CN107525042A - 磷光板和包括该磷光板的照明装置 - Google Patents

磷光板和包括该磷光板的照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例涉及一种磷光板和包括该磷光板的照明装置，根据本发明的实施例的所述磷光板具有光入射区域和光发射区域，从光源产生的光入射到所述光入射区域上，所述光发射区域将入射光的波长转换并随后输出所述光，其中，所述光入射区域的直径与所述光发射区域的直径之比在1:3至1:9的范围内。

Description

磷光板和包括该磷光板的照明装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月22日提交的韩国专利申请No.2016-0078012的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明的实施例涉及一种磷光板和包括该磷光板的照明装置，特别涉及一种可用于车辆灯具的照明装置。
背景技术
发光元件是将电转换成光的元件。主要发光元件包括发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和激光器等。
近来，随着对高效率、低功率照明装置的需求的增加，正在进行对使用激光器、LD、高功率发光二极管等照明装置作为光源的研究。具体地，在节能成为问题的车辆领域中，试图用激光、LD或高功率发光二极管来代替用于头灯中的现有光源。
这种激光器、LD或高功率发光二极管发射波长为500mm以下的激发射线。如果人体暴露于波长为500mm以下的激发射线，则激发射线会对人体造成有害影响，诸如视觉障碍、烧伤等。因此，使用激光器、LD或高功率发光二极管作为光源的照明装置需要包括转换来自磷光体的激发射线成可见射线的转换装置，并且包含磷光体的磷光板可用作转换装置。例如，通过穿过包含磷光体的磷光板，可以将从发射有相对较窄宽度的光谱的低波长光源输出的蓝光转换为白光。
一方面，可以基于照明装置的发光面的直径来控制照明装置的性能。例如，随着照明装置的发光面的直径变小，单位面积的能量密度变得过高，并且可能损坏磷光板。另一方面，为了增加照明装置的发光面的直径，照明装置变大，因此难以使照明装置的结构小型化。
发明内容
本发明的实施例提供了一种照明装置，其包括光入射区域的直径与光发射区域的直径具有不同比率的磷光板，其中，照明装置包括所述磷光板。
根据本发明的实施例的磷光板具有光入射区域和光发射区域，从光源产生的光入射到所述光入射区域上，所述光发射区域转换入射光的波长然后输出所述光，其中，所述光入射区域的直径与所述光发射区域的直径之比在1:3至1:9的范围内。
根据本发明的实施例的照明装置包括：光源，产生激光射线；光转换单元，包括磷光板，所述磷光板具有光入射区域和光发射区域，所述激光射线入射到所述光入射区域上，所述光发射区域输出由所述激光射线激发的转换光；以及壳体，设置在所述光转换单元的前表面上，并且具有露出所述磷光板的所述光发射区域的开口，其中，所述磷光板的所述光入射区域的直径与所述磷光板的所述光发射区域的直径之比在1:3至1:9的范围内。
本发明的照明装置包括磷光板，该磷光板就光入射区域的直径和光发射区域的直径而言具有不同的比率，从而可以通过控制照明装置的光发射区域容易地调节照明装置的性能，而无需限制磷光板与光源之间的距离。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的照明装置的横截面图；
图2是示出抗反射涂层和短波滤光器的功能的曲线图；
图3是示出普通照明装置的光输出的横截面图；
图4a和图4b是示出白光基于壳体的开口的倾斜角的行进方向的横截面图；
图5a和图5b是示出入射到本发明的磷光板上的光的光入射区域的直径与磷光板的光发射区域的直径的横截面图；
图6a是示出入射到磷光板上的光的光入射区域的直径的曲线图；
图6b是示出磷光板的光发射区域的直径的曲线图；
图7是根据本发明的实施例的磷光板的制造方法的框图。
附图标记：
10:光源 20:光转换单元
21:基板 22:抗反射涂层
23:短波滤光器 24:磷光板
24a:第一磷光板 24b:第二磷光板
25:粘合层 30:壳体
30a:开口 30b:内表面
40:准直器 50:聚光单元
100:模具
具体实施方式
虽然本发明可以允许各种修改和替代实施例，但是其具体实施例通过附图中的示例的方式示出，并在下文中进行描述。然而，应当理解，这并不旨在将本发明限于所公开的特定实施例，相反，本发明旨在涵盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。
应当理解，尽管包括诸如“第一”、“第二”等序数词的术语在本文中可以用于描述各种元件，但是这些元件不限于上述术语。这些术语用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离本发明构思的教导的情况下，第二元件可以被称为第一元件，类似地，第一元件也可以被称为第二元件。术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任一和所有组合。
当元件被称为与另一元件“连接”或“耦接”时，其不仅可以直接连接或耦接到另一元件，而且可以理解，也可以存在中间元件。相反，当元件被称为与另一元件“直接连接”或“直接耦接”时，则不存在中间元件。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明的构思。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，它们指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。
除非另有定义，本文所使用的包括技术和科学术语的所有术语的含义与本发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。应进一步理解，诸如常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域的背景下的含义一致的含义，并且不应理想化或过度形式意义地解释，除非在此明确定义。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例，而且不管附图中的附图标记如何，相同或相应的元件将被分配相同的附图标记，并省略重复的描述。
以下，参照附图详细说明根据本发明的实施例的照明装置。
图1是根据本发明的实施例的照明装置的横截面图。
如图1所示，根据本发明实施例的照明装置包括：光源10；光转换单元20，被布置在从光源10输出的光的行进方向上，并转换所输出的光；以及壳体30，包括形成在磷光板24的光发射区域中的开口30a，并且调节光分布。
光源10可以产生具有450nm波段的蓝色激光。从光源10产生的光行进到光转换单元20。光转换单元20被布置在激光射线被释放的方向上，并且包括磷光板24，以便能够通过使白光与属于从光源10释放的蓝色波段的激光射线反应而将白光通过壳体的开口30a输出。
光转换单元20可以透射从光源10释放的属于蓝色波段的激光射线的一部分，并将该激光射线的其它部分转换以形成属于黄色波段的转换光。光转换单元20可以通过组合激光射线和转换光而产生白光，并且可以通过壳体30的开口30a释放该白光。
光转换单元20可以包括基板21、抗反射涂层22、短波滤光器23和磷光板24。
基板21可以包括但不限于蓝宝石。基板21可以提供辐射热量的功能，其中由从光源输出的光穿过光转换单元20产生的热量或者在操作光源10时产生的热量被传送或释放。涂覆在基板21后表面上的抗反射涂层22用于当从光源10输出的光入射到基板21上时通过防止光从基板21的表面被反射，以使得入射光的量最大化。
短波滤光器23布置在基板21的前表面上，并且该短波滤光器23用于阻挡属于特定波段的光。例如，短波滤光器23可以阻挡波长在500nm以上的光。短波滤光器23可以设置在基板21和磷光板24之间，并且可以在朝向开口30a的方向上再反射光，其中所述光是磷光板24中的转换光的一部分，并且所述光在朝向基板21而不是开口30a的方向行进。
图2是示出抗反射涂层和短波滤光器的功能的曲线图。
如图2所示，在仅包括基板(参见图1中的21)和短波滤光器(参见图1中的23)的第一实施例的情况下，阻挡具有大约在500nm至800nm之间的波段的光，并且仅透射属于其余波段的光。此外，在仅包括基板(参见图1中的21)和抗反射涂层(参见图1中的22)的第二实施例的情况下，从光源(参见图1中的10)发射的所有光被透射，具体地，由光源(参见图1中的10)产生的属于蓝色波段(350nm到500nm之间)的光的散射和反射引起的光吸收可以被最小化。
此外，在基板(参见图1中的21)、短波滤光器(参见图1中的23)和抗反射涂层(参见图1中的22)都被包括的第三实施例的情况下，阻挡具有大约在500nm到800nm之间的波段的光，同时可以提高属于蓝色波段的光的透射比。
再次参考图1，磷光板24可以设置在与壳体30接触的表面上，并且可以将所吸收的光转换成具有不同波长的光，然后可以释放该光。磷光板24将入射的激光射线转换为属于黄色波段的光，以产生转换光，并且转换光通过与穿过磷光板24的激光射线结合而形成白光。在磷光板24和短波滤光器23之间还布置有粘合层25，并且因此粘合层25可增强短波滤光器23与磷光板24之间的粘附性。
壳体30在磷光板24的光发射区域的一侧连接到光转换单元20，并且可以包括露出磷光板24的光发射区域的开口30a。也就是说，壳体30可以露出磷光板24的前表面的一部分。此外，壳体30可以配置成覆盖磷光板24的前表面的一部分。因此，从光转换单元20发射的光可以通过壳体的开口30a直接发射到外部，或者可以通过在壳体的内表面30b上被反射而发射到外部，该壳体的内表面30b倾斜以便相对于磷光板24的光发射区域具有小于90°的倾斜角θ。
图3是示出普通照明装置的光输出的横截面图。
如图3所示，在从光源(参见图1中的10)释放并入射到光转换单元20的激光射线中，属于蓝色波段并透射穿过光转换单元20的激光射线形成根据高斯分布的光分布区域a1。此外，由磷光板(参见图1中的24)转换的转换光形成根据朗伯分布的光分布区域a2。
也就是说，在根据高斯分布的属于蓝色波段的激光射线和根据朗伯分布的黄光彼此重叠的区域中形成白光，然而，在高斯分布范围之外的区域A中释放属于黄色波段的光。属于黄色波段的这种光增加了从照明装置释放的光中的颜色的总体偏差，并在白光附近产生基于黄色(yellow-based)的光。
再次参考图1，根据实施例的照明装置被配置成覆盖光转换单元20的一部分，并且壳体30与磷光板24的不是光发射区域的区域重叠，从而可以阻挡基于黄色的光。
壳体30的开口30a可以形成为下述结构：开口30a倾斜以便相对于磷光板24的光发射区域具有小于90°的倾斜角θ。壳体30的开口30a可以具有直径沿着穿过光转换单元20的光的行进方向增加的形状。也就是说，开口30a的直径可以随着与光转换单元20的距离的增加而增加。在这种情况下，开口30a的直径可以在与光转换单元20接触的部分处最小。因此，开口30a具有最小直径的部分与磷光板24的光发射区域的直径可以具有相同的尺寸。
当壳体30包括具有良好导热性的材料以用于散热，诸如Al、Cu等时，壳体30可以是散热片。在这种情况下，从光转换单元20发射的白光可以反射在内表面30b上，从而可以调节白光的进行方向。一方面，可以将反射光的金属材料或反射材料仅涂覆在壳体的内表面30b上。然而，壳体的结构不限于此。
可以基于从光转换单元20发射的白光的取向角(oriented angle)来设置倾斜角θ。
例如，从光转换单元20发射的白光的取向角在150°至170°的范围内，壳体30的开口30a的倾斜角θ可以在20°至90°的范围内°。
如果壳体30的开口30a的倾斜角θ超过90°，则壳体30的开口30a可以具有直径沿着穿过光转换单元20的光的行进方向减小的形状。因此，不希望由于壳体30而不能发射足够量的白光。此外，如果壳体30的开口30a的倾斜角θ小于20°，则从光转换单元20发射的白光不能反射在壳体30a的内表面30b上。因此，壳体30的开口30a的倾斜角θ可以在20°至90°的范围内，但不限于此。
一方面，壳体30的开口30a的倾斜角θ可以被设置为控制从光转换单元20发射的白光的平直度。
图4a和图4b是示出白光根据壳体的开口的倾斜角的行进方向的横截面图。
如图4a所示，当壳体30的开口30a的倾斜角θ为90°时，从光转换单元20发射的白光可以反射在壳体30a的内表面30b上，从而可以在开口30a内消散白光，而不是使白光发射到外部。此外，即使在壳体30的内表面30b上反射的光被发射到外部，光也不能在水平方向上直线行进。
如图4b所示，当壳体30的开口30a的倾斜角θ为60°时，从光转换单元20发射的白光可以反射在壳体30a的内表面30b上，并且反射光相比图4a所述的情况可以具有平直度。也就是说，当壳体30的开口30a的倾斜角θ变小时，可以提高从壳体的开口30a发射的白光的平直度。
然而，如上所述，当壳体30的开口30a的倾斜角θ为20°以下时，从光转换单元20发射的白光不能反射在壳体30a的内表面30b上。
因此，考虑到从光转换单元20发射的白光的取向角和平直度，壳体30的开口30a的倾斜角θ可以大于20°且小于90°。更优选地，倾斜角θ可以在20°至60°的范围内，但是该范围不限于此。
然而，尽管在图中未示出，但是在壳体的开口30a处露出的磷光板24的前表面可以由不均匀的结构形成。在这种情况下，可以通过该不均匀结构来改善光的漫射和散射效果。
包括白色硅的模具(molding)100可以布置在壳体30和短波滤光器23之间。模具100可以布置成围绕磷光板24的侧表面。模具100可以包含混合有硅树脂和TiO2的有机材料，但是材料不限于此。模具100具有可反射性，从而将发射到磷光板24的侧表面的光反射并将该光引导到壳体30的开口30a。
通常，可以基于从开口30a发射的光的直径来控制照明装置的性能。例如，随着照明装置的发光表面的直径变小，单位面积的能量密度变得太高并且磷光板24可能被损坏。另一方面，为了增大照明装置的发光表面的直径，入射到磷光板24上的光的光入射区域的直径必须变大。也就是说，由于在光转换单元20与光源10之间应该有足够的距离，所以照明装置就变得更大，因此难以使照明装置的结构小型化。
因此，根据本发明的实施例的照明装置可以基于磷光板24的厚度，控制光入射区域的直径D1与磷光板24的光发射区域的直径D2的比率(D1：D2)，其中，光入射在磷光板24上的光入射区域上。这里，彼此相对的光入射区域和光发射区域可以分别设置在磷光板24的表面上。也就是说，光入射区域可以布置在磷光板24的面对光源10的第一表面(后表面)上。此外，光发射区域可以布置在磷光板24的在第一表面相对侧处的面对开口30a的第二表面(前表面)上。此外，随着磷光板24的厚度增大，壳体30的开口30a的直径D3也变大。
图5a和图5b是示出入射到本发明的磷光板上的光的光入射区域的直径和磷光板的光发射区域的直径的横截面图。
即使入射到如图5a所示的具有第一厚度T1的第一磷光板24a上的光的光入射区域的直径D1与入射到如图5b所示的具有比第一厚度T1厚的第二厚度T2的第二磷光板24b的光的光入射区域的直径D1相同，第一磷光板24a和第二磷光板24b的光发射区域的直径D2也彼此不同。这是因为第一磷光板24a和第二磷光板24b的厚度彼此不同。
光入射区域的直径D1可以基于第一磷光板24a和第二磷光板24b之间的距离进行调整。此外，由于光发射区域的直径D2随着第一磷光板24a和第二磷光板24b的厚度增加而变大，所以可以基于磷光板24的厚度来控制光发射区域的直径D2。
在这种情况下，第一磷光板和第二磷光板的光入射区域的直径与光发射区域的直径之比可以在1:3至1:9的范围内。
具体地，根据本发明实施例的磷光板的光入射区域的直径与光发射区域的直径的比率如下表1所示。
下表1示出了基于磷光板的厚度的光入射区域与光发射区域的直径的比率。
也就是说，如下表1所示，当光入射区域的直径与光发射区域的直径之比为1:3至1:9时，此时，磷光板的厚度可以为60μm至160μm。这里，该厚度可以是磷光板的后表面(第一表面)与前表面(第二表面)之间的距离。具体地，随着磷光板24的厚度增大，光发射区域的直径相对于光入射区域的直径也增大。
【表1】
磷光板的厚度(μm) 光入射区域的直径(D1)：光发射区域的直径(D2)
60～80 1:3～1:4.5
80～100 1:4.5～1:5.5
100～120 1:5.5～1:6.5
120～140 1:6.5～1:7.5
140～160 1:7.5～1:9
图6a是示出入射到磷光板上的光的光入射区域的直径的曲线图，图6b是示出磷光板的光发射区域的直径的曲线图。图6a和6b示出厚度为60μm至80μm的磷光板24的光入射区域和光发射区域的直径。
如图6a所示，磷光板的光入射区域的直径为约80μm，如图6b所示，磷光板的光发射区域的直径为320μm，因此光入射区域的直径与光发射区域的直径之比为约1:4。
通常，为了增大从照明装置发射的光发射区域的大小，需要增大光入射区域的直径，因此需要增大光源10与磷光板24之间的距离。换句话说，照明装置变大，即难以使照明装置的结构小型化。相反，为了使照明装置小型化，如果光源10与磷光板24之间的距离减小，则入射到磷光板24上的光的光入射区域变得太窄。在这种情况下，能量集中在磷光板24上，并且磷光板24可能被损坏。
根据本发明的一个实施例是为了防止上述问题，其中由于光入射区域的直径D1与光发射区域的直径D2之比基于磷光板24的厚度而不同，所以通过控制照明装置的光发射区域，可以容易地调节照明装置的性能，而不限制磷光板24与光源10之间的距离。
再次参考图1，准直器40和聚光单元50可以进一步布置在光源10和光转换单元20之间。在这种情况下，准直器40布置成比聚光单元50更靠近光源10。
准直器40将从光源10输出的激光射线释放为平行光线，聚光单元50将通过准直器40释放的平行光线聚集。聚光单元40可以将穿过准直器40的激光射线折射，然后使得折射的激光射线入射到光转换单元20上。聚光单元50可以由聚光透镜组成，并且可以将作为平行光入射的激光向光转换单元20的中心折射，并使得激光入射到光转换单元20上。
以下将对根据本发明的实施例的磷光板的制造方法详细进行说明。
图7是根据本发明的实施例的磷光板的制造方法的框图。
如图7所示，S5制备粉末形式的磷光体。磷光体可以是黄色、绿色或红色磷光体中的一种，并且如果需要，可以是激发具有不同波长的光的两种或更多种类型的磷光体。例如，磷光体可以是选自钌铝石榴石(LuAG)类、钇铝石榴石(YAG)类、硅酸盐类、硫化物类、氮化物类的磷光体所组成的组中的任意一种磷光体，但是磷光体不限于此。
接下来，将磷光体、粘合剂等混合，S10通过将混合物放入不锈钢(SUS)模具中执行压缩成型以具有板状或饼状。粘合剂可以选自下述化合物中的至少一种，所述化合物选自正硅酸四乙酯(TEOS)、正硅酸四甲酯、正硅酸四丙酯和正硅酸四异丙酯所组成的组，但是粘合剂不限于此。粘合剂也可以混合以增强混合物的强度。
压缩成型可以在1至5吨的压力下进行1至10分钟。在压缩成型之后，可以进一步进行冷等静压制(CIP)以制造高密度模制产品。CIP是下述工艺：将模制产品布置于浸入在诸如水的液体中的弹性模具中，通过向液体施加压力使得模制产品经受从各个方向施加的压力，并且通过CIP工艺，模制产品可以被压制成致密且均匀的形状。
S15通过将压缩的混合物放入烧成炉中进行真空烧制来形成磷光板。在这种情况下，可以根据磷光体的玻璃转化温度来调节进行烧制的温度和时间。例如，真空烧制可以在1200℃至1800℃的温度和10-5的压力下进行1至20小时。
S20为了调整磷光板的厚度和表面粗糙度，可以对磷光板的表面进行抛光。此外，为了将磷光板与诸如照明装置的光学模块一起使用，可以进一步进行诸如切割(dicing)、钻孔和包装等处理。
具体地，根据本发明的磷光板24还可以包括陶瓷粉末。陶瓷粉末可以防止对磷光板24中所含的磷光体的物理和化学作用，并且使得磷光体均匀地分散在磷光板24中。陶瓷粉末可以是选自硼硅酸钠、硅酸铝、硼硅酸锌和硅酸钡钠所组成的组中至少一种类型的硅酸盐类的玻璃粉末，但陶瓷粉末不限于此。
如上所述的本发明的实施例不限于所描述的实施例和附图，并且对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的概念和范围的情况下可以对本发明进行各种替换、变型和修改。

Claims (10)

1.一种磷光板，所述磷光板具有光入射区域和光发射区域，从光源产生的光入射到所述光入射区域上，所述光发射区域转换入射光的波长然后输出光，
其中，所述光入射区域的直径与所述光发射区域的直径之比在1:3至1:9的范围内。
2.根据权利要求1所述的磷光板，其中，所述光入射区域布置在所述磷光板的第一表面上，所述光发射区域布置在所述磷光板的面对所述第一表面的第二表面上。
3.根据权利要求2所述的磷光板，其中，所述第一表面与所述第二表面之间的距离在60μm至160μm之间。
4.一种照明装置，包括：
光源，所述光源产生激光射线；
光转换单元，所述光转换单元包括磷光板，所述磷光板具有光入射区域和光发射区域，所述激光射线入射到所述光入射区域上，所述光发射区域输出由所述激光射线激发的转换光；以及
壳体，所述壳体设置在所述光转换单元的前表面上，并且具有露出所述磷光板的所述光发射区域的开口，
其中，所述磷光板的所述光入射区域的直径与所述磷光板的所述光发射区域的直径之比在1:3至1:9的范围内。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其中，所述壳体布置成覆盖所述磷光板的前表面的一部分。
6.根据权利要求4所述的照明装置，其中，所述壳体的所述开口的直径随着与所述光转换单元的距离增大而增大。
7.根据权利要求4所述的照明装置，其中，所述壳体的所述开口的最小直径与所述光发射区域的直径相同。
8.根据权利要求4所述的照明装置，其中，所述壳体的所述开口具有倾斜的结构，以便相对于所述光转换单元的所述光发射区域具有在20°到60°之间的倾斜角θ。
9.根据权利要求4所述的照明装置，其中，穿过所述光转换单元的光的取向角在150°到170°之间。
10.根据权利要求4所述的照明装置，其中，所述光转换单元还包括：
布置在所述磷光板的后表面上的基板；
布置在所述基板的前表面与所述磷光板之间的短波滤光器；以及
布置在所述基板的后表面上的抗反射涂层。
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