新型激光显示光源用高效导热封装材料的研制

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近年来,基于发光二极管(LED:Light Emitting Diode)及半导体激光器(LD:Laser Diode)作为激发光源激发含有荧光粉的发光部由此产生的荧光作为照明光线加以使用的照明装置的研究盛行。但是由于LED光源存在严重的光衰,照明光色不稳定性等问题,制约其在高功率和特种照明应用领域的发展。而半导体激光器激发荧光粉技术具有高亮度,低光束发散,寿命长,性能稳定等一系列优点,特别适用于特殊照明领域,如激光车灯,投影显示等。  本文围绕如何提高发光装置的反射底反射率、稳定性,从而提高发光装置的效率和可靠性展开。  (1)磁控溅射制备的薄膜,粗糙度在纳米级,金属中电子的平均自由程一般在100-300nm所以粗糙度的增加会增加来自薄膜表面和晶粒间对电子的散射,降低电子的平均自由程,从而降低反射率。  (2)膜层厚度从两方面影响薄膜反射率,首先是当薄膜厚度小于电子平均自由程时,随着厚度的变化,电子平均自由程也跟着变化,从而影响电导率和反射率;其次随着膜厚度的增加,表面粗糙度会发生变化,从而影响反射率。应该选择合适的银膜厚度达到最高的反射率。  (3)对于金属来说,由于晶界对电子的散射而产生的电导率的降低不可忽视,对于金属纳米薄膜,晶界电阻对总电阻(电导率)的影响尤为明显。随着晶粒尺寸逐渐增大,晶界电阻的作用逐渐减小,电导率逐渐增大,反射率逐渐增大。  (4)设定Ag的工作气压1Pa,沉积时间12min,溅射功率分别为30w,80w,120w,170w,随着溅射功率逐渐增大,Ag膜的粒径逐渐增大,粗糙度逐渐增大,受粗糙度和晶界电阻的双重影响,功率为120w的Ag膜反射率最高。  (5)固定Ag膜的功率为120w,溅射时间为12min,当Ar气压为0.6Pa时,薄膜颗粒较小,晶界对反射率影响较大;气压为1Pa时,晶粒变大,反射率提升;当气压增加到1.3Pa时,晶粒尺寸减小,晶粒大小更加均匀,粗糙度降低,反射率增加。当气压增加到1.8Pa时,晶粒尺寸变小,反射率下降。  (6)固定溅射功率120w,溅射气压1.3Pa,溅射时间从4min增加到12min,随着Ag膜厚度从102.31nm增加到400nm左右,薄膜平整度变好。当厚度超过400nm左右时,薄膜表面由于应力的积累变得不平整。溅射时间为4min时,随着溅射时间的增加,薄膜反射率明显增加,当溅射时间超过8min时,即薄膜厚度189.22nm样品反射率最高。继续增加薄膜厚度到398.23nm,反射率变化不大。当薄膜厚度增加到434.5nm时,反射率有轻微下降。膜厚为434.5nm时,薄膜表面有一定程度的起伏,增加了对入射光线的散射,导致反射率下降。  (7)为了研究不同制备条件下Ag膜的反射率与发光效率的关系,设定Ag的工作气压1Pa,沉积时间12min,溅射功率分别为30w,80w,120w,170w,衬底为发光陶瓷。薄膜制备完成后,测试各自的发光效率。结果表明,功率为120w时,效率最高,即Ag膜反射率越高,发光装置效率越高。  (8)为了比较真空镀膜方式和烧结银方式制备的反射底的效率,用两种方式分别在三片抛光后的发光陶瓷上形成反射层。结果显示真空镀膜反射层比烧结银效率稍高。  (9)由于Ag与陶瓷基底附着较差,而且在空气中容易发生腐蚀而脱落,从而影响其性能。通过优化基底表面状况,提高Ag膜均匀度;通过在基底上镀过渡层,提高Ag膜结晶质量,同时提高Ag膜附着力。另外,过渡层+Ag作为反射底比Ag做反射底的效率高,这是因为过渡层提高了Ag膜与陶瓷接界面的质量。  (10)银原子很容易与大气中的硫化氢、氧气等发生硫化、氧化反应,从而使反射层的反射率和热稳定性急剧降低。设计并制备Ag膜的保护层,在保证高反射率的前提下,减缓、抑制Ag膜的硫化、氧化,提高光源的寿命。
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