波長轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)光裝置的制造方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及照明光源領(lǐng)域，特別是涉及一種波長轉(zhuǎn)換裝置以及使用該波長轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)光裝置。
[0002]【背景技術(shù)】:
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，LED光源正在取代傳統(tǒng)的白熾燈和節(jié)能燈成為一種新型的照明光源，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(yīng)用領(lǐng)域，例如舞臺燈光照明、汽車大燈、投影顯示等領(lǐng)域，需要的是一種超高亮度的光源，此時LED就難以滿足要求了。與LED同屬半導(dǎo)體光源的半導(dǎo)體激光器(以下簡稱LD)，也具有LED的優(yōu)點，同時由于其光學(xué)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，能量密度高，熒光粉局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生大量的熱引起熒光粉飽和甚至損壞。當前一種普遍適用的解決方案是，將熒光粉涂覆在轉(zhuǎn)盤上，利用轉(zhuǎn)盤的快速轉(zhuǎn)動為熒光粉散熱。然而轉(zhuǎn)盤的使用一方面降低了系統(tǒng)可靠性，另一方面也限制了系統(tǒng)的小型化。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種波長轉(zhuǎn)換裝置，包括帶有通孔的基板，通孔兩端分別為入光口和出光口 ；還包括設(shè)置于通孔內(nèi)并與通孔內(nèi)壁緊密接觸的波長轉(zhuǎn)換材料，該波長轉(zhuǎn)換材料用于接收入射于通孔內(nèi)的激發(fā)光并發(fā)射受激光；其中，通孔的內(nèi)壁對激發(fā)光和受激光具有反射性；還包括放置于通孔入光口一側(cè)并覆蓋入光口的第一分光裝置，該第一分光裝置能夠透射激發(fā)光同時反射受激光。
[0004]本發(fā)明還提出一種發(fā)光裝置，包括激光源和前述的波長轉(zhuǎn)換裝置；其中，激光源發(fā)出的激光聚焦地入射并透射第一分光裝置并進入通孔以激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料。
[0005]由于波長轉(zhuǎn)換材料被設(shè)置在基板的通孔內(nèi)，且與基板的內(nèi)壁良好接觸，保證了波長轉(zhuǎn)換層與基板之間具有較大的接觸面積，使得其具有良好的散熱效果；同時，由于基板通孔的內(nèi)壁對激發(fā)光和受激光都具有較高的光反射率，基板的通孔形成了光收集器，收集后的光只能從通孔的出光口出射，只要控制了基板通孔的出光口的面積，就能控制光源的發(fā)光面積，進而得到光學(xué)擴展量小的高亮度光源。
[0006]【附圖說明】:
圖1A是本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1B是本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是使用了本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]【具體實施方式】:
請參見圖1A，圖1A是本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實施例的波長轉(zhuǎn)換裝置包括帶有通孔106的基板101，通孔106兩端分別為入光口 107和出光口 108。波長轉(zhuǎn)換裝置還包括設(shè)置于通孔106內(nèi)并與通孔106內(nèi)壁緊密接觸的波長轉(zhuǎn)換材料103，在本實施例中波長轉(zhuǎn)換材料填充于通孔106內(nèi)部，該波長轉(zhuǎn)換材料103用于接收入射于通孔內(nèi)的激發(fā)光104并發(fā)射受激光。其中，通孔106的內(nèi)壁對激發(fā)光和受激光具有反射性。波長轉(zhuǎn)換裝置還包括放置于通孔106入光口一側(cè)并覆蓋入光口 107的第一分光裝置102，該第一分光裝置102能夠透射激發(fā)光104同時反射受激光。
[0008]在本實施例中，激發(fā)光104從入光口 107的一側(cè)入射，透過第一分光裝置102，然后入射到波長轉(zhuǎn)換材料103上，波長轉(zhuǎn)換材料103受到激發(fā)光104的激發(fā)，進而產(chǎn)生不同于激發(fā)光波長的受激光。通孔106的內(nèi)壁對激發(fā)光和受激光都具有反射性，因此激發(fā)光和受激光在通孔106內(nèi)會發(fā)生多次散射反射，在這個過程中激發(fā)光會多次入射于波長轉(zhuǎn)換材料并對其激發(fā)。由于第一分光裝置102能夠反射受激光，因此大部分剩余激發(fā)光和受激光的混合光都會從通孔的出光口 108輸出形成輸出光105。當然，會存在部分散射后的激發(fā)光從入光口 107透過第一分光裝置102泄漏出形成光損失，但是這種損失不大，往往是可以接受的。
[0009]在本實施例中，通過將波長轉(zhuǎn)換材料103設(shè)置在基板101的通孔106內(nèi)且與通孔內(nèi)壁緊密接觸，保證了波長轉(zhuǎn)換材料103與基板101之間具有較大的接觸面積，使其具有良好的散熱效果；同時，由于基板通孔106的內(nèi)壁具有較高的光反射率，基板的通孔106形成了光收集器，收集后的光只能從通孔的出光口 108出射，所以只要控制了通孔的出光口 108的面積，就能控制光源的發(fā)光面積，進而得到光學(xué)擴展量小的高亮度光源。
[0010]在本實施例中，通孔106的內(nèi)壁對激發(fā)光和受激光都具有光反射性，這種反射既可以是漫反射，也可以是鏡面反射。由于激發(fā)光和受激光都要在通孔106內(nèi)經(jīng)過多次反射后再出射，為了保證較高的出光效率，內(nèi)壁對激發(fā)光和受激光的反射率最好在80%以上，過低的反射率一方面會使光源效率降低，另一方面也會產(chǎn)生大量的熱，使基板101的導(dǎo)熱負擔加重。優(yōu)選的，基板101的材料可以選用白色多孔陶瓷，例如，氧化鋁陶瓷，白色多孔陶瓷對可見光具有良好的漫反射特性，反射率可以到到95%甚至更高。另外，基板101的材料也可以選用金屬鋁，金屬鋁的導(dǎo)熱系數(shù)更高，能更有效地導(dǎo)走波長轉(zhuǎn)換材料103產(chǎn)生的熱。金屬鋁的反射率低于白色多孔陶瓷，如果能在其通孔的內(nèi)壁鍍上一層高反射膜，那么效果更佳。至于其他材料，只要對激發(fā)光和受激光都具有光反射性，都可以使用，同理應(yīng)在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0011]在本實施例中，第一分光裝置102設(shè)置在通孔106的入光口 107 —側(cè)并覆蓋入光口 107，它透射激發(fā)光104并反射波長轉(zhuǎn)換材料103產(chǎn)生的受激光。在實際應(yīng)用中，波長分光濾光片是第一分光裝置102的最常見的選擇。優(yōu)選的，第一分光裝置的分光作用面面向基板101，這樣可以提高反射受激光的效率。
[0012]除了波長分光方式，第一分光裝置102還可以同時具有角度分光特性。例如，它對以第一角度范圍入射的激發(fā)光透射，而對第一角度范圍以外的其他角度入射的激發(fā)光大部分反射。具體舉例來說，第一分光裝置102對入射角小于30度的激發(fā)光全部透射，而對入射角在30-90度的激發(fā)光大部分反射，這樣，當激發(fā)光104以小于30度入射角入射到第一分光裝置102時，它能完全透過，而當激發(fā)光104在通孔104內(nèi)經(jīng)過散射反射后，當散射的激發(fā)光以30-90度角入射到第一分光裝置102時，它又被反射回通孔106內(nèi)，這樣就減少了通孔106內(nèi)的激發(fā)光從入光口 107的泄漏，提高了激發(fā)光的利用率。
[0013]為了使入射激發(fā)光104的會聚光斑能量分布均勻，避免能量過于集中引起波長轉(zhuǎn)換材料飽和甚至損壞，優(yōu)選的，波長轉(zhuǎn)換裝置還包括設(shè)置于通孔的入光口的散射層(圖中未畫出)。散射層可以將激發(fā)光散射，從而比較分散的入射于波長轉(zhuǎn)換材料，降低局部的激發(fā)功率密度，以提高激發(fā)光激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料103的激發(fā)效率。
[0014]實現(xiàn)該散射層有多種方式。最簡單的就是使第一分光裝置102同時具有勻光功能，例如，在分光裝置102中摻散射粒子，或者將其一個面設(shè)置為粗糙面，這樣并不增加成本且達到了設(shè)計目的。具體的，可以使用一面粗糙一面