一种近红外光学装置的制作方法

本申请属于红外光学技术领域，尤其涉及一种近红外光学装置。

背景技术：

近年来近红外光在面部识别、虹膜识别、安防监控、激光雷达、健康检测、3d传感等领域的应用得到快速发展，其中近红外led因其具有指向性好、功耗低以及体积小等一系列优点已然成为国际研究焦点。

目前，近红外led主要是采用近红外半导体芯片的实现方式，然而，这种实现方式具有成本高、较难获得特定波长的器件等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种近红外光学装置，以解决目前近红外光学装置成本高、较难获得特定波长的近红外光的问题。

本申请实施例提供了一种近红外光学装置，包括：

led芯片；

设置在所述led芯片的表面或设于所述led芯片上方第一预设距离处的cr³⁺激活的红外发光材料层；

设置在所述cr³⁺激活的红外发光材料层的表面或设于所述cr³⁺激活的红外发光材料层上方第二预设距离处的滤光材料层。

在一个实施例中，所述led芯片为峰值波长在420nm至470nm之间的蓝光芯片。

在一个实施例中，所述蓝光芯片的结构为垂直结构。

在一个实施例中，所述cr³⁺激活的红外发光材料层的红外发光材料的分子式为raqboc:crx，yby；

其中，r为y、la、lu或gd元素中的至少一种；

q为ga或al元素中的至少一种；

2.5≤a≤3.5，4.5≤b≤5.5，11.25≤c≤13.25，0.02≤x≤0.30，0.02≤y≤0.30。

在一个实施例中，所述红外发光材料层为包括红外发光材料的混合物，所述混合物还包括：硅胶；

所述红外发光材料的质量占所述混合物的质量的30％至80％。

在一个实施例中，所述滤光材料层对一次光和二次光中420nm至800nm范围内的光的滤除率大于97％，所述滤光材料层对一次光和二次光中800nm至1100nm范围内的光的透过率大于90％；

其中，所述一次光为所述led芯片发出的光，所述二次光为所述红外发光材料受所述一次光激发后发出的光。

在一个实施例中，所述滤光材料层的滤光材料的分子式为c15h16o2。

在一个实施例中，所述二次光经过所述滤光材料层后的光束的角度范围为60°至150°。

在一个实施例中，所述近红外光学装置还包括：

用于采集经过所述滤光材料层的近红外光的图像传感器。

在一个实施例中，所述图像传感器为ingaas图像传感器。

本申请实施例提供了一种近红外光学装置，近红外光学装置包括led芯片、设置在所述led芯片的表面或设于所述led芯片上方第一预设距离处的cr³⁺激活的红外发光材料层、设置在所述cr³⁺激活的红外发光材料层的表面或设于所述cr³⁺激活的红外发光材料层上方第二预设距离处的滤光材料层。通过led芯片和cr³⁺激活的红外发光材料复合的方式，产生近红外光；由于led芯片和cr³⁺激活的红外发光材料复合的方式不仅能够产生预想的近红外所在的波段的光，还能够产生其它波段的光，通过再次与滤光材料进行复合，利用滤光材料滤除预想波段之外的光，从而获得预想的近红外波段的光，这种通过将led芯片复合红外发光材料和滤光材料的实现方式，结构工艺简单、成本低；并且由于滤光材料的存在，能够获得特定波长的近红外光。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种红外光学装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种近红外光学装置的发光图谱；

图中：1、led芯片；2、红外发光材料层；3、滤光材料层。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的结构、技术的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

需要说明的是，当元件被称为“覆盖在”、“设置于”或“位于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本申请实施例提供的一种近红外光学装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本申请实施例相关的部分，如图所示，所述近红外光学装置包括：

led芯片；

设置在所述led芯片的表面或设于所述led芯片上方第一预设距离处的cr³⁺激活的红外发光材料层；

设置在所述cr³⁺激活的红外发光材料层的表面或设于所述cr³⁺激活的红外发光材料层上方第二预设距离处的滤光材料层。

在本申请实施例中，所述led芯片可以位于封装支架内部，例如，固定在封装支架的底部，所述led芯片的出光面朝向上方，在led芯片的出光面的上表面可以覆盖cr³⁺激活的红外发光材料，红外发光材料的上表面覆盖滤光材料。所述led芯片的个数可以是1个还可以是多个。

如图所示，所述led芯片、红外发光材料层和滤光材料层的设置顺序为：由下至上依次为led芯片、红外发光材料层、滤光材料层，且led芯片和红外发光材料层之间、红外发光材料层和滤光材料层之间允许留有一段距离，例如，led芯片和红外发光材料层之间相距第一预设距离，红外发光材料层和滤光材料层之间相距第二预设距离。第一预设距离可以为范围值，第二预设距离也可以为范围值，且第一预设距离和第二预设距离可以相等。led芯片和红外发光材料层之间还可以设置其它结构或者材料层、红外发光材料层和滤光材料层之间也可以设置其它结构或材料层。

作为其中一个示例，所述led芯片上的红外发光材料层可以为平面结构的，也可以为弧形结构，滤光材料层也可以为平面结构，还可以为弧形结构，在此不做限制。

作为本申请又一实施例，所述led芯片为峰值波长在420nm至470nm之间的蓝光芯片。

在本申请实施例中，为了与cr³⁺激活的红外发光材料匹配获得近红外光，可以将led芯片设置为蓝光芯片，蓝光芯片发射的光的峰值波长在420nm至470nm之间，例如，420nm、430nm、440nm、450nm、460nm、470nm。

作为本申请又一实施例，所述蓝光芯片的结构为垂直结构。

在本申请实施例中，垂直结构的蓝光芯片由于p、n电极分别位于两侧，不容易出现电流拥挤现象，并且热阻较低，能够达到很高的电流密度和均匀度，尤其适合应用在大功率近红外光学装置中，并且垂直结构的蓝光led芯片有利于增强激发光的发光强度，进而提升封装的红外芯片的发光效率。

作为本申请又一实施例，所述cr³⁺激活的红外发光材料层的红外发光材料的分子式为raqboc:crx，yby；

其中，r为y、la、lu或gd元素中的至少一种；

q为ga或al元素中的至少一种；

2.5≤a≤3.5，4.5≤b≤5.5，11.25≤c≤13.25，0.02≤x≤0.30，0.02≤y≤0.30。

在本申请实施例中，cr³⁺离子在raqboc基质提供的晶体场环境中能够较强的吸收蓝光芯片提供的420nm至470nm之间的蓝光，采用yb和cr相结合，yb作为掺杂元素，能够充当敏化剂，使得近红外光学装置具有更高的发光亮度，并且还扩展了发射光谱。本申请实施例提供的红外发光材料在400nm-480nm有极强吸收，尤其适合蓝光芯片激发，发射主峰位置位于1000nm-1100nm，红外发射的抗干扰能力强。

作为本申请又一实施例，所述红外发光材料层为包括红外发光材料的混合物，所述混合物还包括：硅胶；

所述红外发光材料的质量占所述混合物的质量的30％至80％。

在本申请实施例中，红外发光材料可以和硅胶混合后采用喷涂或者点胶灌封的方式将红外发光材料覆盖在芯片出光面的上表面或者上方一定距离形成红外发光材料层，当然，实际应用中，也可以采用透明树脂和红外发光材料混合，红外发光材料和硅胶混合后为混合物，所述红外发光材料的质量占所述混合物的质量的30％至80％，例如，30％、40％、50％、60％、70％、80％等。红外发光材料通常为粉状物，通过和硅胶或透明树脂混合的方式利于将红外发光材料均匀的覆盖在led芯片的上表面形成红外发光材料层。

作为本申请又一实施例，所述滤光材料层对一次光和二次光中420nm至800nm范围内的光的滤除率大于97％，所述滤光材料层对一次光和二次光中800nm至1100nm范围内的光的透过率大于90％；

其中，所述一次光为所述led芯片发出的光，所述二次光为所述红外发光材料受所述一次光激发后发出的光。

在本申请实施例中，由于按照led芯片的出光方向，led芯片、红外发光材料层、滤光材料层三者的顺序依次为：led芯片、红外发光材料层、滤光材料层，所以led芯片发出的蓝光会照射在红外发光材料层中的红外发光材料上，红外发光材料受激发会发射近红外光线，led芯片发出的蓝光可能一部分会透过红外发光材料层，红外发光材料受激发后也可能产生预想波段以外的光，照射到滤光材料层上的光可能会是从420nm至1100nm范围内的光，而本申请中预想近红外光学装置发出的光为800nm至1100nm，因此，需要找到一种滤光材料能够对420nm至800nm范围内的光的滤除率较大、透过率较小，最好能够滤除大部分420nm至800nm范围内的光，从而能有效避免可见光的干扰，还可以解决现有红外芯片技术中的红爆问题。而对800nm至1100nm范围内的光的滤除率较小，透过率较大，最好大部分420nm至800nm范围内的光能够透过，可有效保障红外光的发光效率。

本申请实施例选取的滤光材料对一次光和二次光中420nm至800nm范围内的光的滤除率大于97％，所述滤光材料对一次光和二次光中800nm至1100nm范围内的光的透过率大于90％。

作为本申请又一实施例，所述滤光材料层的滤光材料的分子式为c15h16o2。当然实际应用中，还可以是环氧树脂等。

作为本申请又一实施例，所述二次光经过所述滤光材料层后的光束的角度范围为60°至150°。

在本申请实施例中，可以通过所述led芯片所在的支架、以及滤光材料层的形状控制二次光经过所述滤光材料层后的光束的角度范围，这样有效增强光束的集中度，也能够提高封装后的发光效率。

作为本申请又一实施例，所述近红外光学装置还包括：

用于采集经过所述滤光材料层的近红外光的图像传感器。

在本申请实施例中，上述实施例提供的近红外光学装置均为近红外发射装置，在实际应用中，还可以与图像传感器组合在一起使用，利用led芯片、红外发光材料层和滤光材料层组合在一起作为近红外发射装置，搭配的图像传感器作为近红外接收装置。包括近红外发射装置和近红外接收装置的近红外光学装置可以应用在多种场合。

作为本申请又一实施例，所述图像传感器为ingaas图像传感器。

在本申请实施例中，选取ingaas图像传感器，有助于改善常规图像传感器在1000nm附近感光差的问题。

为了更清楚的说明本申请的技术方案，我们通过下表说明本申请实施例提供的近红外光学装置。

表1本申请实施例提供的近红外光学装置中部分结构或材料的参数。

表1中将近红外半导体芯片制备的近红外光学装置作为对比例，对比例的半导体芯片的峰值波长为940nm，将近红外半导体芯片制备的近红外光学装置的红外波段最高峰值强度作为对比值，定义为100％。

表1提供的九种近红外光学装置包括：led芯片、红外发光材料层和滤光材料层，led芯片的结构为垂直结构，芯片的峰值波长和红外发光材料的组成如表所示，滤光材料选用双酚a，红外发光材料与硅胶混合后置于在led芯片上，红外发光材料占混合物的质量比例见表中所示，表1所示的近红外光学装置还包含ingaas图像传感器，从光学装置中发出的光束角度范围为90°。

通过表1可以看出，本申请实施例提供的近红外光学装置的红外波段最高峰值强度均大于传统的近红外半导体芯片制备的近红外光学装置的红外波段最高峰值强度。

图2是本申请实施例提供的一种近红外光学装置的发光图谱，具体是本申请实施例5提供的近红外光学装置的发光图谱。在图2所示的发光图谱中，横坐标为近红外光学装置发出的光束的波长(单位nm)，纵坐标为归一化后的强度，可以看出近红外光学装置发出的光束的波段集中在900nm-1100nm之间，能够对420nm至800nm范围内的光的滤除效果较好，对800nm至1100nm范围内的光的透过效果较好。

需要说明的是，表1中所示的实施例并非为本申请提供的全部实施例，在上述实施例的基础上还可以进行其它的组合或者变形，基于本申请实施例的组合或变形均在本申请的保护范围内，例如以下实施例。

作为本申请又一实施例，所述近红外光学装置包括半导体芯片、红外发光材料层和滤光材料层，所述半导体芯片的结构为正装结构，所述半导体芯片的峰值波长为455nm，红外发光材料则为y2.9ga4.9o12:cr0.1,yb0.1，滤光材料选用c15h16o2，红外发光材料与硅胶混合后置于led芯片上，红外发光材料占硅胶和红外发光材料总质量的45％，近红外光学装置还包含ingaas图像传感器，从近红外光学装置中发出的光束的角度范围为90°，红外波段最高峰值相对强度158％。

作为本申请又一实施例，所述近红外光学装置包括半导体芯片、红外发光材料层和滤光材料层，所述半导体芯片的结构为倒装结构，所述半导体芯片的峰值波长为455nm，红外发光材料为y2.9ga4.9o12:cr0.1,yb0.1，滤光材料选用c15h16o2，红外发光材料与硅胶混合后置于led芯片上，红外发光材料占硅胶和红外发光材料总质量的60％，近红外光学装置还包含ingaas图像传感器，从近红外光学装置中发出的光束的角度范围为120°，红外波段最高峰值相对强度155％。

作为本申请又一实施例，所述近红外光学装置包括半导体芯片、红外发光材料层和滤光材料层，所述半导体芯片的结构为垂直结构，半导体芯片的峰值波长为455nm，红外发光材料为y2.9ga4.9o12:cr0.1,yb0.1，滤光材料选用环氧树脂，红外发光材料与硅胶混合后置于led芯片上，红外发光材料占硅胶和红外发光材料总质量的50％，所述近红外光学装置还包含ingaas图像传感器，从近红外光学装置中发出的光束的角度范围为100°，红外波段最高峰值相对强度136％。

作为本申请又一实施例，所述近红外光学装置包括半导体芯片、红外发光材料层和滤光材料层，所述半导体芯片的结构为垂直结构，半导体芯片的峰值波长为455nm，红外发光材料为y2.9ga4.9o12:cr0.1,yb0.1，滤光材料选用环氧树脂，红外发光材料与硅胶混合后置于led芯片上，红外发光材料占硅胶和红外发光材料总质量的50％，所述近红外光学装置还包括si制ccd图像传感器，从近红外光学装置中发出的光束的角度范围为60°，红外波段最高峰值相对强度127％。

作为本申请又一实施例，所述近红外光学装置包括半导体芯片、红外发光材料层和滤光材料层，所述半导体芯片的结构为垂直结构，半导体芯片的峰值波长为455nm，红外发光材料为y2.9ga4.9o12:cr0.1,yb0.1，滤光材料选用环氧树脂，红外发光材料与硅胶混合后置于led芯片上，红外发光材料占硅胶和红外发光材料总质量的50％，所述近红外光学装置还包含si制cmos图像传感器，从近红外光学装置中发出的光束的角度范围为150°，红外波段最高峰值相对强度119％。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。