光源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種光源，包括波長轉(zhuǎn)換裝置，該波長轉(zhuǎn)換裝置包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的用于收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光的功能透鏡，該功能透鏡包括第一表面，該第一表面分為第一區(qū)和第二區(qū)，其中第二區(qū)表面鍍有濾光膜，該濾光膜反射激發(fā)光同時(shí)透射受激光；從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余激發(fā)光入射于第一表面的第二區(qū)，第二區(qū)的表面形狀使得被第二區(qū)的濾光膜反射的激發(fā)光能夠回到波長轉(zhuǎn)換層。光源還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于功能透鏡，該激發(fā)光與第一表面的交點(diǎn)位于第一區(qū)內(nèi)；該激發(fā)光經(jīng)功能透鏡聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光。在本發(fā)明的光源中，從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余的激發(fā)光中入射于功能透鏡第二區(qū)的部分能夠被濾光膜反射回波長轉(zhuǎn)換層從而被再利用，這顯著的提高了光源的效率。
【專利說明】光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光源領(lǐng)域，特別是涉及應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)的光源。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)前，光源技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，應(yīng)用最多的光源是鹵素?zé)艉蜔晒鉄?。這些光源的最大的問題是亮度不足。近年來，LED光源發(fā)展迅速，利用藍(lán)色的LED激發(fā)涂敷于LED表面的黃色熒光粉來產(chǎn)生白光，這種光源已經(jīng)開始在市場(chǎng)上普及。但問題在于單顆LED光源的功率較低，依然存在亮度不足的問題。
[0004]而高亮度光源領(lǐng)域，常用的是高壓汞燈和氙燈光源，這樣的光源依靠超短的燈弧而具有很高的亮度(能量密度)，但問題在于其壽命只有1000小時(shí)左右，使用成本很高。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種光源，包括波長轉(zhuǎn)換裝置，用于接收激發(fā)光并受激發(fā)射受激光；該波長轉(zhuǎn)換裝置包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對(duì)的第一面和第二面，波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的表面上，該表面對(duì)于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性。波長轉(zhuǎn)換裝置還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的用于收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光的功能透鏡，該功能透鏡包括第一表面，該第一表面分為第一區(qū)和第二區(qū)，其中第二區(qū)表面鍍有濾光膜，該濾光膜反射激發(fā)光同時(shí)透射受激光；從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余激發(fā)光入射于第一表面的第二區(qū)，第二區(qū)的表面形狀使得被第二區(qū)的濾光膜反射的激發(fā)光能夠回到波長轉(zhuǎn)換層。光源還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于功能透鏡，該激發(fā)光與第一表面的交點(diǎn)位于第一區(qū)內(nèi)；該激發(fā)光經(jīng)功能透鏡聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被功能透鏡所收集并出射構(gòu)成光源的出射光。
[0007]在本發(fā)明的光源中，從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余的激發(fā)光中入射于功能透鏡第二區(qū)的部分能夠被濾光膜反射回波長轉(zhuǎn)換層從而被再利用，這顯著的提高了光源的效率。
[0008]【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1表不了本發(fā)明第一實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2a和2b表示了圖1實(shí)施例中功能透鏡的第一區(qū)和第二區(qū)的兩種不同劃分的舉例； 圖3表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4a表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4b表不了圖4a實(shí)施例中的襯底的俯視圖；
圖4c表示了圖4a實(shí)施例中功能透鏡的第一區(qū)和第二區(qū)的劃分的舉例；
圖5表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8表示了圖7實(shí)施例中功能透鏡的第一區(qū)和第二區(qū)的劃分的舉例；
圖9表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10表示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1la和Ilb表示了波長轉(zhuǎn)換層的兩種不同結(jié)構(gòu)的舉例；
圖12表示了可移動(dòng)的波長轉(zhuǎn)換層和襯底的俯視圖。
[0010]
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明的第一實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該光源包括波長轉(zhuǎn)換裝置，該波長轉(zhuǎn)換裝置用于接收激發(fā)光并受激發(fā)射受激光。該波長轉(zhuǎn)換裝置包括波長轉(zhuǎn)換層102和襯底101，波長轉(zhuǎn)換層102包括相對(duì)的第一面102a和第二面102b，波長轉(zhuǎn)換層的第一面102a依附于襯底101的表面IOla (在圖中為襯底101的上表面)上,該表面IOla對(duì)于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性，因此從波長轉(zhuǎn)換層面向襯底出射的光(包括波長轉(zhuǎn)換層本身受激發(fā)射的受激光，和/或剩余的激發(fā)光)會(huì)被該表面IOla反射回波長轉(zhuǎn)換層102，并最終從波長轉(zhuǎn)換層的第二面102b (上表面)出射。因此，由于襯底的存在，從波長轉(zhuǎn)換層出射的光都會(huì)從其第二面出射，這些光既包括受激光，也包括沒有被吸收的剩余的激發(fā)光。
[0012]波長轉(zhuǎn)換裝置還包括位于波長轉(zhuǎn)換層102第二面一側(cè)的用于收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光的功能透鏡103，該功能透鏡103包括第一表面，第一表面在本實(shí)施例中為功能透鏡103的上表面，該第一表面分為第一區(qū)103a和第二區(qū)103b，其中第二區(qū)103b表面鍍有濾光膜104，該濾光膜104反射激發(fā)光同時(shí)透射受激光。圖2a表示了功能透鏡103的俯視圖，可以明確看出陰影部分的第二區(qū)位于功能透鏡的中部而第一區(qū)位于功能透鏡的邊緣。
[0013]圖1所示的光源還包括激發(fā)光源105，激發(fā)光源105發(fā)射的激發(fā)光131入射于功能透鏡103,該激發(fā)光131與第一表面的交點(diǎn)位于第一區(qū)內(nèi)。該激發(fā)光131經(jīng)功能透鏡103聚焦于波長轉(zhuǎn)換層102表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光。這樣，如上所述的，受激光和沒有被吸收的剩余激發(fā)光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射出來。
[0014]其中，出射的受激光(圖1中以142和143兩條光線來表示)被功能透鏡103所收集并出射構(gòu)成光源的出射光，其中，受激光142經(jīng)過第一表面的第二區(qū)被收集，濾光膜104對(duì)其透射，受激光143經(jīng)過第一表面的第一區(qū)被收集。另一方面，從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余激發(fā)光的光分布大致為全角分布，其中大部分(圖1中以光線141為例)入射于第一表面的第二區(qū)并被第二區(qū)表面的濾光膜104所反射，第二區(qū)的表面形狀使得這部分被反射的激發(fā)光能夠回到波長轉(zhuǎn)換層被二次吸收和利用。而從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余激發(fā)光中還有一部分會(huì)入射于第一表面的第一區(qū)并透射出去，透射出去的這部分中會(huì)有一部分沿著激發(fā)光131的光路原路返回進(jìn)而被激發(fā)光源105吸收形成損耗，其它部分(以光線144為例)則會(huì)透射出去與受激光142和143 —起共同構(gòu)成光源的出射光。
[0015]在本實(shí)施例中，由于濾光膜104的存在，功能透鏡103的第一表面的不同區(qū)域?qū)τ诩ぐl(fā)光有不同的響應(yīng)，即第一區(qū)透射激發(fā)光而第二區(qū)反射激發(fā)光。這樣控制激發(fā)光源105的光路就可以控制激發(fā)光131使其經(jīng)過第一區(qū)透射功能透鏡并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層102，而沒有被波長轉(zhuǎn)換層102吸收的大致為全角分布的剩余激發(fā)光中大部分會(huì)入射于第二區(qū)內(nèi)(參考圖2a)，這部分激發(fā)光會(huì)被濾光膜104反射回來并進(jìn)行二次利用，這大大提高了激發(fā)光的利用效率。
[0016]在本實(shí)施例中，功能透鏡103的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵，因?yàn)樗仨毮軌蛲瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能:
1.聚焦激發(fā)光到波長轉(zhuǎn)換層；
2.收集受激光并準(zhǔn)直出射；
3.第二區(qū)反射激發(fā)光回到波長轉(zhuǎn)換層。
[0017]其中，功能I和功能2在光路實(shí)現(xiàn)上是可逆的光路，即實(shí)現(xiàn)了一個(gè)則另一個(gè)自然可以實(shí)現(xiàn)，因此這兩個(gè)功能實(shí)際上是一個(gè)功能，這樣我們可以先不考慮功能I而只考慮功能2和3。在設(shè)計(jì)中，可以優(yōu)先考慮功能3的實(shí)現(xiàn)，例如若功能透鏡103的下表面為一個(gè)平面，則根據(jù)光學(xué)知識(shí)可知波長轉(zhuǎn)換層上一個(gè)發(fā)光點(diǎn)經(jīng)過功能透鏡103的下表面的折射后會(huì)在波長轉(zhuǎn)換層的下方成一個(gè)虛像，而設(shè)計(jì)功能透鏡103的第一表面為以這個(gè)虛像為中心的球面就可以實(shí)現(xiàn)功能3?？紤]到像差的存在，功能透鏡103的下表面也可以為曲面，這樣對(duì)消像差有幫助。這時(shí)候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)功能3已經(jīng)完成了功能透鏡103的設(shè)計(jì)，可以用光學(xué)模擬軟件來模擬這樣的功能透鏡103對(duì)于功能I和功能2的實(shí)現(xiàn)情況，而若存在像差，則可以在功能透鏡103的后方再增加一片透鏡來消除像差。
[0018]可以理解，功能透鏡103在本實(shí)施例中只表示為一片透鏡，但實(shí)際上可以是一個(gè)透鏡組。透鏡組中包含多片透鏡，每一片透鏡有兩個(gè)表面可以設(shè)計(jì)，這樣透鏡組的設(shè)計(jì)就存在多個(gè)設(shè)計(jì)自由度。而且，第一表面也不一定是靠近波長轉(zhuǎn)換層的第一片透鏡的上表面，也可能是其下表面，或者是透鏡組中的其它任意一個(gè)表面，這并不做限制。值得注意，這里的透鏡是廣義的概念，包括凸透鏡、凹透鏡、棱鏡、透明平板等各種光學(xué)元件。例如透鏡組包括一個(gè)光學(xué)玻璃平板，該玻璃平板表面的第二區(qū)鍍有濾光膜，只要能夠?qū)崿F(xiàn)前面所述的功能，都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。由于多各設(shè)計(jì)自由度的存在，從理論上來說完全可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的三個(gè)功能。
[0019]為了達(dá)到激發(fā)光入射于功能透鏡的第一區(qū)后匯聚于波長轉(zhuǎn)換層的光學(xué)效果，實(shí)際上激發(fā)光入射在功能透鏡的第一區(qū)的入射角度是有一定的要求的。具體的設(shè)計(jì)過程可能是，根據(jù)上述描述設(shè)計(jì)出功能透鏡103，接下來定義第一區(qū)的范圍，然后就能夠確定出波長轉(zhuǎn)換層的出射光經(jīng)過功能透鏡103的第一區(qū)后的光路，最后將激發(fā)光設(shè)置于沿著該光路反向的入射于波長轉(zhuǎn)換層，這樣根據(jù)光路可逆原理激發(fā)光自然匯聚于波長轉(zhuǎn)換層的被功能透鏡103所收集的區(qū)域?？梢?，激發(fā)光入射于功能透鏡的第一區(qū)的角度并不是一個(gè)確定值，它可以根據(jù)功能透鏡103的設(shè)計(jì)和第一區(qū)的定義來相應(yīng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算得到。
[0020]在圖1所示的實(shí)施例中，剩余激發(fā)光144沒有被反射回波長轉(zhuǎn)換層進(jìn)行二次吸收和利用，這可以通過改變功能透鏡第一區(qū)和第二區(qū)的劃分來改進(jìn)。新的劃分如圖2b所示，圖2b為功能透鏡第一表面的俯視圖，其中第一區(qū)103a為一個(gè)圓斑，該圓斑可以容納激發(fā)光131入射于第一表面時(shí)的光斑尺寸即可，其余部分均為第二區(qū)103b，該第二區(qū)上鍍有濾光膜104。這樣，激發(fā)光131就可以從第一區(qū)的圓斑穿過而不受影響，同時(shí)第二區(qū)覆蓋了第一表面盡量多的范圍，這樣可以盡量多的將剩余激發(fā)光反射回波長轉(zhuǎn)換層以提高效率。
[0021]在實(shí)際應(yīng)用中，波長轉(zhuǎn)換層可能包括兩種波長轉(zhuǎn)換材料，即第一波長轉(zhuǎn)換材料和第二波長轉(zhuǎn)換材料，激發(fā)光能夠激發(fā)第一波長轉(zhuǎn)換材料并使其發(fā)射第一受激光，而第一受激光又能夠激發(fā)第二波長轉(zhuǎn)換材料來產(chǎn)生第二受激光。最典型的例子是，激發(fā)光采用紫色或紫外光，第一波長轉(zhuǎn)換材料是藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換材料，它吸收紫色或紫外激發(fā)光并受激發(fā)射藍(lán)色受激光；第二波長轉(zhuǎn)換材料是黃色波長轉(zhuǎn)換材料(例如但不限于YAG熒光粉)，它吸收藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換材料發(fā)出的藍(lán)色受激光并受激發(fā)射黃色受激光。YAG熒光材料是一種性能極佳的熒光材料，然而它并不能被紫色光或紫外光激發(fā)。因此，使用藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換材料進(jìn)行一個(gè)過渡，即藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換材料吸收紫光或紫外光而發(fā)射藍(lán)色受激光，再利用該藍(lán)色受激光激發(fā)YAG熒光材料發(fā)射黃色受激光，就能夠解決YAG不能被紫色光或紫外光激發(fā)的問題。
[0022]在這種情況下，兩種波長轉(zhuǎn)換材料可以均勻混合使用，也可以分層使用。無論怎么使用都可能造成一個(gè)問題，就是為了使激發(fā)光被充分的吸收，在波長轉(zhuǎn)換層中就必須使用足夠多的第一波長轉(zhuǎn)換材料，這樣光源最終的出射光中的第一受激光的成分必然很多，這將可能造成出射光的光譜或色溫不能達(dá)到使用要求。仍然使用上面的例子來解釋:為了將紫色或紫外激發(fā)光被充分的吸收，在波長轉(zhuǎn)換層中就必須使用足夠多的藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換材料，這樣光源的出射光中藍(lán)色成分就會(huì)比較多而黃色成分比較少，這樣出射的白光色溫就會(huì)偏高，對(duì)于要求色溫較低的場(chǎng)合就不適用了。
[0023]這個(gè)問題可以通過調(diào)整濾光膜透過譜的設(shè)計(jì)使其反射部分第一受激光來解決。由于濾光膜所在的第二區(qū)可以將從波長轉(zhuǎn)換層出射的激發(fā)光反射回波長轉(zhuǎn)換層，同樣的它也可以將部分第一受激光反射回波長轉(zhuǎn)換層，這樣被反射回來的部分第一受激光就可以再次激發(fā)第二波長轉(zhuǎn)換材料，這不僅提高了第二受激光的亮度，也使得光源的出射光的光譜或色溫得到調(diào)節(jié)。另外，在功能透鏡第一表面的第一區(qū)也可以鍍補(bǔ)充濾光膜，該補(bǔ)充濾光膜透射激發(fā)光，同時(shí)反射部分第一受激光，并透射第二受激光，同時(shí)設(shè)計(jì)第一區(qū)的表面形狀使得被第一區(qū)的補(bǔ)充濾光膜反射的第一受激光能夠回到波長轉(zhuǎn)換層并激發(fā)第二波長轉(zhuǎn)換材料。這樣的好處在于整個(gè)第一表面都反射部分第一受激光從而出射光的顏色是均勻的。值得注意的是，即使波長轉(zhuǎn)換層中只包括一種波長轉(zhuǎn)換材料，補(bǔ)充濾光膜也可以反射部分受激光從而調(diào)節(jié)出射光的光譜或色溫。另外，在功能透鏡第一表面的第一區(qū)鍍補(bǔ)充濾光膜的方法也可以應(yīng)用于本發(fā)明的其他實(shí)施例。
[0024]在上面的敘述中曾經(jīng)提到過，當(dāng)波長轉(zhuǎn)換層中包括兩種波長轉(zhuǎn)換材料時(shí)，可以分層使用，即波長轉(zhuǎn)換層包括兩個(gè)子層，第一子層包括第一波長轉(zhuǎn)換材料，第二子層包括第二波長轉(zhuǎn)換材料，第二波長轉(zhuǎn)換材料能夠吸收第一波長轉(zhuǎn)換材料受激發(fā)射的第一受激光并發(fā)射第二受激光。優(yōu)選的，第二子層相對(duì)于第一子層更接近襯底。這是因?yàn)榈谝徊ㄩL轉(zhuǎn)換材料相對(duì)第二波長轉(zhuǎn)換材料來說更容易被激發(fā)光激發(fā)，因此激發(fā)光優(yōu)選的先入射于第一波長轉(zhuǎn)換材料所在的第一子層。
[0025]另外，發(fā)光波長較長的波長轉(zhuǎn)換材料的效率一般比較低，因此發(fā)熱量就比較大，設(shè)置這些波長轉(zhuǎn)換材料更靠近襯底有利于波長轉(zhuǎn)換層的效率最優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用中，波長轉(zhuǎn)換層也可能包括三種甚至更多種波長轉(zhuǎn)換材料，例如在上面舉例中再加入紅色波長轉(zhuǎn)換材料，這樣能夠提高光源出射光的顯色指數(shù)。顯然紅色波長轉(zhuǎn)換材料的出射光的波長最長，其發(fā)熱量也最大，所以優(yōu)選的，應(yīng)該將紅色波長轉(zhuǎn)換材料所在的層緊貼襯底。
[0026]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。其波長轉(zhuǎn)換裝置與圖1所示的相同，也包括波長轉(zhuǎn)換層302、襯底301、功能透鏡303和濾光膜304，此處不再重復(fù)說明其工作原理。與圖1中的光源結(jié)構(gòu)不同之處在于，圖3所示的光源包括兩個(gè)激發(fā)光源305和306，這樣可以提高激發(fā)光的總功率，并最終提高光源出射光功率。
[0027]與圖1所示的光源相似的，激發(fā)光源305發(fā)出的激發(fā)光331入射于功能透鏡303的第一區(qū)并最終入射于波長轉(zhuǎn)換層302。波長轉(zhuǎn)換層302發(fā)射的受激光342從功能透鏡出射，其在功能透鏡的第一表面的光斑同時(shí)覆蓋了第一區(qū)和第二區(qū)的范圍。光源還包括光出口 307，光出口 307的口徑覆蓋了功能透鏡的第二區(qū)的范圍并用來收集功能透鏡第二區(qū)的出射光。在本實(shí)施例中，光出口 307是一個(gè)透鏡，可以用來準(zhǔn)直出射光。而入射于第一區(qū)范圍內(nèi)的受激光，由于光路可逆的原理而入射于激發(fā)光源305和306表面而無法被收集。由于第一區(qū)的范圍不大，所以這部分受激光的損失并不多，在很多情況下是可以接受的。
[0028]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖如圖4a所示。與圖3所示的光源結(jié)構(gòu)不同的是，該光源包括多個(gè)激發(fā)光源(激發(fā)光源405和406是其中的兩個(gè)舉例)和反射裝置409,該多個(gè)激發(fā)光源也固定于襯底上并圍繞波長轉(zhuǎn)換層402排布。本實(shí)施例中襯底的俯視圖如圖4b所示，可見該光源共包括八個(gè)激發(fā)光源，該八個(gè)激發(fā)光源圍繞波長轉(zhuǎn)換層402排布。這樣的好處有兩個(gè)，第一是激發(fā)光源與波長轉(zhuǎn)換層可以共用同一個(gè)襯底，該襯底可以為它們同時(shí)散射，這樣可以使系統(tǒng)最為簡(jiǎn)化；第二是多個(gè)激發(fā)光源圍繞波長轉(zhuǎn)換層排布也能夠使系統(tǒng)最為緊湊。
[0029]激發(fā)光源與波長轉(zhuǎn)換層固定于同一個(gè)襯底上，這帶來一個(gè)問題，就是激發(fā)光源不能面對(duì)波長轉(zhuǎn)換層直接發(fā)射激發(fā)光，因此在本實(shí)施例中，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光經(jīng)過反射裝置的反射而入射于功能透鏡的第一區(qū)。以其中一個(gè)激發(fā)光源405為例，激發(fā)光源405發(fā)射的激發(fā)光431沿著垂直于襯底表面的方向向上出射,入射于反射裝置409。該反射裝置809的反射面為斜面，該斜面附有反射層或反射鏡，用于將激發(fā)光431反射至功能透鏡。反射裝置的反射面的斜度是可以控制的，使得激發(fā)光431的反射光能夠準(zhǔn)確入射于功能透鏡的第一區(qū)。
[0030]本實(shí)施例中功能透鏡403的俯視圖如圖4c所示。其中陰影部分為第一表面的第二區(qū)403b，其上鍍有濾光膜404，其余的部分為第一區(qū)403a，第一區(qū)的形狀是八個(gè)空白的圓孔，分別對(duì)應(yīng)且容納八個(gè)激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于第一表面的光斑。與圖2b的說明相同，這樣可以最大程度的利用從波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的沒有被吸收的剩余激發(fā)光。
[0031]本實(shí)施例的光出口處也有透鏡407，用于收集從功能透鏡出射的受激光。與圖3所示的實(shí)施例不同的是，該光出口 407可以收集功能透鏡第一區(qū)和第二區(qū)的所有受激光，這樣效率比較高。優(yōu)選的，反射裝置409為反射激發(fā)光且透射受激光的分光濾光片，這樣即使受激光沿著激發(fā)光的光路逆向出射而入射于反射裝置409也能夠透射并出射，這樣系統(tǒng)效率最高。
[0032]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。與圖4a所示的光源結(jié)構(gòu)的不同之處在于，反射裝置509位于光出口透鏡507的下表面上的邊緣，它可以是光出口透鏡507下表面邊緣上的鍍膜或貼膜。以激發(fā)光源505為例。激發(fā)光源55發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡508的準(zhǔn)直后投射出來。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡508的光軸相對(duì)于激發(fā)光源505的發(fā)光光軸更向波長轉(zhuǎn)換層靠攏，這樣就使得激發(fā)光531向波長轉(zhuǎn)換層方向傾斜。這樣激發(fā)光531本身就具有了傾斜的角度，而反射裝置509就不需要傾斜就可以將激發(fā)光531反射到功能透鏡。這樣的好處在于光出口與反射裝置509在結(jié)構(gòu)上合二為一比較緊湊。[0033]在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡508被特別強(qiáng)調(diào)的畫了出來，在其它實(shí)施例中實(shí)際上準(zhǔn)直透鏡也可能存在，但由于并沒有必要強(qiáng)調(diào)這個(gè)細(xì)節(jié)而沒有畫出。值得注意的是，在其他實(shí)施例中沒有畫出準(zhǔn)直透鏡并不代表該準(zhǔn)直透鏡不能應(yīng)用于其它實(shí)施例。
[0034]在實(shí)際應(yīng)用中，除了偏移準(zhǔn)直透鏡來實(shí)現(xiàn)激發(fā)光的傾斜，還可以采用其它方法。例如，加工襯底的表面在各激發(fā)光源的安裝處為傾斜面，這樣激發(fā)光源本身就是傾斜的，其出射光自然也是傾斜的。
[0035]在本實(shí)施例中，與圖4a的實(shí)施例相近的，光出口透鏡507也覆蓋了功能透鏡的第二區(qū)，同時(shí)反射裝置是反射激發(fā)光且透射受激光的分光濾光片。這樣可以提高受激光的收集效率。
[0036]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。圖6的光源中，波長轉(zhuǎn)換裝置與前述實(shí)施例相同，而不同之處在于，還包括位于激發(fā)光源605和606與波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的分光裝置609，該分光裝置609用于將激發(fā)光與受激光的光路分開。具體來說，分光裝置為分光濾光片609,該分光濾光片609反射激發(fā)光同時(shí)透射受激光。以激發(fā)光源605舉例說明。激發(fā)光源605發(fā)射的激發(fā)光631首先入射于分光濾光片609并被其反射后入射于功能透鏡的第一區(qū)。而從波長轉(zhuǎn)換裝置出射的受激光則透射分光濾光片609出射。這樣分光濾光片609就實(shí)現(xiàn)了將激發(fā)光與受激光的光路分開的作用?？梢岳斫?，分光濾光片也可以以透射激發(fā)光且反射受激光的方式將激發(fā)光與受激光的光路分開，此處不做贅述。相對(duì)于本發(fā)明的其它實(shí)施例，本實(shí)施例有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，從波長轉(zhuǎn)換裝置出射的剩余的激發(fā)光會(huì)被分光濾光片609反射掉，從而在光源出射光中徹底消除激發(fā)光的存在。當(dāng)激發(fā)光為紫外光時(shí)，在出射光中消除紫外激發(fā)光對(duì)人眼的健康有利。
[0037]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。與圖6所示的光源結(jié)構(gòu)不同的是，圖7的光源中分光裝置為小反射鏡709，激發(fā)光源705發(fā)射的激發(fā)光731入射于小反射鏡709并被其反射而入射于功能透鏡的第一區(qū)，而受激光從功能透鏡出射后，大部分會(huì)從小反射鏡周圍出射，只有小部分會(huì)入射于小反射鏡709上并被其反射。若進(jìn)一步的，使小反射鏡針對(duì)激發(fā)光為反射鏡，針對(duì)受激光則不反射，即小反射鏡是反射激發(fā)光透射受激光的分光濾光片，這樣那一小部分入射于小反射鏡上的受激光也可以得以出射，這樣效率比較聞。
[0038]該實(shí)施例與前述實(shí)施例的另一個(gè)重要的不同點(diǎn)在于，在前面實(shí)施例中，功能透鏡第一表面的第一區(qū)位于第二區(qū)的外圍，而在本實(shí)施例中，第一區(qū)703a位于第一表面的中部，第二區(qū)703b位于第一區(qū)的外圍，第二區(qū)表面鍍有濾光膜704。如圖8所示。圖8為本實(shí)施例中功能透鏡的俯視圖，它表示了第一表面上第一區(qū)和第二區(qū)的劃分情況。因此在本實(shí)施例中，激發(fā)光731入射于功能透鏡的第一區(qū)并透射，同時(shí)第二區(qū)上的濾光膜反射從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余的激發(fā)光以實(shí)現(xiàn)這部分剩余激發(fā)光的再利用。
[0039]下面再舉兩個(gè)例子來進(jìn)一步的說明功能透鏡的第一區(qū)位于第一表面中部的情況。
[0040]圖9所示的光源的結(jié)構(gòu)示意圖中，與圖7不同的，分光裝置909為帶孔的反射裝置909，該反射裝置909具有平面反射面，孔909a位于反射面內(nèi)，激發(fā)光源905發(fā)射的激發(fā)光931從反射裝置的孔909a透射并近乎垂直的透射濾光膜并入射于功能透鏡的第一區(qū)，而從功能透鏡出射的受激光則入射于反射面，其中入射于反射面的孔909a以外的部分被反射。在本實(shí)施例中，入射于孔909的一小部分受激光會(huì)被浪費(fèi)掉，而為了解決這個(gè)問題，可以在孔909a上放置一塊透射激發(fā)光反射受激光的分光濾光片，這樣入射到該孔內(nèi)的受激光也會(huì)被該分光濾光片反射從而形成出射光的一部分。在圖9所示的實(shí)施例中，在出射光的出射光路上還需要透鏡907來對(duì)光束進(jìn)行準(zhǔn)直，而在圖10所示的實(shí)施例中，反射裝置1009具有曲面的反射面，這樣就可以在反射受激光的同時(shí)將其準(zhǔn)直，省略了透鏡907?？梢岳斫?，反射裝置也可以是另外一種形狀的曲面，它可以在反射受激光的同時(shí)將其聚焦。
[0041]在上面的幾個(gè)實(shí)施例中，就功能透鏡的第一區(qū)和第二區(qū)的兩種不同的劃分方法分別舉了不同光學(xué)結(jié)構(gòu)的例子，但是顯然這并不意味著這些光學(xué)結(jié)構(gòu)僅限于應(yīng)用例子中的第一區(qū)和第二區(qū)的劃分。實(shí)際在使用中，采用何種光學(xué)結(jié)構(gòu)，以及如何分配第一區(qū)和第二區(qū)，都是可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)的，本領(lǐng)域的工程師根據(jù)本發(fā)明的描述足以設(shè)計(jì)出復(fù)合本發(fā)明精神的其它光源的實(shí)例。
[0042]在上述的實(shí)施例中，均使用紫光或紫外光作為激發(fā)光，而實(shí)際上藍(lán)光也可以作為激發(fā)光。例如使用藍(lán)光激光作為激發(fā)光，同時(shí)波長轉(zhuǎn)換層中含有黃色波長轉(zhuǎn)換材料，這樣可以應(yīng)用本發(fā)明高效率的得到黃光。不僅如此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用本發(fā)明還可以得到白光，方法是，設(shè)計(jì)濾光膜反射部分激發(fā)光同時(shí)透射部分激發(fā)光，這樣透射的部分剩余的藍(lán)光激發(fā)光就可以與波長轉(zhuǎn)換層受激發(fā)射的黃光一起出射而形成白光。這種結(jié)構(gòu)的好處在于，可以大幅度的減少波長轉(zhuǎn)換層中波長轉(zhuǎn)換材料的含量，因?yàn)榧词顾{(lán)光激發(fā)光在入射于波長轉(zhuǎn)換層后沒有被充分的吸收，剩余部分中的一部分也可以被濾光膜反射而實(shí)現(xiàn)再次利用，因此效率并不會(huì)下降。而大幅度的減少波長轉(zhuǎn)換層中波長轉(zhuǎn)換材料的含量則可以帶來以下額外的好處:波長轉(zhuǎn)換層可以做的很薄，其中的波長轉(zhuǎn)換材料可以緊密的貼在襯底表面，從而襯底可以很好的為波長轉(zhuǎn)換材料散熱。在這種情況下，優(yōu)選的，波長轉(zhuǎn)換層中還包括散射材料，散射材料填充與波長轉(zhuǎn)換材料的間隙中，用于散射激發(fā)光，同時(shí)也用于為波長轉(zhuǎn)換材料導(dǎo)熱。
[0043]在上面描述的實(shí)施例中，并沒有對(duì)波長轉(zhuǎn)換層有特殊的規(guī)定。實(shí)際上波長轉(zhuǎn)換層只起到吸收激發(fā)光并出射受激光的作用，而下面將針對(duì)一些特殊的應(yīng)用對(duì)波長轉(zhuǎn)換層進(jìn)行描述，這些特征或技術(shù)方案可以應(yīng)用于上面的任何一個(gè)實(shí)施例。
[0044]在實(shí)際應(yīng)用中，可能存在這樣的需求:一種波長轉(zhuǎn)換材料不能滿足使用者對(duì)光的要求，需要兩種甚至更多種波長轉(zhuǎn)換材料來形成波長轉(zhuǎn)換層。當(dāng)然最簡(jiǎn)單的方法就是將不同的波長轉(zhuǎn)換材料混合在一起，但這可能帶來一個(gè)問題，就是不同波長轉(zhuǎn)換材料之間可能出現(xiàn)相互吸收的作用，例如紅色熒光粉會(huì)吸收綠色熒光粉發(fā)出的綠光。這樣當(dāng)然會(huì)嚴(yán)重的降低波長轉(zhuǎn)換層的光轉(zhuǎn)換效率。一種解決的方法是，如圖1la所示的，波長轉(zhuǎn)換層上被激發(fā)光照射的區(qū)域1102內(nèi)包括至少兩個(gè)相鄰的子區(qū)域1102a和1102b，這兩個(gè)子區(qū)域所使用的波長轉(zhuǎn)換材料不同。這樣既可以同時(shí)使用至少兩種波長轉(zhuǎn)換材料，也可以避免它們之間發(fā)生相互的吸收。圖1la所示的例子中，兩個(gè)區(qū)域1102a和1102b代表兩種使用不同的波長轉(zhuǎn)換材料的區(qū)域，這兩種區(qū)域相互交叉排列。而圖1lb中的兩個(gè)區(qū)域1102a和1102b表示了另一種排布方式?？梢岳斫猓挪挤绞胶芏?，此處不需要一一列舉。當(dāng)然應(yīng)用這種方法，也可以排布兩種以上種類的子區(qū)域。
[0045]在光源的實(shí)際應(yīng)用中，還存在這樣一種實(shí)際需求:需要光源出射光的顏色或色溫可調(diào)，即可以根據(jù)需要在不同的場(chǎng)合調(diào)節(jié)成不同的顏色或色溫。對(duì)這種需求，可以采用下面的方案予以解決: 在光源中還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)襯底帶動(dòng)波長轉(zhuǎn)換層移動(dòng)。如圖12所示，驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未畫出)帶動(dòng)襯底1201和波長轉(zhuǎn)換層1202沿左右方向平移。波長轉(zhuǎn)換層沿著該移動(dòng)的方向的成分有變化，這樣由于波長轉(zhuǎn)換層的成分變化，出射光的成分也將發(fā)生變化，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置控制波長轉(zhuǎn)換層的位置，就可以控制出射光的顏色或色溫。例如，波長轉(zhuǎn)換層1202沿著從左到右的方向其所含有的黃色熒光粉越來越少，這樣當(dāng)使用藍(lán)色光激發(fā)時(shí)，通過調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)換層的位置就可以控制出射光的色溫。具體來說，將波長轉(zhuǎn)換層向右調(diào)節(jié)，黃色熒光粉減少，剩余的激發(fā)光增多，故而出射光的色溫提高。另一個(gè)例子是，波長轉(zhuǎn)換層1202沿著從左到右的方向黃色熒光粉的量不變，而紅色熒光粉的量增多，這樣隨著波長轉(zhuǎn)換層向右調(diào)節(jié)光源的出射光的紅色成分將增多，剩余的藍(lán)色光成分將減少。顯而易見，在這種情況下，可以結(jié)合圖1la和圖1lb中的方法來增多紅色熒光粉的成分，例如增多紅色熒光粉子區(qū)域的面積比例。此處不做過多舉例，需要明確指出的是波長轉(zhuǎn)換層的成分變化，包括其中的材料變化，也包括各材料的比例的變化。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(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(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光源，其特征在于: 包括波長轉(zhuǎn)換裝置，用于接收激發(fā)光并受激發(fā)射受激光；該波長轉(zhuǎn)換裝置包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對(duì)的第一面和第二面，所述波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的表面上，該表面對(duì)于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性； 波長轉(zhuǎn)換裝置還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的用于收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光的功能透鏡，該功能透鏡包括第一表面，該第一表面分為第一區(qū)和第二區(qū)，其中第二區(qū)表面鍍有濾光膜，該濾光膜反射至少部分激發(fā)光同時(shí)透射受激光；從波長轉(zhuǎn)換層出射的剩余激發(fā)光入射于所述第一表面的第二區(qū)，第二區(qū)的表面形狀使得被第二區(qū)的濾光膜反射的激發(fā)光能夠回到波長轉(zhuǎn)換層； 所述光源還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于功能透鏡，該激發(fā)光與第一表面的交點(diǎn)位于第一區(qū)內(nèi)；該激發(fā)光經(jīng)功能透鏡聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被功能透鏡所收集并出射構(gòu)成光源的出射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括第一波長轉(zhuǎn)換材料和第二波長轉(zhuǎn)換材料，第二波長轉(zhuǎn)換材料能夠吸收第一波長轉(zhuǎn)換材料受激發(fā)射的第一受激光并發(fā)射第二受激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光源，其特征在于，所述激發(fā)光為紫色光或紫外光，所述第一波長轉(zhuǎn)換材料為藍(lán)色波長轉(zhuǎn)換材料，所述第二波長轉(zhuǎn)換材料為YAG。
4.根據(jù)權(quán)利要求2 或3所述的光源，其特征在于，所述濾光膜反射部分第一受激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光源，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層包括兩個(gè)子層，第一子層包括第一波長轉(zhuǎn)換材料，第二子層包括第二波長轉(zhuǎn)換材料，其中第二子層相對(duì)第一子層更靠近襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于: 還包括位于激發(fā)光源與波長轉(zhuǎn)換裝置光路之間的分光裝置，該分光裝置用于將激發(fā)光與受激光的光路分開； 所述分光裝置為分光濾光片，該分光濾光片透射激發(fā)光同時(shí)反射受激光，或者該分光濾光片反射激發(fā)光同時(shí)透射受激光；或者， 所述分光裝置是帶孔的反射裝置，該反射裝置具有平面或曲面的反射面，所述的孔位于反射面內(nèi)，所述激發(fā)光從反射裝置的孔透射并入射于功能透鏡，所述受激光入射于反射面，其中入射于反射面的孔以外的部分被反射；或者， 所述分光裝置是小反射鏡，所述激發(fā)光入射于小反射鏡并被其反射而入射于功能透鏡，大部分受激光從小反射鏡周圍出射。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于，包括至少兩個(gè)激發(fā)光源和反射裝置，該至少兩個(gè)激發(fā)光源也固定于所述襯底上并圍繞所述波長轉(zhuǎn)換層排布，所述至少兩個(gè)激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光經(jīng)過反射裝置的反射而入射于功能透鏡的第一區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，所述功能透鏡的第一區(qū)鍍有補(bǔ)充濾光膜，補(bǔ)充濾光膜透射激發(fā)光且反射部分受激光；從波長轉(zhuǎn)換層出射的受激光被第一區(qū)的補(bǔ)充濾光膜部分反射后能夠回到波長轉(zhuǎn)換層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層上被激發(fā)光照射的區(qū)域內(nèi)包括至少兩個(gè)相鄰的子區(qū)域，這兩個(gè)子區(qū)域所使用的波長轉(zhuǎn)換材料不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述襯底帶動(dòng)波長轉(zhuǎn) 換層移動(dòng)；波長轉(zhuǎn)換層沿著所述移動(dòng)的方向的成分有變化。
【文檔編號(hào)】F21S2/00GK103615672SQ201310515745
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】吳震 申請(qǐng)人:吳震