專利名稱：紫外生成的可見光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生成可見光的設(shè)備和方法，尤其是，涉及用紫外激光器或類似的 UV光源生成可見光的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
如今，諸如閃光燈(flashlight)或普通燈泡的光生成源，例如，使用傳統(tǒng)技術(shù)用 于生成光，可能包含白熾燈泡、或較新型的小型熒光燈、發(fā)光二極管(LED)等。這些技術(shù)手 段有諸多限制。例如，電源要求可以相對地高并且燈泡或二極管由于在正常使用中被損壞 或被燒毀，可以有相對短的壽命預期。再如，某些燈可以有復雜的結(jié)構(gòu)和使用危險的化學物 質(zhì)，諸如小型熒光燈。此外，產(chǎn)生的流明數(shù)量可以相對地有限。熒光在日常生活中最普通的應用是在熒光燈泡中，在美國，不少于15億只熒光燈 泡在運行。熒光燈的處境與白熾燈或產(chǎn)生熱的電燈相反。Thomas Edison(1847-1931)在 1879年首先研發(fā)成功的白熾燈，徹底改變了人類的生活，使天黑后在汽燈年代里不能進行 的一些活動成為可能。此外，白熾燈與熒光燈相比是非常低效的在白熾燈泡中，足有90% 的能量輸出經(jīng)過紅外區(qū)被浪費在熱上。與白熾燈泡消耗相同功率量的熒光燈泡，將產(chǎn)生約3到5倍多的光，這是通過使用 磷做到的，磷是當暴露于電磁能量中時發(fā)光的化學物質(zhì)(術(shù)語“磷”不應與“磷光”混淆磷 被用于熒光和磷光應用兩者中)。通常被涂覆于熒光燈的內(nèi)表面的磷，吸收由被激勵的汞原 子發(fā)射的紫外光。然后它再發(fā)射該紫外光，但在更長波長上，是作為可見光。多虧磷，熒光 燈釋放比白熾燈多得多的光，且這樣做時不產(chǎn)生太多的熱。因此，用于低成本高效益地有效地產(chǎn)生可靠的、安全的和亮的可見光的替代技術(shù)， 將是受燈生產(chǎn)工業(yè)歡迎的進步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足前述的需求并包含低成本高效益地和可靠地從UV光源產(chǎn)生可見光的 方法和設(shè)備。一方面，本發(fā)明包含通過一般地引導UV光到產(chǎn)生可見光的UV光反應性表面 上以產(chǎn)生可見光。該表面可以包括反射表面。相應地，本發(fā)明的另一個方面，公開一種用于生成可見光的設(shè)備。該設(shè)備包含被配 置成發(fā)射UV光的紫外(UV)光源、用于散射該UV光的UV光散射機構(gòu)和與該散射的UV光反 應以產(chǎn)生可見光的UV光反應性合成物。
按照本發(fā)明的再一個方面，提供一種用于從紫外(UV)光產(chǎn)生可見光的方法。該方 法包含從UV光源發(fā)射UV光的光束和把該光束散射到UV光反應性合成物上以產(chǎn)生可見光。本發(fā)明的更多特性、優(yōu)點和實施例可以被闡述或從下面的詳細描述、附圖和權(quán)利 要求書的考慮而明顯看到。此外，應當理解，以上本發(fā)明的概述和下面詳細的描述都是示例 性的并旨在提供進一步的解釋而不是限制如權(quán)利要求書所述的本發(fā)明的范圍。


為提供對本發(fā)明進一步的理解所包含的附圖，被結(jié)合進說明書且構(gòu)成該說明書的 一部分，這些附圖示出本發(fā)明的實施例并與詳細的描述一道起解釋本發(fā)明原理的作用。不 試圖展示比本發(fā)明的基本理解和可以實踐本發(fā)明的各種方式所必需的更詳細的本發(fā)明結(jié) 構(gòu)細節(jié)。在附圖中圖IA是按照本發(fā)明原理構(gòu)成的可見光生成裝置的實施例的例圖；圖IB是圖IA被標記“ 1B”的區(qū)域的分解視圖；圖IC是圖IA被標記“1B”的區(qū)域的分解視圖的另一個例圖，示出按照本發(fā)明原理 的激射的UV光束被反射在UV光反應性合成物表面上的功能特征；圖ID是按照本發(fā)明原理構(gòu)成的可見光生成裝置的另一個實施例的例圖；圖IE是按照本發(fā)明原理構(gòu)成的可見光生成裝置的另一個實施例的例圖；圖2是圖IA的可見光生成裝置從散射表面端觀看的端視圖；和圖3是流程圖，示出按照本發(fā)明原理執(zhí)行的示例性過程。
具體實施例方式應當理解，本發(fā)明不限于本文所描述的特定方法、協(xié)議等等，因為這些方法、協(xié)議 等等是可以隨本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員的認識改變的。還應當理解，本文所使用的術(shù)語僅被用 于描述具體實施例的目的，并不企圖限制本發(fā)明的范圍。還應指出，如在本文和在所附權(quán)利 要求書中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包含復數(shù)引用，除非行文另外明確指出。 由此，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員知道，例如引用“一個地址”是引用一個或多個地址及其等效地 址。除非另行定義，本文使用的所有技術(shù)的和科學的術(shù)語，與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般 技術(shù)人員通常所理解的意義相同。本發(fā)明的實施例及其各種特征和優(yōu)點細節(jié)，被更充分地 參照非限制性實施例和例子解釋，這些非限制性實施例和例子被描述和/或在附圖中示出 并在下面的描述中被詳細說明。應當指出，附圖中示出的特征不一定按比例畫出，并且，如 熟練的技術(shù)人員所認為的，即使本文沒有明確指出，一個實施例的特征，可以被其他實施例 采用。眾所周知的部件和處理技術(shù)的描述可以被省略，為的是不致不必要地遮蓋本發(fā)明的 實施例。本文使用的例子僅為便于理解可以實踐本發(fā)明的方式和進一步使本領(lǐng)域熟練技術(shù) 人員能實踐本發(fā)明的實施例。因此，本文這些例子和實施例不應被認為是對本發(fā)明的范圍 的限制，本發(fā)明的范圍僅被所附權(quán)利要求書和可用的法律規(guī)定。此外，應當指出，在遍及附 圖的幾個視圖中，相同的參考數(shù)字指相同的零件。如在本文被使用的，可見光一般被定義為 人類眼睛可辨別的光。然而，本發(fā)明可以有其他應用，這些應用一般從本公開中容易明白。圖IA是按照本發(fā)明原理構(gòu)成的可見光生成裝置實施例的例圖，該裝置一般以參
5考數(shù)字100表示。可見光生成裝置100包含具有第一部分110和第二部分115的主體105， 該第二部分115可以按普通圓柱體形狀被配置。紫外(UV)激光器125可以被用作UV光 的初始源并可以被配置成沿著第二部分115的范圍發(fā)射UV光譜范圍中激射的UV光的光束 “B”。UV激光器125可以是廉價的藍色二極管型和/或產(chǎn)生波長例如在約360到約480nm 之間光束的藍色激光器。該UV激光器125是相干光源的例子。該UV激光器125可以被 永久地或可移動地耦聯(lián)到第一部分110，或者代之以被永久地或可移動地耦聯(lián)到第二部分 115，只要該UV激光器被配置成一般沿第二部分的水平軸(給定如圖IA所示取向)發(fā)射光 束“B”，并被對準以便把該光束投射到散射機構(gòu)，諸如散射表面140上。該第一部分110可以被配置成有連接機構(gòu)135，該連接機構(gòu)135在圖IA中被作為 螺紋示出，用于把可見光生成裝置100連結(jié)到夾具上，諸如標準的家用燈插座、閃光燈或其 他永久的或可移動的燈夾具上。取決于應用，可以采用其他類型的連接機構(gòu)，例如凸緣式安 裝座(flange mount)。如有必要，電的連通性可以把UV激光器125連接到任何控制電子 學裝置130，或把137連接到功率源(未畫出)，諸如電池、AC電源等。控制電子學裝置130 和UV激光器125在一些實施例中可以是統(tǒng)一的部件。第二部分115可以一般按圓柱形狀被配置，有多個或一系列圍繞第二部分115外 周邊的環(huán)形凹槽120。在優(yōu)選實施例中，該第二部分115可以被構(gòu)造成適合透射UV光和/ 或可見光的桶形的實心塑料結(jié)構(gòu)，或者可以由或包含其他的UV光和/或可見光透射材料構(gòu) 成。凹槽120可以在至少一個表面上用UV光反應性合成物形成層(或者代之以浸漬)，該 UV光反應性合成物當被UV激光激勵時發(fā)射可見光。這種UV光反應性合成物可以包含磷或 磷的合成物、鋁或鋁的合成物、包含這些元素的合成物、或類似的在暴露于UV激光器光下 產(chǎn)生可見光的復合物和/或其他的反射合成物。這些UV熒光材料，或與UV光起反應的發(fā)光材料，可以從諸多來源獲得；一個 例子是New Jersey州Clifton的MiniScienceCorporation。該發(fā)光材料也可以在 ChemicalMorKdoOcom上經(jīng)由在線網(wǎng)站獲得，他們的發(fā)光材料產(chǎn)品的精品通稱為他們的 Luminescent Materials Collection。第二部分115還可以包含UV光散射表面140。該UV光散射表面可以被配置成向 后反射和散射UV激光光束“B”進入第二部分115的“桶”。圖2是從散射表面端觀看的光 生成裝置的端視圖。散射表面140的內(nèi)表面可以包含一系列圓形凹槽205，類似于第二部分 115中沿著桶長度的環(huán)形凹槽120，但圓形凹槽205可以被形成在基本上垂直于光束“B”取 向的平面中。該圓形散射凹槽140可以有角度和特征，以便使UV光束向后散射進入第二部 分115的桶中。圓形散射凹槽140的有角度的表面可以用UV光反射材料形成層或浸漬，以 反射和散射光束“B”，沿適當角度沿著第二部分115的桶照射，如由反射光束145所示。在 其他實施例中，可以采用凹槽的其他幾何圖形而不是如圖2中所示的圓形圖形。圖IB是圖IA中被標記“1B”的區(qū)域的分解視圖。該分解視圖“ 1B”示出有形成凹 槽的前面150和后面155的凹槽120的一般配置。被標記“C”的區(qū)域是形成在前面150和 后面155之間的凹槽的敞開區(qū)域。形成在前面155和參考線160(該參考線160沿著第二 部分115的范圍沿凹槽120最外面的峰對準)之間的角度“y”形成約30度的角度，但可以 變化。如先前所述，前面150可以用UV光反應性合成物形成層或浸漬，該UV光反應性合成 物當被UV激光激勵時發(fā)射可見光。
圖IC是圖IA中的被標記“1B”的區(qū)域的分解視圖的另一個例圖，示出按照本發(fā)明 原理的激射的UV光束被反射在UV光反應性合成物表面上的功能特征。圖IC示出前面150 和后面155(有多個前面和后面沿第二部分115形成)用激射的UV光145的被反射光束照 射前面150。前面150包括UV光反應性合成物152表面(諸如鋁和/或磷材料、反射合成 物等)，它可以是薄膜、涂層、形成層的涂敷、或一個或多個凹槽形成表面150的浸漬。結(jié)果 是，UV光反應性合成物表面的電子被充分激勵以導致可見光從前面150發(fā)射，大部分作為 可見光147離開前面150。尤其是，當被反射的UV光束照射任一前面時，該UV光束激勵磷 /鋁層的電子到達較高態(tài)并在隨后當返回較低態(tài)時發(fā)射光子。在一些應用中，該UV光反應 性合成物152可以有非常薄的厚度，或許達原子或分子級。發(fā)射的可見光可以相對于該UV 光反應性合成物沿任何方向發(fā)射。因為有多個散射凹槽140，UV激光器光束“B”可以一般地被均勻地向后反射和散 射進入第二部分115的桶，以致使UV激射的光在圍繞第二部分115整個周邊的多個凹槽 120上，照射多個前面150上的大量位置。結(jié)果是，可以在可見光生成裝置100周圍產(chǎn)生相 對強的可見光147的泛光，適合在許多應用中開發(fā)和使用，這些應用可能要求可見光源，諸 如閃光燈、室內(nèi)燈、汽車燈、街燈、電子裝置，如此等等?？梢姽馍裳b置100可以作為一個實心塊的(對UV)半透明或透明的塑料或其他 合適材料而被形成，由此建立對環(huán)境非常不敏感的，諸如幾乎不透潮濕的裝置。該UV激光 器125可以被制造成十分結(jié)實的部件，耐受惡劣的物理要求，包含沖擊、振動、極端溫度、壓 力變化，如此等等。電源要求也可以十分低。可見光輸出量可以與所采用的UV激光器的功 率和UV光反應性合成物的效率有關(guān)，但用適當選擇的組合可以取得非常高的可見光輸出。另一方面，如上所述，散射表面140的一些部分還可以用UV光反應性合成物形成 層或浸漬以發(fā)射可見光。在該雙重模式的實施例中，散射表面140起向后反射和散射UV光 進入第二部分115的桶的兩種作用以及它自身還可以起發(fā)射可見光的作用。第二部分115的桶形狀可以由透明或半透明塑料或類似的UV光透射材料制成。桶 端(諸如散射表面140)可以由相同類型的塑料或類似的UV光透射材料制成，并且在該表 面上還有呈圓形圖形的凹槽。最好是，第一部分110可以由與第二部分115相同的材料制 成，但第一部分110也可以由不同材料制成，如果該應用準許這種差別。圖ID是按照本發(fā)明原理構(gòu)成的可見光生成裝置的另一個實施例的例圖，該裝 置一般以參考數(shù)字200表示。圖ID的可見光生成裝置200除UV光源是UV發(fā)光二極管 (LED) 225外，類似于圖IA的可見光生成裝置。該UV發(fā)光二極管(LED) 225是非相干光源的 例子。圖IE是按照本發(fā)明原理構(gòu)成的可見光生成裝置的另一個實施例的例圖，該裝置 一般以參考數(shù)字300表示。圖IE的實施例可以類似于圖IA的實施例，但有些差別。該可 見光生成裝置300包含具有第一部分110和第二部分315的主體303，該第二部分315可以 被配置成一般的圓柱體形狀，有外表面310。該外表面310可以是形成第二部分315最靠外 的表面的表面，有一般地圍繞該第二部分的圓柱體的周邊。端部335可以是可移動地，諸如 通過螺紋被連結(jié)到，或永久地被連結(jié)到第二部分315。端部335可以用散射機構(gòu)，諸如形成 在它表面的至少之一上的散射凹槽340，按類似于圖2的方式構(gòu)造。仍然參照圖1E，該第二部分315可以用空心的內(nèi)部330構(gòu)造，該空心的內(nèi)部330可
7以用UV光散射機構(gòu)，諸如沿第二部分315的內(nèi)表面排列的散射凹槽320構(gòu)造。一方面，如 果采用UV光反應性合成物，例如在制造期間要求內(nèi)部表面的涂敷，那么端部315可以是可 移動的以便允許進入空心的內(nèi)部330，諸如便于對該內(nèi)部表面UV光反應性合成物的涂敷， 即涂敷在諸如空心的內(nèi)部330的一個或多個散射凹槽320的散射機構(gòu)上。UV光源305，諸如UV激光器或UV LED，可以被用作光的初始源，并可以被配置成沿 著第二部分315的范圍發(fā)射UV光譜范圍中的UV光的光束“B”。該UV光源305可以是廉價 的藍色二極管型和/或產(chǎn)生波長例如在約360到約480nm之間光束的藍色激光器。UV激 光器可以是相干光源的例子。UV光源305可以被永久地或可移動地耦聯(lián)到第一部分110， 或者代之以被永久地或可移動地耦聯(lián)到第二部分315，只要該UV光光源305被配置成一般 沿第二部分315的水平軸(給定如圖IE所示取向)發(fā)射光束“B”，并被對準以便使該光束 “B”投射到散射機構(gòu)，諸如散射機構(gòu)340上。光束“B”還可以與散射凹槽320至少部分地接 觸，這部分地取決于所采用的UV光源305的特征。第二部分315可以被構(gòu)造成適合透射UV光和/或可見光的桶形實心塑料結(jié)構(gòu)，或 可以由或包含其他適合光透射的材料構(gòu)造。空心的內(nèi)部330內(nèi)的散射凹槽320(以及散射 機構(gòu)340)可以在一個或多個散射凹槽320的至少一個傾斜的表面上用UV光反應性合成物 形成層、淀積、或代之以浸漬，如先前所述，該UV光反應性合成物當被UV光源激勵時發(fā)射可 見光。另外，該UV光反應性合成物可以被涂敷成薄膜。UV光散射機構(gòu)340可以被配置成向 后反射和散射UV激光束“B”進入第二部分315的“桶”。該散射機構(gòu)340可以包含在端部 335的內(nèi)表面上或外表面上的一系列圓形凹槽，類似于凹槽205(圖2)。圓形散射機構(gòu)340 凹槽140可以有角度和特征，以便使UV光束向后散射進入第二部分315的空心的內(nèi)部330。 散射機構(gòu)諸如散射凹槽320的可見光產(chǎn)生原理，以前已經(jīng)就圖IB描述過。在圖IE中參考 圖IB是參考圖IB中教導的原理，因為圖IB中凹槽的取向當被用作圖IE的一部分時可以 略有不同。光源125或315可以是或者相干UV光源或者非相干UV光源。UV激光器可以是相 干UV光源的例子。UV 二極管或UV LED可以是非相干光源的例子。圖3是流程圖，示出按照本發(fā)明原理執(zhí)行在步驟300開始的示例性過程。在步驟 305，UV光束可以被產(chǎn)生，例如，也許使用低供電的藍色激光器或者UV LED。光可以是相干 的或非相干的。在步驟310，UV光束可以被散射并被引向UV光反應性表面或合成物(例 如，如同就圖IA中所述的)。(在一些應用中，散射可能不是必需的，或至少是受限制的；更 確切地說，光束可以被直接引向反應性表面。)在步驟315，UV光反應性表面或合成物可以 被該UV光束激勵。在步驟320，被激勵的UV光反應性表面或合成物可以發(fā)射可見光。在可 選步驟325，對給定應用需要，可見光可以被聚焦。在步驟330，過程退出/停止。圖3的過程可以與商業(yè)產(chǎn)品，諸如閃光燈、燈、吊燈、裝飾燈、電子顯示器之類結(jié)合 使用。該過程及有關(guān)裝置用極小的功率而提供可觀的可見光?？梢姽獾牧靠梢耘c該UV光 源的尺寸/功率有關(guān)和/或與所利用的由該UV光源激勵的UV光反應性合成物的量有關(guān)。 本文的原理包含提供在第一波長(如UV波長)上的光源，該第一波長上的光被轉(zhuǎn)換為第二 波長(如可見光波長)上的光。此外，在一些應用中，UV熒光材料可以包含磷和至少一種 選自鎂、鍶、鈣和鋇之中的堿土金屬，以提供不同顏色的可見光。雖然本發(fā)明已就示例性實施例被描述，但那些本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認識到，本發(fā)明能夠以所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改而被實施。上面給出的這些例子僅是說 明性的，并不意味窮舉所有可能的設(shè)計、實施例、應用或本發(fā)明的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于生成可見光的設(shè)備，包括 紫外(UV)光源，被配置成發(fā)射UV光； UV光散射機構(gòu)，用于散射該UV光；和UV光反應性合成物，它對散射的UV光起反應以產(chǎn)生可見光。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光反應性合成物包括鋁或其他反應性合成物。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中該其他反應性合成物包含光反射合成物。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光反應性合成物包括磷合成物。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光反應性合成物包括鋁和磷。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光反應性合成物包括在有散射的UV光的情形下發(fā)射 可見光的物質(zhì)。
7.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括圓柱形單元，被配置成使該UV光源對準該圓柱形單元的 第一端，并被配置成在該括圓柱形單元的第二端有UV光散射表面，該被對準的UV光源向該 UV光散射表面瞄準。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中該圓柱單元包括空心的圓柱單元。
9.權(quán)利要求7的設(shè)備，還包括圍繞圓柱形單元的外表面環(huán)狀取向的多個凹槽，這些凹 槽有前面和后面。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中該前面和該后面中的至少之一包含該UV光反應性合成物。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該UV光反應性合成物在該前面和該后面中的至少之一上 形成層。
12.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該前面和該后面中的至少之一被用UV光反應性合成物涂覆。
13.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該前面和該后面中的至少之一被用UV光反應性合成物浸漬。
14.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括向該UV光源供電的電源。
15.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括使被發(fā)射的可見光聚焦的聚集機構(gòu)。
16.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光是藍色激光。
17.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該被發(fā)射的UV光的光束具有的波長在約360到約480nm 之間。
18.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光源是UV發(fā)光二極管(LED)。
19.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光源是相干的UV光源。
20.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該UV光源是非相干的UV光源。
21.一種用于從紫外(UV)光產(chǎn)生可見光的方法，該方法包括 從UV光源發(fā)射UV光的光束；和使該光束散射到UV光反應性合成物上以產(chǎn)生可見光。
22.權(quán)利要求21的方法，其中該發(fā)射步驟包含從UV激光器發(fā)射激射的光束。
23.權(quán)利要求21的方法，還包含使該UV光源與散射表面對準。
24.權(quán)利要求21的方法，還包括提供散射該UV光束的散射表面，以便使被散射的UV光 束照射該UV光反應性合成物。
25.權(quán)利要求21的方法，還包括使被產(chǎn)生的可見光聚焦的步驟。
26.權(quán)利要求21的方法，其中該發(fā)射步驟包含從UV發(fā)光二極管(LED)發(fā)射UV光束。
27.權(quán)利要求18的方法，其中該UV光反應性合成物包括反射合成物。
28.一種被配置成執(zhí)行權(quán)利要求21的步驟的裝置。
全文摘要
公開一種用于基于紫外(UV)光的可見光生成器的裝置和方法。該UV光源發(fā)射UV光的光束，該光束可以被散射到包含UV光反應性材料的表面上，該UV光反應性材料當被散射的UV光激勵時產(chǎn)生可見光。該UV光可以是相干的或非相干的光。
文檔編號F21V7/04GK102077015SQ200980123828
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者馬里奧·W·卡爾杜洛 申請人:馬里奧·W·卡爾杜洛