发光装置、灯具和交通工具的制作方法

本发明涉及光源领域，特别是涉及交通工具用的灯具。

背景技术：

目前，汽车前照灯的方案是如图1所示。灯泡101中的灯丝102向四面发射光线，这些光线经过反光罩104内壁的反射后形成出射光出射，光线121是其中一条光线的示例。灯泡与底座103连接，底座103用于给灯泡供电和散热。反光罩底部有通孔104a，灯泡就是穿过通孔到达反光罩内部的。这样的好处在于更换灯泡非常方便，只要拿住灯泡的底座103向外拔出，就可以取出灯泡。

在这个方案中最大的问题在于，出射光的光强不足，尤其是汽车远光灯照明时尤其明显。

技术实现要素：

本发明提出一种发光装置，包括散热装置和发光柱；其中发光柱包括导热柱和led灯珠；led灯珠固定在导热柱侧面并面向侧面发光，导热柱包括相对的第一端和第二端，其中导热柱的第一端与散热装置相连，led灯珠发出的热量能够通过导热柱传导到散热装置；发光柱还包括固定于导热柱第二端的激光发光头，激光发光头发出的热量能够通过导热柱传导到散热装置；该激光发光头包括激光二极管、荧光装置和准直透镜，激光二极管发出的激光入射于荧光装置并激发荧光装置产生受激光，该受激光经过准直透镜准直后沿着发光柱的轴线方向出射。

还提出一种灯具，包括反光罩和上述的发光装置，其中反光罩底部包括通孔，发光装置的发光柱能够穿过该通孔并使得发光柱上的led灯珠位于反光罩内的特定位置a，反光罩能够将特定位置a处发出的光反射并沿着发光柱的轴线方向出射；发光装置的散热装置位于反光罩外部。

还提出一种交通工具，其特征在于，包括上述的灯具作为其前照灯。

led灯珠发出的光可以被反光罩反射后出射，同时激光头发出的准直光能够为中心补光以实现更高的中心亮度。同时led灯珠和激光头共用同一个导热柱导热，整个结构非常简洁，也保持了易于更换的优点。

附图说明

图1表示了现有汽车前照灯的结构示意图；

图2表示了一种激光车灯的结构示意图；

图3表示了本发明一个实施例的结构示意图；

图4表示了图3实施例中激光头的内部构造；

图5表示了图4中荧光装置的一种可能的结构；

图6表示了图4中荧光装置的另一种可能的结构。

具体实施方式

由于图1所示的传统车灯亮度不足，有人提出使用激光照明的方案来提升亮度，其结构如图2所示。在该方案中，激光221穿过反光罩204侧壁上的通孔204a入射于位于反光罩焦点上的荧光片202，荧光片202受激发出的受激光222经反光罩内壁的反射后出射。在这个方案中激光221可以在荧光片202上形成很小的光斑，荧光片202作为光源能量很集中，这样经过反光罩的反射后形成的光的光强更高。为了给荧光片202散热，该方案设置了热沉散热器203。

但该方案的问题在于，要达到与图1所示的车灯相同的光输出，需要较高的激光能量，这样的激光价格很高，使得整个方案的成本很高。

为了实现低成本的高光强车灯方案，本发明提出一种灯具，其结构如图3所示。该灯具包括反光罩304和发光装置。其中发光装置，包括散热装置303和发光柱。发光柱包括导热柱303和led灯珠302，led灯珠302固定在导热柱301侧面并面向侧面发光321，光线321经过反光罩304的反射并出射。导热柱301包括相对的第一端和第二端，其中导热柱301的第一端与散热装置303相连，led灯珠302发出的热量能够通过导热柱301传导到散热装置303。发光柱还包括固定于导热柱301第二端的激光发光头305，激光发光头305发出的热量也能够通过导热柱301传导到散热装置303。激光发光头305发出准直光束322，沿着发光柱的轴线方向出射。

反光罩304底部包括通孔304a，发光装置的发光柱能够穿过该通孔304a并使得发光柱上的led灯珠302位于反光罩内的特定位置a，反光罩能够将特定位置a处发出的光反射并沿着发光柱的轴线方向出射；发光装置的散热装置位于反光罩304外部。在本实施例中，特定位置a指的是反光罩的焦点，这样可以尽量多的将光集中于中心以形成更高的光强。在实际应用中，特定位置a也可以是焦点附件的其他位置，以形成一定的发光角度和照射范围，例如在汽车前照灯中需要一定的光分布。

激光发光头305的结构如图4所示。激光发光头包括激光二极管441、荧光装置444和准直透镜446，激光二极管441发出的激光451入射于荧光装置444并激发荧光装置产生受激光452，该受激光452经过准直透镜446准直后沿着发光柱的轴线方向出射。

在本实施例中，灯具的出射光包括两部分：led灯珠发出的经过反光罩收集后出射的光321和由激光发光头305发出的准直光322，其中led灯珠发出的光321用于形成整体的光分布和足够大的照明范围，激光发光头305发出的准直光322则用于对照明范围内的中心进行补光已形成足够高的中心光强。这样激光发光头就不需要很高的能量，因此成本较低，同时能够发挥出激光发光头能量集中的优点。同时该方案中的发光装置还可以与图1所示的传统灯泡兼容，两者都是可以通过反光罩底部的通孔插入到反光罩内部，因此只需要拿掉传统灯泡再在原位置插入本方案中的发光装置即可。在本方案中，激光发光头与led灯珠共用导热柱301导热，这样的结构最为紧凑。

下面详细说明激光发光头的工作原理，如图4所示。优选的，激光发光头还包括位于激光二极管光路后端的聚光透镜442，用于收集激光二极管441发出的激光并将其汇聚于荧光装置444，以形成较小的激发光斑。激发光斑越小，发光能量密度越高，准直后的出射光的中心光强越高。当然，聚焦于荧光装置444的能量密度过高会造成荧光装置444的烧毁，因此优选的激光发光头还包括位于激光二极管和荧光装置光路之间的散射装置443，将聚焦于荧光装置444上的激光能量适当的扩散。优选的，激光发光头还包括位于荧光装置和准直透镜光路之间的透镜445以提升对受激光452的收集效率。

根据光学原理我们知道，激光发光头的发光光强的大小取决于两个因素，第一是荧光装置444上发光光斑的大小，第二是准直透镜446的口径。简单来说，荧光装置444上发光光斑越小，能量越集中于一个小面积内，准直后的出射光中心光强越强；准直透镜口径越大，对光的准直能力越强，准直后的出射光中心光强越强。

在本方案中，要求整个发光柱能够穿过反光罩底部的通孔，因此发光柱的最大直径就必须小于通孔的孔径，这就限制了发光柱的直径，也就限制了激光发光头中准直透镜的最大口径，这样准直透镜的准直能力就受到了限制。因此要想实现激光发光头对中心光强补光的目的，就必须使得荧光装置444上发光光斑越小越好。

荧光装置上发光光斑的尺寸决定于激发光在荧光装置上形成的激发光光斑的尺寸，而激发光光斑越小则激发光功率密度越高，荧光装置的烧毁风险越大。因此优选的，荧光装置包括荧光陶瓷。荧光陶瓷本身具有高导热的优点，能够快速将荧光装置本身产生的热量传导出去，最大程度的避免荧光装置因为局部热量过高而烧毁。

然而荧光陶瓷也存在一个问题，就是它本身是是透明、半透明的材质的，而荧光陶瓷内部发光材料受激发光是各向同性的，光线在荧光陶瓷内部会发生横向的扩散，这样受激光的发光光斑就会大于激发光在荧光陶瓷上形成的光斑。受激光的发光光斑的扩大就降低了光的能量密度，从而降低了准直光的中心光强。

为了解决在荧光陶瓷内光扩散问题，如图5所示，荧光装置包括透明导热衬底571和涂覆于透明导热衬底571表面的荧光材料涂层572。激光从透明导热衬底的左侧入射并穿过透明导热衬底入射于荧光材料涂层，荧光材料涂层受激发射受激光。荧光材料涂层由于是涂层，本身很薄，因此压缩了受激光横向传播的空间，减弱了光的扩散。当然，荧光材料涂层要保持对激光的吸收率就需要在厚度方向上荧光材料足够多，因此荧光材料层存在一个比较理想的范围。经过试验，优选的，荧光材料涂层的厚度不大于50微米，且不小于10微米。更加优选的，荧光材料涂层内的荧光材料呈小颗粒状，颗粒之间的平均间距小于颗粒平均直径的一半。这样荧光材料涂层内的荧光材料小颗粒本身就形成了密集的光散射机制，可以有效的抑制和阻止光线的传播，起到进一步减弱光在荧光材料涂层中扩散的目的。

优选的，在透明导热衬底的涂覆有荧光材料涂层的面上还包括分光滤光膜，该分光滤光膜能够透射激光二极管发出的激光并反射荧光材料涂层发出的受激光。这样荧光材料发出的受激光都会沿着激光入射的方向出射，达到效率最大化。

如图6所示，除了分光滤光膜外，激光发光头还可以包括位于激光二极管与透明导热衬底671光路之间的半球形透镜673，该半球形透镜673包括相对的球面和平面，其中半球形透镜的平面与透明导热衬底671相连接且两者之间有透明介质填充，半球形透镜的球面上镀有透射激光反射受激光的光学薄膜，用于将荧光材料涂层672向后发出的受激光682反射回荧光材料涂层。激光681透射半球形透镜的球面后，穿过半球形透镜和透明导热衬底671后到达荧光材料涂层672并激发它，荧光材料涂层发出的受激光是各向同性的，其中向后发射的部分受激光682会入射于半球形透镜的球面并被其反射回到荧光材料涂层，并大部分从正面出射，未出射的反射部分会再次回到球面并被反射，从而最终实现全部受激光的正面出射。

优选的，在本实施例中的透明导热衬底671上也包括能够透射激光并反射受激光的分光滤光膜，这样可以进一步的提升受激光的反射效率。

如前所述的，本方案中的灯具的发光包括led灯珠的发光和激光发光头的发光两部分，其中后者需要照射到前者的光分布中进行的局部的补光。而这两者的光轴（即发光中心的方向）是相互独立的，前者是有反光罩的方位决定的，后者是由发光柱的安装方位决定的。要想实现激光发光头出射光对中心位置的补光，优选的，灯具还包括可调装置，该可调装置能够调节发光装置的方位并使得激光发光头出射的准直光的光轴与反光罩出射光的光轴重合。可调装置可以是一个可调的固定法兰，或者定位螺栓，这属于现有技术。

本发明还提出一种交通工具，包括上述的灯具作为其前照灯。

以上所述仅为本发明的实施例，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。