CN220440118U - 一种复合荧光片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合荧光片。所述复合荧光片包括两种以上荧光片材料，所述两种以上荧光片材料在同一平面内形成以其中一种荧光片材料为中心荧光片，其余荧光片材料逐层向外包围设置的平面片状结构。本实用新型通过采用发生不同光色荧光的环形设计成复合荧光片，实现了发光效率和显色性能的最优解，大大减少了不同荧光材料间的再吸收，获得高显色性能的同时，保证了荧光陶瓷材料的发光效率。同时可承受1~20 W/mm²功率密度的激光光源的照射，具有优异的发光稳定性；且大幅提高了对激光光源的散射，使出射光更加均匀。

Description

一种复合荧光片

技术领域

本实用新型属于照明材料技术领域，具体涉及一种复合荧光片及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，激光显示技术在电影放映、商业投影、家用显示和工程投影等产品领域得到广泛应用，正迅速抢占传统投影显示光源如氙灯、LED光源的市场额。较白光LED相比，白光半导体激光器（LD）因其具有更高的发光效率、更少的能耗、更好的方向性等优点，有希望成为新一代照明光源。在白光LD中，理想方案时蓝光LD芯片与绿色-黄色荧光粉以及橙色或红色荧光粉混合封装，来实现白光发射。但这种封装方式中树脂等有机材料散热性能较差且有热积累效应，在高温下极易老化变质，造成光衰以及色漂移，大大降低了白光LD的使用寿命，特别是由于LD激发光功率更大，激发面积更小，单纯使用荧光粉的封装方式直接影响器件的工作效率和使用寿命，极大限制了其在大功率白光LD领域的发展。

目前的荧光片主要为单色荧光（如YAG黄光），和蓝光LD配后获得白光LD的荧光片，但大都存在白光的显色指数低下，难以满足目前日益提升的对于通用照明或背光照明的需要。

发明内容

本实用新型提供一种复合荧光片及其制备方法与应用，目的在于满足其在背光显示与照明领域的使用需要，进而提供了一种新的荧光片结构应用产品形态，在照明应用中能够实现高光效与高显指；而在背光显示应用中能够实现高色域。

本实用新型提供了一种复合荧光片，包括两种以上荧光片材料，所述两种以上荧光片在同一平面内形成以其中一种荧光片材料为中心荧光片，其余荧光片材料逐层包围中心荧光片的平面片状结构。

以上所述的复合荧光片，所述其余荧光陶瓷材料逐层向外包围设置为以中心荧光片为中心形成逐层扩大的环形包围平面片状结构。

所述中心荧光片的形状为圆形至椭圆形的类圆形形状；其余荧光片包围中心荧光片的同时，等比例或不等比例外延。按照实际应用场景的需要限定最外围荧光片材料的形状。

以上所述的复合荧光片，所述荧光片材料至少包括在蓝光LED或蓝光LD激发下发射黄色光、红色光、红黄色光、绿色光或黄绿色光中任意一种的荧光片材料。

所述荧光片材料的基底为玻璃、陶瓷或耐高温树脂。

所述荧光片材料的基底为氧化铝或氮化铝陶瓷基底。

以上所述的复合荧光片，相邻荧光片材料层之间通过卡接、粘接、焊接或烧结的方式连接；其相邻荧光片材料层之间无缝隙或者缝隙宽度小于3微米。

以上所述的复合荧光片，所述荧光片材料选自LuAG:Ce³⁺ 荧光陶瓷、YAG:Ce³⁺荧光陶瓷、La₃Si₆N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷、α-塞隆荧光陶瓷、β-塞隆荧光陶瓷、γ-AlON荧光陶瓷、CaAlSiN₃:Eu²⁺荧光陶瓷、(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺荧光陶瓷或SrLiAl₃N₄:Eu²⁺荧光陶瓷中的至少两种。

具体的，所述第一荧光陶瓷层为LuAG:Ce³⁺ 荧光陶瓷或β-塞隆荧光陶瓷；

所述LuAG:Ce³⁺荧光陶瓷的原料及其摩尔比可以是Lu_a（Al_bGa_c）O₁₂：xCe³⁺，

2.8≤a≤3，2≤b≤5，0≤c≤3，0.001≤c≤0.2。

所述β-塞隆荧光陶瓷的原料及其摩尔比可以是Si_6-zAl_zOzN_8-z:_xEu，0.1≤z≤0.3，0.001≤x≤0.05。

所述第二荧光陶瓷层为La₃Si₆ N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷，其中La₃Si₆ N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷层的发光波长范围为540 - 560 nm。

以上所述的复合荧光片的制备方法，所述复合荧光片的制备过程如下：

步骤（1），制备中心荧光片材料坯体芯棒；

步骤（2），制备包围中心荧光片材料的第二种荧光片浆料；

步骤（3），将步骤（2）所制得浆料涂敷于步骤（1）所得芯棒表面，得到具有双层结构的复合荧光片生坯材料；

步骤（4），固化；

步骤（5），继续进行后续荧光片材料的浆料制备，并涂覆于上一步骤固化得到的芯棒结构表面，并进行固化，直至最后一种荧光片材料的浆料涂覆和固化完成；

步骤（6），将所得复合荧光片沿垂直径向的方向切片后得到片状的复合荧光片。

以上任一项所述的复合荧光片作为波长转换介质在照明领域的应用。

一种光学色轮，包括以上任一项所述的复合荧光片。

一种投影设备，包括激光光源和以上所述的光学色轮，所述光学色轮在所述激光光源产生的激光激发下产生激发光。

以上任一项所述的复合荧光片作为波长转换介质在背光显示领域的应用。

一种背光显示装置，包括背光显示光源与光源转换元件，所述光源转换元件包括以上所述的复合荧光片。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型提供了一种新型结构的复合荧光片结构体，尤其是作为符合荧光陶瓷片的应用，该结构突破了传统荧光陶瓷的应用形式，可以匹配光源照明特点，将不同发光性能的荧光陶瓷匹配在该结构的不同位层，发挥各荧光陶瓷层的最佳性能。

2.本实用新型通过采用发生不同光色荧光的环形设计成复合平面结构，实现了发光效率和显色性能的最优解，避免了不同荧光材料间的再吸收，获得高显色性能的同时，保证了荧光陶瓷材料的发光效率。

3.复合陶瓷可承受1 ~ 20 W/mm²功率密度的激光光源的照射，具有优异的发光稳定性。

4.本实用新型提供的复合荧光陶瓷，能够进一步扩展和提升荧光陶瓷的应用，如可以运用到现有投影设备的色轮结构中，可以极大减小现有色轮结构的体积，同时也可以运用与微型激光照明、激光投影等领域，实现高光效、高显色、高色域等特性。

附图说明

图1：本实用新型一个实施例1中提供的复合荧光片结构示意图。

图2：本实用新型一个实施例1中提供的复合荧光片结构示意图。

图3：复合荧光片切片示意图。

图4：本实用新型提供的复合荧光片的应用。

图5-图6：本实用新型提供的复合荧光陶瓷在照明和背光显示中的应用。

实施方式

实施例

本实用新型一个实施例1中提供了一种复合荧光片，如图1所示，包括第一荧光片材料1和第二荧光片材料2，二者在同一平面内形成以第一荧光片材料1为中心，第二荧光片材料2包围所述第一荧光片材料1设置的平面片状结构。第一荧光片材料1和第二荧光片材料2可以通过粘接、焊接、烧结等方式实现连接。优先条件下，第一荧光片材料1和第二荧光片材料2可采用共烧结的方式实现无缝隙连接，而采用其他连接方式时，一般连接缝隙宽度不超过3微米，否则会影响出光性能。

本实施例提供的复合荧光片，为复合荧光陶瓷，其可以应用与蓝光芯片激发的照明领域或背光领域中，其中第一荧光片材料1和第二荧光片材料2可以分别选择蓝光激发发射红色或光、红黄色光、黄色光、绿色光或黄绿色光中的一种，使得第一荧光片材料1和第二荧光片材料2在同一蓝光光源激发下三者形成白光。以上第一荧光片材料1和第二荧光片材料2可选择的材料如CaAlSiN₃:Eu²⁺荧光陶瓷、YAG:Ce³⁺荧光陶瓷、LuAG:Ce³⁺ 荧光陶瓷、La₃Si₆N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷、α-塞隆荧光陶瓷、β-塞隆荧光陶瓷、γ-AlON荧光陶瓷、(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺荧光陶瓷或SrLiAl₃N₄:Eu²⁺荧光陶瓷中的一种。

本实施例中第一荧光片材料1和第二荧光片材料2也可以是荧光玻璃材质或其他荧光材料如有机荧光材料（有机树脂）等。

本实施例提供的复合荧光片，提供了一种新的荧光材料应用结构形式，突破了现有叠层状荧光片的应用形式，激发光源在照射本实施例复合荧光片时，使得激发光源光斑完全覆盖整个复合荧光片，进而使得激发光源一次性同时穿过各个不同的荧光材料层（如图4所示示意图），最终得到预设颜色的光，如白光等。该新型结构形式，避免了激发光源依次穿过不同荧光层产生的光损耗，进而提升了光效，并且该结构能够应用于多种场景中，进一步拓展了应用范围。

本实用新型另一个实施例2中提供了一种复合荧光片，如图2所示，包括第三荧光片材料3、第四荧光片材料4和第五荧光片材料5，其中以第三荧光片材料3为中心，第四荧光片材料4环形包围所述第三荧光片材料3，第五荧光片材料5环形包围所述第四荧光片材料4。第三荧光片材料3、第四荧光片材料4和第五荧光片材料5在同一平面内形成了平面片状结构。

在本实施例中，第三荧光片材料3、第四荧光片材料4和第五荧光片材料5可以根据实际需要选择不同发光颜色的荧光片材料，以及选择不同发光性能的荧光片材料。第三荧光片材料3、第四荧光片材料4和第五荧光片材料5的径向尺寸，可以根据实际需要，采取等比例或不等比例的形式。

在本实用新型其他实施例3中，根据实际场景应用需要，位于中心的中心荧光片材料的形状可以是圆形至椭圆形的类圆形形状，也可以是其他形状。

本实用新型提供的复合荧光片，可以根据不同应用需求，一个用在激发光源直接透射出光以及激发光源反射出光（如图5和图6所示示意图）的应用场景中。

本实用新型提供的复合荧光片，可作为波长转换介质应用在照明领域中。

具体地，可以在投影设备中的光学色轮中继续应用，也可以在背光显示装置中，作为光源转换元件进行应用。

在本实用新型的另一个实施例4中，提供了复合荧光片的一种制备方法，具体如下：

步骤（1），制备中心荧光片材料坯体芯棒，该坯体芯棒的制备可以采用挤出机挤出的方式实现；

步骤（2），制备包围中心荧光片材料的第二种荧光片浆料；将第二种荧光片材料制备成可涂覆、涂刷或可挂浆的浆料；

步骤（3），将步骤（2）所制得浆料涂敷或涂刷于步骤（1）所得芯棒表面，也可以将芯棒浸入浆料中再拿出实现挂浆，得到具有双层结构的复合荧光片生坯材料；

步骤（4），通过高温干燥等方式，使得步骤（3）最终得到的复合荧光片生坯材料固化；

步骤（5），继续进行后续荧光片材料的浆料制备，并涂覆于上一步骤固化得到的芯棒结构表面，并进行固化，直至最后一种荧光片材料的浆料涂覆和固化完成；该步骤最后一种荧光片材料的浆料涂覆完毕后，按照材料特性进行相应方式的固化处理形成成品，如荧光片材料为荧光陶瓷，则需要进行排胶、热压烧结等方式处理，最终得到陶瓷。

步骤（6），将所得复合荧光片沿垂直径向的方向切片（如图3所示）后得到片状的复合荧光片。

本实用新型又一实施例5中提供了一种复合荧光陶瓷片的制备方式，具体制备工艺如下：

首先分别称量19.83克Al₂O₃粉体，47.06克Lu₂O₃粉体，以及0.21克的CeO₂作为原料，称量0.4克的MgO粉体作为烧结助剂，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量12％的聚乙烯醇，3％的油酸，5％的去离子水，7％的甘油，8％液体石蜡， 随后启动搅拌机进行混合搅拌，直至获得可塑泥团；将可塑泥团置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于烘箱中80摄氏度烘干8小时；

称取50克的LSN粉体，加入30克无水乙醇和0.25克分散剂SC-0505K机械球磨8-12小时，得到粘度360mPa·s的浆料；

将棒状LuAG:Ce³⁺陶瓷浸入LSN陶瓷浆料中，重复以上步骤直至挂浆厚度与芯棒半径一致；

将复合荧光陶瓷素坯置于电阻炉中进行排胶处理，排胶温度600摄氏度，最后再进行热压烧结，烧结温度为1950℃，压力为10Mpa，保温时间为10h，垂直于轴向切片，获得所述复合荧光片。

对比例1的荧光片材料为与本实施例5等同的两种荧光材料，仅只结构为叠层结构，每层叠层结构的厚度与本实施例5复合荧光陶瓷片的厚度相同。

以上实施例制备得到的复合荧光片，性能指标如下：

以蓝光经460nm蓝光LED激发，经检测，所制备得到的复合荧光片具有以下性能。

荧光陶瓷材料	功率W	色温K	显色指数	光效(lm/W)
					本实施例5	6	3000	83	203
对比例1	6	3000	72	189

以上可以看出，本实用新型提供的片状结构相对于叠层结构，在同等条件下具优的性能，这是由于入射光在穿过叠层结构的荧光片时，需要依次穿过各层荧光片层，由于各片层对于光的过滤作用，使得光依次进入各层间产生了光损耗，而本实用新型提供的平面片层结构，使得入射光同时穿过各层荧光材料，各层之间不会发生相互影响，进而避免了叠层结构产生的光损耗负面作用。

本实用新型又一实施例6提供了一种复合荧光陶瓷片，其制备过程如下：

首先分别称量26.38克Al₂O₃粉体，55.13克SrLiAl₃N₄:Eu²⁺荧光粉体，称量0.6克的MgO粉体作为烧结助剂，然后依次加入重量相当于上述干粉料重量16％的聚乙烯醇，4％的油酸，6％的去离子水，6％的甘油，11％液体石蜡， 随后启动搅拌机进行混合搅拌，直至获得可塑泥团；将可塑泥团置于真空挤出机中挤出成型，得到陶瓷棒状坯料；将挤出成型的陶瓷棒状坯料放在木质托板上，然后置于烘箱中80摄氏度烘干8小时；

分别称取60克的β-塞隆荧光粉体，分别加入38克无水乙醇和0.31克分散剂SC-0505K，机械球磨8-12小时，得到粘度372mPa·s的LSN粉体浆料；

将棒状SrLiAl₃N₄:Eu²⁺荧光陶瓷浸入β-塞隆荧光陶瓷浆料中，重复以上步骤直至挂浆厚度为芯棒半径的100%，完成后80摄氏度烘干8小时；

将复合荧光陶瓷素坯置于电阻炉中进行排胶处理，排胶温度650摄氏度，最后再进行热压烧结，烧结温度为1980℃，压力为10Mpa，保温时间为10h。

对比例2的荧光片材料为与实施例6等同的两种荧光陶瓷材料，仅结构为叠层结构，每层叠层结构的厚度与实施例6复合荧光陶瓷片的厚度相同。

以上实施例制备得到的复合荧光陶瓷，经460nm蓝光激发，性能指标如下：

荧光陶瓷材料	功率W	色温K	NTSC色域值%
				实施例6	6	3000	90
对比例2	6	3000	88

以上可以看出，本实用新型提供的平面片层结构，相对于叠层结构，更加能够提供或保持材料本身配合所产生的特有的高色域性能，而叠层结构与本实用新型片层结构相比，也会有稍微的性能损失。

Claims (9)

1.一种复合荧光片，其特征在于，包括两种以上荧光片材料，所述两种以上荧光片材料在同一平面内形成以其中一种荧光片材料为中心荧光片，其余荧光片材料逐层向外包围设置的平面片状结构。

2.根据权利要求1所述的复合荧光片，其特征在于，所述其余荧光片材料逐层向外包围设置的方式为以中心荧光片为中心形成逐层扩大的环形包围平面片状结构。

3.根据权利要求1所述的复合荧光片，其特征在于，相邻荧光片层之间通过粘接、焊接或烧结的方式连接。

4.根据权利要求3所述的复合荧光片，其特征在于，其相邻荧光片材料层之间无缝隙连接或者连接缝隙宽度小于3微米。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的复合荧光片，其特征在于，所述荧光片材料至少包括在蓝光LED或蓝光LD激发下发射黄色光、红色光、红黄色光、绿色光或黄绿色光中任意一种的荧光片材料。

6.根据权利要求5所述的复合荧光片，其特征在于，所述荧光片材料的基底为玻璃、陶瓷或耐高温树脂。

7.根据权利要求6所述的复合荧光片，其特征在于，所述荧光片材料的基底为氧化铝或氮化铝陶瓷基底。

8. 根据权利要求7所述的复合荧光片，其特征在于，所述荧光片材料选自LuAG:Ce³⁺ 荧光陶瓷、YAG:Ce³⁺荧光陶瓷、La₃Si₆N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷、α-塞隆荧光陶瓷、β-塞隆荧光陶瓷、γ-AlON荧光陶瓷、CaAlSiN₃:Eu²⁺荧光陶瓷、(Sr,Ca)AlSiN₃:Eu²⁺荧光陶瓷或SrLiAl₃N₄:Eu²⁺荧光陶瓷中的至少两种。

9.根据权利要求8所述的复合荧光片，其特征在于，包括在同一平面内设置的中心第一荧光陶瓷层和包围所述第一荧光陶瓷层的外围第二荧光陶瓷层；

所述中心第一荧光陶瓷层为LuAG:Ce³⁺ 荧光陶瓷或β-塞隆荧光陶瓷；

所述外围第二荧光陶瓷层为La₃Si₆ N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷，其中La₃Si₆ N₁₁: Ce³⁺荧光陶瓷层的发光波长范围为540 - 560 nm。