波長轉(zhuǎn)換單元及其制備方法、相關(guān)波長轉(zhuǎn)換片及發(fā)光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示和照明技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種波長轉(zhuǎn)換單元及其制備方法以及由其制備的波長轉(zhuǎn)換片及發(fā)光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著顯示和照明技術(shù)的發(fā)展，原始的LED或鹵素?zé)襞葑鳛楣庠丛絹碓讲荒軡M足顯示和照明高功率和高亮度的需求。采用固態(tài)光源如LD(Laser D1de，激光二極管)發(fā)出的激發(fā)光以激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料的方法能夠獲得各種顏色的可見光，該技術(shù)越來越多的應(yīng)用于照明和顯示中。這種技術(shù)具有效率高、能耗少、成本低、壽命長的優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)有白光或者單色光光源的理想替代方案。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的波長轉(zhuǎn)換裝置，通常以硅膠或環(huán)氧樹脂為填充劑，將粉末狀的波長轉(zhuǎn)換材料(如熒光粉)封裝成層。這種硅膠/樹脂熒光粉層耐熱性差，在高功率激發(fā)光的照射下，硅膠/樹脂易老化變形，導(dǎo)致其光透過率下降，嚴(yán)重影響了該波長轉(zhuǎn)換裝置的使用壽命。因此，有研究者提出采用無機(jī)填充劑(如玻璃粉)替代硅膠/樹脂，通過燒結(jié)過程將波長轉(zhuǎn)換材料封裝成層，該方法得到的波長轉(zhuǎn)換裝置耐熱性能好，能夠在高功率激發(fā)光照射下不變。
[0004]然而，無機(jī)填充劑的導(dǎo)熱性能差，波長轉(zhuǎn)換材料在激發(fā)光的照射下產(chǎn)生的熱量難以通過無機(jī)填充劑快速傳導(dǎo)到波長轉(zhuǎn)換裝置表面并發(fā)散，從而導(dǎo)致熱量在波長轉(zhuǎn)換材料周圍累積并造成溫度升高，而波長轉(zhuǎn)換材料在高溫下的發(fā)光效率下降，進(jìn)而使得波長轉(zhuǎn)換裝置的效率下降。
[0005]由于上述各種波長轉(zhuǎn)換裝置的缺陷，人們致力于尋求一種熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高的材料作為填充劑用于封裝波長轉(zhuǎn)換材料。然而這種熱穩(wěn)定性和熱導(dǎo)率兼?zhèn)涞牟牧贤腹饴实?，阻礙了激發(fā)光到達(dá)波長轉(zhuǎn)換材料。因此，一種將兼具熱穩(wěn)定性和熱導(dǎo)率的材料與波長轉(zhuǎn)換材料結(jié)合的結(jié)構(gòu)單元亟待開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明一方面提供了一種波長轉(zhuǎn)換單元，該波長轉(zhuǎn)換單元為核殼結(jié)構(gòu)的管狀熒光纖維，其中核殼結(jié)構(gòu)的核層為導(dǎo)熱纖維絲，核殼結(jié)構(gòu)的殼層包含突光粉。
[0007]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，該導(dǎo)熱纖維絲的熱導(dǎo)率大于等于80W/mK。優(yōu)選單纖維絲或多纖維絲。優(yōu)選選自氮化硼纖維絲、氮化鋁纖維絲、碳納米管或碳納米線中的一種或多種。該導(dǎo)熱纖維絲的直徑為1?30 μ m,優(yōu)選為5?20 μ m。
[0008]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，該殼層的厚度小于5 μ m,優(yōu)選小于1 μ m。
[0009]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，該熒光粉的結(jié)構(gòu)式為化aLrOJAh bGab)5012:Ce或(Ca! abSraBab)AlSiN3:Eu，其中 0 彡 a 彡 1，0 彡 b 彡 1，Ln 為鑭系元素。
[0010]本發(fā)明另一方面提供了制備本發(fā)明所述波長轉(zhuǎn)換單元的方法，包括:
[0011]步驟一:提供上述導(dǎo)熱纖維絲；
[0012]步驟二:提供波長轉(zhuǎn)換材料前驅(qū)體漿料，將所述導(dǎo)熱纖維絲置于所述波長轉(zhuǎn)換材料前驅(qū)體漿料中，使所述波長轉(zhuǎn)換材料前驅(qū)體在所述導(dǎo)熱纖維絲表面沉積成膜；
[0013]步驟三:燒結(jié)所述表面覆蓋波長轉(zhuǎn)換材料前驅(qū)體的導(dǎo)熱纖維絲，得到核殼結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換單元。
[0014]本發(fā)明另一方面提供了一種波長轉(zhuǎn)換片，其由本發(fā)明所述的波長轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成，所述波長轉(zhuǎn)換片包括一個(gè)波長轉(zhuǎn)換單元或多個(gè)波長轉(zhuǎn)換單元的組合。
[0015]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換片進(jìn)一步包括粘接劑，用于將所述波長轉(zhuǎn)換單元包裹成層，該粘接劑可以為有機(jī)粘接劑或無機(jī)粘接劑。
[0016]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換片中的波長轉(zhuǎn)換單元在波長轉(zhuǎn)換片中呈網(wǎng)格狀排布或呈條紋狀排布。
[0017]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換片還至少包括一個(gè)連接其兩個(gè)表面的波長轉(zhuǎn)換單元。
[0018]本發(fā)明再一方面提供了一種發(fā)光裝置，其包括一個(gè)激發(fā)光源，還包括本發(fā)明所述的波長轉(zhuǎn)換片。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0020]本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換單元為核殼結(jié)構(gòu)的管狀熒光纖維單元，其中該核殼結(jié)構(gòu)的核層由導(dǎo)熱纖維絲組成，該核殼結(jié)構(gòu)的殼層由熒光粉組成。當(dāng)激發(fā)光入射于該波長轉(zhuǎn)換單元時(shí)，可以直接照射到熒光粉上，不會(huì)被導(dǎo)熱纖維絲遮擋；同時(shí)，熒光粉受激發(fā)產(chǎn)生的熱量可以直接沿核層的導(dǎo)熱纖維絲迅速地傳導(dǎo)并發(fā)散到外界，從而改善了整體散熱。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明波長轉(zhuǎn)換片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]1:波長轉(zhuǎn)換片；
[0023]2:波長轉(zhuǎn)換單元；
[0024]3:突光粉膜殼層；
[0025]4:導(dǎo)熱纖維絲核層。
[0026]圖2為本發(fā)明由網(wǎng)格狀排列的波長轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的波長轉(zhuǎn)換片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明由條紋狀排列的波長轉(zhuǎn)換單元構(gòu)成的波長轉(zhuǎn)換片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0029]實(shí)施例1本發(fā)明波長轉(zhuǎn)換片的結(jié)構(gòu)及其工作原理
[0030]如圖1所示，波長轉(zhuǎn)換片1包括波長轉(zhuǎn)換單元2，波長轉(zhuǎn)換單元2為核殼結(jié)構(gòu)，其包括熒光粉膜殼層3和導(dǎo)熱纖維絲核層4。
[0031]激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光入射于波長轉(zhuǎn)換片1后，照射在波長轉(zhuǎn)換單元2上，波長轉(zhuǎn)換單元2為核殼結(jié)構(gòu)，其中殼層3由熒光粉組成，核層4由導(dǎo)熱纖維絲組成。殼層3的熒光粉被激發(fā)光照射后，吸收激發(fā)光而發(fā)射受激光，同時(shí)放出熱量，而后熱量通過核層4的導(dǎo)熱纖維絲傳導(dǎo)并發(fā)散出去。導(dǎo)熱纖維絲在波長轉(zhuǎn)換片1中形成了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，熱量通過封裝材料傳播到波長轉(zhuǎn)換片表面再進(jìn)行發(fā)散，極大地提升了波長轉(zhuǎn)換片的導(dǎo)熱性倉泛。
[0032]在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱纖維絲的導(dǎo)熱性能直接影響本發(fā)明波長轉(zhuǎn)換片的散熱效果，要達(dá)到理想的散熱效果，導(dǎo)熱纖維絲需具有較高的熱導(dǎo)率，以防止熱量在波長轉(zhuǎn)換材料附近積累。優(yōu)選地，核層4的導(dǎo)熱纖維絲的熱導(dǎo)率大于等于80W/mK，對(duì)應(yīng)此熱導(dǎo)率的材料可以為氮化硼或氮化鋁等氮化物陶瓷材料，或者為碳納米管或碳納米線，除此之外，導(dǎo)熱纖維絲也可以是以上各材料的組合。
[0033]在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱纖維絲不能太細(xì)，否則將難以在其表面制備熒光粉殼層以形成核殼結(jié)構(gòu)，而且導(dǎo)熱纖維絲的直徑越小，其沿?zé)崃總鞑シ较虻臒嶙柙酱螅煌瑫r(shí)，導(dǎo)熱纖維絲也不能太粗，否則將對(duì)入射光造成遮擋，阻礙激發(fā)光在波長轉(zhuǎn)換片內(nèi)的傳播，使得波長轉(zhuǎn)換片遠(yuǎn)離激發(fā)光光入射位置的部分得不到激發(fā)光照射，導(dǎo)致波長轉(zhuǎn)換片的發(fā)光效率下降。優(yōu)選地，本實(shí)施例中導(dǎo)熱纖維絲的直徑為1?30 μ m，該參數(shù)下，既能滿足制備核殼結(jié)構(gòu)的條件和低熱阻，又能保證波長轉(zhuǎn)換片的發(fā)光效率。更優(yōu)選地，導(dǎo)熱纖維絲的直徑為5?20 μ m。
[0034]在本實(shí)施例中，導(dǎo)熱纖維絲為單纖維絲。以單導(dǎo)熱纖維絲為核層4的波長轉(zhuǎn)換單元2，波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的熱發(fā)散到外界的過程中的熱阻僅包括單導(dǎo)熱纖維絲的材料熱阻和殼層3與核層4的界面熱阻，因此單纖維絲作為導(dǎo)熱纖維絲具有導(dǎo)熱性好的優(yōu)點(diǎn)。在其他情況下，例如難以得到足夠大的直徑的單纖維絲時(shí)，導(dǎo)熱纖維絲也可以為多纖維絲，即多個(gè)單纖維絲的簇合結(jié)構(gòu)。多纖維絲結(jié)構(gòu)既可以彌補(bǔ)單纖維絲直徑不夠大的缺陷，還可以增強(qiáng)導(dǎo)熱纖維絲的機(jī)械強(qiáng)度。盡管如此，與單纖維絲相比，多纖維絲增加了各纖維絲之間的界面熱阻，而且制備較為復(fù)雜。此外，對(duì)于某些材料，例如碳納米管，本身在制備過程中就易產(chǎn)生多纖維絲結(jié)構(gòu)，可以直接以其作為導(dǎo)熱纖維絲。
[0035]殼層3為突光粉層,突光粉具有可以吸收一定波長的激發(fā)光,并發(fā)射峰值波長大于激發(fā)光的受激光的特性。在本實(shí)施例中，熒光粉優(yōu)選為結(jié)構(gòu)式如化aLna)3(Al1 bGab)5012:Ce或(Cai abSraBab)AlSiN3:Eu所示的熒光粉，其中0彡