CN207539658U - 固态光源装置以及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种固态光源装置以及系统，涉及固态照明技术领域，其中，固态光源装置包括：LED发光芯片、半导体激光器以及波长转换装置，其中，波长转换装置与LED发光芯片连接，用于接收LED发光芯片所发出的光，并将其转换为波长更长的荧光；半导体激光器设置于LED发光芯片的对立面；半导体激光器发出的光直射到波长转换装置上，并由波长转换装置转换成波长更长的荧光。上述两部分荧光叠加在一起，大幅度地提高了光源的亮度，此外，本实用新型实施例所提供的固态光源装置结构简单，使用方便，成本较低，适合大范围普及应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及固态照明技术领域，尤其是涉及一种固态光源装置以及系统。
背景技术
新型的固态光源是指采用半导体发光技术的LED光源和激光光源等，其最大的特点是具有超长的寿命，多属于冷光源，发光效率极高，理论值在汞灯的三倍以上，正因为固态光源的种种优势，被广泛应用于多个场合，如照明、显示、表演等。
虽然现有的激光光源，如红绿蓝纯激光光源具备高亮度、色域广等特征，但是由于其线宽窄，导致存在散斑和有较差的显色性，且价格昂贵，限制了其应用范围；而LED光源作为一种长寿命、无污染、高效率的固态光源，由于其较低的亮度，目前大多应用于泛光照明领域，在聚光照明领域，如用于投影显示的光源、用于光束灯的光源，还较少应用。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种固态光源装置以及系统，在提高光源亮度的同时，降低了成本，而且应用范围广。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种固态光源装置，包括：LED发光芯片、半导体激光器以及波长转换装置；
波长转换装置与LED发光芯片连接；
波长转换装置接收LED发光芯片所发出的光，并将光转换为波长更长的荧光；
半导体激光器设置于LED发光芯片的对立面；
半导体激光器发出的光直射到波长转换装置上，并由波长转换装置转换成波长更长的荧光。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，波长转换装置包括：导热光学元件；
导热光学元件的入射端镀有增透膜，出射端镀有二向色滤光膜；
二向色滤光膜上覆盖有一层波长转换物质。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，波长转换物质以颗粒的形式固定于胶层中，胶层与二向色滤光膜层紧密接触，胶层的厚度为10μm～100μm。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，导热光学元件与LED发光芯片紧密接触；
导热光学元件的入射端外形尺寸与LED发光芯片的外形尺寸相匹配。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，导热光学元件沿光传输方向的长度为10mm-60mm。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：二向色镜；
二向色镜设置于半导体激光器与波长转换装置之间；
半导体激光器的光穿透二向色镜到达波长转换装置；
LED发光芯片的光通过波长转换装置后，被二向色镜反射出去。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括：散热装置；
散热装置与波长转换装置连接，对固态光源装置进行散热。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，散热装置包括：导热薄膜物质；
导热薄膜物质覆盖在波长转换装置的侧壁上。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，散热装置还包括：散热介质；
散热介质覆盖在导热薄膜物质外侧。
第二方面，本实用新型实施例还提供一种固态光源系统，该系统包括：控制装置以及如第一方面所述的固态光源装置；
控制装置与固态光源装置连接，用于控制固态光源装置中LED发光芯片以及半导体激光器的亮灭。
本实用新型实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供的固态光源装置，包括LED发光芯片、半导体激光器以及波长转换装置，其中，波长转换装置与LED发光芯片连接，用于接收LED发光芯片所发出的光，并将其转换为波长更长的荧光；半导体激光器设置于LED发光芯片的对立面；半导体激光器发出的光直射到波长转换装置上，并由波长转换装置转换成波长更长的荧光。上述两部分荧光叠加在一起，大幅度地提高了光源的亮度，此外，本实用新型实施例所提供的固态光源装置成本较低，适合大范围普及应用。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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示出了本实用新型实施例一所提供的一种固态光源装置的示意图；
图2示出了本实用新型实施例二所提供的一种固态光源装置的示意图；
图3示出了本实用新型实施例二所提供的一种固态光源装置工作过程的示意图；
图4示出了本实用新型实施例三所提供的一种固态光源系统的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
目前现有的激光光源，如红绿蓝纯激光光源具备高亮度、色域广等特征，但是由于其线宽窄，导致存在散斑和有较差的显色性，且价格昂贵，限制了其应用范围；而LED光源作为一种长寿命、无污染、高效率的固态光源，由于其较低的亮度，目前大多应用于泛光照明领域，在聚光照明领域，如用于投影显示的光源、用于光束灯的光源，还较少应用。
基于此，本实用新型实施例提供的固态光源装置以及系统，在提高光源亮度的同时，降低了成本，而且应用范围广。
为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种固态光源装置进行详细介绍。
实施例一：
本实用新型实施例提供了一种固态光源装置，参见图1所示，该固态光源装置包括：LED发光芯片11、半导体激光器13以及波长转换装置12。
其中，波长转换装置12与LED发光芯片11连接；波长转换装置12接收LED发光芯片11所发出的光，并将光转换为波长更长的荧光；半导体激光器13设置于LED发光芯片11的对立面；半导体激光器13发出的光直射到波长转换装置12上，并由波长转换装置12转换成波长更长的荧光。
具体的，LED发光芯片11和半导体激光器13分别置于波长转换装置12的两侧，LED发光芯片11与波长转换装置12紧密连接，而半导体激光器13与波长转换装置12之间存在一定距离。波长转换装置12可以将接收到的光转换为波长更长的光，因此，当LED发光芯片11和半导体激光器13所发出的光同时照射到波长转换装置12上时，分别通过波长转换装置12的波长转换作用，变成两部分波长更长的光荧光，这两部分波长更长的荧光叠加在一起，可以大大增强光源的亮度。
需要说明的是，波长转换装置12可以为不同类型的仪器或者设备，只要可以实现波长转换功能即可。LED发光芯片11和半导体激光器13所发出光的颜色可以相同，也可以不同，在此不做限定。
此外，本实施例中的固态光源装置结构小巧，成本较低，适合大范围推广应用。
本实用新型实施例提供的固态光源装置，包括LED发光芯片11、半导体激光器13以及波长转换装置12，通过波长转换装置12对LED发光芯片11以及半导体激光器13所发光的波长转换，使得两种波长更长的荧光叠加在一起，从而大大提高固态光源装置的光源亮度，而且，该固态光源装置结构简单，成本较低，适合大范围普及应用。
实施例二：
本实用新型实施例提供一种固态光源装置，参见图2所示，该固态光源装置包括：LED发光芯片21、导热光学元件22、二向色镜23、半导体激光器24以及散热装置25。
本实施例中的导热光学元件22是实施例一中波长转换装置的一种实现形式。其中，导热光学元件22的入射端镀有增透膜，出射端镀有二向色滤光膜；二向色滤光膜上覆盖有一层波长转换物质。通过导热光学元件22上的波长转换物质，同样可以实现波长转换的功能。
具体的，波长转换物质以颗粒的形式固定于胶层中，胶层与二向色滤光膜层紧密接触，胶层的厚度为10μm～100μm。常见的波长转换物质包括：荧光粉材料、量子点材料；其中荧光粉材料为硅酸盐荧光粉、铝酸盐荧光粉、YAG荧光粉、红色氮化物荧光粉等；量子点材料为ZnSe、CdS、CdSe等。
此外，导热光学元件22与LED发光芯片21紧密接触，导热光学元件22的入射端外形尺寸与LED发光芯片21的外形尺寸相匹配。也就是说，导热光学元件22入射端的外形尺寸与LED发光芯片21的外形尺寸尽量一致，这样可以减少沟通损失以及光学扩展量在传输中的损失。
在本实用新型实施例中，导热光学元件22沿光传输方向的长度为10mm-60mm，导热光学元件22的所有面均为光学面，需要进行抛光处理。导热光学元件22的形状可以为长方体、圆柱体等，也可以是CPC(compound parabolic concentrator)复合抛物面聚光器，或者其他实心或空心光传输器件。
导热光学元件22的材料为导热陶瓷、蓝宝石、YAG晶体、石英等，其侧壁上覆盖有一层导热薄膜物质，导热薄膜物质为导热硅脂、铟箔、低熔点金属薄膜、导热石墨、导热硅胶垫等，导热薄膜物质外侧还覆盖有一层散热介质，该散热介质为铜、铝等金属。导热光学元件22侧壁与液体介质接触，其中，液体介质为水、冷却液等。
本实用新型实施例中的固态光源装置中的二向色镜23，设置于半导体激光器24与波长转换装置之间；半导体激光器24的光穿透二向色镜23到达波长转换装置；LED发光芯片21的光通过波长转换装置后，被二向色镜23反射出去。
具体的，二向色镜23(Dichroic Mirrors)又称双色镜，常用于激光技术中。其特点是对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。在本实施例中，半导体激光器24发出的光可以完全透过二向色镜23，直达导热光学元件22，通过与导热光学元件22上的波长转换物质发生反应，形成波长更长的荧光，而LED发光芯片21所发出的光经过导热光学元件22后，与导热光学元件22表面的波长转换物质发生作用，产生具有其他波长成分的荧光。这部分荧光通过二向色镜23时，完全被反射出去，这样，可以达到聚光的效果，进一步提高固态光源装置中光源的亮度。
此外，由于固态光源装置长时间发光，不可避免会引起装置发热的问题，为了提高该装置的使用寿命，本实用新型实施例所提供的固态光源装置中还包括：散热装置25。
散热装置25与波长转换装置连接，对固态光源装置进行散热。在本实施例中，散热装置25包括：导热薄膜物质；导热薄膜物质覆盖在波长转换装置的侧壁上。散热装置25还包括：散热介质；散热介质覆盖在导热薄膜物质外侧。
具体的，导热光学元件22的材料为导热陶瓷、蓝宝石、YAG晶体、石英等，其侧壁上覆盖有一层导热薄膜物质，导热薄膜物质为导热硅脂、铟箔、低熔点金属薄膜、导热石墨、导热硅胶垫等，导热薄膜物质外侧还覆盖有一层散热介质，该散热介质为铜、铝等金属。导热光学元件22侧壁与液体介质接触，其中，液体介质为水、冷却液等。
通过导热光学元件22的侧壁上覆盖的导热薄膜物质以及散热介质，能够主动将固态光源装置中的热量导出到外界，降低固态光源装置的温度，从而提高固态光源装置的使用寿命。
需要说明的是，散热装置25不仅限于本实施例所述的装置，也可以是其它可以帮助波长转换装置进行散热的设备、装置等。
本实用新型实施例所提供的固态光源装置的具体工作过程，参见图3所示：
导热光学元件3与LED发光芯片1紧密连接；导热光学元件3接收LED发光芯片1所发出的光，并将光转换为波长更长的荧光；半导体激光器2设置于LED发光芯片1的对立面，与导热光学元件3之间存在一定距离，在半导体激光器2和导热光学元件3之间设置有二向色镜5，半导体激光器2发出的光透过二向色镜5，直射到导热光学元件3上，通过导热光学元件3表面的二向色滤光膜4和波长转换物质6的作用，转变为波长更长的荧光。因此，当LED发光芯片1和半导体激光器2所发出的光同时照射到导热光学元件3上时，分别通过二向色滤光膜4和波长转换物质6转变成两部分波长更长的光荧光，再加上二向色镜5对LED发光芯片1所发光的反射作用，使得上述两部分波长更长的荧光更多地叠加在一起，从而大大增强了光源的亮度。此外，在导热光学元件3的侧壁上覆盖有散热物质7，能够主动将固态光源装置中的热量导出到外界，降低固态光源装置的温度，从而提高固态光源装置的使用寿命。
此外，本实用新型实施例提供的固态光源装置，结构简单，使用方便，成本较低，适合大范围普及应用。
实施例三：
本实用新型实施例还提供一种固态光源系统，参见图4所示，该系统包括：控制装置31以及上述实施例所述的固态光源装置32。
其中，控制装置31与固态光源装置32连接，用于控制固态光源装置32中LED发光芯片以及半导体激光器的亮灭。
本实施例中的控制装置31可以是与固态光源装置固定连接的开关，也可以是与固态光源装置32通信连接的遥控开关，或者是其它能实现控制功能的模块等，通过控制装置31能够对固态光源装置32中的LED发光芯片和半导体激光器的工作状态进行控制，从而实现对固态光源装置32工作状态的控制。
本实用新型实施例所提供的固态光源系统中，与前述固态光源装置有相同的技术特征，因此，同样可以实现上述功能。本系统具体的工作过程参见实施例一或实施例二，在此不再赘述。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种固态光源装置，其特征在于，包括：LED发光芯片、半导体激光器以及波长转换装置；
所述波长转换装置与所述LED发光芯片连接；
所述波长转换装置接收所述LED发光芯片所发出的光，并将所述光转换为波长更长的荧光；
所述半导体激光器设置于所述LED发光芯片的对立面；
所述半导体激光器发出的光直射到所述波长转换装置上，并由所述波长转换装置转换成波长更长的荧光。
2.根据权利要求1所述的固态光源装置，其特征在于，所述波长转换装置包括：导热光学元件；
所述导热光学元件的入射端镀有增透膜，出射端镀有二向色滤光膜；
所述二向色滤光膜上覆盖有一层波长转换物质。
3.根据权利要求2所述的固态光源装置，其特征在于，所述波长转换物质以颗粒的形式固定于胶层中，胶层与所述二向色滤光膜层紧密接触，所述胶层的厚度为10μm～100μm。
4.根据权利要求2所述的固态光源装置，其特征在于，所述导热光学元件与所述LED发光芯片紧密接触；
所述导热光学元件的入射端外形尺寸与所述LED发光芯片的外形尺寸相匹配。
5.根据权利要求2所述的固态光源装置，其特征在于，所述导热光学元件沿光传输方向的长度为10mm-60mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的固态光源装置，其特征在于，还包括：二向色镜；
所述二向色镜设置于所述半导体激光器与所述波长转换装置之间；
所述半导体激光器的光穿透所述二向色镜到达所述波长转换装置；
所述LED发光芯片的光通过所述波长转换装置后，被所述二向色镜反射出去。
7.根据权利要求1-5任一项所述的固态光源装置，其特征在于，还包括：散热装置；
所述散热装置与所述波长转换装置连接，对固态光源装置进行散热。
8.根据权利要求7所述的固态光源装置，其特征在于，所述散热装置包括：导热薄膜物质；
所述导热薄膜物质覆盖在所述波长转换装置的侧壁上。
9.根据权利要求8所述的固态光源装置，其特征在于，所述散热装置还包括：散热介质；
所述散热介质覆盖在所述导热薄膜物质外侧。
10.一种固态光源系统，其特征在于，控制装置以及如权利要求1-9任一项所述的固态光源装置；
所述控制装置与所述固态光源装置连接，用于控制所述固态光源装置中LED发光芯片以及半导体激光器的亮灭。
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2017
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