專利名稱：發(fā)光裝置、投影裝置和照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學技術領域，特別是涉及發(fā)光裝置、投影裝置和照明裝置。
背景技術：
目前，固態(tài)光源由于其長壽命、環(huán)保等特點，已經(jīng)在通用照明、特種照明和投影顯示中得到了廣泛的應用。其中，白光固態(tài)光源在照明領域更是有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＣ绹鴮＠?547114提出一種光源結構，即利用藍光半導體光源來激發(fā)一個熒光粉色輪，隨著色輪的轉動產(chǎn)生一個多色光序列。當這個熒光粉色輪上只有一種熒光粉時，例如黃色熒光粉，這個光源可以出射受激產(chǎn)生的黃光和沒有被激發(fā)的剩余激發(fā)光藍光的混合光，也就是白光。
這是一種白光光源的理想的方案，尤其是當采用藍色激光為激發(fā)光時，由于激光的高能量密度的特點，該白光光源也具有很高的亮度，尤其適用于投影機光源等對光源亮度有特殊要求的應用場合。然而這種方案的問題在于，該白光光源的發(fā)射光的兩種組成成分分別是藍光激光和黃色熒光粉產(chǎn)生的黃光，后者具有各項同性的性質，而前者的光分布則往往不是均勻的。這樣產(chǎn)生的效果就是發(fā)射的白光中沿各方向的成分比例有差別，例如中心角度偏藍色，大角度則偏黃色。這種顏色不均勻性已經(jīng)極大地制約了這種光源的發(fā)展。為了解決這個問題，有人提出利用熒光粉本身對光的散射的特點，對藍光激光進行強烈的散射，使其形成與黃光一樣的各項同性的光分布。然而增多熒光粉的使用必然導致黃光的變強和剩余藍光的變?nèi)?，這樣直接導致所產(chǎn)生的白光的色溫偏低。綜上所述，目前的技術方案中，發(fā)光裝置的出射光的顏色均勻性與發(fā)光顏色不可同時兼顧，往往構成矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的主要技術問題是提出一種基于波長轉換材料的發(fā)光裝置，可以發(fā)射顏色可控的均勻混合光。本發(fā)明提出一種發(fā)光裝置，包括用于產(chǎn)生激發(fā)光的激發(fā)光源，和包括相對的第一表面和第二表面的波長轉換材料層，該波長轉換材料層用于吸收入射于第一表面的激發(fā)光的一部分并發(fā)射與激發(fā)光波長不同的受激光；波長轉換材料層包括波長轉換材料和散射材料。該發(fā)光裝置還包括設置于波長轉換材料層的第一表面的分光濾光片，用于透射所述激發(fā)光并反射受激光。本發(fā)明還提出一種投影裝置，該投影裝置包括上述的發(fā)光裝置作為光源。本發(fā)明還提出一種照明裝置，該照明裝置包括上述的發(fā)光裝置作為光源。在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，通過在波長轉換材料層中加入散光材料，可以在保證發(fā)光顏色的同時實現(xiàn)均勻發(fā)光。


圖I是本發(fā)明的第一實施例的發(fā)光裝置的結構示意圖；圖2是利用本發(fā)明得到的白光的光譜；圖3是本發(fā)明第二實施例的光學結構示意圖；圖3a和3b是本發(fā)明第二實施例中的波長轉換材料層和反射襯底的俯視具體實施例方式如背景技術中所述的，在現(xiàn)有方案中發(fā)光裝置的出射光的顏色均勻性與發(fā)光顏色不可同時兼顧，往往構成矛盾。其本質原因在于，通過波長轉換材料來散射藍光激發(fā)光的方案中，波長轉換材料同時起到吸收藍光并受激發(fā)光和散射藍光兩個作用，而這兩個作用都是通過控制波長轉換材料的添加量來調(diào)節(jié)的，這就造成了同時調(diào)節(jié)的自由度不足的問題。
本發(fā)明提出，在波長轉換材料中添加適量散射材料，通過控制散射材料的添加比例，可以有效地獨立控制藍光激發(fā)光的散射，進而通過波長轉換材料和散射材料的添加量的配合，也就是合適的配方，得到發(fā)光顏色可控的均勻發(fā)光光源。具體來說，本發(fā)明的第一個實施例如圖I所示。本實施例中的發(fā)光裝置100包括用于產(chǎn)生激發(fā)光111的激發(fā)光源(圖中未畫出)，和包括相對的第一表面114a和第二表面114b的波長轉換材料層114,該波長轉換材料層114用于吸收入射于第一表面114a的激發(fā)光111的一部分并發(fā)射與激發(fā)光波長不同的受激光。該波長轉換材料層114包括波長轉換材料和散射材料。該發(fā)光裝置100還包括設置于波長轉換材料層114的第一表面114a的分光濾光片115,用于透射激發(fā)光111并反射受激光。在本發(fā)明中，激發(fā)光源可以有多種選擇，例如激光光源，發(fā)光二極管光源，或激光和發(fā)光二極管的混合光源，還可能是其它能夠產(chǎn)生用于激發(fā)光波長轉換材料的激發(fā)光的其它種類的光源。如果本發(fā)明的發(fā)光裝置光源用于顯示或照明等會被人眼所看到的用途，則激發(fā)光的光譜中至少包括部分可見光的光譜成分。最常用的激發(fā)光源是藍光激光光源或藍光發(fā)光二極管光源，但此處只是舉例說明，并不對光源的種類和顏色進行限定。在本實施例的實際工作中，激發(fā)光111穿透分光濾光片115后入射于波長轉換材料層114的第一表面114a后,其光能量分為兩個部分。第一部分激發(fā)光被波長轉換材料層114吸收并被轉換成為受激光。該受激光也分為兩個部分，第一部分受激光直接從第二表面114b發(fā)射到外部空間，第二部分受激光則入射到從第一表面114a出射并入射于分光濾光片115上并被反射而重新入射于波長轉換材料114的第一表面114a，并在穿透波長轉換材料層114后與出射于外部空間。第二部分激發(fā)光則沒有被波長轉換材料層114而直接出射于外部空間。綜上，出射到外部空間的出射光113是第二部分激光光和第一部分和第二部分受激光組合而成的混合光。散光材料的加入可以在不改變出射光113的顏色的情況下使出射光113中的激發(fā)光成分的光分布變成或接近各向同性，進而大大改善出射光203的顏色均勻性。一般來說，散射材料為白色或透明的無機粉體材料，例如但不限于白炭黑、鈦白粉、氧化鋁、硅藻土和硫酸鋇。透明的粉體材料雖然其內(nèi)部不會對光形成散射，但當光線入射其表面時由于界面折射率差異的存在，入射光線仍然會發(fā)生部分反射和部分折射，因此總體上看還是會對光線形成散射的效果。
實驗表明，在波長轉換材料層114中，散射材料與波長轉換材料的質量比大于等于0. I時，出射光203的均勻性就會得到相當程度的改善；當散射材料與波長轉換材料的質量比大于等于I時，出射光203的均勻性可以滿足使用要求。而散射材料與波長轉換材料的質量比與出射光203中要求的激發(fā)光與受激光的比例有關要求的激發(fā)光的比例越高，則散射材料與波長轉換材料的質量比就要越大。例如，對于藍光激光作為激發(fā)光被用來激發(fā)黃色波長轉換材料層來產(chǎn)生白光的出射光的情況，若要求出射的白光的色溫為5000-6000K，則需要加入的散射材料與波長轉換材料的質量比為2，其發(fā)光光譜如圖2中的302所示；而若要求出射的白光的色溫為9000-10000K，則需要加入的散射材料與波長轉換材料的質量比為10，其發(fā)光光譜如圖2中的301所示。因此，可以通過調(diào)整散射材料與波長轉換材料的質量比來調(diào)整出射的混合光的顏色；為了得到色溫在人眼容易接受的范圍內(nèi)(例如5000K至10000K色溫)的白光，需要加入的散射材料與波長轉換材料的質量比大于等于2且小于等于10。在波長轉換材料層114中，波長轉換材料與散射材料之間存在多種混合方式，例如最容易實現(xiàn)的混合方式是均勻混合。在本實施例中，優(yōu)選的混合方式是波長轉換材料形成波長轉換材料子層，散射材料形成散射材料子層，波長轉換材料子層與該散射材料子層分層疊置在一起，且散射材料子層相對于波長轉換材料子層更接近波長轉換材料層114的·第二面114b。此時激發(fā)光111先入射于波長轉換材料子層，剩余的沒有被吸收的激發(fā)光穿過波長轉換子層后，入射于散射材料子層。在激發(fā)光的散射過程中，一部分激發(fā)光散射后出射形成出射光113的一部分，另一部分激發(fā)光會被散射材料子層散射后反射而重新入射于波長轉換材料子層。由于這部分激發(fā)光中一部分能量會被波長轉換材料子層散射或吸收再利用，從而減小了激發(fā)光從波長轉換材料第一表面114a背散射反射出射后形成的能量浪費。包含波長轉換材料和散射材料的波長轉換材料層的做法有多種。例如可以使用粘結劑將波長轉換材料和散射材料固定在一起并形成片層狀。粘結劑可以是有機粘結劑，例如硅膠或環(huán)氧樹脂，也可以是無機粘結劑，例如水玻璃等。實際上，也可以不使用粘結劑而直接利用散射材料本身將波長轉換材料連接固定在一起。例如當散射材料是納米二氧化硅顆粒時，可以利用納米二氧化硅顆粒與波長轉換材料顆粒之間的范德華力和分子間作用力將波長轉換材料顆粒連接并固定在一起。以上材料的使用只是舉例，并不限制其它材料的使用。需要說明的是，本發(fā)明并不限制散射材料的顆粒的粒徑大小，但是為了實現(xiàn)較好的光散射效果，散射材料的顆粒的平均粒徑存在一個優(yōu)選范圍，即0. I微米至50微米，其中最常用的范圍是I微米至20微米。綜上所述，在本實施例的發(fā)光裝置中，通過在波長轉換材料層114中加入散光材料，可以有效的改善出射光的顏色均勻性；通過控制散光材料與波長轉換材料的質量比，可以有效控制出射光中兩種成分的比例，進而控制出射光的顏色，進而解決了出射光的顏色均勻性和發(fā)光顏色控制之間的矛盾。在本實施例中，分光濾光片的就是在一個透明襯底上使用濺射的方式形成折射率周期性排量的介質薄膜，并利用薄膜的厚度與波長接近來實現(xiàn)光線在薄膜間的干涉。通過控制各個介質薄膜的材料和厚度，就可以得到對不同的波長有不同的透過率特性的分光濾光片。實際上，一個優(yōu)選的實施例是分光濾光片115的鍍膜面面向波長轉換材料層的第一表面，兩者緊密相鄰。這樣做的好處是避免了光線在分光濾光片內(nèi)部的傳播，進而避免了光斑在這種傳播過程中的面積的擴大。這對于光源能量密度的提高存在不利影響。進一步的，作為一個優(yōu)選的實施例，在本實施例中，分光濾光片115與波長轉換材料層114之間存在空氣隙?？諝庀兜拇嬖诘闹饕康脑谟诤喕止鉃V光片的設計難度和加工難度，并進一步的降低成本在本發(fā)明的第二實施例的發(fā)光裝置中，與第一實施例不同的是，還包括驅動裝置316，用于驅動波長轉換材料層與激發(fā)光發(fā)生相對運動，如圖3所示。具體來說，在本實施例的發(fā)光裝置中，波長轉換材料層314被切割成圓環(huán)狀，分光濾光片315被切割成圓形，如圖3a的俯視圖所示。波長轉換材料層314和驅動裝置316分別與分光濾光片315連接固定。在本實施例中，驅動裝置316是一個馬達，可以帶動分光濾光片315和波長轉換材料層繞馬達的轉動軸轉動。本實施例的優(yōu)點在于，每一個局部的波長轉換材料只有運動到激發(fā)光311的照射位置才會被激發(fā)并發(fā)出熱量，在其它位置則會由于空氣流動的作用而迅速的 冷卻，所以相對于第一實施例，本實施例中的波長轉換材料層的溫度更低。在本實施例的發(fā)光裝置中，如圖3b所示，在圓形的分光濾光片315上，還可以包括其它波長轉換材料層314a和314b。隨著馬達的轉動，波長轉換材料層314、314a和314b依次被激發(fā)光311照射并在光出射通道出射不同顏色的光。值得強調(diào)的是，波長轉換材料層314a和314b中可以不加入了散光材料，使得相應的出射光中的激發(fā)光成分很少。在本實施例中分光濾光片315上包含多段波長轉換材料層314、314a和314b，但這只是舉例，并不限制其它的色段的數(shù)目，例如分光濾光片上可以只包含一段單一顏色的熒光粉，也可能包含八段不同的色段的波長轉換材料層。本發(fā)明還提出一種投影裝置，在該投影裝置中，使用了上述的發(fā)光裝置作為光源。本發(fā)明還提出一種照明裝置，在該照明裝置中，使用了上述的發(fā)光裝置作為光源。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括 用于產(chǎn)生激發(fā)光的激發(fā)光源； 包括相對的第一表面和第二表面的波長轉換材料層，所述波長轉換材料層用于吸收入射于所述第一表面的激發(fā)光的一部分并發(fā)射與激發(fā)光波長不同的受激光；所述波長轉換材料層包括波長轉換材料和散射材料； 設置于所述波長轉換材料層的第一表面的分光濾光片，用于透射所述激發(fā)光并反射所述受激光。
2.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述激發(fā)光為藍光。
3.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述散射材料為白色或透明的無機 粉體材料。
4.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述散射材料與所述波長轉換材料的質量比大于等于0.1。
5.根據(jù)權利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述散射材料與所述波長轉換材料的質量比大于等于I。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述散射材料與所述波長轉換材料的質量比大于等于2且小于等于10。
7.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述波長轉換材料與散射材料均勻混合。
8.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述波長轉換材料形成波長轉換材料子層，所述散射材料形成散射材料子層，所述波長轉換材料子層與散射材料子層分層疊置在一起。
9.根據(jù)權利要求8所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述散射材料子層相對于所述波長轉換材料子層更接近所述第二表面。
10.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述波長轉換材料層還包括粘結齊U，用于粘結固定所述波長轉換材料和散射材料。
11.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述分光濾光片具有鍍膜面，該鍍膜面面向第一表面。
12.根據(jù)權利要求I所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述分光濾光片與波長轉換材料層之間存在空氣隙。
13.根據(jù)權利要求I至12中的任意一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于還包括驅動裝置，用于驅動所述波長轉換材料層與所述激發(fā)光發(fā)生相對運動。
14.一種投影裝置，其特征在于包括如權利要求I至13中任意一項所述的發(fā)光裝置作為光源。
15.一種照明裝置，其特征在于包括如權利要求I至13中任意一項所述的發(fā)光裝置作為光源。
全文摘要
本發(fā)明提出一種發(fā)光裝置和投影裝置以及照明裝置，包括用于產(chǎn)生激發(fā)光的激發(fā)光源，和包括相對的第一表面和第二表面的波長轉換材料層，該波長轉換材料層用于吸收入射于第一表面的激發(fā)光的一部分并發(fā)射與激發(fā)光波長不同的受激光。該波長轉換材料層包括波長轉換材料和散射材料。本發(fā)光裝置還包括設置于波長轉換材料層的第一表面的分光濾光片，用于透射激發(fā)光并反射受激光。在本發(fā)明的發(fā)光裝置中，通過在波長轉換材料層中加入散光材料，可以在保證發(fā)光顏色的同時實現(xiàn)均勻發(fā)光。
文檔編號F21V9/10GK102720957SQ20121016356
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2011年12月4日
發(fā)明者張利利, 許顏正 申請人:深圳市光峰光電技術有限公司