CN117287663A - 一种高显指激光照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种高显指激光照明系统，涉及激光照明技术领域。该照明系统包括依次设置的用于收集激光和荧光的扩散器、用于吸收蓝光激光器发出的蓝光进而产生绿光、散射红光激光器发出的红光的荧光陶瓷、用于散热的散热基底以及用于发射激光激发荧光陶瓷的蓝光激光器和红光激光器；所述扩散器设置于荧光陶瓷正上方；所述荧光陶瓷整体嵌在散热基底中，上下表面均做粗糙处理；所述散热基底顶部敞口嵌设荧光陶瓷，底部开孔；所述蓝光激光器与红光激光器对称设置于散热基底下方，两者均倾斜设置。本发明通过双激光源和荧光陶瓷实现高的显色指数，并通过设计材料和封装结构，使得光源发光均匀，并具有更高的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光照明技术领域，具体涉及一种高显指激光照明系统。
背景技术
激光照明在激光手电、激光车灯、激光显示等领域具有广泛的应用。当前，高亮度、高显指是激光光源的主要发展方向。荧光材料作为激光照明光源的核心，需具备高的热稳定性。然而，红色荧光材料本身具有更大的斯托克斯位移，造成能量损失较高，加剧了荧光材料的运行温度。此外，红色荧光材料的热稳定性太差，几乎不能直接应用于激光照明系统。因此采用单个高效率的黄绿色荧光材料配合蓝色和红色激光器是获得高显指激光光源的有效路径。
当前，采用双色激光和黄绿色荧光材料方案主要集中在激光显示领域，例如国内光峰光电公司的激光投影机。其主要的光路形式是：蓝光激光器和红光激光器光路分离，只有蓝光激光器用于激发荧光材料，获得光源中的绿光；随后，绿光经过透镜的反射与剩余蓝光和红光进行混合，形成激光显示光源。然而，这种方案对于激光照明而言较为复杂，且激光显示器件体积庞大，不适合应用在激光照明系统。
在激光照明领域，有部分文献另外采用了双色激光和黄绿色荧光材料方案，例如文献Phosphor-converted laser-diode-based white lighting module with highluminous flux and color rendering index。该文中，双色激光通过一根光纤进行传输。众所周知，光纤耦合激光器相比与空间耦合型激光器，成本要高好几个数量级；另外，这种蓝色激光和红色激光通过一根光纤传输的方案，在空间搭配上无法实现分离，相比空间耦合型激光器，灵活性反而降低了。
因此，鉴于以上问题，有必要提出一种简单高效的高显指激光照明系统，以满足激光照明科研与产业发展的迫切需求。
发明内容
鉴于此，本发明公开了一种高显指激光照明系统，通过设置双激光源和荧光陶瓷实现高的显色指数，并通过设计材料和封装结构，使得光源发光均匀，并具有更高的发光效率。
根据本发明的目的提出的一种高显指激光照明系统，包括依次设置的用于收集激光和荧光的扩散器、用于吸收蓝光激光器发出的蓝光进而产生绿光、散射红光激光器发出的红光的荧光陶瓷、用于散热的散热基底以及用于发射激光激发荧光陶瓷的蓝光激光器和红光激光器；所述扩散器设置于荧光陶瓷正上方；所述荧光陶瓷整体嵌在散热基底中，上下表面均做粗糙处理；所述散热基底顶部敞口嵌设荧光陶瓷，底部开孔；所述蓝光激光器与红光激光器对称设置于散热基底下方，两者均倾斜设置。
优选的，所述蓝光激光器输出波长445～475nm，最大功率为10.0W，光斑面积为0.785～1.0mm2；所述红光激光器的输出波长为635nm～670nm，最大功率为1.0W，光斑面积为0.785～1.0mm2；所述蓝光激光器与红光激光器距离散热基底30～50mm，倾斜30～50°。
优选的，所述荧光陶瓷为LuAG:Ce荧光陶瓷，Ce掺杂浓度为0.1～0.4at.％。
优选的，所述荧光陶瓷直径为8～10mm，厚度为0.2～0.5mm，下表面粗糙度为0.1～0.25μm，上表面粗糙度为1.49～3.0μm。
优选的，所述散热基底为紫铜，直径为15～20mm；所述散热基底底部开孔厚度为1～2mm，直径为5～6mm。
优选的，所述扩散器为反光杯或均光罩。
优选的，所述照明系统的发光效率为100～120lm/W，显色指数为70.5～81.1。
与现有技术相比，本发明公开的一种高显指激光照明系统的优点是：
(1)本发明采用双激光器分离的方式，相比双色激光光纤耦合的方案，光路更加简单，成本更低。
(2)本发明中设置红色激光器，荧光陶瓷不会产生斯托克斯位移，不存在相关的能量损失，且光源的显色指数能够接近目前报道的红色荧光材料方案。
(3)本发明通过设计YAG:Ce表面粗糙度使黄绿色荧光和入射激光充分散射、对称的激发角度使得蓝色激光和红色激光光程在荧光陶瓷中一致，使得光源发光均匀，并具有更高的发光效率。
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高显指激光照明系统的示意图。
图2为激光照明系统的光路图。
图中：1-蓝光激光器；2-红光激光器；3-荧光陶瓷；4-散热基底；5-扩散器。
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和图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所示的一种高显指激光照明系统，包括蓝光激光器1、红光激光器2、荧光陶瓷3、紫铜散热基底4以及反光杯。
其中，蓝光激光器1与红光激光器2对称设置于紫铜散热基底4下方，距离紫铜散热基底4 50mm，两者均倾斜30°设置。蓝光激光器1和红光激光器2用于发射激光激发荧光陶瓷3。蓝光激光器1输出波长445nm，最大功率为10.0W，光斑面积为1.0mm2；红光激光器2的输出波长为635nm，最大功率为1.0W，光斑面积为1.0mm2。
荧光陶瓷3为LuAG:Ce荧光陶瓷3，Ce掺杂浓度为0.1at.％，整体嵌在紫铜散热基底4中，上下表面均做粗糙处理。荧光陶瓷3直径为8mm，厚度为0.5mm，下表面粗糙度为0.25μm，上表面粗糙度为1.49μm。
紫铜散热基底4直径15mm，顶部敞口嵌设荧光陶瓷3，底部开孔，开孔厚度为1mm，直径为5mm。
反光杯设置于荧光陶瓷3正上方，用于收集激光和荧光。
如图2所示，荧光陶瓷3吸收蓝光激光器1发出的蓝光进行产生绿光，散射红光激光器2发出的红光，剩余的蓝光、陶瓷产生的绿光和散射的红光经扩散器5收集，混合形成白光出射，最终照明系统的效率为120lm/W，显色指数为70.5。
实施例2
如图1所示的一种高显指激光照明系统，包括蓝光激光器1、红光激光器2、荧光陶瓷3、紫铜散热基底4以及均光罩。
其中，蓝光激光器1与红光激光器2对称设置于紫铜散热基底4下方，距离紫铜散热基底4 30mm，两者均倾斜50°设置。蓝光激光器1和红光激光器2用于发射激光激发荧光陶瓷3。蓝光激光器1输出波长475nm，最大功率为10.0W，光斑面积为0.785mm2；红光激光器2的输出波长为670nm，最大功率为1.0W，光斑面积为0.785mm2。
荧光陶瓷3为LuAG:Ce荧光陶瓷3，Ce掺杂浓度为0.4at.％，整体嵌在紫铜散热基底4中，上下表面均做粗糙处理。荧光陶瓷3直径为10mm，厚度为0.2mm，下表面粗糙度为0.1μm，上表面粗糙度为3μm。
紫铜散热基底4直径20mm，顶部敞口嵌设荧光陶瓷3，底部开孔，开孔厚度为2mm，直径为6mm。
均光罩设置于荧光陶瓷3正上方，用于收集激光和荧光。
如图2所示，荧光陶瓷3吸收蓝光激光器1发出的蓝光进行产生绿光，散射红光激光器2发出的红光，剩余的蓝光、陶瓷产生的绿光和散射的红光经扩散器5收集，混合形成白光出射，最终照明系统的效率为100lm/W，显色指数为81.1。
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)
1.一种高显指激光照明系统，其特征在于，包括依次设置的用于收集激光和荧光的扩散器(5)、用于吸收蓝光激光器(1)发出的蓝光进而产生绿光、散射红光激光器(2)发出的红光的荧光陶瓷(3)、用于散热的散热基底(4)以及用于发射激光激发荧光陶瓷(3)的蓝光激光器(1)和红光激光器(2)；所述扩散器(5)设置于荧光陶瓷(3)正上方；所述荧光陶瓷(3)整体嵌在散热基底(4)中，上下表面均做粗糙处理；所述散热基底(4)顶部敞口嵌设荧光陶瓷(3)，底部开孔；所述蓝光激光器(1)与红光激光器(2)对称设置于散热基底(4)下方，两者均倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的一种高显指激光照明系统，其特征在于，所述蓝光激光器(1)输出波长445～475nm，最大功率为10.0W，光斑面积为0.785～1.0mm2；所述红光激光器(2)的输出波长为635nm～670nm，最大功率为1.0W，光斑面积为0.785～1.0mm2；所述蓝光激光器(1)与红光激光器(2)距离散热基底(4)30～50mm，倾斜30～50°。
3.根据权利要求1所述的一种高显指激光照明系统，其特征在于，所述荧光陶瓷(3)为LuAG:Ce荧光陶瓷(3)，Ce掺杂浓度为0.1～0.4at.％。
4.根据权利要求3所述的一种高显指激光照明系统，其特征在于，所述荧光陶瓷(3)直径为8～10mm，厚度为0.2～0.5mm，下表面粗糙度为0.1～0.25μm，上表面粗糙度为1.49～3.0μm。
5.根据权利要求1所述的一种高显指激光照明系统，其特征在于，所述散热基底(4)为紫铜，直径为15～20mm；所述散热基底(4)底部开孔厚度为1～2mm，直径为5～6mm。
6.根据权利要求1所述的一种高显指激光照明系统，其特征在于，所述扩散器(5)为反光杯或均光罩。
7.根据权利要求1所述的一种高显指激光照明系统，其特征在于，所述照明系统的发光效率为100～120lm/W，显色指数为70.5～81.1。
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