光源系统

技术领域

本发明涉及波长转换技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种波长转换装置及其光源系统。

背景技术

在目前所使用的激光光源技术领域中，采用激发光照射荧光材料以发出受激光的技术已经成为一种成熟的激光光源技术，并应用在各种激光光源产品中。在该激光光源技术中，激发光源发出的激光被收集并聚焦在表面含有荧光材料的转盘上，以激发荧光材料发光。

波长转换装置是该激光光源技术的核心器件之一，其主要形式是荧光色轮。但由于受到波长转换装置中所使用的波长转换材料自身特性的限制，同一激光功率密度下具有不同的转换效率。如黄绿色荧光体的转换效率较高，红色荧光体的转换效率较低，因此红色占比较低，影响整体出光亮度。因此，现有技术中提高红光占比的其中一种方法是增加红光光源，例如红光LED或红色激光，但是这种方法所存在的问题也很显著，例如系统体积增加，而且温度对红色激光器的输出功率的限制也很明显，所以增加红光光源的方法具有局限性。现有技术中提高红光占比的另一种方法是采用长波长黄光结合滤光片来产生红光的方法，其中采用热稳定性好且光饱和性能较好的YAG:Ce3+体系的长波长黄光，由于黄光光源的热效应比红光光源的热效应小，所以这种方法产生的红光亮度和效率比较好，但是由于采用了滤光片，导致提升了成本的同时，结构也不紧凑。此外，还存在一种方法是采用红色荧光粉，但是红色荧光粉在受到较高激光功率照射时由于自身吸收了大量的短波长的光，所以其产生的热量较大，对温度效应尤为明显。

由此可见，现有技术中的产生红光的激光荧光光源要么是成本高并且结构不紧凑，要么就是其红光效率和亮度较低，制约了其激光显示产品的亮度和色域的提升。

发明内容

基于此，有必要提供一种光源系统以解决上述的技术问题。

本发明的一个技术方案是：

一种光源系统，包括激光光源以及波长转换装置；其特征在于，所述波长转换装置包括：

承载体，所述承载体包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；

第一波长转换部件，所述第一波长转换部件设于所述承载体第一表面；

第二波长转换部件，所述第二波长转换部件设于所述承载体第一表面；

其中，激光光源射出的激发光束照射到所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件表面形成光斑，且第一波长转换部件的光斑面积大于第二波长转换部件的光斑面积。

在其中一实施例中，所述第一波长转换部件的激光光源入射面与所述第二波长转换部件的激光光源入射面存在高度差h，所述高度差h为0.1mm~0.4mm。

在其中一实施例中，所述第一波长转换部件的激光光源入射面高于所述第二波长转换部件的激光光源入射面；或所述第一波长转换部件的激光光源入射面低于所述第二波长转换部件的激光光源入射面。

在其中一实施例中，所述承载体第一表面设有凸台，所述第一波长转换部件设于所述凸台表面。

在其中一实施例中，所述凸台与所述承载体为一体结构。

在其中一实施例中，所述承载体第一表面设有凹陷结构，所述第二波长转换部件设于所述凹陷结构中。

在其中一实施例中，还包括反射层，所述反射层位于所述承载体第一表面一侧，且设于所述承载体与所述第一波长转换部件、第二波长转换部件之间。

在其中一实施例中，还包括滤色层，所述滤色层位于所述承载体第一表面一侧，且设于所述第一波长转换部件和/或所述第二波长转换部件远离所述承载体一侧表面。

在其中一实施例中，所述承载体至少存在一透过区，使得所述激光光源的光线从所述透过区射出；或者，所述承载体存在一缺口，所述缺口内设有透明基板，所述激光光源的光线从所述透过区射出。

在其中一实施例中，还设有第三波长转换部件，所述第三波长转换部件设于所述承载体第一表面；其中，所述第一波长转换部件、第二波长转换部件以及第三波长转换部件之间至少存在两个波长转换部件表面的光斑面积不同。

本发明的有益效果：本申请提供的波长转换装置将不同的波长转换部件的激光入射表面采用不同高低的设置，使得不同的波长转换部件存在高度差，这样激光光源照射到不同的波长转换部件表面存在聚焦的光斑以及离焦的光斑，处于离焦状态增加照射的光斑面积，可以降低激光功率密度，从而降低温度效应的产生。

附图说明

图1为本发明一种光源系统中波长转换装置的平面结构示意图；

图2为本发明一种光源系统中波长转换装置的一种截面结构示意图；

图3为本发明一种光源系统中波长转换装置的另一种截面结构示意图；

图4为本发明一种光源系统中波长转换装置的另一种截面结构示意图；

图5为本发明一种光源系统中波长转换装置的另一种截面结构示意图；

图6为本发明一种光源系统中波长转换装置的另一种截面结构示意图；

图7为本发明一种光源系统中波长转换装置激光照射结构示意图；

图8为本发明一种光源系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种光源系统，包括激光光源以及波长转换装置，所述激光光源可以是蓝色激光光源或者红色激光光源，或者别的颜色激光，所述激光光源发射出的激光光束可以照射到波长转换装置上，可以发出受激发光；所述波长转换装置包括：

承载体，所述承载体包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；所述承载体可以是透明材质，也可是金属材质，例如透明材质可以是玻璃等耐高温材质，金属材质可以是铝基板，或者所述承载体至少存在部分区域设有反射层或者漫反射层；所述承载体表面可以设有波长转换部件，所述承载体表面至少包括两区域设有波长转换部件；当然所述承载体的第一表面可以设置多个分区。

第一波长转换部件，所述第一波长转换部件设于所述承载体第一表面；第二波长转换部件，所述第二波长转换部件同样设于所述承载体第一表面；这样所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件设于所述承载体第一表面的不同区域，所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件有不同的荧光材料组成，或者所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件受到激光光源照射时产生不同的波长的可见光或不同颜色的光线；所述第一波长转换部件可以是单层结构或者为多层结构，同样，所述第二波长转换部件也可以是单层结构或者为多层结构；当然，所述承载体第一表面可以设有多个区域，每个分区分别设置不同的波长转换部件。

其中，激光光源射出的激发光束照射到所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件表面形成光斑，且第一波长转换部件的光斑面积大于第二波长转换部件的光斑面积；所述激光光源照射到波长转换部件上会经过一些光学器件，在波长转换部件表面的光斑会有大小不同，因为波长转换部件的表面距离激光光源的距离不同，这样经过光学器件的激光光源存在一定的焦点，由于波长转换部件的入射面距离激光光源的距离不同，会存在聚焦和离焦的状态，会出现光斑面积存在不同，形成聚焦（面积较小光斑）的波长转换部件的表面能量会更大，离焦状态（面积较大光斑）的波长转换部件表面能量会小一点。

照射到所述波长转换部件上的光斑大小会产生不同的热量，当入射激光出于聚焦的状态时，产生的热量就会比较多，而处于离焦的入射激光所产生的热量相对会较少；例如激光照射在转换红光的波长转换部件上时，优选入射激光处于离焦状态，因为红光本身就会有较高的能量，如果入射激光处于聚焦状态，这样两者相加的能量会更高，所以可以选择将入射激光处于离焦状态，这样可以有效的减少能量。

在其中一实施例中，所述第一波长转换部件的激光光源入射面与所述第二波长转换部件的激光光源入射面存在高度差h，所述高度差h为0.1mm~0.4mm；两者之间存在高度差，可以是所述第一波长转换部件的激光光源入射面高于所述第二波长转换部件的激光光源入射面；也可以是所述第一波长转换部件的激光光源入射面低于所述第二波长转换部件的激光光源入射面；也就是说，入射激光的离焦状态或者聚焦状态既可以在较高的所述波长转换部件表面形成，也可以在较低的所述波长转换部件表面，在入射激光照射到波长转换部件表面时，所述入射激光的离焦状态可以是在焦点之前，也可以是在焦点之后，即没有到聚焦状态时，已经照射到所述波长转换部件表面；或者是照射到波长转换部件表面的入射激光在焦点之后，处于离焦状态。

在其中一实施例中，为了使得所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件存在高度差，可以将所述第一波长转换部件的厚度设置得与所述第二波长转换部件的厚度不同，这样使其存在一定的高度差，或者所述第一波长转换部件的厚度设置的与所述第二波长转换部件的厚度相同，但是在所述第一波长转换部件与所述承载体之间、所述第二波长转换部件与所述承载体之间分别设置厚度不同的光学间隔层，从而使得所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件存在高度差，所述光学间隔层可以是反射层、增透层、漫反射层或者其他的光学材料层；另一种使得所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件存在高度差的方案，在所述承载体第一表面设有凸台，所述第一波长转换部件设于所述凸台表面；所述第二波长转换部件设置在所述承载体的非凸台区域，在所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件厚度相同的情况下，此时所述第一波长转换部件与所述第二波长转换部件之间存在的高度差就是凸台的高；所述凸台可以是一种光学间隔层，其中所述光学间隔层可以是上述的一种或者几种的组合；在其中一实施例中，所述凸台与所述承载体为一体结构，即所述凸台是所述承载体的一部分，为一整体结构；在其中一实施例中，所述承载体第一表面设有凹陷结构，所述第二波长转换部件设于所述凹陷结构中，这样将所述第一波长转换部件设于所述承载体的表面，这样使的所述第一波长转换部件与所述第一波长转换部件之间形成高度差。

在其中一实施例中，还包括反射层，所述反射层位于所述承载体第一表面一侧，且设于所述承载体与所述第一波长转换部件、第二波长转换部件之间。在其中一实施例中，还包括滤色层，所述滤色层位于所述承载体第一表面一侧，且设于所述第一波长转换部件和/或所述第二波长转换部件远离所述承载体一侧表面。当然，所述反射层与所述滤色层可以同时设于所述波长转换装置中，也可以是择一使用在所述波长转换装置中，根据对于光线的不同需要，选择性的设置不同的光学层。所述滤色层可以选择不同的滤色效果，根据所需要的颜色在所述第一波长转换部件以及第二波长转换部件上设置滤色层，当然，当有多个波长转换部件时，同样可以设置滤色层。

在其中一实施例中，所述承载体至少存在一透过区，使得所述激光光源的光线从所述透过区射出，当然所述承载体可以是透过的，在其表面设置反射层，预留一区域不设有反射层；或者，所述承载体存在一缺口，所述缺口内设有透明基板，所述激光光源的光线从所述透过区射出，所述承载体可以为金属基板，也可以在所述金属基板上设有反射层，当需要激光光源透过所述承载体时，则在所述承载体上设置缺口，在缺口中设置透明基板，如上面所述的设置方式。

在其中一实施例中，还设有第三波长转换部件，所述第三波长转换部件设于所述承载体第一表面；其中，所述第一波长转换部件、第二波长转换部件以及第三波长转换部件之间至少存在两个波长转换部件表面的光斑面积不同，这三个波长转换部件设置在所述承载体第一表面的不同区域，三个所述波长转换部件可以分别由不同的荧光材料构成，形成至少存在部分不同波段的可见光波长，三个波长转换部件可以是单层结构，也可以是多层结构。

请参阅图1以及图2，一种光源系统的波长转换装置100，所述波长转换装置100包括承载体10、第一波长转换部件20以及第二波长转换部件30，所述承载体10的表面设置了四个不同分区，所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30分别设置在两个不同的分区；所述承载体10可以是铝板、玻璃等材质；从图2中可以看出，所述第一波长转换部件10与所述第二波长转换部件30分别设于所述承载体10的第一表面，且所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30存在高度差，这里所述第一波长转换部件20高于所述第二波长转换部件30，所述第一波长转换部件20可以由黄色荧光材料构成，所述第二波长转换部件30可以由红色荧光材料构成，这样使得激光光源的光束照射到所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30时，所述第一波长转换部件20上光束呈聚焦状态，形成的光斑面积为S1，所述第二波长转换部件30上的光束呈离焦状态，形成的光斑面积为S2，且S2大于S1；这样处于离焦状态的所述第二波长转换部件30，激光的功率密度减小，从而降低温度效应的产生，达到提高红色光的激发效率的目的。

请参阅图1以及图3，另一种结构的波长转换装置，所述波长转换装置包括承载体10、第一波长转换部件20、第二波长转换部件30以及反射层40，所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30分别位于所述承载体10第一表面，所述反射层40设于所述第一波长转换部件20、所述第二波长转换部件30与所述承载体10之间，所述反射层40可以为通过镀膜、磁控溅射、电镀等方式形成的反射层40；当然，所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30依然存在高度差。

请参阅图4，为另一种结构的波长转换装置，所述波长转换装置包括承载体10、第一波长转换部件20、第二波长转换部件30以及滤色层50，所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30分别设于所述承载体10第一表面，所述滤色层50设于所述第二波长转换部件30的表面，所述第一波长转换部件20的表面依然也可以设有滤色层，两者的滤色层可以相同也可以不同，根据需要的可见光设置不同的滤色层；图4中所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30依然存在高度差。

请参阅图5，另一种波长转换装置，所述波长转换装置包括承载体10、第一波长转换部件20、第二波长转换部件30，所述承载体10第一表面还设有一凸台，所述第一波长转换部件20设于所述凸台上，所述第二波长转换部件30设于所述承载体10的第一表面，这样所述第一波长转换部件20与第二波长转换部件30形成了一高度差，所述高度差一般在0.1mm~0.4mm之间。

请参阅图6，另一波长转换装置，所述波长转换装置包括承载体10、第一波长转换部件20、第二波长转换部件30以及反射层40，所述承载体10第一表面设有一凹陷结构，所述第二波长转换部件30位于所述凹陷结构中，所述反射层40设于所述第一波长转换部件20与所述承载体10之间，所述第二波长转换部件30与所述凹陷结构底部之间设有所述反射层40，这样通过凹陷结构的方式使的所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30之间形成高度差。

请参阅图7，为激光光源照射到波长转换装置上形成的光路示意图，所述波长转换装置包括包括承载体10、第一波长转换部件20、第二波长转换部件30以及反射层40，激光光源的光束60分别照射到所述第一波长转换部件20与所述第二波长转换部件30表面，分别形成第一光斑61与第二光斑62，由图可知，照射到所述第一波长转换部件20表面的第一光斑61处于焦点位置，照射到所述第二波长转换部件30表面的第二光斑62处于离焦状态，所述第二光斑62的面积为第一光斑61的2~5倍，该实施例中照射到波长转换部件的离焦是在焦点之后，同样照射到波长转换部件的离焦状态可以在焦点之前，即在高度较高的波长转换部件表面处于离焦状态，反而高度较低的波长转换部件表面处于焦点状态。

请参阅图8，一种光源系统，包括激光光源200以及上述任一结构的波长转换装置100，所述激光光源200射出激光，所述激光经过透镜组300后，在经过分光片400以及聚光透镜组500后照射到所述波长转换装置100上，其中有一部分激光透过所述波长转换装置100，透过所述波长转换装置100的激光经过第一反射原件600以及第二反射元件601，在经过扩散元件700后经过反射元件602、分光片400，激光照射到所述波长转换装置100后产生的受激发光通过聚光透镜组500以及分光片400，此时受激发光与通过反射元件602反射经过分光片的激光混合，混合后的光通过合光元件800后，入射到匀光棒900后射出。

图8的光源系统只是其中的一个实施例，本申请所揭示的波长转换装置同样可以设置于其他的光源系统中，例如所述波长转换装置是完全反射式的，即激光光源不会透过所述波长转换装置，这样光路系统与图8的光源系统存在差别，再此也不一一列举。

本申请提供的光源系统中的波长转换装置将不同的波长转换部件的激光入射表面采用不同高低的设置，使得不同的波长转换部件存在高度差，这样激光光源照射到不同的波长转换部件表面存在聚焦的光斑以及离焦的光斑，处于离焦状态增加照射的光斑面积，可以降低激光功率密度，从而降低温度效应的产生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。