散射装置及其制造方法及发光装置、投影系统与照明系统与流程
本发明涉及照明与显示技术领域，特别是涉及一种散射装置及其制造方法及发光装置、投影系统与照明系统。
背景技术：
在现有技术中使用激光激发荧光粉产生受激光是实现光源的一种常用的手段。为了提高亮度（能量密度），激光会通过透镜聚焦于荧光粉上。然而，由于激光束的准直度非常高，因此聚焦后能够形成非常小的光点，在这个光点上的能量密度很大，往往超出荧光粉的承受范围而造成热淬灭。为了解决这个问题，现有技术中使用散射片放置于激光光路上，用于降低其准直度，从而扩大聚焦于荧光粉上的光斑。
现有技术中常使用的散射片如图1所示。它的加工方法是，将玻璃平板表面打毛，从而造成对光的散射。具体在实现时为了达到更好的散射效果，加工工艺可能更加复杂。例如，使用液体腐蚀玻璃表面形成粗糙面，然后再对该粗糙面进行研磨处理以进一步控制其起伏的深度。除了液体腐蚀法，还可能使用喷砂加工等物理方法是玻璃表面粗糙化从而达到散射目的。
可以理解，对于每一个光线而言，其入射的微小面的倾斜角越大，则散射的角度越大。当然如果倾斜角为0，即没有粗糙的状态，则光线会保持原方向出射。故而各微小面的倾斜角的大小分布，就决定了散射后光束的角分布。
现有技术的问题在于，要想实现散射后的角分布很小（即很小的散射），就需要微小面的倾斜角都被控制得很小，即玻璃表面既要有起伏的粗糙面，该起伏又要很小，这是很困难的。对于投影应用来说，激光光斑需要被控制在1.5-4mm，此时散射半角最小在5度左右，目前的散射片是可以满足要求的。然而对于照明应用，往往要求光斑必须小于1mm，甚至小于0.5mm，此时散射半角需要小于3度，甚至小于1.5度，即散射片要做到将平行的激光扩散到1.5度的一个小光锥，这对于散射片表面形貌的控制要求非常高，是目前的工艺所难以达到的。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种散射角较小的散射装置及其制造方法及发光装置、投影系统与照明系统。
本发明实施例提供一种散射装置，包括：透明无机物基底，包括相对的第一表面与第二表面，第二表面的至少部分为粗糙面，该粗糙面具有多个微型凹陷；过渡介质，位于粗糙面的多个微型凹陷内且不超出其位于的微型凹陷，该过渡介质与微型凹陷内壁紧密接触以形成过渡介质-基底界面，该过渡介质的上表面的至少部分为平面；且过渡介质的折射率满足：
基底的微型凹陷的倾斜角为
优选地，
优选地，透明无机物为玻璃，过渡介质为无机胶质或有机胶质。
优选地，所有微型凹陷内的过渡介质的上表面均为平面，且均在同一平面上。
本发明实施例还提供一种发光装置，包括发光源和上述散射装置；发光源发出的光束入射于散射装置，且该光束入射在散射装置上的光斑覆盖过渡介质。
本发明实施例还提供一种投影系统，包括上述发光装置。
本发明实施例还提供一种照明系统，包括上述发光装置。
本发明实施例还提供一种散射装置的制造方法，包括：步骤一、提供一透明无机物基底，该基底包括相对的第一表面与第二表面，第二表面的至少部分为粗糙面，该粗糙面具有多个微型凹陷；步骤二、在粗糙面上涂覆液态的过渡介质，使得至少部分过渡介质位于粗糙面的多个微型凹陷内且不超出其位于的微型凹陷，该过渡介质与微型凹陷内壁紧密接触以形成过渡介质-基底界面，该过渡介质的上表面的至少部分为平面；且过渡介质的折射率满足：
基底的微型凹陷的倾斜角为
优选地，采用旋涂法、提拉法或印刷法在粗糙面上涂覆液态的过渡介质。
优选地，在步骤二与步骤三之间还包括：将基底的第二表面向上且平置，使液态的过渡介质在重力作用下流平。
与现有技术相比，本发明实施例包括如下有益效果：本发明实施例中的散射装置的散射角较小且更加可控。
附图说明
图1是现有技术中散射片的结构示意图；
图2a与2b是本发明实施例中散射装置的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明实施例中散射装置的另一实施例的结构示意图；
图4a是本发明实施例中散射装置的另一实施例的结构示意图；
图4b为图4a中s位置的放大图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文以及附图中使用的技术名词的说明如下：
下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
实施例一
请参阅图2a与图2b，图2a与2b是本发明实施例中散射装置的一个实施例的结构示意图。如图2a与2b所示，散射装置200包括透明无机物基底210（阴影区）与过渡介质220（无阴影区）。
透明无机物基底210，包括相对的第一表面211与第二表面212。透明无机物基底中的透明指的是该基底材料对待散射的光是透明的、低吸收的；无机物则有很多种选择，例如氧化硅（石英）、氧化铝、氧化钛等，也可能是多种无机物成分的混合物，例如玻璃。第一表面为平面，第二表面212为粗糙面，该粗糙面具有多个微型凹陷213。一般来说，无论化学腐蚀的还是物理打磨的，微型凹陷的形状都是不规则的，可以看成是一系列微小的不同角度的斜面的集合，图中简化成三角形以示意。在其它实施例中，第二表面212也可以只有部分为粗糙面。
过渡介质220覆盖基底210的粗糙面，过渡介质220包括第三表面221，第三表面221与基底210的粗糙面紧密接触以形成过渡介质-基底界面。本实施例中，过渡介质220还包括与第三表面相对的第四表面222，第四表面为一平面，且与第一表面211平行，该平面并不限定为光滑平面，而还涵盖表面具有微小起伏的近似平面。
光线可以从基底的粗糙面入射基底，也可以从基底的第一表面入射基底，因此光线经散射装置有以下两种情况：
（1）如图2a所示，光线l1从基底210的粗糙面入射基底，在基底210上没有过渡介质220时，光线l1入射至空气-基底界面。假设光线l1入射的微型凹陷的倾斜角为
在基底210上覆盖了过渡介质220时，光线l1入射至过渡介质-基底界面。假设过渡介质折射率为
假设
综合式①式②可知，光线l1从基底210的粗糙面入射基底，过渡介质的折射率满足
时，光线l1会被散射装置减小散射角。例如，若
（2）如图2b所示，光线l1’从基底210的第一表面垂直入射基底，在基底210上没有过渡介质220时，光线l1’入射至基底-空气界面。假设光线l1’入射的微型凹陷的倾斜角为
在基底210上覆盖了过渡介质220时，光线l1’入射至基底-过渡介质界面。假设过渡介质折射率为
假设
综合式④式⑤可知，光线l1’从基底210的第一表面入射基底，过渡介质的折射率满足
时，光线l1’会被散射装置减小散射角。例如，若
综上所述，本实施例的提出的方案是，在基底210的粗糙面上覆盖过渡介质，过渡介质与粗糙面紧密接触，且过渡介质220的折射率满足以下两个不等式中任一时，散射装置都能相对于现有技术减小待散射光线的散射角：
其中，基底的微型凹陷的倾斜角为
经计算与实验验证，优选地，基底折射率满足
除了有效的减小散射角之外，本实施例的优点还在于使得散射角变得更加可控。这是因为散射角除了与微型凹陷的角度
本实施例还具有一个优点，就是在使用了过渡介质后，粗糙面就位于散射装置内部，散射装置的上表面，即过渡介质的第四表面为平面，这样就可以在第四表面上设置增透膜，以提高激光的透过率。而现有技术中的散射片的上表面为粗糙面，即使使用镀增透膜，增透效果也大打折扣。
具体地，过渡介质可以为对待散射光为透明的胶质，胶质指的是涂覆时是液体，后来经过固化过程后变成固体的物质。过渡介质可以采用无机胶质，例如硅酸盐类的无机胶水，也可以采用有机胶质，例如透明硅胶。无机胶质相对于有机胶质的好处在于稳定性更好，而且固化后形成硬质膜，在长期使用中不会沾灰。并且，无机胶质由于固化后硬度高，更容易镀增透膜。但由于无机胶质和基底之间热膨胀系数不同，两者在升温/降温过程中容易脱开甚至脱落，因此，无机胶质优选采用热膨胀系数与基底匹配的材料。有机胶质价格便宜、容易操作；而且有机胶质是有一定弹性的，所以即使热膨胀系数与基底不匹配，有机胶质本身的弹性也可以释放不匹配所产生的应力，从而保证有机胶质和基底之间不会出现脱开的现象。过渡介质也可以采用透明无机物材料，例如玻璃，可以通过将该玻璃融化，浇筑在基底的粗糙面上；或者过渡介质采用一个平板玻璃，用加热加压的方法将该平板玻璃压到基底的粗糙面上，平板玻璃表面软化后与基底的粗糙面形成过渡介质-基底界面，冷却后形成一个整体。
实施例二
请参阅图3，图3是本发明实施例中散射装置的另一实施例的结构示意图。如图3所示，散射装置300包括透明无机物基底310（阴影区）与过渡介质320（无阴影区）。基底310包括相对的第一表面311与第二表面312，第二表面312为粗糙面。过渡介质320覆盖基底310的粗糙面，过渡介质320包括相对的第三表面321和第四表面322。
本实施例与图2所示实施例的区别之处包括：
过渡介质的第四表面322为一弧面，具体为一凸面，该凸面相当于透镜。散射装置300可以看成以b面为分割的两个光学元件，上面是凸透镜，下面是散射片，这两个光学元件可以看成是相互独立的，并独立起作用。例如，点光源o发出的光，经过第四表面322后，先被该凸面322准直为平行光，这些平行光入射于粗糙面，即过渡介质-基底界面，并被粗糙面散射，最终从基底的第一表面311出射为一束近平行的散射光，这可以看做是两个光学元件先后独立作用于光线的结果。
实际上，基底粗糙面312不同位置的微型凹陷的倾斜角不同，因此粗糙面对光线的偏折是随机的，不是每一条光线都可控的，粗糙面就是使每一个子光束都扩散成一个光锥（多个微型凹陷作用的结果）。而第四表面322的不同位置对光线的偏折是可控的，那么它与粗糙面放在一起的结果就是在可控的光场分布上叠加一个光斑扩散的作用，扩散的大小取决于粗糙面，而与第四表面无关。因此，本发明并不对第四表面进行限定，第四表面可以为平面、弧面、曲面、或者部分曲面部分弧面等其它形式的表面。
例如，本实施例中，点光源o发出的光经第四表面322变成平行光，该平行光经过粗糙面312后叠加了散射效果，即每个子光束都变成一个光锥，各光锥的主光线仍然是平行的（这是第四表面作用的结果），而每个光锥的锥角取决于多个微型凹陷（这是粗糙面作用的结果）。本实施例反过来看，平行光线基底的第一表面311入射，再经粗糙面和第四表面322出射，其效果仍可以看成是两个光学元件独立作用的结果，即每一个子光束先经粗糙面都扩散成一个光锥，再经第四表面聚焦成一个光斑。
实施例三
由实施例一中的分析可知，过渡介质不一定要填满微型凹陷，而只要有填入微型凹陷，且填入微型凹陷的过渡介质的上表面有部分为平面，入射该平面的光线l1即可被散射装置减小散射角。因此，本发明还提供另一实施例。请参阅图4a，图4a是本发明实施例中散射装置的另一实施例的结构示意图。如图4a所示，散射装置400包括透明无机物基底410（阴影区）与过渡介质420（无阴影区）。
透明无机物基底410包括相对的第一表面411与第二表面412，第二表面412为粗糙面，该粗糙面具有多个微型凹陷。透明无机物基底410的详细说明参照实施例一。
过渡介质420位于基底410的粗糙面的多个微型凹陷内且不超出其位于的微型凹陷，该过渡介质420与微型凹陷内壁紧密接触以形成过渡介质-基底界面。请参阅图4b，图4b为图4a中s位置的放大图。微型凹陷内的过渡介质的上表面的至少部分为平面（b所示）。
光线可以从基底的粗糙面入射基底，也可以从基底的第一表面入射基底，因此光线经散射装置有以下两种情况：
（1）如图4b所示，光线l1从基底的粗糙面入射基底，在基底上没有过渡介质时，光线l1入射至空气-基底界面。假设光线l1入射的微型凹陷的倾斜角为
在微型凹陷内设置了过渡介质时，光线l1经平面b入射至过渡介质-基底界面。假设过渡介质折射率为
假设
综合式①式②可知，光线l1从基底的粗糙面入射基底，过渡介质的折射率满足
时，光线l1会被散射装置400减小散射角。
（2）同理，光线从基底的第一表面入射基底，过渡介质的折射率满足
时，光线会被散射装置减小散射角。
综上所述，在过渡介质420的折射率满足以下两个不等式中任一时，散射装置400都能相对于现有技术减小待散射光线的散射角：
其中，基底的微型凹陷的倾斜角为
经计算与实验验证，优选地，基底折射率满足
本实施例中，在没有设置过渡介质420时，光线l1经基底410出射的光线为l2，在微型凹陷内设置了过渡介质后，入射于该平面的光线l1经过渡介质和基底出射的光线为l3，散射角减小。并且，本实施例中，过渡介质不超出其位于的微型凹陷，这样相邻两个微型凹陷之间的凸起对过渡介质起到了保护隔离的作用，避免了过渡介质直接与其他元件接触而损坏的问题。
优选地，所有微型凹陷内的过渡介质的上表面均为平面（涵盖近似为平面），且均在同一平面上，以使得制作较为简单。此外，本实施例中，过渡介质位于微型凹陷内，在其它实施例中也可以替换成，过渡介质只位于相邻两个微型凹陷之间的凸起之上。
本发明实施例还提供一种发光装置，包括发光源和散射装置，该散射装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。发光源可以包括发光二极管、激光二极管、或者其它任何能够发光的元件或元件组合。发光源发出的光束入射于散射装置，且该光束入射在散射装置上的光斑覆盖过渡介质，因此该光束会经该散射装置散射，且相对于现有技术，具有较小的散射角。本发明实施例还提供一种投影系统，包括上述发光装置。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（lcd，liquidcrystaldisplay）投影技术、数码光路处理器（dlp，digitallightprocessor）投影技术。本发明实施例还提供一种照明系统，包括上述发光装置。该照明系统可以为手电照明、汽车灯照明、舞台灯照明等等。
实施例四
相应于实施例一与实施例二，本发明实施例还提供一种散射装置的制造方法，该方法包括：
步骤一、提供一透明无机物基底，该基底包括相对的第一表面与第二表面，第二表面的至少部分为粗糙面，该粗糙面具有多个微型凹陷；
制作粗糙面的方法有多种，腐蚀法，喷砂法，化学研磨法等。腐蚀法就是使用腐蚀液腐蚀基底表面的至少部分，使该表面形成多个不规则的微型凹陷。喷砂法是使用喷砂设备在基底表面喷砂，将该表面不规则的去除一些材料形成多个微型凹陷。化学研磨法是使用有腐蚀性的研磨剂对基底表面进行机械研磨，使该表面形成多个不规则的微型凹陷。
优选地，基底粗糙面的微型凹陷的倾斜角满足
步骤二、在基底的粗糙面上涂覆液态的过渡介质，使得该过渡介质覆盖该粗糙面，以使得过渡介质包括相对的第三表面和第四表面，第三表面与粗糙面紧密接触以形成过渡介质-基底界面，所述过渡介质的折射率满足：
其中，基底的微型凹陷的倾斜角为
可以使用旋涂法、提拉法或印刷法在基底的粗糙面上涂覆液态的过渡介质。旋涂法是将基底固定在旋转台上，基底的粗糙面向上，在粗糙面上滴液态的过渡介质，然后高速旋转，用离心力将基底上多余的过渡介质甩出去；旋转停止后，就能使得过渡介质覆盖基底的粗糙面。提拉法就是将基底垂直浸入到液态的过渡介质中，再垂直提拉起来，使得过渡介质覆盖基底的粗糙面。印刷法是使用丝网印刷的方式将过渡介质印刷于基底的第二表面。
优选地，采用折射率满足
步骤三、固化过渡介质。
在基底的粗糙面上涂覆液态的过渡介质之后，对该液态的过渡介质进行固化。固化过渡介质可以是热固化、紫外固化或常温固化等方式，具体取决于过渡介质的特性。
优选地，在步骤二与步骤三之间还可以包括：将基底的第二表面向上且平置，使液态的过渡介质在重力作用下流平，以使得过渡介质的第四表面为一平面。
实施例五
相应于实施例三，本发明实施例还提供一种散射装置的制造方法，该方法包括：
步骤一、提供一透明无机物基底，该基底包括相对的第一表面与第二表面，第二表面的至少部分为粗糙面，该粗糙面具有多个微型凹陷；
制作粗糙面的方法有多种，腐蚀法，喷砂法，化学研磨法等。腐蚀法就是使用腐蚀液腐蚀基底表面的至少部分，使该表面形成多个不规则的微型凹陷。喷砂法是使用喷砂设备在基底表面喷砂，将该表面不规则的去除一些材料形成多个微型凹陷。化学研磨法是使用有腐蚀性的研磨剂对基底表面进行机械研磨，使该表面形成多个不规则的微型凹陷。
优选地，基底粗糙面的微型凹陷的倾斜角满足
步骤二、在基底的粗糙面上涂覆液态的过渡介质，使得至少部分过渡介质位于粗糙面的多个微型凹陷内且不超出其位于的微型凹陷，该过渡介质与微型凹陷内壁紧密接触以形成过渡介质-基底界面，该过渡介质的上表面的至少部分为平面；且过渡介质的折射率满足：
其中，基底的微型凹陷的倾斜角为
可以使用旋涂法、提拉法或印刷法在基底的粗糙面上涂覆液态的过渡介质。例如，旋涂法是将基底固定在旋转台上，基底的粗糙面向上，在粗糙面上滴液态的过渡介质，然后高速旋转，用离心力将基底上多余的过渡介质甩出去。旋转速度越快，在粗糙面上剩下的过渡介质就越少，只要高于某个转速，停止转动后，过渡介质在微型凹陷内的高度就可以低于某个值。
优选地，采用折射率满足
步骤三、固化过渡介质。
在基底的粗糙面上涂覆液态的过渡介质之后，对该液态的过渡介质进行固化。固化过渡介质可以是热固化、紫外固化或常温固化等方式，具体取决于过渡介质的特性。
优选地，在步骤二与步骤三之间还可以包括：将基底的第二表面向上且平置，使液态的过渡介质在重力作用下流平，以使得所有微型凹陷内的过渡介质的上表面均为平面，且均在同一平面上。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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