CN106527025A - 发光装置、灯具和投影显示装置 - Google Patents

Abstract

提出一种发光装置和灯具和投影显示装置，包括波长转换装置，该波长转换装置包括带孔的基板和附着于孔内壁的波长转换层；还包括激光源和光处理元件，激光源发出的激光入射于光处理元件并经过其处理后，激光的角分布为第一角度范围，使得激光可以全部入射于孔内壁的波长转换层，并激发波长转换层使其发射受激光。光处理元件使得激光全部入射于孔内壁的波长转换层而没有从孔中直接射出，保证了出光效率和均匀性。同时，孔的大小限制了出射光的孔径大小，小的孔可以使出射光光斑变小，同时并不太影响发光通量，因此可以得到比较大的光亮度。

Description

发光装置、灯具和投影显示装置

技术领域：

本发明涉及照明光源领域，特别是涉及一种发光装置和使用该发光装置的灯具和投影显示装置。

背景技术：

随着半导体技术的发展，LED光源正在取代传统的白炽灯和节能灯成为一种新型的照明光源，它具有高效，节能，环保以及寿命长等优点。然而，在一些特殊的应用领域，例如舞台灯光照明、汽车大灯、投影显示等领域，需要的是一种超高亮度的光源，此时LED就难以满足要求了。与LED同属半导体光源的半导体激光器（以下简称LD），也具有LED的优点，同时由于其光学扩展量（Etendue）小，特别适合用来制作超高亮度的特种光源。利用LD制作高亮度特种光源时，通常将LD出射的激光会聚成一个很小的光斑入射到荧光粉上，由于会聚光斑小，能量密度高，荧光粉局部区域将产生大量的热引起荧光粉饱和甚至损坏。当前一种普遍适用的解决方案是，将荧光粉涂覆在转盘上，利用转盘的快速转动为荧光粉散热。然而转盘的使用一方面降低了系统可靠性，另一方面也限制了系统的小型化。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提出一种发光装置，包括波长转换装置，该波长转换装置包括带孔的基板和附着于孔内壁的波长转换层；还包括激光源和光处理元件，激光源发出的激光入射于光处理元件并经过其处理后，激光的角分布为第一角度范围，使得激光可以全部入射于孔内壁的波长转换层，并激发波长转换层使其发射受激光。

本发明还提出一种灯具，包括上述的发光装置作为光源。

本发明还提出一种投影显示装置，包括上述的发光装置作为光源。

光处理元件使得激光全部入射于孔内壁的波长转换层而没有从孔中直接射出，保证了出光效率和均匀性。同时，孔的大小限制了出射光的孔径大小，小的孔可以使出射光光斑变小，同时并不太影响发光通量，因此可以得到比较大的光亮度。

附图说明：

图1A是本发明的发光装置的第一实施例的结构示意图；

图1B和图1C是图1A实施例中光处理元件的两种可能的实施例；

图1D和图1E是图1A实施例中激光分布的示意图；

图2A是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；

图2B是图2A实施例中激光分布的示意图；

图3是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式：

本发明提出一种发光装置，其第一实施例的结构示意图如图1A所示。该发光装置包括波长转换装置，该波长转换装置包括基板101，该基板101包括孔102；波长转换装置还包括附着于孔102的内壁的波长转换层103。发光装置还包括激光源105和光处理元件104，激光源发出的激光（以光线141和142为例）入射于光处理元件104并经过其处理后，激光的角分布为第一角度范围，使得激光可以全部入射于孔内壁的波长转换层103，并激发波长转换层103使其发射受激光。

在本实施例中，第一角度范围如图1D中的实线所示。在图1D中，横坐标代表激光的出射角，纵坐标代表相对光强。图中，虚线的光分布代表入射于光处理元件104之前的激光分布，实线的光分布代表从光处理元件104出射的激光分布。可见，入射于光处理元件104前，激光分布是以0度（即光轴）为中心展开的分布。此时若没有光处理元件，中心部分激光会直接穿过孔102而不入射于孔内壁的波长转换层103（结合图1E观察），这样显然达不到将激光高效率的转化为受激光的目的；即使有部分出射角不为0度的激光入射于孔内壁的波长转换层，由于中心直接从孔出射的部分激光的存在，整体出射光的颜色是不均匀的，中心的激光一定多于大角度的激光。经过光处理元件后，激光分布呈驼峰型，两个峰分别位于光轴的两侧，而光轴（0度）则处于两峰之间的“谷”中，即中心的激光被光处理元件分布到一定出射角的位置，使得激光能够全部入射于孔内壁的波长转换层103。参考图1E，光线148是满足入射于孔内壁的波长转换层103条件的角度最小的光线，而光线147是满足同样条件的角度最大的光线，因此光处理元件就是要把激光分布控制在这两条光线之间。

在本实施例中，光处理元件104可能是圆锥形透镜104，其截面形状是一个三角形，其沿着激光光路看过去的视图如图1B所示，图1B中圆形中心的黑点代表圆锥的顶点。圆锥形透镜的圆锥面对入射的激光进行折射（当然也可以把圆锥形透镜反过来，圆锥面背对激光，激光最终仍然会被圆锥面所折射），并使得出射的激光的角分布为第一角度范围。例如，在本实施例中，141和142是两条入射激光的示例。如果没有光处理元件104，则光线141会直接穿出孔（如虚线光线141a所示）；由于光处理元件104的存在，光线141被折射并入射于孔内壁的波长转换层。可以理解，每一条准直入射的激光都会在圆锥形透镜的圆锥面上被折射到一个相同的角度并入射于孔内壁的波长转换层，因此只要控制圆锥形透镜的圆锥面的角度（即图1A中光处理元件截面三角形的底角）就可以控制出射的激光出射角，以达到控制激光入射于孔内壁的波长转换层的目的。

光处理元件还可以有一些变形，例如还可能是棱锥形透镜，其截面形状仍然是一个三角形，其沿着激光光路看过去的视图如图1C所示。图1C所示的是一个四棱锥形的透镜，其棱锥面同样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长转换层，与图1B所示的圆锥形透镜相比，四棱锥形的透镜的出射光分布不是圆周对称的，但这并不影响实现本发明的目的。显然光处理元件还可以是其它任意棱锥形透镜，如三棱锥形透镜、六棱锥形透镜等等，本发明对此并不做限制。另外，光处理元件还可以是棱锥形（或圆锥形）透镜阵列，即每一个透镜单元都是小的棱锥形透镜，这样与一个大的棱锥形透镜效果相同，但好处是整个元件更薄。另外，光处理元件还可以是光衍射元件（DOE，Diffractive Optical Element）。光衍射元件是利用其表面的微结构的衍射效应对光进行相位、角度处理的元件，它也可以实现将激光处理到处于第一角度范围并入射于孔壁的波长转换层的目的。

以上是对光处理元件的几种可能的实现方法进行举例说明，但这并不是对所有实现方法的穷举，也不构成对本发明的限制，只要能够实现将激光处理到第一角度范围并入射于孔壁的波长转换层的目的，就属于本发明保护的光处理元件。

在本实施例中，波长转换层103附着于孔102的内壁上，这样有利于波长转换层所产生的热量通过孔内壁扩散；同时，孔102的大小限制了出射光的孔径大小，小的孔可以使出射光光斑变小，同时并不太影响发光通量，因此可以得到比较大的光亮度（光能量密度）。优选的，基板101的材料为白色陶瓷材料或金属铝，这样能够高效率的反射受激光和激光，有利于提升整体发光效率。孔102的内壁还可以镀膜，例如镀高反膜，或散射反射膜，以提高反射率。

在本实施例中，举例来说，激光是蓝色激光，而波长转换层包括黄色波长转换材料，这样出射光中就包括黄色的受激光和剩余的蓝色激光从而混合成为白光。当然波长转换层还可以包括其它波长转换材料，例如绿色和红色的波长转换材料，这样可以弥补单独使用黄色波长转换材料所产生的显色指数不高的问题。在例如，激光还可以是紫外激光，而波长转换层包括红、绿、蓝三色波长转换材料，这样也可以发射白光。以上仅为对激光和波长转换层种类的举例，显然发光装置还可以用于发射单色光而不是白光，或是也可以采用其它颜色的激光和波长转换材料，此处不做限制。

本发明的发光装置的另一个实施例如图2A所示。与图1A所示的实施例不同的是，在本实施例中，还包括位于激光源和波长转换装置光路之间的聚光装置206，用于使激光聚焦的入射于基板的孔内。这样的好处在于更容易控制激光光斑都打入孔内，而且孔的尺寸可以变小，这样可以减小发光孔径，提高发光亮度。

由于有了聚光装置206，本实施例中入射于光处理元件204前的激光分布如图2B中的虚线所示。与图1D相比显然本实施例中光处理元件前的激光分布的角度范围更大，但是如果没有光处理元件的话，仍然存在中心的光能够直接穿过孔而不入射于孔壁的波长转换层（参考图2A中的虚线光线）。因此还是需要光处理元件204将激光的分布处理为第一角度范围（如图2B中的实线所示），使得激光能够入射于孔壁的波长转换层。

与图1A所示的实施例另一个不同点在于，在本实施例中，还包括位于激光源和波长转换装置光路之间的分光滤光层207，用于透射激光同时反射受激光。这样可以将从孔的入射端泄漏出的受激光反射回去，以提高发光装置的效率。本实施例中，分光滤光层207位于光处理元件的光路前端，而优选的分光滤光层紧贴基板的孔的入口放置，这样可以更高效率的将孔中泄漏的受激光反射回孔内。更优选的，还包括位于激光源和波长转换装置光路之间的散射层（图中未画出），用于散射激光，使得激光入射于孔壁的波长转换层时不存在局部能量密度过高的“热点”，以提高波长转换层的光转换效率。

本发明的发光装置的另一个实施例如图3所示。与图2A所示的实施例不同的是，在本实施例中，分光滤光层304a是光处理元件304面对基板的面上的镀膜，而散射层304b是光处理元件304背向基板的面上的表面粗糙化处理层。激光经过聚光装置306聚光后，依次经过散射层、光处理元件和分光滤光层后入射于孔的内壁。这样的好处在于使用的元件数量最少，成本最低，组装也最简单。当然，本领域工程师可以根据以上的描述，根据具体需要布置这几个光学元件的顺序和加工方法，也可以加入其他光学元件，这都属于本发明的保护范围。

由于激光入射于孔内壁的波长转换层后会有部分被散射和反射，因此也会有部分激光从孔的入口端泄漏出来。在本实施例中，优选的，分光滤光层304a透射第一角度范围的激光，反射第一角度范围以外的至少部分激光。这样既可以保证从激光源出射的激光能够透过分光滤光层，也能够将从孔入口端泄漏的激光中处于第一角度范围以外的部分激光反射回孔内进行再利用，以最大程度的提升效率。

本发明还提出一种灯具，包括上述的发光装置作为光源。

本发明还提出一种投影显示装置，包括上述的发光装置作为光源。

本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分相互参见即可。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：

包括波长转换装置，该波长转换装置包括带孔的基板和附着于孔内壁的波长转换层；

还包括激光源和光处理元件，激光源发出的激光入射于光处理元件并经过其处理后，激光的角分布为第一角度范围，使得激光可以全部入射于孔内壁的波长转换层，并激发波长转换层使其发射受激光。

2. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括位于激光源和波长转换装置光路之间的聚光装置，用于使激光聚焦的入射于基板的孔内。

3. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括位于激光源和波长转换装置光路之间的分光滤光层，用于透射激光同时反射受激光。

4. 根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述分光滤光层透射第一角度范围的激光，反射第一角度范围以外的至少部分激光。

5. 根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述分光滤光层紧贴基板的孔的入口。

6. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，还包括位于激光源和波长转换装置光路之间的散射层，用于散射激光。

7. 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述光处理元件是圆锥形透镜或棱锥形透镜或光衍射元件。

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，所述基板的材料为白色陶瓷材料或金属铝。

9. 一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任一项所述的发光装置作为光源。

10. 一种投影显示装置，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任一项所述的发光装置作为光源。