專利名稱：基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光源模塊，尤其涉及基于熒光粉激發(fā)的光源模塊，特別是借助元件組合使出射光更純的光源的改進結構。
背景技術：
自二十世紀九十年代初以來，隨著以InGaAlP和InGaN為主的新一代半導體光電子材料迅速發(fā)展，各種高功率高亮度的紅、黃、藍、綠、紫外以及白光等LED光源紛紛涌現，層出不窮，在各種顯示和照明領域得到了越來越廣泛的應用。
獲得各種顏色光源(尤其白光光源)的方法除了采用相應顏色發(fā)光二極管外，還可以采用的主要技術方案有RGB混光和熒光轉換兩種。其中，熒光轉換方案利用來自其它光源(例如但不限于LED芯片)的發(fā)射光來激發(fā)使熒光粉產生較長波長的光。例如，日本曰亞公司(Nichia)的白光LED專利，公開了利用470納米藍光LED芯片來激發(fā)黃色YAG熒光粉發(fā)出白光的技術方案。該方案結構簡單、制造成本低、產品具有很強的實用性。
現有技術中采用熒光轉換方案的光源一般所具有的結構是將熒光粉涂覆在發(fā)光源(尤其是發(fā)光芯片)上，例如申請?zhí)枮?00420084479的中國專利申請所公開的方案。其不足之處在于由于發(fā)光芯片產生的熱量越大，對熒光粉的激發(fā)效率影響越大。這樣，隨著激發(fā)光功率的提高，熒光粉的激發(fā)效率將呈下降趨勢，從而造成受激發(fā)射的光功率隨著激發(fā)光功率的提高增長到一定程度后，反而會隨著激發(fā)光功率的繼續(xù)提高而出現下降現象。
針對上述問題，申請?zhí)枮?005100720291的中國專利申請公開了 一種由熒光轉換獲得白光的方案，將熒光粉涂布在一反射鏡上，從而與發(fā)光二極管分離，利用該反射鏡使得熒光粉被激發(fā)出的光通過反射由預定出射面射出。該方案中，熒光粉因不受二極管芯片發(fā)熱的影響，可以提高較大激發(fā)光功率下的光轉換效率。其不足之處在于隨著光源技術的繼續(xù)發(fā)展，光源輸出亮度和功率越來越高，該結構因忽略了熒光粉本身所積聚熱能對大激發(fā)光功率下光轉換效率的影響，限制了光源光轉換效率的進一步提高。
美國專利US 7, 196, 354B1公開了又一種方案，如圖la或lb所示將熒光粉3緊貼一導熱域4,使熒光粉本身所產生的熱能無法積聚，既提髙了光轉換效率，又有利于延長熒光粉使用壽命。同時該專利還指出可在激發(fā)光源1與熒光粉3之間增加一濾光片，用來透過預定波長的光線，同時反射其它非預定波長的光線；這樣，可以使向激發(fā)光源散射的受激發(fā)光得到利用而進一步提高光源效率。
上述現有技術的不足之處在于雖然美國專利US 7,196,354B1所公開的方案能最大限度地提高光源效率，但該專利所公開的光源結構中，射到所述熒光粉上未被吸收利用的激發(fā)光可以通過直射(如圖la所示)或反射(如圖lb所示)由光源的出射面射出，從而不利于提高光輸出純度
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提出一種改進的光源結構，便于提高熒光粉光轉換效率的前提下，獲得高純度的輸出光。
為解決上述技術問題，本實發(fā)明的基本構思為改進光源結構，調整元件組合的分布，使受激發(fā)光可被導向光源出射面，同時將未被熒光粉利用的激發(fā)光大部分導向其它地方，從而在同等熒光粉材料的條件下，可以獲得更純的輸出光。
作為實現本發(fā)明構思的技術方案是，提供一種基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，包括激發(fā)光源、受激材料和導熱襯底，所述受激材料緊貼在所述導熱襯底上；還包括分光濾光片，尤其是，所述激發(fā)光源面對所述分光濾光片，使激發(fā)光線斜射向該分光濾光片；所述受激材料大致正迎向由該分光濾光片引導來的所述激發(fā)光線。
上述方案中，所述分光濾光片設置在所述激發(fā)光源和所述受激材料之間，以穿透方式將所述激發(fā)光線導往所述受激材料，同時以反射方式將所述受激材料的受激發(fā)光導往該光源的光出射面。
上述方案中，所述激發(fā)光源的光出射面與所述受激材料所在的平面大致平行，與所述
5分光濾光片所在的平面大致呈45度傾角。
上述方案中，所述激發(fā)光源的光出射面和所述受激材料設置在所述分光濾光片的同一側，各自所在的平面兩兩相交，從而所述分光濾光片以反射方式將所述激發(fā)光線導往所述受激材料，同時以穿透方式將受激材料的受激發(fā)光導往該光源的光出射面。
上述方案中，所述激發(fā)光源光出射面和所述受激材料所在的平面大致正交，分別與所述分光濾光片所在的平面大致呈45度夾角。
上述方案中，還包括導熱反射鏡，介于所述受激材料與導熱襯底之間。
上述方案中，還包括透明導光介質，設置在所述分光濾光片的一側或兩側。
上述方案中，還包括轉盤(5),所述導熱襯底(4)固定在該轉盤(5)上或者為該轉盤盤面的一部份。所述導熱襯底(4)上以所述轉盤(5)的轉軸(52)為中心，沿圓周分區(qū)域分布至少兩種受激材科Ol、 32 )。
從而便于所述光源的均勻混色設計。
采用上述各技術方案，光源在提高大激發(fā)功率下的熒光粉光轉換效率的同時，可以輸出更純的光，從而滿足特定場合下對光純度的要求，且所采用的結構具有實現簡單、低成本的優(yōu)點。
附圖
i兌明 圖la和lb是現有光源的結構示意圖2a和2b是本發(fā)明光源實施例之一的結構原理示意3是圖2實施例獲得綠光的有關光譜示例圖，
其中曲線al表示分光濾光片的光譜，曲線a2表示激發(fā)光的光譜，曲線a3表示受激發(fā)光的光譜；
圖4是圖2實施例獲得紅光的有關光譜示例圖，
其中曲線bl表示分光濾光片的光譜，曲線b2表示激發(fā)光的光譜，曲線b3表示受激發(fā)光的光譜；
圖5是本發(fā)明光源實施例之二的結構原理示意圖；圖6是圖5實施例獲得紅光的有關光譜示例圖，
其中曲線cl表示分光濾光片的光譜，曲線c2表示激發(fā)光的光譜，曲線c3表示受激發(fā)光的光譜；
圖7是圖2實施例結構的改進結構原理示意圖；上述各圖中的標號為1_—激發(fā)光源；2__分光濾光片；3—一受激材料/受激材料層；31—一第一受激材料；32—一第二受激材料；4一一導熱襯底；5 — 一轉盤；52_ —轉盤軸；6—_透明導光介質。
具體實施方式
下面，結合附圖所示之最佳實施例進一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明光源至少包括激發(fā)光源1和受激材料3，以及導熱襯底4;所述受激材料3緊貼在該導熱襯底4上，從而所積聚的熱量得到及時傳導和擴散。為了使光輸出定向傳導且具有較高純度，本發(fā)明光源還包括一分光濾光片2,使所述激發(fā)光源1面對該分光濾光片2，從而激發(fā)光線斜射向該分光濾光片2，同時將所述受激材料3設置成大致正迎向由該分光濾光片2引導來的激發(fā)光線(也就是指所述受激材料3構成的平面大致正交于該激發(fā)光線的主光軸)。
根據所選擇分光濾光片2的光學特性，本發(fā)明包括兩個最佳實施例。實施例之一如圖2a所示，所述分光濾光片2設置在所述激發(fā)光源1和所述受激材料3之間，以穿透方式將所述激發(fā)光線導往所述受激材料3，同時以反射方式將所述受激材料3的受激發(fā)光導往該光源的光出射面。
圖2b是圖2a的一個特例，所述激發(fā)光源1的光出射面與所述受激材料(3)所在的平面大致平行，與所述分光濾光片2所在的平面大致呈45度傾角。這樣可以最大限度的減少受激發(fā)光被分光濾光片反射回受激材料，進而以最高的效率將受激發(fā)光導往光出射面。
圖3為上述實施例的相關光譜示例圖以曲線al表示所述分光濾光片2的光譜，其具有可透藍光特性；曲線a2表示激發(fā)光的光譜，為藍光；曲線a3表示受激發(fā)光的光譜，例如選擇綠光，使用(但不限于是)Intematix公司的G3560"熒光粉。利用該分光濾光片2的波長選通特性，所述綠光受激發(fā)光由于大部分波長大于500納米，投射到所述分光濾光片2上的將大部分被以反射方式導往該光源的光出射面；同時所述藍光激發(fā)光將以穿透方式被導射到熒光粉上。這樣，通過分光濾光片2的作用，傳統方式下未被利用的受激發(fā)光幾乎都可以經過多次的反射而最終由該光源的光出射面射出。
圖4為利用上述實施例產生紅光的相關光譜示例圖，其中曲線bl表示所述分光濾光片2的光譜，曲線b2表示激發(fā)光的光譜，曲線b3表示受激發(fā)光的光譜；則僅改變所述熒光粉為(但不限于如)Intematix公司的05742 熒光粉，發(fā)紅光。所述紅光受激發(fā)光將被所述分光濾光片2全部反射往光源的光出射面。利用該實施例，無疑可以得到利用率更高、純度更純的光輸出。
本發(fā)明光源結構的最佳實施例之二如圖5所示所述激發(fā)光源3的光出射面和所述受激材料3設置在所述分光濾光片2的同一側，各自所在的平面兩兩相交，從而所述分光濾光片2以反射方式將所述激發(fā)光線導往所述受激材料3,同時以穿透方式將受激材料3的受激發(fā)光導往該光源的光出射面。在該圖中，所述激發(fā)光源3光出射面和所述受激材料3所在的平面大致正交，分別與所述分光濾光片2所在的平面大致呈45度夾角，同樣可以起到最大效率地利用光線的作用。該特例并不限定本發(fā)明光源結構可以根據實際需要調整上述相關平面之間的夾角為其它角度。 '
圖6為該實施例的相關光譜示例圖以曲線cl表示所述分光濾光片2的光譜，其具有可透紅光特性；曲線c2表示激發(fā)光的光譜，為藍光；曲線c3表示受激發(fā)光的光譜，例如選擇紅光。所述紅光受激發(fā)光由于波長大于550納米，投射到所述分光濾光片2上后將以穿透方式導往該光源的光出射面，而所述藍光激發(fā)光將以反射方式被導射到熒光粉上。
上述各實施例中，所述激發(fā)光源l可以是點光源，也可以是面光源(例如但不限于LED光源)。若是點光源，則所述激發(fā)光源的光出射面是指與該點光源光軸線正交的平面。
為了保證受激發(fā)光線的利用率，本發(fā)明各實施例結構中還可以包括導熱反射鏡，介于所述受激材料3與導熱襯底4之間。該導熱反射鏡可以是所述導熱襯底4的磨光表面，還可以是基于所述導熱襯底4的鍍膜；所述受激材料3涂覆或粘覆在該導熱反射鏡上。所述導熱反射鏡或導熱襯底4在室溫下的導熱率最好大于10 W/(m.K)(瓦/米*開氏度)，可以采用金屬(例如但不限于鋁)或導熱陶瓷。
8為了進一步減小光的損失，本發(fā)明光源還可以在上述各實施例中，在所述分光濾光片的一側或兩側，增加透明導光介質，對所述激發(fā)光或受激發(fā)光進行傳導。僅(但不限于)以圖2b及圖5中虛線所示的透明導光介質7為例，可以使用三棱玻璃柱，以一側面緊貼所述分光濾光片2，另一側面緊鄰所述激發(fā)光源1的光出射面或受激材料3，在光線的傳輸過程中起到光波導的作用。
本發(fā)明還可以基于上述各實施例進行結構改進，如以圖7為例。在本光源結構中增設一個轉盤5,用來承載所述導熱襯底4 (將該導熱襯底4固定在該轉盤5上或者設置為該轉盤盤面的一部份)。這樣， 一方面在帶有排風扇的光源系統中，使該導熱襯底旋轉便于散熱均勾；另一重要的方面是，以轉軸為中心，在所述導熱襯底4上沿圓周分區(qū)域分布至少兩種受激材料(31、 32)，可以便于光源的混色設計考慮到現有技術中此類應用的熒光粉具有極短的響應時間，可以認為隨著轉盤旋轉，激發(fā)光照射到不同的受激發(fā)光材料，可以得到不同顏色的受激發(fā)光。選擇合適的可以同時反射這兩種受激發(fā)光的分光濾光片2(并不排除對于不同的受激材料使用不同的優(yōu)化的分光濾光片的可能性)，則在不同時刻，被該分光濾光片2同一位置反射的受激發(fā)光顏色不斷輪換，可以達到均勻混色的目的。
實際上，以均勾混色為目的，在所述熒光粉積聚熱量不多的場合(例如光功率輸出較小的場合)下，所述光源還可以采用現有技術與轉盤相結合，將熒光粉涂覆在透明轉盤上，以透射方式來實現混色。因非本發(fā)明重點，不作更多闡述。
權利要求
1. 一種基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，包括激發(fā)光源(1)、受激材料(3)和導熱襯底(4)，所述受激材料(3)緊貼在所述導熱襯底(4)上；還包括分光濾光片(2)，其特征在于所述激發(fā)光源(3)面對所述分光濾光片(2)，使激發(fā)光線斜射向該分光濾光片(2)；所述受激材料(3)大致正迎向由該分光濾光片(2)引導來的所述激發(fā)光線。
2. 根據權利要求l所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于-.所述分光濾光片(2)設置在所述激發(fā)光源(3)和所述受激材料(3)之間，以穿 透方式將所述激發(fā)光線導往所述受激材料(3)，同時以反射方式將所述受激材料(3) 的受激發(fā)光導往該光源的光出射面。
3. 根據權利要求2所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于所述激發(fā)光源(1)的光出射面與所述受激材料(3)所在的平面大致平行，與所述 分光濾光片(2)所在的平面大致呈45度傾角。
4. 根據權利要求l所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于所述激發(fā)光源(1)的光出射面和所述受激材料(3)設置在所述分光濾光片(2) 的同一側，各自所在的平面兩兩相交，從而所述分光濾光片(2)以反射方式將所述激 發(fā)光線導往所述受激材料(3)，同時以穿透方式將受激材料(3)的受激發(fā)光導往該光 源的光出射面。
5. 根據權利要求4所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于所述激發(fā)光源(1)光出射面和所述受激材料(3)所在的平面大致正交，分別與所 述分光濾光片(2)所在的平面大致呈45度夾角。
6. 根據權利要求l所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于所述激發(fā)光源(1)為面光源結構。
7. 根據權利要求l所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于還包括導熱反射鏡，介于所述受激材料(3)與導熱襯底(4)之間。
8. 根據權利要求7所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于所述導熱反射鏡為所述導熱襯底(4)的磨光表面，或為基于所述導熱襯底(4)的 鍍膜；所述受激材料(3)涂覆或粘覆在該導熱反射鏡上。
9. 根據權利要求1 5任一項所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于還包括透明導光介質(6),設置在所述分光濾光片(2)的一側或兩側。
10. 根據權利要求9所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源，其特征在于結構所述透明導光介質(6)為三棱玻璃柱，以一側面緊貼所述分光濾光片(2)。
11. 根據權利要求l所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源，其特征在于結構還包括轉盤(5),所述導熱襯底(4)固定在該轉盤(5)上或者為該轉盤盤面的一 部份。
12. 根據權利要求ll所述基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，其特征在于所述導熱襯底(4)上以所述轉盤(5)的轉軸(52)為中心，沿圓周分區(qū)域分布至 少兩種受激材料(31、 32)。
全文摘要
一種基于熒光粉提高光轉換效率的光源結構，包括激發(fā)光源(1)、受激材料(3)和導熱襯底(4)，所述受激材料(3)緊貼在所述導熱襯底(4)上；還包括分光濾光片(2)，尤其是，所述激發(fā)光源(1)面對所述分光濾光片(2)，使激發(fā)光線斜射向該分光濾光片(2)；所述受激材料(3)大致正迎向由該分光濾光片(2)引導來的所述激發(fā)光線。在所述受激材料(3)與導熱襯底(4)之間，增加一導熱反射鏡可以提高受激發(fā)光的利用率。所述導熱襯底(4)還可以被固定在一轉盤(5)上進行混光處理。采用本發(fā)明，提高光源效率的同時，具有實現結構簡單、低成本的優(yōu)點。
文檔編號F21Y101/02GK101498401SQ20081006522
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權日2008年1月29日
發(fā)明者屹 李, 毅 楊 申請人:繹立銳光科技開發(fā)(深圳)有限公司