發(fā)光裝置、燈具和投影顯示裝置的制造方法
【專利摘要】提出一種發(fā)光裝置和燈具和投影顯示裝置，包括波長轉(zhuǎn)換裝置，該波長轉(zhuǎn)換裝置包括帶孔的基板和附著于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層；還包括激光源和光處理元件，激光源發(fā)出的激光入射于光處理元件并經(jīng)過其處理后，激光的角分布為第一角度范圍，使得激光可以全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層，并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層使其發(fā)射受激光。光處理元件使得激光全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層而沒有從孔中直接射出，保證了出光效率和均勻性。同時，孔的大小限制了出射光的孔徑大小，小的孔可以使出射光光斑變小，同時并不太影響發(fā)光通量，因此可以得到比較大的光亮度。
【專利說明】
發(fā)光裝置、燈具和投影顯示裝置
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實用新型涉及照明光源領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光裝置和使用該發(fā)光裝置的燈具和投影顯示裝置。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，LED光源正在取代傳統(tǒng)的白熾燈和節(jié)能燈成為一種新型的照明光源，它具有高效，節(jié)能，環(huán)保以及壽命長等優(yōu)點。然而，在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，例如舞臺燈光照明、汽車大燈、投影顯示等領(lǐng)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(dǎo)體光源的半導(dǎo)體激光器(以下簡稱LD)，也具有LED的優(yōu)點，同時由于其光學(xué)擴展量(Etendue)小，特別適合用來制作超高亮度的特種光源。利用LD制作高亮度特種光源時，通常將LD出射的激光會聚成一個很小的光斑入射到熒光粉上，由于會聚光斑小，能量密度高，熒光粉局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生大量的熱引起熒光粉飽和甚至損壞。當(dāng)前一種普遍適用的解決方案是，將熒光粉涂覆在轉(zhuǎn)盤上，利用轉(zhuǎn)盤的快速轉(zhuǎn)動為熒光粉散熱。然而轉(zhuǎn)盤的使用一方面降低了系統(tǒng)可靠性，另一方面也限制了系統(tǒng)的小型化。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]為了解決上述問題，本實用新型提出一種發(fā)光裝置，包括波長轉(zhuǎn)換裝置，該波長轉(zhuǎn)換裝置包括帶孔的基板和附著于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層;還包括激光源和光處理元件，激光源發(fā)出的激光入射于光處理元件并經(jīng)過其處理后，激光的角分布為第一角度范圍，使得激光可以全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層，并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層使其發(fā)射受激光。
[0007]本實用新型還提出一種燈具，包括上述的發(fā)光裝置作為光源。
[0008]本實用新型還提出一種投影顯示裝置，包括上述的發(fā)光裝置作為光源。
[0009]光處理元件使得激光全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層而沒有從孔中直接射出，保證了出光效率和均勻性。同時，孔的大小限制了出射光的孔徑大小，小的孔可以使出射光光斑變小，同時并不太影響發(fā)光通量，因此可以得到比較大的光亮度。
[0010]【附圖說明】:
[0011]圖1A是本實用新型的發(fā)光裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖1B和圖1C是圖1A實施例中光處理元件的兩種可能的實施例；
[0013]圖1D和圖1E是圖1A實施例中激光分布的示意圖；
[0014]圖2A是本實用新型的發(fā)光裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2B是圖2A實施例中激光分布的示意圖；
[0016]圖3是本實用新型的發(fā)光裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]【具體實施方式】:
[0018]本實用新型提出一種發(fā)光裝置，其第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1A所示。該發(fā)光裝置包括波長轉(zhuǎn)換裝置，該波長轉(zhuǎn)換裝置包括基板101，該基板101包括孔102;波長轉(zhuǎn)換裝置還包括附著于孔102的內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層103。發(fā)光裝置還包括激光源105和光處理元件104，激光源發(fā)出的激光(以光線141和142為例)入射于光處理元件104并經(jīng)過其處理后，激光的角分布為第一角度范圍，使得激光可以全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層103，并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層103使其發(fā)射受激光。
[0019]在本實施例中，第一角度范圍如圖1D中的實線所示。在圖1D中，橫坐標(biāo)代表激光的出射角，縱坐標(biāo)代表相對光強。圖中，虛線的光分布代表入射于光處理元件104之前的激光分布，實線的光分布代表從光處理兀件104出射的激光分布?？梢?，入射于光處理兀件104前，激光分布是以O(shè)度(即光軸)為中心展開的分布。此時若沒有光處理元件，中心部分激光會直接穿過孔102而不入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層103(結(jié)合圖1E觀察)，這樣顯然達(dá)不到將激光高效率的轉(zhuǎn)化為受激光的目的；即使有部分出射角不為O度的激光入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層，由于中心直接從孔出射的部分激光的存在，整體出射光的顏色是不均勻的，中心的激光一定多于大角度的激光。經(jīng)過光處理元件后，激光分布呈駝峰型，兩個峰分別位于光軸的兩側(cè)，而光軸(O度)則處于兩峰之間的“谷”中，即中心的激光被光處理元件分布到一定出射角的位置，使得激光能夠全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層103。參考圖1E，光線148是滿足入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層103條件的角度最小的光線，而光線147是滿足同樣條件的角度最大的光線，因此光處理元件就是要把激光分布控制在這兩條光線之間。
[0020]在本實施例中，光處理元件104可能是圓錐形透鏡104，其截面形狀是一個三角形，其沿著激光光路看過去的視圖如圖1B所示，圖1B中圓形中心的黑點代表圓錐的頂點。圓錐形透鏡的圓錐面對入射的激光進(jìn)行折射(當(dāng)然也可以把圓錐形透鏡反過來，圓錐面背對激光，激光最終仍然會被圓錐面所折射)，并使得出射的激光的角分布為第一角度范圍。例如，在本實施例中，141和142是兩條入射激光的示例。如果沒有光處理元件104，則光線141會直接穿出孔(如虛線光線141a所示)；由于光處理元件104的存在，光線141被折射并入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層?？梢岳斫?，每一條準(zhǔn)直入射的激光都會在圓錐形透鏡的圓錐面上被折射到一個相同的角度并入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層，因此只要控制圓錐形透鏡的圓錐面的角度(即圖1A中光處理元件截面三角形的底角)就可以控制出射的激光出射角，以達(dá)到控制激光入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層的目的。
[0021]光處理元件還可以有一些變形，例如還可能是棱錐形透鏡，其截面形狀仍然是一個三角形，其沿著激光光路看過去的視圖如圖1C所示。圖1C所示的是一個四棱錐形的透鏡，其棱錐面同樣可以起到折射入射的激光使其以一定角度出射并入射于孔壁的波長轉(zhuǎn)換層，與圖1B所示的圓錐形透鏡相比，四棱錐形的透鏡的出射光分布不是圓周對稱的，但這并不影響實現(xiàn)本實用新型的目的。顯然光處理元件還可以是其它任意棱錐形透鏡，如三棱錐形透鏡、六棱錐形透鏡等等，本實用新型對此并不做限制。另外，光處理元件還可以是棱錐形(或圓錐形)透鏡陣列，即每一個透鏡單元都是小的棱錐形透鏡，這樣與一個大的棱錐形透鏡效果相同，但好處是整個元件更薄。另外，光處理元件還可以是光衍射元件(D0E，Diffractive Optical Element)。光衍射元件是利用其表面的微結(jié)構(gòu)的衍射效應(yīng)對光進(jìn)行相位、角度處理的元件，它也可以實現(xiàn)將激光處理到處于第一角度范圍并入射于孔壁的波長轉(zhuǎn)換層的目的。
[0022]以上是對光處理元件的幾種可能的實現(xiàn)方法進(jìn)行舉例說明，但這并不是對所有實現(xiàn)方法的窮舉，也不構(gòu)成對本實用新型的限制，只要能夠?qū)崿F(xiàn)將激光處理到第一角度范圍并入射于孔壁的波長轉(zhuǎn)換層的目的，就屬于本實用新型保護的光處理元件。
[0023]在本實施例中，波長轉(zhuǎn)換層103附著于孔102的內(nèi)壁上，這樣有利于波長轉(zhuǎn)換層所產(chǎn)生的熱量通過孔內(nèi)壁擴散；同時，孔102的大小限制了出射光的孔徑大小，小的孔可以使出射光光斑變小，同時并不太影響發(fā)光通量，因此可以得到比較大的光亮度(光能量密度)。優(yōu)選的，基板101的材料為白色陶瓷材料或金屬鋁，這樣能夠高效率的反射受激光和激光，有利于提升整體發(fā)光效率?？?02的內(nèi)壁還可以鍍膜，例如鍍高反膜，或散射反射膜，以提高反射率。
[0024]在本實施例中，舉例來說，激光是藍(lán)色激光，而波長轉(zhuǎn)換層包括黃色波長轉(zhuǎn)換材料，這樣出射光中就包括黃色的受激光和剩余的藍(lán)色激光從而混合成為白光。當(dāng)然波長轉(zhuǎn)換層還可以包括其它波長轉(zhuǎn)換材料，例如綠色和紅色的波長轉(zhuǎn)換材料，這樣可以彌補單獨使用黃色波長轉(zhuǎn)換材料所產(chǎn)生的顯色指數(shù)不高的問題。在例如，激光還可以是紫外激光，而波長轉(zhuǎn)換層包括紅、綠、藍(lán)三色波長轉(zhuǎn)換材料，這樣也可以發(fā)射白光。以上僅為對激光和波長轉(zhuǎn)換層種類的舉例，顯然發(fā)光裝置還可以用于發(fā)射單色光而不是白光，或是也可以采用其它顏色的激光和波長轉(zhuǎn)換材料，此處不做限制。
[0025]本實用新型的發(fā)光裝置的另一個實施例如圖2A所示。與圖1A所示的實施例不同的是，在本實施例中，還包括位于激光源和波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的聚光裝置206，用于使激光聚焦的入射于基板的孔內(nèi)。這樣的好處在于更容易控制激光光斑都打入孔內(nèi)，而且孔的尺寸可以變小，這樣可以減小發(fā)光孔徑，提高發(fā)光亮度。
[0026]由于有了聚光裝置206，本實施例中入射于光處理元件204前的激光分布如圖2B中的虛線所示。與圖1D相比顯然本實施例中光處理元件前的激光分布的角度范圍更大，但是如果沒有光處理元件的話，仍然存在中心的光能夠直接穿過孔而不入射于孔壁的波長轉(zhuǎn)換層(參考圖2A中的虛線光線)。因此還是需要光處理元件204將激光的分布處理為第一角度范圍(如圖2B中的實線所示)，使得激光能夠入射于孔壁的波長轉(zhuǎn)換層。
[0027]與圖1A所示的實施例另一個不同點在于，在本實施例中，還包括位于激光源和波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的分光濾光層207，用于透射激光同時反射受激光。這樣可以將從孔的入射端泄漏出的受激光反射回去，以提高發(fā)光裝置的效率。本實施例中，分光濾光層207位于光處理元件的光路前端，而優(yōu)選的分光濾光層緊貼基板的孔的入口放置，這樣可以更高效率的將孔中泄漏的受激光反射回孔內(nèi)。更優(yōu)選的，還包括位于激光源和波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的散射層(圖中未畫出)，用于散射激光，使得激光入射于孔壁的波長轉(zhuǎn)換層時不存在局部能量密度過高的“熱點”，以提高波長轉(zhuǎn)換層的光轉(zhuǎn)換效率。
[0028]本實用新型的發(fā)光裝置的另一個實施例如圖3所示。與圖2A所示的實施例不同的是，在本實施例中，分光濾光層304a是光處理元件304面對基板的面上的鍍膜，而散射層304b是光處理元件304背向基板的面上的表面粗糙化處理層。激光經(jīng)過聚光裝置306聚光后，依次經(jīng)過散射層、光處理元件和分光濾光層后入射于孔的內(nèi)壁。這樣的好處在于使用的元件數(shù)量最少，成本最低，組裝也最簡單。當(dāng)然，本領(lǐng)域工程師可以根據(jù)以上的描述，根據(jù)具體需要布置這幾個光學(xué)元件的順序和加工方法，也可以加入其他光學(xué)元件，這都屬于本實用新型的保護范圍。
[0029]由于激光入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層后會有部分被散射和反射，因此也會有部分激光從孔的入口端泄漏出來。在本實施例中，優(yōu)選的，分光濾光層304a透射第一角度范圍的激光，反射第一角度范圍以外的至少部分激光。這樣既可以保證從激光源出射的激光能夠透過分光濾光層，也能夠?qū)目兹肟诙诵孤┑募す庵刑幱诘谝唤嵌确秶酝獾牟糠旨す夥瓷浠乜變?nèi)進(jìn)行再利用，以最大程度的提升效率。
[0030]本實用新型還提出一種燈具，包括上述的發(fā)光裝置作為光源。
[0031]本實用新型還提出一種投影顯示裝置，包括上述的發(fā)光裝置作為光源。
[0032]本說明書中各個部分采用遞進(jìn)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。以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于: 包括波長轉(zhuǎn)換裝置，該波長轉(zhuǎn)換裝置包括帶孔的基板和附著于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層；還包括激光源和光處理元件，激光源發(fā)出的激光入射于光處理元件并經(jīng)過其處理后，激光的角分布為第一角度范圍，使得激光可以全部入射于孔內(nèi)壁的波長轉(zhuǎn)換層，并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層使其發(fā)射受激光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括位于激光源和波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的聚光裝置，用于使激光聚焦的入射于基板的孔內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括位于激光源和波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的分光濾光層，用于透射激光同時反射受激光。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述分光濾光層透射第一角度范圍的激光，反射第一角度范圍以外的至少部分激光。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述分光濾光層緊貼基板的孔的入□ O6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，還包括位于激光源和波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的散射層，用于散射激光。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光處理元件是圓錐形透鏡或棱錐形透鏡或光衍射元件。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于，所述基板的材料為白色陶瓷材料或金屬鋁。9.一種燈具，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的發(fā)光裝置作為光源。10.—種投影顯示裝置，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的發(fā)光裝置作為光源。
【文檔編號】F21Y115/30GK205581505SQ201620323671
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】楊毅