm。
为了使基板具有良好的导热性，所述基板为氧化铝陶瓷、蓝宝石晶体、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷或氮化硼陶瓷。优选地，所述基板的热导率高于10W/mK。
优选地，所述粘结剂为玻璃粉、釉料或者水玻璃。
优选地，所述玻璃粉的粒径≤2μm。
优选地，所述辅助粒子为氧化铝、硫酸钡或硅酸铝。
为提升波长转换装置的亮度和效率，经多次试验得出，所述辅助粒子在白色漫反射粒子中的含量为9wt％～33wt％，所述白色漫反射粒子与粘结剂的质量比＞1.2:1。
优选地，所述主漫反射粒子的粒径范围为0.1μm～1μm。
本发明还提供一种波长转换装置的制备方法，所述的制备方法包括：将有机载体和如上所述的白色漫反射粒子、粘结剂混合，形成混合浆料；
将所述混合浆料涂覆在基板上，烧结形成波长转换装置。
所述烧结具体为将涂覆有混合浆料的基板在60℃～150℃下预烘干，之后在700℃～1000℃下烧结。
综上所述，本发明在不改变现有漫反射层厚度和漫反射粒子浓度情况下，采用亚微米漫反射粒子和纳米漫反射粒子共同组成漫反射层，实现了更高的反射率，同时漫反射层与基板能够形成良好粘接，使得波长转换装置的效率和亮度更高。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为本发明波长转换装置的结构示意图；
图2为本发明漫反射层的SEM图；
图3为图2的局部放大图。
具体实施方式
图1为本发明波长转换装置的结构示意图；图2为本发明漫反射层的SEM图；图3为图2的局部放大图。如图1至图3所示，本发明提供一种波长转换装置，所述波长转换装置包括基板100以及设置在基板100上的漫反射层200。所述漫反射层200的厚度≤80μm，优选地，厚度≤50μm，更优选地，厚度范围为5μm～30μm。
所述基板100为氧化铝陶瓷、蓝宝石晶体、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷或氮化硼陶瓷，优选地，所述基板100的热导率高于10W/mK。所述漫反射层200包括白色漫反射粒子210以及粘结剂220，所述粘结剂220为玻璃粉、釉料或者水玻璃，当选用玻璃粉作为粘结剂220时，玻璃粉的粒径≤2μm，优选地，玻璃粉的粒径≤1μm。
所述白色漫反射粒子210包括主漫反射粒子211和辅助粒子212，所述主漫反射粒子211的粒径范围为0.1μm～10μm，优选地，主漫反射粒子211的粒径范围为0.1μm～5μm，更优选地，主漫反射粒子211的粒径范围为0.1μm～1μm，更优选地，主漫反射粒子211的粒径范围为0.1μm～0.5μm。所述主漫反射粒子211为氧化铝、硫酸钡、氧化钛、氧化锌、氧化钇及氧化锆中的一种或多种，优选地，所述主漫反射粒子211包括氧化钛和氧化铝。所述辅助粒子212的粒径范围为10nm～100nm，所述辅助粒子212为氧化铝、硫酸钡或硅酸铝，优选地，所述辅助粒子212在白色漫反射粒子210中的含量为9wt％～33wt％。所述白色漫反射粒子210与粘结剂220的质量比＞1.2:1，优选地，质量比＞1.5:1，更优选地，质量比＞2:1，更优选地，质量比为3：1。
本发明还提供一种波长转换装置的制备方法：
将有机载体和如上所述的白色漫反射粒子、粘结剂混合，形成混合浆料；
将所述混合浆料涂覆在基板上，烧结形成波长转换装置。
所述烧结具体为将涂覆有混合浆料的基板在60℃～150℃下预烘干，之后在700℃～1000℃下烧结。
具体的，在本发明的一实施例中，可以采用氧化铝陶瓷作为基板100，将粒径范围为0.2μm～0.5μm的氧化钛粒子、0.2μm～0.5μm的氧化铝粒子、0.01μm～0.1μm氧化铝粒子以及1μm的硼硅酸玻璃粉与由乙基纤维素、松油醇、丁基卡比醇、丁基卡比醇酯混合溶解形成的有机载体混合搅拌均匀形成混合浆料，将混合浆料刮涂至基板100上，于60℃～150℃下预烘干2min～60min，之后置于马弗炉中800℃～1000℃烧结2min～1h，从而在基板100上形成漫反射层200。
本发明人员研究发现，主漫反射粒子211之间需要一定的间距，过小和过大都不利于反射率的提升，间距过小，主漫反射粒子211之间由于光学阻隔作用降低反射率，过大则会形成纱窗漏光效应；且由于玻璃粉粒径较大，且含量较低，不能形成充分液相，较大玻璃熔融颗粒占据了较大空间，对反射率有不利影响；加入辅助粒子212填补了玻璃熔融液的空白，增加了白色漫反射粒子210的致密度，提升了反射率。换句话说，在亚微米漫反射粒子中加入少量的纳米粒径的漫反射粒子，能够有效地填补玻璃颗粒烧结面的反射率损失，如图2和图3所示，玻璃粉在烧结后没有形成完全熔融的流动状态，基本保持其原有粒径大小约2μm，其粒径为0.1μm～0.5μm的主漫反射粒子211粘附在玻璃粉周围，主漫反射粒子211的粒径如图3中D1所示，经测量，D1为255.44nm，由于大玻璃粉的间隔作用，主漫反射粒子211并不能完全覆盖住玻璃粉，因而留下较大的空白区域，这个空白区域正好可以被较小粒径的纳米粒子(辅助粒子212)填补，从图3中可以看出，玻璃粉表面存在大量粒径为20nm～30nm的纳米粒子，而这部分米粒子能够有效的提升其反射率，辅助粒子212的粒径如图3中D2所示，经测量，D2为23.94nm。
表1示出了纳米粒子含量对漫反射层反射率的影响，其反射率是根据蓝菲公司标准漫反射SRS-99-010为标准，采用积分球相对测试得到。
表1
辅助粒子含量 0wt％ 9wt％ 15wt％ 17wt％ 25wt％ 33wt％ 50wt％
反射率 90.5％ 91.4％ 91.9％ 93.0％ 92.6％ 91.8％ 90.8％
如表1所示，当辅助粒子212的含量在9wt％～33wt％范围时，反射率可以进一步提升反射率1％～2％。当含量小于9wt％时，辅助粒子212的含量不足以覆盖玻璃颗粒表面，反射率影响不大，当含量大于33wt％时，主漫反射粒子211的含量不足，因而其反射率不高。
综上所述，本发明在不改变现有漫反射层厚度和漫反射粒子浓度情况下，采用亚微米漫反射粒子和纳米漫反射粒子共同组成漫反射层，实现了更高的反射率，同时漫反射层与基板能够形成良好粘接，使得波长转换装置的效率和亮度更高。

Claims (10)

1.一种波长转换装置，包括基板(100)以及设置在基板上的漫反射层(200)，其特征在于，所述漫反射层包括白色漫反射粒子(210)以及粘结剂(220)，所述白色漫反射粒子包括主漫反射粒子(211)和辅助粒子(212)，所述主漫反射粒子的粒径范围为0.1μm～10μm，所述辅助粒子的粒径范围为10nm～100nm。
2.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述基板(100)为氧化铝陶瓷、蓝宝石晶体、氮化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷或氮化硼陶瓷。
3.如权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，所述基板(100)的热导率高于10W/mK。
4.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述粘结剂(220)为玻璃粉、釉料或者水玻璃。
5.如权利要求4所述的波长转换装置，其特征在于，所述玻璃粉的粒径≤2μm。
6.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述辅助粒子(212)为氧化铝、硫酸钡或硅酸铝。
7.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述辅助粒子(212)在白色漫反射粒子(210)中的含量为9wt％～33wt％，所述白色漫反射粒子(210)与粘结剂(220)的质量比＞1.2:1。
8.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述主漫反射粒子的粒径范围为0.1μm～1μm。
9.一种波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：
将有机载体和如权利要求1-8中任一项所述的白色漫反射粒子、粘结剂混合，形成混合浆料；
将所述混合浆料涂覆在基板上，烧结形成波长转换装置。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述烧结具体为将涂覆有所述混合浆料的所述基板在60℃～150℃下预烘干，之后在700℃～1000℃下烧结。
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