CN202432315U - 半导体光源和发光装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提出一种半导体光源，利用合光装置可以将归一化光谱存在交叠的激光二极管组和发光二极管组发出的光合成一束，从而降低了该半导体光源的出射光束中单位能量的成本。同时本实用新型还提出一种发光装置，包括用于产生激发光的激发光源，该激发光源包括上述的半导体光源；还包括波长转换层，用于吸收激发光并发射受激光。在本实用新型的半导体光源和发光装置中，利用激光二极管和发光二极管的混合使用，达到降低成本同时保持亮度的目的。

Description

半导体光源和发光装置
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，特别是涉及半导体光源和发光装置。
背景技术
目前，半导体光源以其长寿命和绿色环保等特点越来越受到人们的重视。半导体光源分为发光二极管(LED，light emitting diode)和激光二极管(LD，laserdiode)两种，其中发光二极管具有成本低的优点，但是其缺点在于能量密度太低，不适用于高端投影显示、高亮度投射灯等对能量密度要求较高的场合；而激光二极管的特性与之相反，由于发光芯片的尺寸很小，同时发光的角度很窄，因此激光二极管具有能量密度很高的优点，但是激光二极管制作工艺复杂，因此成本很高。
目前对于要求高能量密度的场合，激光二极管作为光源仍然是主流。然而，在实际中仍然需要一种低成本高亮度的半导体光源。
实用新型内容
本实用新型解决的主要技术问题是半导体光源高亮度与低成本之间的矛盾。
本实用新型提出一种半导体光源，包括第一激光二极管组，该第一激光二极管组包括至少一颗激光二极管；还包括发光二极管组，该发光二极管组包括至少一颗发光二极管；该发光二极管组的归一化发光光谱与第一激光二极管组的归一化发光光谱存在交叠；还包括合光装置，第一激光二极管组和发光二极管组发出的光分别入射于该合光装置相对的两个面。
在本实用新型的半导体光源中，发光二极管发出的光入射到合光装置后分为第一光和第二光两部分；第一激光二极管组发出的光透射合光装置，发光二极管组发出的第一光被合光装置反射后与第一激光二极管组发出的光合为该半导体光源的出射光束，发光二极管组发出的第二光透射合光装置；
或第一激光二极管组发出的光被合光装置反射，发光二极管组发出的第一光透射合光装置并与第一激光二极管组发出的光合为该半导体光源的出射光束，发光二极管组发出的第二光被合光装置反射；
第一光与第二光的能量比大于等于0.5且小于等于4。
本实用新型还提出一种发光装置，包括用于产生激发光的激发光源，该激发光源包括上述的半导体光源；还包括波长转换层，用于吸收激发光并发射受激光。
在本实用新型的半导体光源和发光装置中，利用激光二极管和发光二极管的混合使用，达到降低成本同时保持亮度的目的。
附图说明
图1a和1b是本实用新型第一实施例的两种可能结构的示意图；
图2a是第一激光二极管组和发光二极管组的归一化发光光谱和合光装置的透过谱；
图2b是第一激光二极管组和发光二极管组在合光装置后的光谱；
图3是本实用新型的第二实施例的示意图；
图4是本实用新型的第三实施例的示意图；
图5是本实用新型的第四实施例的示意图；
图6是本实用新型的第五实施例的示意图；
图7是本实用新型的第六实施例的示意图。
具体实施方式
本实用新型利用激光二极管和发光二极管的混合使用，达到降低成本同时保持亮度的目的。
本实用新型的第一实施例的结构如图1a所示。其中，半导体光源100a包括第一激光二极管组101a，该第一激光二极管组101a包括至少一颗激光二极管。半导体光源100a还包括发光二极管组102a，该发光二极管组102a包括至少一颗发光二极管。
在图1a中，第一激光二极管组101a仅为抽象的画出，未显示其细节。实际上，它可能是一个由多颗激光二极管组成的激光二极管阵列，该多颗激光二极管发出的光合为一束成为光束111a。同样的，发光二极管组102a也可能是一个由多颗发光二极管组成的发光二极管阵列。这是现有技术，此处不赘述。
为了保证该半导体光源发光的单色性，该发光二极管组102a的归一化发光光谱与第一激光二极管组101a的归一化发光光谱存在交叠，如图2a所示。在本实施例中，发光二极管组102a发射蓝光114a，其光谱如图2a中的202所示；第一激光二极管组101a发射蓝光激光111a，其光谱如图2a中的201所示。此处的蓝光只是举例，并不限制其它颜色光的使用，例如发光二极管组可以发射红光，同时第一激光二极管组可以发射红光激光。
本实施例的半导体光源还包括合光装置103a，第一激光二极管组101a发出的光111a和发光二极管组102a发出的光114a分别入射于该合光装置103a相对的两个面。其中，发光二极管组102a发出的光入射到合光装置103a后分为第一光113a和第二光112a两部分；第一激光二极管101a组发出的光111a透射合光装置103a，同时发光二极管组102a发出的第一光113a被合光装置103a反射后与第一激光二极管组发出的光111a合为该半导体光源的出射光束，而发光二极管组102a发出的第二光112a则透射合光装置103a后成为损耗光。
在本实施例中，合光装置为干涉滤光片103a，其透过率谱线如图2a中的203所示。从图2a中可以看出，第一激光二极管组发出的光201可以透射该干涉滤光片203，而发光二极管组发出的光202中部分被干涉滤光片203透射成为第二光112a，其余部分被其反射成为第一光113a。具体来说，第一光113a是发光二极管组发出的光114a中归一化光谱不与激光二极管发出的光111a的归一化光谱交叠的部分，第二光112a是发光二极管组发出的光中归一化光谱与激光二极管发出的光111a的归一化光谱交叠的部分。
图2b显示了发光二极管组发出的光经过干涉滤光片103a后的光谱，其中第一光113a的光谱表示为202a和202b的组合，而第二光112a的光谱为202e。
综上所述，干涉滤光片103a在保证第一激光二极管组发出的光111a进入该半导体光源的出射光束的同时，也使发光二极管组发出的光114a中的第一光113a被反射进入该半导体光源的出射光束，进而提高了该出射光束的能量，同时由于发光二极管组的引入而降低了出射光束单位能量的成本。
由图2a和2b可以看出，由于干涉滤光片必须保证第一激光二极管组发出的光111a的透射，因此就不可避免的造成发光二极管组发出的第二光112a的泄漏。在实际应用中，第一光113a与第二光112a的能量比例大于等于0.5且小于等于4；优选的，第一光113a与第二光112a的能量比大于等于1且小于等于3。
在实际操作中，可以通过一些措施尽量的减小第二光112a的泄漏造成的损失，例如通过对第一激光二极管组中的激光二极管分组使其波长一致，这样可以使第一激光二极管组发出的光的光谱尽量的窄，进而减小第二关112a的能量；又例如可以通过挑选发光二极管组的发光波长和第一激光二极管组的发光波长使其交叠部分较小，进而减小第二光112a的能量。
本实施例的一个变形如图1b所示。在该半导体光源100b中，与图1a所示的实施例不同的是，第一激光二极管组101b发出的光111b被合光装置103b反射，同时发光二极管组102b发出的光114b在入射到该合光装置103b后分为第一光113b和第二光112b，第一光113b透射合光装置103b并与第一激光二极管组发出的光111b合为该半导体光源的出射光束，而发光二极管组发出的第二光112b被合光装置反射成为损耗光。
在半导体光源100b中，合光装置103b为透过率谱线与图2a中的谱线203相反的干涉滤光片，即反射第一激光二极管组发出的光111b，并透射发光二极管组发出的第一光113b。容易理解，半导体光源100b的出射光束与半导体光源100a相同。在下面的实施例说明中，都使用了如图1a所示的光学结构，即透射第一激光二极管组发出的光的结构来举例说明；可以理解的，下面的实施例同样可以采用像图1b所示的反射第一激光二极管组发出的光的光学结构。
在如图1a所示的半导体光源的结构中，发光二极管组发出的第二光112a由于不能进入该半导体光源的出射光束而形成损耗；为了挽回这种损耗，作为本实用新型的第二实施例，如图3所示，半导体光源300中，包括第一反射膜片304，用于反射第二光312进入该半导体光源的出射光束。这样做可以提高该半导体光源的出射光束的能量，但是同时也会扩大该出射光束的光束直径。
本实施例中的第一反射膜片304是一个反射镜，它由在一个金属或玻璃衬底表面镀反射膜制作而成。这属于现有技术，此处不赘述。
在如图1a所示的半导体光源中，合光装置103a是干涉滤光片，实际上该合光装置还可以是线偏振片，如图4所示。作为本实用新型的第三实施例，半导体光源400中，第一激光二极管组401发出的光411为线偏振光，其偏振方向垂直于纸面，在图中以原点表示；合光装置403为第一线偏振片，其偏振方向平行于光线411的偏振方向，因此光线411可以透射该第一线偏振片403。
发光二极管组402发出的光不是偏振光，因此在入射到第一线偏振片403后分为第一光413和第二光412，其中第一光413是发光二极管组发出的光414中的偏振态与第一激光二极管组发出的光411的偏振方向垂直的部分，即第一光413的偏振态平行于纸面且垂直于光线的传输方向，在图中以双向的箭头表示。根据偏振的原理，第一光413会被第一线偏振片403反射。
同时第二光412是发光二极管组发出的光414中的偏振态与第一激光二极管组发出的光411的偏振方向平行的部分，即第二光412的偏振方向垂直于纸面，这部分光会被第一线偏振片403透射而成为损耗光。
与第一实施例相同的，本实施例也在保证第一激光二极管组发出的光进入半导体光源的出射光束的同时，可以使部分发光二极管组发出的光也进入该出射光束。在本实施例中，第一光413与第二光412的能量比例大约为1。
本实用新型的第四实施例的半导体光源的结构如图5所示，与第三实施例不同的是，该半导体光源500还包括第二反射膜片504，该第二反射膜片504用于反射第二光512进入该半导体光源的出射光束，从而提高了该出射光束的能量。在本实施例中，第二反射膜片504可以是反射镜，也可以是偏振方向与第二光512的偏振方向垂直的第二线偏振片，该第二线偏振片的偏振方向也与第一激光二极管组发出的光511的偏振方向垂直。
本实用新型的第五实施例的半导体光源的结构如图6所示，与第四实施例不同的是，该半导体光源600还包括第二激光二极管组605，该第二激光二极管组605发出的光615的偏振方向与第二线偏振片604的偏振方向平行，因此该第二激光二极管组发出的光615透射该第二线偏振片604并进入该半导体光源的出射光束。
作为本实用新型的第六实施例，本实用新型还提出一种发光装置，如图7所示。该发光装置700包括用于产生激发光751的激发光源750，该激发光源750包括上述的半导体光源；还包括波长转换层752，用于吸收激发光751并发射受激光(图中未画出)。
为了降低该波长转换层752的工作温度，优选的，该发光装置700还包括驱动装置753，用于驱动波长转换层752使其与激发光751周期性相对运动。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种半导体光源，其特征在于，包括：
第一激光二极管组，该第一激光二极管组包括至少一颗激光二极管；
发光二极管组，该发光二极管组包括至少一颗发光二极管；该发光二极管组的归一化发光光谱与所述第一激光二极管组的归一化发光光谱存在交叠；
合光装置，所述第一激光二极管组和发光二极管组发出的光分别入射于该合光装置相对的两个面；
其特征在于：
发光二极管组发出的光入射到所述合光装置后分为第一光和第二光两部分；
所述第一激光二极管组发出的光透射所述合光装置，所述发光二极管组发出的第一光被所述合光装置反射后与所述第一激光二极管组发出的光合为该半导体光源的出射光束，所述发光二极管组发出的第二光透射所述合光装置；
或所述第一激光二极管组发出的光被所述合光装置反射，所述发光二极管组发出的第一光透射所述合光装置并与所述第一激光二极管组发出的光合为该半导体光源的出射光束，所述发光二极管组发出的第二光被所述合光装置反射；
所述第一光与第二光的能量比大于等于0.5且小于等于4。
2.根据权利要求1所述的一种半导体光源，其特征在于，所述第一光与第二光的能量比大于等于1且小于等于3.
3.根据权利要求1所述的一种半导体光源，其特征在于，所述合光装置为干涉滤光片，所述第一光是发光二极管组发出的光中归一化光谱不与所述激光二极管发出的光的归一化光谱交叠的部分，所述第二光是发光二极管组发出的光中归一化光谱与所述激光二极管发出的光的归一化光谱交叠的部分。
4.根据权利要求1或2所述的一种半导体光源，其特征在于，还包括第一反射膜片，用于反射第二光进入该半导体光源的出射光束。
5.根据权利要求1所述的一种半导体光源，其特征在于，所述合光装置为第一线偏振片，所述第一光是所述发光二极管组发出的光中的偏振态与所述第一激光二极管组发出的光的偏振方向垂直的部分，所述第二光是所述发光二极管组发出的光中的偏振态与所述第一激光二极管组发出的光的偏振方向平行的部分。
6.根据权利要求5所述的一种半导体光源，其特征在于，还包括第二反射膜片，用于反射第二光进入该半导体光源的出射光束。
7.根据权利要求6所述的一种半导体光源，其特征在于，所述第二反射膜片为第二线偏振片，该第二线偏振片的偏振方向与所述第一激光二极管组发出的光的偏振方向垂直。
8.根据权利要求7所述的一种半导体光源，其特征在于，还包括第二激光二极管组，该第二激光二极管组发出的光的偏振方向与所述第二线偏振片的偏振方向平行，其特征在于：
该第二激光二极管组发出的光透射所述第二线偏振片并进入该半导体光源的出射光束。
9.一种发光装置，其特征在于，包括：
用于产生激发光的激发光源，该激发光源包括如权力要求1至8所述的半导体光源；
波长转换层，用于吸收所述激发光并发射受激光。
10.根据权利要求9所述的一种发光装置，其特征在于，还包括驱动装置，用于驱动所述波长转换层使其与所述激发光周期性相对运动。
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