CN104932186A - 发光装置及相关投影系统 - Google Patents

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；第一波长转换层，包括相对的第一表面和第二表面，其中第一表面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；第一光引导组件，用于接收发光光源的第二区域出射的第一光并将该第一光的至少部分光引导至所述第一波长转换层的第二表面，以激发所述第一波长转换层；该第一光引导组件还用于将所述第一波长转换层的出射光引导出射。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

本申请为申请人于2012年07月31日递交的申请号为201210269166.4，发明名称为"发光装置及相关投影系统"的分案申请。

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

如图1所示，图1是现有技术中使用的一种荧光粉LED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。

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提高发光亮度的发光装置。

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；

第一波长转换层，包括相对的第一表面和第二表面，其中第一表面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；

第一光引导组件，用于接收发光光源的第二区域出射的第一光并将该第一光的至少部分光引导至所述第一波长转换层的第二表面，以激发所述第一波长转换层；该第一光引导组件还用于将所述第一波长转换层的出射光引导出射。

本发明实施例还提供一种投影系统，包括上述发光装置。

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，相比用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，另外，由于第一区域和第二区域出射的第一光对波长转换层进行双面激发，相比用整个出光面出射的第一光只从一面激发波长转换层，前者使得波长转换层的光转换效率更高，因此本发明中的发光装置的亮度更大。

附图说明

图1是现有技术中使用的一种荧光粉LED的发光装置的结构图

图2是本发明中的发光装置的一个实施例的主视图；

图3是图2所示的发光装置200中的出光面22的俯视图；

图4是本发明中的发光装置的又一实施例的示意图；

图5是图4所示的发光装置的立体图；

图6是本发明中的发光装置的又一实施例的示意图；

图7是图6所示的发光装置的立体图；

图8是本发明中的发光装置的又一实施例中的发光光源的示意图；

图9是本发明中的发光装置的又一实施例的示意图；

图10是图9中所示的发光装置中第一部分90a的示意图；

图11是图9中所示的发光装置的出光面的示意图；

图12为图9所示的发光装置中的合光组件的示意图。

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实施例的主视图。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的俯视图。出光面22包括第一区域22a和第二区域22b。由于第一区域和第二区域的面积均小于出光面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L1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L1的光学扩展量均小于整个出光面22发出的光的光学扩展量。

发光装置200还包括第一波长转换层203，该第一波长转换层203包括相对的第一表面203a和第二表面203b，其中第一表面203a用于吸收第一区域出射的第一光以出射受激光L2。发光装置200还包括第一光引导组件X，用于接收发光光源201的第二区域出射的第一光L1并将该第一光的至少部分光引导至第一波长转换层203的第二表面203b，以激发第一波长转换层；该第一光引导组件202还用于将第一波长转换层的出射光引导出射。

由于第一区域出射的第一光和第二区域出射的第一光L1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L2的光学扩展量也较小；另外，由于第一区域和第二区域出射的第一光对波长转换层进行双面激发，相比用整个出光面出射的第一光只从一面激发波长转换层，前者使得波长转换层的光转换效率更高，因此本发明中的发光装置的亮度更大。

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22的第一区域22a上，用于吸收第一区域22a上发出的蓝光并转换成黄光L2。出光面22的第二区域22b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L1，使得光损失较少。

当蓝光的发光面积大于波长转换层的发光面积时，会有部分蓝光由于不能入射到波长转换层上而造成浪费，因此第一区域的面积优选大于等于第二区域的面积。而第一区域的面积为最终发光装置的发光面积，因此在第一区域的面积优选大于等于第二区域的面积前提下，当第一区域的面积最小时，即第一区域和第二区域的比例为一比一时，光源的光学扩展量最小，因此得光源的亮度最大。因此优选地，第一区域22a和第二区域22b的比例为各占出光面22的一半。在实际运用中，可根据受激光的色坐标来设计第一区域和第二区域所占的比例，并不限定于本实施例中的举例。

在本实施例中，第一光引导组件X包括反射装置205和滤光装置202，滤光装置202为二向色片202，用于透射黄光并反射蓝光。反射装置205为反射镜205，用于将蓝光L2反射至滤光片202。滤光片202将蓝光L1反射至波长转换层203的第二表面203b，以和第一区域出射的蓝光对波长转换层203双面激发。波长转换层203产生的黄色受激光L2从滤光片202透射出射。

在本实施例中，反射装置205也可以是TIR(Ttotal InternalReflection，全内反射)棱镜。如图4所示，图4是本发明中的发光装置的又一实施例的示意图。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L1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所示的发光装置的立体图。在该矩形柱体的四个侧面407a、407b、407c和407d上，除了与侧面405c所相对的侧面407a，其他三个侧面上均设置有反射镜，以更好地收集受激光，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L1引导至滤光片202上的功能的装置。

在本实施例中，滤光装置202也可以是两块TIR棱镜的组合。如图6所示，图6是本发明中的发光装置的又一实施例的示意图。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。反射装置605出射的光束由TIR棱镜605的侧面605c出射后由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，以反射第二区域出射的第一光L1至波长转换层603的第二表面603b，并透射受激光L2使之出射。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L2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609c和波长转换层603相邻并且该两者之间保持有空气隙，以使光束能在TIR棱镜609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L2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602b、609c和609b上发生全反射，进而从侧面602c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到受激光L2，使之从侧面602c出射，以减少光损失，并且使得602c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和609组成的矩形方柱的四个侧面中除侧面609b之外的其他侧面上均镀有反射膜，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所示的发光装置的立体图。

在本实施例中，滤光装置也可以设置为反射第二区域出射的第一光的一部分光，该部分光为第一部分光；并且透射第二区域出射的第一光的另一部分光，该部分光为第二部分光。在第二部分光的出射光路上还设置有一反射镜，例如在图6中的侧面602b上设置一反射镜，用于将该第二部分光反射回所述滤光装置，该第二部分光的部分光经该滤光装置反射后与受激光合为一束合光出射。具体举例来说，第一光为蓝光，受激光为黄光，则该发光装置用于最终出射蓝光与黄光的混合光，即白光。

在本实施例中，由于受激光的颜色可能会与实际需要的颜色有差距，因此还可以通过改变用于反射第一光L1并透射受激光L2的滤光装置的滤光曲线来修饰受激光L2的颜色。

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本发明中的发光装置的又一实施例中的发光光源的示意图。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是本发明中的发光装置的又一实施例的示意图。发光装置900包括两部分，第一部分90a包括发光光源901、第一波长转换层903A和第二波长转换层903B，第一光引导组件905A和第二光引导组件905B；第二部分90b包括合光组件。

与以上实施例不同的是，本实施例中的发光光源的出光面包括两个第一区域和两个第二区域，均用于出射第一光。如图10所示，图10是图9中所示的发光装置中第一部分90a的示意图。发光光源901的出光面分为两个分区900A和900B。其中每个分区上均包括一个第一区域和一个第二区域。如图11所示，图11是图9中所示的发光装置的出光面的示意图。其中第一分区900A上的光学元件与光路结构如实施例一所述，再此不再赘述。

第二分区900B上的光学元件与光路结构与第一区域900A上的大致一致。第二分区900B中的第二波长转换层，包括相对的第一表面和第二表面，其中第一表面用于吸收第二分区900B中的第一区域出射的第一光以出射受激光。第二分区900B中还包括第二光引导组件，用于接收第二分区900B中第二区域出射的第一光，并分别将该接收到的第一光的至少部分光引导至第二波长转换层的第二表面，以激发第二波长转换层；该第二光引导组件还用于将第二波长转换层的出射光引导出射。

具体举例来说，发光光源901用于出射蓝光，第一波长转换材料为绿光波长转换材料，用于吸收蓝光以出射绿色受激光；第二波长转换材料为红光波长转换材料，用于吸收蓝光以出射红色受激光。

发光装置还包括合光组件90b，用于将第一光引导组件的出射面95A发出的光和第二光引导组件的出射面95B发出的光合为一束合光出射。如图12所示，图12为图9所示的发光装置中的合光组件的示意图。合光组件90b包括反射装置911和滤光装置99。合光组件90b的结构与以上实施例中的光引导组件的结构大致一样，唯一不同的是，光引导组件中的滤光装置用于反射经反射装置反射过来的光至波长转换层并透射受激光；而合光组件90b中的滤光装置99用于透射第一光引导组件的出射面95A出射的光La出去，并将经反射装置911反射过来的光Lb反射出去，以和光束La合为一束光束出射。

在本实施例中，反射装置911也可以放置在第一光引导组件的出射面95A的出射光路上，而滤光装置99位于第二光引导组件的出射面95B的出射光路上。反射装置911用于将光束La反射至滤光装置99；滤光装置99用于透射光束Lb并将光束La反射至与光束Lb的传播路径一致，使得该两束光束合为一束合光。

这样，经发光光源901的整个出射面出射的光最后合光为从其中一个第一区域出射的光，使得光学扩展量大大减小，进而提高光源的亮度。

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 (10)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

发光光源，包括用于出射第一光的出光面，所述出光面具有至少第一分区和第二分区；

第一波长转换层，覆设于所述发光光源的出光面的第一分区上，用于吸收所述第一分区出射的第一光以出射第一受激光；

第一光引导组件，用于将所述第一波长转换层出射的第一受激光引导至合光组件；

第二波长转换层，覆设于所述发光光源的出光面的第二分区上，用于吸收所述第二分区出射的第一光以出射第二受激光；

第二光引导组件，用于将所述第二波长转换层出射的第二受激光引导至合光组件；

合光组件，用于将所述第一光引导组件引导的第一受激光和第二光引导组件引导的第二受激光以其中一个光束合光到另一个光束的传输路径中的方式合为一束合光并出射。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，每个所述分区包括第一区域和第二区域，所述第一波长转换层覆设于所述第一分区中的第一区域上，所述第二波长转换层覆设于所述第二分区中的第一区域上，所述第一分区中的第一区域与所述第二分区中的第一区域相邻。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，

所述第一波长转换层包括相对的第一表面和第二表面，其中第一表面用于吸收所述发光光源的第一分区的第一区域出射的第一光以出射第一受激光；

所述第二波长转换层包括相对的第一表面和第二表面，其中第一表面用于吸收所述发光光源的第二分区的第一区域出射的第一光以出射第二受激光。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，

所述第一光引导组件用于接收所述发光光源出光面的第一分区的第二区域出射的第一光并将所述第一光的至少部分光引导至覆设于所述发光光源出光面的第一分区的第一区域上的所述第一波长转换层的第二表面，以激发所述第一波长转换层，并将所述第一波长转换层出射的第一受激光引导至所述合光装置；

所述第二光引导组件用于接收所述发光光源出光面的第二分区的第二区域出射的第一光并将所述第一光的至少部分光引导至覆设于所述发光光源出光面的第二分区的第一区域上的所述第二波长转换层的第二表面，以激发所述第二波长转换层，并将所述第二波长转换层出射的第二受激光引导至所述合光装置。

5.根据权利要求1至4任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光光源包括发光元件，所述发光元件的发光面为所述发光光源的出光面。

6.根据权利要求1至4任一项所述的发光装置，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，所述复合抛物面聚光器组包括入射表面和出射表面，所述入射表面耦合到所述发光元件上，所述出射表面为所述发光光源的出光面。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述第一光引导组件包括反射装置和滤光装置，所述反射装置位于所述第一分区的第二区域的出射光路上，用于将所述第一分区的第二区域出射的第一光引导至所述滤光装置，所述滤光装置位于所述第一分区的第一区域的第一波长转换层的出射光路上，用于反射所述第一分区的第二区域出射的第一光的至少部分光至覆设于所述第一分区的第一区域的所述第一波长转换层的第二表面，并且透射至少部分所述第一受激光；

所述第二光引导组件包括反射装置和滤光装置，所述反射装置位于所述第二分区的第二区域的出射光路上，用于将所述第二分区的第二区域出射的第一光引导至所述滤光装置，所述滤光装置位于所述第二分区的第一区域的第二波长转换层的出射光路上，用于反射所述第二分区的第二区域出射的第一光的至少部分光至覆设于所述第二分区的第一区域的所述第二波长转换层的第二表面，并且透射至少部分所述第二受激光。

8.根据权利要求1至4以及7中的任一项所述的发光装置，其特征在于，所述第一光为蓝光，所述第一波长转换层包括绿光波长转换材料，所述第二波长转换层包括红光波长转换材料。

9.根据权利要求1至4以及7中的任一项所述的发光装置，其特征在于，所述合光组件包括反射装置和滤光装置：

所述反射装置位于所述第二光引导组件的出射面出射的光的传输光路中，用于将所述第二光引导组件的出射面出射的光反射至所述滤光装置；

所述滤光装置位于所述第一光引导组件的出射面出射的光的传输光路中，用于透射所述第一光引导组件的出射面出射的光，并反射经所述反射装置反射的光，以将所述第二光引导组件的出射面出射的光合光到所述第一光引导组件的出射面出射的光的传输光路出射。

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。