CN114135801A - 一种反射式波长转换装置以及一种灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种反射式波长转换装置以及一种灯具，包括荧光片，所述荧光片包括第一基底和设置在第一基底表面的荧光材料，所述第一基底为片状的高反射和导热材料，还包括覆盖在荧光材料表面的漫散射片，所述漫散射片包括透明的第二基底和附着在第二基底表面的第一散射层，荧光材料和漫散射片之间设置有空气隙。本发明将荧光片与漫散射片分层设置，通过单独控制荧光材料或第一散射层的方式来控制该波长转换装置出射光的色温，荧光材料与第一散射层内的颗粒成分单一，便于控制其厚度与比例。该结构便于控制波长转化装置出射光中荧光与激光的成分，控制出射光的色温变得更简单，控制精度得到提高。

Description

一种反射式波长转换装置以及一种灯具
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体地说，涉及激光照明中的一种波长转换装置。
背景技术
激光用于照明领域的技术日趋成熟，激光照明通常采用激光发光装置激发波长转换装置产生荧光，激光与荧光一同出射形成照明所需要的白光。现有的波长转换装置在制作过程中通过控制荧光材料与白色颗粒均匀混合，并且控制两者的混合比例来控制出射光中荧光与激光的比例，达到控制色温的目的。
均匀混合即，保证单位面积内白色颗粒与荧光材料之间的比例和数量的一致，只有这样才能够保证波长转换装置出射光的颜色的一致性和均匀性。由于荧光材料与白色颗粒属于不同材料，颗粒的粒度大小也不同，在实际操作中无法将白色颗粒与荧光材料均匀的融合在一起，因此上述技术方案仅仅是理论上具有可行性，在实际操作中难以达到预期的结果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，公开了一种反射式波长转换装置的结构，通过将荧光材料与散射层分层的方式满足出射光均匀性。并且根据需求控制波长转换装置出射光的色温。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种反射式波长转换装置，包括荧光片，所述荧光片包括第一基底和设置在第一基底表面的荧光材料，所述第一基底为片状的高反射和导热材料，其特征在于：还包括覆盖在荧光材料表面的漫散射片，所述漫散射片包括透明的第二基底和附着在第二基底表面的第一散射层，荧光材料和漫散射片之间设置有空气隙。
作为上述技术方案的一种改进：所述第一散射层均匀设置在第二基底远离荧光材料的一面。
作为上述技术方案的一种改进：所述第二基底设置有第一散射层的面为第一粗糙面。
作为上述技术方案的一种改进：所述第二基底靠近荧光材料的一侧均匀设置有第二散射层。
作为上述技术方案的一种改进：所述第二基底靠近荧光材料的一面为第二粗糙面。
作为上述技术方案的一种改进：所述空气隙的厚度小于等于荧光材料的厚度。
作为上述技术方案的一种改进：所述荧光片与漫散射片之间设置有光阑片。
作为上述技术方案的一种改进：所述光阑片上至少包括一个出光口。
作为上述技术方案的一种改进：一种灯具，包括激光发光装置，激光发光装置所发出光的色温为A，还包括反射式波长转换装置，所述激光发光装置发出的激光由第二基底一侧入射于反射式波长转换装置；所述荧光材料被激光发光装置激发所发出光的色温为B，所述B＞A。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明将荧光片与漫散射片分层设置，通过单独控制荧光材料或第一散射层的方式来控制该波长转换装置出射光的色温，荧光材料与第一散射层内的颗粒成分单一，便于控制其厚度与比例。该结构便于控制波长转化装置出射光中荧光与激光的成分，控制出射光的色温变得更简单，控制精度得到提高；由于本技术方案公开了一种反射式荧光片，白色颗粒覆盖在荧光材料的表面，进入荧光材料的激光首先会被白色颗粒反射，出射光中激光成分增多，色温偏高。
漫散射片将未激发荧光材料的激光反射回荧光材料重新激发荧光材料后重新出射，波长转换装置内的激光成分减少。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是一种反射式波长转换装置的剖视图。
图2是现有的反波长转换装置的光路图。
图3是反射式波长转换装置的激光光路图。
图4是反射式波长转换装置增加第一粗糙面的剖视图。
图5是反射式波长转换装置增加第一粗糙面和第二粗糙面的剖视图。
图6是反射式波长转换装置增加光阑的剖视图。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图3所示，一种色温可控的发光装置，包括一种反射式波长转换装置和激光发光装置，一种反射式波长转换装置包括荧光片和覆盖在荧光片表面的漫散射片，激光发光装置包括发射激光110的激光二极管109，激光110激发荧光片发出荧光120。现有的荧光片包括反射式荧光片和反射式荧光片，反射式荧光片中激光110由荧光片的一侧进入荧光片内，部分进入荧光片内的激光110激发荧光材料102产生荧光120，荧光120与未激发荧光材料102的激光110由荧光片另一侧出射。本实施方式中荧光片采用反射式荧光片，该荧光片包括第一基底101和设置在第一基底101表面的荧光材料102，反射式荧光片中激光110不能够穿过荧光片，因此第一基底101为片状的高导热和高反射的材料。其次，将荧光材料102涂覆在第一基底101其中一个表面，便于控制荧光材料102的厚度和均匀程度，使激光110激发荧光材料102后出射的荧光120和未激发荧光材料102的激光110所形成的混合光的光斑更加均匀；第一基底101还可以传递激光110激发荧光材料102的过程中产生的热量，避免温度过高降低荧光120的转化率，影响出射光的色温。作为一种优选的实施方式是，第一基底101采用陶瓷。陶瓷具有高反射和高导热的特点，能够同时满足上述要求。
如图2所示，现有技术中激光激发反射式荧光片，激光110直接激发荧光材料102，一部分激发110激发荧光材料102产生的荧光120和另一部分未激发荧光材料的激光120，该部分激光与荧光被第一基底101反射后重新回到荧光材料120中，被第一基底101反射回荧光材料102内的另一部分激光120部分重新激发荧光材料102产生荧光，部分直接从荧光材料102出射，部分再次被反射回第一基底101。此时荧光120与激光120混合后从荧光片出射。为了控制该反射式波长转换装置出射的混合光的色温，本实施例在荧光120的出射方向覆盖漫散射片。
通过上述分析可知，该反射式波长转换装置中的荧光片与现有的荧光片并没有区别，若要控制该反射式波长转换装置出射光的色温，主要依靠覆盖在荧光片表面的漫散射片，本实施方式中给出漫散射片的结构包括透明的第二基底105和附着在第二基底105表面的第一散射层104，激光120首先要穿过第二基底105后到达第一散射层104，此时第一散射层104会反射部分激光120从第二基底105出射，由荧光片出射的荧光120和激光110进入漫散射片中，漫散射片对进入其中的激光110和荧光120进行了反射、折射和散射，通过上述结构来改变该反射式波长转换装置最终出射的混合光中荧光与激光的比例，改变出射光的色温。通过上述分析可知增加漫散射片后出射的混合光中激光成分增多，色温比单独激发荧光片的时候明显提高。
由于荧光120发生反射、折射和散射后不会被吸收，最终会从该反射射式波长转换装置出射，因此荧光120的光路不会对最终出射的混合光的色温产生影响，本实施例主要分析激光110。本实施例中给出的反射式波长转换装置中，最终出射的混合光中荧光和激光的比例对色温起到关键的作用。因为荧光最终都要从该反射式波长转换装置中出射，所以本实施例主要分析激光的光路图。如图3所示，激光120穿过第二基底105后到达第一散射层104，其中一部分激光直接被反射回第二基底105后出射，该部分激光为第一阶段激光111，另一部分激光穿过第一散射层104后到达荧光材料102，该部分激光为第二阶段激光112，第二阶段激光112一部分激发荧光材料102产生荧光120，另一部分并未激发荧光材料102，未激发荧光材料的激光为第三阶段激光113，第三阶段激光113与荧光120被第一基底101反射后回到荧光材料，部分第三阶段激光113重新激发荧光材料102后发出荧光120，未激发荧光材料102的第三阶段激光113为第四阶段激光114，第四阶段激光114由荧光材料102出射部分被第一散射层104反射回荧光材料102(与第二阶段激光112光路图类似，省去)，另一部分穿过第一散射层104和第二基底105出射。
综上所述，激光二极管109发出的激光110进入反射式波长转换装置后第一散射层104与第一基底101均会将部分激光反射回荧光材料102，被反射回荧光材料102的激光再次激发荧光材料102并且产生荧光120，通过上述分析可知，激光110进入如图2所示的现有的波长转化装置后出射的混合光，与如图3所示的反射式波长转换装置后出射的混合光相比，进入反射式波长转换装置出射的混合光中，激光成分增多，荧光的成分减少，色温变高。如图2和3所示，该激光发光装置为激光二极管109。激光二极管发出的激光由第二基底105一侧入射于反射式波长转换装置，然后激发该反射式波长转换装置，所发出混合光的色温为A；荧光片被该激光二极管发出的激光单独激发所发出光的色温为B，所述A＞B。
实际生产中，可以根据需要控制第一散射层104的厚度来控制反射式波长转化装置中出射的混合光的色温。第一散射层104对进入漫散射片的激光和荧光进行散射和反射，本实施方式中第一散射层104由若干白色颗粒组成，白色颗粒为氧化铝、氧化镁、氧化钛、氧化钴、氧化钡、碳酸钙、磷酸钡、硫酸钡、硅酸钙、氧化硼、硅酸锆、氧化锆、氯化锆、石英以及高白黏土中的一种或数种。当激光和荧光进入第一散射层104的时候，第一散射层104依靠白色颗粒对激光和荧光进行无规则的散射和反射，控制激光与荧光的比例，达到控制该波长转换装置色温的目的，第一散射层104反射和散射荧光和激光，经过第一散射层104散射后的荧光和激光出射后混合更加均匀、形成的光斑颜色一致性和照明效果更好。
由于荧光片出射的荧光120为朗伯发光的，光路越长荧光在第一散射层104上的光斑面积越大，根据光学扩展量守恒可知，光斑面积越大中心光强越弱，因此，一种优选的实施方式是，第一散射层104与荧光片设置荧光材料102的一面贴合，该技术方案使荧光片出射的混合光立即进入第一散射层104内，缩短了由荧光片到第一散射层104的距离，在第一散射层104上形成的光斑面积减小，中心光强增加，更符合照明需要。
本实施例中荧光片设置荧光材料102的一面与第一散射层104所指的贴合是紧密靠在一起，并不是通过粘接或其它方式连接成一个整体。一种优选的实施方式是，荧光片与第一散射层104之间设置空气隙103，即荧光材料102与第一散射层104之间设置有空气隙103。增加漫散射片的目的是为了调整反射式波长转换装置出射光的色温，如果荧光材料102与第一散射层104之间粘接(两者之间填充有介质的一种连接方式)，相当于第一散射层104与荧光材料102组成了一个整体，激光或荧光由荧光材料102进入第一散射层104如同在同一介质内传播，此时激光和荧光从第一散射层104出射到空气中，如同由折射率大的材料入射到折射率小的材料中，此时入射角较大的时候发生全反射，发生全反射则会导致激光或荧光无法直接从第一散射层104出射，激光或荧光由第一散射层104出射的过程中需要经过全反射和散射，激光或荧光在第一散射层104内发生全反射和散射后由第一散射层104出射则会增大第一散射层104出射光的发光面积，根据光学扩展量守恒可知，增大发光面积必定导致中心光强减弱。由于荧光是朗伯发光的，空气隙103过大则会造成进入第一散射层104的光斑增大，根据光学扩展量守恒可知，光斑增大，中心光强度减弱，一种优选的实施方式是，空气隙103的厚度小于等于荧光材料102的厚度，此时光斑大小控制在合理的范围内，不会影响发光装置的光照强度。由于荧光材料102与第一散射层104均由若干颗粒组成，将荧光材料102与第一散射层104放置到一起即可以形成空气隙103，无需额外的处理。
实施例2：
由于激光在第一基底201上形成的光斑面积较小，此时单位面积内的激光能量密度较大，单位面积内的荧光材料202转换激光的能力有限，因此单位面积的激光能量密度过大造成光能的浪费；其次能量密度较大的激光中心能量集中，容易烧坏荧光材料202。激光二极管出射的激光包括一个快轴和一个慢轴，激光在快轴和慢轴上的发光角度不同，因此激光在第一基底201上形成的光斑为长条形，照明领域最佳的光斑形状为圆形，长条形的光斑应用在照明领域中不是最佳选择。为了避免激光能量密度过于集中，如图4所示，所述第二基底205设置有第一散射层204的面为第一粗糙面。本实施例中第一粗糙面通过砂纸在第二基底205表面打毛的方法获得。激光照射到第一粗糙面后，相同角度的激光的角度发生改变，对准直的激光起到了散射的效果，避免激光局部能量集中导致荧光材料202的局部温度过高，影响荧光片的使用寿命。其次，将原本由第一基底201出射，并且将角度相同的激光，改变成角度不同的激光，即改变了激光的入射和出射角度，而且对穿过第二基底205的激光进行整形，增大长条形光斑的宽度，使光斑近似为圆形。由于光斑宽度增加，激光激发荧光材料202的面积增大，激光在荧光材料202上的能量密度降低，荧光材料202单位面积内转换激光的效率不变的情况下增加了荧光的出射，激光利用更充分。第一粗糙面的雾度大于50％，例如60％、80％、95％，作为一种优选的实施方式，第一粗糙面的雾度为95％。雾度(haze)是偏离入射光2.5°角以上的透射光强占总透射光强的百分数，雾度越大意味着第一基底101光泽以及透明度尤其成像度下降。
其次第二基底205选用高透的材料，本实施方式选用玻璃，由于第一散射层204为白色颗粒，白色颗粒附着在玻璃表面难度较大，因此需要增加第一散射层204与第二基底205之间的接触面积，避免第一散射层204不能牢固的固定在第二基底205上，因此第二基底205靠近荧光材料202的一面为第一粗糙面，第一粗糙面增加了第二基底205与第一散射层204之间的接触面积，使第一散射层204在第二基底205上固定更加牢固；其中第一散射层204均匀设置在第一粗糙面上，保证了该反射式波长转换装置出射荧光和激光混合更加均匀、形成的光斑颜色一致性和照明效果更好；第一粗糙面不光可以增加第一散射层204与第二基底205之间的接触面积，使第一散射层204在第二基底205上固定更加牢固，还可以对该反射式波长转换装置出射的混合光所形成光斑进行整形，使该光斑更接近圆形。
实施例3：
该反射式波长转换装置出射光的色温可控的原理是，控制出射光中激光与荧光的比例，现有的技术是通过改变荧光材料302与白色颗粒的厚度来控制波长转换装置中激光和荧光的出射比例，当需要得到色温高的混合光的时候，需要通过减小荧光材料302与白色颗粒的厚度来实现，当厚度达到一定数值后，会影响激光和荧光的出射，反而得不到我们想要的效果。如图5所示，本实施方式中给出一种结构是在第二基底305靠近荧光材料302的一面设置第一散射层304，另一面设置第二散射层308。激光经过第一散射层304与第二散射层308后需要经过多次反射、折射、散射，提高了由该波长转换装置出射光中激光的成分，提高了出射光的色温，本技术方案通过增加第二散射层308的方式来控制出射光的色温，不是单纯通过增加荧光层材料302的厚度来实现预期的目的；其次，经过多次反射和散射后，出射光中激光跟荧光混合更加均匀、形成的光斑颜色一致性和照明效果更好，出射光的色温可以达到理想的要求。激光与荧光进入第二散射层308的光路与进入第一散射层304相似，本实施方式并未重复介绍。
作为一种优选的技术方案，第二基底305覆盖第一散射层304的一面设置第一粗糙面，第二基底305覆盖第二散射层308的一面设置第二粗糙面。第二粗糙面和第一粗糙面的制作方法和作用相同，此处不再重复介绍。
实施例4：
由于激光激发荧光材料402的过程中，部分大角度的激光在荧光材料402内发生折射，经过荧光材料402出射的光所形成的光斑外圈亮度较暗，效果不好。其次，材料的折射率随入射光频率的减小(或波长的增大)而减小，所以荧光与激光进入空气中会发生色散的现象。本实施方式中反射式波长转换装置出射的混合光中包括折射率不同的激光与荧光，因此该混合光出射后会发生色散，即远场形成的光斑外圈出现五颜六色的环形。本实施方式中，如图6所示，在荧光材料402与漫散射片之间增加光阑片406，光阑片406上设置有出光口407，光阑片406设置在荧光材料402与第一散射层404之间。该光阑片406用于遮挡光斑外圈较暗的区域，光斑中心亮度较高的区域由出光口407出射，光阑片406保留了中心亮度较高的区域，照明效果更好；光阑片406保留中心亮度较高的区域的同时，还遮挡了外圈五颜六色的环形光斑的区域，照明效果和一致性更好。作为一种优选的实施方式是，出光口407至少包括一个，并且可以根据需要将出光口407制作成矩形、圆形、五角星等形状，不同形状的光斑，增加装饰效果，应用更加广泛。
以上对本发明的数个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种反射式波长转换装置，包括荧光片，所述荧光片包括第一基底和设置在第一基底表面的荧光材料，所述第一基底为片状的高反射和导热材料，其特征在于：还包括覆盖在荧光材料表面的漫散射片，所述漫散射片包括透明的第二基底和附着在第二基底表面的第一散射层，荧光材料和漫散射片之间设置有空气隙。
2.根据权利要求1所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述第一散射层均匀设置在第二基底靠近荧光材料的一面。
3.根据权利要求1所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述第二基底设置有第一散射层的面为第一粗糙面。
4.根据权利要求1所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述第二基底远离荧光材料的一侧均匀设置有第二散射层。
5.据权利要求1所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述第二基底靠近荧光材料的一面为第二粗糙面。
6.根据权利要求1所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述空气隙的厚度小于等于荧光材料的厚度。
7.根据权利要求1所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述荧光片与漫散射片之间设置有光阑片。
8.根据权利要求7所述的一种反射式波长转换装置，其特征在于：所述光阑片上至少包括一个出光口。
9.一种灯具，包括激光发光装置，激光发光装置所发出光的色温为A，其特征在于：还包括权利要求1至8中任意一项所述的反射式波长转换装置，所述激光发光装置发出的激光由第二基底一侧入射于反射式波长转换装置；所述荧光材料被激光发光装置激发所发出光的色温为B，所述B＞A。
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WO2024008103A1 (zh) * 2022-07-08 2024-01-11 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种激光合光装置以及光源

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