TWI596851B - 雷射激發之白光照明系統 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種照明系統，特別是關於一種具有半球形反射體並以雷射為光源，而能準確輸出白光、提昇出光效率、增強射出白光的光強度的雷射激發之白光照明系統。
現代生活中，節能光源之使用，正急速地大量普及，其中尤以電能需求量甚低，而又能提供足夠亮度需求的LED成長最為快速。
現今使用的LED，以白光LED為大多數，而且多是以藍光晶粒激發螢光粉為之。然而藍光晶粒之發光特性具有較大的光展量，導致其與螢光粉結合之效率一直無法有效提升。另一方面，藍光LED在高電流驅動時，會產生droop effect，更使發光效率又再降低。
有鑒於此，如何發展出一種簡單有效的技術或照明系統，可以改善使用藍光LED的低效率，並創新結構之設計，使光子可以有效利用並增加整體光展量，便成為LED產業，甚至整個照明應用產業一個重要的進步課題，進而在符合環保節能之需求的同時，更能夠提升人類整體的生活品質。
本發明為雷射激發之白光照明系統，其包括：一半球形反射體；一透光載板；一波長轉換層；一反射層；以及複數散熱結構，且一雷射光源發出之雷射光穿過半球形反射體之一個第一入光孔照射至波長轉換層並發射出白光。藉由本發明之實施，照明系統不僅不須複雜製程或製造設備，實施成本低廉；可以準確輸出白光；可以提升光子循環效果，進而在相同的光源條件下提昇出光效率；再增加第二入光孔，進行波長多工或角度多工，在光展量(etendue)不增加的情況下，更可以增強射出白光的光強度(光輸出量)並擴大應用層面。
本發明係提供一種雷射激發之白光照明系統，其包括：一半球形反射體，其具有一反射弧面及一出光側開口，反射弧面上設有至少一第一入光孔；一透光載板，固設於出光側開口位置並具有一激發區；一波長轉換層，固著於激發區；一反射層，形成於透光載板之內側且於激發區以外之表面；以及複數散熱結構，固設於透光載板之外側且於激發區以外之表面，其中，一雷射光源發出之雷射光穿過第一入光孔照射至波長轉換層並發射出白光。
藉由本發明之實施，至少可以達成下列之進步功效：
一、不須複雜製程或製造設備，實施成本低廉。
二、可以準確輸出白光。
三、提升光子循環效果，進而在相同的光源條件下提昇出光效率。
四、增加第二入光孔，進行波長多工或角度多工，在光展量(etendue)不增加的情況下，更可以增強射出白光的光強度(光輸出量)。
為使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述
本發明之詳細特徵以及優點。
100‧‧‧雷射激發之白光照明系統
10‧‧‧半球形反射體
11‧‧‧第一入光孔
12‧‧‧出光側開口
13‧‧‧反射弧面
20‧‧‧透光載板
21‧‧‧激發區
30‧‧‧波長轉換層
40‧‧‧反射層
50‧‧‧散熱結構
60‧‧‧第二入光孔
90‧‧‧藍光雷射
BR1‧‧‧雷射光
BR2‧‧‧藍光
WL‧‧‧白光
RR‧‧‧反射光
[第1圖]係為本發明實施例之一種雷射激發之白光照明系統之剖視示意圖。
[第2圖]係為本發明實施例之一種透光載板之正面示意圖。
[第3圖]係為本發明實施例之一種雷射激發之白光照明系統之斜視立體示意圖。
[第4圖]係為本發明實施例之一種反射光於半球形反射體及透光載板內之行進示意圖。
[第5圖]係為本發明實施例之一種進一步具有第二入光孔的雷射激發之白光照明系統之剖視示意圖。
[第6圖]係為第5圖實施例中的半球形反射體後方視圖之示意圖。
請參考如第1圖及第3圖所示，為實施例之一種雷射激發之白光照明系統100，其包括：一半球形反射體10；一透光載板20；一波長轉換層30；一反射層40；以及複數散熱結構50。
如第1圖及第3圖所示，雷射激發之白光照明系統100之半球形反射體10，係具有一反射弧面13及一出光側開口12，反射弧面13上則設有一第一入光孔11。
半球形反射體10之材質則無特殊之限定，可以為陶瓷、金
屬或其他耐熱物質所形成。而半球形反射體10之形狀則形成為可以將透光載板20上反射層40所反射的光線，在反射至激發區21位置。
如第1圖、第2圖及第3圖所示，透光載板20，係固設於出光側開口12的位置並具有一激發區21。雷射激發之白光照明系統100之設置，係在於使照明光源用的雷射光BR1穿過第一入光孔11射入半球形反射體10之內，並且對著激發區21照射至波長轉換層30並發射出白光WL。
如第1圖及第3圖所示，透光載板20係可以與半球形反射體10結合為一個半球形反射罩體結構，而自第一入光孔11進入且受反射層40反射的雷射光BR1，則再受半球形反射體10的反射弧面13反射至激發區21。
至於形成透光載板20的材質，係可以為玻璃、藍寶石基板、透明陶瓷、單晶鋁或多晶鋁所形成。
同樣如第1圖及第3圖所示，透光載板20的激發區21則固著有波長轉換層30。波長轉換層30可以是以噴塗的方式塗佈於透光載板20的激發區21。
如第1圖及第3圖所示之波長轉換層30係用以受自第一入光孔11進入之雷射光BR1照射，並混和產生白光WL，自激發區21照射出雷射激發之白光照明系統100之外。
其中，雷射光BR1可以是藍色，而雷射光BR1的波長範圍則可以介於360~480奈米(nm)之間。且波長轉換層30可以為一螢光粉層、一量子點層(quantum dot layer)或一光致發光材料所形成之材料層。
而當波長轉換層30為螢光粉層之時，波長轉換層30可以為黃色、紅綠混合或橘綠混合之螢光粉層。而螢光粉層之材質則可以為釔鋁
石榴石(YAG)、矽酸鹽(silicate)或氮化物(nitride)。
再如第1圖及第3圖所示，透光載板20之內表面，亦即與反射弧面13相對之表面，除了激發區21的部份以外形成或塗佈有一反射層40。
如第1圖、第3圖及第4圖所示，反射層40可以將照射至激發區21外圍的雷射光BR1之反射光RR，反射至反射弧面13，再由反射弧面13將這些反射光RR反射至激發區21與波長轉換層30進行混和為白光WL。
請再參考如第1圖及第3圖所示，為了增強整體雷射激發之白光照明系統100的散熱效果，複數散熱結構50，固設於透光載板20之外側且於激發區21以外之表面。
而所使用的散熱結構50，其中至少一個散熱結構50可以為一個容易取得、散熱效果佳、使用成本又較為低廉的散熱鰭片。
接下來，請參考如第5圖及第6圖所示，半球形反射體10可以進一步形成有至少一第二入光孔60。
藉由至少一第二入光孔60之形成，每一第二入光孔60可以受一藍光雷射90照射，藍光雷射90照射出之藍光BR2穿過第二入光孔60照射至波長轉換層30，並且與波長轉換層30產生混和作用而發射出白光WL。
如此，穿過第一入光孔(11)與第二入光孔60的雷射光BR1及藍光BR2，同時照射至波長轉換層30，進行波長多工或角度多工，在光展量(etendue)不增加的情況下，可以增強與波長轉換層30產生混和作用而發射出之白光WL的光強度(光輸出量)，使雷射激發之白光照明系統100可以擴大其應用範圍。其中，光展量(etendue)又稱光學不變量(optical
invariant)，用來描述光束的幾何特性(如發散角、切面面積)。
總而言之，雷射激發之白光照明系統100藉由波長轉換層30塗佈於具有散熱結構50之透光載板20，再以雷射光BR1或雷射光BR1加上藍光BR2照射，可以準確輸出白光WL；半球形反射體10可以提升雷射光BR1或藍光BR2的光子循環效果，提昇出光效率；增加第二入光孔60，可以進行波長多工或角度多工，在光展量(etendue)不增加的情況下，更可以增強射出之白光WL的光強度(光輸出量)。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
100‧‧‧雷射激發之白光照明系統
10‧‧‧半球形反射體
11‧‧‧第一入光孔
12‧‧‧出光側開口
13‧‧‧反射弧面
20‧‧‧透光載板
21‧‧‧激發區
30‧‧‧波長轉換層
40‧‧‧反射層
50‧‧‧散熱結構
BR1‧‧‧雷射光
WL‧‧‧白光
Claims (12)
- 一種雷射激發之白光照明系統，其包括：一半球形反射體，其具有一反射弧面及一出光側開口，該反射弧面上設有一第一入光孔；一透光載板，固設於該出光側開口位置並具有一激發區；一波長轉換層，固著於該激發區；一反射層，形成於該透光載板之內側且於該激發區以外之表面；以及複數散熱結構，固設於該透光載板之外側且於該激發區以外之表面，其中，一雷射光源發出之雷射光穿過該第一入光孔照射至該波長轉換層並發射出白光。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該透光載板與該半球形反射體係結合為一半球形反射罩體結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該透光載板係為玻璃、藍寶石基板、透明陶瓷、單晶鋁或多晶鋁所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該雷射光為藍色，且該波長轉換層為一螢光粉層、一量子點層(quantum dot layer)或一光致發光材料所形成之材料層。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該波長轉換層為黃色、紅綠混合或橘綠混合之螢光粉層。
- 如申請專利範圍第5項所述之白光照明系統，其中該螢光粉層係為釔鋁石榴石(YAG)、矽酸鹽(silicate)或氮化物(nitride)等材質所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該波長轉 換層係以噴塗方式塗佈於該激發區。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該雷射發出之光線的波長範圍係介於360~480奈米(nm)之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中至少一該散熱結構為一散熱鰭片。
- 如申請專利範圍第1項所述之白光照明系統，其中該半球形反射體進一步形成有至少一第二入光孔。
- 如申請專利範圍第10項所述之白光照明系統，其中每一該第二入光孔係受一藍光雷射照射，該藍光雷射照射出之藍光穿過該第二入光孔照射至該波長轉換層並發射出白光。
- 如申請專利範圍第10項所述之白光照明系統，其係進行430nm及460nm的波長多工或角度多工，在光展量(etendue)不增加的情況下，增加發射出的白光之光強度。
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