光源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種光源，包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對的第一面和第二面，波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的第一表面上，該表面對于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性；還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件，功能光學(xué)元件包括內(nèi)區(qū)和外區(qū)；還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于功能光學(xué)元件的外區(qū)，并經(jīng)過該功能光學(xué)元件而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被功能光學(xué)元件所收集；還包括位于功能光學(xué)元件光路后端的光出口，光出口的范圍覆蓋功能光學(xué)元件的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋功能光學(xué)元件的外區(qū)出射光的光通道。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了激發(fā)光與波長轉(zhuǎn)換層的出射光在光路上的分離。
【專利說明】光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光源領(lǐng)域，特別是涉及應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)的光源。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，光源技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，應(yīng)用最多的光源是鹵素?zé)艉蜔晒鉄簟＿@些光源的最大的問題是亮度不足。近年來，LED光源發(fā)展迅速，利用藍(lán)色的LED激發(fā)涂敷于LED表面的黃色熒光粉來產(chǎn)生白光，這種光源已經(jīng)開始在市場上普及。但問題在于單顆LED光源的功率較低，依然存在亮度不足的問題。
[0003]而高亮度光源領(lǐng)域，常用的是高壓汞燈和氙燈光源，這樣的光源依靠超短的燈弧而具有很高的亮度(能量密度)，但問題在于其壽命只有1000小時(shí)左右，使用成本很高。
[0004]目前出現(xiàn)了一種半導(dǎo)體光源，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。激發(fā)光源(圖中未畫出)發(fā)出的激發(fā)光821經(jīng)過分光濾光片811的透射入射于透鏡803并經(jīng)過透鏡803的折射而聚焦于熒光粉層801。從熒光粉層801出射的受激光822被透鏡803收集后準(zhǔn)直，經(jīng)過分光濾光片811的反射而最終出射。在該光源中，分光濾光片811透射激發(fā)光同時(shí)反射受激光，其作用在于將激發(fā)光和受激光的光路相分離。若沒有該分光濾光片，則受激光將全部向激發(fā)光源方向出射從而造成嚴(yán)重的光損失。
[0005]然而，由于有了分光濾光片的存在，整個(gè)光源結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜而龐大，這不利于當(dāng)前光源小型化的發(fā)展趨勢。另外，分光濾光片會(huì)將出射光中的剩余的激發(fā)光過濾掉，這也是一部分光損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型提出一種光源，包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對的第一面和第二面，波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的第一表面上，該表面對于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性；還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件，功能光學(xué)元件包括功能透鏡，功能透鏡的表面分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，外區(qū)位于內(nèi)區(qū)的更遠(yuǎn)離于功能透鏡中心的外側(cè)；還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于功能透鏡的外區(qū)，并經(jīng)過該功能透鏡而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光或受激光與沒有被吸收的剩余激發(fā)光的混合光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被功能透鏡所收集；還包括位于功能透鏡光路后端的光出口，光出口的范圍覆蓋功能透鏡的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋功能透鏡的外區(qū)出射光的光通道。
[0007]本實(shí)用新型還提出一種光源，包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對的第一面和第二面，波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的第一表面上，該表面對于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性；還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件，功能光學(xué)元件包括反光杯，反光杯具有相對的大口和小口，小口面向波長轉(zhuǎn)換層；從反光杯的大口入射的光具有第一角度范圍，在該角度范圍內(nèi)的光能夠穿過反光杯而從反光杯的小口出射，在該角度范圍外的光則不能穿過反光杯；第一角度范圍分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，外區(qū)的角度大于內(nèi)區(qū)的角度；還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光以屬于外區(qū)的入射角度入射于反光杯的大口，并經(jīng)過該反光杯而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光或受激光與沒有被吸收的剩余激發(fā)光的混合光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被反光杯所收集；還包括位于反光杯光路后端的光出口，光出口的范圍覆蓋反光杯的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋反光杯的外區(qū)出射光的光通道。
[0008]在本實(shí)用新型中，功能光學(xué)元件同時(shí)起到匯聚激發(fā)光到波長轉(zhuǎn)換層和收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光的作用，其中功能光學(xué)元件的外區(qū)用于匯聚激發(fā)光，功能光學(xué)元件的內(nèi)區(qū)用于收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光，這樣就實(shí)現(xiàn)了激發(fā)光與波長轉(zhuǎn)換層的出射光在光路上的分離。本實(shí)用新型光源由于避免使用了分光濾光片而使得系統(tǒng)變得簡單和緊湊；而且，若激發(fā)光沒有被波長轉(zhuǎn)換層完全吸收，則這部分剩余的激發(fā)光也可以被功能光學(xué)元件的內(nèi)區(qū)收集并最終構(gòu)成光源的出射光的一部分，這對于有些場合是很有用的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1a表示了本實(shí)用新型第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖1b表示了圖1a所示實(shí)施例中的功能透鏡的俯視圖；
[0011]圖2a表示了本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2b表示圖2a所示的實(shí)施例中波長轉(zhuǎn)換層和激發(fā)光源的排布俯視圖；
[0013]圖3表示了本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4表示了本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5表不了圖4實(shí)施例中的反光杯的工作原理不意圖；
[0016]圖6a和6b表示了波長轉(zhuǎn)換層的兩種可能的結(jié)構(gòu)；
[0017]圖7表不了另一種襯底和波長轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)和工作原理；
[0018]圖8表示了現(xiàn)有的一種光源結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖9a表示了本實(shí)用新型的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖9b表示圖9a的實(shí)施例中的功能透鏡的內(nèi)區(qū)和外區(qū)的劃分；
[0021]圖9c表示圖9a實(shí)施例中的光出口的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的光源的結(jié)構(gòu)如圖1a所示。該光源包括波長轉(zhuǎn)換層101和襯底102，波長轉(zhuǎn)換層101包括相對的第一面和第二面。在圖1a中，第一面是波長轉(zhuǎn)換層101的下表面，第二面是波長轉(zhuǎn)換層的上表面。波長轉(zhuǎn)換層101的第一面依附于襯底的第一表面102a上,該表面102a對于波長轉(zhuǎn)換層101發(fā)出的光具有反射性，因此從波長轉(zhuǎn)換層面向襯底出射的光(包括波長轉(zhuǎn)換層本身受激發(fā)射的受激光，和/或剩余的激發(fā)光)會(huì)被該第一表面102a反射回波長轉(zhuǎn)換層，并最終從波長轉(zhuǎn)換層的第二面(上表面)出射。因此，由于襯底的存在，從波長轉(zhuǎn)換層出射的光都會(huì)從其第二面出射。特別指出的是，在下文的描述中，波長轉(zhuǎn)換層的出射光指的是波長轉(zhuǎn)換層本身受激發(fā)射的受激光，或者受激光與沒有被吸收的剩余的激發(fā)光的混合光。
[0023]光源還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件103，在本實(shí)施例中，功能光學(xué)元件103包括功能透鏡103。從波長轉(zhuǎn)換層101的第二面出射的光會(huì)被功能透鏡103所接受并進(jìn)行折射，折射會(huì)使得從波長轉(zhuǎn)換層出射的大角度光的角度變小，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直的作用。
[0024]功能透鏡103的俯視圖如圖1b所示，其表面分為內(nèi)區(qū)103b和外區(qū)103a，外區(qū)位于內(nèi)區(qū)的更遠(yuǎn)離于功能透鏡中心的外側(cè)。在本實(shí)施例中，功能透鏡103的表面是完整光滑的，因此在外形上并沒有分成兩個(gè)區(qū)，內(nèi)區(qū)103b和外區(qū)103a是人為設(shè)定的。當(dāng)然，功能透鏡103在外型上也可以分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，這并不影響本實(shí)用新型中光源的正常工作。
[0025]本實(shí)施例的光源還包括激發(fā)光源104和105，激發(fā)光源104發(fā)射的激發(fā)光124入射于功能透鏡103的外區(qū)，并經(jīng)過該功能透鏡103而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層101表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層101而產(chǎn)生受激光，激發(fā)光源105發(fā)射的激發(fā)光125入射于功能透鏡103的外區(qū)，并經(jīng)過該功能透鏡103而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層101表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層101而產(chǎn)生受激光。受激光或受激光與沒有被吸收的剩余激發(fā)光的混合光從波長轉(zhuǎn)換層101的第二面(上表面)出射并被功能透鏡103所收集。
[0026]光源還包括位于功能透鏡103光路后端的光出口 106，光出口 106的范圍覆蓋功能透鏡103的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋功能透鏡103的外區(qū)出射光的光通道。光出口106的范圍由其周圍能遮擋光的邊框106a決定。功能透鏡103的內(nèi)區(qū)和外區(qū)同時(shí)起到收集并準(zhǔn)直波長轉(zhuǎn)換層101的出射光的作用，其中被內(nèi)區(qū)收集的光會(huì)經(jīng)由光出口 106出射并成為光源的出射光，而被外區(qū)收集的光則不能出射。根據(jù)光路可逆原理，被外區(qū)收集的光會(huì)沿著激發(fā)光的入射方向反向出射，這部分光會(huì)部分的入射到激發(fā)光源上，其余會(huì)被光出口的邊框106a遮擋。因此只有被功能透鏡103的內(nèi)區(qū)收集的光才能成為有效的出射光。
[0027]在本實(shí)施例中，功能透鏡同時(shí)起到匯聚激發(fā)光到波長轉(zhuǎn)換層和收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光的作用，其中功能透鏡的外區(qū)用于匯聚激發(fā)光，功能透鏡的內(nèi)區(qū)用于收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光，這樣就實(shí)現(xiàn)了激發(fā)光與波長轉(zhuǎn)換層的出射光在光路上的分離。在本實(shí)施例中，由于避免使用了分光濾光片而使得系統(tǒng)變得簡單和緊湊；而且，若激發(fā)光沒有被波長轉(zhuǎn)換層完全吸收，則這部分剩余的激發(fā)光也可以被功能透鏡的內(nèi)區(qū)收集并最終構(gòu)成光源的出射光的一部分，這對于有些場合是很有用的。例如，激發(fā)光源可以使用藍(lán)色激光二極管，而波長轉(zhuǎn)換層則為黃色熒光粉涂層，這樣激發(fā)光源發(fā)射的藍(lán)色激光激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生黃色受激光，黃色受激光與沒有被吸收的剩余的藍(lán)光一起經(jīng)由功能透鏡的內(nèi)區(qū)和光出口出射而形成了白光出射光。當(dāng)然這只是舉例，也可以使用藍(lán)光激發(fā)光激發(fā)其它顏色的波長轉(zhuǎn)換層，甚至可以使用紫外激發(fā)光激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層，本實(shí)用新型并不做限制。
[0028]為了達(dá)到激發(fā)光入射于功能透鏡的外區(qū)后匯聚于波長轉(zhuǎn)換層的光學(xué)效果，實(shí)際上激發(fā)光入射在功能透鏡的外區(qū)的入射角度是有一定的要求的。具體的設(shè)計(jì)過程可能是，首先設(shè)計(jì)功能透鏡103使其能夠收集波長轉(zhuǎn)換層的出射光，接下來定義外區(qū)的范圍，然后就能夠確定出波長轉(zhuǎn)換層的出射光經(jīng)過功能透鏡103的外區(qū)后的光路，最后將激發(fā)光設(shè)置于沿著該光路反向的入射于波長轉(zhuǎn)換層，這樣根據(jù)光路可逆原理激發(fā)光自然匯聚于波長轉(zhuǎn)換層的被功能透鏡103所收集的區(qū)域?？梢?，激發(fā)光入射于功能透鏡的外區(qū)的角度并不是一個(gè)確定值，它可以根據(jù)功能透鏡103的設(shè)計(jì)和外區(qū)的定義來相應(yīng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算得到。
[0029]本實(shí)施例中，功能透鏡只包括一片凸透鏡，但實(shí)際上可能是膠合透鏡或透鏡組，因此此處功能透鏡是并不限于一片透鏡，而是指代一個(gè)透鏡光學(xué)系統(tǒng)。在本實(shí)施例中使用了兩個(gè)激發(fā)光源，容易理解，使用一個(gè)激發(fā)光源同樣可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的有益效果。[0030]本實(shí)施例存在一個(gè)問題在于，由功能透鏡103的外區(qū)收集的波長轉(zhuǎn)換層的出射光會(huì)形成損失。根據(jù)光學(xué)知識可知，功能透鏡的外區(qū)對應(yīng)于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)射的大角度光線，這部分光線波長轉(zhuǎn)換層發(fā)射的總的光能量來說較小，因此這部分損失不大，在實(shí)際中往往是可以接受的。
[0031]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的光源的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2a所示。該光源與前述實(shí)施例的不同之處在于，光源包括八個(gè)激發(fā)光源(光源204是其中之一)，該八個(gè)激發(fā)光源也固定于襯底202的第一表面上。第一表面的俯視圖如圖2b所不,可見八個(gè)激發(fā)光源圍繞波長轉(zhuǎn)換層201排布。這樣的好處有兩個(gè)，第一是激發(fā)光源與波長轉(zhuǎn)換層可以共用同一個(gè)襯底，該襯底可以為它們同時(shí)散射，這樣可以使系統(tǒng)最為簡化；第二是多個(gè)激發(fā)光源圍繞波長轉(zhuǎn)換層排布也能夠使系統(tǒng)最為緊湊。
[0032]激發(fā)光源與波長轉(zhuǎn)換層固定于同一個(gè)襯底上，這帶來一個(gè)問題，就是激發(fā)光源不能面對波長轉(zhuǎn)換層直接發(fā)射激發(fā)光，因此在本實(shí)施例中，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光經(jīng)過反射裝置的反射而入射于功能透鏡203的外區(qū)。以其中一個(gè)激發(fā)光源為例，激發(fā)光源204發(fā)射的激發(fā)光224沿著垂直于襯底第一表面的方向向上出射,入射于反射裝置207。該反射裝置207的截面呈楔形，其下表面為斜面，該斜面附有反射層或反射鏡，能夠?qū)⒓ぐl(fā)光224反射至功能透鏡203。反射裝置的下表面斜面的斜度是可以控制的，使得激發(fā)光224的反射光能夠入射于功能透鏡203的外區(qū)。
[0033]在本實(shí)施例中，采用了多個(gè)激發(fā)光源的方式來共同構(gòu)成激發(fā)光源用來激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層，這樣的好處在于，可以使用多個(gè)較低功率的激發(fā)光源來共同實(shí)現(xiàn)較高的激發(fā)光功率，這對于控制光源的成本很有幫助。另一方面，這又會(huì)帶來一個(gè)問題，即多個(gè)激發(fā)光入射于波長轉(zhuǎn)換層會(huì)形成多個(gè)光斑，這多個(gè)光斑若不能有效控制，則可能造成能量的分散和整個(gè)光源亮度的下降。因此優(yōu)選的，反射裝置的空間位置和/或空間角度可調(diào)。對于多個(gè)激發(fā)光源來說，會(huì)存在多個(gè)反射裝置對其發(fā)出光分別進(jìn)行反射，圖中的207就是這些反射裝置。分別微調(diào)每個(gè)反射裝置可以控制每個(gè)激發(fā)光的走向從而控制其在波長轉(zhuǎn)換層上的光斑的位置。例如可以使得多個(gè)光斑相互重合，也可能形成其它特定的分布。
[0034]本實(shí)施例與前述實(shí)施例的另一個(gè)不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例的光源還包括位于光出口的透鏡212，該透鏡212覆蓋整個(gè)光出口。這樣從功能透鏡的內(nèi)區(qū)出射的出射光在經(jīng)過光出口的同時(shí)還能夠被透鏡212所調(diào)整，例如在本實(shí)施例中透鏡212能夠?qū)墓δ芡哥R203的內(nèi)區(qū)出射的出射光進(jìn)一步的準(zhǔn)直，當(dāng)然還可能改變透鏡212使得從功能透鏡203的內(nèi)區(qū)出射的出射光得到聚焦。這些都是舉例而并不構(gòu)成限制。
[0035]本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。該實(shí)施例的光源與圖2a所不的光源的區(qū)別在于，各激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光的出射方向不垂直于襯底的第一表面，而是向波長轉(zhuǎn)換層的方向傾斜。這樣的好處在于，能夠簡化反射裝置307的加工制造，使得反射裝置不需要呈楔形而只需要是一個(gè)平面。在本實(shí)施例中，使激發(fā)光向波長轉(zhuǎn)換層方向傾斜是通過使激發(fā)光源的準(zhǔn)直透鏡橫向偏移來實(shí)現(xiàn)的，下面具體的以激發(fā)光源304來舉例。激發(fā)光源304發(fā)出的激發(fā)光324首先經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡308來進(jìn)行準(zhǔn)直，根據(jù)光學(xué)知識可知，準(zhǔn)直透鏡308的位置向波長轉(zhuǎn)換層方向偏移，則經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡308準(zhǔn)直的光束就會(huì)向相同的方向偏移，該激發(fā)光324被平面的反射裝置307反射而入射于功能透鏡的外區(qū)。
[0036]在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡308被特別強(qiáng)調(diào)的畫了出來，在其它實(shí)施例中實(shí)際上準(zhǔn)直透鏡也可能存在，但由于并沒有必要強(qiáng)調(diào)這個(gè)細(xì)節(jié)而沒有畫出。值得注意的是，在其他實(shí)施例中沒有畫出準(zhǔn)直透鏡并不代表該準(zhǔn)直透鏡不能應(yīng)用于其它實(shí)施例。
[0037]在實(shí)際應(yīng)用中，除了偏移準(zhǔn)直透鏡來實(shí)現(xiàn)激發(fā)光的傾斜，還可以采用其它方法。例如，加工襯底的第一表面在各激發(fā)光源的安裝處為傾斜面，這樣激發(fā)光源本身就是傾斜的，其出射光自然也是傾斜的。
[0038]本實(shí)用新型的下一個(gè)實(shí)施例的光源的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。與本實(shí)用新型的第一實(shí)施例不同的是，位于波長轉(zhuǎn)換層401第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件不包括功能透鏡，該功能光學(xué)元件包括反光杯403。反光杯403具有相對的大口 403b和小口 403a，小口 403a面向波長轉(zhuǎn)換層401。
[0039]反射杯的工作原理在圖5中進(jìn)行專門解釋。在圖5中，從反光杯503的大口 503b入射的光并不能全部從反光杯503的小口 503a出射，這是符合光學(xué)中的“光學(xué)擴(kuò)展量守恒”原理的。入射于反光杯503的大口 503b的光具有第一角度范圍,在該角度范圍內(nèi)的光能夠穿過反光杯503而從反光杯的小口 503a出射，在該角度范圍外的光則不能穿過反光杯503。根據(jù)“光學(xué)擴(kuò)展量守恒”原理，光束在反光杯的大口和小口處的面積與發(fā)光立體角的乘積為常數(shù)，而小口 503a處無論是出射光還是入射光其發(fā)光角度最大為半角90度，因此由于大口503b的面積大于小口 503a，因此大口 503b處的光的角度范圍必定小于小口 503a處的正負(fù)90度，超出該角度范圍的光將無法通過該反光杯的系統(tǒng)。例如在圖5中，小角度光521可以直接穿過反光杯而不經(jīng)過任何反射，角度稍大的光線522則經(jīng)過一次反射而從反光杯的小口 503a出射出去,角度較大的光線523則在反光杯內(nèi)發(fā)生了多次反射后最終從反光杯的大口 503b又反射了回來而不能穿過反光杯。
[0040]因此在本實(shí)施例中，反光杯的第一角度范圍就是容許光線從小口出射的角度范圍。第一角度范圍分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，外區(qū)的角度大于內(nèi)區(qū)的角度。激發(fā)光源404發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)過反射鏡407反射后入射于反光杯403的大口 403b內(nèi)，其入射角度屬于反光杯的外區(qū)；這部分激發(fā)光會(huì)從反光杯的小口 403a出射并入射于波長轉(zhuǎn)換層401而產(chǎn)生受激光；受激光或受激光與沒有被吸收的剩余激發(fā)光的混合光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被反光杯的小口 403a所收集，收集到的所有光都從反光杯的大口 403b得以出射。這部分出射光按照角度不同分為兩部分:處于內(nèi)區(qū)的部分和處于外區(qū)的部分。本光源的光出口 406(在圖中表不為透鏡406 )位于反光杯光路后端，光出口的范圍覆蓋反光杯的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋反光杯的外區(qū)出射光的光通道。具體來說，內(nèi)區(qū)出射光的光通道指的是出射角較小的光通道，外區(qū)出射光的光通道指的是出射角較大的光通道。而光出口位于光軸的中心，所以它能夠選擇性的覆蓋從反光杯大口出射的某一個(gè)小角度范圍，因此可以通過控制光出口的大小(在本實(shí)施例中就是控制透鏡406的孔徑大小)來使得光出口對應(yīng)的角度范圍與反光杯的內(nèi)區(qū)的角度范圍相一致，光出口的范圍剛好覆蓋反光杯的內(nèi)區(qū)出射光的光通道，這樣就能夠使反光杯內(nèi)區(qū)部分的出射光得以從光出口出射。
[0041]本實(shí)施例與前述實(shí)施例的另一個(gè)不同點(diǎn)在于，激發(fā)光源404固定于整個(gè)光源的側(cè)面的另一個(gè)襯底409，它發(fā)出的激發(fā)光首先經(jīng)過反射鏡407的反射而得以調(diào)整方向。通過調(diào)整反射鏡407的空間角度，可以改變由它反射的激發(fā)光的方向。襯底409用于固定激發(fā)光源404并為其散熱，該襯底409可以與波長轉(zhuǎn)換層的襯底402組合成一個(gè)整體,這樣可以一體散熱。[0042]相比前面的實(shí)施例，在本實(shí)施例中使用反光杯取代了功能透鏡。其好處在于，由于入射于反光杯大口的激發(fā)光只要角度合適就一定能從反光杯的小口出射從而入射于波長轉(zhuǎn)換層的與小口所對應(yīng)的位置，這就有效避免了多個(gè)激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光在波長轉(zhuǎn)換層所形成的光斑過于分散的問題:只要控制多個(gè)激發(fā)光入射于反光杯的大口，這些激發(fā)光在波長轉(zhuǎn)換層上所形成的光斑一定都在反光杯的小口所對應(yīng)的范圍內(nèi)，同時(shí)這還有利于這些激發(fā)光在波長轉(zhuǎn)換層上形成均勻的光斑，這對波長轉(zhuǎn)換層的光轉(zhuǎn)換效率有很大的幫助。使用反光杯的另一個(gè)好處在于，從波長轉(zhuǎn)換層出射的光中大部分先經(jīng)過反光杯側(cè)壁的反射后再從大口出射，這個(gè)過程具有勻光和整形的效果，使得從大口出射的光更為均勻，且形狀與反光杯大口的形狀相同。一般來說，反光杯的大口和小口的形狀是相同的，例如都是圓形或長方形或正方形。這在實(shí)際中是非常有用的，例如在需要將光源發(fā)出的光聚焦于一個(gè)光纖束入口時(shí)，光纖束入口都是圓形的，此時(shí)使用具有圓形大口的反光杯的效率最高；而在投影顯示中，顯示芯片都是長方形的，例如長寬比為4:3或16:9的長方形，此時(shí)如果反光杯的大口為具有相同長寬比的長方形，此時(shí)的系統(tǒng)效率最高。
[0043]反光杯可以采用空心結(jié)構(gòu)，并在空心結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁鍍反射膜來實(shí)現(xiàn)；也可以采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，并保持其側(cè)壁光滑，這樣光線在其內(nèi)部傳播時(shí)會(huì)在側(cè)壁發(fā)生全反射。實(shí)心結(jié)構(gòu)的效率比空心結(jié)構(gòu)高，但是對裝配工藝的要求也更高。反光杯的截面邊緣可能是比較容易加工的直線，這對應(yīng)于圓臺(tái)或棱臺(tái)形狀的反光杯；反光杯的截面邊緣也可能使曲面，這對應(yīng)于復(fù)合拋物面或復(fù)合雙曲面集光器，這種集光器比圓臺(tái)或棱臺(tái)形狀的反光杯的效率更高但同時(shí)加工成本也更高。反光杯的形狀設(shè)計(jì)屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不做過多描述。反光杯可以緊貼波長轉(zhuǎn)換層安裝，這樣對波長轉(zhuǎn)換層出射光的光的收集效率最高；當(dāng)然反光杯也可以不與波長轉(zhuǎn)換層接觸，這樣雖然效率有所降低但是可能帶來其它的好處，例如在下面圖7所示的實(shí)施例中波長轉(zhuǎn)換層將發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)反光杯就不能與波長轉(zhuǎn)換層相接觸。
[0044]可以理解，在前面的實(shí)施例中，不同實(shí)施例有各自不同的特點(diǎn)，例如不同實(shí)施例中的激發(fā)光源的位置可能不同，功能光學(xué)元件可能不同，但是這些特點(diǎn)實(shí)際上是可以自由組合的，并不限于本實(shí)用新型實(shí)施例中的組合，本實(shí)用新型所列舉的實(shí)施例只是無限種組合中的幾個(gè)舉例而已。例如，在圖4所示的實(shí)施例中，激發(fā)光源也可以固定于襯底402上。
[0045]在上面實(shí)施例中，無論功能光學(xué)元件是功能透鏡還是反光杯，都存在內(nèi)區(qū)和外區(qū)，所不同的在于功能透鏡的內(nèi)區(qū)和外區(qū)是在透鏡表面的物理范圍的劃分，而反光杯的內(nèi)區(qū)和外區(qū)是反光杯能夠接收的一個(gè)特定角度范圍內(nèi)的光線角度的劃分，無論是哪一種劃分，都是把光通道分為兩個(gè)區(qū)而這兩個(gè)區(qū)起到不同的作用。前面提到內(nèi)區(qū)和外區(qū)的劃分實(shí)際上是人為設(shè)定的，其邊界線也未必如圖1b所示的那么規(guī)則、平滑。內(nèi)區(qū)和外區(qū)的設(shè)定規(guī)則是這樣的:波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光經(jīng)過功能光學(xué)元件出射，該光有一個(gè)光通道；設(shè)計(jì)光出口不要覆蓋所有的光通道，而是覆蓋光通道的中心的一部分(此處中心指的是空間位置上的中心或者角度上的中心)，它覆蓋的這部分光通道所對應(yīng)的功能光學(xué)元件的區(qū)域就是內(nèi)區(qū)，而剩余的沒有被光出口覆蓋的部分而被激發(fā)光的光路所覆蓋的部分就是外區(qū)。可見功能光學(xué)元件的內(nèi)區(qū)的范圍是由光出口的設(shè)計(jì)范圍來決定的。
[0046]舉例來說，圖9a表示了本實(shí)用新型有一個(gè)實(shí)施例的光源結(jié)構(gòu)示意圖，與圖1a的實(shí)施例相比，其區(qū)別僅在于兩個(gè)激發(fā)光源904和905位于光源出口 906的孔徑范圍內(nèi)，這樣該光源的光出口就不是整個(gè)孔徑906，而是孔徑906中的一部分。如圖9c所示，孔徑906中，陰影部分是激發(fā)光源904和905的投影，也就是說這部分光路被激發(fā)光源904和905擋住了，因此該光源的光出口是剩余的部分906b。該出光口 906b所對應(yīng)的功能透鏡903表面的區(qū)域如圖9b所示，是功能透鏡903表面上的區(qū)域903b，該區(qū)域903b就是內(nèi)區(qū)，剩余區(qū)域903al和903a2就是外區(qū)，外區(qū)903al用于接收激發(fā)光源904發(fā)出的激發(fā)光，外區(qū)903a2用于接收激發(fā)光源905發(fā)出的激發(fā)光。因此，在前面的描述中提到的“外區(qū)位于內(nèi)區(qū)的更遠(yuǎn)離于功能透鏡中心的外側(cè)”，是一個(gè)平均的概念，并不是外區(qū)的所有位置都位于內(nèi)區(qū)的所有位置的外側(cè)，而是平均來說外區(qū)距離功能透鏡中心的距離比內(nèi)區(qū)要遠(yuǎn)。同樣的，對于反光杯，“外區(qū)的角度大于內(nèi)區(qū)的角度”指的是平均來說外區(qū)的角度大于內(nèi)區(qū)的角度。
[0047]同樣道理，結(jié)合參考圖2a和圖3所對應(yīng)的實(shí)施例可知，圖9a中激發(fā)光源904和905也可以放置一個(gè)反射裝置，這樣激發(fā)光源可以與波長轉(zhuǎn)換層共用同一個(gè)襯底，激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光入射于反射裝置后被反射并入射于功能透鏡或反光杯。此時(shí)圖9c中孔徑906中的陰影部分就是反射裝置所遮擋住的部分，而其余沒有被遮擋的部分就是該光源的光出口。進(jìn)一步的，在這種情況下，反射裝置也可以使用分光濾光片，該分光濾光片能夠反射激發(fā)光同時(shí)透射波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的受激光。這樣受激光就能夠透射分光濾光片而從孔徑906中的陰影部分出射出來，這對光源的效率有一定幫助，但這并不影響本實(shí)用新型中對于光源光出口的定義，即雖然整個(gè)孔徑906都有光出射，但是光源光出口仍然是孔徑906中除去分光濾光片遮擋住部分以外的其它部分906b，因?yàn)橹挥羞@部分才可能有激發(fā)光出射。此時(shí)雖然使用了分光濾光片，但是比圖8中的結(jié)構(gòu)緊湊很多，而且從光出口出射的光會(huì)包含部分激發(fā)光成分。顯然這種情況也屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0048]在上面描述的實(shí)施例中，并沒有對波長轉(zhuǎn)換層有特殊的規(guī)定。實(shí)際上波長轉(zhuǎn)換層只起到吸收激發(fā)光并出射受激光的作用，而下面將針對一些特殊的應(yīng)用對波長轉(zhuǎn)換層進(jìn)行描述，這些特征或技術(shù)方案可以應(yīng)用于上面的任何一個(gè)實(shí)施例。
[0049]在實(shí)際應(yīng)用中，可能存在這樣的需求:一種波長轉(zhuǎn)換材料不能滿足使用者對光的要求，需要兩種甚至更多種波長轉(zhuǎn)換材料來形成波長轉(zhuǎn)換層。當(dāng)然最簡單的方法就是將不同的波長轉(zhuǎn)換材料混合在一起，但這可能帶來一個(gè)問題，就是不同波長轉(zhuǎn)換材料之間可能出現(xiàn)相互吸收的作用，例如紅色熒光粉會(huì)吸收綠色熒光粉發(fā)出的綠光。這樣當(dāng)然會(huì)嚴(yán)重的降低波長轉(zhuǎn)換層的光轉(zhuǎn)換效率。一種解決的方法是，如圖6a所示的，波長轉(zhuǎn)換層上被激發(fā)光照射的區(qū)域601內(nèi)包括至少兩個(gè)相鄰的子區(qū)域601a和601b，這兩個(gè)子區(qū)域所使用的波長轉(zhuǎn)換材料不同。這樣既可以同時(shí)使用至少兩種波長轉(zhuǎn)換材料，也可以避免它們之間發(fā)生相互的吸收。圖6a所示的例子中，兩個(gè)區(qū)域601a和601b代表兩種使用不同的波長轉(zhuǎn)換材料的區(qū)域，這兩種區(qū)域相互交叉排列。而圖6b中的兩個(gè)區(qū)域601a和602b表不了另一種排布方式?？梢岳斫猓挪挤绞胶芏?，此處不需要一一列舉。當(dāng)然應(yīng)用這種方法，也可以排布兩種以上種類的子區(qū)域。
[0050]在光源的實(shí)際應(yīng)用中，還存在這樣一種實(shí)際需求:需要光源出射光的顏色或色溫可調(diào)，即可以根據(jù)需要在不同的場合調(diào)節(jié)成不同的顏色或色溫。對這種需求，可以采用下面的方案予以解決:
[0051]在光源中還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)襯底帶動(dòng)波長轉(zhuǎn)換層移動(dòng)。如圖7所示，驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未畫出)帶動(dòng)襯底702和波長轉(zhuǎn)換層701沿左右方向平移。波長轉(zhuǎn)換層沿著該移動(dòng)的方向的成分有變化，這樣由于波長轉(zhuǎn)換層的成分變化，出射光的成分也將發(fā)生變化，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置控制波長轉(zhuǎn)換層的位置，就可以控制出射光的顏色或色溫。例如，波長轉(zhuǎn)換層701沿著從左到右的方向其所含有的黃色熒光粉越來越少，這樣當(dāng)使用藍(lán)色光激發(fā)時(shí)，通過調(diào)節(jié)波長轉(zhuǎn)換層的位置就可以控制出射光的色溫。具體來說，將波長轉(zhuǎn)換層向右調(diào)節(jié)，黃色熒光粉減少，剩余的激發(fā)光增多，故而出射光的色溫提高。另一個(gè)例子是，波長轉(zhuǎn)換層701沿著從左到右的方向黃色熒光粉的量不變，而紅色熒光粉的量增多，這樣隨著波長轉(zhuǎn)換層向右調(diào)節(jié)光源的出射光的紅色成分將增多，剩余的藍(lán)色光成分將減少。顯而易見，在這種情況下，可以結(jié)合圖6a和圖6b中的方法來增多紅色熒光粉的成分，例如增多紅色熒光粉子區(qū)域的面積比例。此處不做過多舉例，需要明確指出的是波長轉(zhuǎn)換層的成分變化，包括其中的材料變化，也包括各材料的比例的變化。
[0052] 以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光源，其特征在于: 包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對的第一面和第二面，所述波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的第一表面上，該表面對于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性； 還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件，功能光學(xué)元件包括功能透鏡，功能透鏡的表面分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，外區(qū)位于內(nèi)區(qū)的更遠(yuǎn)離于功能透鏡中心的外側(cè)； 還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光入射于功能透鏡的外區(qū)，并經(jīng)過該功能透鏡而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光或受激光與沒有被吸收的剩余激發(fā)光的混合光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被功能透鏡所收集； 還包括位于功能透鏡光路后端的光出口，光出口的范圍覆蓋功能透鏡的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋功能透鏡的外區(qū)出射光的光通道。
2.一種光源，其特征在于: 包括波長轉(zhuǎn)換層和襯底，波長轉(zhuǎn)換層包括相對的第一面和第二面，所述波長轉(zhuǎn)換層的第一面依附于襯底的第一表面上，該表面對于波長轉(zhuǎn)換層發(fā)出的光具有反射性； 還包括位于波長轉(zhuǎn)換層第二面一側(cè)的功能光學(xué)元件，功能光學(xué)元件包括反光杯，反光杯具有相對的大口和小口，小口面向波長轉(zhuǎn)換層；從所述反光杯的大口入射的光具有第一角度范圍，在該角度范圍內(nèi)的光能夠穿過反光杯而從反光杯的小口出射，在該角度范圍外的光則不能穿過反光杯；第一角度范圍分為內(nèi)區(qū)和外區(qū)，外區(qū)的角度大于內(nèi)區(qū)的角度； 還包括激發(fā)光源，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光以屬于外區(qū)的入射角度入射于反光杯的大口，并經(jīng)過該反光杯而聚焦于波長轉(zhuǎn)換層表面并激發(fā)波長轉(zhuǎn)換層而產(chǎn)生受激光；受激光或受激光與沒有被吸收的剩余激發(fā)光的混合光從波長轉(zhuǎn)換層的第二面出射并被反光杯所收集; 還包括位于反光杯光路后端的光出口，光出口的范圍覆蓋反光杯的內(nèi)區(qū)出射光的光通道且不覆蓋反光杯的外區(qū)出射光的光通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光源，其特征在于，激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光經(jīng)過反射裝置的反射而入射于功能光學(xué)元件的外區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源，其特征在于，所述反射裝置的空間位置和/或空間角度可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，所述激發(fā)光源固定于所述襯底的第一表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光源，其特征在于，所述至少兩個(gè)激發(fā)光源，該至少兩個(gè)激發(fā)光源圍繞所述波長轉(zhuǎn)換層排布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光源,其特征在于,各激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光的出射方向向波長轉(zhuǎn)換層的方向傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，還包括位于光出口的透鏡，該透鏡覆蓋整個(gè)光出口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層上被激發(fā)光照射的區(qū)域內(nèi)包括至少兩個(gè)相鄰的子區(qū)域，這兩個(gè)子區(qū)域所使用的波長轉(zhuǎn)換材料不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光源，其特征在于，還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述襯底帶動(dòng)波長轉(zhuǎn)換層移動(dòng)；波長轉(zhuǎn)換層沿著所述移動(dòng)的方向的成分有變化。
【文檔編號】F21V9/10GK203585861SQ201320667843
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】吳震 申請人:吳震