[发明专利]具有发射角度选择特性的光波长转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及光源的光学结构，尤其涉及光波长转换装置控制光强度或方向的方法。

背景技术

光源运用场合越来越多样化，例如用于图像投影，以背投电视(RPTV)或前投影仪为例；或用于交通运输工具，以汽车、船或飞机的前灯或照明灯为例；......不同运用场合对光源色彩的要求各不相同。比如舞台灯光需要具有不同的颜色；投影显示领域所适用光源的色温可以从6500K变化到11000K。

特定颜色或色温的现有光源，例如白光光源，一般赖以实现的主要技术方案有RGB混光方案和荧光转换方案。所述RGB混光方案是利用不同颜色，例如以红、绿或蓝基色为例的光源为单位进行组合混光，从而得到不同色温的白光输出。所述荧光转换方案是利用预定波长的发射光来激发光波长转换材料，例如荧光粉，发出白光。

鉴于半导体发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有使用寿命长、功耗低、波长可调等优点，随着各种新型高功率高亮度LED的不断涌现，LED光源在显示和照明领域得到了越来越广泛的应用。

现有低成本LED光源多采用荧光转换方案。例如，日本日亚公司(Nichia)的白光LED专利，公开了利用470纳米蓝光LED芯片来激发黄色YAG荧光粉发出白光的技术方案。该类光源结构上至少包括LED、荧光粉及用来改变受激发光方向的反射体或反射面，所述荧光粉在LED发射光的激励下，发出特定波长的光子并经所述反射体或反射面收集后定向射出。

为了简化光源的结构设计和便于生产，申请号为88100491的中国专利申请公开了一种红色荧光转换膜，将红色荧光涂料涂在衬底上固化后制得。该膜可以配合平面光源来改变光源输出颜色。申请号为2005101048507的中国专利申请更公开了一种荧光胶膜，可便于 胶贴在液晶显示器的背光板上。

上述现有技术的不足之处在于：在使用荧光转换膜给光源带来结构简化优点的同时，现有光源对如何提高荧光转换效率的考虑不足，从而不利于光源输出亮度的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种光波长转换方法，能在简化光源结构的同时，便于提高光源的输出亮度。

为解决上述技术问题，本发明的基本构思为：根据波长转换物质(例如荧光粉)的一般特性，受激发光呈各向同性，即在各个角度上均匀发光，其发散角为4∏；但在光源的实际应用，尤其作为投影光源应用中，需要限制受激发光的收集角度(比如只能收集半角30度以内孔径的光)，使得因有效角度以外的受激发光被浪费而严重降低了荧光转换光源的光利用率(如30度以内的光只占全角总发光的12.5％)；因此，为现有荧光膜的一面增加一层反射膜来反射受激发光使其只能从正面出射来将发散角减小为2∏，同时为另一面增加一层角度选择滤光片/膜，允许预定角度范围内的受激发光透射，并将其余角度的受激发光反射回荧光膜，利用所述荧光粉对该受激发光的漫反射作用和所述发射膜的反射作用来改变这些受激发光的出射角度，以进行二次或多次利用；尤其是，在现有荧光膜与角度选择滤光片/膜之间和/或荧光膜与反光膜之间加入具有较低折射率的介质时，可利用全反射现象将来自荧光膜的大角度出射光线(包括激发光)反射回荧光膜，同时可以起到限制激发光的作用，使原来没有被荧光粉吸收的剩余激发光有机会反射回荧光膜得以被二次利用，从而提高荧光转换效率。

作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种具有发射角度选择特性的光波长转换方法，用于光源，包括步骤：引导激发光射往包括了波长转换材料的波长转换层来激发产生预定波长的受激发光；尤其是，还包括步骤：在所述波长转换层的一侧设置一角度选择滤光膜/片，来引导小于预定出射角度的受激发光以透射方式通过该角度选择滤光膜/片，同时将大于该预定出射角度的受激发光反射回去；在所述波长转换层的另一侧设置一反光膜/片，来反射射往该反光膜/片的受激发光；在所述波长转换层与所述角度选择滤光膜/片之间设置一具有低折射率的第一介质膜/片，或/和在所述波长转换层与所述反光膜/片之间设置一具有低折射率的第二介质膜/片，且令该第一介质膜/片或第二介质膜/片的折射率都低于所述波长转换层的折射率n1，来全反射来自所述波长转换层的大角度入射光线；该大角度入射光线是指入射角大于arcsin(n2/n1)的激发光或受激发光，其中n2表示所对应的第一介质膜/片(3)或第二介质膜/片(3’)的折射率。

上述方案中，设置使所述第一介质膜/片或第二介质膜/片的厚度均小于该第一或第二介质膜/片自身的内切圆半径。