CN112420899A - 高显指高热导荧光薄膜、制备方法及在显示设备中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机发光材料技术领域，公开了一种高显指高热导荧光薄膜、制备方法及在显示设备中的应用，高显指高热导荧光薄膜以镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底，在衬底上涂上硅胶、树脂或硅树脂复合的YAG:Ce、青光、绿光、红光荧光粉。YAG:Ce为铝酸盐；青光荧光粉为氮氧化物；绿光荧光粉为GaYAG铝酸盐或LuAG铝酸盐；红光荧光粉为氮化物；制备方法包括：丝网印刷、流延法、喷涂法。本发明热导率在20‑35Wm‑1K‑1，宽带发射，激发源为蓝光或紫外光的激光二极管或LED芯片，发射波长可调(480–750nm)，显指为78‑95，流明效率：>50lm/W。
Description
技术领域
本发明属于无机发光材料技术领域，尤其涉及一种高显指高热导荧光薄膜、制备方法及在显示设备中的应用。
背景技术
采用激光显示技术的激光投影仪与激光电视是目前显示领域的热门研究对象。相比传统液晶等显示技术，其具有色域空间大、色彩丰富、色饱和度高、寿命长、低能耗等特点。目前该领域主要使用的是能将蓝光转换为黄绿光的Ce3+离子掺杂Y3Al5O12(简称YAG:Ce)钇铝石榴石荧光玻璃作为绿色光与红色光的光源，即激光荧光粉显示技术(ALPD)。但由于荧光玻璃热导率低，不能承受较大功率的蓝光激光照射，故将荧光玻璃设计为环形，与其他相关部件封装形成为荧光色轮。在使用过程中，荧光色轮高速运转，且配备有风扇进行散热，这样的结构使得荧光玻璃能够满足激光显示器件的要求。但这种结构尺寸较大，能耗也较大，性价比也不够高，且红光部分依旧不足。
薄膜是一种厚度很薄，由原子，分子或离子沉积在基片表面形成的二维材料，一般用塑料、胶粘剂、橡胶或其他无机材料制成。根据使用材料或者功能方面的区分，薄膜可分为光学薄膜、复合薄膜、超导薄膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、塑料薄膜等，在照明、电子、光学、电器、机械、印刷、等行业有着广泛的应用。尤其在光学领域，薄膜的应用不可或缺。例如，很多光学设备都需要器件表面镀上一层增透膜、反射膜、或者具有其他功能的薄膜，以增强或抑制光的透过。薄膜的发展，可以大大缩小光学设备的尺寸，降低能耗、提高设备使用寿命。现有的荧光薄膜，多采用YAG:Ce荧光粉加树脂或硅胶的传统封装方式，而LED或激光芯片所产生的热量也是非常大，封装材料在高温下易老化且热导率较低(硅胶和环氧树脂热导率仅为0.4W/m·K)，使得白光LED色温产生变化，发光效率下降，甚至老化失效。在大功率高显指LED或者激光显示领域，则需要一种具有高热导、高光效、高显指的荧光薄膜，可以高效的将LED芯片或者激光芯片的蓝光或紫外光有效地转换为白光，或转化为绿光与红光。目前针对大功率高显指LED或者激光显示设备的快速发展，提出了大功率、小尺寸、高热导、高显指等要求，以满足未来对大功率高显指LED或者激光显示设备在各个领域的广泛应用。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)目前现有用于激光照明的薄膜材料热导率低，不能承受较大功率LED或者激光的照射，或者是小功率激光长时间照射，容易失效。
(2)目前已有的薄膜材料均采用较低显指的荧光粉进行涂覆，最终形成的激光照明器件或设备显色指数低，不能满足摄影照明等的需求。
(3)目前已有的薄膜材料尺寸和形状都不易调整，不能依据现有的激光照明设备进行加工和封装。
解决以上问题及缺陷的难度为：目前应用于大功率高显指LED或者激光显示用薄膜材料的发光材料的热导率较低，很难将激光芯片产生的热量导走，因此需要开发出具有高显指、高热导的发光材料，或者是具有高显指、高热导的复合结构。此外，目前常用的YAG：Ce荧光粉的发光波段主要集中在黄绿光波段，缺少红色等其他颜色的波段，因此在大功率高显指LED或者激光显示设备中将出现显色指数低的缺点。现有的照明用薄膜材料形状和尺寸都是基于常规LED照明芯片和设备，而不是满足于大功率高显指LED或者激光显示芯片和设备。
解决以上问题及缺陷的意义为：开发出具有高热导率、高显指、尺寸和形状可控的复合荧光薄膜，可以承受目前主流大功率激光器的长时间照射，提高大功率高显指LED或者激光显示设备的使用寿命、满足特殊照明场合应用、以及适合现有大功率高显指LED或者激光显示设备的加工与封装，降低大功率高显指LED或者激光显示设备的成本具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高显指高热导荧光薄膜、制备方法及在显示设备中的应用。
本发明是这样实现的，一种高显指高热导荧光薄膜，其特征在于，所述高显指高热导荧光薄膜以镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底，在衬底上涂上硅胶、树脂或硅树脂复合的YAG:Ce、青光、绿光、红光荧光粉。
所述YAG:Ce为铝酸盐，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在545-565nm，使用含量为0-100wt％；所述青光荧光粉为氮氧化物，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在490-500nm，使用含量为0-100wt％；所述绿光荧光粉为GaYAG铝酸盐或LuAG铝酸盐，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在530-540nm，使用含量为0-100wt％；所述红光荧光粉为氮化物，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在610-670nm，使用含量为0-100wt％；所述硅胶、硅树脂主要成分为二氧化硅(SiO2)或以硅氧键(-Si-O-Si-)为主的高聚物，使用含量为0-90wt％；所述树脂为广义的高分子聚合物，使用含量为0-100wt％。
本发明的另一目的在于提供一种所述高显指高热导荧光薄膜的制备方法，所述高显指高热导荧光薄膜的制备方法包括：丝网印刷、流延法、喷涂法。
进一步，所述丝网印刷工艺流程为：
①将上述各种荧光粉按照一定比例混合均匀；②将混合好的荧光粉按一定比例与高熔点硅胶、树脂或硅树脂搅拌均匀混合，形成稳定的浆料；③利用丝网印刷机刮墨板压着印版水平移动，通过印版起落，更换底部的蓝宝石衬底，将上述配置好的荧光粉混合试剂印刷在蓝宝石衬底上，其中，丝网印刷的印版厚度为0.01-1mm。④将上述蓝宝石基片放在烘箱中进行烘烤，烘烤温度为100-1000℃。⑤成型后荧光薄膜厚度为0.01-1mm。
所述流延法工艺流程为：①将上述各种荧光粉按照一定比例混合均匀；②将混合好的荧光粉按一定比例与高熔点硅胶、树脂或硅树脂搅拌均匀混合，形成稳定的浆料；③将配置好的浆料从料斗上部流到基带的蓝宝石底片上，通过基带与刮刀的相对运动形成一定厚度的薄膜，其中，通过控制刮刀与基带之间的距离调控薄膜的厚度，一般该厚度为0.01-1mm。④将上述蓝宝石基片放在烘箱中进行烘烤，烘烤温度为100-1000℃。⑤成型后荧光薄膜厚度为0.01-1mm。
所述喷涂工艺流程为：①将上述各种荧光粉按照一定比例混合均匀；②将混合好的荧光粉按一定比例与高熔点硅胶、树脂或硅树脂搅拌均匀混合，形成稳定的浆料；③将配置好的浆料装入喷涂机中，利用喷涂机将浆料喷射在蓝宝石底片上，其中，通过控制喷射时间来调控薄膜的厚度(0.01-1mm)。④将上述蓝宝石基片放在烘箱中进行烘烤，烘烤温度为100-1000℃。⑤成型后荧光薄膜厚度为0.01-1mm。
本发明的另一目的在于提供一种激光电视机激光显示光源模块的封装方法，所述激光电视机激光显示光源模块的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜，包括：
(1)透过式封装：1)将薄膜切割为：①直径Ф＝1～100mm的圆片；或②边长为1～100mm的方片；或③其他各类形状；2)将切割好的薄膜与蓝光/紫外光激光器及相应透镜按直线进行集成装配，如图1所示；
(2)反射式封装：1)将薄膜切割为：①直径Ф＝1～100mm的圆片；或②边长为1～100mm的方片；或③其他各类形状；2)将切割好的薄膜其中一面黏结在铜或铝片上，3)与蓝光/紫外光激光器按V字形组装，如图2所示。本发明的另一目的在于提供一种激光投影仪激光显示光源模块的封装方法，所述激光投影仪激光显示光源模块的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜；其封装方式可采用透过式封装(图1)或反射式封装(图2)。
本发明的另一目的在于提供一种激光显示屏激光显示光源模块的封装方法，所述激光显示屏激光显示光源模块的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜；其封装方式可采用透过式封装(图1)或反射式封装(图2)。
本发明的另一目的在于提供一种高显指激光照明灯具的封装方法，所述高显指激光照明灯具的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜；其封装方式可采用透过式封装(图1)或反射式封装(图2)，或者“Z”型封装：1)将薄膜切割为：①直径Ф＝1～100mm的圆片；或②边长为1～100mm的方片；或③其他各类形状；2)将切割好的薄膜其中一面黏结在如图3所示的铜或铝片基板上；铜或铝片基板外有具有高反光特征的反射镜外壳，并在反光镜一侧开有小孔，直径为0.5-5mm；蓝光/紫外光激光器所发射出的激光能从该小孔穿过并照射、激发荧光薄膜，经反射镜聚光后，从另一侧发出光，如图3所示。
本发明的另一目的在于提供一种高显指景观照明灯光源模块的封装方法，所述高显指景观照明灯光源模块的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜；可采用透过式封装、反射式封装以及“Z”型封装或其他封装方式，分别如图1、2、3所示。
本发明的另一目的在于提供一种高显指射灯光源模块的封装方法，所述高显指射灯光源模块的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜；可采用透过式封装、反射式封装以及“Z”型封装或其他封装方式，分别如图1、2、3所示。
本发明的另一目的在于提供一种高显指内窥镜灯光源模块的封装方法，所述高显指内窥镜灯光源模块的封装方法使用所述高显指高热导荧光薄膜，包括：将蓝光/紫外光激光二极管与光纤其中一端相连接，光纤长度为0.005-10000米，直径为0.2-2毫米；光纤另一端与高显指荧光薄膜可按透过式封装、反射式封装或“Z”型封装或其他封装方式进行封装；内窥镜灯式封装示意图如图4所示。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明热导率在20-35Wm-1K-1，宽带发射，激发源为蓝光或紫外光的激光二极管或LED芯片，发射波长可调(480–750nm)，显指为78-95，流明效率：>50lm/W。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的透过式封装示意图。
图2是本发明实施例提供的反射式封装示意图。
图3是本发明实施例提供的“Z”型封装示意图。
图4是本发明实施例提供的内窥镜灯式封装示意图。
图5是本发明实施例提供的实施例1中高显指高热导荧光薄膜断面SEM结果示意图。
图6是本发明实施例提供的实施例1中高显指高热导荧光薄膜在透过式激光显示光源中测试结果示意图。
图7是本发明实施例提供的实施例2中高显指高热导荧光薄膜在透过式激光显示(a)与LED显示(b)中绿光光源的测试结果示意图。
图8是本发明实施例提供的实施例3中高显指高热导荧光薄膜在透过式激光显示(a)与LED显示(b)中红光光源的测试结果示意图。
图9是本发明实施例提供的实施例4中高显指高热导荧光薄膜在透过式激光显示光源中测试结果示意图。
图10是本发明实施例提供的实施例5中高显指高热导荧光薄膜在透过式白光激光照明中测试结果示意图。
图中：1、激光二极管；2、高热导高显指荧光薄膜；3、黄绿光与橙红光为主所形成的复合光；4、反射镜；5、复合光；6、光纤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高显指高热导荧光薄膜、制备方法及在显示设备中的应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
实施例1：
高显指高热导荧光薄膜在激光显示光源模块的应用(透过式)；
(1)将发射波长为565nm的YAG:Ce荧光粉与硅胶、树脂、硅树脂复合的胶水按质量比4:1的比例混合均匀，制备出混合浆料；
(2)利用丝网印刷工艺，丝网厚度为0.06mm，将上述混合浆料刷在镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底上，之后在300℃烘干30分钟；
(3)对荧光薄膜进行断面SEM测试，其结果如图5所示；
(4)对高热导荧光薄膜进行热导率测试，结果显示，其热导率为29W/(m.k)@25℃；
(5)将制备出的高显指高热导荧光薄膜按透过式的封装方式与455nm蓝光激光二极管进行封装；
(6)对封装后的激光显示光源模块进行光谱测试，其结果如图6所示；测试结果显示，其绿光比例为58.3％，红光比例为41.4％。该结果表明该高显指高热导荧光薄膜在作为激光显示光源中绿光与红光光源有着非常大的用途和特点。
实施例2：
高显指高热导荧光薄膜在激光显示与LED显示光源模块中的绿光光源应用(透过式)；
(1)将发射波长为545nm的GaYAG铝酸盐绿光荧光粉与硅胶、树脂、硅树脂复合的胶水按质量比4:1的比例混合均匀，制备出混合浆料；
(2)利用丝网印刷工艺，丝网厚度为0.06mm，将上述混合浆料刷在镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底上，之后在300℃烘干30分钟；
(3)将制备出的高显指高热导荧光薄膜按透过式的封装方式分别与455nm蓝光激光二极管和460nm蓝光LED芯片进行封装；
(4)对封装后的激光显示和LED显示光源模块进行光谱测试，其结果分别如图7a和b所示；
激光显示与LED显示的测试结果表明，绿光发射峰均在530-540nm之间。该结果体现出该高显指高热导荧光薄膜在作为激光显示光源中的绿光光源有着非常大的用途和特点。
实施例3：
高显指高热导荧光薄膜在激光显示光源模块的红光光源应用(透过式)；
(1)将发射波长为发射波长为630nm的氮化物红光荧光粉与硅胶、树脂、硅树脂复合的胶水按质量比4:1的比例混合均匀，制备出混合浆料；
(2)利用丝网印刷工艺，丝网厚度为0.06mm，将上述混合浆料刷在镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底上，之后在300℃烘干30分钟；
(3)将制备出的高显指高热导荧光薄膜按透过式的封装方式分别与455nm蓝光激光二极管和460nm蓝光LED芯片进行封装；
(4)对封装后的激光显示和LED显示光源模块进行光谱测试，其结果分别如图8a和8b所示；
激光显示与LED显示的测试结果表明，红光发射峰均在630nm左右。该结果体现出该高显指高热导荧光薄膜在作为激光显示光源中的红光光源有着非常大的用途和特点。
实施例4：
高显指高热导荧光薄膜在激光显示光源模块的应用(透过式)；
(1)将发射峰在550和650nm的YAG:Ce荧光粉和红光荧光粉按质量比95：5的比例混合后，再与硅胶、树脂、硅树脂复合的胶水按质量比4:1的比例混合均匀，制备出混合浆料；
(2)利用丝网印刷工艺，丝网厚度为0.06mm，将上述混合浆料刷在镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底上，之后在300℃烘干30分钟；
(3)将制备出的高显指高热导荧光薄膜按透过式的封装方式与455nm蓝光激光二极管进行封装；
(4)对封装后的激光显示光源模块进行光谱测试，其结果如图9所示；测试结果显示，其绿光比例为45.6％，红光比例为47.2％。该结果红绿光产生比例较平衡，表明该高显指高热导荧光薄膜在作为激光显示光源中绿光与红光光源有着非常大的用途和特点。
实施例5：
色温为6500K时，高显指高热导荧光薄膜的射灯在白光激光照明的应用(透过式)；
(1)将发射峰在550和650nm的YAG:Ce荧光粉和红光荧光粉按质量比95：5的比例混合后，再与硅胶、树脂、硅树脂复合的胶水按质量比1.3:1的比例混合均匀，制备出混合浆料；
(2)利用丝网印刷工艺，丝网厚度为0.06mm，将上述混合浆料刷在镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底上，之后在300℃烘干30分钟；
(3)对高热导荧光薄膜进行热导率测试，结果显示，其热导率为24.3W/(m.k)@25℃；
(4)将制备出的高显指高热导荧光薄膜按透过式的封装方式与455nm蓝光激光二极管进行封装；
(5)对封装后的射灯器件进行激光照明光谱测试，其结果如图10所示；激光照明测试结果显示，其色温为6517K的白光，显色指数为85.2，光电转换效率为61lm/W。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高显指高热导荧光薄膜，其特征在于，所述高显指高热导荧光薄膜以镀有黄绿光反射与蓝光透过膜的蓝宝石为衬底，在衬底上涂上硅胶、树脂或硅树脂复合的YAG:Ce、青光、绿光、红光荧光粉。
2.如权利要求1所述的高显指高热导荧光薄膜，其特征在于，所述YAG:Ce为铝酸盐，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在545-565nm，使用含量为0-100wt％；所述青光荧光粉为氮氧化物，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在490-500nm，使用含量为0-100wt％；所述绿光荧光粉为GaYAG铝酸盐或LuAG铝酸盐，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在530-540nm，使用含量为0-100wt％；所述红光荧光粉为氮化物，在蓝光/紫外光LED芯片或蓝光/紫外光激光二极管的激发下，发射波长峰值在610-670nm，使用含量为0-100wt％；所述硅胶、硅树脂主要成分为二氧化硅(SiO2)或以硅氧键(-Si-O-Si-)为主的高聚物，使用含量为0-90wt％；所述树脂为广义的高分子聚合物，使用含量为0-100wt％。
3.一种如权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜的制备方法，其特征在于，所述高显指高热导荧光薄膜的制备方法包括：丝网印刷、流延法、喷涂法。
4.一种激光电视机激光显示光源模块的封装方法，其特征在于，所述激光电视机激光显示光源模块的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜；以及透过式、反射式的封装方式。
5.一种激光投影仪激光显示光源模块的封装方法，其特征在于，所述激光投影仪激光显示光源模块的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜；以及透过式、反射式的封装方式。
6.一种激光显示屏激光显示光源模块的封装方法，其特征在于，所述激光显示屏激光显示光源模块的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜；以及透过式、反射式的封装方式。
7.一种高显指激光照明灯具光源模块的封装方法，其特征在于，所述高显指激光照明灯具光源模块的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜；以及透过式、反射式、“Z”型封装的封装方式。
8.一种高显指景观照明灯光源模块的封装方法，其特征在于，所述高显指景观照明灯光源模块的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜；以及透过式、反射式、“Z”型封装的封装方式。
9.一种高显指射灯光源模块的封装方法，其特征在于，所述高显指射灯的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜；以及透过式、反射式、“Z”型封装的封装方式。
10.一种高显指内窥镜灯光源模块的封装方法，其特征在于，所述高显指内窥镜灯光源模块的封装方法使用权利要求1～2任意一项所述高显指高热导荧光薄膜。
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