CN104566231A - 波长转换装置和发光装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种波长转换装置和发光装置，包括腔体，该腔体的至少部分内表面为反射内表面，该反射内表面上包括波长转换层；该腔体包括入光口和出光口，入光口用于接收入射的激发光，该激发光入射于腔体后会激发其内表面上的波长转换层并使其发射受激光，该受激光最终从出光口出射；其中，入光口和出光口的面积之和小于腔体其余内表面的面积，且入光口和出光口的位置不相对。利用该波长转换装置，激发光和受激光在腔体内充分反射后出射，而且激发光不能从入光口直接投射到出光口，这样就有效保证了出光口的出光均匀性。

Description

波长转换装置和发光装置
技术领域
本发明涉及光源领域，特别是涉及一种波长转换装置和使用该波长转换装置的发光装置。
背景技术
当前，激光光源的应用已经越来越得到人们的重视。激光具有高亮度、长寿命的优点，但其光谱很窄，因此在使用中往往是利用激光激发荧光材料来形成混合发光。然而，激光的指向性过强，相干性也很强，这样就造成出射光的不均匀（包括强度不均匀和颜色不均匀）。这个问题始终没有得到很好的解决，这也制约了激光光源用于显示的前景。
发明内容
本发明提出一种波长转换装置，包括腔体，该腔体的至少部分内表面为反射内表面，该反射内表面上包括波长转换层；该腔体包括入光口和出光口，入光口用于接收入射的激发光，该激发光入射于腔体后会激发其内表面上的波长转换层并使其发射受激光，该受激光最终从出光口出射；其中，入光口和出光口的面积之和小于腔体其余内表面的面积，且入光口和出光口的位置不相对。
本发明还提出一种发光装置，包括上述的波长转换装置，还包括激发光源，激发光源发射的激发光经过入光口入射于波长转换装置的腔体内并激发波长转换层使其发射受激光，该受激光从波长转换装置的腔体的出光口出射。
利用该波长转换装置，激发光和受激光在腔体内充分反射后出射，而且激发光不能从入光口直接投射到出光口，这样就有效保证了出光口的出光均匀性。
附图说明
图1A表示了本发明的波长转换装置的实施例的结构示意图；
图1B是图1A的截面图；
图2是本发明的发光装置的实施例的结构示意图；
图3是图2实施例中的波长转换装置的放大示意图。
具体实施方式
本发明提出一种波长转换装置，其第一实施例的结构示意图如图1A所示，其截面图如图1B所示。该波长转换装置包括腔体101，该腔体101的至少部分内表面为反射内表面，该反射内表面上包括波长转换层101c。该腔体101包括入光口101a和出光口101b，入光口101a用于接收入射的激发光121，该激发光入射于腔体后会激发其内表面上的波长转换层使其发射受激光123，该受激光123最终从出光口101b出射。其中，入光口101a和出光口101b的面积之和小于腔体101其余内表面的面积，且入光口101a和出光口101b的位置不相对。
由于入光口101a和出光口101b的面积之和小于腔体101其余内表面的面积，因此激发光和受激光在腔体内部都会经过多次反射后才会大部分的从出光口101b出射，这样其出射光会非常均匀。入光口101a和出光口101b的位置不相对指的是，从入光口101a垂直于入光平面看进去不能看到出光口101b的任何一部分，反之亦然。这样从入光口101a入射的激发光就不能直接从出光口出射，这保证了出光口的出光均匀性。
出射光中包括受激光123，也可能包括剩余的激发光122。举例来说，入射的激发光为蓝光，波长转换层包括黄色波长转换材料（例如黄色荧光粉），这样受激光为黄色光，那么从腔体的出光口出射的光就是黄色受激光和剩余的蓝色激发光的混合光，为白光。当然，波长转换层也可以包括其它颜色的波长转换材料，例如红色或绿色波长转换材料；也可以包括两种颜色的波长转换材料，例如包括黄色和红色波长转换材料的混合，这样可以有效的提高出射白光的显色指数。
由于波长转换层所在的内表面为反射内表面，该反射内表面可以反射波长转换层发出的受激光以及从波长转换层透过的剩余激发光，这样能够提高发光效率。
可以理解，会有一部分受激光从入光口101a射出而造成光损失，但只要入光口101a的面积控制比较小，就可以使这种损失降低到可以承受的程度。尤其是当激发光为激光时，激光可以在入光口处汇聚的很小，这样入光口就可以很小，从入光口损失的受激光就很少。进一步的，为了减小受激光在入光口处的损失，该波长转换装置还可以包括覆盖于腔体入光口上的第一滤光片（图中未画出），该第一滤光片能够透射激发光并反射受激光，这样受激光就会被其反射回腔体内部而不会从入光口泄露出去。
为了进一步提高从出光口出射的光的均匀性，腔体的反射内表面具有散射反射的属性，这样在反射光的同时还可以对光进行散射。构成具有散射反射属性的腔体的方法有很多，其中最简单的是使用白色陶瓷材料来构成腔体。白色陶瓷材料，例如氧化铝多孔陶瓷或氧化硅多孔陶瓷，是常用的陶瓷材料，其加工工艺成熟，成本不高，且反射率可以做的很高。当然也可以使用具有反射性的金属材料来构成腔体，最常用的是金属铝，其光滑表面的反射率也很高，如果再经过镀膜其表面反射率就更好。当然也可以采用其它工艺，例如镀反射膜或喷反射材料，本发明对此不做限制。
本发明中的波长转换装置有一个特点：激发光一旦入射于腔体内部就会被“困住”从而多次的入射于波长转换层，这样在制作波长转换层时就可以做的很薄而允许部分激发光在一次入射中不被吸收，而波长转换层做的很薄的好处在于其散热效果会大大提高，波长转换层上的热量会很容易传递到腔体上，这在大功率激发光激发的应用场合会有很大的有益效果。
举例来说，如果激光只能入射于波长转换层一次并且要求其大部分被吸收而转换成受激光，例如要求吸收87.5%，这样要求波长转换层中的波长转换材料有多层，厚度为A。而在本发明的波长转换装置的腔体中，假设激发光在腔体内平均入射于波长转换层3次，那么激发光每次入射于波长转换层只需要有50%被吸收，则平均来说经过3次入射后激发光就会有87.5%被吸收而转换成受激光，剩余的12.5%则出射。而此时由于波长转换层每次只需要吸收50%的激发光，那么与每次必须吸收87.5%相比其厚度可以减少2/3，例如只需要两个甚至一个波长转换材料层（例如荧光粉层）的厚度，显然此时每一个波长转换颗粒到腔体内表面距离都大大缩短了，因此散热效果大幅度提升。目前广泛使用的荧光粉的颗粒度大致在10微米到20微米之间，因此本实施例中优选的很薄的波长转换层的厚度应不大于50微米，而若工艺控制得当，波长转换层的厚度应控制在30微米左右（例如25微米至35微米之间）。当然，此处对波长转换层厚度的举例并不构成对本发明的限制。
本发明还提出一种发光装置，其结构示意图如图2所示。该发光装置包括上述的波长转换装置，还包括激发光源211，具体来说在本实施例中该激发光源为激光光源211。激发光源211发射的激发光221经过入光口入射于波长转换装置的腔体201内并激发波长转换层使其发射受激光，该受激光从波长转换装置的腔体201的出光口出射。在本实施例中，激发光221经过收集透镜212准直，并经过反射镜213反射，然后经过聚焦透镜214聚焦后入射于波长转换装置的，这是常见的光学设计，并不构成对本发明的限制。另外，激发光源中发光体的数量，激发光源的光学结构等的改变都不影响本发明的有益效果和创造性，此处不一一赘述。
图3为图2实施例中波长转换装置的放大示意。其中，优选的，聚焦透镜314的焦点位于波长转换装置的腔体301的入光口，激发光源发射的激发光321经过聚焦透镜314后入射于腔体的入光口。这样的好处在于，一方面入光口可以做得很小（因为焦点处的光斑最小，尤其是针对激光）从而腔体内的光只有很少从入光口泄露出来，另一方面入射于腔体内的激发光会迅速扩散于腔体的内表面上，这样波长转换层上承受的激发光功率密度较小，有利于提高波长转换效率。
图3所示的波长转换装置与图1B所示的波长转换装置的不同点还在于，其腔体的内表面只有部分覆盖了波长转换层301c，具体来说就是包括有入射口的面没有波长转换层。这可以降低波长转换装置的加工难度，同时对发光效果影响不大。
图3所示的波长转换装置与图1B所示的波长转换装置的不同点还在于，该波长转换装置还包括覆盖于腔体301出光口上的第二滤光片305，该第二滤光片用于透射部分出射光并反射其余部分。例如，第二滤光片为反射型偏振片，它透射一个偏振态的光同时反射与该偏振态垂直的偏振态的光。反射光重新入射于腔体后会经过反射和散射从而消除其偏振性，再次从出光口出射时又会有部分光得以透过反射型偏振片，这样周而复始最终大部分光以偏振光的形式从反射型偏振片出射，这样就形成了偏振出射光。再例如，第二滤光片可以透射受激光同时反射激发光，这样就可以把剩余激发光反射回腔体内进行再利用从而提高了受激光的亮度，同时也保证了出射光都是受激光的单色光。再例如，第二滤光片也可以透射部分受激光的光谱同时反射其余光谱，这样可以改变出射的受激光的颜色。以上举例显然都不构成对本发明的限制。
在本发明的以上举例中，波长转换装置的腔体的截面都是矩形的，但在实际应用中，腔体截面可以是各种形状，腔体的入光口和出光口也可以是各种形状，这都不构成对本发明的限制。
以上所述仅为本发明的实施例，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 (10)

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括腔体，该腔体的至少部分内表面为反射内表面，该反射内表面上包括波长转换层；该腔体包括入光口和出光口，所述入光口用于接收入射的激发光，该激发光入射于腔体后会激发其内表面上的波长转换层并使其发射受激光，该受激光最终从出光口出射；其中，所述入光口和出光口的面积之和小于腔体其余内表面的面积，且入光口和出光口的位置不相对。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述腔体的反射内表面具有散射反射的属性。
3.根据权利要求2所述的波长转换装置，其特征在于，构成所述腔体的材料为白色陶瓷材料。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换层的平均厚度不大于50微米。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的波长转换装置，其特征在于，还包括覆盖于所述腔体入光口上的第一滤光片，该第一滤光片能够透射激发光并反射受激光。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的波长转换装置，其特征在于，还包括覆盖于所述腔体出光口上的第二滤光片，该第二滤光片用于透射部分出射光并反射其余部分。
7.根据权利要求6所述的波长转换装置，其特征在于，所述第二滤光片为反射型偏振片。
8.一种发光装置，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的波长转换装置，还包括激发光源，激发光源发射的激发光经过入光口入射于波长转换装置的腔体内并激发波长转换层使其发射受激光，该受激光从波长转换装置的腔体的出光口出射。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于，还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜的焦点位于波长转换装置的腔体的入光口，激发光源发射的激发光经过聚焦透镜后入射于腔体的入光口。
10.根据权利要求8或9所述的发光装置，其特征在于，所述激发光源为激光光源。
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