TW202332152A

TW202332152A - 發光裝置

Info

Publication number: TW202332152A
Application number: TW111102433A
Authority: TW
Inventors: 李宗憲; 林昱良
Original assignee: 國立臺灣科技大學
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2023-08-01
Also published as: TWI818418B

Abstract

本發明提供一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長形柱，其中一第一表面配置一低通濾光片作為入光面，而與所述第一表面相對之一第二表面則配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，配置於所述光轉換部件之長邊中心軸的延伸方向上；其中，所述至少一雷射二極體所發出之一第一頻譜的光經由所述入光面進入所述光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由所述出光面射出。

Description

發光裝置

本發明係有關於一種發光裝置，尤其係指一種雷射二極體(Laser Diode, LD)發光裝置。

早期在固態照明領域，關於雷射二極體的應用研究並不多，但是近幾年藍光 LD 之發光效率在更高電流下獲得改善後，加上在光學擴展量(Étendue)限制下提供的光線甚至有機會比 LED 多，另外因為它們具有方向性，能在需要之處提供精確照明等優勢，因此讓「雷射照明」有望成為固態照明的另一個新名詞。

近年來，國際照明大廠 OSRAM、PHILIPS、NICHIA 等都對雷射照明相當重視。尤其是這一兩年內，應用市場上陸續有高端、高品質的產品問世，包含投影顯示器、車燈、路燈、內視鏡照明、建築照明等需要高亮度光源之照明燈具。

現今已有的技術多數使用LED激發單晶螢光晶體，在一為長方體的單晶螢光晶體四周設置反射層，並且將LED緊貼至晶體表面，藉此將激發轉換後的光壓縮至極小的空間內發光，藉此縮小光學擴展量，並提升光源輝度。這種方法雖能有效的縮小光學擴展量，但因LED本身的發光特性，必須緊貼至晶體表面，且在高功率的應用下，LED仍舊面臨在高電流密度時效率下降的問題。

綜上所述，如何提供一個可以有效縮小光學擴展量並提升光源輝度的發光裝置，乃是業界所需思考的重要課題。

鑒於上述內容，本揭露之一態樣係提供一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長形柱，其中一第一表面配置一低通濾光片作為入光面，而與所述第一表面相對之一第二表面則配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，配置於所述光轉換部件之長邊中心軸的延伸方向上；其中，所述至少一雷射二極體所發出之一第一頻譜的光經由所述入光面進入所述光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由所述出光面射出。

根據本揭露之一個或多個實施方式，其中所述光轉換部件係一長方體。

根據本揭露之一個或多個實施方式，其中所述其餘表面中至少兩個分別配置一散熱器。

根據本揭露之一個或多個實施方式，其中所述光轉換部件係一單晶螢光晶體。

本揭露之另一態樣係提供一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長形柱，其中一第一表面配置一低通濾光片作為入光面，而與所述第一表面相對之一第二表面則配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，所發出之一第一頻譜的光經由所述入光面進入所述光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由所述出光面射出；其中，所述第一頻譜的光行進方向與所述光轉換部件之長邊中心軸的延伸方向具有一銳角。

根據本揭露之一個或多個實施方式，其中所述銳角介於50~70度。

本揭露之另一態樣係提供一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長方體，其中一長邊表面配置一低通濾光片作為入光面，而其中一短邊表面配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，面對所述入光面且偏離所述光轉換部件之短邊中心軸的延伸方向而配置；其中，所述至少一雷射二極體所發出之一第一頻譜的光經由所述入光面進入所述光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由所述出光面射出。

根據本揭露之一個或多個實施方式，其中所述第一頻譜的光行進方向與所述光轉換部件之所述短邊中心軸的延伸方向具有一銳角。

根據本揭露之一個或多個實施方式，其中所述其餘表面中至少一個長邊表面配置有一散熱器。

為便貴審查委員能對本發明之目的、形狀、構造裝置特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下。

以下揭露提供不同的實施例或示例，以建置所提供之標的物的不同特徵。以下敘述之成分以及排列方式的特定示例是為了簡化本公開，目的不在於構成限制；元件的尺寸和形狀亦不被揭露之範圍或數值所限制，但可以取決於元件之製程條件或所需的特性。例如，利用剖面圖描述本發明的技術特徵，這些剖面圖是理想化的實施例示意圖。因而，由於製造工藝和/公差而導致圖示之形狀不同是可以預見的，不應為此而限定。

再者，空間相對性用語，例如「下方」、「在…之下」、「低於」、「在…之上」以及「高於」等，是為了易於描述圖式中所繪示的元素或特徵之間的關係；此外，空間相對用語除了圖示中所描繪的方向，還包含元件在使用或操作時的不同方向。

首先要說明的是，本發明之實施例主要乃是發展以高功率藍光LD激發單晶螢光晶體為主的超高輝度光源，評估適合有效最小化光學擴展量的解決方案，並實現最高輝度的光源設計，當中包括主要的光學元件設計及LD光源。

在本發明之實施例中，使用LD取代LED作為激發光源，利用LD本身高準直性、體積小、高功率的特性，有效將LD激發光束聚焦在一個很緊湊的面積上，再加上可以同時多顆LD光束集中，不需與一般設計一樣緊貼至晶體表面。如此一來，在相同面積下，LD能產生的輝度將會是LED的數倍，不過單晶螢光晶體本身是透明的，所以光束再入射至晶體表面時，將會產生界面反射，降低發光效率，且晶體本身的高折射率，也會導致激發轉換後的光會因為全內反射無法有效的出光。

在本發明之實施例中，在使用LD激發單晶螢光晶體的架構下，使LD之光線入射至晶體表面時減少界面反射的問題，且破壞出光面處的全內反射，並將激發轉換後的光壓縮至極小的空間後出光，有效最小化光學擴展量，並實現最高輝度的光源設計。

在本發明之實施例中，主要光學元件包括單晶螢光晶體、反射層、LD光源、以及周圍設有反射層之長方體的單晶螢光晶體。透過本發明之實施例的發光裝置，可使激發轉換後的光因反射層而壓縮在一個極小的空間後，經由出光面出光，以在極小的發光面積下發光。另外，利用雷射偏振的特性，使高功率藍光雷射二極體之光線以會產生布魯斯特角的角度入射至晶體，以減少界面反射，提升發光效率。另外，由於單晶螢光晶體高折射率的特性，激發轉換後的光容易在晶體內部產生全反射，導致發光效率降低，所以本發明之實施例在出光面表面設置微結構來破壞全反射，以此提升光萃取效率。

以下，搭配圖式說明本案之實施例的發光裝置。

首先，請參考圖1，圖1係繪示本發明一實施例之發光裝置的部份元件示意圖。如圖1所示，在此實施例中，光轉換部件10是長方體的單晶螢光晶體，其第一表面配置低通濾光片10a作為入光面，而與所述第一表面相對之第二表面則配置微結構10b作為出光面，其餘表面分別配置反射層10c。在此實施例中，所述第一表面與所述第二表面為短邊表面。另外，在此實施例中，只要能夠破壞全內反射而提升光萃取效率，微結構10b的數量、形狀與尺寸可以根據需求而設計，本發明並不以此為限。在其他實施例中，光轉換部件10也可以是正方體等六面體或其他多面體。

接著，請一併參考圖1與圖2，圖2係繪示本發明一實施例之發光裝置的示意圖。如圖1與圖2所示，發光裝置100包含光轉換部件10、至少一雷射二極體20以及散熱器30。如圖2所示，至少一雷射二極體20乃是配置於光轉換部件10之長邊中心軸的延伸方向上，因此至少一雷射二極體20所發出之一第一頻譜的光，經由配置有低通濾光片10a之入光面而進入光轉換部件10，轉變為一第二頻譜的光後由配置有微結構10b之出光面射出。另外，如圖2所示，具有低通濾光片10a、微結構10b與反射層10c的轉換部件10，至少在兩個長邊表面分別配置散熱器30。在此實施例中，至少一雷射二極體20所發出之一第一頻譜的光為藍光，經光轉換部件10轉變後之第二頻譜的光為黃光，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，至少一雷射二極體20也可以是不同頻譜的光源，而光轉換部件10也可以依據需求而選擇能轉換出不同頻譜之光的單晶螢光晶體。

如上所述，在圖2的實施例中，至少一雷射二極體20係配置於光轉換部件10之長邊中心軸的延伸方向上，使得至少一雷射二極體20所發出之藍光以0度入射單晶螢光晶體，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，至少一雷射二極體20與轉換部件10的相對位置可以有不同的配置方式。以下，配合其他圖式與實施例進一步說明。

接下來，請一併參考圖1與圖3，圖3係繪示本發明一實施例之發光裝置的示意圖。如圖3示，發光裝置200包含光轉換部件10、至少一雷射二極體20以及散熱器30。相似地，圖3中具有低通濾光片10a、微結構10b與反射層10c的轉換部件10，至少在兩個長邊表面分別配置散熱器30。相似地，在此實施例中，至少一雷射二極體20所發出之一第一頻譜的光為藍光，經光轉換部件10轉變後之第二頻譜的光為黃光，然而本發明並不以此為限。在其他實施例中，至少一雷射二極體20也可以是不同頻譜的光源，而光轉換部件10也可以依據需求而選擇能轉換出不同頻譜之光的單晶螢光晶體。

要特別說明的是，不同於圖2之處在於，圖3的至少一雷射二極體20並未配置於光轉換部件10之長邊中心軸的延伸方向上，而是以偏離光轉換部件10之長邊中心軸的延伸方向的方式配置。詳細而言，在圖3之實施例中，至少一雷射二極體20配置成其所發出之藍光行進方向與光轉換部件10之長邊中心軸的延伸方向具有一銳角θ。在圖3之實施例中，至少一雷射二極體20所發出之藍光以介於50~70度的銳角θ，入射配置有低通濾光片10a之入光面而進入光轉換部件10，然後轉變為黃光並通過配置有微結構10b之出光面射出。在圖3之實施例中，主要是至少一雷射二極體20與轉換部件10的相對位置配置方式異於圖2之實施例，其餘與圖2之實施例原則上相同，在此不再贅述。

再來，請參考圖4，圖4係繪示本發明一實施例之發光裝置的部份元件示意圖。如圖4所示，在此實施例中，光轉換部件410是長方體的單晶螢光晶體，其一長邊表面配置低通濾光片410a作為入光面，另有一短邊表面則配置微結構410b作為出光面，其餘表面分別配置反射層410c。在此實施例中，只要能夠破壞全內反射而提升光萃取效率，微結構410b的數量、形狀與尺寸可以根據需求而設計，本發明並不以此為限。在其他實施例中，光轉換部件410也可以是正方體等六面體或其他多面體。

另外，請一併參考圖4與圖5，圖5係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。如圖4與圖5所示，發光裝置300包含光轉換部件410、至少一雷射二極體20以及散熱器30。相似地，圖5中具有低通濾光片410a、微結構410b與反射層410c的轉換部件410，在至少一個長邊表面配置有散熱器30。至少一雷射二極體20面對配置有低通濾光片410a之入光面，且以偏離光轉換部件410之短邊中心軸的延伸方向的方式配置。在此實施例中，至少一雷射二極體20所發出之第一頻譜的光為藍光，經由配置有低通濾光片410a之入光面而進入光轉換部件410，並轉變為具有第二頻譜的黃光後通過配置有微結構410b的出光面射出。在此實施例中，至少一雷射二極體20所發出之藍光行進方向與光轉換部件410之短邊中心軸的延伸方向具有一銳角θ，且銳角θ例如介於50~70度。在其他實施例中，至少一雷射二極體20也可以是不同頻譜的光源，而光轉換部件410也可以依據需求而選擇能轉換出不同頻譜之光的單晶螢光晶體。

另外，請參考圖6，圖6係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。如圖6所示，在發光裝置600中，至少一雷射二極體620發出藍光620a，藍光620a入射光轉換部件之入光面610a，轉換為黃光680並在反射層610c的反射下達成集光的效果，最後通過配置有微結構610b的出光面射出。

另外，請一併參考圖1、圖3以及圖7，圖7係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。如圖7所示，發光裝置700包含光轉換部件10、至少一雷射二極體20以及散熱器30。要特別說明的是，不同於圖3之處在於，圖7中具有低通濾光片10a、微結構10b與反射層10c的轉換部件10乃是一梯形柱。發光裝置700之其餘部件與圖3之發光裝置200相同，在此不再贅述。在本發明之其他實施例中，轉換部件10也可以是其他長形柱。

另外，請一併參考圖4、圖5以及圖8，圖8係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。如圖8所示，發光裝置800包含光轉換部件410、至少一雷射二極體20以及散熱器30。要特別說明的是，不同於圖5之處在於，圖8中具有低通濾光片410a、微結構410b與反射層410c的轉換部件410，在至少兩個長邊表面配置有散熱器30，且是一楔形柱。另外，雷射二極體20在其中一個散熱器30的入射處有一開孔802，以便雷射光入射至光轉換部件410內部。至於發光裝置800之其餘部件則與圖5之發光裝置300相同，在此不再贅述。在本發明之其他實施例中，轉換部件410也可以是其他長形柱。

以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

10、410:光轉換部件 10a、410a:低通濾光片 10b、410b、610b:微結構 10c、410c、610c:反射層 20、620:至少一雷射二極體 30:散熱器 100、200、300、600:發光裝置 610a:入光面 620a:藍光 680:黃光 700、800:發光裝置 802:開孔 θ:銳角

為讓本發明的上述與其他目的、特徵、優點與實施例能更淺顯易懂，所附圖式之說明如下：圖1係繪示本發明一實施例之發光裝置的部份元件示意圖。圖2係繪示本發明一實施例之發光裝置的示意圖。圖3係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。圖4係繪示本發明一實施例之發光裝置的部份元件示意圖。圖5係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。圖6係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。圖7係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。圖8係繪示本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。

根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依實際比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號指稱相似的元件及部件。

10a:低通濾光片

10b:微結構

10c:反射層

20:至少一雷射二極體

30:散熱器

100:發光裝置

Claims

一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長形柱，其中一第一表面配置一低通濾光片作為入光面，而與該第一表面相對之一第二表面則配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，配置於該光轉換部件之長邊中心軸的延伸方向上；其中，該至少一雷射二極體所發出之一第一頻譜的光經由該入光面進入該光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由該出光面射出。
如請求項1所述之發光裝置，其中該光轉換部件係一長方體。
如請求項1所述之發光裝置，其中該些其餘表面中至少兩個分別配置一散熱器。
如請求項1所述之發光裝置，其中該光轉換部件係一單晶螢光晶體。
一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長形柱，其中一第一表面配置一低通濾光片作為入光面，而與該第一表面相對之一第二表面則配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，所發出之一第一頻譜的光經由該入光面進入該光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由該出光面射出；其中，該第一頻譜的光行進方向與該光轉換部件之長邊中心軸的延伸方向具有一銳角。
如請求項5所述之發光裝置，其中該銳角介於50~70度。
一種發光裝置，包含：一光轉換部件，係一長方體，其中一長邊表面配置一低通濾光片作為入光面，而其中一短邊表面配置一微結構作為出光面，其餘表面分別配置一反射層；以及至少一雷射二極體，面對該入光面且偏離該光轉換部件之短邊中心軸的延伸方向而配置；其中，該至少一雷射二極體所發出之一第一頻譜的光經由該入光面進入該光轉換部件，轉變為一第二頻譜的光後由該出光面射出。
如請求項7所述之發光裝置，其中該第一頻譜的光行進方向與該光轉換部件之該短邊中心軸的延伸方向具有一銳角。
如請求項7所述之發光裝置，其中該銳角介於50~70度。
如請求項7所述之發光裝置，其中該些其餘表面中至少一個長邊表面配置有一散熱器。