CN110925625A - 一种发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光装置，该发光装置包括：光源；导光元件，位于光源的出光侧，用于传导光源发出的光线，导光元件包括出光面和外侧面，外侧面包括靠近出光面的第一区域；反射元件，设于导光元件的出光面上，用于将经出光面射出的光线至少部分反射至导光元件的所述第一区域；发光元件，位于导光元件的第一区域上，用于受反射元件反射的光线激发而发出光线；其中，反射元件反射的光线强度与光线从反射元件至第一区域的距离正相关。通过上述方式，本发明能够提升发光装置发出光线的亮度。

Description

一种发光装置

技术领域

本发明涉及照明领域，特别是涉及一种发光装置。

背景技术

激光照明具有亮度高，照射距离远，照射光斑形状可控制等优点，被广泛应用于日常生活中。通常要求照明光斑的颜色均匀，照射距离远，这就要求发光光源的点处于收光元件的焦点附近。但是当发光面积小时，荧光材料的局部温度则会相当高，当温度超过一定幅度后会发生热猝灭(Thermal quenching)现象，其发光强度下降，这会限制了这种照明光源的亮度提升。此外，荧光材料接收到的光线强度不均匀时会导致荧光材料在发出受激发光时产生的热量不均匀，当激发光功率较高时将会使得部分热量较高的区域的发光强度减弱，从而降低整个发光装置的发光效率和亮度。

发明内容

本发明主要目的是提供一种发光装置，能够提升发光装置的发光效率和亮度。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种发光装置，包括：光源；导光元件，位于所述光源的出光侧，用于传导所述光源发出的光线，所述导光元件包括出光面和外侧面，所述外侧面包括靠近所述出光面的第一区域；反射元件，设于所述导光元件的所述出光面上，用于将经所述出光面射出的光线至少部分反射至所述导光元件的所述第一区域；发光元件，位于所述导光元件的所述第一区域上，用于受所述反射元件反射的光线激发而发出光线；其中，所述反射元件反射的光线强度与所述光线从所述反射元件至所述第一区域的距离正相关。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明中反射元件反射的光线强度与该光线从反射元件至发光元件的距离正相关，使得发光元件受到的光线强度更均匀，使得发光元件能够被均匀的激发，从而使得发光元件产生的热量差异减小，避免发光元件因为局部温度过高而降低发光效率，进而避免发光元件的该局部区域的发光亮度降低，于是提升了发光装置的整体发光效率和亮度。

附图说明

图1是本发明提供的发光装置的第一实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的发光装置的第一实施例中反射元件反射的光线强度与角度的关系示意图；

图3是反射元件反射不同的高斯散射角度与发光层接收的光线的功率密度分布的关系示意图；

图4是本发明提供的发光装置的第二实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的发光装置的第三实施例的结构示意图；

图6是本发明提供的发光装置的第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明提供的发光装置的第一实施例的结构示意图。如图1所示，发光装置100包括光源10、导光元件20、反射元件30、发光元件40。导光元件20位于光源10的出光侧，用于传导光源10发出的光线。导光元件20包括出光面21和外侧面22。外侧面22包括靠近出光面21的第一区域221。反射元件30设于导光元件20的出光面21外侧。发光元件40设于导光元件20的第一区域221上。在本实施场景中，光源10为激光光源，在其他实施场景中，光源10还可以是LED等其他发光的元件；可以理解，光源10所发的光为激发光，发光元件40受到激发光的照射而发出受激光。在本实施场景中，导光元件20为圆柱体的导光棒，在其他实施场景中，导光元件20还可以是导光板，或者是其他形状的导光棒。导光元件20可以是无色透明蓝宝石、YAG(钇铝石榴石)、LuAG单晶或者透明陶瓷中一种或多种组成。反射元件30由银粉与玻璃粉或有机载体烧结而成。在本实施场景中，反射元件30是位于导光元件20的出光面21外侧的反射层，在其他实施场景中，还可以是位于出光面21内侧的反射层。在本实施场景中，发光元件40为由荧光粉与玻璃或硅胶混合制成的发光元件；在其他实施场景中，还可以是在导光元件20的第一区域221处涂覆一层发光材料或发光陶瓷。

当光源10点亮时，向导光元件20射出光线，该光线在导光元件20中传导。如图1中所示，光线在导光元件20中经过多次反射，射至发光元件所在的第一区域221，位于第一区域221的发光元件40接收到激发光后被激发从而发出受激光。但是有一些激发光没有能够射至第一区域221或者在第一区域221处被反射，以及发光元件40被激发后向导光元件20内部射出的光线，会射至反射元件30的表面。反射元件30将这些光线改变角度，射至第一区域221，以激发发光元件40发光。在本实施场景中，反射元件30反射的光线强度与该光线从反射元件30至第一区域221的距离正相关，即当反射的光线从反射元件30传输到第一区域221的距离远时，该光线的光强较强，而从反射元件30传输到第一区域221的距离近时，该光线的光强较弱。因为传输距离越远，光线强度的损耗越多，采用本发明的反射元件30，可以使得反射出的光线射在第一区域221上的光强较为接近，避免某一部分接收的光线光强过强而导致该部分热量过高而降低亮度。可以理解，当反射的光线从反射元件30传输到距离第一区域221较远的部分时，虽然其光强较强，所对应的单位立体角内的光通量也更大，但是单位立体角内较大的光通量对应照射于较远的第一区域部位时，所对应的照射面积也更大，也即对应于发光元件40的受激发面积也更大，因此，照射在发光元件40上距离反射元件较远部分的单位面积的激发光的功率与照射在发光元件40上距离反射元件较近部分的单位面积的激发光的功率大小相近，也即经过反射元件30反射后的激发光照射在发光元件40不同位置上的光照度相对一致。因此，使得发光元件40能够被相对均匀的照射激发，避免部分区域过热而降低发光装置整体的亮度和光效。

在本实施场景中，反射元件30反射的不同反射角度的光线强度分布遵循高斯函数，请参阅图2，图2是本发明提供的发光装置的第一实施例中反射元件反射的光线强度与角度的关系示意图。图2中，纵轴表示的是反射元件反射的光线的相对强度，横轴表示的是反射面的法线与反射光线的夹角。在图2中，实线曲线为漫反射(朗伯反射)的反射光线的强度与夹角的关系曲线；虚线曲线为本发明中反射元件30反射的遵循高斯函数分布的光线的强度与夹角的关系曲线。本发明中，当反射角越小时，意味着光线从反射元件30传输到第一区域221的距离越远，则光线强度越强；同理当反射角越大时，意味着光线从反射元件30传输到第一区域221的距离越近，则光线强度越弱。

为了描述简洁，这里将反射的光呈近似高斯函数分布的反射结构或反射面称为高斯反射结构或高斯反射面。高斯反射结构即光束中心能量密度高、边缘能量密度低；在本发明中避免了反射光在距离末端最近的发光段的集中，最大程度的实现了使波长转换层的激发光功率密度分布空间均匀。

需要说明的是，为了描述简洁，将相对强度为50％的反射光与反射面法线夹角所对应的角度称为高斯角度或高斯散射角度。本发明中，高斯角度或高斯散射角度用于代表具备该类反射特性的反射面或反射方式。如图2所示，相对强度为50％的反射光线对应的与反射面法线的夹角为30度，因此将具备此种反射特征的反射现象称为30度高斯散射或高斯角度为30度。

请参阅图3，图3是不同的高斯散射角度所对应的反射元件反射激发光到发光层接收的光线的功率密度分布的关系示意图。图3中，横轴表示柱面发光层轴向位置，纵轴表示归一化光功率密度。图3中分别示出了角度为0度、20度、30度、50度的高斯散射以及漫反射时导光元件20不同区域接收到的反射光线的光强分布。从图2中可以看出高斯散射角度为20度～30度的时候反射光线的光强分布较为均匀。因此在本实施场景中，综合考虑效率和均匀性，高斯散射角度为30度。在其他实施场景中，可以选择20度～30度中的任一角度。

反射元件30由银粉与玻璃粉或有机载体烧结而成。反射元件30的反射的高斯角度与反射元件30的反射面的结构有关系，一般说来，和反射元件30的平整性和致密度有关系，平整性越高，致密度越高，高斯角度越小。因此可以通过控制反射元件30的平整性和致密度来达到控制其高斯散射角度位于20度～30度中的目的。

通过上述描述可知，本实施例通过反射元件反射的光线强度与该光线从反射元件至发光元件的距离正相关，使得发光元件受到的光线强度更均匀，避免导光元件某一部分接收的光线光强过强而导致该部分热量过高而降低发光亮度，提升了发光装置的发光亮度。

请参阅图4，图4是本发明提供的发光装置的第二实施例的结构示意图。发光装置200包括光源10、导光元件20、反射元件30、发光元件40、导热元件50、第一固定元件60、密封元件70、散热元件80、第二固定元件90。光源10、导光元件20、反射元件30和发光元件40的位置关系与本发明提供的发光装置100的基本一致，此处不再赘述。

导热元件50设于反射元件30远离导光元件20的一面，第一固定元件60，用于固定导热元件50和反射元件30之间的位置关系。在本实施场景中，第一固定元件60为位于反射元件30与导热元件50之间的焊接层，该焊接层包括银锡、金锡、铋锡、铟锡以及纳米银浆中的至少一种。在其他实施场景中，第一固定元件60还可以是螺丝、固定架或其他锁附固定工具，或者可以是胶水、胶带等粘黏材料。密封元件70用于密封反射元件30、第一固定元件60以及导热元件50除导热区域外的其余区域，在本实施场景中，密封元件70位于反射元件30、第一固定元件60以及导热元件50的外侧面。

导光元件20的外侧面22还包括远离出光面21的第二区域222。散热元件80位于导光元件20的第二区域222，第二固定元件90用于固定散热元件80和导光元件20之间的位置关系。在本实施场景中，第二固定元件90为设于散热元件80与第二区域之间222的粘接层。为了有利于光线在导光元件20中的传导，第二固定元件90的折射率低于导光元件20的折射率。在本实施场景中，第二固定元件90可以是无色透明的硅胶或环氧胶，且第二固定元件的厚度远远小于散热元件80。在其他实施场景中，第二固定元件90还可以是其他粘性材料，或者可以是固定工具，例如螺丝、锁扣等。

在发光装置200开始工作时，有相当量的激光传导至反射元件30，导致反射元件30的热负荷很大，当反射元件30的热导率较低时，会限制发光装置200的亮度的提升，因此采用焊接的方式将导热元件50固定在反射元件30远离导光元件20的一面，用于及时将反射元件30产生的热量向外传导。焊接的材料包括银锡、金锡、铋锡、铟锡以及纳米银浆中的至少一种。在本实施场景中导热元件50包括铜基板，尤其是表面镀镍金的铜基板。在光线传导过程中，导光元件20也会产生很多热量，会限制发光元件40的发出的光线亮度的提升，散热元件80用于将导光元件20的热量向外传递。通过导热元件50和散热元件80，可以有效的将发光装置200工作时产生的热量散发出去，从而提升发光装置200发出的光线的亮度。

通过上述描述可知，本实施例通过使反射元件反射的光线强度与该光线从反射元件至发光元件的距离正相关，使得发光元件受到的光线强度更均匀，避免导光元件某一部分接收的光线光强过强而导致该部分热量过高而降低亮度，此外还增加了散热元件和导热元件，使发光装置工作时的温度不会过高，可以有效提升发光装置工作时的亮度。

请参阅图5，图5是本发明提供的发光装置的第三实施例的结构示意图。发光装置300的基本组成元件与发光装置200基本一致，包括发光装置100包括光源10、导光元件20、反射元件30、第一子发光元件41、第二子发光元件42、导热元件50、第一固定元件60、密封元件70、散热元件80、第二固定元件90。发光装置100包括光源10、导光元件20、反射元件30、导热元件50、第一固定元件60、密封元件70、散热元件80、第二固定元件90的位置关系与发光装置200一致，此处不再赘述。发光装置300中的发光元件40包括第一子发光元件41、第二子发光元件42，在本实施场景中，第一子发光元件41为发射短波的绿光或者黄光荧光发光层，第二子发光元件42为发射长波的红光荧光发光层。在其他实施场景中，第一子发光元件41和第二子发光元件42发出的光的颜色可以是任意颜色，只需要两者波长不一致即可，这样发光装置300可以发出包含不同颜色的光线，提高了发光装置300的显色指数。在其他实施场景中，发光元件40还可以包括三层或者更多层发光层，进一步提高发光装置300的显色指数。

通过上述描述可知，本实施例通过设置可以发出两层可以发出两种光线波长不一致的发光层，使得发光装置的显色指数提高。

请参阅图6，图6是本发明提供的发光装置的第四实施例的结构示意图。发光装置400包括发光装置100包括光源10、导光元件20、反射元件30、发光元件40、导热元件50、第一固定元件60、密封元件70、散热元件80、第二固定元件90、反光杯410。发光装置100包括光源10、导光元件20、反射元件30、发光元件40、导热元件50、第一固定元件60、密封元件70、散热元件80、第二固定元件90的位置关系与材料结构与发光装置200中的基本一致，此处不载赘述。导光元件20中设有发光元件40的部分设置在反光杯410内，反光杯410用于将发光元件40发出的光线汇聚并反射出去，可以有效提高发光装置400发出光线的集中度，提高光线的利用效率。

通过上述描述可知，本实施例通过设置反光杯来汇聚并反射发光元件发出的光线，可以有效提高发光装置发出光线的集中度，提高光线的利用效率。

区别于现有技术，本发明通过使反射元件反射的光线强度与该光线从反射元件至发光元件的距离正相关，使得发光元件受到的光线强度更均匀，以及增加了散热元件和导热元件，使发光装置工作时的温度不会过高，从而提升了发光装置发出的光线强度。通过设置可以发出两种光线波长不一致的发光层，使得发光装置的显色指数提高，设置反光杯来汇聚并反射发光元件发出的光线，可以有效提高发光装置发出光线的集中度，提高光线的利用效率。

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：

光源；

导光元件，位于所述光源的出光侧，用于传导所述光源发出的光线，所述导光元件包括出光面和外侧面，所述外侧面包括靠近所述出光面的第一区域；

反射元件，设于所述导光元件的所述出光面上，用于将经所述出光面射出的光线至少部分反射至所述导光元件的所述第一区域；

发光元件，位于所述导光元件的所述第一区域上，用于受所述反射元件反射的光线激发而发出光线；

其中，所述反射元件反射的光线强度与所述光线从所述反射元件至所述第一区域的距离正相关。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射元件反射的光线强度与所述光线从所述反射元件至所述第一区域的距离正相关，包括：

所述反射元件反射的不同反射角度的光线强度分布遵循高斯函数。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发光装置还包括：

导热元件，设于所述反射元件远离所述导光元件的一面，用于将所述反射元件产生的热量向外传导；

第一固定元件，用于固定所述导热元件和所述反射元件之间的位置关系；

所述导光元件的外侧面还包括远离所述出光面的第二区域；

所述发光装置还包括：

散热元件，位于所述导光元件的所述第二区域，用于将所述导光元件的热量向外传递；

第二固定元件，用于将所述散热元件固定于所述导光元件的第二区域上。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第一固定元件为位于所述反射元件与所述导热元件之间的焊接层；

所述发光装置还包括密封元件，所述密封元件用于密封所述反射元件、所述第一固定元件以及所述导热元件除导热区域外的其余区域。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述焊接层包括银锡、金锡、铋锡、铟锡以及纳米银浆中的至少一种；

所述导热元件包括铜基板，所述铜基板表面镀镍金。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第二固定元件为设于所述散热元件与所述第二区域之间的粘接层。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述粘接层的折射率低于所述导光元件的折射率；和/或，

所述粘接层包括无色透明的硅胶、环氧胶中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源进一步包括：

反光杯，所述导光元件中设有所述发光元件的部分设置在所述反光杯内，所述反光杯用于将所述发光元件发出的光线向外反射。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述发光元件为由荧光粉与玻璃或硅胶混合制成的发光元件；和/或，

所述反射元件为由银粉与玻璃粉或有机载体烧结而成的反射元件；和/或，

所述导光元件为无色透明蓝宝石、钇铝石榴石、LuAG单晶或者透明陶瓷中一种或多种组成。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发光元件包括依次覆盖于所述导光元件上的第一子发光元件和第二子发光元件，

所述第一子发光元件和所述第二子发光元件发出的光线波长不同。

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