CN102890397A

CN102890397A - 发光装置及相关投影系统

Info

Publication number: CN102890397A
Application number: CN2012102685678A
Authority: CN
Inventors: 杨佳翼; 李屹
Original assignee: Shenzhen Yili Ruiguang Technology Development Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Appotronics Corp Ltd; Shenzhen Appotronics Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-31
Also published as: CN102890397B

Abstract

本发明实施例公开了一种发光装置及相关投影系统，该发光装置包括：发光光源，包括具有第一区域与第二区域的出光面，用于出射第一光；波长转换层，包括波长转换材料，用于吸收发光光源的第一区域出射的第一光以出射受激光；合光组件，用于接收发光光源的第二区域出射的第一光与波长转换层出射的受激光，该合光组件还用于将该接收的第一光与受激光以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合为一束合光。本发明能提高发光装置的发光亮度。

Description

发光装置及相关投影系统

技术领域

本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置及相关投影系统。

背景技术

目前照明和显示行业对白光的需求越来越多，对白光亮度、使用寿命以及颜色的要求越来越高。

如图1所示，图1是现有技术中使用的一种产生白光的发光装置的结构图。发光装置100中，发光元件101为蓝光LED芯片，用于产生蓝光。LED芯片101的发光面上涂覆有黄光荧光粉103，用于吸收蓝光并产生黄色受激光。而该黄光与未被吸收的蓝光一起合光以形成白光。

然而，在图1所示的发光装置中，往往遇到发光面积大而导致的亮度不足问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能有效提高光源亮度的发光装置。

本发明实施例提供一种发光装置，包括：

发光光源，包括具有第一区域与第二区域的出光面，用于出射第一光；波长转换层，包括波长转换材料，用于吸收发光光源的第一区域出射的第一光以出射受激光；

合光组件，用于接收发光光源的第二区域出射的第一光与波长转换层出射的受激光，该合光组件还用于将该接收的第一光与受激光以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合为一束合光。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：

在本发明中，由于第一区域出射的第一光和第二区域出射的第一光的光学扩展量均小于整个出光面出射的第一光的光学扩展量，因此，用第二区域出射的第一光激发波长转换层，相比用整个出光面出射的第一光激发波长转换层，由于前者在波长转换层上形成的光斑面积较小，进而产生的受激光的光学扩展量也较小；因此，第一区域出射的第一光激发波长转换层产生的受激光与第二区域出射的第一光，这两束光束以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合成的合光的光学扩展量等于该两束光束中较大的光学扩展量较大；相比用出光面出射的第一光激发波长转换层产生的受激光与未被利用的出光面出射的第一光的合光，本发明中的发光装置的光学扩展量更小，因此亮度更大。

附图说明

图1是现有技术中使用的产生白光的发光装置的结构示意图；

图2是本发明中的实施例中发光装置的一个结构示意图；

图3是图2所示的发光装置200中的出光面22的主视图；

图4是本发明中的实施例中发光装置的又一个结构示意图；

图5是图4所示的光源系统的立体图；

图6是本发明中的实施例中发光装置的又一个结构示意图；

图7是图6所示的光源系统的立体图；

图8是本发明中的实施例中发光装置的发光光源的一个结构示意图；

图9是本发明中的实施例中发光装置的又一个结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

实施例一

请参阅图2，图2是本实施例中发光装置的一个结构示意图。在本实施例的发光装置200中，发光光源201包括具有第一区域和第二区域的出光面22，并用于产生第一光。如图3所示，图3是图2所示的发光装置200中的出光面22的主视图。出光面22包括第一区域33a和第二区域33b。由于第一区域和第二区域的面积均小于整个出光面22的面积，且第一区域出射的第一光(图未示)、第二区域出射的第一光201b和发光元件201产生的光的发散角度一致，因此，第一区域出射的第一光和第二区域出射的第一光201b的光学扩展量均小于发光元件201发出的光的光学扩展量。

发光装置200还包括波长转换层203，该波长转换层203包括波长转换材料，用于吸收第一区域出射的第一光以出射受激光203a；还包括合光组件202和205，用于接收发光光源201的第二区域出射的第一光201b与波长转换层203出射的受激光203a，并将该接收的第一光201b与受激光203a以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合为一束合光。

由于第一区域出射的第一光和第二区域出射的第一光201b的光学扩展量均小于整个出光面出射的第一光的光学扩展量，因此，用第一区域出射的第一光激发波长转换层203，相比用整个出光面出射的第一光激发波长转换层203，由于前者在波长转换层上形成的光斑面积较小，进而产生的受激光203a的光学扩展量也较小；第一区域出射的第一光激发波长转换层产生的受激光203a与第二区域出射的第一光，这两束光束以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合成的合光的光学扩展量等于该两束光束中光学扩展量较大的光束的光学扩展量；相比用整个出光面出射的第一光激发波长转换层产生的受激光与未被利用的出光面出射的第一光的合光，其中未被利用的第一光的光学扩展量等于出光面出射的第一光的光学扩展量，本发明中的发光装置的光学扩展量更小，因此亮度更大。

在本实施例中，发光元件201为LED芯片，用于发出蓝光。LED芯片201包括一发光面，该发光面为出光面22。波长转换层203包括黄光波长转换材料，覆设于该LED芯片的出光面33a上，用于吸收出光面33a上发出的蓝光并转换成黄光203a。出光面33b直接出射蓝光201b。采用该结构，能使得光源结构比较紧凑，而且由于波长转换层直接涂覆在LED芯片出光面的第一区域上，能最大效率地利用LED芯片出光面上的第一区域发出的第一光，使得光损失较少。其中波长转换层所占出光面22的比例可根据不同的目标白光的色坐标来决定。背景技术中需通过控制涂覆在蓝光LED芯片上的黄光荧光粉上的厚度和浓度来控制白光的色坐标，这在实际操作中精确控制比较困难；而本实施例只需保证在波长转换层厚度足够使得其覆盖区域没有蓝光透过的前提下，通过调整波长转换层的覆盖面积来调整合光的色坐标，在实施工艺上更加简便。

在本实施例中，合光组件包括光引导装置205和合光装置202，合光装置202为二向色片202，用于透射黄光并反射蓝光。光引导装置205为反射镜205，用于将蓝光201b反射至滤光片202。滤光片透射黄色受激光203a并反射蓝光201b，以将该两种颜色光合成一束白光出射。为使合光后的光学扩展量没有增大，则蓝光和黄光在滤光片202上形成的光斑，其中较大的一个光斑需覆盖另一个较小的光斑，即以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合光，这样，合光的发光面积就等于该较大的光斑面积。

在本实施例中，光引导装置205也可以是TIR(Ttotal Internal Reflection，全内反射)棱镜。如图4所示，图4是本实施例中发光装置的又一个结构示意图。该棱镜405为三角柱体，包括侧面405a、405b和405c，其中侧面405b和LED芯片401相邻并且该两者之间保持有空气隙，以使光束能在TIR棱镜405内发生全反射。第二区域出射的第一光201b从侧面405b进入TIR棱镜405，并在侧面405a上发生全反射，然后从侧面405c透射出去至滤光片402。在本实施例中，由于光束从空气进入TIR棱镜时折射角小于入射角，这使得TIR棱镜具有收拢光线的作用，另外，由于光束在TIR棱镜405的侧面405a上发生全反射，使得光束不会从侧面405c之外的面出射；这使得TIR棱镜能够防止光束在传播的路程中光学扩展量变大。

优选地，在以波长转换层403为底面，以滤光片402为对角面而形成的矩形柱体上，如图5所示，图5是图4所示的光源系统的立体图，在该矩形柱体的四个侧面407a、407b、407c和407d上，除了侧面407a上与侧面405c所相对的区域，其他区域上均设置有反射镜，以更好地收集受激光和第二区域出射的第一光，提高光的利用率。

优选地，在TIR棱镜405除底面405b和侧面405c的其他侧面405a、 405d和405e上均镀有反射膜，以减少光未在该面上发生全反射而透射出去而造成的光损耗，提高光的利用率。容易理解的是，TIR棱镜405也可以用位于其侧面405a、405d和405e的位置的三个反射镜来替代TIR棱镜405。当然，光引导装置205也可以采用反射曲面或者其他具有能将蓝光201b引导至滤光片202上的功能的装置。

在本实施例中，合光装置202也可以是两块TIR棱镜的组合。如图6所示，图6是本实施例中发光装置的又一个结构示意图。TIR棱镜602和609为两个形状一致的三角柱体，该三角柱体的底面为等腰直角三角形。TIR棱镜602包括侧面602a、602b和602c，TIR棱镜609包括侧面609a、609b和609c。TIR棱镜602中面积最大的侧面602a与TIR棱镜609中面积最大的侧面609a无缝相接，以组成一个方柱。光引导装置605出射的光束由TIR棱镜605的侧面605c出射并由TIR棱镜609的侧面609b入射，并以45度角为入射角入射到侧面609a上。在无缝相接的侧面602a与609a之间，镀有滤光膜，以透射受激光603a并反射第二区域出射的第一光601b，使得受激光603a和第二区域出射的第一光601b合为一束合光出射。值得注意的是，侧面602a和侧面609a之间不能存在空气隙，以避免受激光603a在TIR棱镜602内的侧面602a上发生全反射。该两个TIR棱镜可通过胶水胶接在一起，也可以通过其他方法，只要使得该两个侧面之间没有空气隙即可，这在本领域内属公知技术，此处不再赘述。侧面602b和LED芯片601相邻并且该两者之间保持有空气隙，以使光束能在TIR棱镜602内发生全反射。而侧面605c与侧面609b相邻且该两者之间保持有空气隙，以使受激光能在TIR棱镜609内的侧面609b上发生全反射，以及第二区域出射的第一光601b能在TIR棱镜609内的侧面609b上发生全反射。这样，至少部分光束在侧面602c、602b和609b上发生全反射，进而从侧面609c出射。因此，相比图4中所示的发光装置，本实施例中的TIR棱镜组能更多地收集入射到受激光603a和第二区域出射的第一光601b，使之从侧面609c出射，以减少光损失，并且使得609c为发光装置600的发光面，以减小发光面积，进而提高光源的亮度。

优选地，TIR棱镜602除侧面602a和602b之外的其他侧面602c、 602d和602e上均镀有反射膜，以减少受激光在这几个侧面上因未发生全反射而透射出去进而造成的光损耗。如图7所示，图7是图6所示的光源系统的立体图。

优选地，TIR棱镜609除侧面602a以及侧面609b上与侧面605c相对的区域之外，其他侧面上均镀有反射膜，以减少光在侧面该区域上因未发生全反射而透射出去进而造成的光损耗。

在本实施例中，在本实施例中，发光装置还可以包括匀光装置(图未示)，设置于受激光和第二区域出射的第一光合光后的出射光路上，用于对该两束光的合光进行匀光，以使出射的合光的颜色更加均匀。当然，在对显示效果要求不高的场合，也可以不采用匀光装置。

在本实施例中，发光装置中的发光光源还可以包括复合抛物面聚光器组。请参阅图8，图8是本实施例中发光装置的发光光源的一个结构示意图。复合抛物面聚光器组80包括复合抛物面聚光器805和复合抛物面聚光器809，且复合抛物面聚光器805的光输出端口与复合抛物面聚光器809的光输入端口相接。复合抛物面聚光器组80包括入射表面803a和出射表面803b，其中入射表面803a为复合抛物面聚光器805的光输入端口，出射表面803b为复合抛物面聚光器809的光输出端口。该入射表面803a耦合到发光元件801上，该出射表面803b为发光光源的出光面。而波长转换层(图未示)覆设在该出光面803b的第一区域上。波长转换层出射受激光时为各向同性，有部分受激光从波长转换层朝向复合抛物面聚光器809的一面出射，因此复合抛物面聚光器805和复合抛物面聚光器809中间优选设置有滤光片807，用于透射第一光并反射受激光，以提高受激光的利用率。由于滤光片807位于两个复合抛物面聚光器的接口处，该处面积较大，根据光学扩展量守恒的定理，该处光束的发散角较小。因此通过滤光片807的光束为小角度光束，这有利于滤光片807的设计。当然，在实际运用中，滤光片807也可以放置在出射表面803b上，而波长转换层覆设在滤光片807上。优选地，滤光片807和波长转换层之间设置有空气隙。这样，能提高滤光片807的效率，避免受激光在复合抛物面聚光器809内多次反射。

复合抛物面聚光器组80用于将发光光源200的出光面从发光元件 801的发光面转移到出射表面803b上，其中出射表面803b的面积可以不严格等于发光元件801的发光面的面积，只要使得出射表面803b上的第一区域和第二区域均小于发光元件801的发光面即可。这样，第一区域在波长转换层上形成的光斑的面积还是小于背景技术中波长转换层上的光斑面积，而用于与受激光合光的第二区域出射的第一光的光学扩展量还是小于背景技术中的用于合光的光源发出的光的光学扩展量。在本实施例中将波长转换层覆设在复合抛物面聚光器组的出射表面803b上，相比以上实施例中的将波长转换层覆设在发光元件上，本实施的加工制造相对方便容易些。

在本实施例中，发光光源中的复合抛物面聚光器组也可以替换成其他任何可以将发光元件801的发光面成像或者转移到另一个表面上的装置，例如透镜。在本实施例中，合光组件也可以为其他装置，这在本技术领域内属公知技术，在此不再赘述。

实施例二

请参阅图9，图9是本实施例中发光装置的又一个结构示意图。与以上实施例不同的是，波长转换层独立于发光光源外，设置在波长转换装置909上，并用驱动装置911驱动波长转换装置909运动，使得第一光在波长转换层上形成的光斑按预定路径作用于该波长转换层。本实施例中，波长转换层独立于发光光源外，较易于散热，以避免其温度较高而导致转换效率低的问题。

具体举例来说，发光元件901产生一束蓝光，该束蓝光的一部分光901b经反射镜903反射，此为第二区域出射的第一光901b；另一部分蓝光901a按原路径传播，此为第一区域出射的第一光901a；第一区域出射的第一光901a用于激发波长转换装置909上的黄光波长转换材料以产生黄光。波长转换装置909出射受激光的出射光路上设置有透镜907，用于对受激光进行收集。由于受激光经透镜907收集后的传播路径与第一区域出射的第一光901a的传播路径重合，因此在该重合的传播路径上设置有滤光片905，用于透射第一区域出射的第一光901a并反射受激光，以区分第一区域出射的第一光901a和受激光的光路。被反射镜903反射的第二区域出射的第一光901b的传播路径上依次设置有反射镜913和滤光片915。反射镜913反射第二区域出射的第一光901b，滤光片915透射经反射镜913反射的第二区域出射的第一光901b。同时，滤光片915也位于经滤光片905反射的受激光的光路上，用于反射受激光，经滤光片915透射的第二区域出射的第一光901b和经滤光片915反射的受激光的传播路径变得一致，经透镜917收集后进入匀光装置919。在本实施例中，利用滤光片915对受激光和第二区域出射的第一光进行波长合光，且受激光和第二区域出射的第一光在滤光片915上形成的光斑重合，即用于合光的两束光束以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合为一束合光。

在本实施例中，滤光片905也可以反射第一区域出射的第一光并且透射受激光，当然这要伴随着光源901和/或波长转换装置909的位置的重新设置和光路结构的重新设计。滤光片915也可以透射受激光，并反射经反射镜913反射的第二区域出射的第一光，这要伴随着透镜917和匀光装置919的位置的重新设置和光路结构的重新设计，而本技术领域人员通过上述描述可以完成，此处不赘述。

进一步地，本实施例中的发光装置900还可以包括控制装置(图未示)，该控制装置用于发送控制信号给驱动装置921，驱动装置根据该控制信号来控制反射镜903平移的幅度和方向，进而控制反射镜903分光的光功率的比例。在使用后期，由于光源和光波长转换材料的老化，导致合光的色坐标发生变化。为使合光的色坐标保持在预定值，根据光源901的发光量、光波长转换材料的光转换效率、光源和光波长转换材料的老化速度以及该色坐标预定值，预先确定光源系统在每运行某个固定时间T后反射镜903的重新分光比例，以及为达到该新比例每次反射镜903所平移的幅度A和方向O。该控制装置预先保存该固定时间T和上述反射镜903每次平移的幅度A和方向O，并设置为每隔该固定时间T发送触发信号到驱动装置921，使得驱动装置921按预先保存的平移幅度A和方向O对反射镜903进行驱动。这样，能使合光的色坐标的调整达到自动化。

另外地，该控制装置也可以设定为人为调节。该控制装置预先设置好每次驱动分光装置运动的幅度A1和方向O1，在对分光比例进行改变时通过人为选择该控制装置控制分光装置运动的次数和方向。这样，通过增添控制装置能更精准地改变分光比例。

更进一步地，光源系统900还包括探测装置(图未示)。该探测装置位于光源901发出的光经分光后的传播路径上，用于探测用于合光的各颜色光的光功率的比例。在本实施例中，探测装置设置在方棒919的出射端的内壁上，用于探测蓝光和黄光的光功率的比例。在其他实施例里，探测装置也可以位于光源系统的其他位置。例如，探测装置位于反射镜903的出射光路上，或者位于匀光装置919的入射光路上。优选地，探测装置位于合光进行均匀合光后的传播路径上，以使得探测到的各颜色光的光功率的比例更精准。

控制装置预先设定好反射镜903每次平移的距离D0，并且预设好用于合光的两束光的光功率密度的比例为S1，预定阈值为S0。

探测装置探测光信号，并获取用于合光的两束光的光功率密度的实际比例，记录为S2。探测装置将该比例反馈至控制装置。控制装置先对预定比例S1和实际比例S2的差值进行判定。若S1和S2的差值小于S0，则控制装置没有动作。若S1和S2的差值大于或等于S0，则控制装置对S1和S2的大小进行判定。若S1大于S2，则控制装置向驱动装置921发送控制信号，使驱动装置921驱动反射镜903往增大比例S2的方向平移一次，平移的幅度为预设幅度D0。若S1小于S2，则控制装置向驱动装置921发送控制信号，使驱动装置921驱动反射镜903往减小比例S2的方向平移一次，平移的幅度为预设幅度D0。反射镜903平移后，探测装置再探测光信号，并获取用于合光的两束光的光功率密度的新比例，记录为S3。探测装置将该比例反馈至控制装置。控制装置先对预定比例S1和实际比例S3的差值进行判定。以此往复地，直到实际比例和预定比例S1的差小于预定阙值S0时，控制装置停止驱动装置921对反射镜903的驱动。这样，使得合光的色坐标的调节达到自动化，并且更精准。

另外地，控制装置还可以预先设置好映射表。该映射表内含有实际比例与预定比例之差的不同范围，以及各不同差值范围所对应的驱动方式，该驱动方式包括驱动反射镜903平移的幅度和方向。当探测装置将探测到的实际比例发送至控制装置，控制装置先判定该实际比例与预定比例的差值是否超出预定阈值。若该差值未超出预定阈值，则控制装置没有动作。当该差值超出预定阈值时，控制装置从映射表中获取该差值所对应的驱动方式并产生控制信号，并向驱动装置921发生该控制信号，该控制信号包括驱动方式，即驱动反射镜903运动的方向和幅度。驱动装置921按照控制信号中的驱动方式对反射镜903进行驱动，使得反射镜903按照预定幅度和方向平移，对光源901产生的光进行分光。

在以上各实施例中，第一光均为蓝光，波长转换材料均为黄光波长转换材料，以将蓝光和黄光合成白光。但在实际运用中，第一光和波长转换材料并不局限于上述中的例子，例如，第一光也可以为绿光，波长转换材料为红光波长转换材料。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明实施例还提供一种投影系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)投影技术、数码光路处理器(DLP，Digital Light Processor)投影技术。此外，上述发光装置也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

发光光源，包括具有第一区域与第二区域的出光面，用于出射第一光；

波长转换层，包括波长转换材料，用于吸收发光光源的第一区域出射的第一光以出射受激光；

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换层覆设于所述出光面的第一区域上。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述发光光源包括发光元件，该发光元件的发光面为所述出光面。

4.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述发光光源包括发光元件和复合抛物面聚光器组，该复合抛物面聚光器组包括入射表面和出射表面，该入射表面耦合到该发光元件上，该出射表面为所述发光光源的出光面。

5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置还包括驱动装置，用于驱动所述波长转换层运动，使得所述第一区域出射的第一光在该波长转换层上形成的光斑按预定路径作用于该波长转换层。

6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述合光组件包括光引导装置和合光装置，该光引导装置位于所述波长转换层和所述第二区域中的其中一个的出射光路上，该合光装置位于所述波长转换层和所述第二区域中的另一个的出射光路上；所述光引导装置用于将其所对应的出射光引导至所述合光装置，所述合光装置用于将该接收到的第一光和所述受激光以其中一个光束覆盖另一个光束的方式合为一束光束。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述光引导装置为反射平面，或者为反射曲面，或者为全内反射棱镜。

8.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述合光装置为二向色片，或者为两个全内反射棱镜的组合。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述第一光为蓝光，所述波长转换材料包括黄光波长转换材料。

10.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的发光装置。