透射式白光装置的制作方法

本申请涉及白光装置技术领域，具体而言，涉及一种透射式白光装置。

背景技术：

目前生产激光二极管(laserdiode)的技术已相对比较成熟，激光二极管在众多领域如军事、医学、工业等都起着非常显著的作用。采用激光二极管作为激励源的白光光源具有以下多种优点:1)体积小、亮度高，在对该白光光源进行配光设计时提供了更大的设计空间；2)效率相对更高，光源更绿色节能；3)激光二极管不存在“效率骤降”现象，可以增强单芯片的出光强度来降低光源的成本；因此，基于激光二极管激发荧光材料的白光光源是具有发展潜力、可塑性很强的新一代固态照明光源。但是现有的白光装置通常存在散热效果差的问题。

技术实现要素：

本申请实施例在于提供一种透射式白光装置，其能够改善散热效果差的技术问题。

本申请实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种透射式白光装置，包括：内部具有安装空间的封装结构、光学透镜、热沉台、导电柱、激光二极管芯片以及荧光透镜；封装结构的一端具有开口，封装结构远离开口的一端具有有导电通孔；光学透镜安装于封装结构并封闭开口；热沉台安装于安装空间内；导电柱安装于安装空间内，且导电柱与热沉台间隔设置，导电柱与导电通孔电性连接；激光二极管芯片安装于热沉台并与导电柱电性连接；荧光透镜用于将激光二极管芯片产生的激光转换成白光，荧光透镜连接于热沉台远离导电通孔的一端。

在上述技术方案中，热沉台安装于安装空间内，激光二极管芯片安装于热沉台并与导电柱电性连接，导电柱与导电通孔电性连接，则通过导电通孔引入电流能够实现激光二极管芯片发出激光，荧光透镜用于将激光二极管芯片产生的激光转换成白光经过光学透镜散发出去。激光照射荧光透镜时会有热量产生，荧光透镜产生的热量可通过热沉台传递，导电柱与热沉台间隔设置有利于热量的散发，最后热量通过导电通孔和封装结构散发出去，提高了透射式白光装置的散热效果。

在一种可能的实施方案中，封装结构包括基板和围坝，基板具有导电通孔，围坝远离开口的一端与基板连接，热沉台和导电柱均安装于基板，基板为导热基板。

在上述技术方案中，激光二极管芯片发出激光时散发的热量能够传递给热沉台和导电柱，激光照射荧光透镜时产生的热量能够传递给热沉台，热沉台和导电柱均安装于基板，且基板为导热基板，该基板具有良好的导热功能，则传递给热沉台和导电柱和热量能够通过导热基板散发出去，使得散热效果更好。

在一种可能的实施方案中，导热基板选自氮化铝基板、氮化硅基板和氧化铝基板中的任一种。

在上述技术方案中，氮化铝、氮化硅和氧化铝均是较好的导热材料，这三种材料制成的氮化铝基板、氮化硅基板和氧化铝基板均能达到较好的散热效果。

在一种可能的实施方案中，围坝为导热围坝。

在上述技术方案中，围坝具有导热作用，能够起到一定的散热作用，有利于将安装空间内的热量散发出去，提高透射式白光装置的散热效果。

在一种可能的实施方案中，透射式白光装置还包括电极焊盘，电极焊盘连接于基板远离安装空间的一侧，电极焊盘与导电通孔电性连接。

在上述技术方案中，将电极焊盘连接于基板远离安装空间的一侧，能够更加方便地引入电流，实现激光二极管芯片激发出激光。

在一种可能的实施方案中，荧光透镜的表面包括平面和凸球面，凸球面的周向边缘与平面的边缘衔接，荧光透镜的平面与热沉台远离基板的一端连接。

在上述技术方案中，荧光透镜的表面包括平面和凸球面，荧光透镜的平面与热沉台远离基板的一端连接，则激光二极管芯片发出激光时从该平面进入荧光透镜激发荧光透镜产生荧光，使得荧光透镜具有较高的入光率；荧光与激光混合形成白光，凸球面的周向边缘与平面的边缘衔接，使得凸球面散发出来的白光较为聚焦，提高了透射效率。

在一种可能的实施方案中，导电柱设置有多个，激光二极管芯片设置有多个，导电柱与激光二极管芯片一一对应，且多个导电柱与多个激光二极管芯片沿热沉台的周向交替分布。

在上述技术方案中，多个激光二极管芯片同时发出激光能够有利于激发荧光透镜产生荧光并与激光混合成白光，通过导电柱与激光二极管芯片一一对应设置，则每个激光二极管芯片产生的热量可通过热沉台和对应设置的导电柱进行传递，多个导电柱与多个激光二极管芯片沿热沉台的周向交替分布，有利于热沉台和多个导电柱将热量从基板散发出去，提高透射式白光装置的散热效果。

在一种可能的实施方案中，荧光透镜与导电柱接触。

在上述技术方案中，导电柱能够为荧光透镜提供部分支撑，使得荧光透镜在安装空间内更加稳定。另外，导电柱也能对荧光透镜产生的热量进行传递，从而更加有利于散热。

在一种可能的实施方案中，荧光透镜为yag荧光透镜，激光二级管芯片为蓝色激光二级管芯片。

在上述技术方案中，蓝色激光二级管芯片发出蓝光照射yag荧光透镜，激发出的光线与蓝光混合形成白光，yag荧光透镜在转色发热情况下具有较好的耐热性能、荧光转换效率，增加了透射式白光装置的使用寿命。

在一种可能的实施方案中，荧光透镜的荧光材料的分子式为8y3al5o12:xce³⁺，其中，x≤0.05。

在上述技术方案中，采用x≤0.05的分子式为8y3al5o12:xce³⁺的荧光材料作为荧光透镜的荧光材料，能够保持稳定的荧光转换效率。

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为本申请实施例提供的透射式白光装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的透射式白光装置的内部结构图；

图3为本申请实施例提供的透射式白光装置的剖视图；

图4为本申请实施例提供的透射式白光装置的爆炸图；

图5为本申请实施例提供的荧光透镜的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的荧光透镜和常规荧光透镜的性能测试图。

图标：10-透射式白光装置；11-封装结构；110-安装空间；111-基板；1111-导电通孔；112-围坝；12-光学透镜；13-热沉台；14-导电柱；15-激光二极管芯片；16-荧光透镜；161-平面；162-凸球面；17-电极焊盘；18-可焊层；19-导电丝。

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。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，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。

本申请实施例提供一种透射式白光装置10，请参照图1-图3，图1示出了透射式白光装置10的结构示意图，图2示出了透射式白光装置10的内部结构图，图3示出了透射式白光装置10的剖视图。

请参照图1-图4，透射式白光装置10包括内部具有安装空间110的封装结构11、光学透镜12、热沉台13、导电柱14、激光二极管芯片15以及荧光透镜16。

封装结构11的一端具有开口，封装结构11远离开口的一端具有有导电通孔1111。示例性地，封装结构11包括基板111和围坝112，围坝112为筒状结构，导电通孔1111具有于基板111，围坝112的一端具有开口，围坝112远离开口的一端与基板111连接。需要说明的是，基板111和围坝112可以是一体结构，也可以是分开成型后再进行连接。

请参照图2和图3，热沉台13和导电柱14均安装于安装空间110内，导电柱14与导电通孔1111电性连接，激光二极管芯片15安装于热沉台13并与导电柱14电性连接。则通过导电通孔1111引入电流经导电柱14的传导能够实现激光二极管芯片15发出激光。示例性地，激光二极管芯片15通过导电丝19与导电柱14电性连接，可选地，导电丝19为导电金丝或者是导电铜丝。可以理解的是，激光二极管芯片15也可以通过导电片等方式与导电柱14电性连接，本申请实施例对激光二极管芯片15和导电柱14实现电性连接的具体方式不做限定，只要能够使得两者电性连接即可。

示例性地，热沉台13和导电柱14均安装于基板111。可以理解的是，也可以是热沉台13安装于基板111，导电柱14安装于围坝112。可选地，围坝112采用绝缘材料制成，避免产生漏电等情况。

荧光透镜16用于将激光二极管芯片15产生的激光转换成白光，荧光透镜16连接于热沉台13远离导电通孔1111的一端(参照图3)。激光二极管芯片15产生的激光经荧光透镜16转换成白光后经过光学透镜12散发出去。请参照图1和图3，示例性地，光学透镜12为凸透镜，凸透镜具有聚焦的作用，能够提高白光的聚集作用，提高透射效率。

激光照射荧光透镜16时会有热量产生，荧光透镜16产生的热量可通过热沉台13传递，导电柱14与热沉台13间隔设置有利于热量的散发，最后热量通过基板111和导电通孔1111散发出去，提高了透射式白光装置10的散热效果。可选地，荧光透镜16与导电柱14接触，导电柱14能够为荧光透镜16提供部分支撑，使得荧光透镜16在安装空间110内更加稳定；另外导电柱14也能对荧光透镜16产生的热量进行传递，从而更加有利于散热。

进一步地，在一种可能的实施方案中，导电柱14设置有多个，激光二极管芯片15设置有多个，导电柱14与激光二极管芯片15一一对应，且多个导电柱14与多个激光二极管芯片15沿热沉台13的周向交替分布。多个激光二极管芯片15同时发出激光能够有利于激发荧光透镜16产生荧光并与激光混合成白光，通过导电柱14与激光二极管芯片15一一对应设置，则每个激光二极管芯片15产生的热量可通过热沉台13和对应设置的导电柱14进行传递，多个导电柱14与多个激光二极管芯片15沿热沉台13的周向交替分布，有利于热沉台13和多个导电柱14将热量从基板111散发出去，提高透射式白光装置10的散热效果。

示例性地，如图2所示，热沉台13为方柱形，四个激光二极管芯片15分别连接于方柱形的四个表面，四个导电柱14分别设置于方柱形的四个角，四个导电柱14与四个激光二极管芯片15沿热沉台13的周向交替分布。四个激光二极管芯片15分别连接于方柱形的四个表面，则每个激光二极管芯片15产生的热量通过其中一个表面传递给热沉台13，有利于热沉台13将热量散发出去，且能避免热量集中在一个表面对热沉台13造成损害。四个导电柱14分别设置于方柱形的四个角，使得导电柱14热沉台13间隔距离合适，有利于散热。另外，这样的设置方式使得整体结构布局合理，在保证具有良好散热性的同时，减少了透射式白光装置10的整体体积。

为了提高透射式白光装置10的散热效果，围坝112可选地为导热围坝，即围坝112由导热材料制成。围坝112具有导热作用，能够起到一定的散热作用，有利于将安装空间110内的热量散发出去，提高透射式白光装置10的散热效果。同时，为了满足围坝112既具有导热效果又具有绝缘作用，示例性地，制成围坝112的材料为氮化铝、氮化硅和氧化铝中的任一种。

另外，基板111可选地为导热基板。激光二极管芯片15发出激光时散发的热量能够传递给热沉台13和导电柱14，激光照射荧光透镜16时产生的热量能够传递给热沉台13，热沉台13和导电柱14均安装于基板111，且基板111为导热基板，该基板111具有良好的导热功能，则传递给热沉台13和导电柱14和热量能够通过导热基板散发出去，使得散热效果更好。

示例性地，导热基板选自氮化铝基板、氮化硅基板和氧化铝基板中的任一种。氮化铝、氮化硅和氧化铝均是较好的导热材料，这三种材料制成的氮化铝基板、氮化硅基板和氧化铝基板均能达到较好的散热效果。需要说明的是，这种设置方式时，导电通孔1111内填充有导电材料，例如可以是铜浆填充，也可以是银浆填充，导电通孔1111内的导电材料与导电柱14电性连接。

示例性地，导热基板也可选择具有绝缘层的金属基板，其中，绝缘层设置于金属基板远离安装空间110的一侧。示例性地，金属基板为铝基板或铜基板。需要说明的是，这种设置方式时，导电通孔1111位于绝缘层的部分填充有导电材料，例如可以是铜浆填充，也可以是银浆填充，通过导电通孔1111内的导电材料与导电柱14电性连接。

示例性地，导电柱14对应安装于导电通孔1111处并将导电通孔1111覆盖，以更好地实现导电通孔1111与导电柱14电性连接。

进一步地，请参照图1和图4，透射式白光装置10还包括电极焊盘17，电极焊盘17连接于基板111远离安装空间110的一侧，电极焊盘17与导电通孔1111电性连接。将电极焊盘17连接于基板111远离安装空间110的一侧，能够更加方便地引入电流，实现激光二极管芯片15激发出激光。

下面对荧光透镜16进行具体介绍：

请参照图5，在一种可能的实施方案中，荧光透镜16的表面包括平面161和凸球面162，凸球面162的周向边缘与平面161的边缘衔接，荧光透镜16的平面161与热沉台13远离基板111的一端连接。示例性地，荧光透镜16的平面161通过可焊层18与热沉台13连接。

激光二极管芯片15发出激光时从荧光透镜16的平面161进入荧光透镜16形成白光，使得荧光透镜16具有较高的入光率；凸球面162的周向边缘与平面161的边缘衔接，使得凸球面162散发出来的白光较为聚焦，提高了透射效率。需要说明的是，本申请实施例的荧光透镜16的外形可根据需要进行选择。

示例性地，激光二极管芯片15为蓝光激光二极管芯片15，荧光透镜16的荧光材料可以选择黄色荧光物质，蓝光激光二极管芯片15发出蓝光激发荧光透镜16的黄色荧光物质，黄色荧光物质在蓝光的激发下发射黄光与从荧光透镜16透出的部分蓝光混合形成白光。需要说明的是，本申请实施例对荧光透镜16和激光二极管芯片15的类型不做具体限定，只要能够满足激光二极管芯片15发出的光线与荧光透镜16发出的光线能够混合形成白光即可。

在一种可能的实施方案中，激光二极管芯片15为蓝光激光二极管芯片15，荧光透镜16为yag荧光透镜16，即yag荧光透镜16的主要成分为y3al5o12。蓝色激光二级管芯片发出蓝光照射yag荧光透镜16，激发出的光线与蓝光混合形成白光，yag荧光透镜16在转色发热情况下具有较好的耐热性能，增加了透射式白光装置10的使用寿命。示例性地，荧光透镜16的厚度为0.1-5mm，例如为0.1、0.3、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4和5中的任一种或者任意两者之间的范围。

进一步地，荧光透镜16的荧光材料的分子式为8y3al5o12:xce³⁺，其中，x≤0.05，示例性地，x为0.01、0.02、0.03、0.04或0.05。采用x≤0.05的分子式为8y3al5o12:xce³⁺的荧光材料作为荧光透镜16的荧光材料，荧光透镜16的耐热效果好，稳定性好。

发明人研究发现，在热淬灭试验中，常规荧光材料在150℃的温度条件下的量子效率小于其在25℃的温度条件下的量子效率的80％，而本申请实施例提供的分子式为8y3al5o12:3ce³⁺的yag荧光透镜16在150℃的温度条件下的量子效率能够保持约为其在25℃的温度条件下的量子效率的99.5％(参照图6，图6中的yagceramics代表本申请实施例的分子式为8y3al5o12:3ce³⁺的yag荧光透镜16，另一个标注代表两种常规的荧光材料)。本申请实施例的yag荧光透镜16在150℃吸收激发转换情况下的转换效率高于常规荧光材料，能够保持稳定的荧光转换效率，荧光透镜16具有较好的耐热性、稳定性和荧光转换效率。

示例性地，荧光透镜16的制备方法包括以下步骤：

将陶瓷粉体在1730-1800℃温度下真空烧结5～30小时，在1200-1500℃的条件下保温5-40小时后冷却，陶瓷粉体包括y2o3、al2o3和ceo2。示例性地，真空烧结步骤的真空度为10^-3-10^-5pa。

可选地，上述制备方法还包括：将陶瓷粉体和烧结助剂混合后再进行真空烧结，烧结助剂包括mgo和sio2中的至少一种。示例性地，烧结助剂与陶瓷粉体的质量比值小于1％，例如为1％。

本申请实施例的透射式白光装置10的工作原理如下：

热沉台13安装于安装空间110内，激光二极管芯片15安装于热沉台13并与导电柱14电性连接，导电柱14与导电通孔1111电性连接，则通过导电通孔1111引入电流能够实现激光二极管芯片15发出激光，荧光透镜16用于将激光二极管芯片15产生的激光转换成白光经过光学透镜12散发出去。激光照射荧光透镜16时也会有热量产生，由于热沉台13将荧光透镜16支撑起来远离基板111，使得热量能够在安装空间110内进行有效地散发，导电柱14与热沉台13间隔设置有利于热量的散发，最后热量通过导电通孔1111从安装空间110散发出去，提高了透射式白光装置10的散热效果。

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。