CN211063045U

CN211063045U - 一种ld发光装置

Info

Publication number: CN211063045U
Application number: CN202020197665.7U
Authority: CN
Inventors: 申小飞; 曹永革; 李英魁; 麻朝阳; 文子诚; 王恩哥; 王充
Original assignee: Songshan Lake Materials Laboratory
Current assignee: Institute of Physics of CAS; Songshan Lake Materials Laboratory
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-07-21
Anticipated expiration: 2030-02-21

Abstract

本申请涉及光学元件领域，具体而言，涉及一种LD发光装置。LD发光装置包括基板、荧光层、热沉、LD芯片以及光学透镜。荧光层的背光面贴合于基板；LD芯片安装于热沉，其发出的至少部分光束能照射于荧光层的反光面；光学透镜与基板连接。荧光层的整个背光面均可以通过基板进行热传导，增加荧光层与基板的直接接触面积，增大传热效率。荧光层的热量快速通过基板散发；LD芯片的光线可以仅照射荧光层的反光面，降低LD芯片传导至荧光层的热量，很大程度改善荧光层的散热问题。有效改善荧光层因散热差而失效的情况，进一步改善LD发光装置的光衰或者色漂移问题。

Description

一种LD发光装置

技术领域

本申请涉及光学元件领域，具体而言，涉及一种LD发光装置。

背景技术

目前，激光二极管的发光装置通常采用荧光功能材料将单色激光转换成白色光；荧光材料的导热率较低，热稳定性较差，激光二极管发出的蓝光激光易导致荧光材料热淬灭失效，导致光衰或者色漂移等问题。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种LD发光装置，其旨在改善现有的LD芯片发出的激光易导致荧光材料失效的问题。

本申请第一方面提供一种LD发光装置，LD发光装置包括基板、荧光层、热沉、LD芯片以及光学透镜。

荧光层包括相对的背光面和反光面，背光面贴合于基板；热沉安装于基板；LD芯片安装于热沉，且LD芯片发出的至少部分光束能照射于反光面；光学透镜与基板连接并形成用于容纳荧光层、热沉以及LD芯片的空腔。

LD芯片安装于热沉，使LD芯片发出的光照射于荧光层的反光面，荧光层将部分光线转化，转化的光线与未转化的光线合成为白光。荧光层的背光面与基板连接，荧光层的整个背光面均可以通过基板进行热传导，增加荧光层与基板的直接接触面积，增大传热效率。荧光层的热量快速通过基板散发；此外，LD芯片的光线可以仅照射荧光层的反光面，降低LD芯片传导至荧光层的热量，很大程度改善荧光层的散热问题。有效改善荧光层因散热差而失效的情况，进一步改善LD发光装置的光衰或者色漂移问题。

在本申请第一方面的一些实施例中，LD发光装置包括多个热沉和多个LD芯片；多个热沉均设置于基板并且沿荧光层的四周间隔设置；每个热沉均安装有至少一个LD芯片；每个LD芯片发出的至少部分光束均能照射于荧光层；

可选地，多个热沉沿荧光层的四周阵列设置。

LD发光装置可以包括多个热沉和多个LD芯片，可以满足不同的光线亮度需求；多个热沉和多个LD芯片也不易导致荧光层因散热差而失效的情况。多个热沉沿荧光层的四周阵列设置，可以使多个LD芯片均有比较多的光线照射至荧光层进行转化。

在本申请第一方面的一些实施例中，LD芯片安装于热沉的顶面，热沉的顶面高度沿靠近荧光层的方向逐渐降低，以使LD芯片的出光方向指向反光面。

LD芯片安装于倾斜的顶面，可以使LD芯片发出的光照射于荧光层，荧光层将部分光线转化，转化的光线与未转化的光线合成为白光。

在本申请第一方面的一些实施例中，热沉的顶面与荧光层所在平面的夹角为0～90°。

在本申请第一方面的一些实施例中，LD芯片设置于热沉，使LD芯片发出的光的中心点照射到反光面的中心点。

LD芯片发出的光的中心点照射到荧光层表面的中心点，可以使LD芯片均有比较多的光线照射至荧光层进行转化。

在本申请第一方面的一些实施例中，LD发光装置包括导热围坝和基板，光学透镜与导热围坝连接，荧光层设置于基板；热沉安装于基板连接且与导热围坝内壁连接；

可选地，热沉与导热围坝一体设置。

热沉与导热围坝连接，LD芯片发出的热可以经过热沉传递至导热围坝进一步进行散热，提高LD芯片的散热效果。

在本申请第一方面的一些实施例中，导热围坝与热沉均通过可导电的导热材料制成。

可导电的导热材料可以散发LD芯片产生的热，可导电的热沉与电极焊盘的一个电极电连接以实现并联LD芯片的作用，可以节约导电线，减小LD发光装置的体积。

在本申请第一方面的一些实施例中，热沉间隔设置有多个LD芯片。

在本申请第一方面的一些实施例中，光学透镜设置有可焊层，光学透镜与导热围坝通过可焊层焊接。

设置可焊层可以使光学透镜与导热围坝的连接，可焊层代替有机粘接剂，有效避免有机粘接剂的老化导致封装失效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的发光装置的爆炸图；

图2示出了本申请实施例提供的发光装置第一视角的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的发光装置第二视角的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的发光装置的内部结构示意图；

图5示出了本申请实施例中热沉、LD芯片以及荧光层的位置关系；

图6示出了本申请实施例提供的光学透镜的示意图；

图7示出了本申请实施例提供的制备LD发光装置的主要流程图。

图标：100-发光装置；110-电极焊盘；120-基板；121-线路层；130-导热围坝；140-LD芯片；150-导电金丝；160-光学透镜；161-可焊层；170-热沉；171-顶面；180-荧光层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1示出了本申请实施例提供的发光装置100的爆炸图，图2示出了本申请实施例提供的发光装置100第一视角的结构示意图；图3示出了本申请实施例提供的发光装置100第二视角的结构示意图。请一并参阅图1、图2与图3，本申请提供一种发光装置100，发光装置100主要作用在于发白光。在本申请的实施例中，发光装置100包括电极焊盘110、基板120、导热围坝130、LD芯片140、导电金丝150、光学透镜160、热沉170以及荧光层180。

电极焊盘110形成于基板120，导热围坝130固定于基板120，导热围坝130大致为环形圈，导热围坝130与基板120共同围设形成一个腔体，基板120上腔体的底壁设置有线路层121(见图3)；热沉170以及荧光层180均固定于基板120，热沉170以及荧光层180均位于导热围坝130围设而成的腔体内；光学透镜160与导热围坝130连接以封闭所述腔体。LD芯片140安装于热沉170上，导电金丝150穿过线路层121连接设置于电极焊盘110的电极和LD芯片140，LD芯片140为能发蓝光的激光二极管。

在本申请的实施例中，基板120由氮化铝制成。氮化铝具有较好的导热性，可以为热沉170以及荧光层180快速散热。在其他实施例中，基板120也可以通过其他导热材质制成。

相应地，在本申请的其他实施例中，导热围坝130的形状可以不设置为环形圈，可以根据需求设置为其他形状。

图4示出了本申请实施例提供的发光装置100的内部结构示意图，请参阅图2与图4。在本实施例中，发光装置100包括四个热沉170，四个LD芯片140，相应地配置有四个导电金丝150；四个LD芯片140并联设置。

在本申请的其他实施例中，发光装置100可以仅仅包括一个热沉170，一个LD芯片140以及一个导电金丝150；或者，发光装置100可以配置两个或者两个以上数量的热沉170，两个或者两个以上数量的LD芯片140以及相应数量的导电金丝150。此外，LD芯片140与热沉170的数量关系并非仅仅是一一对应关系，可以是一个热沉170上安装一个或者多个LD芯片140；发光装置100也可以设置有多个热沉170，在多个热沉170中的部分热沉170安装LD芯片140，LD芯片140的数量可以少于热沉170的数量。相应地，对于仅仅设置一个LD芯片140的实施例而言，该LD芯片140不再使用并联的电路。

图5示出了本申请实施例中热沉170、LD芯片140以及荧光层180的位置关系；请参阅图4与图5，在本实施例中，荧光层180为四边形的薄片，荧光层180安装于基板120，荧光层180具有反光面和背光面，反光面和背光面相对设置，荧光层180的背光面贴合于基板120安装，LD芯片140发出的光照射于荧光层180的反光面再通过荧光层180转化。荧光层180的背光面贴合于基板120，荧光层180的热可以通过背光面传递至基板120，荧光层180于基板120的直接接触面积较大，增加荧光层180的散热效率，使荧光层180的热可以被快速散发，降低荧光层180热淬灭的风险，以提高其使用寿命。

在本实施例中，荧光层180安装于环形腔的底壁，且荧光层180位于环形腔底壁的中心处。荧光层180可以将热量传递至基板120进行散热，避免在激光作用下荧光层180失效。四个热沉170环设于荧光层180的四周，并且与荧光层180间隔设置。LD芯片140安装于热沉170；且每个热沉170均安装有一个LD芯片140，LD芯片140发出的光能够照射于荧光层180。

荧光层180的主要作用在于将照射其上的蓝光的至少部分转化为黄绿光。

作为示例性地，在本申请的实施例中，荧光层180的材料的分子式为Y₃Al₅O₁₂:xCe³ ⁺，其中，x为0～0.09之间的数，如0.001、0.01、0.03、0.05或者0.09。Y₃Al₅O₁₂:xCe³⁺可以通过包括Al₂O₃、Y₂O₃、CeO₂的陶瓷原料粉体和烧结助剂经烧结制得；烧结助剂包括MgO和SiO₂中的至少一种。烧结包括依次进行的真空烧结和退火处理；真空烧结的温度为1600～1900℃，保温时间为8～40小时，真空度为10-3～10-6Pa；退火处理的条件为：在1100～1600℃的条件下保温5～30小时，然后随炉冷却。

在本申请的其他实施例中，荧光层180也可以选用其他可以将蓝光转化为黄绿光的材料，例如采用市购的方式获得；相应地，在本申请的其他实施例中，荧光层180的形状可以为圆形薄片或者可以为球形凸起等，本申请不对荧光层180的形状进行限制。此外，荧光层180在腔体底壁的位置并不是仅限于腔体底壁的中心位置。

在本实施例中，热沉170远离基板120的一面为顶面171；LD芯片140安装于顶面171，顶面171使LD芯片140发出的至少部分光束能照射于荧光层180。换言之，在顶面171的作用下，LD芯片140发出的光至少有一部分能够照射于荧光层180。由于LD芯片140为端面发光，聚光性较好，LD芯片140发出的光会有较多的光线到达荧光层180；此外，LD芯片140发出的光为蓝光，蓝光照射于荧光层180，在荧光层180的作用下至少有一部分转化为黄绿光，该黄绿光与未转化的蓝光混合而成白光。

需要说明的是，在本申请的实施例中，不限制通过蓝光与黄绿光混合而成白光的色温，换言之，不限制白光中黄绿光与蓝光的比例。

进一步地，在本申请的实施例中，热沉170的顶面171高度沿靠近荧光层180的方向逐渐降低。顶面171高度是指顶面与基板120的距离。换言之，在本实施例中，顶面171沿朝向荧光层180倾斜的方式延伸，以使安装于顶面171的LD芯片140朝向荧光层180倾斜。换言之，热沉170远离基板120的一面为倾斜面，该倾斜面的倾斜方向朝向荧光层180。LD芯片140发出的光线会有较多的光照射于荧光层180。

在本申请的一些实施例中，以荧光层180所在的面为基准面，顶面171的倾斜角度为0°～90°。换言之，顶面171与荧光层180的反光面的夹角(如图5中的角α)为0°～90°。作为示例性地，顶面171的表面与荧光层180所在平面的夹角(如图5中的角α)可以为1°、2°、10°、15°、16°、18°、20°、24°、25°、30°、45°、60°、89°、或者90°。α为0°～90°，可以使LD芯片140发出的光照射于荧光层180的反光面。

进一步地，在本申请的一些实施例中，热沉170的顶面171与荧光层180的反光面所在平面的夹角(如图5中的角α)为15～25°。α为15～25°的实施例中，LD芯片140发出的光线的照射至荧光层180的反光面，通过反光面反射然后通过光学透镜160射出。安装于热沉170的顶面171的LD芯片140发出的光线的入射角度近似于90°-角α；α为15～25°的实施例中，LD芯片140发出的光线的入射角度近似在65～25°范围内，LD芯片140发出的光线照射于荧光层180的面积更广，具有较好的光的转化率。

相应地，荧光层180与热沉170之间具有预设距离，顶面171与荧光层180的反光面的夹角为0°～90°时，LD芯片140发出的光可以照射至反光面。该预设距离根据荧光层180的厚度，以及热沉170的高度而定。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，当热沉170与荧光层180的距离不在上述预设距离范围内时，顶面171与荧光层180的反光面的夹角可以为其他值，LD芯片140发出的光可以照射至反光面即可。

作为示例性地，在本实施例中，热沉170大致为四棱柱，并在四棱柱的上端的顶面171形成一个倾斜的斜面，热沉170与倾斜的斜面相对的一面与基板120连接，热沉170的倾斜的斜面朝向荧光层180安装。倾斜的斜面的倾斜角度为15°～25°。可以解的是，热沉170的上端顶面可以为倾斜的斜面与不倾斜的平面拼接而成。在本申请的其他实施例中，热沉170也可以为其他形状，例如顶面为倾斜的斜面的半球或者顶面为倾斜的斜面的半椭球等等。

相应地，热沉170的顶面171可以不倾斜设置，只需要顶面171可以使安装于其上的LD芯片140发出的光照射于荧光层180即可。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，荧光层180的反光面可以为曲面等，对于荧光层180的反光面为曲面的实施例，顶面171与基板120所在平面的夹角可以为155°～165°。

进一步地，在本申请的其他实施例中，LD芯片140安装于顶面171，使LD芯片140发出的光的中心点照射到荧光层180表面的中心点。可以使较多的蓝光转化为黄绿光。

在本申请的实施例中，四个热沉170均设置有倾斜的顶面171，四个热沉170沿荧光层180的四周阵列设置。四个热沉170比较均匀地设置于荧光层180的四周，有利于每个LD芯片140发出的光均较多地照射于荧光层180，此外热沉170以及导热围坝130可以较好地散发LD芯片140产生的热。在本申请的其他实施例中，相邻两个热沉170的间隔距离也可以不相同。

在本实施例中，热沉170通过可导电的导热材料制成，例如，在本实施例中，热沉170的材料为铜基体上镀金，在其他实施例中，可以为其他导热导电材料，例如金属、合金等。可导电的导热材料可以散发LD芯片140产生的热，可导电的热沉170与电极焊盘110的一个电极电连接以实现并联LD芯片140的作用，可以节约导电线；在本申请的其他实施例中，热沉170也可以为不导电的导热材料，LD芯片140与电极可以通过导电线连接。

承上所述，LD发光装置100可以包括一个、两个或者更多个的热沉170；每个热沉170均可以安装一个或者多个LD芯片140，设置于顶面171的每个LD芯片140发出的光线可以照射至荧光层180即可。

此外，对于LD发光装置100包括两个及以上热沉170的实施例，热沉170与荧光层180间隔设置，热沉170与荧光层180之间预留有空间供线路层121的设置；对于LD发光装置100仅设置一个热沉170的实施例，热沉170与荧光层180可以不预留空间；换言之，对于仅设置一个热沉170的LD发光装置100；热沉170可以与荧光层180的端面接触。

承上所述，热沉170以及荧光层180均位于导热围坝130围设而成的腔体内；在本实施例中，热沉170与导热围坝130连接；换言之，热沉170同时与基板120、导热围坝130连接。热沉170的一端与导热围坝130连接，热沉170的部分热可以通过导热围坝130进行扩散，以增加LD发光装置100的散热效果。

在本实施例中，热沉170与导热围坝130一体设置；热沉170与导热围坝130均采用导电导热材料制成。需要说明的是，在本申请的其他实施例中，热沉170也可以不与导热围坝130连接，两者独立设置，间隔安装。

图6示出了本申请实施例提供的光学透镜160的示意图，请参阅图6与图1，承上所述，LD发光装置100还包括光学透镜160，在本实施例中，光学透镜160设置有可焊层，光学透镜160与导热围坝130通过可焊层161焊接。

在本实施例中，光学透镜160通过可透光的材料制成，例如可透光的树脂等，光学透镜160为半球形的壳体，光学透镜160靠近导热围坝130的一端设置有可焊层161，光学透镜160通过可焊层161与导热围坝130焊接。采用可焊层连接光学透镜160与导热围坝130，可焊层161代替有机粘接剂，有效避免有机粘接剂的老化导致封装失效。

本申请实施例提供的LD发光装置100的主要优点在于：

LD发光装置100将荧光层180安装于基板120，荧光层180的热可以通过基板120散发，LD芯片140安装于顶面171，LD芯片140可以不直接与荧光层180接触，安装于顶面171的LD芯片140发出的部分光被荧光层180转化，未转化的部分与已经转化的部分合成白光；LD芯片140与荧光层180间隔设置，LD芯片140发出的热仅有部分传递至荧光层180，减小荧光层180的热。改善了LD发光装置100工作时产生的散热问题，可实现多LD芯片140集成封装，防止荧光层180热淬灭失效，提高荧光层180白光转换效率；进一步提高LD发光装置100长时间工作的稳定性，改善荧光层180失效导致光衰和色漂移的问题。

作为示例性地，本实施例还提供一种制备上述的LD发光装置100的方法。

图7示出了本申请实施例提供的制备LD发光装置100的主要流程图。

请参阅图1-图7，制备LD发光装置100的主要方法包括：

在基板120上设置导热围坝130以及线路层121。

在基板120上设置具有倾斜顶面171的热沉170。

采用共晶焊的方式在倾斜顶面171上焊接LD芯片140。采用导电金丝150连接焊接LD芯片140以及电极。

将荧光层180设置于基板120。详细地，在本申请中，荧光层180是通过荧光材料烧制而成得到荧光材料片，然后再于荧光材料片上镀荧光陶瓷可焊接层得到荧光层180，然后再将荧光层180设置于基板120。

在光学透镜160上设置可焊层161，将光学透镜160焊接于导热围坝130。

需要说明的是，在本申请的实施例中，于基板120设置荧光层180以及于基板120设置热沉170的步骤不分先后。此外，在光学透镜160上设置可焊层161的步骤也不与其余步骤分先后。

在本申请的其他实施例中，也可以通过其他方法制备LD发光装置100。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种LD发光装置，其特征在于，所述LD发光装置包括：

基板；

荧光层，所述荧光层包括相对的背光面和反光面，所述背光面贴合于所述基板；

热沉，所述热沉安装于所述基板；

LD芯片，所述LD芯片安装于所述热沉，且所述LD芯片发出的至少部分光束能照射于所述反光面；以及

光学透镜，所述光学透镜与所述基板连接并形成用于容纳所述荧光层、所述热沉以及所述LD芯片的空腔。

2.根据权利要求1所述的LD发光装置，其特征在于，

所述LD发光装置包括多个所述热沉和多个所述LD芯片；多个所述热沉均安装于所述基板并且沿所述荧光层的四周间隔设置；每个所述热沉均安装有至少一个所述LD芯片；每个所述LD芯片发出的至少部分光束均能照射于所述反光面。

3.根据权利要求2所述的LD发光装置，其特征在于，多个所述热沉沿所述荧光层的四周阵列设置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的LD发光装置，其特征在于，

所述LD芯片安装于所述热沉的顶面，所述热沉的顶面高度沿靠近所述荧光层的方向逐渐降低，以使所述LD芯片的出光方向指向所述反光面。

5.根据权利要求4所述的LD发光装置，其特征在于，所述热沉的顶面与所述反光面所在平面的夹角为0～90°。

6.根据权利要求1-3任一项所述的LD发光装置，其特征在于，所述LD芯片安装于所述热沉，使所述LD芯片发出的光的中心点照射到所述反光面的中心点。

7.根据权利要求1-3任一项所述的LD发光装置，其特征在于，

所述LD发光装置还包括导热围坝，所述光学透镜与所述导热围坝连接；所述热沉与所述基板连接且与所述导热围坝内壁连接；所述热沉与所述导热围坝一体设置。

8.根据权利要求7所述的LD发光装置，其特征在于，

所述导热围坝与所述热沉均通过可导电的导热材料制成。

9.根据权利要求7所述的LD发光装置，其特征在于，所述光学透镜设置有可焊层，所述光学透镜与所述导热围坝通过所述可焊层焊接。

10.根据权利要求1-3任一项所述的LD发光装置，其特征在于，所述热沉安装有多个间隔设置的所述LD芯片。