本發(fā)明涉及照明光源領域，特別是涉及一種波長轉換裝置以及使用該波長轉換裝置的光源。

背景技術：

隨著半導體技術的發(fā)展，led光源正在取代傳統(tǒng)的白熾燈和節(jié)能燈成為一種通用的照明光源，它具有高效，節(jié)能，環(huán)保以及壽命長等優(yōu)點。然而，在一些特殊的應用領域，例如舞臺燈光照明，汽車大燈，投影顯示等需要超高亮度光源的應用領域，此時led就難以滿足要求了。與led同屬半導體光源的半導體激光器（以下簡稱ld），也具有l(wèi)ed的優(yōu)點，同時由于其光學擴展量（etendue）小，特別適合用來制作超高亮度的特種光源。利用ld制作高亮度特種光源時，通常將ld出射的激光會聚成一個很小的光斑入射到熒光粉上，由于會聚光斑小，能量集中，熒光粉局部將產生大量的熱甚至引起熒光粉熱淬滅。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種波長轉換裝置，以及利用該波長轉換裝置的光源。

技術實現要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題是，提供一種波長轉換裝置，保證其具有良好的散熱效果能經受高能量密度的激發(fā)光激發(fā)，且其作為發(fā)光單元的光學擴展量小，同時，提供了一種使用該波長轉換裝置的高亮度激光光源。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種波長轉換裝置，包括：帶有凹槽的基底；涂覆在基底凹槽內的波長轉換層；設置在所述基底上的密封裝置，它將凹槽密封從而形成一個密封腔；還包括冷卻液，冷卻液填充但未填滿所述密封腔，密封腔內還保留有空氣隙，所述波長轉換層浸沒在冷卻液中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的波長轉換裝置的第一實施例的結構示意圖；

圖2是將波長轉換層嵌在凹槽底部的結構示意圖；

圖3是使用透鏡作為密封裝置的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明的波長轉換裝置的第二實施例的結構示意圖；

圖5是將波長轉換裝置倒置使用時的示意圖；

圖6是本發(fā)明的波長轉換裝置的第三實施例的結構示意圖；

圖7是氣泡在液體中受到液體壓力而變形的原理示意圖；

圖8是氣泡吸附在波長轉換層表面時的示意圖。

具體實施方式

請參見圖1，圖1是本發(fā)明的波長轉換裝置的第一實施例的結構示意圖。如圖所述，本實施例的波長轉換裝置包括：基底101，波長轉換層103，冷卻液104，密封裝置105。其中，基底101上帶有凹槽102，波長轉換層103涂覆在凹槽102的底面，密封裝置105設置在基底101上，它將凹槽102密封從而形成一個密封腔，冷卻液104填充但未填滿所述密封腔，密封腔內還保留有空氣隙108。106為入射的激發(fā)光，107為出射的受激光。其中，激發(fā)光106從密封裝置105一側入射，透過密封裝置105后入射到凹槽102底面的波長轉換層103上，波長轉換層103受到激發(fā)光106的激發(fā)而產生受激光107，所產生的受激光107再透過密封裝置105出射。

在本實施例中，基底101選用導熱良好的材料，優(yōu)選的，可以使用金屬、氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷等，良好的導熱系數能快速帶走波長轉換層103所產生的熱?；?01上加工出一個合適大小的凹槽102，波長轉換層103涂覆在凹槽102的底面。為了使波長轉換層103產生的受激光能盡可能多的出射，用于涂覆波長轉換層103的底面應具有較高的光反射率，鏡面反射或漫反射均可，可以在凹槽102的底面鍍一層高反射膜層，例如金屬銀膜，優(yōu)選的，基底101本身具有較高的光反射率，例如高反射率的金屬鋁或氧化鋁陶瓷等。本實施例中，凹槽102可以加工成任意的形狀，如方形，圓形，矩形或其他不規(guī)則形狀等，優(yōu)選的，其深度控制在2-5mm，太深會使得后續(xù)受激光的收集透鏡變大系統(tǒng)龐大，太淺又使得密封腔內冷卻液體減少影響散熱。

在本實施例中，波長轉換層103涂覆在凹槽102的底面，并與底面形成良好粘附。波長轉換層103可以由波長轉換材料和某種透明粘接劑組成，先涂覆在凹槽102的底面然后固化，在固化過程中自然與底面形成良好粘附；也可以先將波長轉換層103固化之后再通過其他粘接工藝將其粘附到凹槽102的底面。良好的粘附一方面可以保證波長轉換層103位置的固定，另一方面也利于波長轉換層103產生的熱向基底101的傳導。優(yōu)選的，可以將波長轉換材料與硅膠或者玻璃粉混合，然后涂覆到凹槽102的底面再固化。在本實施例中，波長轉換材料可以根據需要選用各種顏色的熒光粉，例如，為了得到白光輸出，激發(fā)光106可選用藍光，波長轉換材料選用黃色熒光粉，激發(fā)光中剩余的藍光和黃色熒光粉產生的黃光混合形成白光輸出；波長轉換材料還可以是綠色熒光粉和紅色熒光粉按一定比例的混合，同樣利用藍色激發(fā)光去激發(fā)，最后剩余的藍光和熒光粉產生的紅綠光一起混合成白光輸出；再例如，為了得到綠光輸出，可以使用藍色激發(fā)光去激發(fā)綠色熒光粉。此外，為了使輸出光中剩余的激發(fā)光和波長轉換層產生的受激光混合均勻，波長轉換層中還可以摻入散射粒子。對本領域的技術人員，可以利用此波長轉換裝置得到各種不同顏色的光，此處不再一一贅述。

在本實施例中，凹槽102被密封裝置105密封從而形成了一個密封腔，冷卻液104填充但不完全填滿所述密封腔，密封腔內還保留有部分空氣隙108。空氣隙108的作用在于：入射激發(fā)光106通常都是聚焦入射到波長轉換層103上，由于會聚光斑小，波長轉換層103的局部會產生大量的熱，此時由于冷卻液104的存在，一方面可以通過熱對流來對波長轉換層103進行散熱，將熱量傳遞給基底101，另一方面當波長轉換層103局部區(qū)域溫度過高時，會引起冷卻液104在該局部區(qū)域的汽化，從而形成氣泡，氣泡上升到冷卻液表面破滅，并將蒸汽釋放到空氣隙108，當所述蒸汽遇到密封裝置105或凹槽102的內壁時，又會液化并將熱量傳給密封裝置105或基底101，最后經由基底101導走。這樣，通過冷卻液104先汽化后液化的相態(tài)變化，可以快速帶走波長轉換層103局部區(qū)域產生的大量的熱，避免了其局部溫度過高帶來的波長轉換材料飽和或損壞，提高其激發(fā)效率。

在本實施例中，為了使冷卻液104中產生的氣泡能及時導走，冷卻液104選用某種透明、低粘滯系數的液體。透明能保證激發(fā)光106和受激光107在透過冷卻液104時不會被吸收；低粘滯系數能保證冷卻液中產生的氣泡能及時排出到液體表面。優(yōu)選的，冷卻液體104的粘滯系數小于2×10-3pas。由于波長轉換層103浸沒在所述冷卻液104中，所以還應保證波長轉換層103與冷卻液104之間不會發(fā)生物理化學反應。

在本實施例中，密封裝置105固定在基底101上，它將基底101上的凹槽102密封并形成密封腔。密封裝置105選用透明材料，以保證激發(fā)光106和受激光107透過它時不會被吸收。優(yōu)選的，可以使用玻璃片作為密封裝置105，通過密封膠或玻璃粉固化在基底101上并形成完全密封。若使用低溫玻璃粉作為密封材料，可以借助激光熔融來實現密封。優(yōu)選的，玻璃片的前后表面鍍上對激發(fā)光106和受激光107增透的增透膜，以減小或消除激發(fā)光和受激光在其表面的界面反射損耗，提高光源效率。

在本實施例中，波長轉換層103涂覆在凹槽102的底面，但并沒有限制凹槽102的形狀。優(yōu)選的，可以在凹槽102的底面加工出第二凹槽，波長轉換層103嵌在第二凹槽內，與第二凹槽的底面和側壁都形成良好粘附，如圖2所示，這樣增加了波長轉換層103與基底101的接觸面積，既有利于波長轉換層103通過熱傳導直接向基底101的散熱，又增加了波長轉換層103與基底101粘附的牢固程度，防止波長轉換層103由于長期浸泡在冷卻液104中而發(fā)生脫落。

在大多數應用中，通常需要在密封裝置105之后使用透鏡來對波長轉換層103出射的受激光進行收集，為了減少光學元件的數量并使系統(tǒng)簡單緊湊，可以直接將透鏡作為密封裝置105固定在基底101上，如圖3所示，這樣，密封裝置105同時具有了光收集的作用：入射的激發(fā)光106透過密封裝置105后會聚到波長轉換層103上，從波長轉換層103出射的受激光再次透過密封裝置105后被收集出射。關于透鏡與基底101的密封裝配與前面相同，不再贅述。

在本實施例中，通過將波長轉換層103涂覆在基底101上的凹槽102的底面，并在基底上設置密封裝置105，將所述凹槽102密封形成密封腔，在密封腔中填充但未填滿冷卻液104，波長轉換層103浸沒在所述冷卻液104中，這樣，借助冷卻液104的汽化液化的相態(tài)變化來帶走波長轉換層103局部區(qū)域產生的大量的熱，避免了波長轉換層103局部溫度過高帶來的飽和或損壞，提高激發(fā)效率。

圖4是本發(fā)明的波長轉換裝置的第二實施例的結構示意圖。如圖所述，本實施例的波長轉換裝置包括：基底201，波長轉換層203，冷卻液204，密封裝置205。其中，基底201上帶有凹槽202，波長轉換層203涂覆在凹槽內，密封裝置205設置在基底201上，它將凹槽202密封從而形成一個密封腔，冷卻液204填充但未填滿所述密封腔，密封腔內還保留有空氣隙208。206為入射的激發(fā)光，207為出射的受激光。與第一實施例的區(qū)別在于，本實施例中，凹槽202的底面具有高低不同的臺面，波長轉換層203的水平位置高于凹槽202中最低臺面的水平位置，且保證波長轉換裝置倒置時冷卻液體204仍然能將波長轉換層203浸沒，如圖5所示。在實際應用中，可能遇到將本發(fā)明的波長轉換裝置側放或倒置使用的情況，本實施例可保證在任何情況下波長轉換層203上的激光入射點都能浸沒在冷卻液204中。

在本實施例中，并沒有限制凹槽202的底面有多少個臺面，也沒有限制波長轉換層203應位于第幾臺面，只要滿足本發(fā)明的波長轉換裝置在側放或倒置的任何情況下波長轉換層203上的激光入射點都能浸沒在冷卻液204中即可，本領域的技術人員據此設計出的各種不同的凹槽結構，都應在本發(fā)明的保護范圍之內。

圖6是本發(fā)明的波長轉換裝置的第三實施例的結構示意圖。如圖所述，本實施例的波長轉換裝置包括：基底301，波長轉換層303，冷卻液304，密封裝置305。其中，基底301上帶有凹槽302，波長轉換層303涂覆在凹槽內，密封裝置305設置在基底301上，它將凹槽302密封從而形成一個密封腔，冷卻液204填充但未填滿所述密封腔，密封腔內還保留有空氣隙308。306為入射的激發(fā)光，307為出射的受激光。與第二實施例的區(qū)別在于，本實施例中，凹槽302的底面帶有曲面凸臺，波長轉換層303涂覆在所述曲面凸臺上，因而表面形成凸曲面。通過控制密封腔內冷卻液304的量，本實施例同樣可以保證該波長轉換裝置在側放或倒置的任何情況下波長轉換層303上的激光入射點都能浸沒在冷卻液304中。

在本實施例中，由于波長轉換層表面形成了凸曲面，它還具有另一個優(yōu)點：圖7是氣泡在液體中受到液體各個方向的壓力而形變的示意圖，其中，401為液體中的氣泡，402為氣泡所受到的來自液體各個方向的壓力，顯然左右壓力相等，上方的壓力最小，下方的壓力最大，在這樣的壓力綜合作用下氣泡將發(fā)生形變，上方曲率半徑變小，下方曲率半徑變大。圖8是氣泡離開波長轉換層之前吸附在其表面的示意圖，其中401為氣泡，403為波長轉換層。左圖表示波長轉換層表面為平面時的情況，右圖表示波長轉換層表面為凸曲面時的情況。由于氣泡在液體中形變以及波長轉換層表面與液體分子之間的作用力，氣泡在變得足夠大之前會吸附在波長轉換層表面，它與波長轉換層表面將形成一個接觸面，該接觸面區(qū)域的波長轉換層沒有與冷卻液接觸，冷卻液無法起作用，所以該區(qū)域可能會因溫度過高而引起波長轉換材料飽和或損壞。所以該接觸面的面積越小越好。參照圖8，在氣泡大小相同的情況下，當波長轉換層表面為凸曲面時，其與氣泡的接觸面積要小于波長轉換層表面為平面時的情況。所以，當波長轉換層表面為凸曲面時，更能有效防止波長轉換層表面因局部溫度過高而引起的波長轉換材料飽和或損壞。

本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分之間相同相似部分相互參見即可。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。