CN207049630U - 一种荧光模块及光源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种荧光模块，包括腔体、设置于部分腔体内的反射壁、设置于部分反射壁上的波长转换层，所述腔体具有透光口；所述波长转换层具有预设厚度，激发光通过所述透光口射入所述预设厚度的波长转换层以使所述激发光在所述预设厚度的波长转换层内来回一次被完全吸收并转化为受激光。本实用新型还提供一种包括上述荧光模块的光源系统。由于入射的激发光完全转化为受激光，因此出射的受激光的光纯度大大提高了，并且出光亮度也提高了。

Description

一种荧光模块及光源系统

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种荧光模块及光源系统。

背景技术

现有的以激光激发荧光材料产生受激光作为光源的光源系统中，激光发光元件发出的光经光学元件(如合光器件、光束整形器件)到达荧光材料，经荧光材料转换后得到照明光。然而现有的光源系统将激发光转化为受激光的转化效率很低。

为了解决上述问题，开始采用将荧光粉置于腔体内，采用激光激发腔体内的荧光，产生激发光，从而获得高亮度的出射光，但是，现有技术中的激发光不能完全利用，导致出射光通常包括激发光又包括受激光，因此出射光不纯，且由于光转化效率不高导致最终出射光的亮度不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种荧光模块及光源系统，旨在提供高纯度、高亮度的出射光。

本实用新型的实施例提供一种荧光模块及光源系统，其包括腔体、设置于部分腔体内的反射壁、设置于部分反射壁上的波长转换层，

所述腔体具有透光口；

所述波长转换层具有预设厚度，激发光通过所述透光口射入所述预设厚度的波长转换层以使所述激发光在所述预设厚度的波长转换层内来回一次被完全吸收并转化为受激光。

进一步地，所述腔体为方形、倒梯形、倒多棱台形或倒圆台形。

进一步地，所述荧光模块还包括滤光片，所述滤光片置于所述透光口的上方并将所述腔体的开口密封设置。

进一步地，所述透光口还用于出射所述受激光。

进一步地，所述腔体包括出光口，所述出光口用于出射所述受激光。

进一步地，所述反射壁为粘贴在腔体的部分内表面的反射膜、或直接涂敷在腔体的内表面或镀制的反射膜。

进一步地，所述波长转换层的预设厚度是依据波长转换材料的密度设置的。

进一步地，所述腔体设置在基板上，所述基体采用金属板、透明的硅基板或氮化铝基板中的任一材料制作。

进一步地，所述荧光腔体还包括光回收元件，所述光回收元件为球形或抛物面形。

进一步地，所述光回收元件具有开口，激发光从所述开口入射所述腔体内或受激光从所述开口出射。

进一步地，所述光回收元件具有镀膜区及出光口，激发光从所述镀膜区入射，受激光从所述出光口出射。

本实用新型的实施例还提供一种光源系统，包括光源，以及上述任一实施例所述的荧光模块。

进一步地，所述光源是激光光源。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：所述荧光模块的反射壁上设置了预设厚度的波长转换层，入射的激发光在所述预设厚度的波长转换层内来回一次可完全被吸引以转化为受激光，由于入射的激发光完全转化为受激光，因此出射的受激光的光纯度大大提高了，并且出光亮度也提高了。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的荧光模块的一种结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的激发光强度与所述激发光距入光面的距离的比例关系的曲线示意图；

图3是本实用新型实施例提供的荧光模块的另一种结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的荧光模块的又一种结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的荧光模块的又一种结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的荧光模块的又一种结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的包括荧光模块的光源系统的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的包括荧光模块的光源系统的另一种结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的以激光作为激发光的镀膜漂移示意图；

图10是本实用新型实施例提供的以LED作为激发光的镀膜漂移示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的一种荧光模块及光源系统旨在对目前的显示领域中的利用激发光对波长转换层的激发效率进行改进，其主要思路为：光源发出的激发光入射至在荧光模块的反射壁上的预设厚度的波长转换层，使得入射至所述波长转换层的激发光在所述波长转换层内来回一次能被完全吸收并转化成受激光。其中，所述激发光在波长转换层内来回一次是指的：所述激发光入射至波长转换层的入光面后到达入光面的相对面，并从所述相对面反射回来。优选的，当所述激发光入射至波长转换层的入射而后到达入光面的相对面，并从所述相对面反射回来到达所述入光面时刚好完全吸收，此时对应的波长转换层的厚度为最佳。由于所述激发光在所述波长转换层内来回一次可以吸收完全，故最终出射光纯度高，而且由于激发光高效率的转化为受激光，因此最终出射光亮度高。荧光模块可以直接接收单色激发光，并将单色激发光转化为相应颜色的受激光，用于照明显示等。所述荧光模块包括腔体、透光口、反射壁和波长转换层。所述波长转换层设置在荧光模块的腔体内的反射壁上。所述透光口能将激发光引导到预设厚度的波长转换层上，并将波长转换层受激产生的受激光引导出射，出射的受激光从腔体的出光口处出射，所述激发光在预设厚度的波长转换层内来回一次可被完全吸收以高效率的转化成受激光，从而提高出射光的发光纯度及发光亮度。其中，所述出光口用于出射所述至少部分受激光，所述出光口设置于所述透光口同一位置或不同位置。具体而言，可以位于所述透光口处，也可以位于其它不同于所述透光口处的其它任意位置。

其中，光源可以是LD(Laser Diode，激光二极管)阵列，LED(Light EmittingDiode，发光二极管)阵列，或LD与LED的组合阵列等。

如图1所示，为荧光模块的一种结构示意图。荧光模块包括腔体2，透光口21、反射壁22以及波长转换层3。所述腔体2置于所述荧光模块内。所述反射壁22位于所述腔体2内，用于汇集入射至反射壁22上的激发光以入射至所述波长转换层3，或将受激光进行反射以汇集所述受激光最终出射。所述反射壁22设置于部分腔体2内。波长转换层3置于腔体2的底部，并设置在至少部分反射壁22上，该波长转换层3用于将入射光转换为受激光，依据波长转换层3的密度预设所述波长转换层3的厚度以使所述入射光在所述波长转换层3内来回一次被完全吸收并转化为受激光。透光口21位于所述荧光模块的腔体2上的一处，其不同于所述波长转换层3的位置，所述透光口21用于将激发光引导入射至所述波长转换层3以生成受激光。在本实施例中，为了简化所述荧光模块的结构，所述透光口21既入射激发光又出射受激光，换句话说，所述透光口21既是所述荧光模块的入光口也是出光口。

所述波长转换层3的厚度为H，该厚度H可依据所述波长转换层的密度而设置其厚度，例如，当所述波长转换层的密度较大时，其厚度可以设置的较薄些；当所述波长转换层的密度较小时，其厚度可以设置的较厚些。所述波长转换层3的厚度H需满足让激发光在所述波长转换层3内来回一次几乎完全吸收，并转化为相应的受激光。

优先地，入射的激发光，比如，可以为蓝色激光器产生的蓝色激发光，或者，也可以为LED光源。产生激发光的光源置于荧光模块的透光口21的上方，以方便发出的激发光直接入射到腔体2内。当然，根据产品的实际结构，也可以调整光源的放置位置及光源类型，比如，可以将光源放置于荧光模块的侧面，然后通过光学器件将光源发出的激发光引导并入射至腔体2内，又如，通过反射镜改变激发光的传播方向，使得激发光能从透光口21处入射到腔体2内。

腔体2为方形、倒梯形、倒多棱台形、倒圆台形中的任一种结构。在具体的应用中，还可以对腔体2的结构进行改进。

结合上述的实施例，荧光模块还可以包括滤光片(图中未示出)，该滤光片置于透光口21处。该滤光片不仅可以对从透光口21处出射的受激光进行过滤，还可以将荧光模块中的透光口21进行密封设置，使所述荧光模块的内部形成一个封闭的容纳空间，以防止灰尘、水蒸气等杂质进入到腔体2的内部空间。或者，该滤光片可以为角度选择滤光片，该角度选择滤光片能够将小于特定角度的光出射，其它角度的光进行反射，以使不出射的其它角度的光进行重复利用。角度选择滤光片能够控制出射光的角度，使得荧光模块的出射光控制在适当的方向和角度出射。

在具体的制作中，例如，可以选取一块散热效果较好的材质作为荧光模块的基体(图中未示出)，该基体为长方体、正方体或棱台体等，优选的，在该基体的一个面的中间位置进行挖取，并预留一些边缘，即开口的面积小于该开口所在面的面积，且开口的边缘预留有基体材质。该腔体具有开口、侧壁和底部，在挖取时没有将该基体相对的两个面完全挖通，该腔体即为荧光模块的腔体。该腔体的底面设置有波长转换层。在上述各个实施例的基础上，所述基体可以采用金属板、铝基板、透明的硅基板、氮化铝基板等制作。在选择制作基体的材质时，主要考虑选择散热性能好的材质，基板可以将波长转换层在激发光转换为受激光过程中产生的热量较快地进行散热。

如图2所示，为激发光强度与所述激发光距入光面的距离的比例关系的曲线示意图。通常，所述激发光强度会随着激发光距入光面的距离成反比例关系，激发光在入射过程中不断的被吸收直至吸收完全，如曲线α与β，换句话说，为了让激发光尽可能的吸收完全，业界内都会采用增加波长转换层的厚度的方式来实现。而本实用新型的实施例的技术方案是通过将波长转换层的厚度变薄为厚度H(如图中A点对应的距入光面的距离)。当激发光入射波长转换层的入光面后，所述激发光强度与距入光面的距离的关系呈现曲线α所示，从图中可看出，当激发光从入光面入射后，随着距离入光面的距离越大，该激发光的强度越弱；当激发光到达入光面的相对面并反射回时，所述激发光强度与距入光面的距离的关系呈现曲线γ所示，从图中可看出，当激发光反射回来后，随着距离入光面的距离越小，该激发光的强度越弱直至吸收完全为止。

优选的，当激发光从所述相对而反射回来到达所述波长转换层的入光面时，所述激发光刚好完全被吸收。此时对应的波长转换层的厚度H为最佳厚度。通过合理设置波长转换层厚度，一方面节约了材料，发光陶瓷或荧光材料3的厚度更薄，所需材料更少，降低了成本，另一方面使得荧光模块的体积更小。

如图3所示，为荧光模块的另一种结构示意图。图3所示的实施例为在图1实施例的基础上变形得到。同样的，荧光模块包括供入射光进入的入光口21以及出射光射出的出光口23，所述入光口21以及出光口23分别处于反射壁22上不同位置。在本实施例中，为了使出射的受激光的光斑亮度更均匀，所述入光口21与所述出光口23设置为不相对，如图中所示。即受激光从波长转换层3出射后不会直接从出光口23出射，而是经过多次在反射壁上反射后最终从出光口23出射。

波长转换层3置于腔体2的底部，所述波长转换层3接收到激发光之后，生成相应的受激光。

反射壁22为粘贴在腔体2的部分内表面的反射膜，或者，直接涂敷在腔体2的内表面，又或者，可以为镀制的反射膜。

波长转换层3可以包括荧光粉、荧光陶瓷、量子点等。其中，荧光粉可以为黄色荧光粉、蓝色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉等。比如，荧光模块中的底部涂敷有红色荧光粉材料，当激发光入射到红色荧光粉材料时，红色荧光粉材料受激发产生红色的受激光，红色的受激光经过反射壁的多次反射后从出光口出射。当激发光入射到绿色荧光材料时，绿色荧光粉材料受激发产生绿色的受激光，绿色的受激光经过反射壁的多次反射后从出光口出射。又如，波长转换层还可以包括为黄色荧光粉材料，黄色荧光粉材料接收激发光并受激产生黄色受激光，其中，黄色受激光包括红色光和绿色光。

荧光陶瓷可以为纯相的荧光陶瓷，具体可以是各种氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或氮氧化物陶瓷，通过在陶瓷制备过程中掺入微量的激活剂元素(如镧系元素)形成发光中心。或者，荧光陶瓷也可以是复合陶瓷，以透明/半透明陶瓷作为基质，在陶瓷基质内分布着发光陶瓷颗粒(如荧光粉颗粒)。透明/半透明陶瓷基质可以是各种氧化物陶瓷(如氧化铝陶瓷、Y₃Al₅O₁₂陶瓷)、氮化物陶瓷(如氮化铝陶瓷)或氮氧化物陶瓷，陶瓷基质的作用在于对光和热进行传导，使得激发光能够入射到发光陶瓷颗粒上，并使受激光能够从发光陶瓷中出射，荧光陶瓷中的荧光粉颗粒承担主要的发光功能，用于吸收激发光并将其转换为受激光。

如图4所示，为本实用新型荧光模块的又一种结构示意图。图4所示的实施例为在图3实施例的基础上变形得到。与图3不同的是，图4的实施例在出光口23上设置一光回收元件1，所述光回收元件1将至少部分激发光导入所述荧光腔体内部，并将从所述荧光腔体出射的至少部分受激光导出。

所述光回收元件1可以是开孔11的反光碗，或者允许球冠形玻璃罩，玻璃罩上敷设有角度选择反射膜，大角度的光反射回腔体2，小角度的光出射。优选地，当所述光回收元件1为球形反光碗或球冠形玻璃罩时，光出口23位于光回收元件1的球心位置；另外，当光回收元件1为抛物面形时，出光口23优选的位于光回收元件1的焦点位置。相较于图3中的荧光模块，由于增加了光回收元件，因此可以让出射光更集中。

如图5所示，图5所示的实施例为在图4实施例的基础上变形得到。与图4不同的是，在反射壁22只设置一个透光口21，该透光口21不仅是激发光的入射口，也是受激光的出射口；此外，当大角度受激光入射至所述光回收元件1的开口11时，也可通过所述透光口21反射回腔体2内。在工艺制作过程中，仅需挖一个透光口来完成激发光的入射及受激光的出射。图中可看出，透光口21的面积仅占该透光口所在面的一小部分。在另一实施例中，如图6所示，所述透光口21的面积还可以占其所在面的一整个面，在图中可看出，所述透光口21可以将入射光引导射入所述波长转换层3以产生受激光，同时，所述透光口21还可以出射由波长转换层3反射回的受激光。

如图7所示，是本实用新型实施例提供的包括荧光模块的光源系统的结构示意图。如图中所示，激发光源4发出的激发光经过二向色元件后通过光回收元件1的开口11及透光口21进入到腔体2内的波长转换层3上，激发波长转换层3，激发波长转换3产生的受激光在腔体内的反射壁上反射，一部分光从腔体2的透光口21出射(如光03)，一部分在腔体2内再反射后出射，如光02，一部分光经腔体2的内壁反射后，回到波长转换层3，如光01。所述光回收元件1将大角度光反射回腔体2内，如光05；所述光回收元件1将小角度光直接出射至二向色元件并进行反射，如光06。

上述技术方案一方面可以使得激发光在腔体的反射壁内反射，从而使得激发光能够充满整个波长转换层3，从而使得激发光均匀的照射到波长转换层3，同时，受激光在腔体内充分反射，从而使得出射光更均匀。

如图8所示，是本实用新型实施例提供的包括荧光模块的光源系统的另一种结构示意图。图8所示的实施例为在图7实施例的基础上变形得到。与图7不同的是，该荧光模块采用结构不一致的光回收元件1，其中，光回收元件1包括镀膜区域12和出光口11，该镀膜区域12可以角度选择反射膜，允许小角度的光通过，大角度的光反射，而采用激光光源，由于激光的入射角度近似0°，所以激发光能够通过，受激光小角度的出射大角度的反射回腔体，经过多次反射，从而使得出射光更加均匀。

在上述实施例中，激发光源4可以是固态光源，优选的，激发光源4为激光光源(LD光源)。图7所示的光源系统，由于采用LD光源能够使得激发光和受激光经过二向色元件时，充分的分开，避免现有技术中采用LED，由于LED发出的宽谱光的波谱覆盖范围较广，由于角度漂移，无法将激发光与受激光分开，从而影响光效，也即影响出光的强度且影响出光的颜色。其中LD激发光与受激光的角度漂移示意图如图9所示，LED激发光与受激光的角度漂移示意图如图10所示。从图9与图10可看出，当激发光源4采用LED光源时，LED激发光与受激光很容易受到二向色元件的角度漂移的影响，最终可能无法将激发光与受激光分开；相反，当激发光源4采用LD光源时，LD激发光与受激光则基本不会受到二色色元件的角度漂移的影响，因此很容易将激发光与受激光分开。图8所示的光源系统，由于采用LD光源，在光回收元件1的镀膜区域12可以使得激发光完全通过，受激光被反射，从而提高出射光的亮度。而采用LED光源时，由于LED光源发出的宽谱光的波谱覆盖范围较广，由于存在角度漂移，无法将激发光和受激光区分开，从而光效降低。

本实用新型实施例还提供一种光源系统，该光源系统包括光源和荧光模块，所述荧光模块为上述任一实施例所述的荧光模块，该荧光模块可以具有上述各实施例中的结构与功能。所述光源系统可以是，例如舞台灯照明、汽车大灯等。

光源用于发出激发光，例如，光源可以为LD阵列、LED阵列、LD与LED阵列等，光源产生的激发光经过整形装置进行整形后形成均匀的光，该光入射至荧光模块内，所述荧光模块内的预设厚度的波长转换层接收到入射的激发光，所述激发光在预设厚度的波长转换层来回一次时被完全吸收并转化为受激光。由于激发光被完全吸收并转化为受激光，因此出射光的纯度大大提高，并且由于光转化效率的提高使得光亮度也同时提高。

优选地，为了适应更高要求的光源系统，可以将若干个荧光模块通过不同的连接方式连接，每一荧光模块中设置的波长转换层可以采用相同或不同的材料。例如，在舞台中需要出射红、绿、蓝三色光时，则至少可以采用三个以上荧光模块连接一块，当光源发出的激发光入射至不同的荧光模块时，可分别出射相应红、绿或蓝颜色的光。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种荧光模块，其特征在于，包括腔体、设置于部分腔体内的反射壁、设置于部分反射壁上的波长转换层，

所述腔体具有透光口；

所述波长转换层具有预设厚度，激发光通过所述透光口射入所述预设厚度的波长转换层以使所述激发光在所述预设厚度的波长转换层内来回一次被完全吸收并转化为受激光。

2.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述腔体为方形、倒梯形、倒多棱台形或倒圆台形。

3.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述荧光模块还包括滤光片，所述滤光片置于所述透光口的上方并将所述腔体的开口密封设置。

4.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述透光口还用于出射所述受激光。

5.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述腔体包括出光口，所述出光口用于出射所述至少部分受激光，所述出光口设置于所述透光口同一位置或不同位置。

6.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述反射壁为粘贴在腔体的部分内表面的反射膜、或直接涂敷在腔体的内表面或镀制的反射膜。

7.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述波长转换层的预设厚度是依据波长转换材料的密度设置的。

8.根据权利要求1所述的荧光模块，其特征在于，所述腔体设置在基板上，所述基板采用金属板、透明的硅基板或氮化铝基板中的任一材料制作。

9.根据权利要求1至8任一所述的荧光模块，其特征在于，所述荧光腔体还包括光回收元件，所述光回收元件为球形或抛物面形，所述光回收元件将至少部分激发光导入所述荧光腔体内部，并将从所述荧光腔体出射的至少部分受激光导出。

10.根据权利要求9所述的荧光模块，其特征在于，所述光回收元件具有开口，激发光从所述开口入射所述腔体内或受激光从所述开口出射。

11.根据权利要求9所述的荧光模块，其特征在于，所述光回收元件具有镀膜区及出光口，激发光从所述镀膜区入射，受激光从所述出光口出射。

12.一种光源系统，其特征在于，包括光源，以及权利要求1至11任一项所述的荧光模块，所述光源用于发出激发光，所述荧光模块接收所述激发光，以使所述激发光在荧光模块的预设厚度的波长转换层内来回一次被完全吸收并转化为受激光。

13.根据权利要求12所述的光源系统，其特征在于，所述光源是激光光源。