光源系统及发光装置的制作方法

本发明涉及光源
技术领域：
，尤其涉及一种光源系统及发光装置。
背景技术：
：本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。在照明和显示
技术领域：
，锥形光学积分棒由于其能够实现减出光小角度、提升收光整形效率，得到广泛的应用。然而，在微型光源
技术领域：
，如小型光学系统中，随着整个光源装置的缩小，锥形光学积分棒的制造难度加大，不仅原材料在制造中的强度难以承受光学积分棒在光轴方向的自重力，而且成型后的光学面加工也因器件变小而易折断。而且，微型光源
技术领域：
的装配精度要求高，由于一般的锥形光学积分棒为沿光轴对称结构，并且其入光面与出光面尺寸不同，即入光面与出光面之间的侧面相对于光轴倾斜设置，从而增大了装配难度，并导致其装配精度不高。技术实现要素：为解决现有技术中锥形光学积分棒装配难度大，装配精度不高的技术问题，本发明提供一种光源系统，所述光源系统中包括具有多边形锥棒的匀光装置，可以有效减小装配难度并提高装配精度，本发明还提供一种发光装置。一种光源系统，包括：第一光源、光转换元件及散热装置，其中，所述第一光源，用于发出第一光；所述光转换元件，固定于所述散热装置的第一表面，用于接收所述第一光，并将至少部分所述第一光转换为波长不同于所述第一光的荧光或者改变所述第一光的角分布；所述光源系统还包括匀光装置，用于对所述光转换元件出射的光线进行匀光，所述匀光装置包括多边形锥棒，所述多边形锥棒包括：呈多边形的入光面，与所述光转换元件的出光面平行；与所述入光面尺寸不同出光面；及垂直连接于所述入光面及所述出光面之间的连接面，所述连接面固定于所述散热装置的第二表面。进一步地，所述第一光源与所述光转换元件之间还设置有反射杯，所述第一光源发出的第一光穿过所述反射杯照射至所述光转换元件，所述光转换元件出射的光线经过所述反射杯的反射后穿过所述入光面进入所述匀光装置。进一步地，所述反射杯的光轴位于所述光转换元件与所述匀光装置的光轴之间。进一步地，所述散热装置内部设置由于用于装设所述匀光装置的安装槽，所述安装槽的相对两侧壁上分别装设有抵持件及弹性件，所述匀光装置包括与所述连接面相对设置的一侧面，所述连接面及所述侧面分别通过所述抵持件及所述弹性件与所述两侧壁相抵接固定。进一步地，所述光转换元件为荧光片，所述荧光片的入光面尺寸小于所述匀光装置的入光面尺寸。进一步地，所述光源系统还包括整形透镜，所述整形透镜对应所述匀光装置的出光面设置，以对所述匀光装置出射的光线进行整形后出射，所述整形透镜的光轴位于所述匀光装置的入光面的光轴及出光面的光轴之间。进一步地，所述整形透镜的光轴平行与所述连接面。进一步地，所述匀光装置的入光面尺寸小于其出光面尺寸。进一步地，所述匀光装置的入光面尺寸为0.3-1mm，及/或所述匀光装置的出光面162尺寸为0.5-1.2mm，及/或所述连接面长度为5-40mm。进一步地，所述第一光源与所述光转换元件之间还设置有反射杯，所述第一光源发出的第一光穿过所述反射杯照射至所述光转换元件，所述光转换元件出射的光线经过所述反射杯的反射后穿过所述入光面进入所述匀光装置，所述反射杯的外径为20-30mm，及/或所述光转换元件的出光面尺寸为0.2-0.7mm。进一步地，所述匀光装置的出光面与入光面的形状相同。进一步地，所述匀光装置包括出光部，所述多边形锥棒的出光面与所述出光部的入光面相互连接且外轮廓相同，所述出光部的出光面呈圆形，从所述多边形锥棒的入光面入射的光线从所述出光部的出光面出射。进一步地，所述出光部的出光面与所述多边形锥棒的出光面的通光孔径相同；或者，所述出光部的出光面与所述多边形锥棒的出光面相切。一种发光装置，包括如上任意一项所述光源系统。本发明提供的光源系统的匀光装置中，所述连接面垂直连接于所述入光面及所述出光面之间，能够在保证所述匀光装置的入光面及出光面的定位精度，进一步提高所述连接面的定位精度，从而有利于提高所述匀光装置的装配便利性、装配精度、加工便利性及生产效率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施方式提供的光源系统的结构示意图。图2为第一实施方式提供的匀光装置的三视图。图3为图2所示的匀光装置阵列的水平铸模示意图。图4为图3所示的匀光装置阵列的水平铸模侧视图。图5为光源系统应用图2所示的匀光装置的远场角布示意图。图6为光源系统应用图2所示的匀光装置的远场照度分布示意图。图7为光源系统应用图2所示的匀光装置的远场cie色域空间色坐标分布示意图。图8为第二实施方式提供的匀光装置的三视图。图9为光源系统应用图8所示的匀光装置的远场照度分布示意图。图10为光源系统应用图8所示的匀光装置的远场cie色域空间色坐标分布示意图。主要元件符号说明光源系统100第一光源110反射杯130光转换元件140散热装置150抵持件153弹性件154匀光装置160、260多边形锥棒260a出光部260b入光面161出光面162、262b连接面163、263侧面164整形透镜170上模具710下模具720支撑件730如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。请参阅图1，为本发明实施方式提供的光源系统的结构示意图。本发明提供的光源系统100可以应用于发光装置中，比如便携式光源、普通家居照明光源等照明设备中。光源系统100包括：第一光源110、光转换元件140、散热装置150及匀光装置160。其中，第一光源110用于发出第一光。光转换元件140固定于散热装置150的第一表面，用于接收所述第一光，并将至少部分所述第一光转换为波长不同于所述第一光的荧光(或称为受激光)或者改变所述第一光的角分布。用于对光转换元件140出射光线进行匀光的匀光装置160固定于散热装置150的第二表面。具体地，第一光源110可以为蓝色光源，发出蓝色第一光。可以理解的是，第一光源110不限于蓝色光源，第一光源110也可以是紫色光源、红色光源或绿色光源等。本实施方式中，第一光源110中的发光体为蓝色激光器，用于发出蓝色激光作为第一光。可以理解，第一光源110中设置有一个、两个蓝色激光器或设置有蓝色激光器阵列，具体其激光器的数量可以依据实际需要选择。在一种实施方式中，第一光源110中还包括匀光器件，匀光器件用于将第一光进行匀光后出射至光转换元件140。匀光器件可以为复眼透镜或光学积分棒。可以理解，该特征是非必需的，特别在小型化的光源装置中，由于传播距离短，第一光源的出射光经准直后直接入射到光转换元件140。在本实施方式中，光转换元件140为荧光片，或设置于散热装置150表面上的荧光层。在本实施方式中，光转换元件140为反射式荧光片/层，其背离入射面一侧设有反射结构。在本发明中，反射结构可以是金属反射层/膜，也可以是漫反射层等其他反射层。荧光片/层吸收至少部分第一光，并出射波长分布不同于第一光的荧光。荧光片/层既可以是荧光硅胶、荧光玻璃，也可以是荧光陶瓷。在本发明中，荧光硅胶为通过硅胶/树脂等有机粘接剂粘接荧光粉而成层的有机荧光粉层，并不限于使用硅胶作为粘接剂。荧光玻璃为通过玻璃粉软化后粘接荧光粉而成层的无机荧光粉层。其中，硅胶、树脂、玻璃粉充当了粘接剂的作用。荧光陶瓷是例如纯相荧光陶瓷或复相荧光陶瓷。纯相荧光陶瓷具体可以是各种氧化物陶瓷、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。一般地，纯相荧光陶瓷为多晶结构，荧光片还可以为荧光单晶，荧光单晶的透光性能更好，一般呈有色透明，其热导率高。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。上述各荧光片/层内还可以进一步增加散射颗粒，使散射颗粒分布于荧光片/层中。散射颗粒的作用在于增强激发光在发光陶瓷层内的散射，从而增大激发光在波长转换层内的光程，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，氧化钛，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上下一个数量级之间。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光进行散射。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。在该波长转换层中，同样可以增加散射颗粒或气孔增强内部散射。荧光片/层的发光材料(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。波长转换层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。在另一种实施方式中，光转换元件140可以替换为散射元件。散射元件用于改变第一光的光分布，从而消除第一光的相干性，优选地，散射元件可以是散射片，如氧化铝漫反射片，将入射到光转换元件140的第一光转化为朗伯分布的光。当第一光源为rgb三色激光光源时，通过散射元件的光转换元件的作用，能够对激光进行消相干，得到均匀、无散斑的白色照明光束。当第一光源为单色纯激光光源时，通过散射元件的光转换元件的作用，能够对激光进行消相干，得到均匀、无散斑的单色照明光束。散热装置150包括相互热连接的热源导热部和散热鳍片，散热鳍片设置于热源导热部远离光转换元件的一侧。热源导热部与热源热连接，热源产生的热量依次经过热源导热部、散热鳍片传递至空气中。在本实施方式中，热源导热部为热沉，热源为光转换元件140，第一光连续照射于光转换元件140上的预设区域以产生照明光，导致光转换元件140发热并产生较多热量。优选地，热源导热部为具有优良散热性能的金属热沉，金属热沉还用于避免光转换元件140一侧的光线穿过散热装置150传输至整形透镜170。本实施方式中，散热装置150包括用于装设光转换元件140的第一表面及用于装设匀光装置160的第二表面。具体地，散热装置150内部设置有安装槽，匀光装置160设置于安装槽内部，第二表面为安装槽的一侧壁，第一表面与第二表面邻接。在一种实施方式中，散热装置150不设置安装槽，匀光装置160的两侧分别设置有散热装置150及光阻隔元件。在一种实施方式中，第一表面与第二表面间隔设置。进一步地，第一光源110与光转换元件140之间设置有反射杯130，第一光源110发出的第一光穿过反射杯130照射至光转换元件140，光转换元件140出射的荧光经过反射杯130的反射后进入匀光装置160。如图1所示，反射杯130的开口朝向光转换元件140，反射杯130的底部朝向第一光源110，反射杯130内壁设置有反射材料，底部偏离其光轴位置设置有入光孔，第一光穿过入光孔照射至光转换元件140。大部分的荧光经过反射杯130的反射后入射至匀光装置160。在一种实施方式中，一部分荧光穿过入光孔从反射杯130底部朝向第一光源110一侧泄漏，入光孔的尺寸与第一光光束尺寸相当，从而减少荧光从入光孔出射的几率，进而提高光效。在一种实施方式中，反射杯130的入光孔中设置有光学膜片，比如分光滤光片，以透射第一光反射荧光。在一种优选的实施方式中，反射杯130外径为20-30mm。可以理解的是，在变更实施方式中，还可以采用其他的本领域公知的引导器件(比如反射镜、分光滤光片、会聚透镜、中继透镜等)代替反射杯130，以实现将光转换元件140出射的光线引导至匀光装置160。请结合图1参阅图2，图2为第一实施方式提供的匀光装置160的三视图。匀光装置160可以为实心结构或空心结构。本发明实施方式中，匀光装置160为多边形锥棒。具体地，匀光装置160包括入光面161、出光面162及连接于入光面161及出光面162之间的多个侧面。进一步地，入光面161呈多边形，出光面162与入光面161相对设置。本发明实施方式中，入光面161与光转换器件140的出光面相互平行，从而避免匀光装置160出射光线偏离光源系统100的主光轴，有利于简化光源系统10内部元件的设置。匀光装置160的出光面162的尺寸大于入光面161，有利于减小出光角度、提升收光整形效率。本实施方式中，出光面162与入光面161的形状相同，均为方形。对于微小尺寸的匀光装置160而言，匀光装置160的长径比大于10，以获得理想的匀光效果。长径比为经过匀光装置160内部的最长径，和与它相垂直的最长径之比。优选地，入光面161尺寸为0.3-1mm，出光面162尺寸为0.5-1.2mm，连接面163长度为5-40mm。其中，上述“尺寸”均为边长。可以理解的是，入光面161与出光面162还可以分别呈圆形、三角形、条形、其他规则或不规则多边形中的任意一种形状，并不以此为限，在入光面161与出光面162分别为任意形状的实施方式中，上述“尺寸”是指入光面161与出光面162的最大内切圆或最小外接圆的直径。请参阅图3-4，图3为图2所示的匀光装置160阵列的水平铸模示意图，图4为图3所示的匀光装置160阵列的水平铸模的侧视图。铸模的加工方式能够保证脱模精度以及模具表面光洁度的情况下，还能通过阵列方式一次性获得大量微小匀光装置160，以及获得较为理想的光洁表面特性。铸模的注浆、固化、脱模、抛光的过程，还需要有一个支撑件或注浆口以提高成型效率。在铸模完成后，通过机械减薄、抛光的方式减去支撑件以获得理想光学性能。但对于入光面与出光面尺寸较小(小于1mm)、长径比在10以上的锥形光学积分棒而言，存在不少技术挑战，一般地可以采用三种方式进行铸模：首先，可以采用直立的铸模方式，即锥形光学积分棒的出光面与支撑平面保持水平设置。这种铸模方式存在脱模难题；在小尺寸铸模时，注浆成型过程中的材料收缩或其他应力问题，也容易导致锥形光学积分棒塌缩；减薄支撑件时，也容易由于机械压力不均匀导致锥形光学积分棒断裂。常见的锥形光学积分棒具有同轴的特征，即入光面与出光面的几何中心轴保持一致。同轴锥形光学积分棒可以通过横向阵列铸模方式解决直立铸模方式出现的技术问题。横向铸模是指铸模时同轴锥形光学积分棒的一侧面与支撑平面保持水平。然而，横向铸模会导致同轴锥形光学积分棒的入光端出现脱模干涉的问题。若采用水平铸模方式，即保持同轴锥形光学积分棒光轴水平，水平铸模方式的问题在于邻近支撑平面成型的底面减薄工序无法阵列进行，或仅能单列进行减薄。如图2及图4所示，连接于入光面161及出光面162之间的多个侧面中，包括连接面163及与连接面163相对设置的侧面164，连接面163垂直连接于入光面161及出光面162之间。匀光装置160沿其光轴且垂直于连接面163的截面呈直角梯形。本发明实施方式提供的匀光装置160能够解决上述制备难题，如图3-4所示，铸模过程中使用到上模具710、下模具720及支撑件730，其中，支撑件730嵌设于下模具720与上模具710之间，匀光装置160形成于支撑件730与上模具710之间，匀光装置160的连接面163平行于支撑件730表面。采用上下开模形式可以获得较为理想的光学元件面，并有利于支撑件730及注浆口脱模时的保持。脱模后可以通过将上模具710对应位置改为蜡封以保持整体平整度并固定，随后由下而上对匀光装置160进行阵列减薄直至去掉支撑件730，最后抛光得到多个匀光装置160。匀光装置160的连接面163成型于支撑件730表面，由于匀光装置160沿其光轴且垂直于连接面163方向的截面呈直角梯形，相对于同轴锥形光学积分棒，避免了匀光装置160的脱模干涉，还可以对匀光装置160阵列进行阵列减薄，有利于提高匀光装置160的加工便利性及生产效率。进一步地，请进一步结合图2参阅图1，在本实施方式中，散热装置150设置有安装槽，匀光装置160固定于散热装置150内的安装槽中，安装槽的相对两侧壁上分别装设有抵持件153及弹性件154，连接面163及侧面164分别通过抵持件153及弹性件154与两侧壁相抵接固定。在匀光装置160两侧分别设置散热装置150及光阻隔元件的实施方式中，连接面163可以通过两个固定件固定于第二表面。连接面163垂直连接于入光面161及出光面162之间，能够在保证匀光装置160的入光面161及出光面162的定位精度，进一步提高连接面163的定位精度，有利于提高匀光装置160的装配便利性、装配精度、加工便利性及生产效率。请参阅图5-图7，图5为光源系统100应用图2所示的匀光装置160的远场角布示意图，图6为光源系统100应用图2所示的匀光装置160的远场照度分布示意图，图7为光源系统100应用图2所示的匀光装置160的远场cie色域空间色坐标分布示意图。如图5所示，匀光装置160调整入射的荧光(朗伯分布)的出射角度，大部分荧光的出射角度均压缩在±1.5度之间，从而便于后级的光收集及整形，有利于提高系统光效。另外，如图6-7所示，匀光装置160对光线的颜色和照度的均匀化效果较好。具体地，匀光装置160的方形出光面出射的光线，在远场形成对应的方形光斑，光斑的照度集中于25-35lux；方形光斑的颜色色坐标集中分布于(0.4，0.4)附近，三基色混合后的照明光接近白色。请进一步参阅图1，光源系统100还包括整形透镜170，对应匀光装置160的出光面162(图2)设置，以对匀光装置160出射的光线进行整形后出射。可以理解的是，光源系统100中还可以包括其他本领域常用的光学元件，在这里不做赘述。光转换元件140的入光面尺寸小于匀光装置160的入光面161(图2)尺寸，从而使得光转换元件140出射的更大比例荧光被反反射至匀光装置160，以减少光能损失。在一种实施方式中，光转换元件140的入光面尺寸范围为0.2-0.7mm。光源系统100中，反射杯130的光轴位于光转换元件140及匀光装置160的光轴之间，整形透镜170的光轴位于匀光装置160的入光面161及出光面162a的几何中心之间，从而对光源系统100的出光光斑位置及形状进行校正，使得光源系统的出射光的最大亮度位置位于出射光的主光轴。请参阅图8，为第二实施方式提供的匀光装置260的三视图。匀光装置260与匀光装置160的区别主要在于，匀光装置260包括相互连接的多边形锥棒260a及出光部260b。在一种实施方式中，匀光装置260为一体成型结构。可以理解的是，在其他实施方式中，多边形锥棒260a与出光部260b分别成型后固定连接于一体。多边形锥棒260a的出光面与出光部260b的入光面相互连接且外轮廓相同，出光部260b的出光面262b即为匀光装置260的出光面，呈圆形，多边形锥棒260a的入光面即为匀光装置260的入光面。出光面262b的尺寸是指出光面262b的最大内切圆直径。本实施方式中，出光部260b的出光面262b呈圆形，从而光源系统100的出射光的光斑为圆形光斑，符合一般照明光源的照明需求。本实施方式中的多边形锥棒260a与第一实施方式中的匀光装置160的结构及功能相同。在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于第一实施方式中的匀光装置160各具体方案也可以相应的适用于第二实施方式中的多边形锥棒260a，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。本实施方式中，出光部260b的出光面262b与多边形锥棒260a的出光面的出光孔径相同，即出光部260b的出光面262b的直径等于多边形锥棒260a的出光面的边长。在一种实施方式中，出光部260b的出光面262b与连接面263相切，使得连接面263垂直连接在出光面262b与多边形锥棒260a的入光面之间，保证匀光装置260的入光面与出光面的定位精度，并且提高了连接面263的定位精度，有利于提高匀光装置160的装配便利性、装配精度、加工便利性及生产效率。请参阅图9-图10，图9为光源系统100应用图8所示的匀光装置260的远场照度分布示意图，图10为光源系统100应用图8所示的匀光装置260的远场cie色域空间色坐标分布示意图。匀光装置260对光线的颜色和照度的均匀化效果较好。具体地，匀光装置260的圆形出光面，在远场形成对应的圆形光斑，光斑的照度集中于25-35lux；圆形光斑中的颜色色坐标集中分布于(0.4，0.4)附近，三基色混合后的照明光接近白色。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3