CN115173218A - 一种透射式激光照明系统 - Google Patents

一种透射式激光照明系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115173218A
CN115173218A CN202210768470.7A CN202210768470A CN115173218A CN 115173218 A CN115173218 A CN 115173218A CN 202210768470 A CN202210768470 A CN 202210768470A CN 115173218 A CN115173218 A CN 115173218A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
fluorescent
laser
transparent ceramic
transparent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210768470.7A
Other languages
English (en)
Inventor
张乐
康健
陈东顺
陈士卫
贺凌晨
陈浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Xiyi High Tech Materials Industry Technology Research Institute Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Xiyi High Tech Materials Industry Technology Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Xiyi High Tech Materials Industry Technology Research Institute Co ltd filed Critical Jiangsu Xiyi High Tech Materials Industry Technology Research Institute Co ltd
Priority to CN202210768470.7A priority Critical patent/CN115173218A/zh
Publication of CN115173218A publication Critical patent/CN115173218A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02315—Support members, e.g. bases or carriers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开的一种透射式激光照明系统，涉及激光照明技术领域。该系统包括依次设置的蓝光激光器、陶瓷组合件、透镜以及散热基底，散热基底分别与蓝光激光器和透明陶瓷片连接；陶瓷组合件包括用于导热的透明陶瓷片以及用于吸收蓝光转换发出黄光的荧光陶瓷片，透明陶瓷片为YAG或LuAG体系，荧光陶瓷片为Ce掺杂的Al2O3‑YAG或Al2O3‑LuAG体系，荧光陶瓷片与透明陶瓷片通过凝胶注模和真空烧结组合在一起。本发明在荧光陶瓷周围烧制透明陶瓷，导热系数和膨胀系数与荧光陶瓷一致，因此在降低发光面积基础上，同样实现了优异的散热性能，运行稳定性更好，光学扩展量更低，亮度更高。

Description

一种透射式激光照明系统
技术领域
本发明涉及激光照明技术领域，具体涉及一种透射式激光照明系统。
背景技术
激光照明是继白光发光二极管(Light-emitting-diode,LED)照明技术之后的下一代照明技术，具环保节能、高光效、高效率、体积小等显著优点。在远超LED功率密度(>10W/mm2)的激发下，激光对光转换材料的服役稳定性和发光稳定性提出了新的要求。相比目前广泛使用的荧光粉体，有且只有荧光陶瓷具有高的热导率，并可通过Al2O3掺杂进一步提升热导率，这是荧光陶瓷第一个显著优势。荧光陶瓷允许通过离子掺杂、微结构设计(如孔隙、第二相、晶粒尺寸)、改变厚度和表面状态等手段实现不同应用场景下性能的调控。这是荧光陶瓷区别荧光粉的第二个显著优势。因此，具有高导热系数、良好热猝灭性能的Al2O3-Ce:YAG荧光陶瓷是最有前景的激光照明用荧光转换材料。
激光照明追求高功率、高亮度，因此发光元件的面积要尽可能小。在封装形式上，荧光陶瓷的封装是大家忽略的，也是最关键的一环。目前小尺寸Al2O3-Ce:YAG荧光陶瓷的封装方式及优缺点如下：
1.硅胶+白胶：荧光陶瓷的四周涂覆白胶，并与蓝宝石基底进行贴合。应用场景主要为激光大灯。这种采用蓝宝石基底的方案，具有高的发光效率。然而，荧光陶瓷产生的热量首先通过硅胶，随后才能进入散热基底。硅胶的热导率较差，不能够及时散热基底中，只适用蓝光功率3.0～5.0W。
2.机械固定：荧光陶瓷四周与散热基底接触。应用场景主要为激光手电。这种方案散热性能较好。为实现稳定固定和增加接触面积，当前设计中增大了荧光陶瓷的尺寸(约
Figure BDA0003726526110000011
)，亮度下降幅度很大。
3.焊料焊接：陶瓷底面与散热基底接触。应用场景主要为激光投影仪。这种散热性能最好，然而，焊接的封装形式意味着荧光陶瓷只能应用于反射式照明系统；且照明系统中存在明显的蓝色光斑，不能用于一般照明。
另外，在陶瓷结构设计上，中国发明专利CN113024253A公开了一种用于激光照明的高显色性包边复合结构波长转换陶瓷及其制备方法，将荧光陶瓷应用于反射式照明系统，红光与黄光中心部激发后产生的黄光以及陶瓷表面反射的蓝光混合，提高光源显色性。中国发明专利CN111285680A公开了用于激光照明的包边复合结构荧光陶瓷及制备方法，其采用非发光元件与发光中心圆部激发后产生的黄光混合，来消除荧光陶瓷周边黄光圈现象。以上两个专利也存在一些共性问题：
1.均适合反射式照明系统，若用于透射式照明系统，两种材料的种类、结构、尺寸尚需进一步优化。
2.设计方案都增大了陶瓷的发光面积，不利于获得高亮度光源。
3.没有对荧光陶瓷的封装提出进一步的设计。
4.包边陶瓷的组合方式上存在重大隐患。两类陶瓷分开制备，随后组合在一起，中间接触面存在大量空气，极不利于陶瓷的散热，严重影响陶瓷发光，甚至死灯。
因此，需要一种既不增加荧光陶瓷的发光面积，又能够实现优异散热性能的激光照明结构和系统。
发明内容
鉴于此，本发明公开了一种透射式激光照明系统，能有效提高荧光材料的运行稳定性，并显著提升光源的光源效率。
根据本发明的目的提出的一种透射式激光照明系统，包括依次设置的用于发射激光的蓝光激光器、陶瓷组合件、用于汇聚蓝光和黄光的透镜以及设置于整个系统外、用于系统散热的散热基底，所述散热基底分别与蓝光激光器和透明陶瓷片连接；所述陶瓷组合件包括用于导热的透明陶瓷片以及用于吸收蓝光转换发出黄光的荧光陶瓷片，所述透明陶瓷片为YAG或LuAG体系，所述荧光陶瓷片为Ce掺杂的Al2O3-YAG或Al2O3-LuAG体系，所述荧光陶瓷片与透明陶瓷片通过凝胶注模和真空烧结组合在一起。
优选的，所述荧光陶瓷片厚度为0.1～0.2mm，半径为1.0～2.0mm；透明陶瓷片厚度为0.2～0.4mm，半径为4.0～6.0mm，在555nm的直线透过率为79.0～81.0％；所述荧光陶瓷片设置于透明陶瓷片中部成型的凹槽内。
优选的，所述凝胶注模采用的体系为PIBM或AM体系。
优选的，所述蓝光激光器的输出波长为450nm，蓝光输出功率为5.0～10.0W，经透镜出射的光束，发光效率为155～220lm/W，光通量为1100～1550lm。
优选的，所述散热基底为金属铝或紫铜。
优选的，所述透镜为非球面透镜或菲涅尔透镜。
优选的，所述陶瓷组合件制备步骤包括：
步骤一：根据透明陶瓷片的尺寸设计模具，将透明陶瓷浆料导入模具中，静置2.0～10.0h，形成素坯。
步骤二：将荧光陶瓷浆料导入透明陶瓷素坯中，静置2.0～10.0h。
步骤三：排胶，排胶温度800～900℃，时间12.0～24.0h。
步骤四：真空烧结，烧结温度1780～1820℃，时间12.0～24.0h。
与现有技术相比，本发明公开的一种透射式激光照明系统的优点是：
(1)本发明在荧光陶瓷周围烧制不发光、高导热的透明陶瓷，导热系数和膨胀系数与荧光陶瓷一致，因此在降低发光面积基础上，同样实现了优异的散热性能，运行稳定性更好。
(2)本发明中荧光陶瓷的尺寸在2.0mm以下，发光面积小，光学扩展量更低，亮度更高。
(3)本发明采用蓝光激光器、荧光材料、透镜元件一体化封装，减少照明系统中的散热元件和光整形元件，集成化更高。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明公开的一种透射式激光照明系统示意图。
图2为本发明公开的一种透射式激光照明系统光路图。
图中：1-蓝光激光器；2-散热基底；3-荧光陶瓷片；4-透明陶瓷片；5-透镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图2示出了本发明较佳的实施例，对其进行了详细的剖析。
实施例1
如图1所示的一种透射式激光照明系统，包括蓝光激光器1、透镜5、散热基底2以及陶瓷组合件。
蓝光激光器1用于发射激光，输出波长为450nm，蓝光输出功率为5.0W。
透镜5为非球面透镜，用于汇聚蓝光和黄光。
散热基底2为金属铝，设置于整个系统外、用于系统散热。散热基底2分别与蓝光激光器1和透明陶瓷片4连接。
陶瓷组合件包括用于吸收蓝光转换发出黄光的荧光陶瓷片4以及用于导热、以实现优异的散热性能的透明陶瓷片5。荧光陶瓷片4为圆形中心部，透明陶瓷片5为环形包边部和底部，荧光陶瓷片3设置于透明陶瓷片4中部成型的凹槽内，透明陶瓷片4设于荧光陶瓷片3周围。荧光陶瓷片3与透明陶瓷片4通过凝胶注模和真空烧结组合在一起，形成陶瓷组合件。凝胶注模采用的体系为PIBM体系。荧光陶瓷片3为Ce掺杂的Al2O3-YAG体系，厚度为0.1mm，半径为1.0mm。透明陶瓷片4为YAG体系，厚度为0.2mm，半径为4.0mm，在555nm的直线透过率为79.0％。
陶瓷组合件制备步骤包括：
步骤一：根据透明陶瓷片4的尺寸设计模具，将透明陶瓷浆料导入模具中，静置2.0h，形成素坯。
步骤二：将荧光陶瓷浆料导入透明陶瓷素坯中，静置2.0h。
步骤三：排胶，排胶温度800℃，时间12.0h。
步骤四：真空烧结，烧结温度1780℃，时间12.0h。
如图2所示，蓝光激光器1的输出波长为450nm，蓝光输出功率为5.0W，发射的激光透过透明陶瓷片4到达荧光陶瓷片3，荧光陶瓷片3吸收蓝光转换发出黄光透射至透镜5，透镜5汇聚蓝光和黄光后出射，经透镜5出射的光束，发光效率为220lm/W，光通量为1100lm。
实施例2
如图1所示的一种透射式激光照明系统，包括蓝光激光器1、透镜5、散热基底2以及陶瓷组合件。
蓝光激光器1用于发射激光，输出波长为450nm，蓝光输出功率为10.0W。
透镜5为菲涅尔透镜，用于汇聚蓝光和黄光。
散热基底2为紫铜，设置于整个系统外、用于系统散热。散热基底2分别与蓝光激光器1和透明陶瓷片4连接。
陶瓷组合件包括用于吸收蓝光转换发出黄光的荧光陶瓷片4以及用于导热、以实现优异的散热性能的透明陶瓷片5。荧光陶瓷片4为圆形中心部，透明陶瓷片5为环形包边部和底部，荧光陶瓷片3设置于透明陶瓷片4中部成型的凹槽内，透明陶瓷片4设于荧光陶瓷片3周围。荧光陶瓷片3与透明陶瓷片4通过凝胶注模和真空烧结组合在一起，形成陶瓷组合件。凝胶注模采用的体系为AM体系。荧光陶瓷片3为Ce掺杂的Al2O3-LuAG体系，厚度为0.2mm，半径为2.0mm。透明陶瓷片4为LuAG体系，厚度为0.4mm，半径为6.0mm，在555nm的直线透过率为81.0％。
陶瓷组合件制备步骤包括：
步骤一：根据透明陶瓷片4的尺寸设计模具，将透明陶瓷浆料导入模具中，静置10.0h，形成素坯。
步骤二：将荧光陶瓷浆料导入透明陶瓷素坯中，静置10.0h。
步骤三：排胶，排胶温度900℃，时间24.0h。
步骤四：真空烧结，烧结温度1820℃，时间24.0h。
如图2所示，蓝光激光器1的输出波长为450nm，蓝光输出功率为10.0W，发射的激光透过透明陶瓷片4到达荧光陶瓷片3，荧光陶瓷片3吸收蓝光转换发出黄光透射至透镜5，透镜5汇聚蓝光和黄光后出射，经透镜5出射的光束，发光效率为155lm/W，光通量为1550lm。相比实施例1，由于激光的功率太高，本发明的冷却装置的效能下降，陶瓷稳定性略微下降，发光效率下降。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种透射式激光照明系统，其特征在于，包括依次设置的用于发射激光的蓝光激光器(1)、陶瓷组合件、用于汇聚蓝光和黄光的透镜(5)以及设置于整个系统外、用于系统散热的散热基底(2)，所述散热基底(2)分别与蓝光激光器(1)和透明陶瓷片(4)连接；所述陶瓷组合件包括用于导热的透明陶瓷片(4)以及用于吸收蓝光转换发出黄光的荧光陶瓷片(3)，所述透明陶瓷片(4)为YAG或LuAG体系，所述荧光陶瓷片(3)为Ce掺杂的Al2O3-YAG或Al2O3-LuAG体系，所述荧光陶瓷片(3)与透明陶瓷片(4)通过凝胶注模和真空烧结组合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种透射式激光照明系统，其特征在于，所述荧光陶瓷片(3)厚度为0.1～0.2mm，半径为1.0～2.0mm；透明陶瓷片(4)厚度为0.2～0.4mm，半径为4.0～6.0mm，在555nm的直线透过率为79.0～81.0％；所述荧光陶瓷片(3)设置于透明陶瓷片(4)中部成型的凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种透射式激光照明系统，其特征在于，所述凝胶注模采用的体系为PIBM或AM体系。
4.根据权利要求1所述的一种透射式激光照明系统，其特征在于，所述蓝光激光器(1)的输出波长为450nm，蓝光输出功率为5.0～10.0W，经透镜(5)出射的光束，发光效率为155～220lm/W，光通量为1100～1550lm。
5.根据权利要求1所述的一种透射式激光照明系统，其特征在于，所述散热基底(2)为金属铝或紫铜。
6.根据权利要求1所述的一种透射式激光照明系统，其特征在于，所述透镜(5)为非球面透镜或菲涅尔透镜。
7.根据权利要求1所述的一种透射式激光照明系统，其特征在于，所述陶瓷组合件的制备步骤包括：
步骤一：根据透明陶瓷片(4)的尺寸设计模具，将透明陶瓷浆料导入模具中，静置2.0～10.0h，形成素坯；
步骤二：将荧光陶瓷浆料导入透明陶瓷素坯中，静置2.0～10.0h；
步骤三：排胶，排胶温度800～900℃，时间12.0～24.0h；
步骤四：真空烧结，烧结温度1780～1820℃，时间12.0～24.0h。
CN202210768470.7A 2022-07-01 2022-07-01 一种透射式激光照明系统 Pending CN115173218A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210768470.7A CN115173218A (zh) 2022-07-01 2022-07-01 一种透射式激光照明系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210768470.7A CN115173218A (zh) 2022-07-01 2022-07-01 一种透射式激光照明系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115173218A true CN115173218A (zh) 2022-10-11

Family

ID=83488787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210768470.7A Pending CN115173218A (zh) 2022-07-01 2022-07-01 一种透射式激光照明系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115173218A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116217218A (zh) * 2022-11-29 2023-06-06 江苏锡沂高新材料产业技术研究院有限公司 一种复合结构荧光陶瓷及制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116217218A (zh) * 2022-11-29 2023-06-06 江苏锡沂高新材料产业技术研究院有限公司 一种复合结构荧光陶瓷及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8378563B2 (en) Apparatus, method to change light source color temperature with reduced optical filtering losses
RU2636410C2 (ru) Светоизлучающий прибор
US9217544B2 (en) LED based pedestal-type lighting structure
JP6396419B2 (ja) 波長変換素子を有する発光装置
JP5226077B2 (ja) 発光モジュール、発光モジュールの製造方法、および灯具ユニット
JP5301613B2 (ja) 固体発光体およびダウンコンバージョン材料を用いる高効率光源
US9312451B2 (en) Apparatus, method to enhance color contrast in phosphor-based solid state lights
US9444217B2 (en) Laser light source device
US20180158995A1 (en) Wavelength coinventor, fluorescent color wheel, and light-emitting device
US20140003074A1 (en) Wavelength conversion member and method for manufacturing the same, and light-emitting device, illuminating device, and headlight
US10443800B2 (en) Laser-based light source with heat conducting outcoupling dome
JP6588564B2 (ja) 高輝度発光装置
US20130114250A1 (en) Led integrated packaging light source module
WO2005078338A1 (en) A utility lamp
CN105829797B (zh) 发光设备
CN115173218A (zh) 一种透射式激光照明系统
CN107210349A (zh) 发光装置
US20160254423A1 (en) Non-magnified led for high center-beam candle power
US20140035455A1 (en) LED Lamp With A High Color Rendering Index
CN115164129A (zh) 一种激光照明结构
US11482833B2 (en) Light emitting device
CN218582924U (zh) 一种荧光片
CN219392460U (zh) 一种投影仪led光源
CN209744109U (zh) 发光装置及灯具
US20200271299A1 (en) Light emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination