一种匀化白光光源及其匀化方法技术

一种匀化白光光源，包括一光源、一匀化系统和一荧光转换器件，其中：光源为点光源，用于发射光束；匀化系统用于对光束进行匀化，以使光束形成匀化面光源；荧光转换器件，用于接收匀化面光源的光束，实现白光输出。上述匀化系统为扩散片、衍射光学元件或微透镜阵列；上述荧光转换器件为含荧光转换材料的晶体片、烧结陶瓷或有机薄膜。本发明专利技术通过将原始光源变为能量均匀分布的面光源，增加了与含荧光转换材料发光元件的作用面积，提高了原始光源的利用率；且匀化后的面光源能够大幅降低含荧光转换材料的荧光转换器件承受的功率密度，从而提高荧光转换器件的长期稳定性、可靠性和使用寿命，同时有助于输出色温及显色指数可控且稳定的白光。

【技术实现步骤摘要】
一种匀化白光光源及其匀化方法
本专利技术属于半导体和白光固态照明应用
，更具体地涉及一种匀化白光光源及其匀化方法。
技术介绍
现在白光固态光源较为成熟的是基于发光二极管(LightEmittingDiode)的固态光源。发光二极管(LightEmittingDiode)白光固态照明通常采用两种方法形成，第一种是利用蓝色发光二极管(LightEmittingDiode)与黄色荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色发光二极管(LightEmittingDiode)混合后形成白光光谱。近年来，蓝色激光二极管制备技术逐渐成熟，并成为发光二极管之后下一代白光固态照明市场的研究热点。基于蓝色激光二极管和近紫外激光二极管的白光固体照明的电光转换效率是发光二极管的上千倍，同时体积更小、结构更紧凑、散热机制更好设计和控制，除了照明领域之外，在投影机、数字院线、电视、舞台灯、大屏拼接、汽车等多个领域，都将有更为广阔的应用。目前，基于激光二极管实现白光固体照明的方式为点光源形式的蓝色激光照射黄光荧光转换材料，或者近紫外激光二极管照射红绿蓝荧光转换材料实现。但由于点光源光斑面积小、能量密度较高，且点光源的能量分布多为高斯分布，因此中心能量较高，易导致荧光转换材料的灼伤，严重影响了荧光转换材料的长期稳定性和可靠性；此外还易导致荧光材料的性质发生改变，所输出的白光在色温和显色指数等指标上难以控制及稳定。甚至由于热量在单点处的累积，使得荧光转换材料直接破碎损毁，影响了白光固态光源的使用寿命。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术的目的在于提出一种匀化白光光源及其匀化方法，用于解决以上技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提出一种匀化白光光源，包括一光源、一匀化系统和一荧光转换器件，其中：光源为点光源，用于发射光束；匀化系统用于对光束进行匀化，以使光束形成匀化面光源；荧光转换器件，用于接收并转换匀化面光源的光束，形成匀化白光。进一步地，上述匀化系统为扩散片、衍射光学元件或微透镜阵列。进一步地，上述匀化系统为石英或玻璃，其结构与匀化要求相匹配。进一步地，上述荧光转换器件为含荧光转换材料的晶体片、烧结陶瓷或有机薄膜。进一步地，上述荧光转换器件接收匀化面光源的光束后，对匀化面光源的光束进行转换，转换后的光束与匀化面光源的光束结合形成白光。进一步地，上述光源为发光二极管、激光二极管或激光二极管经光纤耦合后进行输出的光源；优选地，该光源的发射波长为260nm～700nm。为了实现上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术提出了一种匀化白光光源，包括多个光源和一匀化系统，其中：多个光源为点光源，用于发射不同波长的光束；匀化系统用于对不同波长的光束进行匀化，形成匀化白光。进一步地，上述匀化系统为扩散片、衍射光学元件或微透镜阵列。进一步地，上述匀化系统为石英或玻璃，其结构与匀化要求相匹配。进一步地，通过调节多个光源输出光束的能量，并通过匀化系统形成匀化白光。进一步地，上述光源为发光二极管、激光二极管或激光二极管经光纤耦合后进行输出的光源；优选地，该光源的发射波长为260nm～700nm。为了实现上述目的，本专利技术还提出一种匀化白光光源的匀化方法，该方法通过控制上述的匀化白光光源实现。本专利技术提出的匀化白光光源及其匀化方法具有以下有益效果：1、本专利技术由于使用了光学匀化系统，将原始光源变为能量均匀分布的面光源，又面光源能够增加与含荧光转换材料发光元件的作用面积，因此可提高原始光源的利用率；2、本专利技术使用了光学匀化系统，其相对于激光二极管以点光源形式的直接照射，匀化后的面光源能够大幅降低含荧光转换材料的荧光转换器件承受的功率密度，从而提高荧光转换器件的长期稳定性、可靠性和使用寿命，同时有助于输出色温及显色指数可控且稳定的白光；3、本专利技术由于照射荧光转换器件的激光或直接输出的激光经过匀化，有助于提高产生白光的均匀性。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的匀化白光光源的结构示意图；图2(a)是本专利技术一实施例中扩散片大视场拍摄时的表面结构图；图2(b)是本专利技术一实施例中扩散片局部拍摄的表面结构图；图3(a)是本专利技术一实施例中光纤输出的蓝色激光在直接输出后的光斑效果图；图3(b)是本专利技术一实施例中光纤输出的蓝色激光经过扩散片匀化后的光斑效果图；图4是本专利技术另一实施例提出的匀化白光光源的结构示意图；图5(a)是本专利技术另一实施例中衍射光学元件表面的相位信息图；图5(b)是本专利技术另一实施例中相位信息图转换到石英表面后的示意图；图6(a)是图5中衍射光学元件方形匀化的模拟效果图；图6(b)是图5中衍射光学元件圆形匀化的模拟效果图；图7(a)是图4中匀化白光光源在未经衍射光学元件匀化前的光斑效果图；图7(b)是图4中匀化白光光源在经过衍射光学元件匀化后的光斑效果图。图8是本专利技术中提出的微透镜阵列的结构示意图；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种匀化白光光源，包括一光源、一匀化系统和一荧光转换器件，其中：光源为点光源，用于发射光束；匀化系统用于对光束进行匀化，以使光束形成匀化面光源；荧光转换器件，用于接收并转换匀化面光源的光束，形成匀化白光。上述匀化系统为扩散片、衍射光学元件或微透镜阵列。上述荧光转换器件为含荧光转换材料的晶体片、烧结陶瓷或有机薄膜。优选地，上述荧光转换器件接收匀化面光源的光束后，对匀化面光源的光束进行转换，转换后的光束与匀化面光源的光束结合形成白光。上述光源为发光二极管、激光二极管或激光二极管经光纤耦合后进行输出的光源；优选地，该光源的发射波长为260nm～700nm。本专利技术还公开了一种匀化白光光源，包括多个光源和一匀化系统，其中：多个光源为点光源，用于发射不同波长的光束；匀化系统用于对不同波长的光束进行匀化，形成匀化白光。上述匀化系统为扩散片、衍射光学元件或微透镜阵列。优选地，通过调节多个光源输出光束的能量，并通过匀化系统形成匀化白光。上述光源为发光二极管、激光二极管或激光二极管经光纤耦合后进行输出的光源；优选地，该光源的发射波长为260nm～700nm。本专利技术还公开了一种匀化白光光源的匀化方法，该方法通过控制上述的匀化白光光源实现。匀光系统中所述的扩散片采用的材质为石英或者玻璃，其设计及制备过程为：首先根据匀化要求计算模拟扩散匀化的随机微结构，然后在材料表面使用半导体微纳加工工艺做出具有散射机制的微结构，从而实现对于点光源的扩散匀化作用。经过匀化后的面光源的大小可以根据随机微结构的调整来调控，不同的匀化效果会使得扩散片的表面结构有所差别，但整体基本都类似。匀光系统中所述的衍射光学元件的材质为石英或者玻璃，其设计及制备过程为：首先根据衍射光学理论计算对于激光匀化所需要的相位结构信息，通过台阶对此相位结构信息进行量化处理，然后在材料表面加工出多台阶的结构，从而能够将点光源转换为能量均匀的面光源。面光源的大小可以根据相位结构的特征尺寸来控制，不同的匀化效果会导致衍射光学元件的相位信息图有所区别，但是设计方法和制作方法都一致。匀光系统中所述的微透镜阵列光学元件的材质为石英或者玻璃。其设计及制备过程为：首先根据匀化要求模拟计算出微透镜阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种匀化白光光源，包括一光源、一匀化系统和一荧光转换器件，其中：所述光源为一点光源，用于发射光束；所述匀化系统用于对所述光束进行匀化，以使所述光束形成匀化面光源；所述荧光转换器件，用于接收并转换所述匀化面光源的光束，形成所述匀化白光。

【技术特征摘要】
1.一种匀化白光光源，包括一光源、一匀化系统和一荧光转换器件，其中：所述光源为一点光源，用于发射光束；所述匀化系统用于对所述光束进行匀化，以使所述光束形成匀化面光源；所述荧光转换器件，用于接收并转换所述匀化面光源的光束，形成所述匀化白光。2.如权利要求1所述的匀化白光光源，其特征在于，所述匀化系统为扩散片、衍射光学元件或微透镜阵列。3.如权利要求2所述的匀化白光光源，其特征在于，所述匀化系统为石英或玻璃，所述匀化系统的结构与所述匀化要求相匹配。4.如权利要求1所述的匀化白光光源，其特征在于，所述荧光转换器件为含荧光转换材料的晶体片、烧结陶瓷或有机薄膜。5.如权利要求1所述的匀化白光光源，其特征在于，所述荧光转换器件接收所述匀化面光源的光束后，对所述匀化面光源的光束进行转换，转换后的光束与所述匀化面光源的光束结合形成所述白光；所述光源为发光二极管、激光二极管或激光二极管经光纤耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊晓燕，潘岭峰，王晓峰，何志，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11