CN112178591A - 一种激光用波长转换装置的制备方法及波长转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光照明设备技术领域，更具体地，涉及一种激光用波长转换装置的制备方法及波长转换装置。一种激光用波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：S1制备无机荧光粉浆料、制备漫反射涂料、处理散热基板；S2制备漫反射涂层：将散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，再将喷涂后的散热基板放入烤箱内加热固化；S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的散热基板放入烤箱内加热固化，得到波长转换装置。本发明提供了一种耐高温、耐老化、导热好的激光用波长转换装置的制备方法。

Description

一种激光用波长转换装置的制备方法及波长转换装置
技术领域
本发明涉及激光照明设备技术领域，更具体地，涉及一种激光用波长转换装置的制备方法及波长转换装置。
背景技术
波长转换装置是激光照明或者大功率激光照明器具的关键元件之一，波长转换装置中需要对荧光粉进行封装，目前主要采用的是硅胶封装荧光粉，或者采用低温玻璃粉封装荧光粉制作成荧光玻璃粉片，再通过有机或无机粘接剂黏附在金属或者陶瓷基板上。采用以上的封装方式或者粘接方式，有机溶剂或者有机粘接剂在大功率照明器具长期使用的情况下容易出现老化、变性，进而影响其中的重要发光元件---波长转换装置的性能，如因导热不畅而出现热量集中却无法散失，致使波长转换装置的发光效率降低，甚至出现波长转换装置完全损坏的情况。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种激光用波长转换装置的制备方法及波长转换装置，用于解决现有的波长转换装置使用有机溶剂或者有机粘接剂进行荧光粉封装，容易发生老化、变性导致波长转换装置损坏的问题。
本发明采取的技术方案是：
一种激光用波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：
S1制备无机荧光粉浆料：按比例称取一定量的无机硅水溶液、无机纳米粉体、丙烯酸类共聚物、助剂，放入分散机内充分分散得到无机胶料，再取一定量的荧光粉加入该无机胶料内，在分散机内充分分散至混合均匀，得到无机荧光粉浆料；制备漫反射涂料：按比例称取一定量的无机涂料和溶剂，放入分散机内充分分散至混合均匀，得到漫反射涂料；处理散热基板：通过化学方法、物理方法或者物理化学方法中的任一种方法处理散热基板，使基板上表面变粗糙，形成细微凹凸面；
S2制备漫反射涂层：将散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，再将喷涂后的散热基板放入烤箱内加热固化；
S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的散热基板放入烤箱内加热固化，得到波长转换装置。
本技术方案提供了一种耐高温、耐老化、导热好的激光用波长转换装置的制备方法，使用无机胶料制备无机胶荧光层，并应用于波长转换装置中，该波长转换装置适合应用在激光照明领域，能解决使用有机溶剂或者有机粘接剂进行荧光粉封装的波长转换装置因长时间使用，封装荧光粉的硅胶或者粘接荧光玻璃的粘接剂出现老化、变性导致装置损坏的问题。
本技术方案中，散热基板可选用玻璃、高反射金属铝片、高导热陶瓷片如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等，先通过化学方法、物理方法或者物理化学方法中的任一种处理散热基板，使基板表面变粗糙，形成细微凹凸面，不仅能增大散热基板的比表面积，大幅提高基板的表面粗糙度，同时可提高散热基板表面的润湿性能，使其更好地与漫反射涂层粘接。
本技术方案与常见的硅胶封装荧光粉或低温玻璃粉封装方式不同，无机胶荧光层使用无机硅水溶液、无机纳米粉体、丙烯酸类共聚物、助剂、荧光粉充分混合后固化得到，其中的无机硅原料、无机纳米粉原料均具有良好的耐高温、耐老化性能，其中的丙烯酸类共聚物原料、助剂原料则为波长转换装置中无机胶荧光层与漫反射层之间提供了良好的粘接性和导热性，通过多种原料的配合使用，得到一种过程简单，产品兼具耐高温老化性能和导热性能的激光用波长转换装置的制备方法。
优选地，步骤S1所述制备无机荧光粉浆料过程使用以下重量份数的原料：
Figure BDA0002690443040000021
优选地，步骤S1所述的无机纳米粉体为纳米二氧化硅粉、纳米二氧化钛粉中的任一种；无机硅水溶液为硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、硅酸锂溶液中的任一种；丙烯酸类共聚物为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯中的任一种；助剂为水性松香树脂、水性萜烯树脂、聚乙烯醇纤维、海藻纤维以及羧甲基纤维中的任一种。
优选地，步骤S1所述的无机胶料制备过程中，分散机转速为200-2000r/min，分散时间为10～120min，步骤S1所述的无机荧光粉浆料制备过程中，分散机转速为200-2000r/min，分散时间为60～120min。
优选地，步骤S1所述的无机涂料为硫酸钡涂料或二氧化钛涂料中的任一种；溶剂为聚丙烯酰胺溶液或聚乙烯醇溶液中的任一种。
优选地，步骤S1所述的漫反射涂料制备过程中，分散机转速为分散机转速为500-1500r/min，分散时间为60～120min。
优选地，步骤S1所述的散热基板的处理方法为等离子清洗法或化学刻蚀法。
优选地，步骤S3所述的涂覆方式为自动点胶或模具刮涂中的任一种。
一种波长转换装置，包括散热基板层、漫反射涂层和无机胶荧光层，其中漫反射涂层位于散热基板层和无机胶荧光层中间，所述波长转换装置使用上述任一种激光用波长转换装置的制备方法制备得到，所述漫反射涂层的厚度为30～50μm，所述无机胶荧光层的厚度为80～120μm。本技术方案提供了一种耐高温、耐老化、导热好的激光用波长转换装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明使用无机胶料制备无机胶荧光层，并应用于波长转换装置中，提供了一种过程简单的激光用波长转换装置的制备方法及一种耐高温、耐老化、导热好的激光用波长转换装置。
附图说明
图1为本发明激光用波长转换装置的制备方法的流程图。
图2为本发明激光用波长转换装置的示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
一种激光用波长转换装置的制备方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤：
S1制备无机荧光粉浆料：按比例称取一定量的无机硅水溶液、无机纳米粉体、丙烯酸类共聚物、助剂，放入分散机内充分分散得到无机胶料，再取一定量的荧光粉加入该无机胶料内，在分散机内充分分散至混合均匀，得到无机荧光粉浆料；制备漫反射涂料：按比例称取一定量的无机涂料和溶剂，放入分散机内充分分散至混合均匀，得到漫反射涂料；处理散热基板：通过化学方法、物理方法或者物理化学方法中的任一种方法处理散热基板，使基板上表面变粗糙，形成细微凹凸面；
S2制备漫反射涂层：将散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，再将喷涂后的散热基板放入烤箱内加热固化；
S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的散热基板放入烤箱内加热固化，得到波长转换装置。
步骤S1所述制备无机荧光粉浆料过程使用以下重量份数的原料：
Figure BDA0002690443040000041
步骤S1所述的无机纳米粉体为纳米二氧化硅粉、纳米二氧化钛粉中的任一种；无机硅水溶液为硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、硅酸锂溶液中的任一种；丙烯酸类共聚物为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯中的任一种；助剂为水性松香树脂、水性萜烯树脂、聚乙烯醇纤维、海藻纤维以及羧甲基纤维中的任一种。
步骤S1所述的无机胶料制备过程中，分散机转速为200-2000r/min，分散时间为10～120min，步骤S1所述的无机荧光粉浆料制备过程中，分散机转速为200-2000r/min，分散时间为60～120min。
步骤S1所述的无机涂料为硫酸钡涂料或二氧化钛涂料中的任一种；溶剂为聚丙烯酰胺溶液或聚乙烯醇溶液中的任一种。
步骤S1所述的漫反射涂料制备过程中，分散机转速为500-1500r/min，分散时间为60～120min。
步骤S1所述的散热基板的处理方法为等离子清洗法或化学刻蚀法。
步骤S2所述的喷涂过程中，喷枪的压力、喷枪的口径以及喷枪的移动速度可根据涂料的粘稠度来定。
步骤S3所述的涂覆方式为自动点胶或模具刮涂中的任一种。自动点胶过程为：将混合完成的无机荧光粉浆料放入自动点胶机内，通过设置自动点胶机的压力、速度、点胶机针头的尺寸、针头到散热基板的距离等参数来控制无机荧光粉层的厚度。模具刮涂过程为：将混合完成的无机荧光粉浆料放入刮涂模具内，控制刮刀与散热基板间距，通过刮涂得到一定厚度的无机胶荧光层。
一种波长转换装置，包括散热基板层、漫反射涂层和无机胶荧光层，其中漫反射涂层位于散热基板层和无机胶荧光层中间，所述波长转换装置使用上述任一种激光用波长转换装置的制备方法制备得到，所述漫反射涂层的厚度为30～50μm，所述无机胶荧光层的厚度为80～120μm。
实施例1
一种激光用波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：
S1制备无机荧光粉浆料：按如下重量份数称取原料，硅酸钠溶液0.5份、纳米二氧化硅粉0.2份、聚丙烯酰胺2份、聚乙烯醇纤维0.01份，放入分散机内，在转速2000r/min下分散10min，充分分散后得到无机胶料，再取1.35份的黄色荧光粉加入该无机胶料内，在分散机内以转速200r/min分散120min，充分分散至混合均匀，得到无机荧光粉浆料；制备漫反射涂料：按如下重量份数称取原料，二氧化钛涂料1份、聚丙烯酰胺溶液1份，放入分散机内，在转速1500r/min下分散60min，充分分散至混合均匀，得到漫反射涂料；处理散热基板：通过等离子清洗法处理氧化铝陶瓷散热基板，使基板上表面变粗糙，形成细微凹凸面；
S2制备漫反射涂层：将氧化铝陶瓷散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，喷枪的压力设定为0.2Mpa，喷枪的口径为1.2mm，喷枪移动速度1m/min，再将喷涂后的氧化铝陶瓷散热基板放入烤箱内，温度100℃下烘烤30min进行加热固化，得到具有漫反射涂层的氧化铝陶瓷散热基板，漫反射涂层的厚度为30μm；
S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的氧化铝陶瓷散热基板放入烤箱内加热固化，烘烤温度为100℃，烘烤时间为30min，得到波长转换装置。涂覆方式为模具刮涂法，将混合完成的无机荧光粉浆料放入刮涂模具内，控制刮刀与氧化铝陶瓷散热基板间距为80μm，通过刮涂得到厚度为80μm的无机胶荧光层。
实施例2
一种激光用波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：
S1制备无机荧光粉浆料：按如下重量份数称取原料，硅酸钾溶液0.2份、纳米二氧化钛粉0.1份、聚丙烯酸甲酯5份、水性萜烯树脂0.03份，放入分散机内，在转速200r/min下分散120min，充分分散后得到无机胶料，再取1.06份的黄色荧光粉加入该无机胶料内，在分散机内以转速2000r/min分散60min，充分分散至混合均匀，得到无机荧光粉浆料；制备漫反射涂料：按如下重量份数称取原料，硫酸钡涂料1份、聚乙烯醇溶液2份，放入分散机内，在转速500r/min下分散120min，充分分散至混合均匀，得到漫反射涂料；处理散热基板：通过化学刻蚀法处理高反射金属铝片散热基板，使基板上表面变粗糙，形成细微凹凸面；
S2制备漫反射涂层：将高反射金属铝片散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，喷枪的压力设定为0.3Mpa，喷枪的口径为1.5mm，喷枪移动速度0.8m/min，再将喷涂后的高反射金属铝片散热基板放入烤箱内，温度100℃下烘烤60min进行加热固化，得到具有漫反射涂层的高反射金属铝片散热基板，漫反射涂层的厚度为50μm；
S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的高反射金属铝片散热基板放入烤箱内加热固化，烘烤温度为120℃，烘烤时间为60min，得到波长转换装置。涂覆方式为模具刮涂法，将混合完成的无机荧光粉浆料放入刮涂模具内，控制刮刀与高反射金属铝片散热基板间距为100μm，通过刮涂得到厚度为100μm的无机胶荧光层。
实施例3
一种激光用波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：
S1制备无机荧光粉浆料：按如下重量份数称取原料，硅酸锂溶液0.5份、纳米二氧化硅粉0.2份、聚丙烯酰胺2份、聚乙烯醇纤维0.01份，放入分散机内，在转速1000r/min下分散60min，充分分散后得到无机胶料，再取5.42份的黄色荧光粉加入该无机胶料内，在分散机内以转速1000r/min分散90min，充分分散至混合均匀，得到无机荧光粉浆料；制备漫反射涂料：按如下重量份数称取原料，二氧化钛涂料1份、聚丙烯酰胺溶液3份，放入分散机内，在转速800r/min下分散90min，充分分散至混合均匀，得到漫反射涂料；处理散热基板：通过等离子清洗法处理氮化铝陶瓷散热基板，使基板上表面变粗糙，形成细微凹凸面；
S2制备漫反射涂层：将氮化铝陶瓷散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，喷枪的压力设定为0.4Mpa，喷枪的口径为1.0mm，喷枪移动速度1.5m/min，再将喷涂后的氮化铝陶瓷散热基板放入烤箱内，温度120℃下烘烤120min进行加热固化，得到具有漫反射涂层的氮化铝陶瓷散热基板，漫反射涂层的厚度为40μm；
S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的氮化铝陶瓷散热基板放入烤箱内加热固化，烘烤温度为150℃，烘烤时间为30min，得到波长转换装置。涂覆方式为自动点胶法，将混合完成的无机荧光粉浆料放入自动点胶机夹具内，选取点胶针头口径0.6mm，点胶间距0.3mm，点胶压力0.2MPa，点胶速度200mm/s，针头与散热基板的距离控制在0.1mm，启动自动点胶机，得到厚度为120μm的无机胶荧光层。
实施例4
一种激光用波长转换装置的制备方法，其制备过程与实施例3相同，然后将所得的激光用波长转换装置放入恒温恒湿箱进行高温老化，恒温恒湿箱的温度设为300℃，湿度设为60％RH，老化时间设为500小时。
对比例1
本对比例1的激光用波长转换装置的制备方法与实施例1不同之处在于，用LED荧光封装硅胶取代实施例1中的无机荧光粉浆料进行封装以制备硅胶荧光层。
对比例2
本对比例2的激光用波长转换装置的制备方法与实施例2不同之处在于，用LED荧光封装硅胶取代实施例2中的无机荧光粉浆料进行封装以制备硅胶荧光层。
对比例3
本对比例3的激光用波长转换装置的制备方法与实施例3不同之处在于，用LED荧光封装硅胶取代实施例3中的无机荧光粉浆料进行封装以制备硅胶荧光层。
对比例4
本对比例4的激光用波长转换装置的制备方法与实施例4不同之处在于，用LED荧光封装硅胶取代实施例4中的无机荧光粉浆料进行封装以制备硅胶荧光层，再使用实施例4的条件将激光用波长转换装置放入恒温恒湿箱进行高温老化。
实施例5
如图2所示，一种波长转换装置，由实施例1的激光用波长转换装置的制备方法制备得到，包括氧化铝陶瓷散热基板层10、漫反射涂层20和无机胶荧光层30，其中漫反射涂层20位于氧化铝陶瓷散热基板层10和无机胶荧光层30中间，无机胶荧光层30由荧光粉31和无机胶32共同组成。本实施例5的波长转换装置使用实施例1的激光用波长转换装置的制备方法制备得到，漫反射涂层20的厚度为30μm，无机胶荧光层30的厚度为80μm。
分别对实施例1-4及对比例1-4制备的激光用波长转换装置进行光通量和色温变化情况进行测试。
将实施例1-4和对比例1-4制备的激光用波长转换装置采用同一类型光学系统的光源外壳及光学器件进行组装，使用积分球光谱分析仪进行测试，测试电流选为3A、10V，并每隔一定时间测试各个样品的光通量和色温值，测试结果如下表1-4。
表1实施例1和对比例1制备的激光用波长转换装置的光通量和色温变化值
Figure BDA0002690443040000081
表2实施例2和对比例2制备的激光用波长转换装置的光通量和色温变化值
Figure BDA0002690443040000082
表3实施例3和对比例3制备的激光用波长转换装置的光通量和色温变化值
Figure BDA0002690443040000083
表4实施例4和对比例4制备的激光用波长转换装置的光通量和色温变化值
Figure BDA0002690443040000084
表4中--代表样品点亮后就烧坏。
如表1-3结果所示，实施例1-3制备的激光用波长转换装置测试1000小时后色温增加量较相应对比例的色温增加量均较少，同时实施例1-3制备的激光用波长转换装置测试1000小时后光通量减少量较相应对比例的光通量减少量均较少，说明采用本发明的技术方案得到的激光用波长转换装置比目前常用的硅胶荧光层制备出的波长转换装置更加耐用。
实施例4和对比例4均为经过500小时高温老化后的激光用波长转换装置样品，如表4结果所示，对比例4的样品点亮后即烧坏，实施例4的波长转换装置经过1000小时的测试，色温值仅有小幅增加，光通量仅有小幅减少，说明本发明制备的激光用波长转换装置具有耐高温、耐老化、导热好的特点。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1制备无机荧光粉浆料：按比例称取一定量的无机硅水溶液、无机纳米粉体、丙烯酸类共聚物、助剂，放入分散机内充分分散得到无机胶料，再取一定量的荧光粉加入该无机胶料内，在分散机内充分分散至混合均匀，得到无机荧光粉浆料；制备漫反射涂料：按比例称取一定量的无机涂料和溶剂，放入分散机内充分分散至混合均匀，得到漫反射涂料；处理散热基板：通过化学方法、物理方法或者物理化学方法中的任一种方法处理散热基板，使基板上表面变粗糙，形成细微凹凸面；
S2制备漫反射涂层：将散热基板放置在夹具上，漫反射涂料装入喷枪内，通过喷枪对散热基板上表面进行喷射，再将喷涂后的散热基板放入烤箱内加热固化；
S3制备无机胶荧光层：将无机荧光粉浆料涂覆到漫反射涂层上表面，再将涂覆后的散热基板放入烤箱内加热固化，得到波长转换装置。
2.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S1所述制备无机荧光粉浆料过程使用以下重量份数的原料：
Figure FDA0002690443030000011
3.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的无机纳米粉体为纳米二氧化硅粉、纳米二氧化钛粉中的任一种；无机硅水溶液为硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、硅酸锂溶液中的任一种；丙烯酸类共聚物为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸甲酯中的任一种；助剂为水性松香树脂、水性萜烯树脂、聚乙烯醇纤维、海藻纤维以及羧甲基纤维中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的无机胶料制备过程中，分散机转速为200-2000r/min，分散时间为10～120min，步骤S1所述的无机荧光粉浆料制备过程中，分散机转速为200-2000r/min，分散时间为60～120min。
5.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的无机涂料为硫酸钡涂料或二氧化钛涂料中的任一种；溶剂为聚丙烯酰胺溶液或聚乙烯醇溶液中的任一种。
6.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的漫反射涂料制备过程中，分散机转速为500-1500r/min，分散时间为60～120min。
7.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S1所述的散热基板的处理方法为等离子清洗法或化学刻蚀法。
8.根据权利要求1所述的一种激光用波长转换装置的制备方法，其特征在于，步骤S3所述的涂覆方式为自动点胶或模具刮涂中的任一种。
9.一种波长转换装置，包括散热基板层、漫反射涂层和无机胶荧光层，其中漫反射涂层位于散热基板层和无机胶荧光层中间，其特征在于，所述波长转换装置使用权利要求1-8任一项所述的一种激光用波长转换装置的制备方法制备得到，所述漫反射涂层的厚度为30～50μm，所述无机胶荧光层的厚度为80～120μm。
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