專利名稱：基于光波長轉(zhuǎn)換的光源及其二次激發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶光波長轉(zhuǎn)換材料的照明裝置，尤其涉及所述照明裝置的光激發(fā)方法及結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于光波長轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生白光因具有高效、低成本的優(yōu)勢，已成為現(xiàn)有光源提供白光或單色光的主流技術(shù)?，F(xiàn)有光波長轉(zhuǎn)換材料包括熒光粉、發(fā)光染料或納米發(fā)光材料。以熒光粉為例，美國專利US 5，998，925公開了一種使用YAG熒光粉和藍(lán)色發(fā)光體來生成白光的技術(shù)方案，其中藍(lán)光發(fā)光體用作為激發(fā)光源，YAG熒光粉吸收一部分藍(lán)光，所受激發(fā)得到的黃光與剩余的藍(lán)光混合生成白光。該方案所實(shí)現(xiàn)的白光具有非常高的效率。美國專利或?qū)＠暾圲S6, 685，852 Bi、US6, 294，800 Bl 和 US 6，844，671 中分別提到一種以UV LED(紫外光LED)為激發(fā)光源來生成白光的方法。由于紫外光為非可見光， 因此將多種可被紫外光(UV光)激發(fā)產(chǎn)生不同受激發(fā)光的熒光粉相混合，利用被激發(fā)出的不同色光來混合生產(chǎn)白光。該方案所實(shí)現(xiàn)的白光具有較高的顯色指數(shù)，但熒光粉之間的相互吸收制約了光源的發(fā)光效率。美國專利US6，469，322B1公開了一種可被UV光激發(fā)產(chǎn)生綠光的綠色熒光粉。與此同時，針對發(fā)光染料或納米發(fā)光材料的研發(fā)也在發(fā)展中，各種新材料不斷出現(xiàn)。上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于各種光波長轉(zhuǎn)換材料的光轉(zhuǎn)換效率與激發(fā)光相關(guān)，例如，率先使用于PDP可被UV光激發(fā)產(chǎn)生紅(R)、綠(G)、藍(lán)⑶光的現(xiàn)有熒光粉中，除了藍(lán)色熒光粉，例如(Sr，Ba, Ca, Mg) 5 (PO4) 3C1 :Eu可以使用400nm左右的近紫外光來激發(fā)外，其余熒光粉都必須使用深紫外光來激發(fā)。而現(xiàn)有用來提供激發(fā)光的發(fā)光體，尤其是固態(tài)光源，的發(fā)光效率又與發(fā)光波長相關(guān)例如，根據(jù)專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站(光電新聞網(wǎng))所公開的數(shù)據(jù)，藍(lán)紫光半導(dǎo)體發(fā)光體IrixGai_xN的效率如圖1所示，發(fā)光的效率峰值所對應(yīng)的光波長約為 420nm左右，進(jìn)入深紫外波段后的發(fā)光效率則快速下降。對于現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光源來說，一般近紫外波段390nm 410nm的發(fā)光效率最為高效，但此波段的光顯然不宜用來激發(fā)多數(shù)的現(xiàn)有UV熒光粉。雖然近年來已經(jīng)加快研發(fā)可被所述波段近紫外光激發(fā)的UV熒光粉，但目前已獲知的UV熒光粉(除藍(lán)色熒光粉外)不是激發(fā)效率不高，就是熒光粉本身熱穩(wěn)定性不好。而效率和熱穩(wěn)定性俱佳的熒光粉，例如YAG:Ce熒光粉或LuAG = Ce熒光粉，卻又不能被近紫外光激發(fā)。因此，半導(dǎo)體高效出射光與熒光粉高效吸收光之間的波段不匹配限制了現(xiàn)有白光光源光效率的進(jìn)一步提高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提出一種光源及方法，來低成本地提高白光或單色光的產(chǎn)生效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思為基于現(xiàn)已有可被藍(lán)光高效激發(fā)的第一類光波長轉(zhuǎn)換材料，例如YAG熒光粉或LuAG熒光粉，以及可被近紫外光高效激發(fā)的第二類光波長轉(zhuǎn)換材料，例如藍(lán)色熒光粉，且所述兩類光波長轉(zhuǎn)換材料的光轉(zhuǎn)換作用既高效又穩(wěn)定；若以該兩類光波長轉(zhuǎn)換材料為例并結(jié)合之，先使用近紫外光來激發(fā)第二類光波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生藍(lán)光，再使用該藍(lán)光來激發(fā)相應(yīng)的第一類光波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生各種單色光，應(yīng)可以高效高效獲得所要的單色光或若干單色光的混合光。作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)方案是，提供一種基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，包括提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源，吸收該激發(fā)光并激發(fā)出具有第二峰值波長的光的第一光波長轉(zhuǎn)換材料；尤其是，還包括吸收該具有第二峰值波長的光并激發(fā)出具有第三峰值波長的受激發(fā)光的第二光波長轉(zhuǎn)換材料。具體地說，上述方案中，所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料與所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料或者分層疊置在一起，或者同層混雜在一起。當(dāng)分層疊置時，光源還可以包括介于該第一光波長轉(zhuǎn)換材料和第二光波長轉(zhuǎn)換材料之間的濾光片，用來透射所述具有第二峰值波長的光及反射所述受激發(fā)光。所述激發(fā)光源為UV LED或UV激光，所述第一峰值波長的可選范圍為 200nm 420nm ；所述第二峰值波長的可選范圍為420nm 480nm。所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料與所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料覆蓋在所述激發(fā)光源的發(fā)光面上。上述各方案中的光源還包括可反射具有所述第一峰值波長的激發(fā)光的濾光片；所述激發(fā)光源和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料在該濾光片的同一側(cè)，從而阻止該激發(fā)光進(jìn)入該濾光片的另一側(cè)。具體說來，所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料包括BaMg2Al16O27 Eu2+、(Sr, Ba, Ca, Mg) 5 (PO4) 3C1 Eu2+ 或 BaMgAlltlO17Eu2+。所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料包括(Y，Lu，Se, La, Gd，Sm) 中的至少一種，同時包括Al，Ga, In中的至少一種，并摻雜Ce作為發(fā)光中心。進(jìn)一步地，該第二光波長轉(zhuǎn)換材料可以表達(dá)為Y3-AAl5O12: Ce，其中0 < = χ < = 3，M為Lu，Se，La，Gd， Sm中的一種。具體地，該第二光波長轉(zhuǎn)換材料包括Y3Al5O12 = Ce或Lu3Al5O12Ce。所述光源還包括與所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料相混合的散射顆粒，例如但不限于氧化鈦或氧化鋁顆粒。更進(jìn)一步，上述各方案中的光源還包括帶動所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料與所述激發(fā)光源處于相對運(yùn)動中的運(yùn)動臺及其伺服裝置。上述方案中，還包括反光片，所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料和第二光波長轉(zhuǎn)換材料在該反光片的同一側(cè)迎向所述激發(fā)光；以及一斜設(shè)在所述激發(fā)光的光路上用來分離受激發(fā)光的分光濾光片。進(jìn)一步地，還包括可透射所述激發(fā)光和受激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長的光的第一濾光片；所述第一、二光波長轉(zhuǎn)換材料被置在該第一濾光片和所述反光片之間?；?，上述方案中，還包括可透射所述激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長或/和第三峰值波長的光的第一濾光片，用來隔離所述激發(fā)光源和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料。進(jìn)一步可包括可透射具有所述第三峰值波長的光及反射所述激發(fā)光的第二濾光片；所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料和第二光波長轉(zhuǎn)換材料被置在所述第一濾光片和該第二濾光片之間。該第二濾光片還或者透射或者反射具有所述第二峰值波長的光。更進(jìn)一步，該第二濾光片還透射具有第四峰值波長的光；一用來提供具有所述第四峰值波長的激發(fā)光的第二激發(fā)光源在該第二濾光片的一側(cè)，將具有所述第四峰值波長的激發(fā)光射往異側(cè)介于第一濾光片和第二濾光片之間的光波長轉(zhuǎn)換材料；所述光波長轉(zhuǎn)換材料還包括吸收所述具有第四峰值波長的光并激發(fā)出預(yù)定峰值波長的受激發(fā)光的第三光波長轉(zhuǎn)換材料。或，上述方案中，光源還包括一用來提供具有第四峰值波長的激發(fā)光的第二激發(fā)光源，與所述提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源隔著光波長轉(zhuǎn)換材料相對；所述光波長轉(zhuǎn)換材料還包括吸收所述具有第四峰值波長的光并激發(fā)出預(yù)定峰值波長的受激發(fā)光的第三光波長轉(zhuǎn)換材料。進(jìn)一步地，上述方案的光源還包括一分光濾光片，斜設(shè)在所述具有第四峰值波長的激發(fā)光的光路上，用來將具有第三或/和第二峰值波長的光分離往光源的光輸出口。上述各方案中，所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料以各種所述濾光片或反光片為依托進(jìn)行粘附或依次進(jìn)行粘附。該所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料所在層與該層上方或下方相鄰的所述濾光片或反光片之間可以存在空氣隙。上述各方案中，所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料對所述具有第一峰值波長的光的最大吸收率小于該第二光波長轉(zhuǎn)換材料對該具有第二峰值波長的光的最大吸收率的50%或 30%。作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思的技術(shù)方案是，提供一種二次激發(fā)方法，用于基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，包括步驟引入具有第一峰值波長的光用作為激發(fā)光；設(shè)置第一光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述激發(fā)光以受激產(chǎn)生具有第二峰值波長的光； 尤其是，還包括步驟設(shè)置第二光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述具有第二峰值波長的光以受激產(chǎn)生具有第三峰值波長的受激發(fā)光。上述方案中，還包括步驟設(shè)置一可反射激發(fā)光的濾光片，將來自激發(fā)光源的所述激發(fā)光和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料設(shè)置在該濾光片的同一側(cè)，來阻止未被吸收的激發(fā)光進(jìn)入該濾光片的另一側(cè)?；?，包括步驟設(shè)置使所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料處于與所述激發(fā)光源的相對運(yùn)動中?；?，包括步驟設(shè)置可透射所述激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長或第三峰值波長的光的第一濾光片，激發(fā)光從該第一濾光片的一側(cè)透射往另一側(cè)的所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料。進(jìn)一步包括步驟設(shè)置一可透射具有所述第三峰值波長的光及反射所述激發(fā)光的第二濾光片；將所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料和第二光波長轉(zhuǎn)換材料設(shè)置在所述第一濾光片和該第二濾光片之間。該第二濾光片或者透射或者反射具有所述第二峰值波長的光?；颍ú襟E引導(dǎo)具有第四峰值波長的激發(fā)光用作為第二激發(fā)光；設(shè)置第三光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述第二激發(fā)光以受激產(chǎn)生具有預(yù)定峰值波長的光。進(jìn)一步地，所述第四峰值波長為第二峰值波長，第三光波長轉(zhuǎn)換材料為第二光波長轉(zhuǎn)換材料。采用上述各技術(shù)方案的光源，具有易于實(shí)現(xiàn)、低成本及其所帶來的性價比高之優(yōu)點(diǎn)ο


圖1示意了現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光體發(fā)光效率與發(fā)光波長之間的關(guān)系曲線；圖2示意了本發(fā)明光源的工作原理；圖3示意了本發(fā)明光源的實(shí)施例結(jié)構(gòu)之一；圖4示意了本發(fā)明光源的實(shí)施例結(jié)構(gòu)之二 ；圖5示意了本發(fā)明光源的實(shí)施例結(jié)構(gòu)之三；圖6示意了本發(fā)明光源的實(shí)施例結(jié)構(gòu)之四；圖7示意了本發(fā)明光源的實(shí)施例結(jié)構(gòu)之五；
圖8示意了現(xiàn)有一種藍(lán)色熒光粉的吸收譜和發(fā)射譜；圖9示意了現(xiàn)有一種黃色熒光粉的吸收譜和發(fā)射譜；圖10示意了現(xiàn)有一種綠色熒光粉的吸收譜和發(fā)射譜；圖11示意了現(xiàn)有一種紅色熒光粉的吸收譜和發(fā)射譜；圖12示意了圖4結(jié)構(gòu)的改進(jìn)實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在本發(fā)明中，用于基于光波長轉(zhuǎn)換的光源的高效轉(zhuǎn)換方法如圖2所示，包括以下必不可少的步驟引入具有第一峰值波長的光，例如UV光用作為激發(fā)光；設(shè)置第一光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述激發(fā)光以受激產(chǎn)生具有第二峰值波長的光， 例如藍(lán)光；設(shè)置第二光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述藍(lán)光以受激產(chǎn)生具有預(yù)定的第三峰值波長的受激發(fā)光。依據(jù)上述方法，可以設(shè)計本發(fā)明光源如圖3所示，至少包括提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源1，吸收該激發(fā)光并激發(fā)出具有第二峰值波長的光的第一光波長轉(zhuǎn)換材料2，以及吸收該具有第二峰值波長的光并激發(fā)出具有第三峰值波長的受激發(fā)光的第二光波長轉(zhuǎn)換材料3。所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料包括熒光粉、納米發(fā)光材料或發(fā)光染料，可以通過一種或一種以上的透明材料來結(jié)合在一起，以便光源具有穩(wěn)定的出光特性。以但不限于熒光粉為例，透明材料可以是透明膠體或透明玻璃材料，與熒光粉混合或溶合成型；也可以是透明塑料薄膜材料，將熒光粉熱壓在該透明塑料薄膜材料上。對具有防潮要求的熒光粉而言，還可以用上述提及的任何透明材料來夾持所述熒光粉，及可進(jìn)一步進(jìn)行密封。為便于光波長轉(zhuǎn)換材料散熱，光波長轉(zhuǎn)換材料最好呈片狀以層分布。在該圖3中，所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料2與所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料3分層疊置在一起。所述激發(fā)光源1可以是固態(tài)發(fā)光器件，例如但不限于發(fā)UV光的LED或激光器件。 這樣，可以直接將所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料2與所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料3逐層覆蓋在該固態(tài)發(fā)光器件(例如LED)的發(fā)光面上。所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料3對所述具有第一峰值波長的光(即所述激發(fā)光)的最大吸收率最好小于該第二光波長轉(zhuǎn)換材料對該具有第二峰值波長的光的最大吸收率的50% ；如果小于30%則光轉(zhuǎn)換效率會更好。為討論方便，我們考慮所述第一峰值波長的可選范圍為200nm 420nm,第二峰倌波長的可選范圍例如但不限于為420nm 480nm，因而假設(shè)圖中第一光波長轉(zhuǎn)換材料2對UV光以外的光、第二光波長轉(zhuǎn)換材料3對藍(lán)光以外的光的吸收率均為零，則UV激發(fā)光激發(fā)第一光波長轉(zhuǎn)換材料2產(chǎn)生藍(lán)光，該藍(lán)光背向發(fā)射的部分被LED表面反射回正向，并與向正向發(fā)射的部分一起激發(fā)第二光波長轉(zhuǎn)換材料3;第二光波長轉(zhuǎn)換材料3受激發(fā)光，其向背向發(fā)射的光部分會被第一光波長轉(zhuǎn)換材料2或LED的發(fā)光面散射或反射回正向，以最終形成正向發(fā)射，與正向發(fā)射的受激發(fā)光一起提供為光源出射光。實(shí)際上，所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料與所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料也可以選擇如圖5 所示，按現(xiàn)有加工方式混雜在同一光波長轉(zhuǎn)換材料層8中，再覆蓋在LED的發(fā)光面上。為保護(hù)人眼免受UV光輻射的傷害，光源的出射光最好不含有UV光，因此采用UV光為激發(fā)光時本發(fā)明方法最好設(shè)置一可反射激發(fā)光的濾光片，把來自激發(fā)光源的所述激發(fā)光和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料設(shè)置在該濾光片的同一側(cè)，來阻止未被吸收的激發(fā)光進(jìn)入該濾光片的另一側(cè)。故設(shè)計圖3的光源還包括一可反射UV光的濾光片4，如虛線所示；所述UV激發(fā)光源和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料在該濾光片4的同一側(cè)，從而阻止未被光波長轉(zhuǎn)換材料吸收的UV光進(jìn)入該濾光片4的另一側(cè)，受激發(fā)光及其他預(yù)定波長的光(由濾光片4 的選擇特性而定)則穿透該濾光片4提供為光源出射光。該結(jié)構(gòu)中，穿透第二光波長轉(zhuǎn)換材料3所在層被濾光片4所反射回的UV光還可以在穿透光波長轉(zhuǎn)換材料層的過程中被所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料2部分吸收，進(jìn)一步激發(fā)出部分用來激發(fā)第二光波長轉(zhuǎn)換材料3的藍(lán)光，從而進(jìn)一步提高光源的光轉(zhuǎn)換效率。

當(dāng)UV激發(fā)光源1不具有如LED似的發(fā)光平面時，本發(fā)明方法可以設(shè)置可透射所述激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長或/和第三峰值波長的光的第一濾光片，激發(fā)光從該第一濾光片的一側(cè)透射往另一側(cè)的所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料。具體如圖4實(shí)施例所示，采用一可透射UV光及反射藍(lán)光的第一濾光片7，來隔離所述UV激發(fā)光源和所述第一、 第二光波長轉(zhuǎn)換材料；第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料被置在該第一濾光片7和濾光片4之間。 UV激發(fā)光5將透射過第一濾光片7來激發(fā)第一光波長轉(zhuǎn)換材料2。若設(shè)計該實(shí)施例中的濾光片4為可透射受激發(fā)光及反射UV光和藍(lán)光的第二濾光片，則藍(lán)光將不能從上下兩邊的濾光片出去，只能在濾光片之間不斷反射直至被第二光波長轉(zhuǎn)換材料3吸收殆盡，將可以有效的降低第二光波長轉(zhuǎn)換材料3的使用量，同時因降低材料顆粒對光造成的散射而進(jìn)一步提高光發(fā)射效率。此時的實(shí)施例因僅受激發(fā)光可透射第二濾光片，故適用于單色光源。當(dāng)選擇使該實(shí)施例中的第一濾光片7還反射具有第三峰值波長的光(即所述受激發(fā)光)，則可進(jìn)一步提高光源中受激發(fā)光的出射率。為節(jié)省成本，當(dāng)置于第一、二濾光片間的光波長轉(zhuǎn)換材料如圖所示分層疊置時，因可利用第一光波長轉(zhuǎn)換材料2所在層為第二光波長轉(zhuǎn)換材料3的反射層，此時可以不限制第一濾光片7應(yīng)反射藍(lán)光的同時對受激發(fā)光具有反射特性。 若不從成本角度出發(fā)，無疑在第一光波長轉(zhuǎn)換材料2與第二光波長轉(zhuǎn)換材料3之間插入一可透射具有第二峰值波長的光及反射受激發(fā)光的濾光片，將最大限度地提高受激發(fā)光的出射率；因該濾光片的插入方式非本發(fā)明重點(diǎn)，本發(fā)明不對該濾光片加以圖示。若設(shè)計該第二濾光片為可透射受激發(fā)光和藍(lán)光及反射UV光，則可以提供混合光并通過改變第二光波長轉(zhuǎn)換材料3的用量來改變藍(lán)光在光源出射光中的混合比例。為提高光轉(zhuǎn)換效率，還可以將該實(shí)施例改進(jìn)如圖6所示，光源還包括提供藍(lán)色激發(fā)光6的第二激發(fā)光源，在所述第二濾光片4的一側(cè)，將所述藍(lán)色激發(fā)光射往異側(cè)介于第一濾光片和第二濾光片之間的第二光波長轉(zhuǎn)換材料3。圖6的實(shí)施例還可以擴(kuò)展為設(shè)計第二濾光片4為可透射受激發(fā)光和具有第四峰值波長的光及反射UV光(或反射UV光和藍(lán)光)，將第二激發(fā)光源設(shè)計為其發(fā)光具有所述第四峰值波長，則可以在第一濾光片和第二濾光片之間增加如虛線所示的第三光波長轉(zhuǎn)換材料，引導(dǎo)具有第四峰值波長的激發(fā)光從該第二濾光片的一側(cè)透射往設(shè)置在該第一和第二濾光片之間的光波長轉(zhuǎn)換材料，該第三光波長轉(zhuǎn)換材料吸收具有所述第四峰值波長的光，所產(chǎn)生的受激發(fā)光可以與來自第二光波長轉(zhuǎn)換材料的受激發(fā)光同屬于(或不屬于)相同或相近的光波段。當(dāng)兩種受激發(fā)光的主波長不同時，所述第二濾光片4應(yīng)相應(yīng)可透射該兩種不同的受激發(fā)光，此時有利于提高光源出射光的顯色指數(shù)。進(jìn)一步，在該擴(kuò)展實(shí)施例中，可以設(shè)置一斜設(shè)在所述具有第四峰值波長的激發(fā)光的光路上的分光濾光片，用來將具有第三或/和第二峰值波長的光分離往光源的光輸出口。該分光濾光片可設(shè)計為透射具有所述第四峰值波長的激發(fā)光及反射具有所述第三(或 /和第二)峰值波長的光，具體如圖7所示，將分光濾光片9斜設(shè)在所述第二激發(fā)光源與第二濾光片4之間，反射受激發(fā)光往光源的光輸出口。根據(jù)光路設(shè)置，還可以將分光濾光片設(shè)計為具有與該實(shí)施例相反的透光屬性，如反射具有第四峰值波長的激發(fā)光往光波長轉(zhuǎn)換材料，同時透射各種受激發(fā)光往光源的光輸出口 ；因其屬于等同替換，不在此另加圖示。當(dāng)所述第四峰值波長不等于第二峰值波長時，介于第一濾光片7和第二濾光片4之間的光波長轉(zhuǎn)換材料還ME包括除第一、二光波長轉(zhuǎn)換材料之外的第三光波長轉(zhuǎn)換材料?；騘iEili 兩種光波長轉(zhuǎn)換材料存在時，使用具有該第四峰倌波長的光來同時激發(fā)第二光波長轉(zhuǎn)換材實(shí)際上，該圖7實(shí)施例中的第一濾光片7和第二濾光片4還可以被移除。使所述第二激發(fā)光源，與提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源隔著光波長轉(zhuǎn)換材料相對， 直接完成對光波長轉(zhuǎn)換材料的雙面激發(fā)。將第一、第二和第三光波長轉(zhuǎn)換材料混合或分層以分光濾光片9為依托進(jìn)行粘附或依次進(jìn)行粘附，可以具有最精簡的結(jié)構(gòu)。追加第一濾光片7和第二濾光片4則有利于提高利用光進(jìn)行轉(zhuǎn)換效率。上述各實(shí)施例中，激發(fā)光峰值波長為200nm 420nm，藍(lán)光波長范圍為420 480nm ；在該范圍內(nèi)，第一光波長轉(zhuǎn)換材料以但不限于熒光粉BaMg2Al16027:Eu2+、(Sr，Ba, Ca, Mg) 5 (PO4) 3C1 Eu2+ 或 BaMgAlltlO17:Eu2+ 為例，第二光波長轉(zhuǎn)換材料包括(Y，Lu，Se，La，Gd，Sm) 中的至少一種，同時包括Al，Ga, In中的至少一種，并摻雜Ce作為發(fā)光中心。具體來說，所述第二光波長轉(zhuǎn)換材料可以為Y3-xMxA15012: Ce，其中0 < = χ < = 3，M為Lu，Se，La，Gd，Sm 中的一種；例如但不限于熒光粉Y3Al5O12 Ce或Lu3Al5O12 Ce。其中熒光粉Baife2Al16O27 Eu2+的吸收譜和發(fā)射譜分別如圖8的左右兩曲線所示，YAG:Ce熒光粉的吸收譜和發(fā)射譜分別見于圖9的左、右兩曲線；可見熒光粉BaMg2Al16O27 = Eu2+的發(fā)光光譜正好處于YAG:Ce熒光粉的吸收光譜中。當(dāng)激發(fā)光源提供出射光波長390nm的激光時，用來直接激發(fā)YAG: Ce熒光粉，為了得到較高的轉(zhuǎn)化量，則需要熒光粉的濃度和厚度很大，這樣由于熒光粉顆粒本身的散射和吸收，造成整個效率的嚴(yán)重下降。而若本發(fā)明先用390nm激光激發(fā)熒光粉BaMg2Al16O27 = Eu2+, 再利用該熒光粉的受激發(fā)光來激發(fā)YAG:Ce熒光粉，可以有效的降低熒光粉的使用量，實(shí)現(xiàn)了光波長的高效轉(zhuǎn)換。試驗(yàn)驗(yàn)證，若分別將藍(lán)色熒光粉和YAG:Ce熒光粉與硅膠按質(zhì)量比
2 1混合后制片，制片厚度0. 1毫米的條件下，直接用405nm的激光來激發(fā)YAG:Ce熒光粉片產(chǎn)生黃光的效率為Mlm/W(流明/瓦)，而加入藍(lán)色熒光粉片后的效率為2101m/W。又如具有第二峰值波長的光除了前述的藍(lán)光，還可以是綠光。例如圖10的左、右兩曲線分別示意了綠色熒光粉SiY5B^5SiO4 = Eu的吸收光譜和發(fā)射光譜，圖11的左、右兩曲線分別示意了熒光粉CaS:Eu的吸收光譜和發(fā)射光譜?？梢栽诒景l(fā)明上述結(jié)構(gòu)的光源中使用400nm的近紫外光來激發(fā)用作為第一光波長轉(zhuǎn)換材料的綠色熒光粉，以產(chǎn)生第二峰值波長為540nm的綠光；再用該綠光來激發(fā)第二光波長轉(zhuǎn)換材料熒光粉CaS:Eu，以產(chǎn)生第三峰值波長為650nm的紅光。在該光波長轉(zhuǎn)換材料實(shí)施例中，第二光波長轉(zhuǎn)換材料同樣對綠光以外的光，尤其是近紫外光的吸收率極低，而第一光波長轉(zhuǎn)換材料對紫外光以外的光的吸收率也極低，二者組合使用，則大為提高由400nm激發(fā)光獲取650nm紅光的光轉(zhuǎn)換效率。在此，雖然不再贅述光波長轉(zhuǎn)換材料的其它使用組合，但無疑在本發(fā)明精神指導(dǎo)下的其他組合實(shí)施例也將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。本發(fā)明方法還可以設(shè)置使所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料處于與所述激發(fā)光源的相對運(yùn)動中，將有利于解決光波長轉(zhuǎn)換材料的積熱問題而延長光源的使用壽命。例如將上述各實(shí)施例中的第一濾光片7如圖5所示，替代以一運(yùn)動臺的透光臺面；或者將該第一濾光片7附在所述臺面上，在該運(yùn)動臺的伺服裝置的帶動下，該運(yùn)動臺的運(yùn)動使其帶動光波長轉(zhuǎn)換材料與激發(fā)光發(fā)生相對運(yùn)動，如轉(zhuǎn)動。根據(jù)承載光波長轉(zhuǎn)換材料的承載體的不同，所述相對運(yùn)動還可以是指來回往復(fù)的移動?；谏鲜龈鲗?shí)施例中所存在的各種濾光片，所述層狀分布的第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料可以以這些濾光片為依托進(jìn)行粘附或按不同材料分層依次進(jìn)行粘附。因如何使用粘附物進(jìn)行粘附為現(xiàn)有技術(shù)，不在此贅述。本發(fā)明要指出的是，所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料所在層與該層上方或下方相鄰的所述濾光片之間存在空氣隙時，該空氣隙可以使所述各所在層中未被吸收利用的角度較大的激發(fā)光在空氣界面處發(fā)生全反射而返回該所在層，有助于提高熒光轉(zhuǎn)換率，從而提高光輸出強(qiáng)度。另外，為提高光波長轉(zhuǎn)換材料對光的吸收率， 還可以在上述各光波長轉(zhuǎn)換材料中混入散射顆粒，例如但不限于氧化鈦顆粒或氧化鋁顆粒。上述以圖3 5為例的各實(shí)施例均示意了本發(fā)明光源的激發(fā)光與出射光間的純透射式激發(fā)關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用中還可以考慮純反射式激發(fā)關(guān)系，以圖4結(jié)構(gòu)為例將其改進(jìn)示意如圖12:用一反光片10來替換第二濾光片4，該反光片10對包括具有第一、二峰值波長的光和受激發(fā)光在內(nèi)的光均具有反射作用；第一光波長轉(zhuǎn)換材料2和第二光波長轉(zhuǎn)換材料3 依托設(shè)置在該反光片10的同一側(cè)，迎向激發(fā)光5。斜設(shè)在激發(fā)光5光路上的分光濾光片9 則用來分離受激發(fā)光(作用如同圖7中)，不在此贅述。為提高光轉(zhuǎn)換的萃取效率，還可以如圖中虛線所示，增加可透射所述激發(fā)光和受激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長的光的第一濾光片7’，第一光波長轉(zhuǎn)換材料2和第二光波長轉(zhuǎn)換材料3置于該第一濾光片7’和反光片10之間。這樣，具有第二峰值波長的光被限制在第一濾光片7’和反光片10之間進(jìn)行傳播，被反光片10反射回的受激發(fā)光5大部分被再次吸收。
權(quán)利要求
1.一種基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，包括提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源，吸收該激發(fā)光并激發(fā)出具有第二峰值波長的光的第一光波長轉(zhuǎn)換材料；其特征在于還包括吸收該具有第二峰值波長的光并激發(fā)出具有第三峰值波長的受激發(fā)光的第二光波長轉(zhuǎn)換材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括可反射具有所述第一峰值波長的激發(fā)光的濾光片；所述激發(fā)光源和所述第一、 第二光波長轉(zhuǎn)換材料在該濾光片的同一側(cè)，從而阻止該激發(fā)光進(jìn)入該濾光片的另一側(cè)；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括帶動所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料與所述激發(fā)光源處于相對運(yùn)動中的運(yùn)動臺及其伺服裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括反光片，所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料和第二光波長轉(zhuǎn)換材料在該反光片的同一側(cè)迎向所述激發(fā)光；以及一斜設(shè)在所述激發(fā)光的光路上用來分離受激發(fā)光的分光濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括可透射所述激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長或/和第三峰值波長的光的第一濾光片，用來在光路上隔離所述激發(fā)光源和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括可透射具有所述第三峰值波長的光及反射所述激發(fā)光的第二濾光片；所述第一光波長轉(zhuǎn)換材料和第二光波長轉(zhuǎn)換材料被置在所述第一濾光片和該第二濾光片之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于所述第二濾光片還透射具有第四峰值波長的光；還包括一用來提供具有第四峰值波長的激發(fā)光的第二激發(fā)光源，在該第二濾光片的一側(cè)，將具有所述第四峰值波長的激發(fā)光射往異側(cè)介于第一濾光片和第二濾光片之間的光波長轉(zhuǎn)換材料；所述光波長轉(zhuǎn)換材料還包括吸收所述具有第四峰值波長的光并激發(fā)出預(yù)定峰值波長的受激發(fā)光的第三光波長轉(zhuǎn)換材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括一用來提供具有第四峰值波長的激發(fā)光的第二激發(fā)光源，與所述提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源隔著光波長轉(zhuǎn)換材料相對；所述光波長轉(zhuǎn)換材料還包括吸收所述具有第四峰值波長的光并激發(fā)出預(yù)定峰值波長的受激發(fā)光的第三光波長轉(zhuǎn)換材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于還包括一分光濾光片，斜設(shè)在所述具有第四峰值波長的激發(fā)光的光路上，用來將具有第三或/和第二峰值波長的光分離往光源的光輸出口。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或9所述基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，其特征在于所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料所在層與該層上方或下方相鄰的各種所述濾光片或反光片之間存在空氣隙。
11.一種二次激發(fā)方法，用于基于光波長轉(zhuǎn)換的光源，包括步驟引入具有第一峰值波長的光用作為激發(fā)光；設(shè)置第一光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述激發(fā)光以受激產(chǎn)生具有第二峰值波長的光；其特征在于，還包括步驟設(shè)置第二光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述具有第二峰值波長的光以受激產(chǎn)生具有第三峰值波長的受激發(fā)光。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的二次激發(fā)方法，其特征在于，還包括步驟 設(shè)置一可反射激發(fā)光的濾光片，將來自激發(fā)光源的所述激發(fā)光和所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料設(shè)置在該濾光片的同一側(cè)，來阻止未被吸收的激發(fā)光進(jìn)入該濾光片的另一側(cè)； 或設(shè)置使所述第一或第二光波長轉(zhuǎn)換材料處于與所述激發(fā)光源的相對運(yùn)動中；或設(shè)置可透射所述激發(fā)光及反射具有所述第二峰值波長或第三峰值波長的光的第一濾光片，激發(fā)光從該第一濾光片的一側(cè)透射往另一側(cè)的所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料；或引入具有第四峰值波長的光用作為第二激發(fā)光；設(shè)置第三光波長轉(zhuǎn)換材料來吸收所述第二激發(fā)光以受激產(chǎn)生具有預(yù)定峰值波長的光。
全文摘要
一種基于光波長轉(zhuǎn)換的光源及其二次激發(fā)方法，該光源包括提供具有第一峰值波長的激發(fā)光的激發(fā)光源；第一光波長轉(zhuǎn)換材料，用來吸收激發(fā)光并激發(fā)具有第二峰值波長的光；尤其是還包括第二光波長轉(zhuǎn)換材料，用來吸收該具有第二峰值波長的光并激發(fā)具有第三峰值波長的受激發(fā)光。采用第一及第二濾光片來夾置所述第一、第二光波長轉(zhuǎn)換材料，使未被吸收的激發(fā)光可被至少一濾光片所反射，而受激發(fā)光可透射過濾光片為光源提供出射光，有利于提高光轉(zhuǎn)換的萃取效率。采用本發(fā)明，光源提高光轉(zhuǎn)換效率的同時有效降低了成本。
文檔編號F21V9/10GK102410499SQ201010531498
公開日2012年4月11日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者李屹, 楊毅 申請人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司