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光源装置及车灯

阅读:593发布:2021-04-12

专利汇可以提供光源装置及车灯专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 保护一种 光源 装置,包括,激发光源,用于出射激发光;导光管,包括内管壁面、外管壁面、入射端面和底端面,入射端面与底端面相对设置,入射端面连接内管壁面和外管壁面;发光体,设置于导光管的管壁上,能够吸收激发光并出射受激光,其靠近导光管的面为光入射面; 散热 体,设置于导光管远离发光体一侧,与导光管热耦合;激发光源出射的激发光从导光管的入射端面入射,经导光管内传导后,从发光体的光入射面入射于发光体。本发明通过将原本光导的导光和导热功能分离,由独立的导光管的管壁负责导光,由独立的散热体负责导热,避免了选择同时具备高导热、高导光性能的光导的高成本问题,而且能够以更短的传输距离实现匀光。,下面是光源装置及车灯专利的具体信息内容。

1.一种光源装置,其特征在于,包括,
激发光源,用于出射激发光;
导光管,包括内管壁面、外管壁面、入射端面和底端面,所述入射端面与所述底端面相对设置,所述入射端面连接所述内管壁面和所述外管壁面;
发光体,设置于所述导光管的内管壁面或外管壁面上,能够吸收激发光并出射受激光,所述发光体的靠近所述导光管的面为光入射面;
散热体,设置于所述导光管远离所述发光体一侧,所述散热体与所述导光管热耦合;
所述激发光源出射的激发光从所述导光管的入射端面入射于所述导光管,经所述导光管内传导后,从所述发光体的光入射面入射于所述发光体。
2.根据权利要求1所述的光源装置,其特征在于,沿所述导光管的轴向,所述导光管的长度大于所述发光体的长度,且所述发光体远离所述导光管的入射端面。
3.根据权利要求1所述的光源装置,其特征在于,所述发光体设置于所述导光管的外管壁面上,所述散热体设置于所述导光管的管芯。
4.根据权利要求3所述的光源装置,其特征在于,在所述导光管的至少部分区域,所述发光体沿所述导光管的周向未完全覆盖所述导光管。
5.根据权利要求4所述的光源装置,其特征在于,在沿所述导光管的不同位置,所述发光体覆盖所述导光管的周向度随着离所述导光管的入射端面的距离的增加而单调不减。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述发光体的光出射面与光入射面相对设置。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述发光体的光出射面与光入射面相邻设置,且所述光出射面的面积小于所述光入射面的面积。
8.根据权利要求1或2所述的光源装置,其特征在于,所述发光体设置于所述导光管的内管壁面上,所述发光体为实心状结构,所述发光体的光出射面与光入射面相邻设置。
9.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述激发光源包括至少两个发光单元,所述至少两个发光单元在所述入射端面上的入射光斑不重合。
10.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,包括设置于所述激发光源与所述导光管之间的光引导装置,所述激发光经光引导装置入射于所述导光管的入射端面,所述光引导装置包括透镜、透镜组或光纤。
11.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述导光管的所述底端面设有反射层或反射结构。
12.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述导光管的所述底端面设有波长转换材料。
13.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述导光管与所述散热体之间设有反射层或反射结构。
14.根据权利要求1~3中任一项所述的光源装置,其特征在于,所述散热体包括热管,或者所述散热体包括流动导热介质。
15.根据权利要求3所述的光源装置,其特征在于,所述散热体包括沿所述导光管的轴向布置的第一散热部与第二散热部,所述第一散热部沿所述导光管的径向的尺寸小于所述第二散热部沿所述导光管的径向的尺寸,所述散热体通过所述第二散热部与所述导光管热耦合,所述第一散热部与所述导光管不接触,且所述第二散热部相对于所述第一散热部靠近所述发光体。
16.一种车灯,包括如权利要求1至15中任一项所述的光源装置,还包括光收集装置,设置在所述发光体的出射光光路上,用于将所述发光体的出射光收集后射出。

说明书全文

光源装置及车灯

技术领域

[0001] 本发明涉及照明技术领域,特别是涉及一种光源装置及车灯。

背景技术

[0002] 随着对照明亮度的需求不断提高,业界对固态光源寄予厚望。现有的LED照明朝着大功率、复数发光元件组合的方向逐渐进步,然而,由于LED本身的特点,随着电功率的提高和发光元件的密集化,散热问题越来越阻碍照明亮度的提高。
[0003] 同属于固态光源的激光二极管具有大电流下的高发光亮度、照射距离远等优点,通常通过激光二极管激发荧光粉获得白光。本领域技术人员通过将激光光源与荧光发光材料分离,避免了激光光源和荧光发光材料产热的叠加,使得整个光源的亮度进一步提高,成为业内认可的技术方案。
[0004] 然而,随着对照明亮度的进一步需求的提出,荧光发光材料的散热也逐渐成为困扰业内的问题。为此,业内人士将研究重点放在了寻找既具有良好的导光特性、又具有良好的导热性能的材料上,但是,可以预见,即使研发出该类材料,也无法在短期内解决材料成本问题。因此,一种简单、经济的发光结构亟待发明。

发明内容

[0005] 针对上述现有技术的成本高、散热难缺陷,本发明提供一种低成本、散热良好的光源装置,包括:激发光源,用于出射激发光;导光管,包括内管壁面、外管壁面、入射端面和底端面,所述入射端面与所述底端面相对设置,所述入射端面连接所述内管壁面和所述外管壁面;发光体,设置于所述导光管的内管壁面或外管壁面上,能够吸收激发光并出射受激光,所述发光体的靠近所述导光管的面为光入射面;散热体,设置于所述导光管远离所述发光体一侧,所述散热体与所述导光管热耦合;所述激发光源出射的激发光从所述导光管的入射端面入射于所述导光管,经所述导光管内传导后,从所述发光体的光入射面入射于所述发光体。
[0006] 与现有技术相比,本发明包括如下有益效果:
[0007] 本发明通过将激发光源与发光体之间的光导设置为导光管,使得激发光在导光管的内外管壁面之间(也即管壁内)入射传导,无论将发光体设置在导光管的内管壁面还是外管壁面,都可以在另一管壁面上设置散热体,对发光体产生的热量进行发散。本发明将原本光导的导光和导热功能分离,由独立的导光管的管壁负责导光,由独立的散热体负责导热,避免了选择同时具备高导热、高导光性能的光导的高成本问题。
[0008] 同时,通过使激发光在导光管的管壁内传导,减少了光线在导光管内传导时的每次反射距离,实现了在相同的导光管外管径的情况下,以更短的距离实现光均匀化;或者说,相比于管芯内(即内管壁面以内)导光的导光管或者实心导光棒,在相同的导光管尺寸下,本发明实现了更均匀的出射光分布。而相比于平板型光导,导光管在两个维度方向进行光传导,减小了光导的综合体积,而且能够以更短的传输距离实现匀光。
[0009] 在本发明中,导光管的实际导光结构为管壁而非管芯,导光管管壁可以为多种结构。例如,导光管的横截面可以为闭合环(如圆环、方环、多边形环等),激发光一方面在闭合环内来回反射以在横截面内充满整个闭合环,另一方面沿着导光管轴向传播;导光管的横截面还可以为开口环(如圆弧环等),在横截面内,激发光多次反射充满该开口环,且在开口环的两个末端被反射,防止了光束外泄。
[0010] 在一个实施方式中,进一步地,沿所述导光管的轴向,所述导光管的长度大于所述发光体的长度,且所述发光体远离所述导光管的入射端面。该实施方式使得,激发光在到达发光体之前,经过一段距离的传输,均匀到达导光管整个横截面,保证了光束到达发光体的每个位置都有均匀的照度,避免光束过早进入发光体而引起发光体局部激发光功率密度过高的产热问题。
[0011] 在一个实施方式中,所述发光体设置于所述导光管的外管壁面上,所述散热体设置于所述导光管的管芯。该实施方式一方面使得发光体发出的光不必经过导光管,有利于发光体的出射光直接出射,而且等量的发光体更薄;另一方面能够使得散热体集中于导光管的芯部,具有更宽的散热通道,有利于热量的迅速导出。
[0012] 在一个实施方式中,进一步地,在所述导光管的至少部分区域,所述发光体沿所述导光管的周向未完全覆盖所述导光管。该实施方式中,未覆盖发光体的导光管的外管壁面为全反射面或设有反射层/反射结构。该实施方式使得光束能够具有指向性的朝向某一方向出射。
[0013] 在一个实施方式中,进一步地,在沿所述导光管的不同位置,所述发光体覆盖所述导光管的周向度随着离所述导光管的入射端面的距离的增加而单调不减。该实施方式中,随着远离导光管的入射端面,覆盖在导光管上的发光体逐渐增多或不变,使得更多的光能够到达较远位置的发光体,有利于提高发光体的发光均匀性。
[0014] 在一个实施方式中,所述发光体的光出射面与光入射面相对设置。
[0015] 在一个实施方式中,所述发光体的光出射面与光入射面相邻设置,且所述光出射面的面积小于所述光入射面的面积。该实施方式中,经导光管匀光后的激发光以较大的面积(即较小的激发光功率密度)入射到发光体的光入射面,而后受激光从发光体的小面积端面出射,形成了高流明密度的出射光,能够被应用于各种高流明照明/显示领域。
[0016] 在一个实施方式中,所述发光体设置于所述导光管的内管壁面上,所述发光体为实心状结构,所述发光体的光出射面与光入射面相邻设置。与前述的“发光体在导光管外,散热体在管芯内”不同,本实施方式将块状发光体置于管芯,使其大面积的光入射面接收来自导光管的均匀、低流明密度的激发光,并从端面的小面积光出射面出射高流明密度的受激光。一方面降低了发光体的局部产热,防止了发光体材料的热淬灭,另一方面获得了高流明密度的出射光。
[0017] 在一个实施方式中,所述激发光源包括至少两个发光单元,所述至少两个发光单元在所述入射端面上的入射光斑不重合。由于激发光光斑难以将整个导光管的入射端面覆盖,因此入射光斑在导光管的入射端面的分布是不均匀的,必须经过一段距离的传导才能覆盖整个导光管的横截面。在本实施例中,通过增加激发光源的发光单元数量,并使得不同发光单元在入射端面的光斑不重合,提前扩大了入射光斑的覆盖范围,从而使得激发光能够以更短的距离实现覆盖整个导光管横截面。优选地,各发光单元在导光管的入射端面的光斑位置围绕导光管轴线呈空间均匀分布。
[0018] 在一个实施方式中,光源装置还包括设置于所述激发光源与所述导光管之间的光引导装置,所述激发光经光引导装置入射于所述导光管的入射端面,所述光引导装置包括透镜、透镜组或光纤。
[0019] 在一个实施方式中,所述导光管的所述底端面设有反射层或反射结构。该实施方式中,通过设置反射层/反射结构,能够将到达底端面的剩余激发光反射回导光管再次利用,并改善导光管内的激发光光分布。
[0020] 在一个实施方式中,导光管底端面的反射层可以为镜面反射层,如膜、膜,也可以为二向色片,如波长滤光片,还可以为漫反射结构,如有反射膜的扩散片、设有玻璃反射粉层的金属反射基板、反射胶层等。
[0021] 在一个实施方式中,所述导光管的所述底端面设有波长转换材料。该实施方式中,到达导光管底端面的剩余激发光也可以通过底端面的波长转换材料的光转换作用,从导光管的底端面一侧出射。
[0022] 在一个实施方式中,所述导光管与所述散热体之间设有反射层或反射结构。该实施方式使得入射到导光管与散热体之间界面的光能够被反射回导光管内。
[0023] 在一个实施方式中,所述导光管与所述散热体之间通过导热胶连接。该实施方式能够增大两者的热接触界面,并消除两者之间的应
[0024] 在一个实施方式中,所述散热体包括热管,或者所述散热体包括流动导热介质。由于散热体无需考虑导光问题,因此在本实施方式中,能够选择散热效率更高的热管、液冷结构,进一步避免发光体的热淬灭问题,使得发光体能够承受更高功率密度的激发光照射。
[0025] 在一个实施方式中,所述散热体包括沿所述导光管的轴向布置的第一散热部与第二散热部,所述第一散热部沿所述导光管的径向的尺寸小于所述第二散热部沿所述导光管的径向的尺寸,所述散热体通过所述第二散热部与所述导光管热耦合,所述第一散热部与所述导光管不接触,且所述第二散热部相对于所述第一散热部靠近所述发光体。在本发明中,发光体是真正的“热源”,在本实施例中,将散热体分为第一散热部和第二散热部,使得靠近发光体的第二散热部作为发光体的主要散热结构,在不明显降低散热体的散热效果的前提下,使得第一散热部无需与导光管热接触,从而不必在第一散热部与导光管之间设置反射结构,可以仅仅依靠导热管的内管壁面的全反射功能实现激发光的传导,提高了光传输效率,解决了成本。
[0026] 本发明还提供了一种车灯,包括如上所述的光源装置,还包括光收集装置,设置在所述发光体的出射光光路上,用于将所述发光体的出射光收集后射出。
[0027] 在一个实施方式中,所述光收集装置为反光碗、全反射透镜、透镜组中的至少一种。
[0028] 本发明的车灯,尤其是发光体设置在导光管的外管壁面的技术方案,可以通过光源装置模拟现在卤素车灯的灯丝灯泡的光形,实现对卤素车灯的简单替换,提高了车灯亮度、降低了车灯能耗、降低了更换车灯的成本。附图说明
[0029] 图1a为本发明对比例的一种光源装置的结构示意图;
[0030] 图1b为图1a所示光源装置的光导与发光体的截面图;
[0031] 图2a为本发明实施例一的光源装置的结构示意图;
[0032] 图2b为图2a所示的光源装置的A-A横截面结构示意图;
[0033] 图2c为本发明实施例一的变形实施例的光导管横截面结构示意图;
[0034] 图2d为本发明实施例一的又一变形实施例的光导管横截面结构示意图;
[0035] 图3a为本发明实施例二的光源装置的结构示意图;
[0036] 图3b为图3a所示的光源装置的B-B横截面结构示意图;
[0037] 图3c为图3a所示的光源装置的C-C横截面结构示意图;
[0038] 图4为本发明实施例三的光源装置的结构示意图;
[0039] 图5为本发明实施例四的光源装置的结构示意图;
[0040] 图6为本发明实施例五的光源装置的结构示意图;
[0041] 图7为本发明实施例六的光源装置的结构示意图;
[0042] 图8为本发明实施例七的光源装置的结构示意图;
[0043] 图9为本发明实施例的一种车灯的结构示意图

具体实施方式

[0044] 本发明的发明构思主要在于本发明采用的光导采取了不同以往的结构,实现了光学和热学方面的巨大改善。首先,利用管状光导的管壁而非管芯进行光传导,将光导的导光与导热功能分离,做到专才专用;其次,利用管状光导的形状,减小了光束在光导径向的传输距离,通过缩短光束平均反射距离增加了光束的反射次数,从而更快地使得光束均匀化并扩散至整个光导截面,有利于光导长度尺寸的减小和激发光均匀性的改善。
[0045] 请参见图1a和图1b,图1a为本发明的一对比例的一种光源装置的结构示意图,图1b为图1a所示光源装置的光导与发光体的截面图。光源装置包括激发光源1、光导2和发光体3,其中光导2为实心导光棒,发光体3环绕覆盖在光导2的表面。激发光源1发出的激发光沿光导2的轴向入射到光导2的入射端面,经光导2匀光后,以均匀的光分布入射到发光体3的光入射面,即发光体3的与光导2接触的面。
[0046] 该对比例中,发光体3吸收激发光并出射受激光,由于斯托克斯位移,该转换过程中不可避免的存在能量损失,损失的能量转换为热能,使得发光体3为最主要的热源。而光导2一方面作为匀光器件,将高流明密度的入射激发光转换为大面积、低能量密度的光;另一方面作为散热器件,将发光体3发出的热量传导散失。光导2的功能要求,导致其需要选择光吸收率低、导热系数高的材料。
[0047] 此外,该对比例中,入射的激发光在光导2中反射传播,通过多次反射形成均匀分布。当发光体3的尺寸确定之后,入射的激发光在光导2内的反射次数有限,当入射到光导2的入射光斑位置偏离光导2的中心时(即入射光的空间分布不均匀),不足的反射次数将导致光导内的激发光分布不均匀,进而影响发光体3的出射光的空间均匀性。因此,在确定了发光体的尺寸后,需要光导尽可能长,以实现光的均匀性。
[0048] 不同于对比例,本发明的光源装置包括独立的激发光源、导光管、发光体和散热体,激发光源发出的激发光经导光管进行匀光,而后从发光体的光入射面进入发光体;发光体吸收激发光并出射受激光,同时产生热量,热量经导光管进入散热体,而后被散热体传导发散。下面对光源装置的各个器件进行详细描述。
[0049] <激发光源>
[0050] 激发光源用于出射激发光,通过将电能转化为光能。在本发明中,激发光源的作用在于,提供至少部分激发光供发光体吸收后出射受激光,最终的受激光或者受激光与剩余激发光的组合才是我们想要的光源装置的输出光。
[0051] 激发光源可以为固态光源,如半导体发光技术的LED光源或LD(LaserDiode,激光二极管)光源,该类光源发光效率高,节能环保。尤其是激光二极管光源,在大电流下的发光效率远超LED,而且出射光的发散角小,便于收集后进入导光管。
[0052] 激发光源可以只有单个发光单元,也可以有两个或者更多的发光单元。当激发光源包括两个以上发光单元时,发光单元可以通过合光的方式合为一束光入射到导光管,该技术方案能够增加光束亮度,例如利用多颗LED合光,获得高流明密度的激发光。
[0053] 在另一技术方案中,不同的发光单元在不同的位置入射到导光管中,即不同的发光单元在导光管的入射端面的入射光斑不重合。可以理解,当导光管的入射光斑能够覆盖整个入射端面时,将能以最短的距离获得均匀的光分布,但是若要使得入射光斑覆盖整个入射端面,则要使得入射光斑大于入射端面,造成光损失。因此,本技术方案取得平衡,通过利用不同的发光单元在不同的位置入射,在不超出导光管的入射端面的前提下,扩大了入射端面的总入射光斑面积,从而使得激发光能够以更短的距离实现匀光。在一个优选的实施方式中,各发光单元在导光管的入射端面的入射光斑围绕导光管轴线呈空间均匀分布,该方案能够进一步提高匀光性能,当发光单元数量逐渐增多时,技术方案将逐渐逼近入射光斑覆盖整个入射端面的技术方案。
[0054] <导光管>
[0055] 导光管用于接收来自激发光源的激发光,并通过多次反射对其进行匀光,而后将激发光传导到发光体的光入射面,其中,发光体的靠近导光管的面为光入射面。激发光在导光管的管壁内传导,导光管包括内管壁面、外管壁面、入射端面和底端面,其中入射端面与底端面相对设置,而且入射端面分别与内管壁面、外管壁面连接。激发光在外管壁面与内管壁面上反射。
[0056] 本发明不限定导光管的具体形状。举例说明,导光管可以为圆管或方管,此时,导光管的横截面为圆环和方环,外环对应外管壁面,内环对应内管壁面。当然,导光管的横截面也可以为其他形状的闭合环,如六边形环等。当激发光入射至导光管的入射端面,沿着远离入射端面的方向,横截面的光斑面积逐渐扩大,直至充满整个横截面,实现光束在导光管内的均匀分布。
[0057] 在本发明的一些实施方式中,导光管的横截面为开口环形状,此时,导光管除了包括内管壁面、外管壁面、入射端面和底端面之外,还增加了同时连接内管壁面、外管壁面、入射端面和底端面的两个侧端面,该两个侧端面通过光反射功能防止了激发光从开口环的开口处泄漏
[0058] 导光管的主要功能为导光,其材料选择光吸收率低的透明材料,例如玻璃等。
[0059] 在一些实施方式中,导光管优选采用高折射率的材料,例如折射率大于1.8的材料,该技术方案能够利用全反射原理,使得激发光在导光管内高效的传导。
[0060] 在另一些实施方式中,导光管不是利用全反射原理,而是在导光管的壁面设置反射层,同样可以达到光传导的功能。
[0061] 在本发明的一些技术方案中,为避免激发光在导光管中传导至底端面仍未被完全吸收,在底端面设置了反射层或反射结构,通过这些反射层/反射结构,将到达底端面的剩余激发光反射会导光管再次利用,并在一定程度上改善了导光管内的激发光沿导光管长度方向的光分布。具体地,反射层可以为镜面反射层,如铝膜、银膜,也可以为二向色片,如波长滤光片,还可以为漫反射结构,如镀有反射膜的扩散片、设有玻璃反射粉层的金属反射基板、反射胶层等。
[0062] 同样为了避免在导光管内传播的激发光在底端面泄漏,可以在导光管的底端面设置波长转换材料,使得到达导光管底端面的剩余激发光也可以通过底端面的波长转换材料的光转换作用,从导光管的底端面一侧出射,提高了光安全。
[0063] 为了增加激发光入射导光管的效率,可以在导光管的入射端面设置增透膜来提高光透射率。
[0064] 为了防止激发光在导光管内反射后从入射端面泄漏,可以在入射端面设置角度选择膜片,使得预设入射角的激发光透射,而其他入射角的光反射。还可以选择其他滤光膜片实现各类二向色功能。
[0065] <发光体>
[0066] 发光体能够吸收激发光,并出射波长不同的受激光。发光体可以为荧光粉与粘接剂形成的荧光层,例如胶/树脂粘接的有机荧光粉层、玻璃粉粘接荧光粉的荧光玻璃层,硅胶、树脂、玻璃粉充当了粘接剂的作用。发光体还可以为量子点膜。
[0067] 发光体还可以为荧光陶瓷,如纯相荧光陶瓷、复相荧光陶瓷。
[0068] 纯相荧光陶瓷具体可以是各种化物陶瓷、氮化物陶瓷或氮氧化物陶瓷,通过在陶瓷制备过程中掺入微量的激活剂元素(如镧系元素),形成发光中心。由于一般激活剂元素的掺杂量较小(一般小于1%),该类荧光陶瓷通常是透明或半透明发光陶瓷。在本发明的一个实施方式中,发光陶瓷层是Ce掺杂YAG陶瓷;在本发明的另一个实施方式中,发光陶瓷层为Ce掺杂LuAG陶瓷。
[0069] 一般地,纯相荧光陶瓷为多晶结构,在本发明的一些实施方式中,发光体还可以为荧光单晶,荧光单晶的透光性能更好,一般呈有色透明,其热导率高,而且能够在表面产生全反射。
[0070] 复相荧光陶瓷,其以透明/半透明陶瓷作为基质,在陶瓷基质内分布着荧光陶瓷颗粒(如荧光粉颗粒)。透明/半透明陶瓷基质可以是各种氧化物陶瓷(如氧化铝陶瓷、Y3Al5O12陶瓷)、氮化物陶瓷(如氮化铝陶瓷)或氮氧化物陶瓷,陶瓷基质的作用在于对光和热进行传导,使得激发光能够入射到荧光陶瓷颗粒上,并使受激光能够从复相荧光陶瓷中出射;荧光陶瓷颗粒承担荧光陶瓷的主要发光功能,用于吸收激发光并将其转换为受激光。荧光陶瓷颗粒的晶粒粒径较大,而且激活剂元素的掺杂量较大(如1~5%),使得其发光效率高;而且荧光陶瓷颗粒分散于陶瓷基质中,避免了位于荧光陶瓷较深位置的荧光陶瓷颗粒无法被激发光照射到的情况,还避免了纯相荧光陶瓷整体掺杂量较大而导致的激活剂元素浓度中毒的情况,从而提高了荧光陶瓷的发光效率。
[0071] 在本发明的实施方式中,上述各发光体内还可以进一步增加散射颗粒,使散射颗粒分布于发光体中。散射颗粒的作用在于增强激发光在发光陶瓷层内的散射,从而增大激发光在发光体内的光程,使得激发光的光利用率大大提高,提高光转换效率。散射颗粒可以是散射粒子,如氧化铝,氧化钇,氧化锆,氧化镧,氧化,氧化锌,硫酸钡等,既可以是单一材料的散射颗粒,也可以是两种或两种以上的组合,其特点为表观白色,能够对可见光进行散射,而且材料稳定,能够承受高温,粒径与激发光波长处于同一数量级或低一个数量级。在另外一些实施方式中,散射颗粒还可以替换为同尺寸的气孔,利用气孔与基质或粘接剂的折射率差实现全反射从而对激发光或受激光进行散射。
[0072] 荧光陶瓷还可以是另外一种复合陶瓷层,该复合陶瓷层与上述复相荧光陶瓷的区别仅在于陶瓷基质不同。其陶瓷基质是纯相的荧光陶瓷,即陶瓷基质本身具有激活剂,能够在激发光的照射下发出受激光。该技术方案综合了上述复相荧光陶瓷的发光陶瓷颗粒具有高发光效率的优势以及上述纯相的荧光陶瓷具有发光性能的优势,同时利用荧光陶瓷颗粒与荧光陶瓷基质进行发光,进一步提高了发光效率,而且该陶瓷基质虽然具有一定的激活剂掺杂量,但是掺杂量较低,能够保证该陶瓷基质具有足够的透光性。在该发光体中,同样可以增加散射颗粒或气孔增强内部散射。
[0073] 发光体内的发光材料(例如荧光粉)不限于是单一材料,也可以是多种材料的组合,也可以是多种材料层的叠加组合。发光体内的发光中心的体分布不限于均匀分布,还可以是梯度分布等非均匀分布。
[0074] 在本发明中,发光体设置在导光管上,既可以设置在导光管的外管壁面上,也可以设置在导光管的内管壁面上。
[0075] 无论发光体设置在导光管的外管壁面还是内管壁面上,发光体的长度都最好小于导光管的长度。这是由于,激发光源发出的激发光不可能刚一入射进入导光管就形成均匀光,需要经过一段距离的传导反射,填充导光管的横截面后才能均匀。因此,在本发明的一些优选地技术方案中,使得导光管的长度大于发光体的长度,且发光体远离导光管的入射端面,以使激发光具有足够的距离实现匀光。当然,本发明不排除在一些实施方式中,牺牲部分均匀性,使得发光体长度等于导光管长度,甚至发光体长度大于导光管长度。对于超出导光管长度部分的发光体,可以利用激发光在发光体表面的全反射或反射实现传导。此外,即使发光体的长度小于导光管,仍可以使得部分发光体超出导光管的长度范围,使得该部分发光体相对应导光管“悬空”设置,该技术方案能够增加发光体的发光面积,获得更多的出射光光型。
[0076] 当发光体设置在导光管的外管壁面上时,散热体设置在导光管的管芯位置,在导光管内的激发光通过与发光体的光入射面光耦合的外管壁面进入发光体。该技术方案中,发光体发出的光不必经过导光管出射,有利于发光体的出射光直接出射,而且对于相同的导光管和等量的发光体,本方案比发光体设置在导光管的内管壁面上的方案具有更薄的发光体;另一方面,该技术方案使得散热体集中于导光管的芯部,具有更宽的散热通道,有利于热量的迅速导出。
[0077] 当发光体设置在导光管的内管壁面上时,发光体为实心块状结构,即发光体设置在导光管的管芯。该技术方案下,发光体发出的光难以穿过导光管出射,因此在一个实施方式中,发光体的光出射面与光入射面相邻设置,发光体的光出射面的出射光方向沿着导光管的长度方向。经导光管匀光后的激发光环绕发光体大面积入射,以较低的光流明密度被发光体吸收,从而改善了产热均匀性,不会发生局部过热而导致的材料热淬灭;而且最终出射光从发光体的端面出射,发光面积小、亮度高,获得了高流明密度的出射光。
[0078] 在导光管外管壁覆盖发光体的方案中,对于导光管的管壁覆盖发光体的部分,发光体可以沿导光管的周向完全覆盖导光管的管壁面,那么发光体将能够在周向各个方向上出射光。在另一些技术方案中,在导光管的至少部分区域,发光体沿导光管的周向未完全覆盖导光管,该技术方案限制了发光体的出射光朝向。
[0079] 进一步地,在沿导光管长度方向的不同位置,发光体覆盖导光管的周向角度是变化的。尤其在一个方案中,发光体覆盖导光管的周向角度随着离导光管的入射端面的距离的增加而单调不减,该技术方案利用了导光管内的激发光逐渐均匀的特点,配合发光体能够获得均匀的发光。
[0080] 在本发明中,发光体的光出射面可以为其光入射面的相对面,还可以为光入射面的相邻面。上述发光体设置在导光管的内管壁面的技术方案中,没有与光入射面相对的光出射面,只能将光入射面的相邻面作为光出射面,即发光体的端面。在发光体设置在导光管的外管壁面的技术方案中,发光体的光出射面可以选择与光入射面面积相仿的相对面,也可以选择面积更小的相邻面。当需要较大面积的线状或面状照明光源的时候,选择与光入射面相对设置的面作为光出射面。当需要高流明密度的小面积光源时,选择光入射面的相邻面作为光出射面。当然,可以同时使光入射面的相对面与相邻面作为发光体的光出射面。
[0081] 在本发明中,发光体的光出射面可以增加光学膜片,获得特定光学特性的光。例如,通过设置波长滤光膜片,只透射某一波长范围内的光,以获得色纯度高的出射光,或者通过反射激发光,提高激发光的光利用率。还可以设置检偏器膜片,获得单一偏振态的光。还可以设置角度选择膜片,获得小发散角的出射光。
[0082] <散热体>
[0083] 散热体用于将发光体发出的热量传导发散。散热体与导光管接触,而且位于导光管远离发光体的一侧的壁面,因此发光体发出的热量首先经过导光管的管壁,然后传导到散热体。
[0084] 散热体可以是任何已知的散热结构,如金属散热件。在一个技术方案中,散热体包括热管。在一个技术方案中,散热体包括流动导热介质。由于散热体无需考虑导光问题,因此在本实施方式中,能够选择散热效率更高的热管、液冷结构,进一步避免发光体的热淬灭问题,使得发光体能够承受更高功率密度的激发光照射。
[0085] 为避免散热体与导光管的接触影响导光管的光学性能,可以在导光管与散热体之间设置反射层或反射结构,例如镀反射膜等。
[0086] 由于大多数散热体为金属,而导光管为玻璃、陶瓷,两者的热膨胀系数相差较大,为消除应力并保证两者的热接触面积,可以在导光管与散热体之间设置连接用的导热胶。
[0087] 对散热体的结构可以进行改进,以实现体积、成本的改善。在一个散热体设置在导光管的管芯的技术方案中,散热体包括沿导光管轴线布置的第一散热部和第二散热部,第一散热部沿导光管的径向的尺寸小于所述第二散热部沿导光管的径向的尺寸,散热体通过第二散热部与导光管热耦合,第一散热部与所述导光管不接触,且第二散热部相对于第一散热部靠近发光体(最好使得第二散热部在导光管上的投影与发光体在导光管上的投影重合)。该技术方案能够减少不必要的散热结构,使得散热体能够有针对性的对发光体散热,做到降低成本。
[0088] 下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
[0089] 请参见图2a,图2a为本发明实施例一的光源装置的结构示意图。光源装置10包括激发光源110、导光管120、发光体130和散热体140。
[0090] 激发光源110用于出射激发光。如上文所述,可以为LED、激光二极管光源等。
[0091] 本实施例中,导光管120为圆管,包括外管壁面121、内管壁面122、入射端面123和底端面124,入射端面123连接内管壁面122和外管壁面121。
[0092] 发光体130设置在导光管120的外管壁面121上,能够吸收激发光并出射受激光。
[0093] 散热体140设置于导光管120的内管壁面一侧,设置于导光管120的管芯,与导光管120热耦合连接。
[0094] 整体光路大致为,激发光源110出射的激发光从导光管120的入射端面123入射到导光管,在导光管120内传导后,从发光体130的光入射面(即发光体130与导光管120的接触面)入射于发光体130,而后,发光体130吸收至少部分激发光,并发射受激光形成出射光。可以理解,发光体130的出射光既可以是只包含受激光的光,也可以是包含受激光与未被吸收的激发光的光,根据实际需要设计,此处不再赘述。
[0095] 为进一步清楚描述导光管120的结构,请参见图2b,图2b为图2a所示的光源装置的A-A横截面结构示意图。图2b的标号与图2a一致,发光体130、导光管120和散热体140形成层层嵌套的结构,导光管120包围散热体140,发光体130又包围导光管120。
[0096] 本发明的导光管形状不限于图2b所示的圆管型,其横截面还可以是其他闭合环状。如图2c为本发明实施例一的变形实施例的导光管横截面示意图,图中示出了导光管120c、发光体130c和散热体140c,其中的导光管120c的横截面为方环。可以理解,本发明的导光管横截面不限于圆环和方环,还可以是其他形状的环形。
[0097] 而且,本发明的导光管横截面也不仅限于闭合环形,还可以是开口环。请参见图2d,为本发明实施例一的又一变形实施例的导光管横截面示意图,图中示出了导光管120d、发光体130d和散热体140d。其中的导光管120d的横截面为圆弧环型。该实施例中,导光管
120d除了外管壁面、内管壁面、入射端面和底端面之外,额外增加了两个面,该两个面应当设置反射层或反射结构,以防止光束外泄。该实施方式中,由于导光管是非闭合的管,因此设置在其中的散热体可以从导光管内延出,进一步提高散热性能。
[0098] 回到图2a,在本实施例中,沿着导光管120的轴向,导光管120的长度大于发光体130的长度,而且发光体130位于远离导光管120的入射端面123的位置。
[0099] 本实施例中,发光体130的光入射面与导光管120的外管壁面121光耦合,发光体130的光出射面131与光入射面相对设置。因此本实施例的光源装置10能够获得发光棒形的出射光。该光源装置能够替换现有的一些棒状/线状的卤素灯丝。
[0100] 本实施例中,除了上述提到的激发光源110,导光管120,发光体130和散热体140,光源装置10还包括光引导装置150,设置于激发光源110与导光管120之间的光路上,激发光经光引导装置150入射于导光管120的入射端面123。本实施例中的光引导装置150为透镜。在其他实施方式中,光引导装置还可以为透镜组、光导体等光学器件。光引导装置并非必要光学结构,激发光源也可直接入射到导光管中。
[0101] 在本实施例中,散热体可以为带有鳍片的金属结构,可以为包含热管的散热结构,可以为主动散热结构,如制冷芯片等。由于该散热体无需承担光学作用,可以选择各种吸光、透光、反光的材料而不受限制。因此,散热体还可以是流动的导热介质,如冷却。在该实施方式中,由于激发光是通过远程照射的方式入射到导光管,因此导光管、发光体、散热体是无需电连接的结构,不必担心采用冷却水的技术方案中的触电安全问题。
[0102] 请参见图3a,图3a为本发明实施例二的光源装置的结构示意图,其中,光源装置20包括激发光源210、导光管220、发光体230和散热体240。导光管220包括内管壁面222、外管壁面221、入射端面223和底端面224,入射端面223与底端面224相对设置,内管壁面222与外管壁面221相对设置,入射端面223连接内管壁面222与外管壁面221。发光体230设置在导光管220的外管壁面221上,能够吸收激发光并发出受激光,散热体240设置在导光管220的内管壁一侧。激发光源210发出的激发光从导光管220的入射端面223入射,在内管壁面222与外管壁面221之间传导后,从发光体230的光入射面入射于发光体,发光体的靠近导光管的面为光入射面。
[0103] 实施例二与图2a所示实施例一的不同点在于,增加了设置在导光管220与散热体240之间的导热介质250,具体地,导热介质250可以为导热胶。通常地,散热体为金属,而导光管为玻璃、陶瓷、单晶等无机非金属材料,两者热膨胀系数不同,也不易实现两者的结合。
该实施方式能够增大导光管220与散热体240之间的热接触界面,消除应力。
[0104] 由于某些导热胶折射率偏大,可能导致导光管与导热胶的界面全反射条件失效,因此,可以在导光管与散热体之间设置反射层或反射结构,以保证激发光在导光管中不泄漏。
[0105] 本实施例与实施例一的不同点还在于,在本实施例中的导光管220的至少部分区域,发光体230沿导光管220的周向未完全覆盖导光管(本发明中是指覆盖角度大于0°且小于360°的情况,完全没有覆盖的不属于本实施方式的范围)。
[0106] 请参见图3b和图3c,分别为图3a所示的光源装置20的B-B横截面和C-C横截面的结构示意图。其中,对于B-B截面,发光体230仅沿导光管220周向覆盖了180°的角度范围,而对于C-C截面,发光体230沿导光管220周向覆盖了360°的角度范围。
[0107] 对于C-C截面,与前述实施方式类似,此处不再赘述。对于图3b所示的B-B横截面,发光体230仅从导光管220一侧180°的出射光,形成特定的光分布。B-B横截面未覆盖发光体的一侧,激发光通过导光管220界面的全反射作用被束缚在导光管内沿轴向传导。可以理解,发光体230覆盖导光管的横截面角度不限于180°,还可以是大于0小于360°之间的任意角度。
[0108] 在本实施例中,B-B横截面相对于C-C横截面更加靠近导光管220的入射端面223。入射的初始光斑在导光管220的横截面内的分布极度不均匀,随着光束沿着导光管220的轴向传导,光斑在横截面内的分布逐渐扩散至形成完全均匀的面分布。因此,B-B横截面的光面分布相对应C-C横截面的光面分布不均匀,光束主要集中在图3a的靠上一侧。发光体230也设置在横截面靠近入射光斑一侧,以保证足够的光入射到发光体230内。在本实施例的一个变形实施例中,发光体覆盖导光管的周向角度并不只有B-B和C-C两种横截面的变化,而是有多个不同的覆盖角度。在沿导光管的不同位置,所述发光体覆盖所述导光管的周向角度随着离所述导光管的入射端面的距离的增加而单调不减。
[0109] 请参见图4,图4为本发明实施例三的光源装置的结构示意图,光源装置30包括激发光源310、导光管320、发光体330、散热体340和光引导装置350。
[0110] 其中,光引导装置350设置于激发光源310与导光管320之间的光路上,将激发光引导入射至导光管320的入射端面。在本实施例中,光引导装置350包括光纤。
[0111] 本实施例与图2a所示的实施例一不同点在于,本实施例中的激发光源310包括两个发光单元311和312,光引导装置350分别通过两束光纤将两个发光单元发出的激发光引导至导光管320的入射端面的不同位置,使得两者在入射端面的入射光斑不重合。
[0112] 本实施例在导光管320的入射端面的光分布均匀性优于实施例一的导光管120的入射端面,使得激发光在导光管中传导时,更短的距离实现整个导光管横截面的光分布均匀性。
[0113] 本实施例仅列举了采用两个发光单元对导光管入射端面的不同位置入射光斑,可以理解,可以采用更多的发光单元对导光管入射端面的不同位置照射,进一步改善入射端面的光分布均匀性。
[0114] 在本发明的其他实施例中,不限于采用光纤的方式实现入射光斑位置的控制,还可以通过透镜引导等方式,直接将激发光引导至入射端面,此处不再赘述。
[0115] 本实施例中的发光单元仅示出包含一个激光二极管,可以理解,一个发光单元也可以包括多个激光二极管或发光二极管,该多个激光二极管或发光二极管合光后作为一个发光单元使用。
[0116] 请参见图5,图5为本发明实施例四的光源装置的结构示意图,光源装置40包括激发光源410、导光管420、发光体430、散热体440和光引导装置450。
[0117] 与上述各实施例不同之处在于,本实施例中,导光管420的底端面设置有反射层460。通过这些反射层/反射结构,将到达底端面的剩余激发光反射会导光管再次利用,并在一定程度上改善了导光管内的激发光沿导光管长度方向的光分布。具体地,反射层可以为镜面反射层(包括平面反射、曲面反射),如铝膜、银膜,也可以为二向色片,如波长滤光片(反射激发光波段),还可以为漫反射结构,如镀有反射膜的扩散片、设有玻璃反射粉层的金属反射基板、反射胶层等。
[0118] 在本实施例四的变形实施例中,反射层460也可以替换为包含波长转换材料的层结构,使得到达导光管底端面的剩余激发光也可以通过底端面的波长转换材料的光转换作用被吸收。具体地,该层结构可以为包含波长转换材料、反射材料和粘接剂的层结构。
[0119] 在本发明中,无论460是反射层/反射结构,还是含有波长转换材料的层结构,都能够防止激发光从底端面泄漏出去,造成光安全问题。
[0120] 请参见图6,图6为本发明实施例五的光源装置的结构示意图,光源装置60包括激发光源510、导光管520、发光体530和散热体540。
[0121] 与上述实施例不同的是,本实施例中,散热体540包括沿导光管520的轴向布置的第一散热部541和第二散热部542,其中第一散热部541沿导光管520的径向的尺寸小于第二散热部542沿导光管的径向的尺寸,散热体540通过第二散热部542与导光管520热耦合,第一散热部541则与导光管520不接触,且第二散热部541相对于第一散热部542靠近发光体530。
[0122] 从图中可以看出,第二散热部542在导光管520上的投影与发光体530在导光管520上的投影重合,能够最有效率的满足散热需求。可以理解,在沿导光管的轴向,第二散热部可以相对于发光体更长。
[0123] 请参见图7,图7为本发明实施例六的光源装置的结构示意图。光源装置60包括激发光源610、导光管620、发光体630和散热体640。发光体630设置在导光管620的外管壁面上,能够吸收激发光并发出受激光,散热体640设置在导光管620的内管壁一侧。激发光源610发出的激发光从导光管620的入射端面入射,在内管壁面与外管壁面之间传导后,从发光体630的光入射面631入射于发光体630,发光体630的光入射面631与导光管620光耦合。
[0124] 与上述各实施例不同的是,本实施例中,发光体630的光出射面632与光入射面631相邻设置,而非上述实施例中的相对设置,而且光出射面632的面积小于光入射面631的面积。经导光管620匀光后的激发光以较大的面积(即较小的激发光功率密度)入射到发光体630的光入射面631,而后受激光从发光体的小面积端面632出射,形成了高流明密度的出射光,能够被应用于各种高流明照明/显示领域。
[0125] 上述各实施例中,都是列举了发光体在导光管的外管壁面上的实施方式。下面将对发光体设置在导光管的内管壁面的实施方式进行描述。可以理解,上述实施方式中的技术方案,如激发光源包括多个发光单元、光引导装置的类型、发光体与导光管的长度关系、导光管的截面形状、导光管底端面的光学结构等技术特征都可以应用到下述实施方式中。
[0126] 请参见图8,图8为本发明实施例七的光源装置的结构示意图,光源装置70包括激发光源710、导光管720、发光体730和散热体740,发光体730设置在导光管720的内管壁面上,能够吸收激发光并发出受激光,散热体740设置在导光管720的外管壁一侧。激发光源710发出的激发光从导光管720的入射端面入射,在内管壁面与外管壁面之间传导后,从发光体730的光入射面731入射于发光体730,发光体730的光入射面731与导光管720光耦合。
[0127] 在本实施例中,发光体730为实心块状结构,发光体的光出射面732与光入射面731相邻设置。激发光以较大的面积(即较小的激发光功率密度)入射到发光体730的光入射面731,而后受激光从发光体的小面积端面732出射,形成了高流明密度的出射光,能够被应用于各种高流明照明/显示领域。
[0128] 该实施例同样将原本光导的导光和导热功能分离,由独立的导光管的管壁负责导光,由独立的散热体负责导热,避免了选择同时具备高导热、高导光性能的光导的高成本问题。
[0129] 本发明还提供了一种车灯,请参见图9,为本发明实施例的一种车灯的结构示意图。车灯包括上述各种列举的光源装置,包括激发光源010、导光管020、发光体030、散热体040和光引导装置050。车灯还包括光收集装置080,设置在发光体030的出射光光路上,用于将发光体030的出射光收集后射出。
[0130] 该车灯的光源装置能够模拟现在的卤素车灯的灯丝灯泡的光型,可以直接将光源装置替换到车灯里,实现了改善车灯亮度、能耗,而且无需对光收集装置进行改变,降低了更换车灯的成本。
[0131] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0132] 以上所述仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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