CN110397890B - 一种激光车灯光源波长转换单元及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光车灯光源波长转换单元及其制备方法，该激光车灯光源波长转换单元包括基板和光转换组件，基板上设有通孔，光转换组件嵌套于通孔内，并通过侧向粘结层固着于通孔内壁，该光转换组件包括蓝宝石和陶瓷荧光片，陶瓷荧光片位于蓝宝石的上端，且通过纳米银粘结层固着于蓝宝石上，纳米银粘接层的厚度为1‑20μm，本发明通过纳米银粘接层粘接部件，并进行热传导，使波长转换单元具有较好的固着效果和散热效果，可避免导热胶长时间使用产生老化现象。
Description
技术领域
本发明涉及激光车灯光源技术领域，尤其涉及一种激光车灯光源波长转换单元及其制备方法。
背景技术
继LED大灯之后，激光车灯被称为“合理的下一步”，它更加节能，更加省油，激光车灯相对于传统LED大灯的优势是明显的，据数据显示，传统LED大灯每瓦的发光强度是100流明，而激光车灯达到了每瓦170流明，而且，LED车灯或传统大灯的照射距离为100-300m，但激光车灯可达400-600米，此照射光需要经过波长转换单元进行转换。
目前激光车灯波长转换单元在使用过程中，由于激光的作用会产生大量的热量，若激光长时间作用于荧光片时，会在荧光片和基板上集聚较大的热量，如果波长转换单元的散热效果不好，会影响波长转换单元的正常使用寿命。现有技术中一般采用硅胶或导热胶将陶瓷荧光片粘贴与基板上进行导热散热，即将陶瓷荧光片通过硅胶或导热胶粘接于基板上，但是受制于导热胶导热系数的影响，其导热效果并不明显，同时，导热胶在长时间热的作用下会发生老化，其导热效果和粘接作用会下降，影响荧光片与基板之间的传热和连接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光车灯光源波长转换单元及其制备方法，通过纳米银粘接层粘接部件，并进行热传导，使波长转换单元具有较好的固着效果和散热效果，可避免导热胶长时间使用产生老化现象。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光车灯光源波长转换单元，包括基板和光转换组件，所述基板上设有通孔，所述光转换组件嵌套于通孔内，并通过侧向粘结层固着于通孔内壁，该光转换组件包括蓝宝石和陶瓷荧光片，所述陶瓷荧光片位于蓝宝石的上端，且通过纳米银粘结层固着于蓝宝石上，所述纳米银粘结层为环状，所述纳米银粘接层的厚度为1-20μm，陶瓷荧光片起到波长转换的作用，其通过纳米因粘结层固着于蓝宝石上，纳米银粘结层进行高效散热，通过蓝宝石进行辅助散热。
作为进一步的优化，所述通孔内设有定位凸台，所述光转换组件下端与定位凸台抵接。
作为进一步的优化，所述纳米银粘结层中设有石墨散热片，石墨散热片可以进行高效的传导散热，纳米银粘接层和石墨散热片可以起到缩小光斑的作用，将不需要的杂光隔绝。
作为进一步的优化，所述侧向粘结层为硅胶粘结层、热熔胶粘结层、纳米银粘结层中的一种。
本发明还提供了一种激光车灯光源波长转换单元的制备方法，包括以下步骤：
S1)制备基板；
S2)制备纳米银浆：所述纳米银浆按质量百分比包括纳米银颗粒85-95％、分散剂2-5％和稀释剂3-10％；
S3)在蓝宝石上端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为5-10min，烧结温度为240-280℃，在陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为5-10min，烧结温度为240-280℃，将分散剂及稀释剂烘烤出；
S4)将蓝宝石上端面和陶瓷荧光片下端面具有纳米银烧结层的一侧对接后，以5℃/min升温至800-1200℃烧结，保温20min，将残留有机物烧出，在蓝宝石和陶瓷荧光片之间形成纳米银粘接层，完成光转换组件的制备；
S5)将光转换组件通过侧向粘结层固定于通孔内，完成激光车灯光源波长转换单元的制备。
作为进一步的优化，S3)中陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆中烧结有石墨散热片。
作为进一步的优化，S2)中所述纳米银颗粒的粒径为10-100nm，纯度为99.99％。
作为进一步的优化，S2)中所述纳米银浆的粘度为18-25Pa.s。
作为进一步的优化，S2)中所述稀释剂为松油醇；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、无水柠檬酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种。
通过纳米银浆烧结的方式，使陶瓷荧光片与蓝宝石之间产生紧固连接，本发明先将纳米银浆分别在低温下烧结于陶瓷荧光片和蓝宝石上，分别烧结的方式相比于直接在陶瓷荧光片和蓝宝石之间进行烧结的方式，可以更加精准的控制纳米银浆的涂覆面积和厚度，可确保产品品质；分别烧结后的陶瓷荧光片和蓝宝石在800-1200℃的高温下进行定型烧结，可使两层烧结层相互之间形成连接头进行连接，形成纳米银粘接层，完成陶瓷荧光片与蓝宝石的最终连接形成波长转换单元；纳米银浆中使用了环保的分散剂、有机载体和稀释剂，有机载体可在浆料中形成网络结构，可支撑纳米银颗粒，亦可防止裂纹产生，稀释剂可调节浆料粘度，使浆料适于涂覆，分散剂可防止纳米银颗粒在烧结之前聚合，有助于形成均匀致密的烧结银层。
图1中箭头方向为激光射入方向，此照射光需要经过光转换组件进行波长转换，将波长为440nm-470nm的深蓝激光转换为波长为535-555nm的黄光以供照明使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过纳米银粘接层粘接，可以提高导热散热性能，使波长转换单元具有较好的散热效果，同时，纳米银浆通过烧结相互连接，并分别与陶瓷荧光片和蓝宝石/基板连接，可形成较为紧固的连接结构，可避免导热胶长时间使用产生老化现象；
2.纳米银浆所使用的稀释剂和分散剂均为环境友好型，在产品加工过程中可避免环境污染。
附图说明
图1为本发明激光车灯光源波长转换单元的剖视图。
图中，1.基板；2.光转换组件；10.通孔；11.定位凸台；21.陶瓷荧光片；22.蓝宝石；23.纳米银粘结层；24.侧向粘结层。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，一种激光车灯光源波长转换单元，包括基板1和光转换组件2，所述基板1上设有通孔10，所述光转换组件2嵌套于通孔10内，并通过侧向粘结层24固着于通孔10内壁，该光转换组件2包括蓝宝石22和陶瓷荧光片21，所述陶瓷荧光片21通过位于蓝宝石22的上端，且通过纳米银粘结层23固着于蓝宝石22上，纳米银粘接层23的厚度为10μm。
通孔内设有定位凸台11，光转换组件下端与定位凸台11抵接。
激光车灯光源波长转换单元的制备方法包括如下步骤：
S1)制备基板；
S2)制备纳米银浆：纳米银浆按质量百分比包括纳米银颗粒85％、聚乙烯吡咯烷酮5％和松油醇10％；
S3)在蓝宝石上端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为5min，烧结温度为280℃，在陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为5min，烧结温度为280℃；
S4)将蓝宝石上端面和陶瓷荧光片下端面具有纳米银烧结层的一侧对接后，以5℃/min升温至800℃烧结，保温20min，在蓝宝石和陶瓷荧光片之间形成纳米银粘接层，完成光转换组件的制备；
S5)将光转换组件通过纳米银粘接层固定于通孔内，其粘接方式与陶瓷荧光片与蓝宝石之间的纳米银粘接层具有相同的加工工艺，完成激光车灯光源波长转换单元的制备。
其中，纳米银颗粒的粒径为20nm，纯度为99.99％；纳米银浆的粘度为18Pa.s。
实施例2
如图1所示，一种激光车灯光源波长转换单元，包括基板1和光转换组件2，所述基板1上设有通孔10，所述光转换组件2嵌套于通孔10内，并通过侧向粘结层24固着于通孔10内壁，该光转换组件2包括蓝宝石22和陶瓷荧光片21，所述陶瓷荧光片21位于蓝宝石22的上端，且通过纳米银粘结层23固着于蓝宝石22上，纳米银粘接层23的厚度为20μm。
通孔内设有定位凸台11，光转换组件下端与定位凸台11抵接。
激光车灯光源波长转换单元的制备方法包括如下步骤：
S1)制备基板；
S2)制备纳米银浆：纳米银浆按质量百分比包括纳米银颗粒95％、无水柠檬酸钠2％和松油醇3％；
S3)在蓝宝石上端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为10min，烧结温度为240℃，在陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆，其中铺设石墨散热片，烘干后初步烧结，控制烧结时间为10min，烧结温度为240℃；
S4)将蓝宝石上端面和陶瓷荧光片下端面具有纳米银烧结层的一侧对接后，以5℃/min升温至1200℃烧结，保温20min，在蓝宝石和陶瓷荧光片之间形成纳米银粘接层，完成光转换组件的制备；
S5)将光转换组件通过硅胶粘结层固定于通孔内，完成激光车灯光源波长转换单元的制备。
其中，纳米银颗粒的粒径为50nm，纯度为99.99％；纳米银浆的粘度为25Pa.s。
实施例3
如图1所示，一种激光车灯光源波长转换单元，包括基板1和光转换组件2，所述基板1上设有通孔10，所述光转换组件2嵌套于通孔10内，并通过侧向粘结层24固着于通孔10内壁，该光转换组件2包括蓝宝石22和陶瓷荧光片21，所述陶瓷荧光片21位于蓝宝石22的上端，且通过纳米银粘结层23固着于蓝宝石22上，纳米银粘接层23的厚度为1μm。
通孔内设有定位凸台11，光转换组件下端与定位凸台11抵接。
激光车灯光源波长转换单元的制备方法包括如下步骤：
S1)制备基板；
S2)制备纳米银浆：纳米银浆按质量百分比包括纳米银颗粒90％、十二烷基硫酸钠3％和松油醇7％；
S3)在蓝宝石上端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为7min，烧结温度为260℃，在陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为10min，烧结温度为240℃；
S4)将蓝宝石上端面和陶瓷荧光片下端面具有纳米银烧结层的一侧对接后，以5℃/min升温至1000℃烧结，保温20min，在蓝宝石和陶瓷荧光片之间形成纳米银粘接层，完成光转换组件的制备；
S5)将光转换组件通过硅胶粘结层固定于通孔内，完成激光车灯光源波长转换单元的制备。
其中，纳米银颗粒的粒径为10nm，纯度为99.99％；纳米银浆的粘度为20Pa.s。
实施例4
如图1所示，一种激光车灯光源波长转换单元，包括基板1和光转换组件2，所述基板1上设有通孔10，所述光转换组件2嵌套于通孔10内，并通过侧向粘结层24固着于通孔10内壁，该光转换组件2包括蓝宝石22和陶瓷荧光片21，所述陶瓷荧光片21位于蓝宝石22的上端，且通过纳米银粘结层23固着于蓝宝石22上，纳米银粘接层23的厚度为6μm。
通孔内设有定位凸台11，光转换组件下端与定位凸台11抵接。
激光车灯光源波长转换单元的制备方法包括如下步骤：
S1)制备基板；
S2)制备纳米银浆：纳米银浆按质量百分比包括纳米银颗粒87％、十二烷基硫酸钠4％和松油醇9％；
S3)在蓝宝石上端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为9min，烧结温度为250℃，在陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为7min，烧结温度为270℃；
S4)将蓝宝石上端面和陶瓷荧光片下端面具有纳米银烧结层的一侧对接后，以5℃/min升温至1100℃烧结，保温20min，在蓝宝石和陶瓷荧光片之间形成纳米银粘接层，完成光转换组件的制备；
S5)将光转换组件通过热熔胶粘结层固定于通孔内，完成激光车灯光源波长转换单元的制备。
其中，纳米银颗粒的粒径为100nm，纯度为99.99％；纳米银浆的粘度为23Pa.s。
对比例1
激光车灯光源波长转化单元各部件之间使用硅胶粘接。
对比例2
激光车灯光源波长转化单元各部件之间使用导热胶粘接。
应用实施例
对实施例1至4和对比例1、对比例2的波长转换单元在50W及100W工作相同的时间后进行导热测试，测试方法为测量波长转换单元表面的温度，测试结果如表1所示。
表1波长转换单元温度
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 50W温度(℃) | 88.7 | 94.7 | 91.5 | 93.8 | 134 | 125 |
| 100W温度(℃) | 125.8 | 135.6 | 128.9 | 134.8 | 171 | 163 |
从表1可以看出，采用纳米银烧结方式连接，具有更好的导热、散热性能，同时在结构上更加稳固，优于常规的硅胶及导热胶连接方式；同时，较高的纳米银成分更有利于散热。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (1)
1.一种激光车灯光源波长转换单元，其特征在于，包括基板和光转换组件，所述基板上设有通孔，所述光转换组件嵌套于通孔内，并通过侧向粘结层固着于通孔内壁，该光转换组件包括蓝宝石和陶瓷荧光片，所述陶瓷荧光片位于蓝宝石的上端，且通过纳米银粘结层固着于蓝宝石上，所述纳米银粘结层为环状，所述纳米银粘接层的厚度为1-20μm；所述通孔内设有定位凸台，所述光转换组件下端与定位凸台抵接；所述纳米银粘结层中设有石墨散热片；所述侧向粘结层为硅胶粘结层、热熔胶粘结层、纳米银粘结层中的一种；
所述激光车灯光源波长转换单元的制备方法，包括以下步骤：
S1)制备基板；
S2)制备纳米银浆：所述纳米银浆按质量百分比包括纳米银颗粒85-95％、分散剂2-5％和稀释剂3-10％；
S3)在蓝宝石上端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为5-10min，烧结温度为240-280℃，在陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆，烘干后初步烧结，控制烧结时间为5-10min，烧结温度为240-280℃，将分散剂及稀释剂烘烤出；
S4)将蓝宝石上端面和陶瓷荧光片下端面具有纳米银烧结层的一侧对接后，以5℃/min升温至800-1200℃烧结，保温20min，将残留有机物烧出，在蓝宝石和陶瓷荧光片之间形成纳米银粘接层，完成光转换组件的制备；
S5)将光转换组件通过侧向粘结层固定于通孔内，完成激光车灯光源波长转换单元的制备；
其中：S3)中陶瓷荧光片下端面外圈处涂覆纳米银浆中烧结有石墨散热片；S2)中所述纳米银颗粒的粒径为10-100nm，纯度为99.99％；S2)中所述纳米银浆的粘度为18-25Pa.s；S2)中所述稀释剂为松油醇；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、无水柠檬酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种。
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