波長轉換裝置和發光裝置的制造方法
【專利說明】
[0001]技術領域:
本發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發光裝置。
[0002]【背景技術】:
隨著半導體技術的發展，LED光源正在取代傳統的白熾燈和節能燈成為一種新型的照明光源，它具有高效，節能，環保以及壽命長等優點。然而，在一些特殊的應用領域，例如舞臺燈光照明、汽車大燈、投影顯示等領域，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同屬半導體光源的半導體激光器(以下簡稱LD)，也具有LED的優點，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，能量密度高，熒光粉局部區域將產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，將熒光粉涂覆在轉盤上，利用轉盤的快速轉動為熒光粉散熱。然而轉盤的使用一方面降低了系統可靠性，另一方面也限制了系統的小型化。
[0003]
【發明內容】
:
為了解決上述問題，本發明提出一種波長轉換裝置，包括帶有通孔的基板，通孔兩端分別為入光口和出光口 ；還包括設置于通孔內并與通孔內壁緊密接觸的波長轉換材料，該波長轉換材料用于接收入射于通孔內的激發光并發射受激光；其中，通孔的內壁對激發光和受激光具有反射性；還包括放置于通孔入光口一側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光同時反射受激光。
[0004]本發明還提出一種發光裝置，包括激光源和前述的波長轉換裝置；其中，激光源發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波長轉換材料。
[0005]由于波長轉換材料被設置在基板的通孔內，且與基板的內壁良好接觸，保證了波長轉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，由于基板通孔的內壁對激發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，就能控制光源的發光面積，進而得到光學擴展量小的高亮度光源。
[0006]【附圖說明】:
圖1A是本發明的波長轉換裝置的第一實施例的結構示意圖；
圖1B是本發明的波長轉換裝置的另一個實施例的結構示意圖；
圖2是本發明的波長轉換裝置的另一個實施例的結構示意圖；
圖3是本發明的波長轉換裝置的另一個實施例的結構示意圖；
圖4是本發明的波長轉換裝置的另一個實施例的結構示意圖；
圖5是使用了本發明的發光裝置的實施例的結構示意圖。
[0007]【具體實施方式】:
請參見圖1A，圖1A是本發明的波長轉換裝置第一實施例的結構示意圖。如圖所示，本實施例的波長轉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。波長轉換裝置還包括設置于通孔106內并與通孔106內壁緊密接觸的波長轉換材料103，在本實施例中波長轉換材料填充于通孔106內部，該波長轉換材料103用于接收入射于通孔內的激發光104并發射受激光。其中，通孔106的內壁對激發光和受激光具有反射性。波長轉換裝置還包括放置于通孔106入光口一側并覆蓋入光口 107的第一分光裝置102，該第一分光裝置102能夠透射激發光104同時反射受激光。
[0008]在本實施例中，激發光104從入光口 107的一側入射，透過第一分光裝置102，然后入射到波長轉換材料103上，波長轉換材料103受到激發光104的激發，進而產生不同于激發光波長的受激光。通孔106的內壁對激發光和受激光都具有反射性，因此激發光和受激光在通孔106內會發生多次散射反射，在這個過程中激發光會多次入射于波長轉換材料并對其激發。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，通過將波長轉換材料103設置在基板101的通孔106內且與通孔內壁緊密接觸，保證了波長轉換材料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，就能控制光源的發光面積，進而得到光學擴展量小的高亮度光源。
[0010]在本實施例中，通孔106的內壁對激發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。由于激發光和受激光都要在通孔106內經過多次反射后再出射，為了保證較高的出光效率，內壁對激發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，另一方面也會產生大量的熱，使基板101的導熱負擔加重。優選的，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，金屬鋁的導熱系數更高，能更有效地導走波長轉換材料103產生的熱。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，只要對激發光和受激光都具有光反射性，都可以使用，同理應在本發明的保護范圍之內。
[0011]在本實施例中，第一分光裝置102設置在通孔106的入光口 107 —側并覆蓋入光口 107，它透射激發光104并反射波長轉換材料103產生的受激光。在實際應用中，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光透射，而對第一角度范圍以外的其他角度入射的激發光大部分反射。具體舉例來說，第一分光裝置102對入射角小于30度的激發光全部透射，而對入射角在30-90度的激發光大部分反射，這樣，當激發光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，而當激發光104在通孔104內經過散射反射后，當散射的激發光以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，這樣就減少了通孔106內的激發光從入光口 107的泄漏，提高了激發光的利用率。
[0013]為了使入射激發光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換材料飽和甚至損壞，優選的，波長轉換裝置還包括設置于通孔的入光口的散射層(圖中未畫出)。散射層可以將激發光散射，從而比較分散的入射于波長轉換材料，降低局部的激發功率密度，以提高激發光激發波長轉換材料103的激發效率。
[0014]實現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，或者將其一個面設置為粗糙面，這樣并不增加成本且達到了設計目的。具體的，可以使用一面粗糙一面