一种波长转换装置和光源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种波长转换装置和光源系统，其中波长转换装置包括依次叠置的反光膜层（30′）、介质层（20′）、荧光粉层（10′）、介质层（20′）、量子点膜层（40′）和透射导热基板层（50′）；反光膜层（30′）用于反射大于预定角度的特定色光且透射小于预定角度的特定色光，并反射其它色光；介质层（20′）的折射率低于荧光粉层（10′）的折射率；量子点膜层（40′）的发光峰值波长大于荧光粉层（10′）的发光峰值波长。本实用新型的波长转换装置具有光效高、热稳定性好、色纯度高的特点。
【专利说明】
一种波长转换装置和光源系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种波长转换装置和光源系统。
【背景技术】
[0002]随着显示和照明技术的发展，原始的卤素灯泡作为光源越来越不能满足显示和照明高功率和高亮度的需求。采用固态光源如LD(Laser D1de，激光二极管)发出的激发光以激发波长转换材料的方法能够获得各种颜色的可见光，该技术越来越多的应用于照明和显示中。这种技术具有效率高、能耗少、成本低、寿命长的优势，是现有白光或者单色光光源的理想替代方案。随着显示技术的发展，人们对于显示画质的要求越来越高，光源的颜色色域越大，显示画面可显示的颜色越多，越接近物体自然的颜色。
[0003]图1示出了现有的透射模式的波长转换装置的结构示意图。如图1所示，现有的波长转换装置包括波长转换材料层10、介质层20和50、反光膜层30以及滤光膜层40。其中，波长转换材料层10设置于激发光源的一侧，反光膜层30设置于波长转换材料层10靠近激发光源的一侧，滤光膜层40设置于波长转换材料层10远离激发光源的一侧，介质层20和50设置于波长转换材料层10与反光膜层30之间以及波长转换材料层10与滤光膜层40之间。特别地，介质层20和50可以为包含导热介质组合物的多孔材料层，将波长转换层在光转化过程中产生的热量散失出去，从而提高了该波长转换装置的发光稳定性。
[0004]上述波长转换装置的工作过程为:激发光源发射的激发光透过反光膜层30照射到波长转换材料层10，激发波长转换材料层10产生受激光；然后，受激光照射到滤光膜层40上，此时小角度的受激光能够透过滤光膜层40，而大角度的受激光和未被转换的激发光被滤光膜层40反射回到波长转换材料层10;接下来，波长转换材料层10通过漫反射作用将大角度的受激光和激发光散射到反光膜层30，并通过反光膜层30反射回到波长转换材料层10，以使得未被转换的激发光能够二次利用得到受激光，同时受激光经滤光膜层40的出光效率也会提高，从而提高波长转换装置的转换效率和发光效率。但是同时也使得波长转换材料层10产生的热量增加，虽然介质层20和50中含有导热介质辅助散热，但是介质层20和50是多孔结构，其导热效率是有限的，因此波长转换材料层10的热量难以及时地传导出去，从而使得波长转换装置产生的受激光的亮度和稳定性随之降低。而且随着激发光的功率的提高，波长转换材料层10产生的热量将随之提高，使得波长转换材料层上的热量更加难以及时地传导出去。尤其是红光波长转换材料，其本身的能量转化效率低、色纯度低，且由于红光在高功率激光激发下的热效率较高，使其效率和稳定性较低。针对上述问题，目前还没有行之有效的解决办法。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种波长转换装置，该波长转换装置具有光效高、热稳定性好、色纯度高的特点。本实用新型进一步提供一种基于本实用新型的波长转换装置的光源系统。
[0006]根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供一种波长转换装置，包括依次叠置的反光膜层、介质层、荧光粉层、介质层、量子点膜层和透射导热基板层;上述反光膜层用于反射大于预定角度的特定色光且透射小于预定角度的特定色光，并反射其它色光;上述介质层的折射率低于上述荧光粉层的折射率;上述量子点膜层的发光峰值波长大于上述荧光粉层的发光峰值波长。
[0007]作为本实用新型的优选方案，上述量子点膜层是量子点材料与液态硅胶涂覆于上述透射导热基板层并加热固化形成的膜层。
[0008]作为本实用新型的优选方案，上述量子点膜层包括红光量子点材料。
[0009]作为本实用新型的优选方案，上述荧光粉层是荧光粉和粘接剂封接形成的。
[0010]作为本实用新型的优选方案，上述荧光粉层包括黄色荧光粉和/或绿色荧光粉。
[0011]作为本实用新型的优选方案，上述黄色荧光粉材料是YAG:Ce3+，M2Si04:Eu2+(M=Ca,Sr, Ba)荧光粉中的至少一种;上述绿色荧光粉材料是LuAG: Ce3+，β-Sialon: Eu2M2S14:Eu2+(M=Ca ,Sr ,Ba)焚光粉中的至少一种;上述量子点材料为含Cd类量子点CdSe/ZnS、CdSe/CdZnS中的一种，或者为无Cd类量子点CuInS2/ZnS。通过选择不同粒径的量子点可以得到所需要的红光、黄光和绿光。
[0012]作为本实用新型的优选方案，上述透射导热基板层为透明蓝宝石、氮化铝单晶或碳化硅单晶。
[0013]作为本实用新型的优选方案，上述介质层为空气层或包含导热粒子的多孔导热介质层;上述导热粒子为白色氧化铝、白色氮化硼、透明蓝宝石颗粒或金刚石颗粒。
[0014]作为本实用新型的优选方案，上述透明蓝宝石颗粒或金刚石颗粒为粒度以亚微米和微米级为主的单晶蓝宝石颗粒或单晶金刚石颗粒。
[0015]根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供一种光源系统，包括:
[0016]激发光源，用于产生一激发光；
[0017]第一方面的波长转换装置；
[0018]其中上述激发光从上述反光膜层一侧入射进入上述波长转换装置，上述荧光粉层吸收上述激发光并发射第一受激光，上述量子点膜层吸收第一受激光和未被吸收的激发光并发射第二受激光，第一受激光的波长小于第二受激光的波长。
[0019]作为本实用新型的优选方案，上述激发光为蓝光或紫外光。
[0020]作为本实用新型的优选方案，上述激发光源为激光二极管或激光二极管阵列。
[0021]作为本实用新型的优选方案，上述反光膜层反射大于预定角度的激发光，透射小于预定角度的激发光，并反射第一受激光和第二受激光。
[0022]作为本实用新型的优选方案，第一受激光为黄光或绿光，第二受激光为红光。
[0023]本实用新型提供的波长转换装置利用荧光粉层吸收短波长的光并转换成较长波长的光，再经过量子点膜层转换成更长波长的光，与现有波长转换装置相比，具有热稳定性高、光效高以及色纯度高的特点。
[0024]具体地，一方面，荧光粉层吸收大部分短波长的激发光，其热稳定性较高，能够承受较高光功率密度的辐照；而量子点膜层只吸收比其发射波长稍短的光，而且激发量子点膜层的光斑直径要较激发荧光粉层的光斑稍大，且量子点膜层涂覆在透射导热基板层上，相比现有的空气介质层和多孔介质层，更有利于将热量快速散失掉，进一步提高可靠性，可以大大减少热效应。另一方面，相比现有荧光粉，量子点的吸收截面更大，几乎能够吸收绝大部分荧光粉层发出的光，转化效率更高;量子点的余辉时间一般在几纳秒，而目前荧光粉的余辉时间在几十至几百纳秒，量子点相比荧光粉更不容易发生发光饱和，因而能够实现高亮度的荧光；同时由于量子点发射峰很窄，可以代替修饰片使用，因而能够直接发出色纯度高的光而没有滤光损失。
【附图说明】
[0025]图1为现有的透射模式的波长转换装置的结构示意图；
[0026]图2为本实用新型一种实施方案的波长转换装置的结构示意图。
[0027]附图标记说明:
[0028]10-波长转换材料层；
[0029]20，50-介质层；
[0030]30-反光膜层；
[0031]40-滤光膜层；
[0032]1(/-荧光粉层；
[0033]2(/-介质层；
[0034]3(/-反光膜层；
[0035]4(/-量子点膜层；
[0036]5(/-透射导热基板层。
【具体实施方式】
[0037]下面通过【具体实施方式】结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0038]本实用新型一种实施方案的波长转换装置的结构如图2所示，包括依次叠置的反光膜层30'、介质层20'、荧光粉层10'、介质层20'、量子点膜层40'和透射导热基板层50'。反光膜层30'用于反射大于预定角度的特定色光且透射小于预定角度的特定色光，并反射其它色光。介质层20'的折射率低于荧光粉层10'的折射率。荧光粉层10'用于将接受的激发光转换成波长更长的受激光。量子点膜层40'的发光峰值波长大于荧光粉层10'的发光峰值波长。透射导热基板层50'用于透射量子点膜层40'发出的受激光以及散热。
[0039]图2中，介质层2(T的折射率低于荧光粉层1(T的折射率，因此入射角大于临界角的光线能够在二者界面上发生全反射，避免光线折射并从反光膜层30'透射出来。介质层20'可以是空气层，也可以是多孔导热介质层，该多孔导热介质层可以包含白色和/或无色导热粒子，导热粒子具体可以是白色氧化铝、白色氮化硼、透明蓝宝石颗粒或金刚石颗粒等。若介质层是空气层，低光功率激发条件下效率高，但是高激发光功率条件下发光稳定性差;若介质层是多孔导热介质层，热导率稍高，高激发光功率条件下发光稳定性较好。
[0040]在本实用新型的一个优选的实施方案中，量子点膜层是采用量子点材料与液态硅胶混合涂覆(例如刷涂或喷涂)于透射导热基板层5(Τ上并加热固化形成的膜层。量子点材料可以为含Cd类量子点CdSe/ZnS、CdSe/CdZnS中的一种，或者为无Cd类量子点CuInS2/ZnS。通过选择不同粒径的量子点可以得到所需要的红光、黄光或绿光。
[0041]在本实用新型的一个优选的实施方案中，量子点膜层4(T为红光量子点膜层，其包括红光量子点材料。
[0042]在本实用新型的一个优选的实施方案中，荧光粉层1(T是荧光粉和粘接剂封接形成的，粘接剂可以是有机硅胶或者环氧树脂，玻璃或者陶瓷。荧光粉可以是发黄光的荧光粉，例如￥46^3+，1:^045112+(1=0&，3^8&)荧光粉中的至少一种;也可以是发绿光的荧光粉，例如1^^6<63+，0-31&10115112+，]\1:^045112+(]\1=0&，318&)荧光粉中的至少一种。
[0043]在本实用新型的一个优选的实施方案中，透射导热基板层50'可以是透明蓝宝石、氮化铝单晶或碳化硅单晶等。透射导热基板层50'起到两个作用，一是承接量子点膜层40'，二是将量子点膜层40'产生的热量快速散失掉。
[0044]本实用新型还提供一种基于本实用新型的波长转换装置的光源系统，包括激发光源以及本实用新型的波长转换装置，其中激发光源用于产生一激发光，该激发光从反光膜层30'—侧入射进入波长转换装置，荧光粉层10'吸收激发光并发射第一受激光，量子点膜层40'吸收第一受激光和未被吸收的激发光并发射第二受激光，第一受激光的波长小于第二受激光的波长。
[0045]本实用新型中，激发光、第一受激光和第二受激光的波长依次递增。当然，本实用新型的波长转换装置的用途并不特别限定激发光、第一受激光和第二受激光的颜色，激发光可以是蓝光或紫外光等短波长的光，第一受激光可以是黄光或绿光等中等波长的光，而第二受激光可以是红光或橙光等较长波长的光。
[0046]在本实用新型的一个优选的实施方案中，激发光为蓝光或紫外光;激光光源为激光二极管或激光二极管阵列。
[0047]在本实用新型的一个优选的实施方案中，反光膜层3(Τ反射大于预定角度的激发光，透射小于预定角度的激发光，并反射第一受激光和第二受激光。
[0048]在本实用新型的一个优选的实施方案中，量子点膜层4(Τ为红光量子点膜层，其包括红光量子点材料，用于将接受的第一受激光以及未被吸收的激发光转换成红光。具体地，蓝光或紫外光激光经过反光膜层30'入射到荧光粉层10'发出较长波长的第一受激光，然后第一受激光和未被吸收的蓝光或紫外光激光被红光量子点膜层吸收，发射出红光。其中，荧光粉层10'的发光波长短于红光量子点的红光波长，第一受激光可以为黄光或绿光，量子点膜层4(Τ发出的红光最终通过透射导热基板层5(Τ透射出去。反光膜层3(Τ为角度选择性滤光膜，反射大于预定角度的蓝光或紫外光，透射小于预定角度的蓝光或紫外光，并反射绿光、黄光和红光。
[0049]荧光粉层1(Τ吸收大部分短波长的激发光，其热稳定性较高，能够承受较高光功率密度的辐照。
[0050]本实用新型中，量子点膜层只吸收比其发射波长稍短的荧光，而且由于激发量子点层的光斑直径要较激发荧光粉的光斑稍大，且量子点层涂覆在透射导热基板层上，相比现有的空气介质层和多孔介质层，更有利于将热量快速散失掉，进一步提高可靠性，所以这种应用方式可以大大减少热效应。此外，相比现有红色荧光粉，红光量子点的吸收截面更大，几乎能够吸收绝大部分荧光粉发出的荧光，转化效率更高;进一步地，量子点的余辉时间一般在几纳秒，而目前荧光粉的余辉时间在几十至几百纳秒，量子点相比荧光粉更不容易实现发光饱和，因而能够实现高亮度的荧光。同时由于量子点材料发射峰很窄，可以代替修饰片使用，因而能够直接发出色纯度红光而没有滤光损失。
[0051]需要说明的是，以上优选的实施方案仅是以将蓝光转换成红光为示例说明了本实用新型的波长转换装置的结构和原理。本领域的技术人员基于本实用新型的精神能够得到其它变型的波长转换装置，分别用于实现其他类型的光转换。
[0052]以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种波长转换装置，其特征在于，包括依次叠置的反光膜层(300、介质层(200、荧光粉层(10')、介质层(20')、量子点膜层(40')和透射导热基板层(50,);所述反光膜层(300用于反射大于预定角度的特定色光且透射小于预定角度的特定色光，并反射其它色光;所述介质层(2(T )的折射率低于所述荧光粉层(1(/ )的折射率;所述量子点膜层(4(T )的发光峰值波长大于所述荧光粉层(10')的发光峰值波长。2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述量子点膜层(400包括红光量子点材料。3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述荧光粉层(10Ο包括黄色荧光粉和/或绿色荧光粉。4.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述透射导热基板层(500为透明蓝宝石、氮化铝单晶或碳化硅单晶。5.根据权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述介质层(200为空气层或包含导热粒子的多孔导热介质层;所述导热粒子为白色氧化铝、白色氮化硼、透明蓝宝石颗粒或金刚石颗粒。6.一种光源系统，其特征在于，所述光源系统包括: 激发光源，用于产生一激发光； 权利要求1-5任一项所述的波长转换装置； 其中所述激发光从所述反光膜层(300—侧入射进入所述波长转换装置，所述荧光粉层(1(^ )吸收所述激发光并发射第一受激光，所述量子点膜层(4(T )吸收所述第一受激光和未被吸收的激发光并发射第二受激光，所述第一受激光的波长小于所述第二受激光的波长。7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述激发光为蓝光或紫外光。8.根据权利要求6或7所述的光源系统，其特征在于，所述反光膜层(3(Τ)反射大于预定角度的激发光，透射小于预定角度的激发光，并反射所述第一受激光和第二受激光。9.根据权利要求6或7所述的光源系统，其特征在于，所述第一受激光为黄光或绿光，所述第二受激光为红光。10.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，所述激发光源为激光二极管或激光二极管阵列。
【文档编号】F21K9/64GK205447345SQ201620156008
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】田梓峰, 许颜正
【申请人】深圳市绎立锐光科技开发有限公司