一种波长转换装置及其制备方法、发光装置和投影装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种波长转换装置及其制备方法、发光装置和投影装置，该波长转换装置包括：依次叠置的第一发光陶瓷层、第二发光陶瓷层和反射层；第一发光陶瓷层为透明发光陶瓷层，包括第一发光陶瓷晶粒；第二发光陶瓷层为半透明发光陶瓷层，包括第二发光陶瓷晶粒和散射单元；散射单元占所述第二发光陶瓷层的体积分数为0.01％～10％；反射层为金属反射层或漫反射层。该波长转换装置具有高热稳定性、高散热效率、高发光亮度、适用于大功率激光器和大功率LED激发光源。

A wavelength conversion device, a preparation method, a light emitting device and a projection device

The invention provides a wavelength conversion device and a preparation method thereof, light emitting device and a projection device, the wavelength conversion device comprises successively stacked first light emitting layer and a second luminescent ceramic ceramic layer and a reflecting layer; a first light emitting layer is a transparent ceramic luminescent ceramic layer, comprises a first luminescent ceramic grain second luminescent ceramic layer; the translucent luminescent ceramic layer, including second luminescent ceramic grain and scattering unit; the scattering units accounted for second volume fraction of luminescent ceramic layer is 0.01% ~ 10%; reflection layer is a metal reflective layer or diffuse reflection layer. The wavelength conversion device has high thermal stability, high heat dissipation efficiency, high luminance, suitable for high power laser and high power LED excitation light source.

【技术实现步骤摘要】
一种波长转换装置及其制备方法、发光装置和投影装置
本专利技术涉及照明和投影
，特别是涉及一种波长转换装置及其制备方法、发光装置和投影装置。
技术介绍
随着显示和照明技术的发展，原始的卤素灯泡作为光源越来越不能满足显示和照明高功率和高亮度的需求。采用固态光源如LD(LaserDiode，激光二极管)发出的激发光以激发波长转换材料的方法能够获得各种颜色的可见光，该技术越来越多的应用于照明和显示中。这种技术具有效率高、能耗少、成本低、寿命长的优势，是现有白光或者单色光光源的理想替代方案。目前荧光粉的封装方式主要为有机硅胶封装和无机玻璃封装两种，这两种封装方式的热导率均较低(1W/(m·K)以下)，且抗热破坏温度不高，硅胶的耐受温度一般在200℃以下，玻璃的耐受温度一般在600℃以下。传统的封装方式已经不能满足目前对于大功率激发光源的应用。现有技术中的另一种方式为陶瓷封装。例如，采用YAG发光陶瓷的封装方式。由于YAG透明陶瓷热导率较高(20℃为14W/(m·K)100℃为10.5W/(m·K))且YAG熔点很高(1970℃)，所以这种方式可以大大提高荧光粉封装散热效率和抗热破坏温度，满足大功率激光光源，尤其是蓝光激光的使用。但是，采用陶瓷封装方式会产生后向散射现象。如图1中所示，激发光400照射到发光陶瓷层11，由于发光陶瓷晶粒111的具有波长转换的作用，同时对激发光也有散射作用，部分激发光401被后向散射损失掉，造成激发光的利用效率降低，进而使光源的发光亮度变低。同时，较厚的发光陶瓷由于导光作用出射光的光斑较大，光学系统的收集率较低。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供了一种具有高热稳定性、高散热效率、高发光亮度、适用于大功率激发光源的波长转换装置。本专利技术提供了一种波长转换装置，包括：依次叠置的第一发光陶瓷层、第二发光陶瓷层和反射层；所述第一发光陶瓷层为透明发光陶瓷层，包括第一发光陶瓷晶粒；所述第二发光陶瓷层为半透明发光陶瓷层，包括第二发光陶瓷晶粒和散射单元；所述散射单元占所述第二发光陶瓷层的体积分数为0.01％～10％；所述反射层为金属反射层或漫反射层。优选地，所述第一发光陶瓷层的厚度为0.01mm～0.3mm；所述第二发光陶瓷层的厚度为0.1mm～1mm；所述反射层为金属反射层，厚度为0.1um～5um，或者，所述反射层为漫反射层，厚度大于10um。优选地，所述第一发光陶瓷晶粒和所述第二发光陶瓷晶粒为同一种发光陶瓷或不同种发光陶瓷；所述第一发光陶瓷晶粒和所述第二发光陶瓷晶粒的晶粒尺寸为5～30um。优选地，所述第一发光陶瓷晶粒为石榴石发光陶瓷晶粒或铝酸盐发光陶瓷晶粒；所述第二发光陶瓷晶粒为石榴石发光陶瓷晶粒或铝酸盐发光陶瓷晶粒；优选地，所述第一发光陶瓷晶粒为YAG:Ce、Ca3(Al,Sc)2Si3O12、(Gd,Tb,Y,Lu)3(Al,Ga)5O12和复合组分的Y3Mg2AlSi2O12中的至少一种；所述第二发光陶瓷晶粒为YAG:Ce、Ca3(Al,Sc)2Si3O12、(Gd,Tb,Y,Lu)3(Al,Ga)5O12和复合组分的Y3Mg2AlSi2O12中的至少一种。优选地，所述散射单元的折射率不同于所述第二发光陶瓷晶粒。优选地，所述散射单元为气孔、白色散射单元或者无色散射单元。优选地，所述散射单元粒径为0.2～2um。优选地，所述散射单元为球形或非球形。优选地，所述散射单元为氧化铝、氧化钇、氧化镧、硫酸钡、氧化锌、气孔中的至少一种。优选地，所述金属反射层包括粘结层和金属层。优选地，所述粘结层为氧化铝膜；所述金属层为银膜。优选地，所述漫反射层是由漫反射粒子和粘接剂组成。优选地，所述漫反射粒子是氧化铝，氧化锌，氧化钛，氧化钇，氧化镧，氮化硼，硫酸钡中的至少一种。优选地，所述粘接剂为玻璃粉、硅胶或环氧树脂中的至少一种。优选地，所述第一发光陶瓷层表面镀有增透膜。优选地，所述增透膜对蓝光或紫外光增透。或者，优选地，第一发光陶瓷层表面制备有粗糙微结构。优选地，所述粗糙微结构为锯齿结构；所述锯齿结构由多个凸起邻近排列而成。优选地，每一所述所述凸起的形状可为圆形、卵形、波形、梯形、矩形或三角形，任意两个所述凸起的形状相同或不同。优选地，所述粗糙微结构的深度为0.4um～0.8um。本专利技术还提供一种波长转换装置的制备方法，包括如下步骤：步骤一，制备第一发光陶瓷层预成型件：首先将按照第一发光陶瓷层化学计量比配置原料，加入高分子粘接剂，在溶剂介质中混合球磨后干燥，干燥研磨过筛得到第一粉体，将所述第一粉体单轴压制得到第一预成型件，再将所述第一预成型件进行冷等静压，得到所述第一发光陶瓷层预成型件；步骤二，制备第二发光陶瓷层预成型件：首先将按照第二发光陶瓷层化学计量比配置原料，加入高分子粘接剂，加入散射单元原料，在溶剂介质中使混合球磨后干燥，干燥后研磨过筛得到第二粉体，在所述第一发光陶瓷层预成型件上铺所述第二粉体，将所述第二粉体单轴加热压制，加热温度为高分子粘结剂的Tg温度以上，得到所述第二发光陶瓷层预成型件；步骤三，烧结成瓷：将所述第二发光陶瓷层预成型件置于常压烧结炉中烘烤去掉所述高分子粘结剂，然后保护气氛下烧结，得到第一发光陶瓷层和第二发光陶瓷层层压件；步骤四，制作反射层：包括制作金属反射层或者制作漫反射层；所述制作金属反射层的步骤包括：将烧结好的所述第一发光陶瓷层和第二发光陶瓷层层压件经过研磨抛光减薄厚度为100～1000um，然后在所述第二发光陶瓷层表面先后分别溅射或者蒸镀氧化铝膜和银膜，制得所述波长转换装置；优选地，所述氧化铝膜厚度为10～200nm，所述银膜为100～1000nm的；或者，所述制作漫反射层的步骤包括:将烧结好的所述第一发光陶瓷层和第二发光陶瓷层层压件经过研磨抛光减薄厚度为100～1000um，然后在所述第二发光陶瓷层表面刷涂由漫反射粒子和粘接剂组成的涂料，加热固化或者高温烧结在所述第二发光陶瓷层上形成漫反射层，制得波长转换装置。需要说明的是，Tg温度指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度，是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度，高聚物的一种重要的工艺指标。在此温度以上，高聚物表现出弹性；在此温度以下，高聚物表现出脆性。优选地，在所述步骤四之后包括步骤五：采用纳米压印或蚀刻的方式在第一发光陶瓷层表面制备粗糙微结构；或者，对所述第一发光陶瓷层表面镀蓝光或紫外光增透膜。优选地，所述蚀刻方式为对所述第一发光陶瓷层表面作氧化处理以形成氧化层，或对所所述第一发光陶瓷层表面作腐蚀处理，或对所述第一发光陶瓷层表面先氧化处理再腐蚀处理，或对所述第一发光陶瓷层先腐蚀处理再氧化处理。优选地，所述第一发光陶瓷层为石榴石发光陶瓷层。优选地，所述原料为氧化铝，氧化钇，氧化铈，所述原料粒径为0.01～5um。优选地，所述高分子粘结剂为聚乙烯醇锁丁醛(PVB，质量分数：0.1～10％，分子量90000～250000)。优选地，所述溶剂为酒精。优选地，所述散射单元原料为氧化铝、氧化钇、氧化镧、硫酸钡、氧化锌中的至少一种。优选地，所述散射单元原料粒径为0.01um～5um。优选地，散射单元为气孔时，所述散射单元原料为造孔剂，粒径为0.1um～10um，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长转换装置，其特征在于，包括：依次叠置的第一发光陶瓷层、第二发光陶瓷层和反射层；所述第一发光陶瓷层为透明发光陶瓷层，包括第一发光陶瓷晶粒；所述第二发光陶瓷层为半透明发光陶瓷层，包括第二发光陶瓷晶粒和散射单元；所述散射单元占所述第二发光陶瓷层的体积分数为0.01％～10％；所述反射层为金属反射层或漫反射层。

【技术特征摘要】
1.一种波长转换装置，其特征在于，包括：依次叠置的第一发光陶瓷层、第二发光陶瓷层和反射层；所述第一发光陶瓷层为透明发光陶瓷层，包括第一发光陶瓷晶粒；所述第二发光陶瓷层为半透明发光陶瓷层，包括第二发光陶瓷晶粒和散射单元；所述散射单元占所述第二发光陶瓷层的体积分数为0.01％～10％；所述反射层为金属反射层或漫反射层。2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一发光陶瓷层的厚度为0.01mm～0.3mm；所述第二发光陶瓷层的厚度为0.1mm～1mm；所述反射层为金属反射层，厚度为0.1um～5um；或者，所述反射层为漫反射层，厚度大于10um。3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一发光陶瓷晶粒和所述第二发光陶瓷晶粒为同一种发光陶瓷或不同种发光陶瓷；所述第一发光陶瓷晶粒和所述第二发光陶瓷晶粒的晶粒尺寸为5～30um。4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一发光陶瓷晶粒为石榴石发光陶瓷晶粒或铝酸盐发光陶瓷晶粒；所述第二发光陶瓷晶粒为石榴石发光陶瓷晶粒或铝酸盐发光陶瓷晶粒；优选地，所述第一发光陶瓷晶粒为YAG:Ce、Ca3(Al,Sc)2Si3O12、(Gd,Tb,Y,Lu)3(Al,Ga)5O12和复合组分的Y3Mg2AlSi2O12中的至少一种；所述第二发光陶瓷晶粒为YAG:Ce、Ca3(Al,Sc)2Si3O12、(Gd,Tb,Y,Lu)3(Al,Ga)5O12和复合组分的Y3Mg2AlSi2O12中的至少一种。5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述散射单元的折射率不同于所述第二发光陶瓷晶粒；优选地，所述散射单元为气孔、白色散射单元或者无色散射单元；优选地，所述散射单元粒径为0.2～2um；优选地，所述散射单元为球形或非球形；优选地，所述散射单元为氧化铝、氧化钇、氧化镧、硫酸钡、氧化锌、气孔中的至少一种。6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述金属反射层包括粘结层和金属层；优选地，所述粘结层为氧化铝膜；所述金属层为银膜。优选地，所述氧化铝膜厚度为10～200nm，所述银膜的厚度为100～1000nm。7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述漫反射层是由漫反射粒子和粘接剂组成；优选地，所述漫反射粒子是氧化铝，氧化锌，氧化钛，氧化钇，氧化镧，氮化硼，硫酸钡中的至少一种；优选地，所述粘接剂为玻璃粉、硅胶或环氧树脂中的至少一种。8.根据权利要求1～7中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述第一发光陶瓷层表面镀有增透膜；优选地，所述增透膜对蓝光或紫外光增透。9.根据权利要求1～7中任一项所述的波长转换装置，其特征在于，第一发光陶瓷层表面制备有粗糙微结构；所述粗糙微结构为锯齿结构；所述锯齿结构由多个凸起邻近排列而成；优选地，每一所述所述凸起的形状可为圆形、卵形、波形、梯形、矩形或三角形，任意两个所述凸起的形状相同或不同；优选地，所述粗糙微结构的深度为0.4um～0.8um。10.一种波长转换装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，制...

【专利技术属性】
技术研发人员：田梓峰，郑鹏，许颜正，
申请(专利权)人：深圳市光峰光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44