CN110642642A - 一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用，薄膜包括：设置在基板上的橙红色荧光薄膜涂层以及绿色荧光薄膜涂层。薄膜的制备包括：先将橙红色荧光粉‑玻璃粉混合浆料均匀涂覆在高导热陶瓷基体上，加热固化形成一层橙红色荧光薄膜涂层，再将绿色荧光粉‑玻璃粉混合浆料均匀涂覆在橙红色荧光薄膜涂层上，加热固化形成一层绿色荧光薄膜涂层，得到复合荧光薄膜。此复合荧光薄膜结构由蓝光LD激发多色荧光薄膜后可发出白光，应用于激光显示领域当中。此方法制备的复合荧光薄膜结构发光性能优异，可以在简化白光LD结构的基础上形成宽色域的显色，具有巨大的科研意义和商业价值。

Description

一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用
技术领域
本发明涉及光学材料技术领域，具体涉及一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用。
背景技术
目前，传统的显示技术采用的是液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)，其最核心的技术是背光源采用了发光二极管(Light Emitting Diode,LED)。鉴于LED节能和寿命长的优点，液晶显示器在电视，智能手机和电脑等日用品市场上占有巨大的市场。然而，LED作为背光存在许多问题，例如大的光学扩展量，低的亮度，不足的色纯度等，极大地限制了显示装置在高亮度、宽色域的显示领域的用途，例如影院，投影设备等。众所周知，激光二极管(LD)已经很好地应用于高功率，高亮度激光照明领域，包括激光汽车照明，数字投影和激光电视，因为激光的发射带宽短意味着高效率，尺寸小且每单位LD区域为高光子输出，亮度高，所以可以采用激光激发荧光材料实现宽色域的显色。虽然红色、绿色和蓝色三色激光可以实现高纯度激光显示，但目前的绿色激光设备不仅价格昂贵而且还存在称为“绿色缺陷”的问题，而且多发射反馈系统的设计自然也增加了成本。因此，可以使用蓝色激光与多色荧光粉材料实现基于激光的显示器件。
发明内容
本发明的目的在提供一种复合荧光薄膜及其制备方法和激光显示的应用。此复合荧光薄膜结构由蓝光LD激发多色荧光薄膜后可发出白光，应用于激光显示领域当中。此方法制备的复合荧光薄膜结构发光性能优异，可以在简化白光LD结构的基础上形成宽色域的显色，具有巨大的科研意义和商业价值。
一种复合荧光薄膜，包括：基板、设置在所述基板上的橙红色荧光薄膜涂层以及设置在所述橙红色荧光薄膜涂层上的绿色荧光薄膜涂层，所述的基板为高导热陶瓷基板(导热系数10-30Wm-1k-1)，所述橙红色荧光薄膜涂层紧密生长在所述高导热陶瓷基体上，所述的绿色荧光薄膜涂层紧密生长在所述橙红色荧光薄膜涂层上。
一种复合荧光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)制备橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料：将橙红色荧光粉、玻璃粉混合，再加入有机胶料，混合均匀后获得橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料；
2)制备绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料：将绿色荧光粉、玻璃粉混合，再加入有机胶料，混合均匀后获得绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料；
3)制备激光照明用复合荧光薄膜：先将步骤1)制备的橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料均匀涂覆在高导热陶瓷基体上，加热固化形成一层橙红色荧光薄膜涂层，再将步骤2)得到的绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料均匀涂覆在橙红色荧光薄膜涂层上，加热固化形成一层绿色荧光薄膜涂层，得到复合荧光薄膜(即激光照明用复合荧光薄膜)；
步骤1)中，作为优选，所述的橙红色荧光粉为分子式CaAlSiN3-LiSi2N3-Si2N2O的荧光粉。由CaAlSiN3、LiSi2N2和Si2N2O按照摩尔比0.5：2：1称量研磨后1700℃下煅烧12h制备得到。
作为优选，所述的有机胶料由松油醇、二乙二醇丁醚、乙基纤维素按质量比1：0.8～1.2：0.8～1.2混合均匀后70℃～90℃下搅拌5～10h制成，最优选的，所述的有机胶料由松油醇、二乙二醇丁醚、乙基纤维素按质量比1:1:1混合均匀后80℃下搅拌8h制成。
作为优选，所述的玻璃粉为低熔点玻璃粉，熔点范围为600～700℃。
作为优选，所述的橙红色荧光粉、玻璃粉和有机胶料的用量之比为0.2～0.4g：0.5～0.7g：0.8～1.2mL。最优选的，所述的橙红色荧光粉、玻璃粉和有机胶料的用量之比为0.3g：0.6g：1mL。
步骤2)中，作为优选，所述的绿色荧光粉选择β-Sialon荧光粉作为原料，具体可采用市售产品，如北京中村宇极科技有限公司生产的型号为ZYPG535的产品；
作为优选，所述的玻璃粉为低熔点玻璃粉，熔点范围为600～700℃。
作为优选，所述的有机胶料由松油醇、二乙二醇丁醚、乙基纤维素按质量比1：0.8～1.2：0.8～1.2混合均匀后70℃～90℃下搅拌5～10h制成，最优选的，所述的有机胶料由松油醇、二乙二醇丁醚、乙基纤维素按质量比1:1:1混合均匀后80℃下搅拌8h制成。
作为优选，所述的绿色荧光粉、玻璃粉和有机胶料的用量之比为0.3～0.5g：0.5～0.7g：0.8～1.2mL。最优选的，所述的橙红色荧光粉、玻璃粉和有机胶料的用量之比为0.3g：0.6g：1mL。
步骤3)中，作为优选，所述的高导热陶瓷基体为具有增强蓝光透过和阻碍黄光反向透过功能的光子晶体薄膜的透明蓝宝石基板，所述的高导热陶瓷基体的导热系数为10-30Wm-1k-1，具体可采用浙江水晶光电科技股份有限公司的产品。
作为优选，橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料涂覆的厚度控制在60～120μm。
作为优选，所述的加热固化形成一层橙红色荧光薄膜涂层的条件为：待橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料流平后，置于110℃～130℃的热台上固化10～20min后转移到马弗炉中于120℃～180℃下煅烧10h～15h，形成一层橙红色荧光薄膜涂层。最优选的，所述的加热固化形成一层橙红色荧光薄膜涂层的条件为：待橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料流平后，置于120℃的热台上固化15min后转移到马弗炉中于150℃下煅烧12h，形成一层橙红色荧光薄膜涂层。
作为优选，绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料涂覆的厚度控制在20～40μm。
所述的加热固化形成一层绿色荧光薄膜涂层的条件为：待绿色荧光粉浆料流平后，置于110℃～130℃的热台上固化10～20min后转移到马弗炉中于600℃～700下煅烧8～15min形成一层绿色荧光薄膜涂层。最优选的，所述的加热固化形成一层绿色荧光薄膜涂层的条件为：待绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料流平后，置于120℃的热台上固化15min后转移到马弗炉中于650℃下煅烧10mins形成一层绿色荧光薄膜涂层。
所述的复合荧光薄膜可用于激光照明中，具体可用于制备高功率激光显示器，本发明制备的激光照明用复合结构的荧光薄膜，通过简单的结构就可以实现宽色域的激光显色，可以替代传统的背光源，直接应用于显示器中。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、本发明将绿色薄膜直接涂敷在橙红色薄膜上，通过简单的复合结构就可以实现宽色域的画质输出，这种特殊的结构可以替代传统的背光源，广泛应用于高功率激光显示器中；
二、本发明具有优异的热稳定性及化学稳定性，可以满足激光显示器对于新型复合发光材料的进一步需求，对激光显示的发展及应用具有重要意义；
三、本发明在兼顾了光转换组件面临高功率密度的激光激发下发光材料热稳定性和化学稳定性的同时还提出了复合光组件的解决方案，有利于促进器件的集成化，对激光显示及激光照明下料的设计提供了新的思路；
四、发明描述的绿-红堆叠结构的复合荧光薄膜，在激光密度为6W/mm2的激发下，可达到114％色域的NTSC标准(美国国家电视系统委员会，National Television SystemCommittee，NTSC)，对宽色域显示有着重大意义；
五、本发明采取的现将橙红色薄膜涂覆在基板上，再将绿色薄膜涂敷在基板上，这种先涂覆橙红色荧光粉再涂覆绿色荧光粉的结构与其他结构(如先涂覆绿色荧光粉再涂覆橙红色荧光粉的结构)相比，能够减少薄膜对绿光的再吸收，进而提高光的利用率。
附图说明
图1为本发明所述复合荧光薄膜结构示意图，①为绿色荧光薄膜涂层；②为橙红色荧光薄膜涂层；③～⑤为高导热陶瓷基板，其中③和⑤分别为具有增强入射光透过和阻碍反色光反向透过功能的镀膜，④蓝宝石基板；
图2为实施例1中绿色-橙红色复合荧光薄膜的横截面的电子显微图；
图3为实施例1制备的样品与NFSC标准的光效对比图；
图4为实施例1制备的复合荧光薄膜的实物图；
图5为实施例1得到的激光白光光源的照片。
具体实施方式
以下给出具体实施例。具体的工艺参数等仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要现定于下文示例的具体数值。
实施例1
将0.3g CaAlSiN3-LiSi2N3-Si2N2O荧光粉(由CaAlSiN3、Li Si2N2和Si2N2O按照摩尔比0.5：2：1称量研磨后1700℃下煅烧12h制备得到)和0.6g玻璃粉(常州市武进星海化工有限公司)在玛瑙研钵中均匀研磨，加入1mL有机胶料[由松油醇(上海阿拉丁生化股份科技有限公司，95％)、二乙二醇丁醚(上海阿拉丁生化股份科技有限公司，98％)、乙基纤维素(上海阿拉丁生化股份科技有限公司，18-22mPa·s)按质量比1:1:1混合均匀后80℃下搅拌8h制成]混合均匀后获得的所需要的橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料。将橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料均匀涂敷在表面镀膜的透明蓝宝石基板(即高导热陶瓷基体，浙江水晶光电科技股份有限公司，10-30Wm-1k-1)上，控制膜厚度为110±1μm，待橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料流平后，置于120℃的热台上固化15min后转移到马弗炉中于150℃下煅烧12h，形成一层橙红色荧光薄膜涂层。
将0.4gβ-Sialon荧光粉(北京中村宇极科技有限公司，ZYPG535)和0.6g玻璃粉(常州市武进星海化工有限公司)在玛瑙研钵中均匀研磨，加入1mL有机胶料[由松油醇(上海阿拉丁生化股份科技有限公司，95％)、二乙二醇丁醚(上海阿拉丁生化股份科技有限公司，98％)、乙基纤维素(上海阿拉丁生化股份科技有限公司，18-22mPa·s)按质量比1:1:1混合均匀后80℃下搅拌8h制成]混合均匀后获得的所需要的绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料。将绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料均匀涂敷在此前制备的橙红色荧光薄膜涂层上，绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料控制涂敷厚度为30±0.5μm，待绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料流平后，置于120℃的热台上固化15min后转移到马弗炉中于650℃下煅烧10mins形成一层绿色荧光薄膜涂层，即形成宽色域绿-红堆叠结构的激光显示用复合荧光薄膜。
如图1所示，为本发明所述复合荧光薄膜结构，包括高导热陶瓷基板(③～⑤)以及紧密生长在高导热陶瓷基体上的橙红色荧光薄膜涂层②，紧密生长在橙红色荧光薄膜涂层②上的绿色荧光薄膜涂层①，①为绿色荧光薄膜涂层；②为橙红色荧光薄膜涂层；③～⑤为高导热陶瓷基板，其中③和⑤分别为具有增强入射光透过和阻碍反色光反向透过功能的镀膜，④蓝宝石基板。
实施例1中橙红色-绿色合荧光薄膜的横截面的电子显微图如图2所示，表明在基体上依次设置在橙红色荧光薄膜涂层②和绿色荧光薄膜涂层①。
实施例1制备的样品与NFSC标准的光效对比图如图3所示，从图3可以看出，制备的绿-红堆叠结构的复合荧光薄膜，在激光密度为6W/mm2的激发下，可达到114％色域的NTSC标准，色域宽。
实施例1制备的复合荧光薄膜的实物图如图4所示，图4可以看出结构之间连接致密，导热性较好；
实施例1得到的激光白光光源的照片如图5所示，图5可以看出，由实施例1制备的复合薄膜形成的光源发出的光为高亮度的白光。

Claims (10)

1.一种复合荧光薄膜，其特征在于，包括：设置在基板上的橙红色荧光薄膜涂层以及设置在所述橙红色荧光薄膜涂层上的绿色荧光薄膜涂层。
2.根据权利要求1所述的复合荧光薄膜，其特征在于，所述的基板为高导热陶瓷基板，所述的高导热陶瓷基板的导热系数为10-30Wm-1k-1，所述橙红色荧光薄膜涂层紧密生长在所述高导热陶瓷基体上，所述的绿色荧光薄膜涂层紧密生长在所述橙红色荧光薄膜涂层上。
3.根据权利要求1或2所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料：将橙红色荧光粉、玻璃粉混合，再加入有机胶料，混合均匀后获得橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料；
2)制备绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料：将绿色荧光粉、玻璃粉混合，再加入有机胶料，混合均匀后获得绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料；
3)制备激光照明用复合荧光薄膜：先将步骤1)制备的橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料均匀涂覆在高导热陶瓷基体上，加热固化形成一层橙红色荧光薄膜涂层，再将步骤2)得到的绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料均匀涂覆在橙红色荧光薄膜涂层上，加热固化形成一层绿色荧光薄膜涂层，得到复合荧光薄膜。
4.根据权利要求3所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的橙红色荧光粉为分子式CaAlSiN3-LiSi2N3-Si2N2O的荧光粉。
5.根据权利要求3所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)和2)中，所述的有机胶料由松油醇、二乙二醇丁醚、乙基纤维素按质量比1：0.8～1.2：0.8～1.2混合均匀后70℃～90℃下搅拌5～10h制成。
6.根据权利要求3所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的橙红色荧光粉、玻璃粉和有机胶料的用量之比为0.2～0.4g：0.5～0.7g：0.8～1.2mL。
7.根据权利要求3所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的绿色荧光粉为β-Sialon荧光粉；
所述的绿色荧光粉、玻璃粉和有机胶料的用量之比为0.3～0.5g：0.5～0.7g：0.8～1.2mL。
8.根据权利要求3所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料涂覆的厚度控制在60～120μm；
所述的加热固化形成一层橙红色荧光薄膜涂层的条件为：待橙红色荧光粉-玻璃粉混合浆料流平后，置于110℃～130℃的热台上固化10～20min后转移到马弗炉中于120℃～180℃下煅烧10h～15h，形成一层橙红色荧光薄膜涂层。
9.根据权利要求3所述的复合荧光薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，绿色荧光粉-玻璃粉混合浆料涂覆的厚度控制在20～40μm。
所述的加热固化形成一层绿色荧光薄膜涂层的条件为：待绿色荧光粉浆料流平后，置于110℃～130℃的热台上固化10～20min后转移到马弗炉中于600℃～700下煅烧8～15min形成一层绿色荧光薄膜涂层。
10.根据权利要求3所述的根据权利要求1或2所述的复合荧光薄膜在激光照明中的应用。
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