專利名稱：多色發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置和系統(tǒng)，特別是涉及采用波長轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生高亮度多色光的多色發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
采用固態(tài)光源如激光二極管(LD，Laser Diode)或發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)發(fā)出的激發(fā)光以及波長轉(zhuǎn)換材料如熒光粉或量子點的波長轉(zhuǎn)換方法能夠產(chǎn)生高亮度的波長不同于激發(fā)光波長的光。傳統(tǒng)裝置中，激發(fā)光射到波長轉(zhuǎn)換材料上，該波長轉(zhuǎn)換材料吸收激發(fā)光并產(chǎn)生波長高于激發(fā)光波長的光(受激發(fā)光)。為了產(chǎn)生不同的顏色，采用不同的波長轉(zhuǎn)換材料。2009. 06. 16授權(quán)的美國專利7M7114描述了一種基于波長轉(zhuǎn)換的多色發(fā)光裝置， 該裝置采用了激發(fā)光源和具有波長轉(zhuǎn)換材料(如熒光粉)的多段移動盤。激發(fā)光源為發(fā)出光在紫外和/或藍光區(qū)域的發(fā)光二極管或激光二極管。該移動盤的每個分段均包含不同的波長轉(zhuǎn)換材料或不含波長轉(zhuǎn)換材料。盤設為移動以使所述不同分段在不同時間暴露在激發(fā)光中。當盤移動時，盤上不同分段的不同波長轉(zhuǎn)換材料在時間上連續(xù)產(chǎn)生不同顏色的光。這種多色發(fā)光裝置可用于圖像顯示上具有微顯示成像器的投影系統(tǒng)。2010. 10. 13公開的中國專利申請，公開號CN101858496A，描述了一種基于波長轉(zhuǎn)換的多色發(fā)光裝置，該裝置采用了兩個不同顏色的光源。兩個光源，一個發(fā)出藍光，另一個發(fā)出紫外光，均放置在波長轉(zhuǎn)換材料之前。藍光和紫外光通過合光裝置結(jié)合被引導至轉(zhuǎn)動波長轉(zhuǎn)換裝置。該波長轉(zhuǎn)換裝置包括承載有不同波長轉(zhuǎn)換材料(如紅色和綠光熒光粉)的多個分段以及不承載有波長轉(zhuǎn)換材料且能透射藍光的透明分段。紫外光和藍光均可用于激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料。當透明分段轉(zhuǎn)至入射光的光路中時，紫外光關(guān)閉，僅有藍光透射通過該透明分段以產(chǎn)生藍色輸出光。當承載有波長轉(zhuǎn)換材料的分段轉(zhuǎn)至入射光的光路中時，藍光和紫外光均打開來激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料。采用感應器來感應轉(zhuǎn)動波長轉(zhuǎn)換裝置的位置并發(fā)出控制紫外光源開關(guān)的信號。典型的多色發(fā)光系統(tǒng)需要產(chǎn)生多種基色光，如紅綠藍光來混合產(chǎn)生其他所需求的光。多色發(fā)光系統(tǒng)還可能需要產(chǎn)生黃光，與藍光混合產(chǎn)生白光。為了產(chǎn)生采用波長轉(zhuǎn)換的多色光，一個關(guān)鍵的條件是利用波長轉(zhuǎn)換材料，該波長轉(zhuǎn)換材料可將激發(fā)光轉(zhuǎn)換成所需求的光，如紅綠藍黃等(但是藍光光源經(jīng)常作為藍光直接使用而不是波長轉(zhuǎn)換)。但是，不同的波長轉(zhuǎn)換材料常常具有不同的效率。例如，在目前可得到的波長轉(zhuǎn)換材料中，產(chǎn)生紅色轉(zhuǎn)換光的熒光粉材料(方便起見用紅色熒光粉來表示)的效率和可靠性低于其它熒光粉，如綠色和黃色熒光粉。因此，需要提供一種多色發(fā)光裝置，以解決由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性和缺點導致的上述技術(shù)問題
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多色發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括第一光源，用于發(fā)射第一光線；第二光源，用于發(fā)射第二光線；波長轉(zhuǎn)換裝置，包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段，第一波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生第三光線；光學裝置，用于引導第一和第二光線作為入射光射至波長轉(zhuǎn)換裝置，波長轉(zhuǎn)換裝置相對于第一和第二光源可移動，以使第一和第二分段依次暴露在入射光的光路中；輸出端，用于接收波長轉(zhuǎn)換裝置發(fā)出的出射光；并且，在第一時間段，允許起源于第一光源的光線輸出到輸出端，并阻止起源于第二光源的光線輸出到輸出端；在第二時間段，允許起源于第二光源的光線輸出到輸出端，并阻止起源于第一光源的光線輸出到所述輸出端；第一時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在入射光的光路中時的時間段，第二時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在入射光的光路中時的時間段。本發(fā)明還提供一種多色發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括第一光源，用于產(chǎn)生第一光線，第一光線為藍光或紫外光；第二光源，用于產(chǎn)生第二光線，第二光線為紅光；波長轉(zhuǎn)換裝置，包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段，第一波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生第三光線；以及光學裝置，用于引導第一和第二光線作為入射光射至波長轉(zhuǎn)換裝置，波長轉(zhuǎn)換裝置相對于第一和第二光源可移動，以使第一和第二分段依次暴露在入射光的光路中，第一光源至少在第一時間段打開，第一時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在入射光的光路中時的時間段；并且，第二光源至少在第二時間段打開，第二時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在入射光的光路中時的時間段。本發(fā)明還提供一種多色發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括第一光源，用于產(chǎn)生第一光線；第二光源，用于產(chǎn)生第二光線；
波長轉(zhuǎn)換裝置，包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段，第一波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生第三光線；以及光學裝置，用于引導第一和第二光線作為入射光射至波長轉(zhuǎn)換裝置，波長轉(zhuǎn)換裝置相對于第一和第二光源可移動，以使第一和第二分段依次暴露在入射光的光路中，第一光源在第一時間段打開且在第二時間段關(guān)閉，第二光源在第二時間段打開且在第一時間段關(guān)閉，第一時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在入射光的光路中時的時間段，第二時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在入射光的光路中時的時間段。


圖1是本發(fā)明多色發(fā)光裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的多色發(fā)光裝置中的承載有波長轉(zhuǎn)換材料的移動盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1所示的多色發(fā)光裝置中的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意6
圖4是圖1所示的多色發(fā)光裝置中的移動盤、感應信號以及光源的時間序列的示意圖；圖5A-5C是本發(fā)明多色發(fā)光裝置的第二、第三、第四實施例中的波長轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式圖1-4闡述了與本發(fā)明的第一實施例相一致的多色發(fā)光裝置。圖1是本發(fā)明多色發(fā)光裝置的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例的多色發(fā)光裝置包括第一光源1、第二光源2、合光裝置3以及波長轉(zhuǎn)換裝置4。第一光源1用于產(chǎn)生一激發(fā)光(第一光線)，優(yōu)選的，第一光線為藍光或紫外光。第二光源2用于產(chǎn)生第二激發(fā)光(第二光線)， 在優(yōu)選的實施例中，第二光線為紅光。在其它實施例中，第二光線可能為綠光或者其它顏色光。第一光源和第二光源可為發(fā)光二極管、激光二極管或者其它固態(tài)光源。波長轉(zhuǎn)換裝置 4上承載的波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生第三光線。優(yōu)選的，第二光線與第三光線的光譜部分交疊，例如，第二光線為紅光時，第三光線為黃光或橙光；或者，第二光線為綠光時，第三光線為黃光或青光。合光裝置3置于波長轉(zhuǎn)換裝置4和兩個光源(第一光源1與第二光源2~)之間，且引導第一光線與第二光線射往波長轉(zhuǎn)換裝置4。作為一個例子，合光裝置3為分光濾光片， 反射第一和第二光線中的一個且同時透射第一和第二光線中的另一個。在圖1所示的典型結(jié)構(gòu)中，分光濾光片3透射第一光源1發(fā)出的第一光線(如箭頭A所示)并反射第二光源 2發(fā)出的第二光線(如箭頭B所示)。具體地，第一光線和第二光線在合光裝置3后的光路相同。(圖1中并未標示，所畫箭頭A和B僅為方便闡述的平面表示。)合光裝置3的另一實施例為具有分支端口和結(jié)合端口的光纖束。為便于描述，以下將經(jīng)合光裝置3合光后的， 入射到波長轉(zhuǎn)換裝置4的第一光線與第二光線稱為入射光A/B。合光裝置3為可選的。例如，該裝置在第一和第二光源1、2為激光的情況下是不必要的，因為通常激光的出射角度小，可從不同角度引導至波長轉(zhuǎn)換裝置4。此外，如第一和第二光源是以相反的方向?qū)ㄩL轉(zhuǎn)換裝置，則沒有必要使用合光裝置。圖1所示的實施例中，波長轉(zhuǎn)換裝置4為透射式，即波長轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的出射光 (如箭頭C所示)的行進方向與入射光A/B相同。在另一實施例中，波長轉(zhuǎn)換裝置4為反射式，即波長轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的出射光的行進方向與入射光A/B相比大致相反或者成一角度。 在另一實施例中，第一和第二光線A、B從相反方向?qū)ㄩL轉(zhuǎn)換裝置，且波長轉(zhuǎn)換裝置為透射、反射的混合形式。例如，在一個這樣的實施例中，第一光線從第一方向?qū)ㄩL轉(zhuǎn)換裝置，第二光線從第二方向(即與第一方向相反的方向)導往波長轉(zhuǎn)換裝置，且出射光以第一方向行進(在這種情況下，波長轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的光以第一方向行進且波長轉(zhuǎn)換裝置將第二光線反射回第一方向)。在另一個這樣的實施例中，第一光線從第一方向?qū)ㄩL轉(zhuǎn)換裝置，第二光線從第二方向?qū)ㄩL轉(zhuǎn)換裝置，且出射光以第二方向行進(在這種情況下，波長轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的光以第二方向行進且波長轉(zhuǎn)換裝置透射第二光線往第二方向)。以下的具體描述集中在透射式(圖1)上；為了實現(xiàn)各種類型的裝置，可改變不同部件的位置，以及可采用各種不同的或額外的光學裝置如分光濾光片作為波長轉(zhuǎn)換裝置的一部分或適當放置于光路中的其它位置。本發(fā)明涵蓋所有這些不同種類的裝置?；诒景l(fā)明公開的描述和本領(lǐng)域熟知的現(xiàn)有技術(shù)可以在勿需過多試驗的情況下實現(xiàn)可選類型的裝置。多色發(fā)光裝置的輸出端用裝置7來表示。輸出端可用任何合適的光學裝置來收集和接收波長轉(zhuǎn)換裝置4發(fā)出的出射光。其它光學裝置可能出現(xiàn)在發(fā)光裝置中但并未在圖1中標示，如置于波長轉(zhuǎn)換裝置 4之前的聚焦和/或光線成形光學裝置，置于波長轉(zhuǎn)換裝置之后的光收集光學裝置，顏色濾
兀片寸寸。波長轉(zhuǎn)換裝置4的一個面包含多個分段。每個分段承載有吸收激發(fā)光并產(chǎn)生受激發(fā)光的波長轉(zhuǎn)換材料，或者不承載有波長轉(zhuǎn)換材料(此處用“透明”來描述)。波長轉(zhuǎn)換裝置4安裝在一支撐結(jié)構(gòu)上(圖中未標示)，并隨其移動，在移動過程中波長轉(zhuǎn)換裝置的不同分段依次落在入射光A/B的光路上。圖1和2所示的實施例中，波長轉(zhuǎn)換裝置4為一環(huán)形結(jié)構(gòu)，其放置平面垂直于入射光A/B的方向，且圍繞平行于入射光的軸轉(zhuǎn)動(如箭頭D所示)。波長轉(zhuǎn)換裝置4環(huán)形的圓周區(qū)域沿角度方向排列劃分為多個分段41-44。當波長轉(zhuǎn)換裝置4轉(zhuǎn)動時，不同分段在不同的時間段暴露在入射光的光路中。在另一個替代方案中(圖中未顯示)，波長轉(zhuǎn)換裝置4為一包含沿線性方向排列的多個分段的盤，以往復運動的形式沿該線性方向移動。在另一個替代方案中(圖中未顯示)，波長轉(zhuǎn)換裝置4為一包含在柱面沿角度方向排列的多個分段的轉(zhuǎn)動圓柱體。實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換裝置移動的機構(gòu)和電學結(jié)構(gòu)與相關(guān)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)相類似。圖2所示的優(yōu)選實施例中，波長轉(zhuǎn)換裝置4包含4個貼近的分段41、42、43和44。 分段43和44分別承載有綠色和黃色波長轉(zhuǎn)換材料，該波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光源產(chǎn)生的光并分別發(fā)出綠光和黃光。當激發(fā)光為藍光時，分段42不承載有波長轉(zhuǎn)換材料，并透射激發(fā)光；當激發(fā)光為紫外光時，分段42承載有藍色波長轉(zhuǎn)換材料并被激發(fā)光激發(fā)產(chǎn)生藍光。 分段41不承載有波長轉(zhuǎn)換材料且透射第二光源2產(chǎn)生的紅光?？蛇x的，承載有黃色熒光粉的分段44可以省略?？蛇x地，在綠色和黃色分段后采用一濾光片來阻止殘余的藍光或紫外光?？蛇x地， 可用足夠厚的波長轉(zhuǎn)換材料層來減少殘余的藍光或紫外光。另外可選地，可在色輪后的光路中使用阻擋紫外光的濾光片。第一實施例中，第一和第二光源1、2根據(jù)一個特定模式被控制其開或關(guān)，且其開/ 關(guān)的時間段與波長轉(zhuǎn)換裝置4的移動同步，以在不同時間段產(chǎn)生具有不同顏色的出射光C。 具體的，第一光源1 (藍色或紫外激發(fā)光)當分段42、43和44轉(zhuǎn)至入射光的光路時受控打開，且當分段41轉(zhuǎn)至入射光的光路時受控關(guān)閉。第二光源2 (紅色直接出射光)當分段41 轉(zhuǎn)至入射光的光路時受控打開，且當分段42、43和44轉(zhuǎn)至入射光的光路時受控關(guān)閉。結(jié)果， 波長轉(zhuǎn)換裝置4后收集的出射光C當分段42、43和44轉(zhuǎn)至入射光的光路時分別為藍光、綠光和黃光，當分段41轉(zhuǎn)至入射光的光路時為紅光。在此模式下，第二光源3產(chǎn)生的紅光作為出射光直接射出，而不是作為波長轉(zhuǎn)換材料的激發(fā)光。對于透射式波長轉(zhuǎn)換裝置4，透明分段41和42分別用于透射紅光和藍光。對于反射式波長轉(zhuǎn)換裝置4，透明分段41和42分別用于反射紅光和藍光。圖2中需說明的是，分段41-44的顏色標示對應于出射光顏色，而不是波長轉(zhuǎn)換材料顏色，這是因為分段41和42可能不包含波長轉(zhuǎn)換材料。
如圖2所示的波長轉(zhuǎn)換裝置4，出射光C的顏色序列為
紅-藍-綠-黃-紅-......由于此四個分段41-44的大小相同，出射的每種顏色約占時
間的25%。優(yōu)選的，波長轉(zhuǎn)換裝置4可設計為輸出其它所需的顏色序列，和/或不同的顏色具有不同的持續(xù)時間?？捎每刂葡到y(tǒng)來同步第一和第二光源1、2的開關(guān)狀態(tài)和波長轉(zhuǎn)換裝置4的移動。 如圖3所示，控制系統(tǒng)包括感應器5，用于感應波長轉(zhuǎn)換裝置4的位置并產(chǎn)生指示感應位置的信號?；诟袘?的此信號，控制器6可產(chǎn)生控制第一和第二光源1、2的打開和關(guān)閉的控制信號?？刂破?可為控制兩個兩元的一個單元，或者可為分別控制兩個光源的兩個單元。任何合適的感應系統(tǒng)均可能用于實現(xiàn)感應器5，且感應器可在任何合適的方式下耦合感應波長轉(zhuǎn)換裝置4的移動。例如，感應器5可能為光學解碼器、解析器、霍爾傳感器等，用于感應波長轉(zhuǎn)換裝置4的位置?？蛇x的，感應器可為光學傳感器，用于感應波長轉(zhuǎn)換裝置4發(fā)出的出射光C的顏色，且與波長轉(zhuǎn)換裝置的位置有關(guān)。開關(guān)光源1和2的實際原理可包括開關(guān)光源的電源，或者可包括用機構(gòu)上、光學上或其它方式光閘來阻止各光源發(fā)出的光。如使用光閘，其可位于各光源1、2和合光裝置3 之間。光閘也可為光源的一個組成部分。因此，術(shù)語“打開和關(guān)閉光源”可廣義解釋為可覆蓋任何允許或阻止光源發(fā)出的光到達波長轉(zhuǎn)換裝置4的實施。在實際實施中，使用光閘會造成光能量的浪費，而開關(guān)光源電源由于具有節(jié)能的優(yōu)點，且實現(xiàn)起來并不困難，成為較為優(yōu)選的控制方式。在一特定實施例中，每當波長轉(zhuǎn)換裝置4轉(zhuǎn)至一特定位置時感應器5產(chǎn)生一脈沖信號，此時分段44(黃色)和分段41(紅色)之間的邊界處通過激發(fā)光的光路。當控制器 6接收到感應器5發(fā)出的脈沖時，控制器6控制第二光源打開且第一光源關(guān)閉；再經(jīng)過一預定時間段后，第二光源關(guān)閉且第一光源打開。之后當接收到感應器5的另一脈沖時，控制器打開第二光源并關(guān)閉第一光源，且此事件序列重復。在一例中，波長轉(zhuǎn)換裝置4的轉(zhuǎn)動周期為IOms且預定時間段為2. 5ms。圖4為本實施例的波長轉(zhuǎn)換裝置4、感應器5和光源1、2的時序示意圖。(a)_(d) 行具有相同的時間軸(任意單位)。(a)行表示波長轉(zhuǎn)換裝置4的移動及波長轉(zhuǎn)換裝置的出射光顏色。例如，標示“R”的方塊表示當紅色分段41位于入射光光路且紅光出射的時間段；標示“B”的方塊表示當藍色分段42位于入射光光路且藍光出射的時間段；等等。(b) 行表示感應器5產(chǎn)生的脈沖信號。(c)行和(d)行分別表示第二光源(紅光光源)和第一光源(藍光光源)的開關(guān)狀態(tài)；標示“R”的方塊表示當?shù)诙庠?紅光光源)打開的時間段；標示“B”的方塊表示當?shù)谝还庠?藍光或紫外光光源)打開的時間段。圖4所示的時序僅為一個例子；也可采用其它時序。例如，脈沖信號可在紅色分段 41和藍色分段42的邊界處產(chǎn)生，或者在波長轉(zhuǎn)換裝置4轉(zhuǎn)動中的其它位置產(chǎn)生。圖5A-5C是本發(fā)明的第二、第三、第四實施例中的波長轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。除波長轉(zhuǎn)換裝置4的結(jié)構(gòu)以外，第二、第三、第四實施例中的光學排列與第一實施例(圖1)大致相同。在第二、第三、第四實施例中，合適的分光濾光片可固定于(且因此同步移動與)波長轉(zhuǎn)換裝置的某些分段，從而免去了開關(guān)光源1和2的需要。圖5A是第二實施例的波長轉(zhuǎn)換裝置4A的示意圖。波長轉(zhuǎn)換裝置4A包括四個貼近的分段41A-44A。從分段上承載波長轉(zhuǎn)換材料與否上看，分段41A-44A與第一實施例的分段41-44相同。但是，藍色、綠色和黃色分段42A、43A和44A上放置有一反射第二(紅色) 光線且透射第一(藍色或紫外)光線的分光濾光片。紅色分段41A上未放置濾光片。采用這種波長轉(zhuǎn)換裝置4A，當藍色、綠色和黃色分段42A、43A和44A轉(zhuǎn)至入射光A和B的光路中時，第二(紅色)光源勿須關(guān)閉。換句話說，第二(紅色)光源可持續(xù)點亮。第一(藍色或紫外)光源當紅色分段41A轉(zhuǎn)至入射光A和B的光路中時仍須關(guān)閉。圖5B是第三實施例的波長轉(zhuǎn)換裝置4B的示意圖。波長轉(zhuǎn)換裝置4B包括四個貼近的分段41B-44B。從分段上承載波長轉(zhuǎn)換材料與否上看，分段41B-44B與第一實施例的分段41-44相同。但是，紅色分段41B上放置有一反射第一(藍色或紫外)光線且透射第二 (紅色)光線的分光濾光片。藍色、綠色和黃色分段42B、4!3B和44B上未放置濾光片。采用這種波長轉(zhuǎn)換裝置4B，當紅色分段41B轉(zhuǎn)至入射光A和B的光路中時，第一(藍色或紫外) 光源勿須關(guān)閉。換句話說，第一(藍色或紫外)光源可持續(xù)點亮。第二(紅色)光源當藍色、綠色和黃色分段42B、4!3B和44B轉(zhuǎn)至入射光A和B的光路中時仍須關(guān)閉。圖5C是第四實施例的波長轉(zhuǎn)換裝置4C的示意圖。波長轉(zhuǎn)換裝置4C包括四個貼近的分段41C-44C。從分段上承載波長轉(zhuǎn)換材料與否上看，分段41C-44C與第一實施例的分段41-44相同。但是，藍色、綠色和黃色分段42C、43C和44C上放置有一反射第二(紅色) 光線且透射第一(藍色或紫外)光線的分光濾光片，且紅色分段41C上放置有一反射第一 (藍色或紫外)光線且透射第二(紅色)光線的分光濾光片。采用這種波長轉(zhuǎn)換裝置4C， 第一(藍色或紫外)光源和第二(紅色)光源均可持續(xù)點亮。對于第四實施例，包含感應器5和控制器6(圖3)的控制系統(tǒng)可以省略。在第二至第四實施例中，分光濾光片位于對應分段的整個區(qū)域。在第二和第四實施例中，分光濾光片可優(yōu)選的位于波長轉(zhuǎn)換材料面向激發(fā)光的一面。濾光片也可位于出射光的一面。但是在后者的結(jié)構(gòu)中，可能產(chǎn)生光損失，例如，波長轉(zhuǎn)換材料(如黃光)的出射光和第二光線(如紅光)有光譜重疊。此外，如波長轉(zhuǎn)換裝置4A/4B/4C為反射式，濾光片的分光濾光特性相反。換句話說，用于紅色分段41A/41C的分光濾光片反射第二(紅色)光線且透射第一(藍色或紫外) 光線。用于藍色、綠色和黃色分段42A/42A、43A/43C和44A/44C的分光濾光片反射第一(藍色或紫外)光線且透射第二(紅色)光線。在此結(jié)構(gòu)中，分光濾光片位于波長轉(zhuǎn)換材料面對遠離入射光的一面。從上述第一至第四實施例的描述上看，多色發(fā)光裝置功能性上的必要條件如下 在“紅色”時間段(即當紅色分段41/41A/41B/41C位于入射光的光路中)，第二光源發(fā)出的紅光在波長轉(zhuǎn)換裝置4以后出射，而第一光源發(fā)出的藍光不能出射。在“非紅色”時間段 (即當非紅色分段的分段位于入射光的光路中)，受激發(fā)光或第一光源發(fā)出的藍光出射，而第二光源發(fā)出的紅光不能出射。更廣義上來說，本發(fā)明上述實施例的多色發(fā)光裝置的特性為，在第一時間段(如非紅色時間段)，波長轉(zhuǎn)換裝置4之后僅出射起源于第一光線的光(如藍光本身或波長轉(zhuǎn)換材料受藍光或紫外光激發(fā)產(chǎn)生的受激發(fā)光)；在第二時間段(如紅色時間段)，僅出射起源于第二光線的光(如紅光自身)。兩時間段在時間上沒有重疊。本發(fā)明論述中使用的“起源于A”的光，包括A本身發(fā)出的光，和A本身發(fā)出的光經(jīng)過激發(fā)熒光粉產(chǎn)生的受激發(fā)光。此處的“包括”并不限于形成A本身發(fā)出的光和該受激發(fā)光的混合光。上述不同結(jié)構(gòu)所實現(xiàn)的功能在于在第一時間段允許起源于第一光線的光出射到輸出端且阻止起源于第二光線的光出射到輸出端，以及在第二時間段允許起源于第二光線的光出射到輸出端且阻止起源于第一光線的光出射到輸出端，第二時間段與第一時間段不重疊。在上述第一實施例中，實現(xiàn)上述功能的結(jié)構(gòu)包括控制結(jié)構(gòu)，用于控制兩光源的開關(guān)與波長轉(zhuǎn)換裝置同步。在上述第二和第三實施例中，實現(xiàn)上述功能的結(jié)構(gòu)包括控制結(jié)構(gòu)，用于控制兩光源之一的開關(guān)與波長轉(zhuǎn)換裝置同步，同時配合采用對應于波長轉(zhuǎn)換裝置所選分段的合適的分光濾光片。在上述第四實施例中，實現(xiàn)上述功能的結(jié)構(gòu)包括對應于波長轉(zhuǎn)換裝置所選分段的合適的分光濾光片。其它結(jié)構(gòu)也可能存在。在某些情況下，上述兩時間段不能重疊的必要條件可放寬。例如，當?shù)谝还饩€為藍光且第二光線為紅光，以及當分段41和分段42均為透明(如圖幻時，則可控制藍光和紅光的開關(guān)，以使當分段41和/或42位于入射光的光路中的時間段時，藍光和紅光同時打開。 這可能使得在一時間段內(nèi)紫色光出射。本發(fā)明的實施例與背景技術(shù)中的中國專利申請CN101858496A所描述系統(tǒng)的不同之處在于后者的方案中承載有波長轉(zhuǎn)換材料的分段同時被兩光源激發(fā)，此時起源于該兩光源(紫外和藍光)的受激發(fā)光同時出射，因此要求該兩光源均能發(fā)出激發(fā)光(如藍光或 UV光)；而本發(fā)明的方案中，起源于第一光源的光和起源于第二光源的光沒有設計為同時出射，承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的分段(第二分段)只被第一光源的光激發(fā)，因此不要求第二光源能發(fā)出激發(fā)光，本發(fā)明在光源上具有更廣泛的選擇范圍。因為后者的方案要求兩光源均為激發(fā)光源，例如作用于不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的分段的光源(相當于本發(fā)明中的第二光源)，由于激發(fā)光源的波長較短，因此該光源的選擇范圍很小，主要包括藍光光源；而本發(fā)明中第二光源不限定為激發(fā)光源，即可以為比激發(fā)光源的波長更長的光源，根據(jù)斯托克漂移原理，相對于后者的方案，本發(fā)明用該波長更長的光源出射的光代替熒光粉發(fā)光，具有光轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)點。事實上，后者的方案中使用藍光代替熒光粉發(fā)光，是僅出于藍光為可見光的原因，另外，采用藍光更重要的原因是要與UV光一起作為激發(fā)光源激發(fā)綠色熒光粉，因此后者的方案中使用藍光并不是出于提高光轉(zhuǎn)換效率的原因，否則應會采用比藍光波長更長的光源。此外，上述后者的方案中波長轉(zhuǎn)換裝置同時被兩光源激發(fā)，因此在整個時間段的大部分時間內(nèi)，起源于兩光源(紫外和藍光)的受激發(fā)光同時出射；而本發(fā)明的方案使用一個單色光光源(如紅光光源)直接代替相應的熒光粉(如紅色熒光粉)發(fā)光。CN101858496A 由于第二光源的引入而使激發(fā)光的能量得以增強，進而增大了整個光源系統(tǒng)的光能量輸出；但是由于第二光源的引入同時增大了電能的消耗，因此整個系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率(指的是單位電能轉(zhuǎn)化成的光能)并沒有提高。而本發(fā)明中雖然同樣引入了第二光源，但是由于第一光源和第二光源是可以交互點亮的，因此并沒有增加電能的輸入；同時由于使用高效率的單色光替代了低效率的熒光粉發(fā)光，提高了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率，本發(fā)明也有效地提高了光源系統(tǒng)的光能量輸出，但是并沒有以提高電能的消耗為代價，因此更為節(jié)能。2009. 12. 12公開的中國專利申請，公開號CN 101592308A，描述了一種基于波長轉(zhuǎn)換的多色發(fā)光裝置，該裝置采用了兩個光源。第一光源產(chǎn)生激發(fā)光(如藍光或紫外光)， 用于激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料。激發(fā)光引導至轉(zhuǎn)盤，該轉(zhuǎn)盤包含多個具有波長轉(zhuǎn)換材料的分段。第二光源(藍光或紅光)發(fā)出的光與波長轉(zhuǎn)換材料受激發(fā)出的光通過分光濾光片相結(jié)合， 該分光濾光片位于波長轉(zhuǎn)換材料發(fā)光光路的下游?？煽刂频诙庠吹拈_關(guān)，例如只有當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至臨近兩個分段的邊界處時第二光源才會打開。此系統(tǒng)可解決轉(zhuǎn)盤所帶來的輪輻光 (spoke light)問題。輪輻光涉及發(fā)生在轉(zhuǎn)盤兩分段邊界處的不同顏色光的無效混合，是由受激發(fā)光的分散和/或其他因素造成的。本發(fā)明的實施例與上述中國專利申請CN 101592308所描述系統(tǒng)的不同之處在于合光裝置(分光濾光片)在光路中的位置。在本發(fā)明的實施例中，合光裝置3位于波長轉(zhuǎn)換材料光路的上游。而在CN 101592308中，合光裝置位于波長轉(zhuǎn)換材料光路的下游。CN 101592308結(jié)構(gòu)的一個因素為在該裝置中，第二光源的功能為校正由轉(zhuǎn)動色輪產(chǎn)生的輪輻光問題，因此第二光源不適合放置在轉(zhuǎn)動色輪光路的上游。在該裝置中，第二光源的光與波長轉(zhuǎn)換材料的受激發(fā)光通過分光濾光片相結(jié)合。分光濾光片結(jié)合兩種光的基礎是兩種光光譜沒有重疊。因此在CN 101592308的系統(tǒng)中，第二光源的波長光譜和受激發(fā)光的波長光譜必須大部分分離以使它們通過分光濾光片結(jié)合。如兩者光譜重疊，兩者之一的重疊部分會損失掉。這一問題限定了波長轉(zhuǎn)換材料的選擇和第二光源的顏色。例如，典型的黃色熒光粉的光譜與典型的紅光LED光譜大部分重疊。因此，如第二光源為紅光LED， 則黃色熒光粉不適合作為轉(zhuǎn)動色輪的波長轉(zhuǎn)換材料。這是一個很關(guān)鍵的限制，因為黃色熒光粉具有很高的熒光轉(zhuǎn)換效率而被廣泛使用。在本發(fā)明的實施例中，由于第一和第二時間段在時間上沒有重疊，起源于第一光線(激發(fā)光，藍光或紫外光；受激發(fā)光，綠光或黃光)的光和起源于第二光線(直接出射光， 紅光或綠光或其它顏色光)的光的光譜沒有要求必須不重疊，可以為不重疊，也可以為部分交疊，分光濾光片3可以結(jié)合這兩種光而不產(chǎn)生非必要的損失，因此可避免上述專利CN 101592308 的問題。在本發(fā)明的實施例中，由于第二光線直接用于出射光而不是激發(fā)光，第二光線不需要(盡管可能)具有激發(fā)波長轉(zhuǎn)換材料的特性。當上述實施例中的第二光源2為紅光光源時，可選的，綠光光源可用作綠色直接出射光。在此可選實施例中，波長轉(zhuǎn)換裝置的分段 41承載有紅色波長轉(zhuǎn)換材料，且分段43不承載有波長轉(zhuǎn)換材料并能透過綠光。其它對應此系統(tǒng)的調(diào)整可相應作出?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)紅色熒光粉的光轉(zhuǎn)換效率較低不利于顯色指數(shù)的提高，在第一光源產(chǎn)生的第一光線為藍光，且第二光源產(chǎn)生的第二光線為紅光時，可以采用合光裝置對藍光和紅光進行合光，將合光得到的合光光束投射到波長轉(zhuǎn)換材料上。波長轉(zhuǎn)換裝置中的第二分段可以承載吸收藍光并產(chǎn)生綠光的波長轉(zhuǎn)換材料(如綠光熒光粉)，波長轉(zhuǎn)換裝置還可以包括不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第三分段?？梢酝ㄟ^一個控制裝置使對波長轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)動控制與對第一光源與第二光源的輸出功率的控制同步相關(guān)起來。例如，當波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在入射光(合光光束)的光路中時(即在第一時間段)只打開第二光源 (紅光光源)而關(guān)閉第一光源(藍光光源)，使多色發(fā)光裝置輸出的紅光輸出完全由紅光光源提供，從而避免使用紅光熒光粉而導致的光轉(zhuǎn)換效率較低的問題。藍光光源只在第二分段與第三分段暴露在入射光的光路中時打開。實際應用中，根據(jù)所選擇的激發(fā)光的波長和波長轉(zhuǎn)換材料的光轉(zhuǎn)換特性的差異，第二光源可以是紅光光源以外的其它光源。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(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置包括第一光源，用于發(fā)射第一光線；第二光源，用于發(fā)射第二光線；波長轉(zhuǎn)換裝置，包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段，第一波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生第三光線；光學裝置，用于引導所述第一和第二光線作為入射光射至所述波長轉(zhuǎn)換裝置，所述波長轉(zhuǎn)換裝置相對于所述第一和第二光源可移動，以使所述第一和第二分段依次暴露在所述入射光的光路中；輸出端，用于接收所述波長轉(zhuǎn)換裝置發(fā)出的出射光；并且，在第一時間段，允許起源于第一光源的光線輸出到所述輸出端，并阻止起源于第二光源的光線輸出到所述輸出端；在第二時間段，允許起源于第二光源的光線輸出到所述輸出端，并阻止起源于第一光源的光線輸出到所述輸出端；第一時間段為所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在所述入射光的光路中時的時間段，第二時間段為所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在所述入射光的光路中時的時間段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第二光線與第三光線的光譜部分交疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第二光線為紅光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置還包括第三分段，第三分段承載有吸收第一光線并產(chǎn)生第四光線的第二波長轉(zhuǎn)換材料或不承載有波長轉(zhuǎn)換材料；且當?shù)谌侄伪┞对谒鋈肷涔獾墓饴分袝r，允許起源于第一光源的光線輸出到所述輸出端，阻止起源于第二光源的光線輸出到所述輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第一光源發(fā)出的第一光線為藍光或紫外光，第二光源發(fā)出的第二光線為紅光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置還包括承載有第三波長轉(zhuǎn)換材料的第四分段，第三波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生黃光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第一波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的第三光線為綠光，以及第二波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的第四光線為藍光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括感應器，與所述波長轉(zhuǎn)換裝置連接，用于感應所述波長轉(zhuǎn)換裝置的相對移動位置并發(fā)出表征感應位置的感應信號；以及控制器，與所述感應器連接，用于根據(jù)所述感應信號產(chǎn)生打開及關(guān)閉第一光源或第二光源或該兩光源的控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述感應信號表示第一或第二時間段的開始，其中，所述控制器產(chǎn)生所述控制信號，以使在第一時間段的開始打開第一光源并關(guān)閉第二光源，以及在第二時間段的開始打開第二光源并關(guān)閉第一光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括第一分光濾光片，固定放置在所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段上；當?shù)谝环止鉃V光片置于所述入射光的光路上時， 第一分光濾光片阻止第二光線出射到所述出射端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括感應器，與所述波長轉(zhuǎn)換裝置連接，用于感應所述波長轉(zhuǎn)換裝置的相對移動位置并發(fā)出表征第二時間段開始的感應信號；以及控制器，與所述感應器連接，用于根據(jù)所述感應信號產(chǎn)生在第二時間段關(guān)閉第一光源及在第一時間段打開第一光源的控制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括第二分光濾光片，固定放置在所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段上，當所述第二分光濾光片置于所述入射光的光路上時，第二分光濾光片阻止第一光線出射到所述出射端。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括第二分光濾光片，固定放置在所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段上，當所述第二分光濾光片置于所述入射光的光路上時，第二分光濾光片阻止第一光線出射到所述出射端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括感應器，與所述波長轉(zhuǎn)換裝置連接，用于感應所述波長轉(zhuǎn)換裝置的相對移動位置并發(fā)出表征第一或第二時間段開始的感應信號；以及控制器，與所述感應器連接，用于根據(jù)所述感應信號產(chǎn)生在第一時間段關(guān)閉第二光源及在第二時間段打開第二光源的控制信號。
15.一種多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置包括第一光源，用于產(chǎn)生第一光線，第一光線為藍光或紫外光；第二光源，用于產(chǎn)生第二光線，第二光線為紅光；波長轉(zhuǎn)換裝置，包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段，第一波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生第三光線；以及光學裝置，用于引導第一和第二光線作為入射光射至所述波長轉(zhuǎn)換裝置，所述波長轉(zhuǎn)換裝置相對于第一和第二光源可移動，以使第一和第二分段依次暴露在所述入射光的光路中，第一光源至少在第一時間段打開，第一時間段為所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在所述入射光的光路中時的時間段；并且，第二光源至少在第二時間段打開，第二時間段為所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在所述入射光的光路中時的時間段。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第三光線與紅光的光譜部分交疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置還包括第三分段，第三分段承載有吸收第一光線并產(chǎn)生第四光線的第二波長轉(zhuǎn)換材料或不承載有波長轉(zhuǎn)換材料；且第一光源在第三分段暴露在所述入射光的光路中時打開。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置還包括承載有第三波長轉(zhuǎn)換材料的第四分段，第三波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生黃光。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第一光線為藍光，第一波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的第三光線為綠光，第三分段不承載有波長轉(zhuǎn)換材料，第一光源僅在第一時間段與第三分段暴露在所述入射光的光路中時打開，第二光源僅在第二時間段打開。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第一光源僅在第一時間段打開，且第二光源僅在第二時間段打開。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括感應器，與所述波長轉(zhuǎn)換裝置連接，用于感應所述波長轉(zhuǎn)換裝置的相對移動位置并發(fā)出表征感應位置的感應信號；以及控制器，與所述感應器連接，用于根據(jù)所述感應信號產(chǎn)生打開及關(guān)閉所述第一和第二光源的控制信號。
22.一種多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)光裝置包括第一光源，用于產(chǎn)生第一光線；第二光源，用于產(chǎn)生第二光線；波長轉(zhuǎn)換裝置，包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段，所述第一波長轉(zhuǎn)換材料吸收所述第一光線并產(chǎn)生第三光線；以及光學裝置，用于引導所述第一和第二光線作為入射光射至所述波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置相對于所述第一和第二光源可移動，以使所述第一和第二分段依次暴露在所述入射光的光路中，其特征在于，第一光源在第一時間段打開且在第二時間段關(guān)閉，第二光源在第二時間段打開且在第一時間段關(guān)閉，第一時間段為所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在所述入射光的光路中時的時間段，第二時間段為所述波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在所述入射光的光路中時的時間段。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置還包括第三分段，第三分段承載有吸收第一光線并產(chǎn)生第四光線的第二波長轉(zhuǎn)換材料或不承載有波長轉(zhuǎn)換材料；且第一光源在第三分段暴露在所述入射光的光路中時打開。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第一光源發(fā)出的第一光線為藍光或紫外光，第二光源發(fā)出的第二光線為紅光，第一波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的第三光線為綠光，以及第二波長轉(zhuǎn)換材料產(chǎn)生的第四光線為藍光。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換裝置還包括承載有第三波長轉(zhuǎn)換材料的第四分段，第三波長轉(zhuǎn)換材料吸收第一光線并產(chǎn)生黃光。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，還包括感應器，與所述波長轉(zhuǎn)換裝置連接，用于感應所述波長轉(zhuǎn)換裝置的相對移動位置并發(fā)出表征感應位置的感應信號；以及控制器，與所述感應器連接，用于根據(jù)所述感應信號產(chǎn)生打開及關(guān)閉所述第一光源或所述第二光源或該兩光源的控制信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的多色發(fā)光裝置，其特征在于，第二光線與第三光線的光譜部分交疊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多色發(fā)光裝置，該裝置包括作用于波長轉(zhuǎn)換裝置的第一光源與第二光源、以及輸出端，該波長轉(zhuǎn)換裝置包含至少兩個分段，不承載有波長轉(zhuǎn)換材料的第一分段和承載有第一波長轉(zhuǎn)換材料的第二分段；在第一時間段，允許起源于第一光源的光線輸出到輸出端，并阻止起源于第二光源的光線輸出到輸出端；在第二時間段，允許起源于第二光源的光線輸出到輸出端，并阻止起源于第一光源的光線輸出到輸出端；第一時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第二分段暴露在入射光的光路中時的時間段，第二時間段為波長轉(zhuǎn)換裝置的第一分段暴露在入射光的光路中時的時間段。
文檔編號F21V23/04GK102418905SQ201110233280
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者李屹, 楊毅 申請人:繹立銳光科技開發(fā)(深圳)有限公司