CN110094640B - 光源系统及照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源系统及照明装置，所述光源系统包括：基板、激发光源、准直单元、反射单元、第一反射层及波长转换层；所述反射单元包括：间隔设置的多个全反射面及多个出光面；所述第一反射层设置于所述反射单元上与所述多个出光面相对的一侧；所述波长转换层设置有波长转换材料，设置于所述第一反射层与所述多个出光面之间；其中，所述多个全反射面相对于所述波长转换层倾斜设置，所述多个全反射面中的至少两个全反射面到所述波长转换层的距离不同，所述多个全反射面将从所述准直单元出射的准直后的激发光反射至所述波长转换层上的不同区域以产生受激光，所述受激光经所述第一反射层反射至所述多个出光面后从所述照明装置出射。

Description

光源系统及照明装置
技术领域
本发明涉及照明技术领域，特别涉及一种光源系统及照明装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本发明实施例的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
LED(发光二极管)光源为绿色无污染的干净节能光源，目前LED光源主要应用于一些小功率、低端的换色灯产品上。但目前LED发热量大，发光效率还不够高，且单个LED芯片不能承受高功率，因此大功率光源系统的高光通量往往要靠LED阵列或激光器来实现。
然而，现有的光源系统出光的均匀性有待提升。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种出光均匀的光源系统及如所述光源系统的照明装置。
一种光源系统，包括：
基板；
激发光源，安装于所述基板上，用于发出具有预设发散角的激发光；
准直单元，安装于所述基板上，所述激发光源设置于所述准直单元的第一侧；
反射单元，设置于所述准直单元的与所述第一侧相对的第二侧，包括：
间隔设置的多个全反射面；及
多个出光面，每两个全反射面之间设置有一出光面；
第一反射层，设置于所述反射单元上与所述多个出光面相对的一侧；及
设置有波长转换材料的波长转换层，设置于所述第一反射层与所述多个出光面之间；
其中，所述多个全反射面相对于所述波长转换层倾斜设置，所述多个全反射面中的至少两个全反射面到所述波长转换层的距离不同，所述多个全反射面将从所述准直单元出射的准直后的激发光反射至所述波长转换层上的不同区域以产生受激光，所述受激光经所述第一反射层反射至所述多个出光面后从所述光源系统出射。
一种照明装置，为如上所述的光源系统。
本发明提供的光源系统及照明装置包括反射单元，反射单元中的多个相对于波长转换层倾斜设置的全反射面将准直后的激发光反射至波长转换层上的不同区域，以在波长转换层上产生颜色及亮度均匀受激光，所述颜色及亮度均匀受激光被第一反射层反射得到沿不同方向传输的受激光光束。所述光源系统及照明装置的出射光为波长转换层不同区域出射的沿不同方向传输的受激光光束的混合光，出射光颜色及亮度均匀度较高，提高了照明装置出射光的均匀性。
附图说明
图1为本发明第一实施方式提供的照明装置的结构示意图。
图2为本发明第二实施方式提供的照明装置的结构示意图。
图3为本发明第三实施方式提供的照明装置的结构示意图。
图4为如图3所示的照明装置的俯视结构示意图。
图5为本发明第四实施方式提供的照明装置的俯视结构示意图。
图6为本发明第五实施方式提供的照明装置的俯视结构示意图。
图7为本发明第六实施方式提供的照明装置的俯视结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001560771050000021
Figure BDA0001560771050000031
如下具体实施方式将结合所述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，为本发明第一实施方式提供的光源系统100的结构示意图。本发明实施方式提供的光源系统100出光均匀度高，应用范围广，可以作为照明装置应用于汽车车灯、舞台照明灯等领域。
在一种实施方式中，光源系统100包括基板110、激发光源120、准直单元130、反射单元140、波长转换层150及第一反射层160。激发光源120及准直单元130安装于基板110上，激发光源120设置于准直单元130的第一侧，用于发出具有预设发散角的激发光；反射单元140设置于准直单元130的与所述第一侧相对的第二侧，反射单元140包括多个全反射面142及多个出光面144，多个全反射面142间隔设置，每两个全反射面142之间设置有一出光面144；第一反射层160由金属铝或其他反射材料制成，设置于反射单元140上与多个出光面144相对的一侧；波长转换层150设置有波长转换材料，设置于第一反射层160与多个出光面144之间。
具体地，激发光源120出射的激发光经过准直单元130的准直后入射至反射单元140，反射单元140中的多个全反射面142相对于波长转换层150倾斜设置，多个全反射面142中的至少两个全反射面142到波长转换层150的距离不同。在本实施方式中准直后的激发光的传播方向为第一方向，第二方向垂直于所述第一方向。在本发明实施方式中，选择垂直于所述第一方向并垂直于波长转换层150的方向为第二方向。如图1所示，且任意两个全反射面142在所述第二方向上与波长转换层150的距离不同，并且沿所述第一方向，全反射面142依次排列，距离激发光源120越远的全反射面142，在所述第二方向上与波长转换层150的距离越近，进而多个全反射面142构成台阶状结构，使得准直后的激发光能够在所述第二方向上照射到多个全反射面142，经多个全反射面142反射至波长转换层150上的不同区域以产生颜色及亮度均匀受激光，所述颜色及亮度均匀受激光被第一反射层160反射得到沿不同方向传输的受激光光束，所述受激光光束及未被转换的激发光一同穿过出光面144从光源系统100出射。可以理解的是，在一种实施方式中，任意两个全反射面142在第二方向上与波长转换层150的距离不同，并且沿第一方向，全反射面142依次排列，距离激发光源120越远的全反射面142，在所述第二方向上与波长转换层150的距离越远。在又一种实施方式中，相邻全反射面142在第二方向上与波长转换层150的距离不同，从而在侧视图中多个全反射面构成波浪形或其他不规则的形状。
所述光源系统100的出射光为波长转换层150不同区域出射的沿不同方向传输的受激光光束的混合光，出射光颜色及亮度均匀度较高，提高光源系统100出射光的均匀性，适用范围广。
如图1所示，本发明的第一实施方式中，与所述一种实施方式不同的是，第一实施实施方式中的光源系统100还包括设置于基板110上的第二反射层112。所述第二反射层112由金属铝或其他对光线具有高反射的轻薄材料制成。激发光源120出射具有预设发散角的激发光，其中一部分激发光经过第二反射层112的反射后，与激发光源120出射的另一部分激发光沿相同方向入射至准直单元130。所述激发光的传输光路相当于在激发光源120的下方又放置了一个激发光源，如图1中虚线部分所示。因此基板110上的第二反射层112使激发光源120出射的激发光得到充分利用，同时缩减了光源系统100的尺寸，使结构更加紧凑。
第一实施实施方式中的光源系统100的其他结构与所述一种实施方式中的光源系统100相同，具体如下。
激发光源120可以为蓝色光源，发出蓝色激发光。可以理解的是，激发光源120不限于蓝色光源，激发光源120也可以是紫外光源、红色光源或绿色光源等。本实施方式中，激发光源120包括蓝色激光器，用于发出蓝色激光作为所述激发光。在一种实施方式中，激发光源120包括蓝色LED，所述蓝色LED发出的光作为所述激发光。可以理解的是，激发光源120中还可以包括其他本领域公知的光学元件，比如扩束元件或散射元件等。
本实施方式中，波长转换层150设置有黄色荧光粉，波长转换层150还可以包括一种或一种以上的透明材料，用来将所述黄色荧光粉结合在一起。所述透明材料为透明胶体或透明玻璃材料，例如硅胶，与所述黄色荧光粉混合或溶合成型；或者为透明塑料薄膜材料，所述黄色荧光粉被热压在所述透明塑料薄膜材料上。可以理解的是，在一种实施方式中，波长转换层150可以设置其他颜色的荧光粉，比如，分区域设置红色荧光粉与绿色荧光粉、或红色荧光粉与黄色荧光粉、或黄色荧光粉与绿色荧光粉等等。
准直单元130用于对激发光源120出射的激发光进行准直，如图1所示，入射至准直单元130的激发光为平行光。为保证准直后的激发光能够完全入射至反射单元140的全反射面142，避免准直后的激发光穿过出光面144出射造成出光颜色及亮度不均匀，准直单元130选用材料为光学玻璃的平凸透镜，以将所述激发光准直后产生接近于平行光的激发光完全入射至多个全反射面142。在一种实施方式中，入射至准直单元130的激发光是逐渐收窄的，准直单元130可以选用凹透镜，以保证准直后的激发光完全入射至多个全反射面142。在本实施方式中，准直单元130与反射单元140为分立元件，制作工艺简单。
反射单元140由透明基质制成。全反射面142为全反射镜或镀设有全反射膜的光学玻璃，用于对所有光线进行反射。出光面144可以为透明的光学玻璃以将入射的受激光及未被转换的激发光全部透射出去，或者出光面144为镀设有光学膜的分光滤光片，所述光学膜用于反射所述激发光并透射所述受激光，在本实施方式中，所述光学膜可为反蓝透黄膜，光源系统100的出射光为黄色光。在一种变更实施方式中，出光面也可以通过加工处理只透射受激光，反射激发光。进一步地，全反射面142与出光面144呈台阶状间隔设置。全反射面142及出光面144呈条形平面。全反射面142相对与波长转换层150倾斜设置，多个全反射面142与波长转换层150之间的夹角可以相同也可以不同。全反射面142与出光面144的位置参数通过激发光源120出射的光束尺寸和准直单元130的出射光尺寸计算得到。
在本实施方式中，出光面144及波长转换层150均平行于所述第一方向，多个全反射面142与波长转换层150之间的夹角相同，优选为45度。准直后的激发光能够全部照射至全反射面142，并由全反射面142反射至波长转换层150产生受激光。另一方面，多个全反射面142中的至少两个与波长转换层150之间的距离不等，全反射面142的尺寸与激发光源120出射激发光的预设发散角相互配合，使得准直后的激发光在第二方向上能够照射至少两个全反射面142，至少两个全反射面142将入射的激发光引导至波长转换层150的不同区域，提高了波长转换层150产生受激光的均匀性。
在本发明第一实施方式中提供的光源系统100包括反射单元140，反射单元140中的多个相对于波长转换层150倾斜设置的全反射面142将准直后的激发光反射至波长转换层150上的不同区域，以在波长转换层150上产生颜色及亮度均匀的受激光，所述颜色及亮度均匀的受激光被第一反射层160反射得到沿不同方向传输的受激光光束，所述受激光光束穿过出光面144从光源系统100出射。所述光源系统100的出射光为波长转换层150不同区域出射的沿不同方向传输的受激光光束的混合光，出射光颜色及亮度均匀度较高，提高光源系统100出射光的均匀性，适用范围广。
请参阅图2，为本发明第二实施方式提供的光源系统200的结构示意图。本实施方式中的光源系统200与光源系统100的区别主要在于：光源系统200中的激发光源220表面设置有第一散热装置222，第一反射层260表面设置有第二散热装置262。需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于本实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
具体地，第一散热装置222为设置于基板210与激发光源220之间的透明热沉，用于对激发光源220进行散热；第二散热装置262设置于第一反射层260表面，第二散热装置262具体为散热器，其包括散热鳍片和连接所述散热鳍片与第一反射层260的热管，实际上热管就是间接与波长转换层250相连接，加快第一反射层260的热量传递，从而间接加快波长转换层250的热量传递，提高了所述激发光的利用率和波长转换层250的转换效率。
请参阅图3-图4，图3为本发明第三实施方式提供的光源系统300的结构示意图，图4为如图3所示的光源系统300的俯视结构示意图。本实施方式中的光源系统300与第一实施方式中的光源系统100的主要区别在于：光源系统300中的准直单元330与反射单元340一体成型，准直单元330在邻近激发光源320的一侧设置有准直面332，准直面332为向激发光源320凸出的曲面。可以理解的是，准直面332的形式可以根据入射激发光的尺寸确定。
准直单元330与反射单元340一体成型使得光源系统300的整体结构更加紧凑，同时因为准直和反射发生在一块材料上，光源系统300的稳定性更好。
需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于本实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
请参阅图5，为本发明第四实施方式提供的光源系统400的俯视结构示意图。本实施方式提供的光源系统400与第一实施方式中的光源系统100相比，主要区别在于：光源系统400中反射单元440的全反射面442为曲面。具体地，全反射面442中呈弧形，在本实施方式中，如图5所示，每个全反射面442呈扇环形，可以理解的是，在一种实施方式中，全反射面442呈立体波浪线状、锯齿状、多种曲面的组合或其他不规则形状，以保证将准直后的激发光反射至波长转换层的不同区域中，产生均匀的受激光。
需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于本实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
请参阅图6，为本发明第五实施方式提供的光源系统500的俯视结构示意图。本实施方式提供的光源系统500与第二实施方式中的光源系统200相比，主要区别在于：光源系统500中反射单元540的多个全反射面542与多个出光面544在所述第一方向及所述第二方向上交错排布，准直后的激发光可以被多个全反射面542分成很多小单元均匀地打在波长转换层的不同区域，保证了更多区域的波长转换材料被激发，进而提高了所述波长转换层的激发效率，同时实现均匀照明。本实施方式中的全反射面542为条形平面，可以理解的是，全反射面542还可以是第四实施方式中提到的条形曲面。
需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于本实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
请参阅图7，为本发明第六实施方式提供的光源系统600的结构示意图。本实施方式提供的光源系统600与第二实施方式中的光源系统200相比，主要区别在于：光源系统600中的激发光源620中包括并列排布的多个发光体625，得到更高亮度的光输出，同时有利于提高光源系统600出光均匀性。优选地，发光体625为激光器，光源系统600光输出响应速度快，出射光亮度更高。
需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的各具体方案也可以相应的适用于本实施方式中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。
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)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：
基板；
激发光源，安装于所述基板上，用于发出具有预设发散角的激发光；
准直单元，安装于所述基板上，所述激发光源设置于所述准直单元的第一侧；
反射单元，设置于所述准直单元的与所述第一侧相对的第二侧，包括：
间隔设置的多个全反射面；及
多个出光面，每两个全反射面之间设置有一出光面；
第一反射层，设置于所述反射单元上与所述多个出光面相对的一侧；及
设置有波长转换材料的波长转换层，设置于所述第一反射层与所述多个出光面之间；
其中，所述多个全反射面相对于所述波长转换层倾斜设置，所述多个全反射面中的至少两个全反射面到所述波长转换层的距离不同，所述多个全反射面将从所述准直单元出射的准直后的激发光反射至所述波长转换层上的不同区域以产生受激光，所述受激光经所述第一反射层反射至所述多个出光面后从所述光源系统出射。
2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括设置于所述基板上的第二反射层，所述激发光源出射的一部分激发光经过所述第二反射层的反射后，与所述激发光源出射的另一部分激发光沿相同方向入射至所述准直单元。
3.如权利要求1或2所述的光源系统，其特征在于，所述准直单元包括平凸透镜。
4.如权利要求1或2所述的光源系统，其特征在于，所述准直单元与所述反射单元一体成型，所述准直单元在邻近所述激发光源的一侧设置有准直面，所述准直面为向所述激发光源凸出的曲面。
5.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述全反射面为条形平面或条形曲面。
6.如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，第一方向为所述准直单元出射的激发光的传播方向，第二方向与所述第一方向垂直，所述多个全反射面与所述多个出光面在所述第一方向及所述第二方向上交错排布。
7.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述激发光源包括至少一激光器。
8.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述激发光源上设置有第一散热装置，所述第一反射层表面设置有第二散热装置。
9.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述第二反射层由金属铝制成。
10.一种照明装置，其特征在于，如权利要求1-9任意一项所述的光源系统。
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