波长转换装置和发光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光源领域，特别是涉及一种波长转换装置和使用该波长转换装置的发光装置。
【背景技术】
[0002]当前，激光光源的应用已经越来越得到人们的重视。激光具有高亮度、长寿命的优点，但其光谱很窄，因此在使用中往往是利用激光激发荧光材料来形成混合发光。然而，激光的指向性过强，相干性也很强，这样就造成出射光的不均匀(包括强度不均匀和颜色不均匀)。这个问题始终没有得到很好的解决，这也制约了激光光源用于显示的前景。
【发明内容】
[0003]本实用新型提出一种波长转换装置，包括基板，该基板上包括凹槽，该凹槽的内表面具有对光的散射反射性；还包括波长转换层，该波长转换层覆盖于凹槽的至少部分内表面。
[0004]本实用新型还提出一种发光装置，包括上述的波长转换装置，还包括激发光源和聚焦透镜，聚焦透镜的焦点位于波长转换装置的基板凹槽的开口上；该激发光源发射的激发光经过聚焦透镜后入射于凹槽内并激发波长转换层使其发射受激光，凹槽的出射光从其开口出射后经聚焦透镜收集并出射。
[0005]由于有了凹槽内表面的散射和反射，受激光本身会形成均勾的光分布出射，而受激光和剩余的激发光也会均匀的混合出射，从而解决了发光均匀性的问题。
【附图说明】
[0006]图1表示了本实用新型的发光装置的第一实施例的结构示意图；
[0007]图2A至2C表示了本实用新型第一实施例中波长转换装置中光的作用原理；
[0008]图3A至3E表示了本实用新型中波长转换装置的凹槽的可能形式；
[0009]图4A和4B表不了本实用新型的发光装置的另外两个实施例的结构不意图；
[0010]图5A和5B表示了本实用新型的发光装置中分光装置的透射谱的两个举例；
[0011]图6A表示了本实用新型的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
[0012]图6B表不了图6A所不实施例的分光装置的正视图；
[0013]图7表示了本实用新型的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
[0014]图8表示了本实用新型的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
[0015]图9表示了本实用新型的发光装置的另一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型提出一种发光装置，图1为发光装置的第一实施例的结构示意图。该发光装置包括波长转换装置。该波长转换装置包括基板101，该基板上包括凹槽102，该凹槽102的内表面具有对光的散射反射性。波长转换装置还包括波长转换层102a，该波长转换层102a覆盖于凹槽102的至少部分内表面。具体来说在本实施例中，凹槽102的截面为矩形，即该凹槽102的内表面包括一个平的底部和侧壁，而波长转换层102a覆盖于凹槽102的底部。
[0017]本实施例的发光装置还包括激发光源106和聚焦透镜104，聚焦透镜104的焦点位于波长转换装置的基板凹槽102的开口上。该激发光源106发射的激发光121经过聚焦透镜104后入射于凹槽102内并激发波长转换层102a使其发射受激光，凹槽102的出射光122从其开口出射后经聚焦透镜122收集并出射。出射光122包括受激光，也可能包括剩余的激发光。
[0018]下面以图2A来解释本实施例中光在凹槽中的作用原理。如图2A所示，激发光221经过聚焦透镜204后聚焦于基板201的凹槽202的开口处，然后分散开并入射于凹槽内。由于凹槽的内表面具有对光的散射反射性，因此当这些激发光221入射于凹槽内的波长转换层202a时已经可以在波长转换层上分布的很均匀，这样其激发波长转换层的转换效率就很高。接下来，从波长转换层202a出射的受激光(以光线222为例)，和剩余的激发光，都会再次经过凹槽202的侧壁散射和反射，最终形成均匀的混合光从凹槽202的开口出射，出射光被聚焦透镜204所收集。因此，由于有了凹槽内表面的散射和反射，受激光本身会形成均匀的光分布出射，而受激光和剩余的激发光也会均匀的混合出射，从而解决了发光均匀性的问题。
[0019]在本实施例中，波长转换层102a仅覆盖了凹槽的底部。然而在实际应用中，波长转换层可能覆盖凹槽的其它内表面，甚至波长转换层可能覆盖凹槽的所有内表面。图2B和2C用于解释在波长转换层覆盖凹槽的所有内表面的情况下光线在凹槽中的作用原理。如图2B所示，激发光221经过聚焦透镜204后聚焦于基板201的凹槽202的开口处，然后分散开并入射于凹槽内。由于凹槽内表面都覆盖有波长转换层202a，因此激发光221的各光线将入射于波长转换层202a的不同位置，这实际上就增大的波长转换层202a被激发光照射的面积(比较图2A可以更清楚的看出)，这就等效于降低了激发光的光功率密度，从而提高了波长转换层的光转换效率。另一方面，如图2C所示，一束激发光221入射于波长转换层后，部分会被吸收产生受激光222a，其它部分则被凹槽的内表面散射反射形成反射的激发光221a，该反射的激发光221a并不能轻易的射出凹槽而是会再次入射于凹槽的内表面从而再次产生受激光222b，当然最终也会有部分剩余的激发光221b最终从凹槽出射。这样能够实现两个效果:第一，激发光和受激光都在凹槽内部反复的反射和散射从而能够充分的混合和均匀化；第二，激发光一旦入射于凹槽内部就会被“困住”从而多次的入射于波长转换层，这样在制作波长转换层时就可以做的很薄而允许部分激发光不被吸收，而波长转换层做的很薄的好处在于其散热效果会大大提高，波长转换层上的热量会很容易传递到基板上，这在大功率激发光激发的应用场合会有很大的有益效果。
[0020]举例来说，假设激发光每次入射于波长转换层只有50%被吸收，那么如果激发光在凹槽内平均入射于波长转换层3次，则平均来说激发光就会有87.5%被吸收而转换成受激光，剩余的12.5%则出射，这是可以接受的。而如果波长转换层每次只需要吸收50%的激发光，那么与每次必须吸收87.5%相比其厚度可以减少2/3，例如只需要两个甚至一个波长转换颗粒层(例如荧光粉层)的厚度，显然此时每一个波长转换颗粒到基板距离都大大缩短了，因此散热效果大幅度提升。目前广泛使用的荧光粉的颗粒度大致在10微米到20微米之间，因此本实施例中优选的很薄的波长转换层的厚度应不大于50微米，而若工艺控制得当，波长转换层的厚度应控制在30微米左右(例如25微米至35微米之间)。当然，此处对波长转换层厚度的举例并不构成对本实用新型的限制。
[0021]在本实施例中，受激光和剩余激发光都可以在凹槽中得到充分的均匀化，而两者之间也可以在凹槽中充分的混合。这给我们的发光装置的设计带来了很多便利和选择:既可以选择受激光和剩余激发光的混合光，也可以把剩余激发光过滤掉而至剩下受激光。例如，使用蓝光作为激发光，波长转换层中包括黄色波长转换材料，则该发光装置可以得到剩余蓝光和受激发射的黄光的均匀混合的白光。再例如，使用蓝光或紫外光为激发光，波长转换层中包括绿色或红色波长转换材料，并在后续光路中把剩余激发光过滤掉，则该发光装置可以得到均匀的绿色或红色受激光。
[0022]综上所述，可以理解，凹槽的深度会影响到受激光和/或剩余激发光在凹槽内的混合程度。优选的，凹槽的深度与其开口口径的比值不小于1，这样可以得到比较好的混合效果同时也不会因为光线在凹槽内部反射次数太多而影响效率。其中，凹槽的深度指的是凹槽口平面到凹槽底部的最大距离，而凹槽的开口口径指的是凹槽开口的外接圆直径。当然，如果可以牺牲部分效率而提高混光均匀性，可以加大凹槽深度与开口口径的比值，反之则减小该比值。
[0023]在本实施例中，基板的凹槽内表面具有对光的散射反射性对本实用新型的有益效果发挥了重要作用。实现这一特征的方法有多种，其中最简单的就是选择白色陶瓷材料作为基板的材料，例如氧化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氧化锆陶瓷等，这样就能够通过材料选择直接实现该特征。目前使用氧化铝等粉末直接烧结而成的白色多孔陶瓷具有高于90%的反射率，而且可以通过铸造的方式实现基板上的凹槽结构，成本低廉，可靠性极好。当然其它的实现方式也是可能的，本实用新型并不限制，例如使用铝作为基板材料，其表面