CN103968332A - 一种波长转换装置、发光装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种波长转换装置、发光装置及投影系统，包括波长转换层，包括相对的第一表面和第二表面，该第一表面用于接收激发光，波长转换层用于吸收该激发光以产生受激光，并将该受激光或者该受激光与激发光的混合光从第一表面和第二表面出射；与波长转换层层叠设置的散射反射基底，该散射反射基底包括用于对入射光进行散射的白色多孔陶瓷或白色散射材料，该白色散射材料为盐类或者氧化物类；散射反射基底包括面向第二表面的第三表面，散射反射基底用于将第三表面的入射光至少部分散射后全部从第三表面出射至第二表面。本发明实施例提供了一种耐高温的高反射率的反射式波长转换装置及相关发光装置、投影装置。

Description

一种波长转换装置、发光装置及投影系统

技术领域

本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种波长转换装置、发光装置及投影系统。

背景技术

利用激光或者LED等光源激发荧光粉以获得预定单色光或者多色光，是一种广泛应用于照明光源、投影显示等领域的技术方案。这种技术方案往往是利用激光或者LED出射光入射到荧光粉色轮上，以实现良好的散热。

由于反射式色轮对光的利用效率比较高，因此反射式色轮在上述方案中应用更加广泛。例如，图1为现有技术中一种反射式色轮的结构示意图，如图1所示，荧光粉层110设置在基底120上。基底120包括基板121，为了提高基底120对荧光粉层110出射光的反射率，目前的反射式色轮的基板121表面均采用镀银工艺，以对入射到其表面的光进行反射。具体地，基板121（如玻璃或铝板）表面一般会设置一层镀银层122，再镀一层透明材料（如氧化铝）膜123作为银的抗氧化保护层。镀银层122的反射面反射率极高，可以达到99%，在反射式荧光粉色轮的应用中作用重大，也可以满足一般的需求。

但是，当激发光的光功率逐渐增大时，传统反射式的色轮的出光率会大大下降。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种耐高温的高反射率的反射式波长转换装置及相关发光装置、投影系统。

本发明实施例提供了一种波长转换装置，包括：

波长转换层，包括相对的第一表面和第二表面，该第一表面用于接收激发光，波长转换层用于吸收该激发光以产生受激光，并将该受激光或者该受激光与激发光的混合光从第一表面和第二表面出射；

与波长转换层层叠设置的散射反射基底，该散射反射基底包括白色多孔陶瓷或白色散射材料，该白色散射材料为盐类或者氧化物类；白色多孔陶瓷和白色散射材料用于对入射光进行散射，散射反射基底包括面向第二表面的第三表面，散射反射基底用于将第三表面的入射光至少部分散射后全部从第三表面出射至第二表面。

优选地，波长转换装置还包括驱动装置，该驱动装置用于驱动波长转换层与散射反射基底运动，以使得激发光入射在波长转换层上的光斑沿预定路径作用于该波长转换层。

优选地，散射反射基底包括白色多孔陶瓷板。

优选地，白色多孔陶瓷板的气孔孔径小于等于1微米。

优选地，散射反射基底还包括金属板，该金属板位于白色多孔陶瓷板背向波长转换层的表面并与该表面紧密接触。

优选地，散射反射基底包括层叠设置的散射反射层和基板，散射反射层包括白色散射材料，位于基板和波长转换层之间，且固定在基板上，散射反射层面向波长转换层的表面为散射反射基底的第三表面，散射反射层用于将该第三表面的入射光全部散射并将散射后的光全部从第三表面出射。

优选地，散射反射基底包括层叠设置的散射反射层和基板；

散射反射层包括白色散射材料，位于基板和波长转换层之间，且固定在基板上，散射反射层靠近波长转换层的表面为散射反射基底的第三表面，散射反射层与该第三表面相对的表面为第四表面，散射反射层用于将该第三表面的入射光部分散射并将散射后的光从第三表面和第四表面出射，且将第三表面的入射光的剩余部分从第四表面透射；

基板为一镜面反射板，用于将从散射反射层的第四表面入射至该反射板的光反射回该第四表面。

优选地，镜面反射板的反射率为R，散射反射层用于将第三表面的入射光部分散射并将散射后的光从第三表面和第四表面出射，且散射后并从第三表面出射的光占第三表面的入射光的比例为P，且（1?R）（1?P）≤10%，其中100%≥R≥50%。

优选地，波长转换层包括第一玻璃材料和波长转换材料，散射反射层包括第二玻璃材料和白色散射材料，且第一玻璃材料的熔点低于第二玻璃材料的熔点。

优选地，波长转换层包括波长转换材料和无机粘接剂，无机粘接剂用于将波长转换材料粘接成一体。

本发明还提供了一种发光装置，该发光装置包括上述波长转换装置，波长转换装置的第一表面接收的激发光来自于第一光源。

优选地，第一光源为激光光源，该激光光源用于出射激光激发光至波长转换装置的第一表面，波长转换装置用于接收激光激发光，并将该激光激发光部分转换为受激光且将未被吸收的激光激发光散射反射，受激光与剩余部分激光激发光从第一表面出射。

优选地，发光装置还包括第二光源和合光装置；

第一光源为激光光源，用于出射第一颜色光；第二光源为激光光源，用于出射第二颜色光；第一颜色光为激发光；

合光装置包括第一区域和环绕在第一区域周围的第二区域，第一颜色光和第二颜色光从同一方向入射至合光装置的第一区域；

第一区域具有透射第一颜色光和第二颜色光的光学性质，且第二区域具有反射受激光和第二颜色光的光学性质，第一颜色光和第二颜色光被第一区域透射至波长转换装置的第一表面；或者，

第一区域具有反射第一颜色光和第二颜色光的光学性质，且第二区域具有透射受激光和第二颜色光的光学性质，第一颜色光和第二颜色光被第一区域反射至波长转换装置的第一表面；

受激光或者受激光与未被吸收的第一颜色光的混合光从第一表面出射至合光装置；波长转换装置不吸收第二颜色光，并将第二颜色光散射反射后从第一表面出射至合光装置。

优选地，发光装置还包括第二光源和合光装置；

第一光源环绕在第二光源的周围；第一光源用于出射第一颜色光；第二光源为激光光源，用于出射第二颜色光；第一颜色光为激发光；

合光装置包括第一区域和环绕在第一区域周围的第二区域，第一颜色光和第二颜色光从同一方向分别入射至合光装置的第二区域和第一区域；

第一区域具有反射第二颜色光的光学性质，且第二区域具有反射第一颜色光而透射第二颜色光和受激光的光学性质，第一颜色光和第二颜色光分别被第二区域与第一区域反射至波长转换装置的第一表面；或者，

第一区域具有透射第二颜色光的光学性质，且第二区域具有透射第一颜色光而反射第二颜色光和受激光的光学性质，第一颜色光和第二颜色光分别被第二区域与第一区域透射至波长转换装置的第一表面；

受激光或者受激光与未被吸收的第一颜色光的混合光从第一表面出射至合光装置，波长转换装置不吸收第二颜色光，并将第二颜色光散射反射后从第一表面出射至合光装置。

本发明还提供了一种投影系统，该投影系统包括上述发光装置。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例中，波长转换层第二表面的出射光入射至散射反射基底的第三表面，并被散射反射基底散射后又从第三表面返回第二波长转换层的第二表面。最终全部光都将从波长转换层的第一表面出射。散射反射代替至少部分的镜面反射，即使在高温下，镜面反射的效率下降了，白色散射材料的散射作用不会改变，散射反射基底的散射反射的效率也不会降低，因此整体的反射率也不会有较大降低，使得波长转换装置的光利用率较高。

附图说明

图1为现有技术中一种反射式色轮的结构示意图；

图2为本发明的波长转换装置的一个实施例的结构爆炸图；

图3为本发明的波长转换装置的又一个实施例的结构示意图；

图4为本发明的发光装置的一个实施例的结构示意图；

图5为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图；

图6为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现有技术中的反射式波长转换装置都包括镀有高反射层的金属板，例如镀银层或镀铝层，它们都是利用高反射层对入射光进行镜面反射来实现反射式的。例如铝反射板，它可以是抛光的铝板，为了延缓其表面的氧化“发乌”，可以在其表面镀一层透明的氧化物薄膜以隔绝空气。为了进一步提高反射率，铝反射板还可以在抛光的铝板的表面镀一层高纯度的铝膜（镀铝层），然后再镀一层透明氧化膜，此时的铝反射板的反射率可以达到90%以上。

镀有高反射层的金属板之所以应用比较广泛，是由于在镜面反射中，光线遵循反射定律，因此镜面反射在光学中对光可控制，并不会改变入射光的光分布。而对光线的控制是光学设计的本质要求，例如，在投影光源中必须控制光定向发射。另一方面，由于波长转换层在产生受激光的同时，会产生大量的热量，背板必须具有良好的导热性能，而金属板具有良好的导热能力，可以降低波长转换层的温度。

但是本发明人通过实验发现，在激发光的光功率很大的情况下，荧光粉层会有发黑的现象，同时波长转换装置的出光率会大大下降。经进一步分析发现，当激发光光功率逐渐增大时，荧光粉温度越来越高，甚至可能达到100度以上。此时镀银层在长期高温工作下会氧化发黑，导致反射率下降。虽然可以采用镀铝膜来替代镀银膜，但是镀铝膜的效率明显偏低，而且在长期高温工作下虽然不会变黑，但是会氧化而“发乌”，反射率会下降至80%以下。因此镀银层和镀铝层都容易氧化，使得对入射光的反射率下降，影响了光的利用效率。但是目前也难以找到比镀银层和镀铝层更加合适的反射材料，一般的技术工艺也难以解决氧化的问题。

本发明利用全新的思路来解决这个问题：以散射反射替代镜面反射，也就是利用散射材料（例如白色氧化物）来替代高反射层实现反射作用，避免了高反射层的氧化带来的问题，并且散射材料基本不会对入射光进行吸收，不会造成光的损失。具体来说，散射材料可以对入射光进行散射，散射后的光为朗伯分布，其中大约50%的光会沿与入射方向相反的方向传播，剩余50%的光会沿入射方向传播。但是在散射材料足够厚的情况下，入射光经过多次散射，最终会全部被反射。另外，被散射材料散射后的光为朗伯分布，与波长转换材料的出射光的分布相同，因此并不会影响波长转换装置的出射光的光分布。

下面结合附图及实施方式来对本发明的实施例进行详细分析。

图2为本发明的波长转换装置的一个实施例的结构爆炸图，如图2所示，波长转换装置包括层叠设置的波长转换层210、散射反射基底220。

波长转换层210包括相对的第一表面210a和第二表面210b，第一表面210a用以接收激发光。波长转换层210设置有波长转换材料，波长转换材料可以吸收激发光并产生受激光。受激光为朗伯分布，且会从第一表面210a和第二表面210b出射。这里的波长转换材料具体为荧光粉，在本发明其它实施方式中，波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。

在实际应用中，波长转换材料一般会用粘接剂粘接成一个整体，最常用的是硅胶粘接剂，其化学性质稳定、有较高的机械强度。但是硅胶粘接剂的可耐受温度较低，一般在300摄氏度至500摄氏度。为了应用于大功率的发光装置中，优选地，可以用无机粘接剂来将波长转换材料粘接成一个整体，例如水玻璃或者玻璃粉，以实现耐高温的反射式荧光粉轮。例如将荧光粉与玻璃粉（若温度要求低，可以使用低温玻璃粉）在一定的惰性气氛保护下熔化混合再成型。

散射反射基底220包括层叠设置的散射反射层222和基板221。散射反射层222位于基板221和波长转换层210之间。散射反射层222靠近波长转换层210的表面为第三表面222a。

散射反射层222包括盐类或者氧化物类的白色散射材料，例如硫酸钡粉末、氧化铝粉末或者氧化硅粉末等，基本上不会对光进行吸收，并且白色散射材料的性质稳定，不会在高温下氧化。

散射反射层222用于将第三表面222a的入射光全部散射并将散射后的光全部从第三表面222a出射。为此，本实施例中的散射反射层222的厚度需要足够厚，以使得在不考虑散射材料对光轻微的吸收作用所造成的损耗的情况下，从第二表面210b出射的光经散射反射层222的散射反射又全部回到了波长转换层210，最终都从波长转换层210的第一表面210a出射。

为了固定散射反射层222，散射反射基底220还设置了基板222以支撑散射反射层。但是在散射反射层自身刚性足够时(例如通过将散射材料掺杂在透明玻璃中形成的)，基板222也是可以省略的。

从上述描述可知，本实施例中的波长转换装置利用散射反射基底220的散射反射代替了传统波长转换装置的镜面反射来实现反射式散射装置，利用性质稳定的白色散射材料组成的散射反射层代替了易氧化的反射层，从而避免了反射层氧化而造成反射率的降低，提高了光的利用效率，并且该波长转换装置还可以用于超高功率的激光荧光粉等大功率发光装置中。

值得指出的是，上述层叠设置的波长转换层210和散射反射基底220之间是紧密接触的，以增强波长转换层210和散射反射基底220之间的结合力。另外，二者紧密接触可以减小光出射面与散射反射基底220之间的距离，减小光在波长转换层210中的扩散程度。类似地，对于散射反射基底220中的散射反射层222和基板221之间的关系也是如此。

当波长转换层210、散射反射层222、基板221依次层叠且紧密接触时，制造图2所示实施例中的波长转换装置可以采用以下方法：先在基板221上涂覆散射材料，这些散射材料构成了散射反射层222，再在散射反射层222上涂覆荧光粉层210。这种工艺操作简单，易于实现。散射反射层可以使用散射材料混合胶体在基板上喷涂而成，这种方式的粘接强度比较大。散射材料还可以是与水玻璃等无机胶水混合粘接在基板221上，这种方式虽然粘接性不强，但是可以耐受较高的温度。

为了提高波长转换装置的耐热性，还可以采用另外一种方法。首先将第二玻璃材料与白色散射材料的混合粉末涂覆在基板221的表面，并将该第二玻璃材料与白色散射材料的混合粉末在高于第二玻璃材料的熔点温度下烧结成型，得到散射反射层222；然后将第一玻璃材料与波长转换材料的混合粉末涂覆在散射反射层222的表面，并将该第一玻璃材料与波长转换材料的混合粉末在高于第一玻璃材料的熔点的温度下烧结成型，得到波长转换层。其中，为了防止在第一玻璃材料与波长转换材料的混合粉末的烧结过程中，散射反射层222中的第二玻璃材料熔化，第一玻璃材料的熔点要低于第二玻璃材料的熔点，此时只要烧结温度高于第一玻璃材料的熔点且低于第二玻璃材料的熔点即可。通过上述方法，可以得到包括波长转换材料和第一玻璃材料的波长转换层、包括白色散射材料和第二玻璃材料的散射反射层。由于玻璃相对于硅胶等传统的粘接剂，熔点较高，可以耐受更高温度，使得波长转换装置具有更好的耐高温性能。另外，由于是烧结成型，波长转换层与散射反射层、散射反射层与基板之间可以具有更高的结合力。

在图2所示的实施例中，为了实现对入射光的完全散射反射，散射反射层厚度必须很厚。这是由于散射材料容易发生团聚，因此散射反射层中总是存在散射很小的局部区域甚至存在针孔(pin hole)使得入射的激光可以经过很少的散射甚至没有散射（直接穿过针孔）而透过散射材料，因此必须增大散射反射层的厚度来完全杜绝针孔的出现，以实现散射反射。但是一方面，散射反射层厚度越厚，散射材料就越容易脱落，这样就使得散射反射层的制备比较困难；另一方面，散射反射层的厚度越大，波长转换层与基板之间热阻越大，波长转换层的热量就越难以传导至基板进行散失，不利于波长转换层的散热。

为了实现对入射光的完全散射同时克服上面两方面的困难，一种优选的解决方案是将图2中波长转换装置的基板221设置为镜面反射板，具体地，该镜面反射板为铝反射板。此时，散射反射层222的散射材料可以做得比较薄，只需对从第三表面222a入射的光进行部分散射，即被散射反射层222直接反射的光的比例小于1。散射后光会从第三表面222a和与该第三表面222a相对的表面222b即第四表面出射。第三表面222a的入射光中未被散射的部分会透射散射反射层222从第四表面222b出射至镜面反射板221。散射反射层222将部分散射光以散射反射的形式反射回去，而上述从第四表面222b出射的散射光剩余部分和未被散射的光都会被镜面反射板221以镜面反射形式反射回去，最终入射到散射反射基底220的光都将从第三表面222a出射。

相对于完全使用镜面反射的形式，由于大部分的光是通过散射反射的形式反射出去的，即使镜面反射板的反射率下降，也不会对整体的反射率有较大的影响。

例如，可以使用铝反射板作为镜面反射板。铝反射板的表面即使在长期高温工作下发生氧化，铝反射板的反射率降低至70～80%。在实验中，在铝反射板上设置厚度为0.22mm的某种硫酸钡散射材料层时，其中该铝反射板的反射率为80%，此时大约有90%的入射光会被散射反射层反射而大约10%的入射光会被铝反射板反射，实验测得此时的波长转换装置的效率相对于使用没有氧化的镀银基板来说只有1%至2%的轻微下降；当把该硫酸钡散射材料层的厚度减薄至0.12mm时，此时大约有75%的入射光会被散射反射层反射而大约25%的入射光会被铝反射板反射，实验测得此时的波长转换装置的效率相对于使用没有氧化的镀银基板来说有5%的下降，但是厚度降低了40%以上。实验发现，为了保持波长转换装置具有90%以上的整体反射率，要保证50%以上的入射光被散射材料层反射。实际上，散射材料层不可能做的非常地薄，对于绝大多数的散射材料层来说，都可以保证反射50%以上的反射率。

当然对于其它的镜面反射板来说，要保持波长转换装置具有90%以上的整体反射率，允许入射到镜面反射板的光占波长转换装置的总体入射光的比例也是不同，在不考虑白色散射材料对光的吸收的情况下，所有光的损失都是由镜面反射板对光的吸收引起的，因此被散射反射层反射的光所占波长转换装置的入射光的比例需要满足：（1-R）（1-P）≤10%，其中R为镜面反射板的反射率，P为被散射反射层反射的光的比例，且100%＞R≥50%。

同时，这种波长转换装置还可以降低散射反射层制备的难度，有利于波长转换层的散热。可以说，该方案兼顾了效率、散热和工艺性，是一个优选的方案。当然，铝反射板也可以用其它可以实现镜面反射的镜面反射板替代，同样可以实现类似的效果。

在实际应用中，为了实现更好的波长转换层的散热，优选的，波长转换装置还包括有驱动装置230，该驱动装置230用于驱动波长转换层210和散射反射基底220运动，以使激发光在该波长转换层210上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换层210，以避免激发光长时间作用于波长转换层210的同一位置导致的该波长转换层210局部温度过高的问题，进而提高波长转换层的散热能力，减小散射反射层带来的影响。具体地，本实施例中，驱动装置230用于驱动波长转换层210转动，以使激发光在该波长转换层210上形成的光斑沿预定的圆形路径作用于该波长转换层。优选地，散射反射基底220呈圆盘状，波长转换层210呈与该圆盘同心的环状，驱动装置230为呈圆柱形的马达，并且驱动装置230与波长转换层210、散射反射基底220同轴固定。在本发明其它实施方式中，驱动装置也可以驱动波长转换层以其它方式运动，例如水平往复运动等。

容易理解的是，上述两种改善的波长转换层的散热问题的方案是可以结合使用的，并且可以达到更好的散热效果。

从上述两个实施例可以看出，散射反射基底220将第三表面222a的入射光至少部分散射后全部从第三表面222a出射至波长转换层210，以利用散射反射至少部分替代镜面反射，可以提高光的利用效率。

在上述实施例中，尽管通过将基板设置为反射板降低了散射反射层的厚度，但是并没有彻底解决散射反射层有可能脱落的问题。图3为本发明的波长转换装置的又一实施例的结构示意图，如图3所示，与图2所示波长转换装置不同的是，为了解决这些问题，本实施例中，散射反射基底320设置为白色多孔陶瓷板。

多孔陶瓷具有化学稳定性好、密度低、强度高、无毒、耐腐蚀、耐高温等优点，可以应用于多个领域，例如可以用于催化剂载体、食品药品过滤、燃烧器、吸声材料、航空材料等。而白色多孔陶瓷还具有不吸光的特性，同时多孔陶瓷的多孔特性又可以带来对光的散射和反射。另外，多孔陶瓷板320直接与波长转换层310接触，还可以将波长转换层310的热量传导出来进行散热。

对于纯净的陶瓷来说，例如玻璃，其不会对入射光具有散射作用，而多孔陶瓷的内部具有很多气孔，气孔处的晶格的排列是不规则的，不同晶格的晶面的朝向差异较大。当光入射到气孔处的晶格会发生折射或者全反射，而入射到同一气孔处的不同晶格的光发生折射或者全反射后的方向变得不同，因此从宏观上看起来，就像是一束光在气孔处发生了散射。而当白色多孔陶瓷的厚度足够厚的时候，与前述散射反射层的作用相类似，白色多孔陶瓷可以将入射光全部反射回去。而经实验验证，白色多孔陶瓷的反射率可以高达99%。这样，白色多孔陶瓷可以直接替代图2所示实施例中的散射反射层和基底，其为一个整体，从而避免了带来的散射反射层容易从基板脱落的问题。

另外，相对于硫酸钡等散射材料，白色多孔陶瓷的散射作用更加可控，这是由于白色多孔陶瓷内的气孔可以分布比较均匀，并且大小可以通过选择工艺方法和调节工艺参数控制，而硫酸钡等散射材料很容易发生团聚而分布不均匀，使得入射光可以透过部分区域未被散射而必须设置较厚的散射材料来保证散射反射效果。因此，白色多孔陶瓷板相对于散射材料构成的散射反射层可以做的厚度更薄。

本实施例中的白色多孔陶瓷板320具体为氧化铝多孔陶瓷，其工艺比较成熟，性能比较可靠。但在本发明其它实施方式中，白色多孔陶瓷还可以是氮化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅等材质，这些材料与氧化铝多孔陶瓷一样，在实现散射反射的同时，可以耐受至少1000摄氏度以上的高温，可以在超高功率的发光装置中应用。

以白色多孔陶瓷板为散射反射基底的波长转换装置的制造方法，与前述实施例类似，可以将波长转换材料涂覆在白色多孔陶瓷板320上，以制备波长转换层310，相对于前述实施例中的波长转换装置的制造工艺，工艺大大简化了。

为了防止波长转换层310的波长转换材料或者粘接剂渗入多孔陶瓷板的气孔中，优选地，白色多孔陶瓷的气孔孔径小于等于1微米。为了实现较小的气孔孔径，可以利用溶胶凝胶法来制备白色多孔陶瓷板，这种方法制备出的白色多孔陶瓷板的气孔孔径可以在2nm至100nm之间。

但是多孔陶瓷板的问题在于导热能力不高，当激发光的功率特别高，波长转换层310的热量不容易及时导出，因而波长转换层的温度较高。另外，多孔陶瓷板位于激发光光斑处的温度很高，而周围的温度相对较低，因此多孔陶瓷板的该位置会由于热膨胀而产生一个较大的热应力，有可能造成多孔陶瓷板的开裂。因此为了降低白色多孔陶瓷板320的热应力，一种方法是可以设置金属板（图中未画出）位于白色多孔陶瓷板320背向波长转换层310的表面并与该表面紧密接触，可以加快多孔陶瓷基板320的散热，从而间接加快波长转换层310的散热，以降低其温度，使得多孔陶瓷板的热应力降低。

具体的工艺可以是，在多孔陶瓷板上用蒸发或溅射的方法镀一层焊料，如金锡焊料、金锡铜焊料等，在金属板上镀一层银，然后将多孔陶瓷板镀有焊料的一面与金属板上镀银的一面紧密贴合并压紧，然后加热使得焊料层熔化，冷却后多孔陶瓷板就与金属板焊接在了一起，同时实现了优良的热接触。当然，也可以使用导热银胶将两者直接粘接在一起。

另一方面，白色多孔陶瓷板320还可以进行减薄，以减小波长转换层310和金属板之间的热阻，加快散热。但是白色多孔陶瓷板的厚度过薄的话会导致入射到该白色多孔陶瓷板的光不能全部被反射，而有部分会透射。这时一方面可以通过在金属板表面设置反射层来对提高整体的反射率，其原理与前述散射反射层和反射板组成的散射反射基底的原理相类似。另一方面，还可以通过减小白色多孔陶瓷的气孔孔径来实现。这是由于白色多孔陶瓷的气孔孔径越小，白色多孔陶瓷的散射效果越好。

另一种降低白色多孔陶瓷的热应力的方法是，与前面波长转换装置包括散射反射层时的情况相类似，本实施例中的波长转换装置也可以设置驱动装置330来提高波长转换层的散热能力，这时热量会被激光光斑所扫过的区域均摊，而降低了波长转换装置表面的最高温度，减小了热应力。容易理解，将利用金属板散热的方法与设置驱动装置的方法可以配合使用，其散热效果更佳。

在上述实施例中的波长转换装置具有良好抗高温性能，可以用于大功率的发光装置中，并且由于散射反射基底的存在可以使得入射光可以得到充分散射而成朗伯分布，这与荧光粉的出射光的分布是相同的，因此波长转换装置应用于发光装置中还可以得到均匀的混合光。

图4为本发明的发光装置的一个实施例的结构示意图，如图4所示，发光装置包括第一光源410、合光装置420，收集透镜430、波长转换装置440。

第一光源410可以出射激光激发光L1，该激光激发光L1经合光装置420反射至波长转换装置440的第一表面441。这里的合光装置具体为反射镜，而波长转换装置440可以是前述任一实施例中的波长转换装置及其变形。波长转换装置440将激光激发光L1部分转换为受激光，将剩余部分激光激发光L1未被吸收而被散射反射，受激光与剩余部分激光激发光的混合光L2将从第一表面441出射。

由于朗伯分布的光学扩展量较大，经过一段距离后光束会扩散的比较严重而难以收集，因此本实施例中，发光装置还包括收集透镜430，该收集透镜430位于反射镜420与波长转换装置440之间的光路上，可以将波长转换装置440的出射光L2准直后出射至反射镜420。当然，在只考虑降低成本或者减小光学尺寸而不考虑光利用效率的情况下，也可以不使用收集透镜。

由于激光的光学扩展较小，光束截面积较小，反射镜420的面积较小就可以对激光进行反射，而波长转换装置420出射的混合光L2为朗伯分布，即使经过准直透镜430的准直，其截面积也较大，因此大部分的混合光L2会从反射镜420的周围区域穿过而被后续光学装置利用，而小部分会被反射镜420反射至第一光源410方向而损失。在本发明的其它实施方式中，第一光源410也可以是斜入射至波长转换装置440，这样就不需要设置反射镜420。

由于荧光粉产生的受激光是朗伯分布，而激光是高斯分布，因此在传统的波长转换装置中，激光激发光经过高反射层的镜面反射后依然是高斯分布，尽管荧光粉层对激光激发光有一定的散射作用，但是荧光粉层的散射作用不足以使得激光激发光被散射成与受激光相同的朗伯分布，因此波长转换装置出射光中的激光激发光和受激光的混合并不均匀。而本实施例中的波长转换装置由于散射反射层的存在，未被吸收的部分激光激发光会被散射反射基底散射成朗伯分布，因此其与受激光的混合较均匀。

另外，发光装置中的合光装置420还可以是带通孔的反射镜，此时激光设置为垂直于波长转换装置入射，使得激光激发光透过通孔入射至波长转换装置，而波长转换装置的出射光将大部分被反射镜的通孔周围的区域反射而被利用，小部分透射通孔至第一光源而损失掉。

本实施例发光装置可以用于白光光源中，例如，激发光为蓝光激光，波长转换装置中包括黄光荧光粉，蓝光激光可以激发黄光荧光粉而产生黄光，黄光和剩余的蓝光由于都是朗伯分布，可以混合成较均匀的白光。当然，激光光源和波长转换材料都可以根据需要进行设计，并不仅限于这里的举例。

由于黄光中的红光波段的比例一般比较低，如果直接用于投影显示中，导致投影的画面中的红光成分的亮度比例偏低，显示效果较差，因此为了提高投影系统画面质量，可以在图4所示的实施例的发光装置中进行补充红光。图5为本发明的发光装置的又一个实施例的结构示意图，如图5所示，发光装置包括第一光源510、第二光源520、滤光片530、合光装置、收集透镜560，波长转换装置560。

第一光源510可以出射第一颜色光L1，具体地，第一光源为蓝光激光光源，第一颜色光L1为蓝光激光；第二光源520可以出射第二颜色光L2，具体地，第二光源520为红光激光光源，第二颜色光L2为红光激光。

合光装置包括第一区域和环绕在第一区域周围的第二区域。在本实施例中，第一区域具体为反射镜540，第二区域为环绕在反射镜周围的区域（图中未标示）。

第一颜色光L1和第二颜色光L2可以经过滤光片530合并成同一光路并入射至反射镜540（即合光装置的第一区域）。这里滤光片530利用第一颜色光L1和第二颜色光L2的波长不同进行合光，其可以透射红光而反射蓝光。当然，第一颜色光L1和第二颜色光L2还可以用其它方式合光，例如将滤光片530替换成偏振片，而同时设置第一颜色光L1和第二颜色光L2的偏振态不同，可以分别被偏振片反射和透射；甚至发光装置还可以不设置该滤光片530以及合光装置，而使得第一颜色光L1和第二颜色光L2直接以不同角度倾斜入射到波长转换装置560的第一表面561。

第一颜色光L1和第二颜色光L2的混合光L3被反射镜540反射至波长转换装置560的第一表面561。波长转换装置560包括黄光荧光粉，可以将第一颜色光L1部分吸收并转换为受激光，该受激光为黄光，未吸收的第一颜色光L1被散射反射后与受激光一同从第一表面561出射；波长转换装置560不能吸收第二颜色光，而将其散射反射后也从第一表面561出射。

波长转换装置560的出射光L4也将经过收集透镜550的准直后，大部分穿过反射镜540周围的区域（即合光装置的第二区域），小部分被反射镜540（合光装置的第一区域）反射而损失，发光装置得到混合比较均匀的白光。

本实施例中，红光激光经过波长转换装置的波长转换层时不会被黄色荧光粉吸收，小部分被荧光粉散射后从波长转换装置的第一表面出射，而绝大部分会入射到散射反射基底，被散射反射后也最终从波长转换装置的第一表面出射，而从第一表面出射的红光激光由高斯分布被转换为朗伯分布，相对于高反射层的反射后的红光激光的近似高斯分布的光分布，其与受激光的光分布相同更接近，二者混合地更加均匀。

值得说明的是，本实施例中，发光装置出射蓝光、黄光以及红光混合而成的白光。而当发光装置需要出射黄光时，可以设置蓝光激光基本全部被波长转换装置吸收，或者合光装置的第二区域为滤光片，并使得滤光片可以透射受激光和第二颜色光而反射第一颜色光即可。

本实施例中，反射镜540可以反射第一颜色光和第二颜色光，但同时也会反射受激光，造成这部分受激光的损失。为了提高受激光的出射效率，可以用透射受激光而反射第一颜色光和第二颜色光的滤光片替代反射镜。

另外，合光装置还可以是带通孔的滤光片，通孔为合光装置的第一区域，可以透射第一颜色光和第二颜色光以及受激光，滤光片的通孔以外的区域为第二区域，可以反射受激光、第一颜色光和第二颜色光，此时第一颜色光和第二颜色光从通孔入射至波长转换装置。为了，提高受激光的利用效率，通孔还可以覆盖一滤光片，该滤光片可以透射第一颜色光和第二颜色光而反射受激光。在出射光不需要第一颜色光出射的时候，也可以设置第二区域反射受激光和第二颜色光而透射第一颜色光。

实际上，在图5所示的发光装置中，发光装置中所需要补充的红光的比例较小，并不一定要先将红光和蓝光激光进行波长合光，而可以利用其它的合光方式以节省空间。图6为本发明的发光装置又一个实施例的结构示意图，如图6所示，发光装置包括第一光源610、第二光源620、合光装置630、收集透镜640、波长转换装置650。

本实施例中的发光装置与图5所示的发光装置的不同之处在于：

（1）第一光源610为蓝光激光光源，第二光源620为红光激光光源，并且第一光源610环绕排布在第二光源620的外围。第一光源610出射的第一颜色光L1为蓝光激光，第二光源620出射的第二颜色光L2为红光激光。

（2）与第一光源610和第二光源620的排布方式相对应地，发光装置中的合光装置630包括层叠设置的反射元件632和滤光片631，反射元件632位于滤光片631的靠近波长转换装置650的表面的中间位置。反射元件632为第一区域，而滤光片631未被反射元件632覆盖的区域为第二区域。滤光片631可以反射蓝光而透射黄光和红光。第二颜色光L2入射至反射元件632并被反射元件632反射，由于需要补充的红光较少，红光激光光源中所包含的激光二极管的数量相对较少，反射元件632的面积可以相对滤光片631小很多。第一颜色光L1入射至滤光片631未被反射元件632覆盖的区域即第二区域，并被滤光片631反射。第一颜色光L1和第二颜色光L2都被合光装置630反射至收集透镜640并被聚焦至波长转换装置650的第一表面651。

与图5所示实施例中类似，蓝光激光L1会被波长转换装置650转换为朗伯分布的黄色受激光，红光激光L2会被波长转换装置650散射反射成朗伯分布，且黄色受激光和红光激光从第一表面651出射并形成均匀的混合光L3，相对于波长转换装置的基板设置有高反射层而未设置散射反射层的情况，本实施例中的波长转换装置650出射的混合光L3更加均匀。而该混合光L3大部分将从合光装置的滤光片631上未被反射元件632覆盖的区域透射，小部分被反射元件632反射而损失掉。

这里的合光装置630中的反射元件632也可以用反射红光透射黄光的滤光片代替，可以提高对黄色受激光的利用率，该滤光片还可以根据需要设计透射或者反射未被吸收的第一颜色光。另外，合光装置630也可以采用区域镀膜形式实现，但是相对于本实施例中的两个元件层叠设置（例如利用光胶进行粘接）来说，工艺更加复杂，价格更高。

当然，容易理解的是，本实施例中的合光装置632也可以用带通孔的滤光片来代替，则通孔为第一区域，可以透射第一颜色光（蓝光）、第二颜色光（红光）以及黄色受激光，该滤光片通孔以外的区域为第二区域，可以透射蓝光而反射红光和黄光。此时第一颜色光和第二颜色光设置为垂直于波长转换装置入射，且使得第二颜色光透过通孔入射至波长转换装置，而第一颜色光将透过第二区域至波长转换装置。波长转换装置的出射光将大部分被滤光片的通孔周围的区域反射而被利用，小部分透射通孔至而损失掉。类似地，通孔区域可以设置一滤光片，该滤光片可以透射第二颜色光而反射黄色受激光以提高受激光的利用率，该滤光片还可以根据需要设计透射或者反射未被吸收的第一颜色光。

值得说明的是，相对于图5所示的实施例中的发光装置，本实施例中即使有未被吸收的蓝光从波长转换装置650出射，也不能透射合光装置630出射，因此发光装置出射的是黄光。为了实现了出射白光，发光装置还可以设置一与第一光源610波长不同的蓝光光源（图中未画出）与黄光进行合光。例如蓝光光源可以设置在与第一光源610和第二光源620相对的一侧，并使得蓝光光源的出射光沿与第一颜色光L1和第二颜色光L2的入射方向相反的方向入射至分光装置的滤光片631。该滤光片631具有反射蓝光光源出射光和第一光源出射的蓝光而透射红光和黄色受激光的光学性质，从而将黄色受激光、未被吸收的红光以及蓝光光源出射光合并成同一光路出射。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明实施例还提供一种投影系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）投影技术、数码光路处理器（DLP，Digital Light Processor）投影技术。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括：

波长转换层，包括相对的第一表面和第二表面，该第一表面用于接收激发光，所述波长转换层用于吸收该激发光以产生受激光，并将该受激光或者该受激光与激发光的混合光从所述第一表面和第二表面出射；

与所述波长转换层层叠设置的散射反射基底，该散射反射基底包括白色多孔陶瓷或白色散射材料，该白色散射材料为盐类或者氧化物类；所述白色多孔陶瓷和白色散射材料用于对入射光进行散射，所述散射反射基底包括面向第二表面的第三表面，所述散射反射基底用于将所述第三表面的入射光至少部分散射后全部从所述第三表面出射至所述第二表面。

2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述波长转换装置还包括驱动装置，该驱动装置用于驱动所述波长转换层与散射反射基底运动，以使得所述激发光入射在所述波长转换层上的光斑沿预定路径作用于该波长转换层。

3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述散射反射基底包括白色多孔陶瓷板。

4.根据权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于：所述白色多孔陶瓷板的气孔孔径小于等于1微米。

5.根据权利要求3所述的波长转换装置，其特征在于：所述散射反射基底还包括金属板，该金属板位于所述白色多孔陶瓷板背向所述波长转换层的表面并与该表面紧密接触。

6.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述散射反射基底包括层叠设置的散射反射层和基板，所述散射反射层包括白色散射材料，位于所述基板和波长转换层之间，且固定在所述基板上，所述散射反射层面向所述波长转换层的表面为所述散射反射基底的第三表面，所述散射反射层用于将该第三表面的入射光全部散射并将散射后的光全部从所述第三表面出射。

7.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述散射反射基底包括层叠设置的散射反射层和基板；

所述散射反射层包括白色散射材料，位于所述基板和波长转换层之间，且固定在所述基板上，所述散射反射层靠近所述波长转换层的表面为所述散射反射基底的第三表面，所述散射反射层与该第三表面相对的表面为第四表面，所述散射反射层用于将该第三表面的入射光部分散射并将散射后的光从所述第三表面和第四表面出射，且将所述第三表面的入射光的剩余部分从所述第四表面透射；

所述基板为一镜面反射板，用于将从所述散射反射层的第四表面入射至该反射板的光反射回该第四表面。

8.根据权利要求7所述的波长转换装置，其特征在于：所述镜面反射板的反射率为R，所述散射反射层用于将所述第三表面的入射光部分散射并将散射后的光从所述第三表面和第四表面出射，且散射后并从所述第三表面出射的光占所述第三表面的入射光的比例为P，且（1-R）（1-P）≤10%，其中100%＞R≥50%。

9.根据权利要求6或者7所述的波长转换装置，其特征在于：所述波长转换层包括第一玻璃材料和波长转换材料，所述散射反射层包括第二玻璃材料和白色散射材料，且所述第一玻璃材料的熔点低于所述第二玻璃材料的熔点。

10.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于：所述波长转换层包括波长转换材料和无机粘接剂，所述无机粘接剂用于将所述波长转换材料粘接成一体。

11.一种发光装置，其特征在于，包括第一光源和如权利要求1至10任一项所述的波长转换装置，所述波长转换装置的第一表面接收的所述激发光来自于第一光源。

12.根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述第一光源为激光光源，该激光光源用于出射激光激发光至所述波长转换装置的第一表面，所述波长转换装置用于接收所述激光激发光，并将该激光激发光部分转换为受激光且将未被吸收的激光激发光散射反射，所述受激光与所述剩余部分激光激发光从所述第一表面出射。

13.根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括第二光源和合光装置；

所述第一光源为激光光源，用于出射第一颜色光；所述第二光源为激光光源，用于出射第二颜色光；所述第一颜色光为所述激发光；

所述合光装置包括第一区域和环绕在第一区域周围的第二区域，所述第一颜色光和第二颜色光从同一方向入射至所述合光装置的第一区域；

所述第一区域具有透射第一颜色光和第二颜色光的光学性质，且所述第二区域具有反射所述受激光和第二颜色光的光学性质，所述第一颜色光和第二颜色光被第一区域透射至所述波长转换装置的第一表面；或者，

所述第一区域具有反射第一颜色光和第二颜色光的光学性质，且所述第二区域具有透射所述受激光和第二颜色光的光学性质，所述第一颜色光和第二颜色光被第一区域反射至所述波长转换装置的第一表面；

所述受激光或者受激光与未被吸收的第一颜色光的混合光从所述第一表面出射至所述合光装置；所述波长转换装置不吸收所述第二颜色光，并将所述第二颜色光散射反射后从所述第一表面出射至所述合光装置。

14.根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，发光装置还包括第二光源和合光装置；

所述第一光源环绕在所述第二光源的周围；所述第一光源用于出射第一颜色光；所述第二光源为激光光源，用于出射第二颜色光；所述第一颜色光为所述激发光；

所述合光装置包括第一区域和环绕在所述第一区域周围的第二区域，所述第一颜色光和第二颜色光从同一方向分别入射至所述合光装置的第二区域和第一区域；

所述第一区域具有反射第二颜色光的光学性质，且所述第二区域具有反射第一颜色光而透射第二颜色光和受激光的光学性质，所述第一颜色光和第二颜色光分别被第二区域与第一区域反射至所述波长转换装置的第一表面；或者，

所述第一区域具有透射第二颜色光的光学性质，且所述第二区域具有透射第一颜色光而反射第二颜色光和受激光的光学性质，所述第一颜色光和第二颜色光分别被第二区域与第一区域透射至所述波长转换装置的第一表面；

所述受激光或者受激光与未被吸收的第一颜色光的混合光从所述第一表面出射至所述合光装置，所述波长转换装置不吸收所述第二颜色光，并将所述第二颜色光散射反射后从所述第一表面出射至所述合光装置。

15.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求11至14任一项所述的发光装置。