CN121663296B - 含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用 - Google Patents

含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用

Info

Publication number
CN121663296B
CN121663296B CN202610121244.8A CN202610121244A CN121663296B CN 121663296 B CN121663296 B CN 121663296B CN 202610121244 A CN202610121244 A CN 202610121244A CN 121663296 B CN121663296 B CN 121663296B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat dissipation
layer
fluorescent glass
fluorescent
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202610121244.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN121663296A (zh
Inventor
刘俐
陈昀曦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology
Original Assignee
Wuhan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology filed Critical Wuhan University of Technology
Priority to CN202610121244.8A priority Critical patent/CN121663296B/zh
Publication of CN121663296A publication Critical patent/CN121663296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN121663296B publication Critical patent/CN121663296B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0401—Arrangements for thermal management of optical elements being part of laser resonator, e.g. windows, mirrors, lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/71—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks using a combination of separate elements interconnected by heat-conducting means, e.g. with heat pipes or thermally conductive bars between separate heat-sink elements
    • F21V29/713—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks using a combination of separate elements interconnected by heat-conducting means, e.g. with heat pipes or thermally conductive bars between separate heat-sink elements in direct thermal and mechanical contact of each other to form a single system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/83—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F21V29/89—Metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/08—Refractors for light sources producing an asymmetric light distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F21V7/24—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本发明涉及一种含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用。该反射式荧光玻璃转换器包括逐层堆叠排列的散热基片（4）、反射层（3）、荧光玻璃层（2）、散射层（1），在散热基片（4）上设置有贯穿的散热通孔阵列，在各个散热通孔（5）中填充有高导热金属。通过散热通孔阵列及填充的高导热金属，有效提高了荧光玻璃层（2）的散热性能，结合覆盖在其表面的散射层（1）辅助导热散热，彻底解决了传统反射式荧光玻璃转换器单侧散热结构在高功率条件下容易在远离散热基片（4）的外表面产生热沉积的问题。该反射式荧光玻璃转换器具有高发光饱和阈值、高光提取等优点，可应用于高功率激光照明及激光显示等诸多领域。

Description

含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用
技术领域
本发明涉及激光照明或激光显示技术领域，具体涉及一种含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用。
背景技术
激光照明技术具有高输出功率、卓越亮度、远距离投射能力及良好的光束准直特性，已广泛应用于航空航天、医疗设备、光通信等多个高科技领域。目前市场上常见的激光照明装置通常由激光发射元件和荧光转换材料组成，后者主要用于将激发激光转换为白光激光并对外输出。在高功率激光激发条件下，激光照明装置内部会产生显著的热量积累，如果散热路径不畅或散热效率不足，不仅会造成光转换效率明显下降，而且还可能引发器件热失效。此外，传统的荧光转换材料多为有机荧光树脂，存在耐热性差、导热系数偏低等问题，难以承受高功率密度激光的持续激发，极易出现热腐蚀、碳化等材料退化现象，限制了其在高功率场景下的可靠应用。
荧光玻璃作为一种由玻璃基质与分散荧光体构成的无机复合材料，具有热稳定性好、光学参数灵活可调、制备工艺简单及成本相对较低等一系列优点。尽管荧光玻璃在多个方面表现出良好特性，但仍存在一定的缺陷和不足，主要包括导热性能欠佳以及强激光激发条件下局部热量积聚。此外，在传统单侧散热结构中（如陶瓷基板方案），高功率工况下热量难以均匀导出，通常在远离散热界面的外表面区域形成热堆积，无法满足高功率激光照明对高效热管理的严格要求，对白光激光光源的发光强度及长期热稳定运行造成了不利影响。
综上可知，当前技术条件下亟需研发设计一种新型荧光转换结构，确保其既能在高功率激光激发条件下显著提升光转换效率和整体散热性能，同时又能增强荧光材料的工作稳定性与使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的上述种种问题，本发明提供一种含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器，通过在散热基片上设置散热通孔阵列并电镀填充导热金属，使热量从荧光区域快速导出，避免因局部高温导致的光衰和材料劣化，有效改善了荧光玻璃层的散热性能。与此同时，覆盖在荧光玻璃层表面的散射层也兼具导热、散热作用，共同解决了传统单侧散热结构在高功率条件下容易在远离散热基片的外表面产生热沉积问题，满足了当前高功率激光照明及下一代激光显示系统在亮度、可靠性与热管理方面的综合需求。
作为配套，本发明选用在430nm-480nm波段范围内具有高反射率的导电银浆材料制备反射层，有效提高了激光光源（尤其是白激光光源）的发光亮度。本发明提供的反射式荧光玻璃转换器未使用有机粘接材料，避免其在高功率激光激发、高温条件下容易出现的失效、碳化等问题，显著提高了器件的长期可靠性和使用寿命。
为实现上述多重目的，本发明提供的含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器具有至少四层复合结构，包括逐层堆叠排列的散热基片、反射层、荧光玻璃层、散射层。在散热基片上设置有至少一个仅贯穿散热基片的散热通孔，在散热通孔中填充有导热性良好的金属材料，例如铜。铜的导热性较好，其通过电镀的方式填充至散热通孔中。由于散热通孔垂直贯穿散热基片，因此填充的导热金属与反射层直接接触进行导热，显著增强了散热效果。
上述方案中，当反射式荧光玻璃转换器的层数大于四层时，其余各层依次附着在散射层表面。
上述方案中，所述反射式荧光玻璃转换器有且仅有四层，自下而上依次为散热基片、反射层、荧光玻璃层、散射层，其中散热基片和散射层均作为外层，荧光玻璃层、反射层均作为中间夹层。
上述方案中，反射层部分或完全覆盖在散热基片表面，优选为完全覆盖；荧光玻璃层部分或完全覆盖在反射层表面，优选为完全覆盖；散射层部分或完全覆盖在荧光玻璃层表面，优选为完全覆盖。对于各个优选方案，意味着散热基片、反射层荧光玻璃层、散射层的形状和面积均相同。
上述方案中，在散热基片表面设置有多个（≥3，具体数量还可以是9个、12个、16个等）散热通孔，所述散热通孔分散布置在散热基片表面，由此构成散热通孔阵列。
上述方案中，所述散热通孔既可以均匀分布在散热基片的整个表面，也可以集中分布在散热基片的中心或中央区域。
上述方案中，所述散热通孔既可以按照多行多列的方式分布，也可以采用嵌套的圆形、三角形或椭圆形等方式分布，即散热通孔分布在同心的多个不同大小的圆形、三角形或椭圆形的边上。
上述方案中，所述散热通孔的大小相等或不等，优选为相等。在某些实施例中，为了实现更好的散热效果，散热基片中心或中央区域的散热通孔的尺寸可以相对大一些，而边缘区域的散热通孔的尺寸可以相对小一些，当然不同位置处的散热通孔大小也可以相同。
上述方案中，所述散热通孔的形状为规则的圆形、椭圆形、三角形、多边形等封闭图形或者其他不规则的封闭图形。
上述方案中，散热基片的材质选自氮化铝（AlN）陶瓷、氧化铝（Al2O3）陶瓷、氮化硼（BN）陶瓷、金属铝、金刚石中的任意一种，其热导率不低于320W/m·K。
上述方案中，所述反射层的材质为金属银，其在430nm-480nm波段内的反射率不低于90%。
上述方案中，所述荧光玻璃层的组成包括荧光粉、玻璃粉，两者的质量之比为0.3-2:1；所述散射层的组成包括无机导热填料、玻璃粉，两者的质量之比为1:1-100。所述荧光粉具体为单色荧光粉或多色荧光粉，例如YAG荧光粉。散射层和荧光玻璃层中所述玻璃粉具体为玻璃化转变温度不超过700℃的低温玻璃粉，例如化学组成为25B2O3-10SiO2-35ZnO-6Li2O-12La2O3-12WO3或20Bi2O3-60B2O3-10ZnO-10BaO的肖特玻璃粉。所述无机导热填料选自金刚石粉末、氮化硼粉末、氧化铝粉末中的至少一种。
为保证荧光玻璃转换器在高功率工况下的散热需求，所述散热基片的厚度被设定为0.3mm-3mm。为降低基板引起的光学损耗，所述反射层的厚度被设定为100μm-250μm，该厚度为各功能层中的最大厚度值。相应的荧光玻璃层的厚度被设定为60μm-200μm。为保证充分激发荧光粉所需的光学条件，所述散射层的厚度被设定为20μm-40μm，该厚度为各功能层中的最薄厚度。即各层的厚度顺序为：反射层＞荧光玻璃层＞散射层。
本发明的目的之二在于提供上述含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器的制备方法，该方法包括：
S1、在散热基片表面涂覆导电银浆后干燥，接着低温烧结形成反射层。
S2、在反射层表面涂覆荧光玻璃浆料后干燥，形成荧光玻璃浆料层。
S3、在荧光玻璃浆料层表面涂覆散射浆料后干燥，接着共烧结使两层熔融粘合在一起，同时形成荧光玻璃层和散射层。
S4、在散热基片正面覆盖绝缘保护膜，利用其包裹住反射层、荧光玻璃层和散射层，实现保护各个功能层的目的；利用激光在散热基片背面打孔，形成仅贯穿散热基片的散热通孔。
S5、采用电镀工艺在散热通孔中电镀导热金属，例如金属铜。
上述方案中，步骤S1中的低温烧结温度为180℃-220℃，干燥温度为120℃-150℃。
上述方案中，步骤S2中荧光玻璃浆料由包括荧光粉、玻璃粉、有机溶剂在内的原料混合而成。选用的荧光粉、玻璃粉如前所述，选用的有机溶剂为松节油透醇、乙醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。该步骤的干燥温度为120℃-150℃。
上述方案中，步骤S3中散射浆料由无机导热填料、玻璃粉、有机溶剂混合而成，其中玻璃粉、有机溶剂的选择同步骤S2。该步骤的干燥温度为120℃-150℃，共烧结温度为550℃-700℃，共烧结时间为40min -90min。荧光玻璃层与散射层通过高温烧结工艺一体成型，有效消除了分界面处的层间分离及气孔缺陷，显著提升了反射式荧光玻璃转换器的性能与结构可靠性。
上述方案中，步骤S5中电镀导热金属的工艺参数为：电镀增材工作温度为0℃-85℃，电流密度为0.5A/dm2-3A/dm2，电镀速率为30μm/h-200μm/h，电镀液成分：五水硫酸铜150g/L-300g/L、硫酸30g/L-70g/L、氯化钠10mg/L-100mg/L、聚乙二醇150mg/L-500mg/L、噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠0.5mg/L-10mg/L，电镀过程中的搅拌速率为100r/min-2000r/min。
上述方案中，步骤S1、S2和S3中的涂覆方式选自丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、旋涂、浸渍提拉、狭缝挤出涂布中的任意一种。
本发明的目的之三在于将上述含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器应用于激光照明、激光显示等领域，通过荧光转换白光激光光源，实现了激光照明、激光显示。
本发明提供的反射式荧光玻璃转换器工作时，激光从散热基片上表面入射，穿过散射层行进到荧光玻璃层后，遇到无机荧光粉颗粒激发荧光，入射的激光遇到反射层后被反射回去，提高了荧光激发效果。该反射式荧光玻璃转换器包括至少四层，各层的功能或作用分别为：散热基片能够有效导出高功率激光激发条件下产生的热量，确保所述反射式荧光玻璃转换器在持续工作状态下的热稳定性与可靠性；反射层与荧光玻璃层紧密接触，不仅能够将高功率激光激发下产生的热量高效传导至散热基片，同时也能显著降低基板对光子的吸收损耗；散射层设置于空气和荧光玻璃层之间，形成物理分隔结构，确保热量能够沿朝向散热基片的方向高效传导。此外，散射层中的无机导热填料还能够对入射光线产生有效的散射作用，从而改善出射白光的光斑颜色均匀性。散热通孔有效提高了所述反射式荧光玻璃转换器的饱和阈值，使其满足高功率激光激发需求。
与现有同类产品或技术相比，本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：
（1）本发明制得的反射式荧光玻璃转换器具有反射型结构，通过含散热通孔阵列的散热基片和兼具导热作用的散射层，实现了荧光转换元件的双向低热阻散热。利用金属铜填充散热通孔，将热量由发热集中区快速导向散热基片背面，配合高导热（≥320W/m·K）AlN基片，显著降低了器件等效热阻及荧光玻璃层的温升梯度。通过金刚石/BN散射层提供平行出光面的横向热扩散通道，实现了双向散热路径，有效缓解了单侧散热结构在高功率激发下，远离散热基片一侧产生的热积累以及由此导致的翘曲、开裂、脱层等失效风险。
（2）本发明优选导电银浆并低温烧结形成反射层，其在430nm-480nm波段具有高反射率，能够将未被一次吸收的激光回送至荧光玻璃层再次转换。散射层引入多次散射与出射角度整形，降低了界面全反射损失，提升了光提取效率和出射均匀性，最终得到高发光饱和阈值（大于35W/mm2）、高光提取（发光效率大于5500lm）的反射式荧光玻璃转换器，使其可应用于高激光饱和阈值荧光转换白激光光源，满足了高功率激光照明和激光显示需求。
（3）本发明优选铜作为散热通孔的导热介质，相比单一的AlN基片，铜的高导热系数（390W/m·K-400W/m·K）显著提升了荧光玻璃层的散热效率。此外铜易于通过电镀工艺在通孔内沉积，可形成连续致密的金属层，保证了散热通孔的均匀性和稳定性，工艺成熟且可控性好。
附图说明
图1为本发明所述含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器的构示意图。
图2为本发明中含有3×3散热通孔阵列的散热基片放大示意图。
图3为本发明所述含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器的制备工艺流程图。
附图说明：1-散射层，2-荧光玻璃层，3-反射层，4-散热基片，5-散热通孔，6-PVC电镀胶带。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，以下所列举的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不对本发明构成任何限定。此外，以下所描述的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。
除非另有说明，本发明“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的描述，均是基于附图所示的方位或位置关系，仅仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造、操作，不应理解为对本发明技术方案的限制。
本发明提供的含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器的结构如图1-2所示，自上而下依次包括散射层1、荧光玻璃层2、反射层3和散热基片4。在散热基片4下表面设置有多个贯通的散热通孔5，散热通孔5内部通过电镀的方式填充有金属铜。高功率（如5W及以上）蓝光从散热基片4上侧激发黄色荧光粉，获得用于激光照明或显示的白光。
该含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器的制备方法如图3所示，具体包括以下步骤：
S1、通过丝网印刷等方式，将导电银浆涂覆在散热基片4上表面，接着在120℃-150℃下烘干，然后加热至180-220℃低温烧结，自然冷却后在散热基片4表面形成反射层3。
S2、以荧光粉、玻璃粉和有机溶剂为原料配制荧光玻璃浆料，通过丝网印刷等方式将荧光玻璃浆料涂覆在反射层3表面，接着在120℃-150℃下烘干，自然冷却后在反射层3表面形成荧光玻璃浆料层。浆料中荧光粉与玻璃粉的质量之比为0.3-2:1，并且荧光粉选用单色（如黄色）荧光粉或者多色荧光粉，玻璃粉则选用玻璃化转变温度不超过700℃的低温玻璃粉。
S3、以金刚石、BN等无机导热填料、玻璃粉、有机溶剂等为原料配制散射层浆料，通过丝网印刷等方式将散射层浆料涂覆在荧光玻璃浆料层表面，接着在120℃-150℃下烘干，然后加热至550℃-700℃保温烧结，自然冷却后同时获得荧光玻璃层2和散射层1。
S4、将PVC电镀胶带6粘贴在散热基片4上表面，利用其包裹住反射层3、荧光玻璃层2和散射层1。将散热基片4倒置，利用激光在散热基片4未被包裹的表面打孔，形成多个仅贯穿散热基片4的散热通孔5。这些散热通孔5按照多行多列的方式排列，形成散热通孔阵列。
S5、采用电镀工艺，在散热基片4的散热通孔5中电镀金属铜，由此得到如图1所述的反射式荧光玻璃转换器。
实施例1
第一步制备反射层3。选取长宽均为15mm且厚度为1mm的AlN陶瓷基片作为散热基片4。通过丝网印刷工艺，将导电银浆涂覆在AlN陶瓷基片上表面，接着加热至120℃烘干30min，然后继续加热至200℃低温烧结，自然冷却后获得厚度约为0.1mm的反射层3。
第二步制备荧光玻璃浆料层。将0.6g YAG荧光粉、0.4g肖特玻璃粉、0.32g松节油透醇混合均匀，得到荧光玻璃浆料。通过丝网印刷工艺，将荧光玻璃浆料涂覆在反射层3表面，确保完全覆盖反射层3。接着加热至120℃烘干30min，得到厚度约为0.15mm的荧光玻璃浆料层。
本发明实施例1中选用的肖特玻璃粉的化学组成为：25B2O3-10SiO2-35ZnO-6Li2O-12La2O3-12WO3，各组分前的阿拉伯数字表示该组分的摩尔百分数。以25B2O3为例，表示B2O3在玻璃粉中的摩尔百分数为25%。
第三步制备散射层1。将0.2g金刚石粉、0.8g肖特玻璃粉（组成同上一步）、0.32g松节油透醇混合均匀，得到金刚石玻璃浆料。通过丝网印刷工艺，将金刚石玻璃浆料涂覆在荧光玻璃浆料层表面，接着加热至120℃烘干30min，然后继续加热至700℃保温烧结90min，烧结完自然冷却至室温。在烧结过程中，金刚石玻璃浆料熔融并与荧光玻璃浆料层一体化形成，同时获得厚度约为0.15mm的荧光玻璃层2和厚度约为0.02mm的散射层1。
第四步激光打孔。利用PVC电镀胶带6将AlN陶瓷基片上表面完全包覆住，然后将其倒置进行激光打孔，得到多个直径约2mm的散热通孔5。严格控制打孔深度，使其完全贯穿AlN陶瓷基片但是又不破坏反射层3。打完孔后得到如图2所示的3行3列散热通孔列阵。
第五步散热通孔5电镀铜。电镀工艺参数：电镀增材工作温度25℃，电流密度1.5A/dm2，电镀速率100μm/h，电镀液成分：五水硫酸铜200g/L，硫酸60g/L，氯化钠50mg/L，聚乙二醇300mg/L，噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠6mg/L。电镀过程中进行机械搅拌，搅拌速率400 r/min，以保证通孔内部的铜层沉积致密均匀。电镀完取出清洗干净，得到如图1所述的含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：未进行第五步电镀铜处理。由此得到的反射式荧光玻璃转换器的散热通孔5为空，没有填充任何物质。
对比例2
第一步制备反射层3。选取长宽均为15mm且厚度为1mm的AlN陶瓷基片作为散热基片4。通过丝网印刷工艺，将导电银浆涂覆在AlN陶瓷基片上表面，接着加热至120℃烘干30min，然后继续加热至200℃低温烧结，自然冷却后获得厚度约为0.1mm的反射层3。
第二步制备荧光玻璃浆料层。将0.6g YAG荧光粉、0.4g肖特玻璃粉（与实施例1同批次）、0.32g松节油透醇混合均匀，得到荧光玻璃浆料。通过丝网印刷工艺，将荧光玻璃浆料涂覆在反射层3表面，使其完全覆盖反射层3，接着加热至120℃烘干30min，得到厚度约为0.15mm的荧光玻璃浆料层。
对比例2中制得的是传统反射陶瓷基荧光转换器。
实施例2
第一步制备反射层3。选取长宽均为20mm且厚度为1mm的AlN陶瓷基片作为散热基片4。通过丝网印刷工艺，将导电银浆涂覆在AlN陶瓷基片上表面，接着加热至120℃烘干30min，然后继续加热至200℃低温烧结，自然冷却后获得厚度约为0.15mm的反射层3。
第二步制备荧光玻璃浆料层。将0.6g YAG荧光粉、0.5g肖特玻璃粉（化学组成为：20Bi2O3-60B2O3-10ZnO-10BaO）、0.48g松节油透醇混合均匀，得到荧光玻璃浆料。通过丝网印刷工艺，将荧光玻璃浆料涂覆在反射层3表面，使其完全覆盖反射层3，接着加热至120℃烘干30min，得到厚度约为0.2mm的荧光玻璃浆料层。
第三步制备散射层1。将0.01g BN粉、0.99g肖特玻璃粉（组成同上一步）、0.32g松节油透醇混合均匀，得到BN玻璃浆料。通过丝网印刷工艺，将BN玻璃浆料涂覆在荧光玻璃浆料层表面，接着加热至120℃烘干30min，然后继续加热至550℃保温烧结40min，烧结完自然冷却至室温。在烧结过程中，BN玻璃浆料熔融并与荧光玻璃浆料层一体化形成，同时获得厚度约为0.2mm的荧光玻璃层2和厚度约为0.04mm的散射层1。
第四步激光打孔。利用PVC电镀胶带6将AlN陶瓷基片上表面完全包覆住，然后将其倒置进行激光打孔，得到多个直径3mm的散热通孔5。严格控制打孔深度，使其完全贯穿AlN陶瓷基片但是又不破坏反射层3。打完孔后得到4行4列散热通孔列阵。
第五步散热通孔电镀铜。电镀工艺参数：电镀增材工作温度25℃，电流密度2A/dm2，电镀速率100μm/h，电镀液成分：五水硫酸铜180g/L，硫酸40g/L，氯化钠30mg/L，聚乙二醇300mg/L，噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠6mg/L。电镀过程中进行机械搅拌，搅拌速率500 r/min，以保证通孔内部的铜层沉积致密均匀。电镀完取出清洗干净，得到如图1所述的含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器。
对比例3
本对比例与实施例2基本相同，不同之处在于：未进行第五步电镀铜处理。由此得到的反射式荧光玻璃转换器的散热通孔5为空，没有填充任何物质。
对比例4
第一步制备反射层3。选取长宽均为20mm且厚度为1mm的AlN陶瓷基片作为散热基片4。通过丝网印刷工艺，将导电银浆涂覆在AlN陶瓷基片上表面，接着加热至120℃烘干30min，然后继续加热至200℃低温烧结，自然冷却后获得厚度约为0.15mm的反射层3。
第二步制备荧光玻璃浆料层。将0.6g YAG荧光粉、0.5g肖特玻璃粉（化学组成为：20Bi2O3-60B2O3-10ZnO-10BaO）、0.48g松节油透醇混合均匀，得到荧光玻璃浆料。通过丝网印刷工艺，将荧光玻璃浆料涂覆在反射层3表面，使其完全覆盖反射层3，接着继续加热至120℃烘干30min，得到厚度约为0.2mm的荧光玻璃浆料层。
对比例4制得的是传统反射陶瓷基荧光转换器。
为充分了解各个实施例制得的反射式荧光转换器的性能，进行了以下测试：
以实施例1至2及对比例1至4所制得的反射式荧光转换器作为测试样品，采用输出功率为5W的激光光源对其进行激发，并分别借助积分球光学测试系统与红外热成像仪，测量其在激发状态下的光学性能参数及工作状态下的表面温度分布，具体测试结果如下表所示：
表1 不同样品的测试结果对照表
比较实施例1及对比例1可以发现，在相同功率密度的激光激发下，对比例1样品的表面温升比实施例1样品高出20-30℃，局部热沉积较为严重，导致荧光玻璃层在长时间（8h）工作后出现明显的热猝灭和裂纹，而实施例1的荧光玻璃层仍然正常工作。比较实施例2和对比例3的测试结果也能得出同样的结论。
比较实施例1及对比例2可以发现，在5W激光照射下，对比例2样品的发光效率仅有150 lm/W，而实施例1样品的发光效率提升至195 lm/W，增幅高达30%；耐受激光功率饱和阈值也由对比例2的20W/mm2提升至实施例1的38W/mm2，增幅高达90%；饱和阈值下相对应的光通量由对比例2的2005 lm提升至实施例1的5566 lm，增幅高达178%。
比较实施例2及对比例4可以发现，在5W激光照射下，对比例4样品的发光效率仅有165 lm/W，而实施例2样品的发光效率提升至206 lm/W，增幅高达25%；耐受激光功率饱和阈值也由对比例4的23W/mm2提升至实施例2的42W/mm2，增幅高达83%；饱和阈值下相对应的光通量由对比例4的2460 lm提升至实施例2的5983 lm，增幅高达143%。
通过上述对比结果可知，按照本发明方法制得的含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器，完全能够满足高导热、高光提取激光照明应用需求。

Claims (5)

1.一种含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器的制备方法，其特征在于所述方法包括：
S1采用丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、旋涂、浸渍提拉、狭缝挤出涂布中的任意一种方法，在散热基片（4）表面涂覆导电银浆后在120℃-150℃干燥，接着在180℃-220℃低温烧结形成反射层（3）；
S2采用丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、旋涂、浸渍提拉、狭缝挤出涂布中的任意一种方法，在反射层（3）表面涂覆荧光玻璃浆料后在120℃-150℃干燥，形成荧光玻璃浆料层；
S3采用丝网印刷、喷涂、刮刀涂布、旋涂、浸渍提拉、狭缝挤出涂布中的任意一种方法，在荧光玻璃浆料层表面涂覆散射浆料后在120℃-150℃干燥，接着在550℃-700℃共烧结形成荧光玻璃层（2）和散射层（1）；
S4在散热基片（4）表面覆盖保护膜，利用其包裹反射层（3）、荧光玻璃层（2）和散射层（1），接着在散热基片（4）另一表面打孔，形成贯穿散热基片（4）的散热通孔（5）；
S5在散热通孔（5）中电镀填充导热金属，具体工艺参数为：电镀增材工作温度为0℃-85℃，电流密度为0.5A/dm2-3A/dm2，电镀速率为30μm/h-200μm/h，电镀液成分：五水硫酸铜150g/L-300g/L，硫酸30g/L-70g/L，氯化钠10mg/L-100mg/L，聚乙二醇150mg/L-500mg/L，噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠0.5mg/L-10mg/L，电镀过程中的搅拌速率为100r/min-2000r/min；
所述散热基片（4）的厚度为0.3mm-3mm，其材质选自氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硼陶瓷中的任意一种，其热导率不低于320W/m·K；在散热基片（4）表面均匀分布有多个贯穿散热基片（4）的散热通孔（5），所述散热通孔（5）的大小相同或不同，并且其形状选自圆形、椭圆形、三角形、多边形中的至少一种，在所述散热通孔（5）中填充有导热金属铜；
所述反射层（3）的厚度为100μm-250μm，其材质为金属银，其在430nm-480nm波段内的反射率不低于90%；
所述荧光玻璃层（2）的厚度为60μm-200μm，其组成包括质量比为0.3-2:1的荧光粉、玻璃粉；
所述散射层（1）的厚度为20μm-40μm，其组成包括质量比为1:1-100的无机导热填料、玻璃粉；
所述荧光粉均为单色荧光粉或多色荧光粉，所述玻璃粉均为玻璃化转变温度不超过700℃的低温玻璃粉，所述无机导热填料选自金刚石粉末、氮化硼粉末中的至少一种。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述反射式荧光玻璃转换器有且仅有四层，所述反射层（3）部分或完全覆盖在散热基片（4）表面，所述荧光玻璃层（2）部分或完全覆盖在反射层（3）表面，所述散射层（1）部分或完全覆盖在荧光玻璃层（2）表面。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述散热通孔（5）的数量不低于3个。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2所述荧光玻璃浆料由荧光粉、玻璃粉、有机溶剂混合而成，步骤S3所述散射浆料由无机导热填料、玻璃粉、有机溶剂混合而成，所述有机溶剂均选自松节油透醇、乙醇、丁基卡必醇醋酸酯、邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。
5.权利要求1-4任意一项所述制备方法在激光照明或激光显示中的应用。
CN202610121244.8A 2026-01-29 2026-01-29 含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用 Active CN121663296B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202610121244.8A CN121663296B (zh) 2026-01-29 2026-01-29 含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202610121244.8A CN121663296B (zh) 2026-01-29 2026-01-29 含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN121663296A CN121663296A (zh) 2026-03-13
CN121663296B true CN121663296B (zh) 2026-08-11

Family

ID=98990991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202610121244.8A Active CN121663296B (zh) 2026-01-29 2026-01-29 含散热通孔的反射式荧光玻璃转换器及其制备方法、应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN121663296B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105716039A (zh) * 2016-04-12 2016-06-29 杨阳 光转换装置及其制备方法和应用
CN206946178U (zh) * 2017-06-29 2018-01-30 深圳市光峰光电技术有限公司 波长转换装置及光源系统
CN110352368A (zh) * 2017-03-02 2019-10-18 松下知识产权经营株式会社 波长转换构件、光源及照明装置
CN114649737A (zh) * 2022-04-02 2022-06-21 深圳市晶越电子有限公司 一种高散热荧光反射型白光ld及其制备方法
CN119371201A (zh) * 2023-07-25 2025-01-28 上海航空电器有限公司 一种出光光斑可调的激光照明用陶瓷荧光体及其制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202384394U (zh) * 2011-12-29 2012-08-15 高新低碳能源科技股份有限公司 一种提高led光效的散热陶瓷基板
TWI497781B (zh) * 2012-07-19 2015-08-21 Univ Nat Cheng Kung 具提升散熱效果之發光二極體裝置及其製備方法
JP2014052606A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Sharp Corp 蛍光体基板、発光デバイス、表示装置、及び照明装置
CN104900768A (zh) * 2015-04-14 2015-09-09 芜湖九瓷电子科技有限公司 一种led用氧化铝陶瓷基板制造方法
CN110139537A (zh) * 2019-05-11 2019-08-16 深圳市东丽华科技有限公司 散热玻璃及其制备方法
CN114221207B (zh) * 2021-11-24 2023-12-01 华中科技大学 一种荧光玻璃片及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105716039A (zh) * 2016-04-12 2016-06-29 杨阳 光转换装置及其制备方法和应用
CN110352368A (zh) * 2017-03-02 2019-10-18 松下知识产权经营株式会社 波长转换构件、光源及照明装置
CN206946178U (zh) * 2017-06-29 2018-01-30 深圳市光峰光电技术有限公司 波长转换装置及光源系统
CN114649737A (zh) * 2022-04-02 2022-06-21 深圳市晶越电子有限公司 一种高散热荧光反射型白光ld及其制备方法
CN119371201A (zh) * 2023-07-25 2025-01-28 上海航空电器有限公司 一种出光光斑可调的激光照明用陶瓷荧光体及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN121663296A (zh) 2026-03-13

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant