CN110837198A - 波长转换部件及激光光源 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种波长转换部件及激光光源，涉及光学设备技术领域，解决波长转换部件的热可靠性及光转换效率低的技术问题；波长转换部件包括基板，所述基板包括透射区和至少一个波长转换区，所述波长转换区固化成型有荧光层；其中，所述透射区用于透射激光，所述荧光层用于受激光激发产生荧光。本发明的波长转换部件，采用荧光层直接固化成型在波长转换区上，从而避免其他连接介质的介入，进而最大限度的保留了荧光层所具有的高耐热性，同时，由于荧光层与基板紧密贴合，使得荧光层与基板之间的热交换效率也得到了极大的保证；从而保证了波长转换部件的热稳定性及光转化效率。

Description

波长转换部件及激光光源
技术领域
本发明涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种波长转换部件及激光光源。
背景技术
激光因为具有高亮度、单色性强、色域宽广等优点被广泛应用于投影显示设备中，而如今投影显示尺寸越来越大，对光源输出能量要求也越来越高。
激光光源目前广泛使用高能激光激发荧光粉发光；现有技术中的波长转换部件主要为荧光轮，荧光轮包括圆形基板，荧光粉通过载体固定在基板上，激光光束照射在荧光粉上实现光的转化，通常情况下荧光粉与基板之间的固定方式大致分为两种：
(1)使用硅胶作为载体将荧光粉固定在基板上；将荧光粉与硅胶进行混合，然后粘接在基板上；由于硅胶导热系数较低，且硅胶最大承受的温度较低，因此，不能满足高功率激光的使用条件；另外，由于硅胶导热系数较低，当高能量激光束照射到荧光粉上时，温度扩散较慢，造成荧光粉的温度也会越高，从而降低了光的转化效率。
(2)使用玻璃或陶瓷作为载体将荧光粉固定在基板上；将玻璃或陶瓷与荧光粉混合热熔烧结并固化成型为荧光层，然后将固定成型的荧光层采用硅胶固定在基板上；但是该荧光层的光学效率较低，另外，由于硅胶导热系数较低，当高能量激光束照射到荧光粉上时，温度扩散较慢，造成荧光粉的温度也会越高，从而降低了光的转化效率。
因此，如何提高波长转换部件的热可靠性及光转换效率成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种在热可靠性稳定、光转化效率高的波长转换部件及激光光源。
一种波长转换部件，包括基板，所述基板包括透射区和至少一个波长转换区，
所述波长转换区固化成型有荧光层；
其中，所述透射区用于透射激光，所述荧光层用于受激光激发产生荧光。
作为示例，所述固化成型包括：
荧光材料采用气相沉积工艺、键合工艺、烧结工艺中的任意一种方式固化在所述波长转换区形成荧光层。
作为示例，所述基板构造为圆盘状结构，所述荧光层位于所述基板的第一板面上；
其中，所述基板的材质为金属、单晶硅、二氧化硅中的任意一种。
作为示例，所述波长转换部件还包括导热板，所述导热板设置在所述基板的第二板面上，用于对所述基板的热量进行传导；
其中，所述第二板面为与所述第一板面相背离的面。
作为示例，所述基板的第二板面上镀有导热膜层，用于对所述基板的热量进行传导；
所述导热膜层的材质包括：氮化铝、氧化铍中的任意一种。
作为示例，所述基板的透射区的第一板面上或所述基板的第二板面上具有激光增透膜层；
其中，所述激光增透膜层用于加强透射光谱范围为420nm-470nm光线，所述第二板面为与所述第一板面相背离的面。
作为示例，所述基板包括荧光反射膜层，所述荧光反射膜层位于所述转换区的荧光层与所述基板的第一板面之间；
其中，所述荧光反射膜层用于反射光谱范围为500nm-670nm的光线。
作为示例，所述基板的波长转换区的第二板面上具有高反膜层；
其中，所述高反膜层用于反射光谱范围为420nm-670nm的光线。
作为示例，所述基板的波长转换区的第二板面上具有荧光反射膜层；
其中，所述荧光反射膜层用于反射光谱范围为500nm-670nm的光线。
一种激光光源，包括激光器阵列、透镜组件及上述任意一种所述的波长转换部件；
其中，所述激光器阵列用于发射激光光束；
所述透镜组件用于将所述激光器阵列的激光光束进行调整并射向所述波长转换部件。
本发明实施例的的有益效果在于：
本发明实施例的波长转换部件，采用荧光层直接固化成型在波长转换区上，从而避免其他连接介质的介入，进而最大限度的保留了荧光层所具有的高耐热性，同时，由于荧光层与基板紧密贴合，使得荧光层与基板之间的热交换效率也得到了极大的保证；从而保证了波长转换部件的热稳定性及光转化效率。
附图说明
图1为本发明波长转换部件的基板的结构示意图；
图2为本发明实施例一的波长转换部件的截面结构示意图；
图3为本发明实施例二的波长转换部件的截面结构示意图；
图4为本发明实施例三的激光光源的结构示意图；
图5为本发明实施例四的激光光源的结构示意图。
附图标记：
1-波长转换部件；10-基板；101-波长转换区；102-透射区；11-荧光层；12-导热板；13-激光增透膜层；14-荧光反射膜层；15-高反膜层；2-驱动部件；3a，3b，3c-透镜组件；4a，4b-二向色镜；5-聚焦透镜；6-光棒；7-激光器阵列。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合说明书附图对本发明实施例进行详细的描述。
如图1至图3所示，本发明实施提供了一种波长转换部件1，包括基板10，基板10包括透射区102和至少一个波长转换区101，波长转换区101固化成型有荧光层11；其中，透射区102用于透射激光，荧光层11用于受激光激发产生荧光。本发明实施例提供的波长转换部件1采用荧光层11直接固化成型在波长转换区101上，从而避免其他连接介质的介入，进而最大限度的保留了荧光层11所具有的高耐热性，同时，由于荧光层11与基板10紧密贴合，使得荧光层11与基板10之间的热交换效率也得到了极大的提高；从而保证了波长转换部件1的热稳定性及光转化效率。
具体的，在本发明提供的实施例中，固化成型包括：荧光材料采用气相沉积工艺、键合工艺、烧结工艺中的任意一种方式固化在波长转换区101形成荧光层11。其中，荧光层11的厚度小于1mm，具体的，在本发明提供的实施例中，荧光层11的厚度介于0.1mm至0.3mm之间。其中，在本实施例中，基板10的材质为氧化铝(俗称蓝宝石)，荧光材料的材质可为钇铝石榴石(YAG)、YAG的衍生荧光粉材料、结晶YAG荧光粉晶体及YAG与高导热材料混合体；当然，在其他实施例中基板10的材质还可以为金属材质(如铝、铜)或者单晶硅、玻璃等透明材质；其中，当选用氧化铝作为基板10的材质时，基板10的厚度可以小于10mm，在本发明提供的实施例中，基板10的厚度介于0.1至0.5mm之间。本领域技术人员可根据实际情况对基板10和荧光材料的材质及厚度作合理选择。
实施例一
具体的，如图1和图2所示，在本发明提供的(反射式)波长转换部件1的实施例中，基板10构造为圆盘状结构，荧光层11位于基板10的第一板面上。
进一步的，该波长转换部件1具有两个扇形的波长转换区101和一个扇形的透射区102，其中一个波长转换区101上具有扇形的黄色荧光层11，具体的，该黄色荧光层11受激光激发产生黄色荧光；另一个波长转换区101上具有扇形的绿色荧光层11，具体的，该绿色荧光层11受激光激发产生绿色荧光。其中，在其他实施例中，为了节省材料，荧光层11可以为环形结构，其中环形结构的荧光层11的中心与基板10的中心同轴设置。
驱动部件2(如电机)带动该波长转换部件1高速旋转，激光光束照射在波长转换部件1上，随着波长转换部件1的旋转，激光光束按时序照射在黄色荧光层11、绿色荧光层11和透射区102上，以产生不同波长的光束。
进一步的，由于波长转换部件1持续受高能量的激光光束的照射，为了防止局部(激发点)过热；本实施例中，在波长转换部件1还包括导热板12，导热板12设置在基板10的第二板面上，用于对基板10的热量进行传导；其中，第二板面为与第一板面相背离的面。进一步的，在本实施例中，导热板12为直径与基板10相同尺寸的圆盘状结构，另外，为了不影响激光光束穿过透射区102，导热板12具有缺口，其中，缺口的位置与透射区102的位置相对应。
进一步的，基板10的透射区102与该缺口相对应的位置设有凸起，其中，凸起的结构尺寸与导热板12的缺口的结构尺寸相同，即凸起恰好能够嵌入到缺口内。
进一步的，为了提高散热板的散热能力，本导热板12的边缘还均匀设置有多个微型的凸起；其中，凸起可以为锯齿形、扇叶形等结构形态，以使导热板12随基板10高速旋转时能够产生散热气流，以进一步提高散热性。需要注意的是，由于波长转换部件1(导热板12)的转速较高，为保证波长转换部件1稳定的工作，不能产生较大风阻，因此凸起的结构需为微型结构。
进一步的，散热板还可以为(没有缺口的)圆盘状结构，其直径小于基板10的直径，另外，散热板的边缘位于激发点处，同时散热板的边缘仍可设置微型凸起结构，以在气流的作用下高效的对激发点处的热量进行扩散。
其中，导热板12的材质可以为石墨、铝、铜等导热系数高的材料。
在其他实施例中，导热板12还可以为其他形状的结构(例如环形)，本发明对此不作限定。
另外，基板10的第二板面上还可以镀有导热膜层(图中未示出)，用于对基板10的热量进行传导；导热膜层的材质包括：氮化铝、氧化铍中的任意一种。其中，所形成的导热膜的形状可参照上述的导热板12的形状进行成型，本实施例对此不作赘述。
进一步的，如图2所示，在本实施例中，基板10的透射区102的第一板面上具有激光增透膜层13；其中，激光增透膜层用于加强透射光谱范围为420nm-470nm光线(即蓝光的光线)。具体的，激光增透膜层13的主要作用是增加照射在透射区102的激光光束的透射能力。
进一步的，为了使得受激光激发所产生的荧光被高效的反射出去，本实施例中，基板10包括荧光反射膜层14，荧光反射膜层14位于转换区的荧光层11与基板10的第一板面之间；其中，荧光反射膜层14用于反射光谱范围为500nm-670nm的光线。具体的，当激光的光束照射在荧光层11上后，会激发产生射向各个方向的荧光，荧光反射膜层14能够对荧光进行反射，从而提高了荧光的利用率，进而能够提升光的转化效率。
进一步的，基板10的波长转换区101的第二板面(基板10与导热板12之间)上具有高反膜层15；其中，高反膜层15用于反射光谱范围为420nm-670nm的光线；第二板面为与第一板面相背离的面。具体的，激光光束照射到荧光层11上后，会有一部分激光光束穿过荧光层11，为了进一步利用该激光光束，在基板10的波长转换区101的第二板面上设置高反膜层15，从而能够使得穿透荧光层11的光束能够被反射到荧光层11，对荧光层11再次激发产生荧光，从而进一步提升了光的转化效率。
实施例二
具体的，如图1和图3所示，在本发明提供的(透射式)波长转换部件1的实施例中，基板10构造为圆盘状结构，荧光层11位于基板10的第一板面上。
进一步的，该波长转换部件1具有两个扇形的波长转换区101和一个扇形的透射区102，其中一个波长转换区101上具有扇形的黄色荧光层11，具体的，该黄色荧光层11受激光激发产生黄色荧光；激光的光束另一个波长转换区101上具有扇形的绿色荧光层11，具体的，该绿色荧光层11受激光激发产生绿色荧光。其中，在其他实施例中，为了节省材料，荧光层11可以为环形结构，其中环形结构的荧光层11的中心与基板10的中心同轴设置。
其中，驱动部件2(如电机)带动该波长转换部件1高速旋转，激光光束照射在波长转换部件1上，随着波长转换部件1的旋转，激光光束按时序照射在黄色荧光层11、绿色荧光层11和透射区102上，以产生不同波长的光束。
进一步的，由于波长转换部件1持续受高能量的激光光束的照射，为了防止局部(激发点)过热；本实施例中，在波长转换部件1还包括导热板12，导热板12设置在基板10的第二板面上，用于对基板10的热量进行传导；进一步的，散热板为圆盘状结构，其直径小于基板10的直径，另外，散热板的边缘位于激发点处(并不遮挡激发点)。
进一步的，为了提高散热板的散热能力，本导热板12的边缘还均匀设置有多个微型的凸起；其中，凸起可以为锯齿形、扇叶形等结构形态，以使导热板12随基板10高速旋转时能够产生散热气流，以进一步提高散热性。
其中，导热板12的材质可以为石墨、铝、铜等导热系数高的材料。
在其他实施例中，导热板12还可以为其他形状的结构(例如环形)，本发明对此不作限定。
另外，基板10的第二板面上镀有导热膜层(图中未示出)，用于对基板10的热量进行传导；导热膜层的材质包括：氮化铝、氧化铍中的任意一种。其中，所形成的导热膜的形状可参照上述的导热板12的形状进行成型，本实施例对此不作赘述。
进一步的，如图3所示，在本实施例中，基板10的第二板面和基板10的透射区102的第一板面上均具有激光增透膜层13；其中，激光增透膜层用于加强透射光谱范围为420nm-470nm光线(即蓝光的光线)。具体的，激光增透膜层13的主要作用是增加照射在透射区102的激光光束的透射能力。
进一步的，为了使得受激光激发所产生的荧光被高效的反射出去，本实施例中，基板10的波长转换区101的第二板面上具有荧光反射膜层14；其中，荧光反射膜层14用于反射光谱范围为500nm-670nm的光线。具体的，当激光的光束照射在荧光层11上后，会激发产生射向各个方向的荧光，荧光反射膜层14能够对荧光进行反射，从而提高了荧光的利用率，进而能够提升光的转化效率。
另外，本发明实施例还提供了一种激光光源，包括激光器阵列7、透镜组件3a及上述的波长转换部件1；其中，激光器阵列7用于发射激光光束；透镜组件3a用于将激光器阵列7的激光光束进行调整并射向波长转换部件1。
具体的：
实施例三
如图4所示，在本实施例中，该波长转换部件1为实施例一种的(反射式)波长转换部件1。图4的光路中直线代表激光光束，虚线代表荧光光束(包括黄色荧光和绿色荧光)。
具体的，激光器所发出的光束为蓝光(光谱范围为420nm-470nm)，经透镜组件3a后调整为稳定的平行光，然后透过二向色镜4a射向透镜组件3b，透镜组件3b用于对激光光束进行聚焦和准直，激光光束经透镜组件3b后射向波长转换部件1。
当激光光束射向透射区102时，激光光束穿过透射区102并射向透镜组件3c，透镜组件3c用于对激光光束进行扩散和准直，然后经二向色镜4b反射至聚焦透镜5，最终向光棒6射出激光光源。
当激光光束射向波长转换区101时，激光光束射向荧光层11并激发产生荧光，在荧光反射膜层14的作用下，被反射至透镜组件3b，同时透镜组件3b对反射的荧光进行扩散和准直，然后经二向色镜4a反射至聚焦透镜5，最终向光棒6射出荧光光源。
实施例四
如图5所示，在本实施例中，该波长转换部件1为实施例一种的(透射式)波长转换部件1。图5的光路中直线代表激光光束，虚线代表荧光光束(包括黄色荧光和绿色荧光)。
具体的，激光器所发出的光束为蓝光(光谱范围为420nm-470nm)，经透镜组件3a后调整为稳定的平行光，然后射向透镜组件3b，透镜组件3b用于对激光光束进行聚焦和准直，激光光束经透镜组件3b后射向波长转换部件1。
当激光光束射向透射区102时，激光光束穿过透射区102并射向透镜组件3c，透镜组件3c用于对激光光束进行扩散和准直，然后经二向色镜4b反射至聚焦透镜5，最终向光棒6射出激光光源。
当激光光束射向波长转换区101时，激光光束射向荧光层11并激发产生荧光，在荧光反射膜层14的作用下，被反射至透镜组件3c，同时透镜组件3c对反射的荧光进行扩散和准直，然后经二向色镜4b反射至聚焦透镜5，最终向光棒6射出荧光光源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种波长转换部件，其特征在于，包括基板，所述基板包括透射区和至少一个波长转换区，
所述波长转换区固化成型有荧光层；
其中，所述透射区用于透射激光，所述荧光层用于受激光激发产生荧光。
2.根据权利要求1所述的波长转换部件，其特征在于，所述固化成型包括：
荧光材料采用气相沉积工艺、键合工艺、烧结工艺中的任意一种方式固化在所述波长转换区形成荧光层。
3.根据权利要求1所述的波长转换部件，其特征在于，所述基板构造为圆盘状结构，所述荧光层位于所述基板的第一板面上；
其中，所述基板的材质为金属、单晶硅、二氧化硅中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的波长转换部件，其特征在于，所述波长转换部件还包括导热板，所述导热板设置在所述基板的第二板面上，用于对所述基板的热量进行传导；
其中，所述第二板面为与所述第一板面相背离的面。
5.根据权利要求3所述的波长转换部件，其特征在于，所述基板的第二板面上镀有导热膜层，用于对所述基板的热量进行传导；
所述导热膜层的材质包括：氮化铝、氧化铍中的任意一种。
6.根据权利要求3所述的波长转换部件，其特征在于，所述基板的透射区的第一板面上或所述基板的第二板面上具有激光增透膜层；
其中，所述激光增透膜层用于加强透射光谱范围为420nm-470nm光线，所述第二板面为与所述第一板面相背离的面。
7.根据权利要求6所述的波长转换部件，其特征在于，所述基板包括荧光反射膜层，所述荧光反射膜层位于所述转换区的荧光层与所述基板的第一板面之间；
其中，所述荧光反射膜层用于反射光谱范围为500nm-670nm的光线。
8.根据权利要求7所述的波长转换部件，其特征在于，所述基板的波长转换区的第二板面上具有高反膜层；
其中，所述高反膜层用于反射光谱范围为420nm-670nm的光线。
9.根据权利要求6所述的波长转换部件，其特征在于，所述基板的波长转换区的第二板面上具有荧光反射膜层；
其中，所述荧光反射膜层用于反射光谱范围为500nm-670nm的光线。
10.一种激光光源，包括激光器阵列、透镜组件及如权利要求1至9中任意一项所述的波长转换部件；
其中，所述激光器阵列用于发射激光光束；
所述透镜组件用于将所述激光器阵列的激光光束进行调整并射向所述波长转换部件。
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