CN104482504A - 发光装置和照明装置 - Google Patents

Abstract

提出一种发光装置和照明装置，包括分光装置，该分光装置包括透射区和反射区，入射于透射区的蓝光透过分光装置形成第一蓝光；入射于反射区的蓝光被分光装置反射而形成第二蓝光；包括反射装置，第一蓝光被反射返回到分光装置，其中的一部分被反射区反射而形成第一出射光；包括波长转换装置，该波长转换装置吸收第二蓝光并受激发射受激光，该受激光透射分光装置而形成第二出射光；其中，所述反射装置为散射反射装置，分光装置到反射装置的光路与分光装置到波长转换装置的光路的设置相同。由于沿两个光路逆向返回的光都是接近朗伯发散的光，而且两个光路设置相同，这样第一出射光和第二出射光的光斑和光分布就相同，形成的混合光就会很均匀。

Description

发光装置和照明装置

技术领域

本发明涉及光源领域，特别是涉及一种发光装置和照明装置。

背景技术

当前，光源技术已经被应用于诸多领域，应用最多的光源是卤素灯和荧光灯。这些光源的最大的问题是亮度不足。近年来，LED光源发展迅速，利用蓝色的LED激发涂敷于LED表面的黄色荧光粉来产生白光，这种光源已经开始在市场上普及。但问题在于单颗LED光源的功率较低，依然存在亮度不足的问题。

而高亮度光源领域，常用的是高压汞灯和氙灯光源，这样的光源依靠超短的灯弧而具有很高的亮度（能量密度），但问题在于其寿命只有1000小时左右，使用成本很高。

目前出现了一种半导体光源，其结构如图7所示。激发光源（图中未画出）发出的激发光721经过分光滤光片711的透射入射于透镜703并经过透镜703的折射而聚焦于荧光粉层701。从荧光粉层701出射的受激光722被透镜703收集后准直，经过分光滤光片711的反射而最终出射。在该光源中，分光滤光片811透射激发光同时反射受激光，其作用在于将激发光和受激光的光路相分离。若没有该分光滤光片，则受激光将全部向激发光源方向出射从而造成严重的光损失。

然而，这种结构只能出射受激光，而受激光往往是单色光而不能是白光。因此目前的半导体光源结构实现不了高亮度的白光。

发明内容

本发明提出一种发光装置，包括用于发射蓝光的蓝光光源；包括位于蓝光光路上的分光装置，该分光装置的分光面包括透射区和反射区，入射于透射区的蓝光透过分光装置形成第一蓝光，其所在的透射光路为第一光路；入射于反射区的蓝光被分光装置反射而形成第二蓝光，其所在的反射光路为第二光路；包括位于第一光路上的反射装置，第一蓝光被该反射装置反射并沿着第一光路逆向返回到分光装置，其中的一部分被分光装置的反射区反射而形成第一出射光；包括位于第二光路上的波长转换装置，该波长转换装置吸收第二蓝光并受激发射受激光，该受激光沿着第二光路逆向返回到分光装置并透射分光装置而形成第二出射光，第一出射光与第二出射光合为一束出射；其中，所述反射装置为散射反射装置，分光装置到反射装置的光路与分光装置到波长转换装置的光路的设置相同。

本发明还提出一种发光装置，包括用于发射蓝光的蓝光光源；包括位于蓝光光路上的分光装置，该分光装置的分光面包括透射区和反射区，入射于透射区的蓝光透过分光装置形成第一蓝光，其所在的透射光路为第一光路；入射于反射区的蓝光被分光装置反射而形成第二蓝光，其所在的反射光路为第二光路；包括位于第二光路上的反射装置，第二蓝光被该反射装置反射并沿着第二光路逆向返回到分光装置，其中的一部分被分光装置的透射区透射而形成第一出射光；包括位于第一光路上的波长转换装置，该波长转换装置吸收第一蓝光并受激发射受激光，该受激光沿着第一光路逆向返回到分光装置并被分光装置反射而形成第二出射光，第一出射光与第二出射光合为一束出射；其中，所述反射装置为散射反射装置，分光装置到反射装置的光路与分光装置到波长转换装置的光路的设置相同。

本发明还提出一种照明装置，包括上述的发光装置。

利用本发明的发光装置可以形成两个出射光的混合光。由于沿两个光路逆向返回的光都是接近朗伯发散的光，而且两个光路设置相同，这样第一出射光和第二出射光的光斑和光分布就相同，形成的混合光就会很均匀。

附图说明

图1A表示了本发明第一实施例的结构示意图；

图1B表示了图1A实施例中的分光装置的正视图；

图1C表示了图1A实施例中的反射装置的一种优选的实施例；

图2表示了图1A所示实施例中的分光装置中的透射区的优选透射谱；

图3A表示了本发明另一个实施例的结构示意图；

图3B表示了图3A实施例中的波长转换装置的示意图；

图4A表示了本发明另一个实施例的结构示意图；

图4B表示了图4A实施例中的分光装置的正视图；

图5表示了图4A实施例中的分光装置的反射区的优选透射谱；

图6A表示了本发明另一个实施例的结构示意图；

图6B表示了图6B实施例中的分光装置的正视图；

图7表示了现有的一种光源结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种发光装置，其结构示意图如图1A所示。该发光装置包括用于发射蓝光141（用粗实线表示）的蓝光光源101，还包括位于蓝光光路上的分光装置104。该分光装置104的正视图如图1B所示，其中，分光装置104的分光面包括透射区104a和反射区104b。入射于透射区104a的蓝光透过分光装置104形成第一蓝光142（用细实线表示），其所在的透射光路为第一光路。入射于反射区104b的蓝光被分光装置反射而形成第二蓝光143（用虚线表示），其所在的反射光路为第二光路。

发光装置还包括位于第一光路上的反射装置107，第一蓝光142被该反射装置107反射并沿着第一光路逆向返回到分光装置104，其中的一部分被分光装置104的反射区104b反射而形成第一出射光142。

发光装置还包括位于第二光路上的波长转换装置，该波长转换装置包括波长转换层106和衬底105，衬底105用来承载波长转换层，同时起到为波长转换层散热和反射波长转换层发出的受激光的作用。此处波长转换装置的结构只是举例，当然波长转换装置也可以不采用本实施例这样的结构，例如采用荧光玻璃片，这样就不需要衬底的承载。

波长转换层106吸收第二蓝光143并受激发射受激光144，该受激光144沿着第二光路逆向返回到分光装置104并透射分光装置104而形成第二出射光144，第一出射光与第二出射光合为一束出射。

本实施例的发光装置还包括调节装置121，用于调节该分光装置在分光面所在的平面内沿第一方向移动。在本实施例中，第一方向即纸面平面与分光装置104的分光面的交线方向，即图1A中的A方向。其中，如图1B所示，分光装置104的分光面的透射区与反射区的面积比在A方向上是变化的。

在本实施例中，分光装置104是分区镀膜的滤光片104，各镀膜区为沿着A方向平行排列的宽度不等的长方形。其中，透射区104a不镀膜或镀有增透膜，反射区104b镀有反射绿光透射受激光的薄膜。分区镀膜是比较成熟的技术，成本也比较便宜。

这样，透过透射区104a的第一蓝光142在被 107反射后会沿着第一光路逆向的回到分光装置104，其中入射到反射区104b的部分就会形成第一出射光；同时，被反射区104b反射的第二蓝光143激发波长转换层106并使其受激发射受激光，该受激光144沿着第二光路逆向的返回到分光装置104，无论是入射于透射区104a还是反射区104b的受激光，都可以透射并形成第二出射光144。这样，第一出射光和第二出射光就可以合为一束混合光而出射，这样就实现了混合光的输出。例如，波长转换装置包括黄色波长转换材料，因此第二出射光就是黄色的受激光，它与蓝色的第一出射光混合后可以形成白光。当然，波长转换装置也可以包括绿色波长转换材料、红色波长转换材料，也可能包括绿色、红色、黄色等多种波长转换材料的混合。

如图1B所示，分光装置104在A方向从左向右，可以看出透射区与反射区的面积比越来越大，即当蓝光141入射于分光装置104的位置在A方向上从左向右移动时，透射分光装置的第一蓝光142所占的比例越来越高，被分光装置反射的第二蓝光143所占的比例越来越低，进而在出射光中第一出射光所占的比例会增大。以波长转换装置包括黄色波长转换材料为例，其中蓝色的第一出射光的比例增大意味着出射的白光的色温增大。因此，通过调节装置121来调节分光装置在分光面所在的平面内沿第一方向的移动，可以调节出射光中第一出射光和第二出射光的比例关系，从而改变该混合的出射光的颜色。

显然，图1B中所示的从左到右透射区的比例增大只是一种举例，当然也可以是从左到右反射区增大，或者中心反射区比例最低而向两侧增大，或者中心反射区比例最高而向两侧减小，或者其它的变化规律。总之，只要分光装置的分光面的透射区与反射区的面积比在第一方向上是变化的，那么就可以通过调节装置的调节来改变出射混合光的颜色。

在本实施例中，优选的还包括位于第二光路的收集透镜108，它用于将第二蓝光143汇聚于波长转换层106，同时用于收集波长转换层106发出的受激光，从而提高了光收集效率。

优选的，波长转换装置还包括马达，马达带动波长转换层转动，使得波长转换层上的每个点都周期性的被入射的蓝光激发，这样可以有效的降低波长转换层上每个点的热负荷，从而提高波长转换层的效率。

一种实际的情况是，蓝光光源101为蓝色激光光源，可以用来发射蓝色激光141。此时，优选的，反射装置为散射反射装置，这样第一蓝光142经过反射装置反射的同时还被其散射而消除了激光的相干性，避免了出射光中激光散斑的出现。散射反射装置的制作方法有很多。例如使用硫酸钡等白色粉末的涂层，或者使用氧化钛、氧化铝等无机白色粉末与胶体混合而形成涂层，或者使用多孔白色陶瓷，或者将白色散射涂层涂敷与反射或半反射平面，此处不一一赘述。

一般的散射反射层有时不足以将激光的相干性全部去除，那么一种优选的散射反射装置的结构如图1C所示。图1C为散射反射装置107的结构示意图，其左侧平面为散射面，该表面存在起伏，这个起伏表面涂覆有散射反射层。当激光152入射后，一部分散射反射光会直接出射，而另一部分散射反射光（例如光线153）会再一次入射于散射面后再出射，有些散射反射光甚至会多次入射于散射面后再出射，这样反射光被散射的次数就增多了，从而更好的消除了激光的相干性。显然，实际中使用的散射面的起伏不一定如图1C所示的为锥形，也可能为一些其他形状的凹陷，凹陷越深则光线在其内部的散射次数越多，消相干的效果越好。激光可能入射于多个凹陷，也可能确定的入射于一个凹陷内，这都不构成对本发明的限制。

当反射装置为散射反射装置时，更为优选的，分光装置104到反射装置107的光路与分光装置104到波长转换装置的光路的设置相同，所谓设置相同指的是光程长度相同或相近、透镜类型相同或相近。这样的好处在于，由于沿两个光路逆向返回的光都是接近朗伯发散的光，而且两个光路设置相同，这样第一出射光和第二出射光的光斑和光分布就相同，形成的混合光就会很均匀。因此上述设置相同的定义是指其差异不足以引起第一出射光和第二出射光所形成的混合光的均匀性。

在本实施例的发光装置中，优选的还包括散热器122，蓝光光源101与波长转换装置共用该散热器122。这样整个发光装置结构很紧凑，而且用户在做散热设计时时可以只针对该散热器的某一个面，而不需要为蓝光光源101和波长转换装置分别设计散热，这为散热设计带来了方便。

可以理解，在本实施例中优选的技术特征，如反射装置是散射反射装置、分光装置到反射装置的光路与分光装置到波长转换装置的光路的设置相同、蓝光光源与波长转换装置共用该散热器这样的技术特征，同样可以应用于本发明下述的实施例中，在后面的实施例描述中就不再重复描述。

在本实施例中，第一蓝光142被反射装置反射后会沿第一光路逆向返回到分光装置，其中一部分被分光装置的反射区反射而形成第一出射光，另一部分则入射于分光装置的透射区而透射形成损耗。优选的，可以通过透射区104a的镀膜设计来减小这种损耗。图2表示了这种透射区的优化镀膜的透过谱，图中标有“蓝光”的为蓝光光谱，标有“受激光”的为受激光光谱，标有“S偏振光”的为S偏振光入射于该优化镀膜的透过谱，标有“P偏振光”的为P偏振光入射于该优化镀膜的透过谱。可见，分光装置的透射区具有透射蓝光P偏振光、反射蓝光S偏振光同时透射受激光的属性。若蓝光光源发出的蓝光为偏振光（例如激光），且该蓝光以P偏振光入射于分光装置，则该蓝光依然可以实现部分光入射于透射区并透射形成第一蓝光的目的；该第一蓝光经过反射装置反射后偏振态会发生变化（尤其是当反射装置为散射反射装置时，蓝光的偏振态会基本被消除），这样的反射光沿着第一光路逆向的返回到分光装置时，其入射于透射区的光会有部分为S偏振光而被反射，从而提高了分光装置反射第一蓝光的总体效率。

本发明的另一个实施例的结构示意图如图3A所示。与上述实施例不同的是，在本实施例中，还包括第二调节装置323，用于调节分光装置304或波长转换装置（包括波长转换层306）的位置，使得入射于波长转换装置上的蓝光光斑与波长转换装置的相对位置能够沿第二方向发生移动；其中，波长转换装置在第二方向上的波长转换属性是变化的。

在本实施例中，第二方向是如箭头B所表示的方向，即图3A的水平方向。波长转换层306在B方向上的波长转换属性是变化的，例如波长转换材料的浓度发生变化，或者两种波长转换材料的配比发生变化。举例来说，波长转换层306包括黄色和红色两种波长转换材料，并且从左到右黄色波长转换材料的比例逐渐降低，如图3B所示的，波长转换层306从左到右依次包括三个段306a、306b和306c，其中红色波长转换材料的比例依次提高，黄色波长转换材料的比例一次降低。当然波长转换层上的这种波长转换属性的变化也可以是连续变化的。当第二调节装置323调节分光装置304或波长转换装置的位置使得入射于波长转换装置上的蓝光光斑与波长转换装置的相对位置沿B方向发生移动时，受激光344所包含的黄色和红色的成分就会发生变化，从而导致第二出射光颜色的调整。结合调节装置321和第二调节装置323可以得到各种色温的白光。

在本实施例中，具体的，第二调节装置323是调节分光装置304和收集透镜308作为一个整体沿着B方向移动。这样的好处在于波长转换装置可以保持不变，从而保持与散热器的相对固定，从而仍然可以与蓝光光源共用同一个散热器。

本发明的另一个实施例如图4A所示。与图1A所示的实施例不同的是，反射装置与波长转换装置的位置对调了，即反射装置位于第二光路上接收第二蓝光，波长转换装置位于第一光路上接收第一蓝光。究其实质本实施例与图1A所示的实施例没有本质区别，都是将蓝光光源发出的蓝光分成两部分，一部分被反射装置反射后再利用，另一部分经过波长转换装置转换成受激光，最后两股光合为一束形成混合光。但是本实施例中，由于反射装置和波长转换装置位置的调换，导致分光装置与图1A所示实施例中的分光装置有所不同。下面进行详细描述。

本实施例的发光装置中，包括位于第二光路上的反射装置407，第二蓝光442被该反射装置407反射并沿着第二光路逆向返回到分光装置404，其中的一部分被分光装置404的透射区透射而形成第一出射光。发光装置还包括位于第一光路上的波长转换装置（包括波长转换层406），该波长转换装置吸收第一蓝光443并受激发射受激光，该受激光沿着第一光路逆向返回到分光装置404并被分光装置反射而形成第二出射光444，第一出射光与第二出射光合为一束出射。还包括调节装置421，用于调节该分光装置404在分光面所在的平面内沿A方向移动；其中，分光装置的分光面的透射区与反射区的面积比在第一方向上是变化的。

本实施例中的分光装置404的示意图如图4B所示。分光装置404包括透射区404a和反射区404b。它与图1B所示的分光装置的区别有两点。首先，透射区和反射区的形状不再是条形的，透射区是接近圆形的，反射区则是除去透射区外其余的区域。本实施例中通过控制各圆形透射区的间距来改变透射区与反射区的比例。显然其效果与条形的透射区和反射区没有区别。总之，在本发明中，透射区和反射区的形状并不限于图1B和图4B这样的形状和分布，也可以是其它的形状和分布。在实际应用中，主要考虑分区镀膜的容易加工的程度来设计透射区和反射区的形状。图4B所示的分光装置与图1B所示的分光装置更重要的不同点在于，透射区和反射区的滤光特性不同。在本实施例中，透射区404a透射蓝光同时反射受激光，而反射区则同时反射蓝光和绿光。这样的分光装置有多种实现方式，例如在同一面分区镀膜两次来实现，而且反射区直接镀反射膜即可。更好的实现方式是，在分光装置面向蓝光光源的一面采用分区镀膜的方式镀反射区，例如镀反射膜；在分光装置的面向波长转换装置的一侧镀透射蓝光反射受激光的滤光膜，该滤光膜不需要分区镀，直接镀整面即可。

为了提高被反射装置反射的蓝光最终的利用效率，本实施例可以通过优化反射区的镀膜来实现。图5表示了这种反射区的优化镀膜的透过谱，图中标有“蓝光”的为蓝光光谱，标有“受激光”的为受激光光谱，标有“S偏振光”的为S偏振光入射于该优化镀膜的透过谱，标有“P偏振光”的为P偏振光入射于该优化镀膜的透过谱。可见，分光装置的反射区具有透射蓝光P偏振光、反射蓝光S偏振光同时反射受激光的属性。若蓝光光源发出的蓝光为偏振光（例如激光），且该蓝光以S偏振光入射于分光装置，则该蓝光依然可以实现部分光入射于反射区并被其反射形成第二蓝光的目的；该第二蓝光经过反射装置反射后偏振态会发生变化（尤其是当反射装置为散射反射装置时，蓝光的偏振态会基本被消除），这样的反射光沿着第二光路逆向的返回到分光装置时，其入射于反射区的光会有部分为P偏振光而被透射，从而提高了分光装置反射第二蓝光的总体效率。

实际上，若在分光装置的面向波长转换装置的一侧整面的镀透射蓝光反射受激光的滤光膜，则分光装置的另一面的反射区是否透射受激光就不重要了，因为受激光已经被分光装置的面向波长转换装置的一面反射了。此时，分光装置的面向蓝光光源的一侧的反射区也可以采用如图2所示的滤光膜。

在本实施例中，分光装置可以采用两面分别镀膜的方式来实现，其中一面是分区镀膜起到部分透射蓝光部分反射蓝光的作用，而另一面是整面的镀膜。实际上只有分区镀膜的一面起到了分开蓝光的作用，因此这两面镀膜的作用是独立的，也是可以通过两个装置来分别实现的。在图6A所示的实施例中，分光装置604上的反射区604b与图4B中所示的反射区404b的滤光属性相同，而与图4B所示的分光装置不同的是，分光装置604的透射区604a不镀膜或者镀增透膜，蓝光641中的部分会被反射区604b反射，而其余部分会从透射区透过。同时，本实施例与图4A所示的实施例另一个不同点是，包括位于第一光路上的位于波长转换装置（包括波长转换层606）光路前端的光隔离装置614，第一蓝光643透射光隔离装置614后到达波长转换装置，波长转换装置吸收第一蓝光并受激发射受激光644，该受激光沿着第一光路逆向返回到光隔离装置614并被光隔离装置614反射而形成第二出射光644。这样通过分光装置和光隔离装置共同作用也可以实现形成混合光出射的功能。

本发明还提出一种照明装置，包括上述的发光装置。

以上所述仅为本发明的实施例，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 (10)

1.一种发光装置，其特征在于：

包括用于发射蓝光的蓝光光源；

包括位于蓝光光路上的分光装置，该分光装置的分光面包括透射区和反射区，入射于透射区的蓝光透过分光装置形成第一蓝光，其所在的透射光路为第一光路；入射于反射区的蓝光被分光装置反射而形成第二蓝光，其所在的反射光路为第二光路；

包括位于第一光路上的反射装置，第一蓝光被该反射装置反射并沿着第一光路逆向返回到分光装置，其中的一部分被分光装置的反射区反射而形成第一出射光；

包括位于第二光路上的波长转换装置，该波长转换装置吸收第二蓝光并受激发射受激光，该受激光沿着第二光路逆向返回到分光装置并透射分光装置而形成第二出射光，第一出射光与第二出射光合为一束出射；

其中，所述反射装置为散射反射装置，分光装置到反射装置的光路与分光装置到波长转换装置的光路的设置相同。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括调节装置，用于调节该分光装置在分光面所在的平面内沿第一方向移动；其中，分光装置的分光面的透射区与反射区的面积比在第一方向上是变化的。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，蓝光光源发出的蓝光为偏振光，且该蓝光以P偏振光入射于分光装置；所述分光装置的透射区具有透射蓝色P偏振光、反射蓝色S偏振光同时透射受激光的属性。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述蓝光光源与波长转换装置共用同一个散热器。

5.一种发光装置，其特征在于：

包括用于发射蓝光的蓝光光源；

包括位于蓝光光路上的分光装置，该分光装置的分光面包括透射区和反射区，入射于透射区的蓝光透过分光装置形成第一蓝光，其所在的透射光路为第一光路；入射于反射区的蓝光被分光装置反射而形成第二蓝光，其所在的反射光路为第二光路；

包括位于第二光路上的反射装置，第二蓝光被该反射装置反射并沿着第二光路逆向返回到分光装置，其中的一部分被分光装置的透射区透射而形成第一出射光；

包括位于第一光路上的波长转换装置，该波长转换装置吸收第一蓝光并受激发射受激光，该受激光沿着第一光路逆向返回到分光装置并被分光装置反射而形成第二出射光，第一出射光与第二出射光合为一束出射；

其中，所述反射装置为散射反射装置，分光装置到反射装置的光路与分光装置到波长转换装置的光路的设置相同。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，还包括调节装置，用于调节该分光装置在分光面所在的平面内沿第一方向移动；其中，分光装置的分光面的透射区与反射区的面积比在第一方向上是变化的。

7.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，蓝光光源发出的蓝光为偏振光，且该蓝光以S偏振光入射于分光装置；所述分光装置的反射区具有反射蓝色S偏振光同时透射蓝色P偏振光的属性。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述散射反射装置包括一个起伏的散射反射面。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的发光装置，其特征在于，还包括第二调节装置，用于调节分光装置或波长转换装置的位置，使得入射于波长转换装置上的蓝光光斑与波长转换装置的相对位置能够沿第二方向发生移动；其中，所述波长转换装置在第二方向上的波长转换属性是变化的。

10.一种照明装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的发光装置。