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波長轉換裝置、發光裝置和燈具.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510644927.3

申請日:

2015.10.07

公開號:

CN105258076A

公開日:

2016.01.20

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F21V 9/10申請日:20151007|||公開
IPC分類號: F21V9/10 主分類號: F21V9/10
申請人: 楊毅
發明人: 楊毅
地址: 201203上海市浦東新區碧波路49弄12號801
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專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510644927.3

授權公告號:

105258076B||||||

法律狀態公告日:

2017.06.23|||2016.02.17|||2016.01.20

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提出一種波長轉換裝置、發光裝置和燈具,包括帶有通孔的基板,通孔內壁對可見光具有反射性,通孔的兩端分別為入射端和出射端;還包括附著于通孔內壁表面的第一波長轉換層,用于受激發射第一受激光;還包括位于通孔出射端并封住通孔的第二波長轉換層,用于受激發射第二受激光;第二波長轉換層可以被第一受激光激發。入射于通孔內的激發光能夠先激發第一波長轉換層,第一波長轉換層受激發射的第一受激光進一步的激發第二波長轉換層使其發射第二受激光。由于第一受激光的波長比激發光更接近于第二受激光,因此使用第一受激光來激發第二波長轉換層,其效率比使用激發光直接激發第二波長轉換層要高。

權利要求書

1.一種波長轉換裝置,其特征在于:包括帶有通孔的基板,通孔內壁對可見光具有反射性,通孔的兩端分別為入射端和出射端;還包括附著于通孔內壁表面的第一波長轉換層,用于受激發射第一受激光;還包括位于通孔出射端并封住通孔的第二波長轉換層,用于受激發射第二受激光;第二波長轉換層可以被第一受激光激發。2.根據權利要求1所述的波長轉換裝置,其特征在于,所述基板材料為白色陶瓷或金屬鋁。3.一種發光裝置,其特征在于:包括根據權利要求1或2所述的波長轉換裝置;還包括激光源和聚光裝置,激光源發出的激光經過聚光裝置匯聚后入射于通孔的入射端;波長轉換裝置的第一波長轉換層能夠被所述激光激發。4.根據權利要求3所述的發光裝置,其特征在于,還包括位于激光源和波長轉換裝置光路之間的第一分光裝置,用于透射激光并反射第一受激光和第二受激光。5.根據權利要求3所述的發光裝置,其特征在于,波長轉換裝置的第二波長轉換層能夠被所述激光激發。6.根據權利要求3所述的發光裝置,其特征在于,還包括位于激光源和波長轉換裝置光路之間的光處理元件,用于引導激光全部入射于通孔內壁而不會直接穿過通孔入射于第二波長轉換層。7.根據權利要求3所述的發光裝置,其特征在于,所述激光光軸與通孔軸線存在特定夾角,使得激光全部入射于通孔內壁而不會直接穿過通孔入射于第二波長轉換層。8.根據權利要求3所述的發光裝置,其特征在于,還包括位于波長轉換裝置光路后端的第二分光裝置,用于反射至少部分出射光回通孔。9.根據權利要求3所述的發光裝置,其特征在于,還包括位于激光源和波長轉換裝置光路之間的散射裝置,用于散射激光。10.一種燈具,其特征在于,包括根據權利要求3至9中的任一項所述的發光裝置作為光源。

說明書

波長轉換裝置、發光裝置和燈具

技術領域:

本發明涉及照明光源領域,特別涉及一種波長轉換裝置和使用該波長轉換裝置的發光裝置和燈具。

背景技術:

隨著半導體技術的發展,LED光源正在取代傳統的白熾燈和節能燈成為一種新型的照明光源,作為一種普通照明光源,它具有高效,節能,環保以及壽命長等優點。然而,在一些特殊的應用領域,例如舞臺燈光照明,汽車大燈,投影顯示等領域,需要的是一種超高亮度的光源,此時LED就難以滿足要求了。與LED同屬半導體光源的激光二極管,也具有LED高效,節能,環保,壽命長的優點,同時由于其光學擴展量(Etendue)小,特別適合用來制作高亮度的特種光源。

在利用激光二極管制作高亮度特種光源時,通常是使用激光激發波長轉換材料以產生高亮度的受激光,例如使用藍色激光激發黃色波長轉換材料,產生的黃色受激光與剩余的藍光共同形成白光。但是這樣的白光顯色指數比較低,不能滿足醫療照明等特殊場合的應用。

發明內容:

為解決上述技術問題,本發明提出一種波長轉換裝置,包括帶有通孔的基板,通孔內壁對可見光具有反射性,通孔的兩端分別為入射端和出射端;還包括附著于通孔內壁表面的第一波長轉換層,用于受激發射第一受激光;還包括位于通孔出射端并封住通孔的第二波長轉換層,用于受激發射第二受激光;第二波長轉換層可以被第一受激光激發。

本發明還提出一種發光裝置,包括上述的波長轉換裝置;還包括激光源和聚光裝置,激光源發出的激光經過聚光裝置匯聚后入射于通孔的入射端;波長轉換裝置的第一波長轉換層能夠被所述激光激發。

本發明還提出一種燈具,包括上述的發光裝置作為光源。

入射于通孔內的激發光能夠先激發第一波長轉換層,第一波長轉換層受激發射的第一受激光進一步的激發第二波長轉換層使其發射第二受激光。這樣,由于第一受激光的波長比激發光更接近于第二受激光,因此使用第一受激光來激發第二波長轉換層,其效率比使用激發光直接激發第二波長轉換層要高。而且,最終波長轉換裝置的出射端的出射光包括第二受激光和透射的剩余第一受激光,其光譜覆蓋范圍比一種受激光要大得多,因此顯色指數可以做得很高。

附圖說明:

圖1是本發明的波長轉換裝置的第一實施例的結構示意圖;

圖2是本發明的波長轉換裝置的另一個實施例的結構示意圖;

圖3是本發明發光裝置的一個實施例的結構示意圖;

圖4是發光裝置另一個實施例的結構示意圖;

圖5是發光裝置另一個實施例的結構示意圖。

具體實施方式:

本發明提出一種波長轉換裝置,其第一實施例的結構示意圖如圖1所示。該波長轉換裝置包括帶有通孔102的基板101,通孔102內壁對可見光具有反射性,通孔的兩端分別為入射端102a和出射端102b。波長轉換裝置還包括附著于通孔102內壁表面的第一波長轉換層103,用于受激發射第一受激光。波長轉換裝置還包括位于通孔出射端102b并封住通孔的第二波長轉換層104,用于受激發射第二受激光。其中,第二波長轉換層可以被第一受激光激發。

利用該波長轉換裝置,入射于通孔102內的激發光能夠先激發第一波長轉換層,第一波長轉換層受激發射的第一受激光進一步的激發第二波長轉換層使其發射第二受激光。這樣的好處在于,由于第一受激光的波長比激發光更接近于第二受激光,因此使用第一受激光來激發第二波長轉換層,其效率比使用激發光直接激發第二波長轉換層要高。而且,最終波長轉換裝置的出射端102b的出射光包括第二受激光和透射的剩余第一受激光,其光譜覆蓋范圍比一種受激光要大得多,因此顯色指數可以做得很高。

在本實施例中,通孔102內壁對可見光具有反射性,這樣熒光轉換效率可以得到提高;同時通孔起到了對光斑大小的控制作用,便于實現高亮度的光源。為了實現通孔內壁對可見光的反射性,優選的,基板材料為白色陶瓷或金屬鋁。而且通孔內壁還可以通過鍍膜或涂層來增加反射率。

波長轉換裝置的另一個實施例如圖2所示。圖1所示的實施例中,第二波長轉換層104依靠自身的強度固定于通孔102的出射端,而在本實施例中,與圖1所示的實施例不同的是,第二波長轉換層204依附于透明材料板205,且與透明材料板一起覆蓋了通孔202的出射端。這樣同樣可以達到在通孔的出射端封住通孔的作用,而好處在于第二波長轉換層的固定更方便易行。

在上述的波長轉換裝置的基礎上,本發明還提出一種發光裝置,其實施例的結構示意圖如圖3所示。該發光裝置包括上述的波長轉換裝置,還包括激光源(圖中未畫出)和聚光裝置(圖中未畫出),激光源發出的激光341經過聚光裝置匯聚后入射于通孔的入射端。其中,波長轉換裝置的第一波長轉換層303能夠被激光341激發。這樣激光341就可以激發第一波長轉換層303使其發射第一受激光342,第一受激光342再激發第二波長轉換層304使其受激產生第二受激光343并出射,同時還有部分沒有被第二波長轉換層吸收的第一受激光從第二波長轉換層表面透射出來。

在本實施例中,為了提高波長轉換效率,優選的,發光裝置還包括位于激光源和波長轉換裝置光路之間的第一分光裝置311,用于透射激光341并反射第一受激光342和第二受激光343。由于波長轉換過程往往是各向同性的,因此無論是第一受激光還是第二受激光,都必然存在向后發射的情況,即面向通孔的入射端發射。由于第一分光裝置的存在,這部分向后發射的第一受激光和第二受激光會被反生會通孔,從而避免了光損失。

具體舉例來說,在本實施例中,激光源是藍色激光源,能夠發射藍色激光。第一波長轉換層包括綠色波長轉換材料或黃綠色波長轉換材料,可以受藍色激光激發而產生綠色或黃綠色的第一受激光。第二波長轉換層包括紅色波長轉換材料,可以受綠色或黃綠色第一受激光激發而產生紅色第二受激光。最終出射光中包括剩余的藍色激光,剩余的綠色或黃綠色第一受激光和紅色第二受激光,光譜覆蓋范圍很廣,所形成的白光顯色指數很高。通過調節第一波長轉換層的濃度和厚度,以及第二波長轉換層的濃度和厚度,可以調節出射光的光譜和色溫。在實際應用中,波長轉換裝置的第二波長轉換層也可能被激光激發,例如在本舉例中紅色波長轉換材料也可能被藍色激光激發,但這并不影響本發明的有益效果。

再例如,激光源是紫外激光源,能夠發射紫外激光。第一波長轉換層包括藍色和綠色波長轉換材料,可以受紫外激光激發而產生藍色和綠色混合的第一受激光。第二波長轉換層包括紅色波長轉換材料,可以藍色和綠色的第一受激光激發而產生紅色第二受激光。最終出射光中包括剩余的藍色和綠色第一受激光和紅色第二受激光,光譜覆蓋范圍也很廣,所形成的白光顯色指數也很高。當然,第一波長轉換層也可以只包括藍色波長轉換材料,而第二波長轉換層包括綠色和紅色波長轉換材料。

以上對激光源、第一波長轉換層中的波長轉換材料、第二波長轉換層中的波長轉換材料的選取的說明,只是舉例而并不構成對本發明的限制。本領域工程師容易根據以上描述和實際需求進行選擇和設計。

發光裝置的另一個實施例的結構示意圖如圖4所示。與圖3所示的實施例不同的是,本實施例的發光裝置還包括位于激光源和波長轉換裝置光路之間的光處理元件412,用于引導激光441全部入射于通孔內壁而不會直接穿過通孔入射于第二波長轉換層。光處理元件412可以是圓錐形透鏡或圓錐形透鏡陣列、棱錐形透鏡或棱錐形透鏡陣列(圖中光處理元件412畫出的是圓錐形透鏡的截面三角形),它通過圓錐面或棱錐面對入射的激光441的折射對其光軸進行偏轉,從而使得激光441全部入射于通孔內壁而不會沿著原方向(也就是通孔的走向)直接穿過通孔達到第二波長轉換層。這樣的好處在于,入射激光441全部用于激發第一波長轉換層,這樣效率最高。而且,這樣也避免了激光441直接出射造成出射光顏色不均勻的可能。

當然,光處理元件412也可以使用其它方法實現,例如可以使用衍射光學元件(DOE,DiffractiveOpticalElement)。衍射光學元件能夠通過表面的微結構對入射激光的相位進行調整從而達到控制激光光形的目的,因此通過合理的設計就可以實現使激光全部入射于通孔內壁的目的。

在本實施例中,光處理元件412位于第一分光裝置411的光路之前,實際上二者也可以互換。第一分光裝置411更靠近波長轉換裝置的好處在于,可以更高效的將向后發射的第一受激光和第二受激光反射回通孔內。在實際中,第一分光裝置也可以是光處理元件面向波長轉換裝置的表面的鍍膜,這樣可以結構最為簡潔的實現功能。

優選的,發光裝置還包括位于激光源和波長轉換裝置光路之間的散射裝置,用于散射激光,這樣可以降低激光的局部功率密度,從而提升第一波長轉換層的轉換效率。該反射裝置也是第一分光裝置或光處理元件的粗糙表面,這樣系統更加簡潔。最為簡潔的方法是,在光處理元件面向波長轉換裝置的表面鍍膜形成第一分光裝置,同時在光處理元件背向波長轉換裝置的表面做粗糙化處理形成散射裝置,這樣三個功能可以使用同一個元件同時實現。

發光裝置的另一個實施例的結構示意圖如圖5所示。與圖3所示的實施例不同的是,在本實施例中,激光光軸與通孔軸線存在特定夾角,使得激光全部入射于通孔內壁而不會直接穿過通孔入射于第二波長轉換層。這樣也可以提高波長轉換效率,同時避免激光直接出射所產生的光顏色不均勻的問題。

在本實施例中,具體的,激光541以一定的發散角入射于通孔502,而通孔502是一個斜孔,使得激光光軸與通孔軸線存在特定夾角,使得激光全部入射于通孔內壁而不會直接穿過通孔入射于第二波長轉換層。當然,也可以使用直的通孔而令激光傾斜入射。

與圖3所示的實施例另一個不同點是,在本實施例中,發光裝置還包括位于波長轉換裝置光路后端的第二分光裝置513,用于反射至少部分出射光544回通孔,這部分返回通孔的光在通孔內散射反射后最終大部分能夠出射。

第二分光裝置根據所需功能的不同可以有多種選擇。例如,第二分光裝置可以是反射型偏振片,它透射一個特定偏振方向的光同時反射正交的偏振方向的光,被反射回通孔的光在通孔內散射反射后改變了偏振態,在出射時可以有部分可以出射,剩余部分再次回到通孔內循環;這樣可以是發光裝置得到偏振的出射光。

再例如,第二分光裝置也可以透射一部分波長的光而反射其余部分光會通孔。例如激發源使用紫外激光,考慮到紫外激光對人眼有危害,第二分光裝置就可以設計成透射可見光同時反射紫外光,這樣既可以防止紫外光出射出來,同時也可以將這部分紫外光返回到通孔內進行二次激發。

以上對第二分光裝置的描述只是舉例而不構成限制。顯然第二分光裝置可以根據需要有多種選擇和設計,只要完成允許一部分光出射同時將其余部分反射回通孔,就應該屬于本發明的保護范圍。

本發明還提出一種燈具,包括上述的發光裝置作為光源。

本說明書中各個部分采用遞進的方式描述,每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處,各個部分之間相同相似部分相互參見即可。以上所述僅為本發明的實施例,并非因此限制本發明的專利范圍,凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換,或直接或間接運用在其他相關技術領域,均同理包括在本發明的專利保護范圍內。

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波長 轉換 裝置 發光 燈具
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