[發明專利]利用波長轉換的光源

在審

• 申請號: 201680010509.1
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN107223295A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: A.萊納夫;J.克爾索;D.昆達利亞
• 申請（專利權）人: 奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/183;H01S5/323
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 周學斌,杜荔南

相關申請的交叉引用

本申請是國際申請，其要求2015年2月16日提交的美國申請No. 14/623,016的優先權和益處，該美國申請以其整體通過引用并入本文。

背景技術

投影和顯示光學器件應用通常要求具有低集光率（étendue）的光源以便高效地耦合到給定光學系統中或者提供指定射束圖案。實現此的一種方式是通過與光致發光磷光體組合地利用激光器。該方法可以稱為激光激活的遠程磷光體（LARP）技術。來自激光器的較短波長初級光激勵（泵浦）磷光體以發射較長波長次級光（波長轉換）。使用波長轉換的顯著優點在于，可以選擇磷光體組分使得系統發射白光。此外，這樣的系統可以具有比非相干光源低得多的集光率，所述非相干光源諸如高功率發光二極管（LED）。

在LARP應用中，實現來自磷光體的經轉換光的高輻射率所需要的高泵浦通量具有局部加熱泵浦區中的磷光體的非意圖后果。這種加熱減少了磷光體的量子效率，并且由此對經轉換光的最終輻射率寄予苛刻限制。為了解決該問題，已經使用了若干方法。一種解決方案是與高熱導率襯底組合地使用以高熱導率陶瓷形式的波長轉換器。通過在高溫下燒結大量無機磷光體顆粒直至顆粒彌散并且沾粘在一起以形成單片部件而形成陶瓷波長轉換器。典型地，經燒結的部件具有接近該材料的理論密度的密度，盡管在一些應用中期望的是維持某種多孔性以便增強燒結。相比于通過在硅樹脂中分散單獨的磷光體顆粒而形成的波長轉換器，陶瓷波長轉換器具有大得多的熱導率。

在透射式LARP幾何結構的情況下，其中初級激光器光入射在波長轉換器的一側上并且來自轉換器的次級光從相對側發射，因為襯底需要是光學上透明以及熱傳導的，所以優選的是藍寶石襯底。透射式LARP配置在許多LARP應用中是合期望的，因為它們要求較少的光學組件并且具有不太復雜的光學配置。這使它們對于要求緊湊LARP源的應用而言是有利的，所述應用諸如機動車、移動電話以及其它投影/光照應用。

為了增加光源的輻射率，還可以向透射式LARP系統添加二色性反射器使得在向前方向上發射更多光。由于光回收，這可以有效地使經轉換光的輻射率加倍。然而，二色性反射器還可能對集光率具有不利影響。例如，如果二色性反射器放置在襯底上，經回收的次級光可能看起來具有較大的有效斑尺寸，從而顯著地增加源集光率。即便人們可以消除波長轉換器中的散射，經回收的光也可能看起來處在與向前定向的發射不同的景深下，從而再次有效地增加源集光率。

使用陶瓷波長轉換器和透明襯底時出現的另一個問題是通過全內反射（TIR）而俘獲的次級光的損失。變得被俘獲的輻射的部分取決于襯底和傳播介質的相對折射率并且通常非常大。在磷光體-空氣的情況下，所發射的輻射中的僅18%將存在于臨界角椎體內并且直接離開進入到空氣中。為了增加提取，要求散射以便回收該輻射，但是這將由于TIR的多個循環以及向傳播介質中散射而導致增加的源斑尺寸。在不存在散射的情況下，來自波長轉換器的被俘獲的發射將最終通過側面離開從而完全損失。

發明內容

本發明提供了一種光源，其最小化用于LARP配置以及特別地用于透射式LARP配置的斑尺寸擴展和TIR俘獲。更具體地，本發明提供了具有低集光率以用于向投影系統和其它顯示光學器件應用中耦合的光源。

盡管本發明對于透射式LARP配置特別有用，但是它還具有用于反射式配置的優點，在反射式配置中，從初級激光器泵浦光入射于其上的相同側發射次級光。特別地，本發明準許使用外部反射器回收向后定向的次級和初級光，并且克服了與將高反射且熱傳導涂層直接放置到陶瓷波長轉換器表面上相關聯的技術問題。

依照本發明的目標，提供了一種光源，其包括發射初級光的半導體器件、具有反射涂層的熱傳導光學器件、以及具有前表面和后表面的波長轉換器。光學器件安裝到波長轉換器的后表面，并且初級光在發射區中撞擊在波長轉換器上。波長轉換器將初級光的至少部分轉換成從轉換器的前表面和后表面發射的次級光，并且光學器件將從后表面發射的次級光反射回到發射區中。

依照本發明的另一個目標，光源具有透射式配置，由此來自半導體器件的初級光透射通過光學器件并且定向到波長轉換器的后表面上。

依照本發明的另外的目標，光源具有反射式配置，由此來自半導體器件的初級光定向到轉換器的前表面上。

附圖說明

圖1是處于透射式配置中的本發明的光源的實施例的示意性圖示。

圖2是處于透射式配置中的本發明的光源的另一個實施例的示意性圖示。