一种荧光复合玻璃薄膜的制备方法及其应用

1.本发明涉及激光照明领域，具体涉及一种荧光复合玻璃薄膜的制备方法及其应用。


背景技术：

2.白光led具有节能、高效、环境友好等优点，然而蓝光led芯片存在“效率骤降”的问题，这使其不适合高功率的固态照明。蓝色激光二极管与蓝光led芯片相比没有上述问题。因此，将蓝色激光二极管与荧光转换材料相结合，能获得大功率、高亮度的白光照明器件。
3.由于高能量激光激发时会产生强烈的热效应，为了保证激光照明器件在工作时具有良好的发光性能及长时间发光稳定性，需要激光照明应用荧光转换材料具有优异的散热性能及高温发光稳定性。当前用于激光照明的荧光转换材料通常置于高导热蓝宝石基板上，以此来解决散热问题，但荧光转换材料本身的散热依然很低，这极大的限制了荧光转换材料在超高功率激光照明领域的应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种双组份导热填料掺杂的荧光复合玻璃薄膜及其应用。
5.一种激光led光源，包括：蓝光激光二极管、蓝光透过膜、复合荧光玻璃薄膜、蓝宝石基板、散热板。
6.作为优选所述蓝色激光二极管主波长范围在460～480nm之间，可以使蓝光在经复合荧光玻璃薄膜后最大程度激发荧光粉发光。
7.作为优选，所述散热板为金属导热板如铜、铝等，非金属导热板如硅胶片、石墨片等。
8.所述复合荧光玻璃薄膜层包括高导热基底和沉积在基底表面的复合荧光玻璃薄膜；所述基底选自高导热透明材料，如蓝宝石等。
9.作为优选所述蓝光透过膜能透过波长≤510nm的蓝光，反射波长为520nm～800nm的黄光。
10.作为优选，所述复合荧光玻璃薄膜中荧光粉：玻璃粉：导热填料按质量分数比0.2～0.5：0.2～0.5：0.2～0.5混合。再优选，所述荧光粉：玻璃粉：导热填料质量分数比为3:2:5。
11.所述荧光粉为蓝光激发，得到黄色、绿色、红色发光的荧光粉，如y3al5o
12
:ce
3
、la3si6n
11
:ce
3
等荧光粉，作为优选，所述黄色荧光粉为la3si6n
11
:ce
3
。
12.作为优选，所述导热填料为高导热、高热稳定性材料，如aln、bn、sio2、al2o3等。进一步优选，所述的导热填料采用双组份导热填料，为al2o3与bn的混合物。采用质量比为1:0.5～2(最优选为1:1)的al2o3与bn的混合物，荧光复合玻璃薄膜在最高点的温度较低，且发光效率较高，其中al2o3与bn提升了样品较大的散热性能。高的发光效率则是由于al2o3的掺
入产生了较大的散射效应，且由于al2o3与玻璃粉以及蓝宝石的折射率较为匹配，使得发光效率进一步提高。
13.作为优选，所述玻璃粉为高透过率玻璃粉，其熔点范围在600～800℃。
14.作为优选，所述荧光复合玻璃薄膜制备条件如下：将荧光粉、玻璃粉、双组份导热填料按质量比混合均匀后加入有机浆料再次混合，获得混合浆料，将混合浆料涂覆在蓝宝石基板上，固化，成型后再置于马弗炉中以3～8℃/min烧至750～850℃，保温5～20min后自然降温，得到复合荧光玻璃薄膜。
15.所述的固化为：置于100～110℃恒温台固化5～15min。
16.成型后再置于马弗炉中以5℃/min烧至800℃，保温10min后自然降温。
17.作为优选，有机浆料为乙酸乙酯、乙基纤维素、松油醇混合加热搅拌得到。
18.作为优选，混合浆料涂覆厚度在50～200μm，再优选，涂覆厚度控制在50μm。
19.所述复合荧光玻璃薄膜材料具有高散热性能，可应用于超高功率激光白光照明，有效提高激光照明在超高功率下的发光稳定性。
20.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.(1)本发明制备的复合荧光玻璃薄膜，通过在荧光玻璃薄膜中掺入双组份导热填料，极大的增加了荧光玻璃薄膜的导热性能，在光效变化较小的情况下极大地提高其激光饱和阈值和光通量以及高功率激光照明下的发光稳定性。
22.(2)本发明制备的复合荧光玻璃薄膜，通过调节荧光粉、玻璃粉以及导热填料的比例，可以很好的控制发光性能及散热性能。
23.(3)本发明所述的双组份导热填料在增加荧光玻璃薄膜导热性能的同时，还能增加薄膜中的散射效应，提高荧光粉对蓝光的吸收。
附图说明
24.图1为本发明实现高散热复合荧光玻璃薄膜材料的应用装置的结构示意图。
25.图2为蓝光透过膜及蓝宝石基板的直线透过率。
26.图3为实施例1的发光性能数据。
27.图4为对比例1的发光性能数据。
28.图5为对比例2的发光性能数据。
29.图6为对比例3的发光性能数据。
30.图7为对比例4的发光性能数据。
具体实施方式
31.下面结合实施例和对比例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
32.如图1所示，本发明包括：蓝光激光二极管、复合荧光玻璃薄膜、蓝宝石基板、散热板。所述蓝光激光二极管产生的蓝光激发复合荧光玻璃薄膜产生黄光，该黄光于蓝色激光混合形成均匀白光。
33.实施例1：
34.一种激光照明应用高散热复合荧光玻璃材料及其制备方法，其中，蓝光激光二极
管主波长范围在460～480nm间。
35.其中，蓝光透过膜由可以反射波长520～800nm的黄光，透射波长≤510nm的蓝光，如图2所示。
36.其中复合荧光玻璃薄膜由30％la3si6n
11
:ce
3
荧光粉、20％k2o-na2o-al2o
3-sio2玻璃粉、25％al2o3与25％bn混合而成，混合均匀后加入有机浆料再次混合，获得混合浆料，将混合浆料以50μm厚度涂覆在蓝宝石基板上，置于100～110℃恒温台固化10min，成型后再置于马弗炉中以5℃/min烧至800℃，保温10min后自然降至室温，得到复合荧光玻璃薄膜层。
37.用不同激光功率蓝光激发复合荧光玻璃薄膜层获得的发光性能数据如图3所示，从图中可知样品在最高点的温度较低，且发光效率较高，其中al2o3与bn提升了样品较大的散热性能。
38.高的发光效率则是由于al2o3的掺入产生了较大的散射效应，且由于al2o3与玻璃粉以及蓝宝石的折射率较为匹配，使得发光效率进一步提高。
39.本实施例的激光照明装置最终显色指数为69.8，cie坐标为(0.3039,0.3356)，色温为6743k。
40.实施例2：
41.一种激光照明应用高散热复合荧光玻璃材料及其制备方法，其中，蓝光激光二极管主波长范围在460～480nm间。
42.其中复合荧光玻璃薄膜由30％la3si6n
11
:ce
3
荧光粉、20％k2o-na2o-al2o
3-sio2玻璃粉、25％al2o3与25％aln混合而成，混合均匀后加入有机浆料再次混合，获得混合浆料，将混合浆料以50μm厚度涂覆在蓝宝石基板上，置于100～110℃恒温台固化10min，成型后再置于马弗炉中以5℃/min烧至800℃，保温10min后自然降至室温，得到复合荧光玻璃薄膜层。
43.用不同激光功率蓝光激发复合荧光玻璃薄膜层获得的发光性能数据如图4所示，从图中可知样品在最高点的温度较低，且发光效率较高，其中al2o3与aln提升了样品较大的散热性能，但与实施例一相比可知aln的导热性能不如bn。
44.高的发光效率则是由于al2o3的掺入产生了较大的散射效应，且由于al2o3与玻璃粉以及蓝宝石的折射率较为匹配，使得发光效率进一步提高。
45.本实施例的激光照明装置最终显色指数为71.3，cie坐标为(0.2912，0.3065)，色温为7833k。
46.实施例3：
47.一种激光照明应用高散热复合荧光玻璃材料及其制备方法，其中，蓝光激光二极管主波长范围在460～480nm间。
48.其中复合荧光玻璃薄膜由30％la3si6n
11
:ce
3
荧光粉、20％k2o-na2o-al2o
3-sio2玻璃粉、25％aln与25％bn混合而成，混合均匀后加入有机浆料再次混合，获得混合浆料，将混合浆料以50μm厚度涂覆在蓝宝石基板上，置于100～110℃恒温台固化10min，成型后再置于马弗炉中以5℃/min烧至800℃，保温10min后自然降至室温，得到复合荧光玻璃薄膜层。
49.用不同激光功率蓝光激发复合荧光玻璃薄膜层获得的发光性能数据如图5所示，从图中可知样品在最高点的温度较低，发光效率较低，其中bn与aln提升了样品较大的散热性能。
50.与实施例一相比，发光效率下降明显，说明al2o3作为散射因子，有着比aln和bn更
好的效果。
51.本实施例的激光照明装置最终显色指数为70.4，cie坐标为(0.3010,0.3276)，色温为7211k。
52.实施例4：
53.一种激光照明应用高散热复合荧光玻璃材料及其制备方法，其中，蓝光激光二极管主波长范围在460～480nm间。
54.其中复合荧光玻璃薄膜由30％la3si6n
11
:ce
3
荧光粉、20％k2o-na2o-al2o
3-sio2玻璃粉与50％al2o3混合而成，混合均匀后加入有机浆料再次混合，获得混合浆料，将混合浆料以50μm厚度涂覆在蓝宝石基板上，置于100～110℃恒温台固化10min，成型后再置于马弗炉中以5℃/min烧至800℃，保温10min后自然降至室温，得到复合荧光玻璃薄膜层。
55.用不同激光功率蓝光激发复合荧光玻璃薄膜层获得的发光性能数据如图6所示，从图中可知样品在最高点的温度较高，发光效率较高，与实施例一、二相比，说明bn和aln比起al2o3有着更好的导热效果。
56.高的发光效率则是由于al2o3的掺入产生了较大的散射效应，且al2o3与玻璃粉以及蓝宝石的折射率较为匹配，与实施例一相比，没有bn和aln对样品发光损耗，发光效率更高。
57.本实施例的激光照明装置最终显色指数为71.1，cie坐标为(0.2965,0.3199)，色温为7552k。
58.实施例5：
59.一种激光照明应用高散热复合荧光玻璃材料及其制备方法，其中，蓝光激光二极管主波长范围在460～480nm间。
60.其中复合荧光玻璃薄膜由30％la3si6n
11
:ce
3
荧光粉、20％k2o-na2o-al2o
3-sio2玻璃粉与16.7％al2o3、16.7％aln与16.7％bn混合而成，混合均匀后加入有机浆料再次混合，获得混合浆料，将混合浆料以50μm厚度涂覆在蓝宝石基板上，置于100～110℃恒温台固化10min，成型后再置于马弗炉中以5℃/min烧至800℃，保温10min后自然降至室温，得到复合荧光玻璃薄膜层。
61.用不同激光功率蓝光激发复合荧光玻璃薄膜层获得的发光性能数据如图7所示，从图中可知样品在最高点的温度较低，发光效率较低，其中bn与aln提升了样品较大的散热性能。
62.低的发光效率则是由于bn与aln过多，造成了更多的发光损耗，而较少的al2o3也使得样品的散射性能下降，最终导致发光效率下降。
63.本实施例的激光照明装置最终显色指数为69.5，cie坐标为(0.3074,0.3406)，色温为6743k。