反射结构、反射结构的制备方法及波长转换装置
技术领域
本发明涉及照明和投影技术领域，尤其涉及一种反射结构、反射结构的制备方法及波长转换装置。
背景技术
现有的半导体光源投影系统，将发光二极管或激光二极管等光源发射的激发光入射到波长转换装置的不同的波长转换材料上，产生波长大于该激发光的波长的不同颜色的受激光，如红色受激光、绿色受激光和蓝色受激光，然后将不同颜色的受激光合成一束光后，进行投影图像的显示。
反射式波长转换装置主要包括基底以及形成于基底上的反射层。目前反射层常采用烧结银形式或者真空镀银形式。烧结银作为反射层容易吸附水汽、灰尘、与空气中的氧气发生反应等以影响反射效果。用真空镀膜方式制备的反射层与基板的附着力不高，现有技术为了确保波长转换装置的反射层与陶瓷基片的附着力，是在反射层与基片之间加镀透明介质过渡层，如SiO2，Al2O3、TiO2等，然而，介质层镀膜效率极低，影响批量生产效率；另外，介质层对光有一定的吸收，影响反射层的反射率。
发明内容
本发明目的在于提供一种能解决上述问题的反射结构、反射结构的制备方法及波长转换装置。
一种反射结构，其包括：基片以及形成在所述基片表面的反射膜，所述反射膜包括依次形成在所述基片表面的第一镀银膜以及第二镀银膜，所述第一镀银膜的银颗粒的粒径范围大于第二镀银膜的银颗粒的粒径范围。
本发明还涉及一种反射结构的制备方法。
一种反射结构的制备方法，包括如下步骤：
提供基片，对所述基片进行清洁处理；
在溅射室中安放银靶材及清洁后的所述基片，所述基片具有第一温度及在第一溅射功率的条件下在其表面溅射金属银，形成第一镀银膜；
所述基片具有第二温度及在第二溅射功率的条件下在所述第一镀银膜表面溅射金属银，形成第二镀银膜，所述第一镀银膜的银颗粒的粒径范围大于第二镀银膜的银颗粒的粒径范围。
本发明还涉及一种波长转换装置。
一种波长转换装置，包括：反射结构及波长转换层，所述反射结构是如上所述的反射结构，所述波长转换层形成在所述第二镀银膜的表面。
与现有技术相比较，本发明提供的反射结构制备方法制备形成的反射结构包括基片以及形成在所述基片表面的反射膜，所述反射膜包括依次形成在所述基片表面的第一镀银膜以及第二镀银膜，所述第一镀银膜的银颗粒的粒径范围大于第二镀银膜的银颗粒的粒径范围。在银膜的形成过程中，第一镀银膜的晶粒粒径较大，应力易于释放，从而增加与所述基片之间的附着力；第二镀银膜的晶粒粒径较小，能填补第一镀银膜的粒径之间的间隙，从而，第一镀银膜及第二镀银膜共同形成的反射膜与基片的附着力高、膜层致密度高，反射率高，也即本发明提供的波长反射装置能提高反射层与基片的附着力，又不降低反射层的反射率。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的反射结构的剖面图。
图2为图1所示的反射结构的反射膜在电镜下的表面形貌图。
图3A-3C为本发明第二实施例提供的一种反射结构的制作流程图。
图4为本发明第二实施例提供的溅镀银形成的反射膜的发光强度与烧结银形成的反射膜的发光强度的对比图。
图5是本发明第三实施例提供的波长转换装置的剖面图。
主要元件符号说明
反射结构 1，11
波长转换装置 4
基片 10，101
反射膜 2
第一镀银膜 20
第二镀银膜 30
波长转换层 5
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明提供的波长转换装置及其制备方法进一步的详细的说明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-2，图1为本发明提供的一种反射结构1。图2为图1所示的反射结构的反射膜在电镜下的表面形貌图。
所述反射结构1包括基片10及形成在所述基片10表面的反射膜2。
所述基片10可以为金属片或者陶瓷片。基片10为金属片时，可选导热率高的材质，譬如铜片、铝片等。基片10为陶瓷片时，可以选用氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼或者氧化铍。基片10还可以选发光陶瓷。
所述反射膜2包括依次形成于所述基片10表面的第一镀银膜20及第二镀银膜30。反射膜2具有较高的反射率，以保证光利用率；反射膜2还具有良好的导热性，保证导热效果。
所述第一镀银膜20及第二镀银膜30均是通过以银作为靶材、以基片10作为衬底通过溅射的方式形成。形成所述第一镀银膜20时基片10的温度及溅射功率高于形成第二镀银膜30时基片10具有的温度及溅射功率，从而使所述第一镀银膜20的银颗粒的粒径范围大于第二镀银膜30的银颗粒的粒径范围。
在本实施方式中，所述第一镀银膜20的银颗粒的粒径范围介于20-200nm。所述第二镀银膜30的银颗粒的粒径范围介于1-30nm。所述第一镀银膜20的厚度介于0.05-2μm，所述第二镀银膜30的厚度介于0.01-0.2μm。优选地，所述第一镀银膜20的厚度介于0.1-1μm，所述第二镀银膜30的厚度介于0.02-0.05μm。
在高温、大功率条件下易生长出晶粒粒径较大的银膜。在高温、大功率条件下形成的第一镀银膜20的晶粒粒径较大，颗粒间间隙较大，有利于应力的释放，从而增加与所述基片之间的附着力。在较低温度及较小的溅射功率下形成的第二镀银膜30的晶粒粒径较小，刚好填补了第一镀银膜20的粒径之间的间隙，如图2所示。从而，第一镀银膜20及第二镀银膜30共同形成的反射膜2与基片10的附着力高、膜层致密度高，反射率高。
请参阅图3A-3C，本发明还提供一种反射结构11的制备方法。其包括如下步骤：
第一步：提供基片101。在本实施方式中，所述基片101选择的是发光陶瓷。对所述基片101进行抛光后、清洁处理。所述基片101还可以为金属基片或者陶瓷基片，陶瓷基片可以选用氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氮化硼或者氧化铍；陶瓷基片还可以选择发光陶瓷，发光陶瓷可以选用石榴石结构的氧化物陶瓷，如：Ca3(Al，Sc)2Si3O12、(Gd，Tb，Y，Lu)3(Al，Ga)5O12或Y3Mg2AlSi2O12中的一种均可。优选地，发光陶瓷为YAG：Ce3+发光陶瓷，其中掺杂离子为Ce3+。其中，对所述基片101清洁的步骤包括：
将所述基片101放入H2SO4：H2O2以2:1配制成的溶液中，在60℃下超声10分钟去除基片101表面的部分金属和有机污渍；
将所述基片101放入重量比为30％的HF溶液中，煮至沸腾；
将上一步洗好的基片101放入NH4OH：H2O2：H2O＝1:2:5的混合液中，在90℃的水浴中煮10分钟；
将基片101放入HCl：H2O2：H2O＝1:2:8的溶液中，在90℃的水浴中煮10分钟，去除所述基片101表面的金属污渍；以及
将清洁后的基片101用氮气吹干。
第二步：在溅射室中安放银靶材及清洁后的所述基片101，所述基片101具有第一温度及在第一溅射功率的条件下在其表面溅射金属银，形成第一镀银膜20。譬如，可以用镊子夹着所述基片101放入溅射室。整个取放过程中要注意保持所述基片101的清洁，且不能让硬物刮伤所述基片101表面。打开溅射室的机械泵，等压强降到1Pa时，关闭机械泵气路，打通分子泵抽气。当溅射室本底真空压强小于2.0×10-4Pa时向其中通入Ar气，利用气体流量计控制好气体流量，调节至所需工作气压。
具体地，溅射形成所述第一镀银膜20的条件为：银靶材的纯度为99.99％，银靶材的直径为2英寸(inch)，靶材的厚度为3mm，所述基片101具有的所述第一温度范围介于200-500℃，优选为300-400℃；靶材距所述基片101的距离为120mm，溅射气体为Ar，气体纯度为99.999％，溅射气体流量为20-50sccm，优选为30sccm，真空度小于10-3Pa，优选为达到10-5Pa；沉积真空也即溅射室真空为0.6Pa，衬底转速5-30转/分，优选为10转/分；溅射时间为6分钟，第一溅射功率的范围介于100-250W，优选为200W。溅射形成所述第一镀银膜20的条件具体可以参下表1。
表1
第三步：所述基片101具有第二温度及第二溅射功率的条件下在所述第一镀银膜20表面溅射金属银，形成第二镀银膜30。第一镀银膜20完成后，使溅射室降到第二温度后，在第二温度条件下镀膜形成第二镀银膜30。第二镀银膜30的银颗粒的粒径范围小于所述第一镀银膜20的银颗粒的粒径范围。第二镀银膜30与第一镀银膜20共同形成所述反射膜2。在本实施方式中，溅射形成第二镀银膜30的条件为：第二温度范围介于为10-40℃，优选为15-30℃，溅射气体流量为50-100sccm，优选为80sccm；沉积真空度为1.8Pa，第二溅射功率的范围介于40-80W，优选为50W；衬底转速5-30转/分，优选为10转/分；溅射时间为3分钟。
表2
第二镀银膜30镀完之后，对所述反射膜2进行百格附着力测试，百格附着力测试结果为5B。也即，通过调整镀膜的条件，使所述第一镀银膜20的银颗粒的粒径范围大于第二镀银膜30的银颗粒的粒径范围，从而，第一镀银膜20及第二镀银膜30的共同形成的反射膜2与基片101的附着力高、膜层致密度高。
请参阅图4，图4为镀膜形成的反射膜2和烧结银形成的反射膜的出射光的波长与出射光的强度的对应关系。
也即，图4横轴表示反射结构11出射光的波长，纵轴表示出射光的强度，曲线有6条，峰值从最高到最低的6条曲线依次是镀银-1、镀银-2、镀银-3烧结银-1、烧结银-2、烧结银-3。其中，镀银-1、镀银-2、镀银-3分别是按照上述反射结构4制备方法制作形成的反射结构的3个样品，也即反射膜是通过镀银形成。烧结银-1、烧结银-2、烧结银-3表示反射膜是通过烧结形成。在同一横坐标的情况下，曲线的纵坐标越高，表示出射光的强度越大，即表明反射层的反射效率越高。图4反应了镀膜形成的反射层的反射效率高于烧结银形成的反射层的反射效率。
表3为镀膜形成的反射膜2和烧结银形成的反射膜各取3个样品。镀银-1、镀银-2、镀银-3是相同的镀膜工艺条件下制备的多个样品。烧结银-1、烧结银-2、烧结银-3是在烧结工艺条件下制备的多个样品。本发明第二实施方式利用发光陶瓷作为基体，在发光陶瓷的抛光表面形成反射膜2，形成的反射结构11实际上可作为波长转换装置使用。在激发光，譬如激光的照射下，发光陶瓷实现对激发光的转换以产生受激光，而反射膜2用于反射所述受激光。
表3中功率为在相同的激发光下各样品的发光功率，发光功率大，代表光通过所述反射膜时损失越小。从表3可以看出，在镀银-1、镀银-2、镀银-3作为反射膜的情况下，激发光通过上述制备的发光功率是大于烧结银-1、烧结银-2、烧结银-3作为反射膜的功率的。
且光通量越大，即表明反射层的反射效率越高。从表3可以看出，镀银-1、镀银-2、镀银-3的平均光通量数值是大于烧结银-1、烧结银-2、烧结银-3的平均光通量数值的，也即，镀银形成的反射膜的反射效率高于烧结银形成的反射膜的反射效率，可见镀膜形成的反射膜2比烧结银形成的反射膜的效率有明显提高。
表3中色坐标及色温均表示照明光源的发光颜色。激发光通过镀膜形成的反射膜的色温是低于烧结银形成的反射膜的色温的。
表3
请参阅图5，为本发明提供的一种波长转换装置4。所述波长转换装置4包括：反射结构1及波长转换层5。
所述反射结构1包括基片10及形成在所述基片10表面的反射膜2。在本实施方式中，所述基片10为金属片。所述反射膜2包括依次形成于所述基片10表面的第一镀银膜20及第二镀银膜30。反射膜2具有较高的反射率，以保证光利用率；反射膜2还具有良好的导热性，保证导热效果。
所述波长转换层5形成在所述第二镀银膜30的表面。所述波长转换层5用于吸收激发光并受激产生不同于激发光波长的光，所述波长转换层5可以为发光陶瓷，还可以是荧光粉和粘接剂封装成的整体结构层。
发光陶瓷可以为Ca3(Al，Sc)2Si3O12、(Gd，Tb，Y，Lu)3(Al，Ga)5O12或Y3Mg2AlSi2O12中的至少一种。
粘接剂可选用硅胶粘接剂，其化学性质稳定、有较高的机械强度。荧光粉可以是YAG(钇铝石榴石)荧光粉，YAG荧光粉可以吸收蓝光、紫外光等而产生黄色受激光。此外，荧光粉还可以是红光荧光粉，用于吸收激发光以产生红色受激光；或者还可以是绿光荧光粉等产生其他颜色受激光的荧光粉。
综上所述，本发明提供的反射结构制备方法制备形成的反射结构1，包括基片10以及形成在所述基片10表面的反射膜2。所述反射膜2包括依次形成在所述基片10表面的第一镀银膜20以及第二镀银膜30。所述第一镀银膜20的银颗粒的粒径范围大于第二镀银膜30的银颗粒的粒径范围。在高温、大功率条件下形成的第一镀银膜20的晶粒粒径较大，颗粒间间隙较大，有利于应力的释放，从而增加了第一镀银膜20与所述基片10之间的附着力。在较低温度及较小的溅射功率下形成的第二镀银膜30的晶粒粒径较小，刚好填补了第一镀银膜20的粒径之间的间隙。从而，第一镀银膜20及第二镀银膜30共同形成的反射膜2与基片10的附着力高、膜层致密度高，反射率高。
对于本领域的技术人员来说可以在本发明技术构思内做其他变化，但是，根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，都应属于本发明权利要求的保护范围。
