CN114736519A - 一种高导热荧光胶体、高导热白光ld及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于白光LD封装领域,并具体公开了一种高导热荧光胶体、高导热白光LD及其制备方法。该高导热荧光胶体的制备方法包括:将碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料按照预设的比例充分混合;将混合粉末加压得到片状混合物;将片状混合物放置于高温环境中,碳酸氢铵受热分解成为气体逸出,得到三维交联的高导热骨架;将高分子胶体注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。本发明能够使光能量从高导热骨架的空隙中顺利出射,在维持光学性能的同时将荧光材料产生的热量及时导出,有效降低荧光胶体的工作温度,保证白光LD的长期工作可靠性,具有十分广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于白光LD封装领域,更具体地,涉及一种高导热荧光胶体、高导热白光LD及其制备方法。
背景技术
作为第四代照明光源,发光二极管(Light Emitting Diode,LED)近年来占据着全球照明市场的主导地位。然而,LED的电光转化效率在高功率密度下会出现显著的下降,限制了其在高功率场景下的应用。激光二极管(Laser Diode,LD)是一种新型半导体发光器件,其在高功率密度下仍能保持较高的电光转化效率,并且具有光学扩展量小、单色性好等优点。因此,LD在一些要求高功率、高亮度的场景下具有十分广阔的应用前景,有望成为取代LED的下一代照明光源。
常见的白光LD由蓝光激光二极管组件与荧光材料封装得到,其发光原理可以解释为:蓝光激光二极管组件中的LD芯片(GaN或InGaN)在电流驱动下发射蓝光,黄色荧光材料(YAG或TAG)在蓝光激发下发射黄光,黄光与蓝光混合后合成白光。然而,由于量子效率损失、斯托克斯损失以及光吸收损失的存在,荧光材料受激发出黄光的过程中同样伴随着光致发热现象,此时发光层中的荧光颗粒可以被认为是具有高热流密度的微小热源。通常情况下,由于荧光颗粒弥散在热导率极低的高分子胶体结构中,其产生的热量难以及时导出,因此发光层的温度会随着热量的积聚迅速上升。研究表明,荧光材料的光转化效率及性能会随着温度升高而降低,温度过高时甚至会出现失效现象。当前常见的外部散热措施如风冷、液冷以及热电制冷等均难以解决该技术难题。
针对上述缺陷与不足,本领域亟需提出一种有效的热管理方案,在确保光学性能的同时降低荧光材料的温度,从而保证白光LD的长期工作稳定性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种高导热白光LD及其制备方法,其通过构建三维高导热骨架,有效提高荧光胶体的导热系数,从而将荧光材料产生的热量从荧光胶体中迅速导出,进而达到降低荧光胶体工作温度的目标。相较于传统的白光LD,高导热白光LD能够使光能量从高导热骨架空隙中填充的高分子胶体中出射,在维持光学性能的同时有效降低荧光胶体的工作温度,保证了白光LD的长期工作可靠性,具有十分广阔的应用前景。
为了实现上述目的,按照本发明的一个方面,提出了一种高导热荧光胶体的制备方法,包括以下步骤:
S1、将碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料按照预设的比例充分混合;
S2、将步骤S1制得的混合粉末加压50Mpa~80Mpa得到片状混合物;
S3、将片状混合物放置于高温环境中,碳酸氢铵受热分解成为气体逸出,得到三维交联的高导热骨架;
S4、将高分子胶体注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。
进一步地,步骤S1中,所述非吸光导热填料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物总质量的5%~15%;所述荧光材料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物总质量的10%~30%。
进一步地,非吸光导热填料为氮化硼、氧化铝或氮化铝,平均颗粒尺寸为5μm-50μm,氮化硼优选为六方氮化硼;优选的,荧光材料为YAG或TAG,平均粒径为10μm-20μm,发光波长为520nm-570nm。
进一步地,步骤S2中,当非吸光导热填料选用六方氮化硼,粒径为5um~20um,质量分数为5%~10%时,加压压力为60Mpa~70Mpa;当非吸光导热填料选用六方氮化硼,粒径为20um~40um,质量分数为10%~15%时,加压压力为70Mpa~80Mpa;当非吸光导热填料选用氮化铝,粒径为10um~20um,质量分数为5%~10%时,加压压力为65Mpa~75Mpa。
进一步地,步骤S3中,高温环境温度为100℃~160℃。
进一步地,步骤S4中,高分子胶体采用如下方式制备:将封装胶按照预设的比例混合,搅拌均匀后经真空除泡获得所需的高分子胶体;优选的,封装胶为硅胶、环氧树脂或液态玻璃。
进一步地,步骤S4中,在真空下加热固化,加热固化的温度为80℃-140℃,真空度在15Pa以下。
为了实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种高导热荧光胶体,按照如前任一项所述的制备方法制备获得。
为了实现上述目的,按照本发明的另一个方面,提供了一种高导热白光LD,包括如前所述的高导热荧光胶体。
进一步地,还包括激光二极管组件、透镜和反射基板,其中:
所述激光二极管组件作为蓝色光源,所述透镜设置在所述激光二极管组件出射侧,用于将所述激光二极管组件发射出的蓝色光线准直;所述高导热荧光胶体固定在所述反射基板上;
经过所述透镜准直后的一部分蓝色光线直接透射所述高导热荧光胶体照射在所述反射基板上,另一部分蓝色光线经过所述高导热荧光胶体后转化为黄色光线照射在所述反射基板上,上述蓝色光线与黄色光线均被所述反射基板全部反射至所述高导热荧光胶体中,二者混合后形成白光从所述高导热荧光胶体射出。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,主要具备以下的技术优点:
1.本发明研制的高导热荧光胶体,通过在荧光胶体中构建三维交联的高导热骨架,可以将荧光材料产生的热量通过高导热骨架快速导出。不同于传统的外部散热措施,该技术能够在胶体内部直接形成导热通道,从而有效降低荧光材料的工作温度,并且通过特定的压力进行压片处理,能够调控高导热骨架的孔隙密度,进而调节其导热能力,因此能够用于提升白光LD的长期工作可靠性。
2.本发明通过配方研制(包括物料组成及其配比)辅助混合、压片与加热工艺,可以对具有多孔结构的三维交联高导热荧光骨架的导热性能和光学性能进行调控。由于高导热骨架结构中孔洞的存在,来自激光二极管组件的光能量与荧光材料受激发射出的光能量能够透射孔洞中的高分子胶体从而顺利出射。通过设定不同的压片力可以调节高导热骨架的孔洞大小,从而能够根据不同种类、粒径、浓度的非吸光导热填料与荧光材料进行耦合设计,保证高导热荧光胶体具有较佳的光学性能。
3.本发明通过简单的工艺,即直接将成型后的高导热荧光胶体固定在反射基板上即可制备出工作温度显著降低的白光LD,且具有操作过程简单、成本低廉等优势,因此具备大规模批量生产的潜力。
4.本发明制备的高导热白光LD相较于传统的白光LD,在传导荧光材料的产热量与降低发光层温度方面具有显著的效果,高导热荧光胶体的工作温度比传统白光LD的荧光胶体工作温度明显降低,大大提升了器件的热可靠性,有利于实现高功率与高亮度激光白光照明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种高导热白光LD的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的高导热白光LD制备方法的流程图;
图3是本发明方法制备的三维交联的高导热氮化硼骨架/荧光粉/硅胶复合胶体的扫描电镜实物图,其中(a)为低倍镜扫描图,(b)为高倍镜扫描图;
图4是本发明的高导热白光LD与传统白光LD在相同驱动电流下的发光光谱及光学性能对比图;
图5是本发明的高导热白光LD与传统白光LD在相同驱动电流下工作时的表面温度场实测结果图。
在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:
101-激光二极管组件、102-散热翅片、103-透镜、104-反射基板、105-高导热荧光胶体、106-非吸光导热填料、107-荧光材料、108-碳酸氢铵、109-压片模具、110-压片机、111-加热炉、112-高分子胶体、113-烧杯。
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,以下结合附图及实施例,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。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示,本发明实施例提供了一种高导热白光LD,其包括激光二极管组件101、散热翅片102、透镜103、反射基板104以及高导热荧光胶体105,其中,激光二极管组件101作为蓝色光源安装在散热翅片102上,透镜103设置在激光二极管组件101出射侧,用于将激光二极管组件101发射出的蓝色光线准直,高导热荧光胶体105固定在反射基板104上,该高导热荧光胶体105由三维交联的高导热骨架以及填充在骨架空隙中的高分子胶体组成,其作用为与反射基板104相互配合将经过透镜103准直后的光线转化为白光并射出。
具体的,反射基板104表面镀有金属镀层,经过透镜103准直后的一部分蓝色光线直接透射高导热荧光胶体105照射在反射基板104上,另一部分蓝色光线经过高导热荧光胶体105后转化为黄色光线照射在反射基板104上,上述蓝色光线与黄色光线均被反射基板104全部反射至高导热荧光胶体105中,二者混合后形成白光从高导热荧光胶体105上方射出。
具体的,激光二极管组件101的发射波长为420nm~470nm。
具体的,散热翅片102的材料优选为铝/铝合金、铜/铜合金、氮化铝或碳化硅。如图2所示,本发明实施例还提供了所述高导热白光LD的制备方法,其包括以下步骤:
步骤1:将激光二极管组件101、散热翅片102、透镜103和反射基板104按照预设的位置安装;
步骤2:将碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料按照预设的比例充分混合;
步骤3:取适量混合粉末放入压片模具中,根据非吸光导热填料与荧光材料的种类、粒径、浓度选取适当的压力值,将压片模具放入压片机中,经施加压力后得到片状混合物;
步骤4:将片状混合物放置于高温环境中加热,由于碳酸氢铵在高温下分解成为气体逸出,由此得到非吸光导热填料与荧光材料相互搭接交联而成的三维高导热骨架;
步骤5:制备高分子胶体,将高分子胶体注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。一般的,当高导热骨架表面的胶体不再渗入骨架内部时,认为胶体已经充满骨架空隙;
步骤6:将三维交联的高导热荧光胶体固定在反射基板104上,调整其相对位置后封装得到高导热白光LD。
在本发明中,步骤2~步骤5即对应于制备高导热荧光胶体的步骤S1~S4。
本发明中,为了制备所需的三维高导热骨架结构,其配方(物料种类及其配比)至关重要,本发明通过不断探索最终确定了适用于制备高导热骨架的物料种类及配比,即以碳酸氢铵、非吸光导热填料与荧光材料为原料,并按照下述比例进行配置:非吸光导热填料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物的5%~15%;荧光材料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物的10%~30%。在上述配比下,既能满足光学性能的需求,也能实现较好的散热效果,并有利于后续三维交联骨架的形成,便于后续高分子胶体的灌注。
其中,碳酸氢铵用于前期支撑高导热骨架的形成,经加热后会变为气体逸出,其占据的空间后续会被高分子胶体取代;非吸光导热填料作为强化传热的介质,通常情况下其添加量越多则对应着更好的导热效果,但发明人通过研究发现,非吸光导热填料的添加量并非越多越好,当添加量过多时会增加光能量在骨架表面的散射,导致光能量损失增大。此外,非吸光导热填料添加量过少时,骨架的交联程度不够,加热或灌胶过程中容易出现坍塌现象,不利于三维高导热骨架的形成。本发明通过不断探索确定了非吸光导热填料的最佳用量,即非吸光导热填料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物的5%~15%,在此添加量下既能保证荧光胶体的光学性能,又有利于三维高导热骨架的形成;荧光材料用于将入射的部分蓝光转化为黄光,黄光与另一部分蓝光混合得到白光。然而荧光材料也存在最佳的配比范围,当荧光材料过少时,转化黄光少,会导致所得白光LD色温偏高。而当荧光材料过多时,荧光材料在光转化过程中的损失增加,会导致光学性能的下降,并且会导致产热量的增加。为了解决这一问题,本发明又进行了探索,确定了荧光材料的最佳用量,即荧光材料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物的10%~30%,在此添加量下,既能满足光学性能的要求,也会减小荧光胶体内部的产热,确保其可靠性。
更具体的,非吸光导热填料为氮化硼、氧化铝或氮化铝,平均颗粒尺寸为5μm-50μm。优选的,氮化硼为六方氮化硼。进一步的,荧光材料为YAG或TAG,平均粒径为10μm-20μm,发光波长为520nm-570nm。采用上述非吸光导热填料可以实现在减小光吸收损失的前提下增强导热效果,有利于保证光学性能,并且通过不同导热填料粒径的选择,有利于三维交联的高导热骨架成形。通过不同荧光材料粒径的选择,可以实现入射蓝光的有效转化,保证光学性能。
进一步的,步骤2中,碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料需要充分混合,使得非吸光导热填料与荧光材料均匀地附着在碳酸氢铵颗粒表面,便于后续挤压过程中非吸光导热填料与荧光材料搭接成相互交联的三维网状结构。
进一步的,步骤3中,取适量混合均匀的粉末放入压片模具中,利用压片机施加压力可以将其挤压成片状混合物。本发明通过探究发现压片机施加的压力大小对于三维高导热骨架的形成以及荧光胶体的光学性能具有重要影响。压片机的压力大小需根据非吸光导热填料与荧光材料的种类、粒径、浓度进行选择,当施加压力过小时会导致后续加热或灌胶过程中出现骨架坍塌现象,而施加压力过大时则会导致三维高导热骨架的孔洞过小,不利于光能量的出射,进而影响荧光胶体的光学性能。优选的,压片机的压力为50Mpa~80Mpa。此外,发明人进一步研究发现,非吸光导热填料与荧光材料的种类、粒径、浓度与压片力之间亦存在某种较为复杂的关联,较为理想地,当非吸光导热填料选用六方氮化硼,粒径为5~20um,质量分数为5~10%时,压片机压力优选为60~70Mpa;当非吸光导热填料选用六方氮化硼,粒径为20~40um,质量分数为10~15%时,压片机压力优选为70~80Mpa;当非吸光导热填料选用氮化铝,粒径为10~20um,质量分数为5~10%时,压片机压力优选为65~75Mpa。
进一步的,步骤4中,将片状混合物放置于高温环境下加热可使得混合物中碳酸氢铵分解成为气体逸出,由此可以得到由非吸光导热填料与荧光材料相互搭接而成的三维高导热骨架结构。本发明通过探究发现加热温度对于后续高导热荧光胶体的形成具有影响,加热温度过低时,碳酸氢铵分解不充分会在荧光胶体中引入杂质,而加热温度过高则会破坏荧光材料的结构,导致其光学性能下降。优选的,高温环境温度为100~160℃。
进一步的,步骤5中,高分子胶体采用如下方式制备:将封装胶按照预设的比例混合,搅拌均匀后经真空除泡获得所需的高分子胶体。优选的,封装胶为硅胶、环氧树脂或液态玻璃。将制备好的高分子胶体注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙。一般的,当高导热骨架表面的胶体不再渗入骨架内部时,可以认为胶体已经充满骨架空隙。由于高分子胶体自身具有一定的流动性,步骤S4中碳酸氢铵分解逸出,使得片状混合物内部产生空隙,形成骨架结构,为后续高分子胶体的注入提供空间,而步骤5中在真空条件下加热固化,可进一步使得骨架内部气体逸出,促使高分子胶体完全填充骨架空隙。这些空隙中填充的透明高分子胶体可以保证入射蓝光与荧光材料受激发射出的黄光从荧光胶体中顺利出射。
具体的,步骤5中,在真空下加热固化,加热固化的温度为80℃-140℃,真空度在15Pa以下,在该温度和真空度下固化,可以获得致密度与硬度适中的固态发光胶体,同时能够保证荧光材料在固化过程中不至于因温度过高而产生发光效率衰减。
进一步的,步骤6中,三维交联的高导热荧光胶体固定在反射基板上,调整其与其他部件的相对位置,使得经过透镜准直后的蓝色光线能够充分照射到高导热荧光胶体上。
本发明通过上述三维交联的高导热骨架及其具体材料、尺寸等工艺参数的相互配合,能够在保证白光LD光学性能的前提下有效降低荧光材料的工作温度,提高器件的热稳定性,并且能够满足不同环境的使用需求,实现高功率与高亮度白光照明。
为更好地解释本发明,以下给出几个具体实施例:
实施例1
参见图2,本实施例采用六方氮化硼,平均颗粒尺寸为12μm;荧光粉为YAG,平均粒径为13μm,发光波长为538nm;激光二极管组件采用T0形式封装的激光二极管光源,发射波长为450nm;散热翅片选用铝合金散热翅片;透镜采用单个自由曲面透镜;封装胶为硅胶。具体包括如下步骤:
步骤1:将激光二极管组件、铝合金散热翅片、自由曲面透镜和反射基板按照预设的位置安装;
步骤2:取0.4g六方氮化硼、1.2gYAG荧光粉以及4g碳酸氢铵粉末充分混合均匀;
步骤3:取1g混合粉末放在压片模具中,压片机压力设定为60Mpa,压片模具中的混合粉末被压片机挤压成片状;
步骤4:将片状混合物放置于120℃的高温环境中加热。碳酸氢铵在高温环境中分解为气体逸出,由此得到六方氮化硼与YAG荧光粉搭接而成的三维交联高导热骨架;
步骤5:制备硅胶,将硅胶注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,100℃温度下真空加热固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。
步骤6:将三维交联的高导热荧光胶体固定在反射基板上,调整其相对位置后封装得到高导热白光LD。
实施例2
本实施例采用六方氮化硼,平均颗粒尺寸为45μm;荧光粉为YAG,平均粒径为18μm,发光波长为558nm;激光二极管组件采用T0形式封装的激光二极管光源,发射波长为460nm;散热翅片选用铜合金散热翅片;透镜采用自由曲面透镜组;封装胶为环氧树脂。具体包括如下步骤:
步骤1:将激光二极管组件、铜合金散热翅片、自由曲面透镜组和反射基板按照预设的位置安装;
步骤2:取0.8g六方氮化硼、2gYAG荧光粉以及4g碳酸氢铵粉末充分混合均匀;
步骤3:取1g混合粉末放在压片模具中,压片机压力设定为70Mpa,压片模具中的混合粉末被压片机挤压成片状;
步骤4:将片状混合物放置于140℃的高温环境中加热。碳酸氢铵在高温环境中分解为气体逸出,由此得到六方氮化硼与YAG荧光粉搭接而成的三维交联高导热骨架;
步骤5:制备环氧树脂,将环氧树脂注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,120℃温度下真空加热固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。
步骤6:将三维交联的高导热荧光胶体固定在反射基板上,调整其相对位置后封装得到高导热白光LD。
实施例3
本实施例采用氮化铝,平均颗粒尺寸为5μm;荧光粉为TAG,平均粒径为10μm,发光波长为520nm;激光二极管组件采用T0形式封装的激光二极管光源,发射波长为470nm;散热翅片选用碳化硅散热翅片;透镜采用单个自由曲面透镜;封装胶为硅胶。具体包括如下步骤:
步骤1:将激光二极管组件、铝合金散热翅片、自由曲面透镜和反射基板按照预设的位置安装;
步骤2:取1g氮化铝、2gTAG荧光粉以及4g碳酸氢铵粉末充分混合均匀;
步骤3:取1g混合粉末放在压片模具中,压片机压力设定为65Mpa,压片模具中的混合粉末被压片机挤压成片状;
步骤4:将片状混合物放置于150℃的高温环境中加热。碳酸氢铵在高温环境中分解为气体逸出,由此得到氮化铝与TAG荧光粉搭接而成的三维交联高导热骨架;
步骤5:制备硅胶,将硅胶注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,130℃温度下真空加热固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。
步骤6:将三维交联的高导热荧光胶体固定在反射基板上,调整其相对位置后封装得到高导热白光LD。
图3是通过本发明的方法制备的三维交联高导热氮化硼骨架/荧光粉/硅胶复合胶体切面的扫描电镜实物图,其中(a)为低倍镜下的扫描图,(b)为高倍镜下的扫描图。通过该图可以看出,本发明制备的三维高导热骨架中,含有两种关键结构,一种是连续的三维骨架结构(三维交联的高导热网络)作为导热通道,有利于热量的快速导出;另一种是三维互通的孔洞结构,可使得光能量顺利出射,其中孔洞结构由高分子胶体填充。
图4是通过本发明的方法制备的高导热白光LD与采用传统方法制备的白光LD在相同驱动电流下的发光光谱及光学性能对比图,通过对比可以看出,含有三维高导热骨架的白光LD可以取得与传统白光LD相近的发光光谱以及发光效率,这说明三维高导热骨架的引入不会对白光LD的发光性能造成较大影响,同时又能使其导热性能显著增强。
图5是两种白光LD在相同驱动电流下工作时的表面温度场实测结果图。对比两者可以看出,本发明制备的高导热白光LD在光学性能相近的条件下,可以使荧光胶体的工作温度大幅降低,相较于传统的白光LD,其工作温度降低80.9℃,由此可见本发明的高导热白光LD在降低荧光胶体工作温度方面具有显著的效果。
本发明提出的高导热白光LD,通过三维交联的高导热网络结构极大地提高了荧光胶体的导热性能,从而将荧光材料产生的热量迅速导出,实现大幅度降低白光LD工作温度的有益效果。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高导热荧光胶体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料按照预设的比例充分混合;
S2、将步骤S1制得的混合粉末加压50Mpa~80Mpa得到片状混合物;
S3、将片状混合物放置于高温环境中,碳酸氢铵受热分解成为气体逸出,得到三维交联的高导热骨架;
S4、将高分子胶体注入三维交联的高导热骨架中,使高分子胶体填满三维交联高导热骨架的空隙,固化后得到三维交联的高导热荧光胶体。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤S1中,所述非吸光导热填料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物总质量的5%~15%;所述荧光材料的质量分数为碳酸氢铵、非吸光导热填料以及荧光材料混合物总质量的10%~30%。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,非吸光导热填料为氮化硼、氧化铝或氮化铝,平均颗粒尺寸为5μm-50μm,氮化硼优选为六方氮化硼;优选的,荧光材料为YAG或TAG,平均粒径为10μm-20μm,发光波长为520nm-570nm。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤S2中,当非吸光导热填料选用六方氮化硼,粒径为5um~20um,质量分数为5%~10%时,加压压力为60Mpa~70Mpa;当非吸光导热填料选用六方氮化硼,粒径为20um~40um,质量分数为10%~15%时,加压压力为70Mpa~80Mpa;当非吸光导热填料选用氮化铝,粒径为10um~20um,质量分数为5%~10%时,加压压力为65Mpa~75Mpa。
5.如权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤S3中,高温环境温度为100℃~160℃。
6.如权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤S4中,高分子胶体采用如下方式制备:将封装胶按照预设的比例混合,搅拌均匀后经真空除泡获得所需的高分子胶体;优选的,封装胶为硅胶、环氧树脂或液态玻璃。
7.如权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤S4中,在真空下加热固化,加热固化的温度为80℃-140℃,真空度在15Pa以下。
8.一种高导热荧光胶体,其特征在于,按照权利要求1~7任一项所述的制备方法制备获得。
9.一种高导热白光LD,其特征在于,包括权利要求8所述的高导热荧光胶体。
10.如权利要求9所述的一种高导热白光LD,其特征在于,还包括激光二极管组件(101)、透镜(103)和反射基板(104),其中:
所述激光二极管组件(101)作为蓝色光源,所述透镜(103)设置在所述激光二极管组件(101)出射侧,用于将所述激光二极管组件(101)发射出的蓝色光线准直;所述高导热荧光胶体(105)固定在所述反射基板(104)上;
经过所述透镜(103)准直后的一部分蓝色光线直接透射所述高导热荧光胶体(105)照射在所述反射基板(104)上,另一部分蓝色光线经过所述高导热荧光胶体(105)后转化为黄色光线照射在所述反射基板(104)上,上述蓝色光线与黄色光线均被所述反射基板(104)全部反射至所述高导热荧光胶体(105)中,二者混合后形成白光从所述高导热荧光胶体(105)射出。
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CN111403575A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-07-10 | 华中科技大学 | 适用于单芯片大功率白光led的光子晶体薄膜及其应用 |
CN112993142A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 华中科技大学 | 一种三维高导热白光led及其制备方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130033167A1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-07 | Everlight Electronics Co., Ltd. | Phosphor Composition And White Light Emitting Device Using The Same |
CN108091752A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-05-29 | 华中科技大学 | 一种白光led及其制备方法 |
CN110358255A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-22 | 南方科技大学 | 一种三维复合材料及其制备方法、应用和基板与电子装置 |
CN111403575A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-07-10 | 华中科技大学 | 适用于单芯片大功率白光led的光子晶体薄膜及其应用 |
CN112993142A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 华中科技大学 | 一种三维高导热白光led及其制备方法 |
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