波長轉換材料陣列的制作方法

波長轉換材料陣列的制作方法
【專利摘要】波長轉換材料陣列。提供了一種包括波長轉換材料陣列，該波長轉換材料陣列包括一系統，該系統包括：光源，該光源被配置為發射為激發波長的激發光；散熱器；位于所述散熱器上的波長轉換材料，所述波長轉換材料包括被劃分為點的陣列的整體的相對波長轉換面積，所述點的數量在4至12范圍內，所述波長轉換材料被配置為當被所述激發光照射時發射波長大于所述激發波長的光；以及小透鏡的陣列，該小透鏡的陣列被配置為：接收來自所述光源的激發光并且用所述激發光照射所述波長轉換材料的每個點，所述小透鏡與點的數量成一對一關系；以及收集由所述波長轉換材料發射的光。
【專利說明】
波長轉換材料陣列
技術領域
[0001]本說明書總體涉及顯示系統，并且特別地，涉及一種包括波長轉換材料陣列的系統。
【背景技術】
[0002]激光器-磷光體照明系統的性能的限制因素可能是高能量密度的照明點(與非激光器系統相比)、以及在熱損傷發生之前從該點去除熱能的能力(更確切地說是無能力)。已經使用了許多方法來散布熱能，例如，通過旋轉或轉移磷光體或照明點，或者通過增加點尺寸并由此減小能量密度。然而，這些方法可能導致系統復雜性增加和/或光性能削損。

【發明內容】

[0003]通常，本公開在于一種系統，該系統包括散熱器上的波長轉換材料，所述波長轉換材料具有整體(unity)但是被劃分為4至12個點的陣列的相對面積。選擇所述點之間的距離以使系統中的光收集效率與熱流平衡。小透鏡陣列被用于將來自激發光源(諸如，激光器)的激發光分布到陣列中的每個點，并且然后收集從所述點發射的光。所述點的陣列代替現有技術的波長轉換材料的單個點:點的整體的組合相對面積等于一個較大原始點的整體的相對面積(組合面積不包括點之間的空間)。熱學上，波長轉換材料中的能量密度保持不變，然而與具有波長轉換材料的一個大點的系統相比，通過將波長轉換材料分成較小點的陣列，能夠提高散熱器效率，并且因此能夠更有效地冷卻磷光體。這可以允許更高能級入射到波長轉換材料(例如，包括但不限于磷光體)，并且因此能夠生成更多光。
[0004]然而，其它因素能夠被用于確定點的布置(configurat1n)。例如，5d < t < 25d和1cK t < 20d中的一個或更多個能夠被用于選擇點之間的中心到中心距離，其中，d是點之間的中心到中心距離，并且t是點的最大橫向尺寸;和/或點的光發射表面與小透鏡的光接收表面之間的距離、以及點之間的中心到中心距離能夠被選擇為使得小透鏡收集達到如從點的法線測量的發射角Θ為約75°的光。這樣的因素可能與點的數量無關，然而假設點的數量大于或等于3。
[0005]在本說明書中，元件可以被描述為“被配置為”執行一個或更多個功能或“被配置用于”這樣的功能。通常，被配置為執行功能或被配置用于執行功能的元件能夠執行該功能，或者適于執行該功能，或者適合執行該功能，或者可操作以執行該功能，或者另外能夠執行該功能。
[0006]將理解，為了本說明書的目的，“X、Y和Z中的至少一個”和“X、Y和Z中的一個或更多個”的語言能夠被解釋為僅X、僅Y、僅Z、或者X、Y和Z中的兩項或更多項的任何組合(例如，ΧΥΖ、ΧΥ、ΥΖ、ΖΖ等)。在“至少一個…”和“一個或更多個…”語言中的任一個出現時，類似邏輯可以被應用于兩項或更多項。
[0007]本說明書的一方面提供一種系統，所述系統包括:光源，該光源被配置為發射為激發波長的激發光;散熱器;位于所述散熱器上的波長轉換材料，所述波長轉換材料包括被劃分為點的陣列的整體的相對波長轉換面積，所述點的數量在4至12范圍內，所述波長轉換材料被配置為當被所述激發光照射時發射波長大于所述激發波長的光；以及小透鏡的陣列，所述小透鏡的陣列被配置為:接收來自所述光源的激發光并且用所述激發光照射所述波長轉換材料的每個所述點，所述小透鏡與點的數量成一對一關系；以及收集由所述波長轉換材料發射的光。
[0008]所述點的光發射表面與所述小透鏡的光接收表面之間的距離、以及所述點之間的中心到中心距離可以被選擇為使得小透鏡收集達到如從所述點的法線測量的發射角Θ為約75°的光。
[0009]5d<t< 25d和1d < t < 20d中的一個或更多個可以被用于選擇所述點之間的中心到中心距離，其中，d是所述點之間的中心到中心距離，并且t是所述點的最大橫向尺寸。
[0010]所述點的光發射表面與所述小透鏡的光接收表面之間的距離h可以被選擇為使得所述小透鏡收集達到如從所述點的法線測量的的發射角為約75°的來自所述點的光。
[0011]所述點的陣列的絕對波長轉換面積可以在約2mm2至約10mm2的范圍內。
[0012]所述點的陣列的絕對波長轉換面積可以在約4mm2至約20mm2的范圍內。
[0013]所述小透鏡的陣列可以包括準直透鏡陣列。
[0014]所述小透鏡的陣列可以包括集成透鏡陣列。
[0015]所述系統還可以包括鏡子，所述鏡子被配置為:朝向所述小透鏡的陣列反射來自所述光源的激發光；以及透射由所述波長轉換材料發射的由所述透鏡收集的光。
[0016]所述激發光可以包括藍光。
[0017]由所述波長轉換材料發射的光可以包括綠光和紅光中的一個或更多個。
[0018]所述散熱器可以包括在約50W/mK至約600W/mK范圍內的熱導率。
[0019]所述光源可以包括激光器。
[0020]所述光源還可以包括被配置為使所述激發光適合于所述小透鏡的陣列的面積的一個或更多個光學器件。
[0021 ]所述波長轉換材料可以包括磷光體。
[0022]所述波長轉換材料可以包括量子點。
[0023]所述散熱器可以是固定的。
[0024]所述散熱器可以被配置為旋轉。
[0025]本說明書還提供一種系統，該系統包括:光源，該光源被配置為發射為激發波長的激發光;散熱器;位于所述散熱器上的波長轉換材料，所述波長轉換材料包括被劃分為點的陣列的整體的相對波長轉換面積，其中，5d < t < 25d和1d < t < 20d中的一個或更多個被用于選擇所述點之間的中心到中心距離，其中，d是所述點之間的中心到中心距離，并且t是所述點的最大橫向尺寸；以及小透鏡的陣列，所述小透鏡的陣列被配置為:接收來自所述光源的激發光并且用所述激發光照射所述波長轉換材料的每個所述點，所述小透鏡與點的數量成一對一關系；以及收集由所述波長轉換材料發射的光。所述點的數量可以是以下范圍中的一個或更多個:大于或等于3;在3至20(包括3和20)的范圍內；以及在4至16(包括4和16)的范圍內。
[0026]實際上，還公開了一種系統，該系統包括:光源，該光源被配置為發射為激發波長的激發光;散熱器;位于所述散熱器上的波長轉換材料，所述波長轉換材料包括被劃分為點的陣列的整體的相對波長轉換面積；以及小透鏡的陣列，所述小透鏡的陣列被配置為:接收來自所述光源的激發光并且用所述激發光照射所述波長轉換材料的每個所述點，所述小透鏡與點的數量成一對一關系；以及收集由所述波長轉換材料發射的光，其中，所述點的光發射表面與所述小透鏡的光接收表面之間的距離、以及所述點之間的中心到中心距離被選擇為使得所述小透鏡收集達到如從所述點的法線測量的發射角Θ為約75°的光。所述點的數量可以是以下范圍中的一個或更多個:大于或等于3;在3至20(包括3和20)的范圍內；以及在4至16(包括4和16)的范圍內。
【附圖說明】
[0027]為了更好地理解在此描述的各種實現并且為了更清楚地示出可以如何實行這些實現，現在將僅通過示例對附圖作出參考，在附圖中:
[0028]圖1示出根據非限制性實現的包括被激發光照射的波長轉換材料陣列的系統。
[0029]圖2示出根據非限制性實現的圖1的收集由波長轉換材料陣列發射的光的系統。
[0030]圖3示出根據非限制性實現的散熱器上的波長轉換材料陣列的點的數量、以及具有整體的面積的波長轉換材料被劃分為4至12(包括4和12)個點的各種示例。
[0031]圖4示出根據非限制性實現的作為波長轉換材料陣列的點的數量的函數的熱通量。
[0032]圖5示出根據非限制性實現的具有不同數量的點的波長轉換材料陣列的散熱器中的熱通量。
[0033]圖6示出根據非限制性實現的作為波長轉換材料陣列的點的數量的函數的系統100的光通量。
[0034]圖7示出根據非限制性實現的作為波長轉換材料陣列的點的數量的函數的系統100的光通量。
[0035]圖8示出根據非限制性實現的包括被激發光照射的波長轉換材料陣列的系統的幾何結構。
[0036]圖9示出根據非限制性實現的波長轉換材料陣列的各種尺寸。
【具體實施方式】
[0037]圖1和圖2均示出系統100的側視圖，系統100包括:光源101，其被配置為發射為激發波長的激發光103;散熱器105 (示出截面)；位于散熱器105上的波長轉換材料，波長轉換材料包括被劃分為點1 7的陣列的整體的相對波長轉換面積，點的數量在4至12范圍內，波長轉換材料被配置為當被激發光103照射時發射波長大于激發波長的光；小透鏡109的陣列，其被配置為:接收來自光源101的激發光103并且用激發光103照射波長轉換材料的每個點107，小透鏡109與點107的數量成一對一關系；以及收集由波長轉換材料發射的光203。特別地，圖1示出用激發光103照射點107，并且圖2示出點107發射光203;雖然這兩個處理被單獨示出，但是將想到，它們同時發生和/或前后發生。因此，當用激發光103照射點107時，點107發射光203。進一步注意到，除非另外明確地闡述，否則在此提供的范圍包括起始數和尾數。因此，在4至12范圍內的點的數量包括:4個點、5個點、6個點等，達到并且包括12個點。
[0038]此外，雖然僅對一個點107進行了編號，但是示出了4個點107。另外，每個點107包括波長轉換材料。類似地，雖然僅對激發光103的一條光線和光203的一條光線進行了編號，但是每個均示出了四條光線。
[0039]如所示，系統100還包括鏡子150，鏡子150被配置為:朝向小透鏡109的陣列反射來自光源1I的激發光103 (如圖1所示)；以及透射(transmi t)由點107發射的由小透鏡109收集的光203(如圖2所示)。
[0040]雖然未示出，但是系統100可以包括投射系統的組件等，使得光203照射光調制器等(包括但不限于數字微鏡器件(DMD))，光調制器由處理器控制以從光203形成圖像，然后圖像被傳送到投射光學元件。
[0041]光源101可以包括激光源，激光源包括但不限于藍激光源。因此，在一些實現中，激發光103包括藍光，并且特別是藍激光。雖然未示出，但是光源101還可以包括被配置為使激光適合于小透鏡109的陣列的面積的一個或更多個光學器件。其它類型的光源101在本實現的范圍內，包括但不限于量子點等。
[0042 ]參照圖1，由光源1I發射激發光103，并且激發光103以朝向小透鏡109的陣列反射激發光103的角度撞擊在鏡子150上。激發光103的面積與小透鏡的陣列的面積相似，并且激發光103、鏡子150以及小透鏡109的陣列可以被對準，使得激發光103的區域的外邊緣與小透鏡109的陣列的相應外邊緣基本對準，以避免丟失和/或浪費激發光103。
[0043]此外，如所示，激發光103是準直的。當激發光103包括激光時，激發光103是固有準直的。然而，光源101可以包括被配置為使激發光103準直的光學組件。
[0044]鏡子150包括光學組件的任何集合，其被配置為:朝向小透鏡109的陣列反射來自光源101的激發光103(如圖1所示)；以及透射由點107發射進而由小透鏡109收集的光203(如圖2所示)。鏡子150可以包括但不限于一個或更多個分色鏡(dichroic mirror)。
[0045]通常，激勵點107發射光203的處理導致熱的產生，熱將被分散以防止點107和散熱器105升溫和/或控制點107的溫度。當點107發射光203時，熱從點107與散熱器105之間的界面流入散熱器105，所述熱在散熱器105處被分散。因此，散熱器105包括被配置為冷卻點107的散熱器、箱、輪、環、一個或更多個擠壓件或其它散熱器設計(例如，用于空氣冷卻)、水箱、均熱板(vapour chamber)、散熱片等中的一個或更多個。同樣地，散熱器105可以包括被配置為冷卻點107的任何材料，包括但不限于金屬、鋁、鋼等。散熱器105可以是固定的或者被配置為旋轉。通常，散熱器105的特征在于其熱導率K，熱導率K可以在從約50W/mK至約600W/mK范圍內；在一些實現中，散熱器105的熱導率可以在約150W/mK至約400W/mK范圍內。無論如何，散熱器105分散熱的能力隨著熱導率的增加而增加。
[0046]波長轉換材料(S卩，每個點107)通常可以包括被配置為將激發光103轉換為光203的磷光體，磷光體通常具有比激發光103更長的波長。因此，在激發光103包括藍光(和/或照射比紅光和/或綠光更短的波長)的實現中，由波長轉換材料發射的光203可以包括綠光和紅光中的一個或更多個。然而，在其它實現中，波長轉換材料可以包括被配置為當被激發光103照射時發射光203的其它材料，該其它材料包括但不限于量子點。
[0047]此外，點107的總面積(不包括點之間的空間)具有整體但是被劃分為4至12個點107(如圖1和圖2中所示，存在四個點107)的總相對波長轉換面積，。
[0048]換言之，當配置系統100時，對將被用于達到光通量設計目標的總波長轉換面積進行確定;所確定的總波長轉換面積可以被分配有整體的任意值，并且在點107之間劃分總面積。換言之，每個點107的面積可以包括總波長轉換面積除以點的數量。這假設每個點107具有基本相同的面積，然而在其它實現中，一個或更多個點107可以具有與其它點107不同的面積，只要總波長轉換面積保持相同即可。下面參照圖8和圖9來描述點之間的距離。
[0049]以與點107成一對一關系來設置小透鏡109。換言之，小透鏡109的陣列中的小透鏡109的數量與點107的數量相同。此外，如所示，每個小透鏡109可以以對應點107為中心。如圖所示，小透鏡109的陣列包括集成透鏡陣列，然而在其它實現中，小透鏡109的陣列可以包括單獨和/或非集成透鏡陣列。例如，每個小透鏡109可以使用框架等固定在某一位置。
[0050]此外，如所示，光103通過每個小透鏡109被聚焦在對應點107上，并且由每個點107發射的光203通過對應小透鏡109收集并且使其準直，如圖2所示。準直光203透射穿過鏡子150并且行進至投射系統的其它組件，如上所述。
[0051]此外，散熱器105上的點107的面積(包括點107之間的空間)可以小于或等于小透鏡109的陣列的面積。換言之，小透鏡109的陣列的外邊緣可以大于點107的陣列中的外部點107的外邊緣。
[0052]此外，每個小透鏡109的相應面積可以大于相應點107的面積，每個小透鏡109的中心與相應點107的中心基本對準，使得從每個點107發射的光203由相應小透鏡109收集;雖然光203也可以由相鄰小透鏡109收集，但是當對應小透鏡109的面積小于光203的面積時，由點107的陣列中的外部點107發射的光可能丟失。此外，小透鏡109的收集效率取決于點107與小透鏡109之間的距離、以及當從每個點107發射光203時光203的集光率(etendue)。當選擇點107與小透鏡109之間的距離時，可以進行這樣的考慮。特別是，從點107到小透鏡109的距離可以小于約5mm、和/或小于約2mm，如下面關于圖8所述的。然而，小透鏡109和點107(包括點之間的空間)的總面積可以被選擇為確保如下更詳細描述的最佳光通量。
[0053]實際上，當每個小透鏡109朝向相應點107的中心聚焦光103時，與透鏡如何將光聚焦到波長轉換材料(具有與點107的總波長轉換面積類似的總面積)的單個點類似，與現有技術相比，光203的集光率通常未改變。然而，當點107離得更遠時，雖然能夠提高散熱器105中的熱消散，但是因為隨著點107的數量增加，變得更難以以較大角度收集光203，所以光通量可能減少。因此，點107的數量可以在4至12范圍內(包括4和12)，如此后描述的。
[0054]例如，接下來將關注圖3，圖3示出分別包括一個點、四個點、四個點、五個點、六個點和十二個點的散熱器/波長轉換材料的點的陣列(此后被稱為系統300、300-1、300-2、300-3、300-4、300-5)的各種示例。系統 300、300-1、300-2、300-3、300-4、300-5 中的每個均包括:與散熱器105類似的相應散熱器305、305-1、305-2、305-3、305-4、305-5，其邊緣由外部大矩形表示；均與點107類似的由相應散熱器內部的較小矩形表示的相應點307、307-1、307-2、307-3、307-4、307-5。
[0055]在系統300-1、300-2、300-3、300-4、300-5中的每個系統上方示出具有被示出為使用虛線劃分為四個點、四個點、五個點、六個點和十二個點的一個點307的系統300，因此點307分別具有與四個點307-1、四個點307-2、五個點307-3、六個點307-4和十二個點307-5的總波長轉換面積相同的波長轉換面積。雖然每個點307、307-1、307-2、307-3、307-4、307-5均被示出為矩形，但是點307、307-1、307-2、307-3、307-4、307-5的其它形狀在本實現的范圍內，包括但不限于圓形、正方形、三角形等。另外，雖然點307、307-1、307-2、307-3、307-4、307-5的每個集合具有各自相同的形狀，但是在其它實現中，每個集合內的點307、307-1、307-2、307-3、307-4、307-5可以具有不同形狀。
[0056]無論如何，針對每個系統300-1、300-2、300-3、300-4、300-5 的每個點 307、307-1、307-2、307-3、307-4、307-5的總波長轉換面積均基本相同，總波長轉換面積不包括點307-1、307-2、307-3、307-4、307-5 之間的空間。換言之，針對每個系統 300-1、300-2、300-3、300-
4、300-5的波長轉換材料的面積基本相同。因此，點307-1和點307-2中的每個的相應面積是點307的面積的約四分之一。類似地，每個點307-3的相應面積是點307的面積的約五分之一;每個點307-4的相應面積是點307的面積的約六分之一；以及每個點307-5的相應面積是點307的面積的約十二分之一。
[0057]換言之，如果點307被分配有整體的相對波長轉換面積，則每個點307-1、307-2、307-3、307-4、307-5的總波長轉換面積是整體除以4至12范圍內的數。
[0058]系統300-1、300_2均具有四個點，但是以不同布置來設置，因此，每個系統300-1、300-2、300-3、300-4、300-5的點的布置可以與所示出的不同。
[0059]還將想到，當系統300-1、300-2、300-3、300-4、300-5中的任何系統被結合到系統100中時，小透鏡109的陣列適合于照射相應點并且從那里收集光，如上所述。此外，系統300-1、300-2、300-3、300-4、300-5中的任何系統能夠適合于包括4個點至12個點范圍內的任何數量的點。
[0060]此外，假設隨著點的數量增加而波長轉換材料的溫度極限保持不變，點的數量增加，相應散熱器的相對熱通量更高。例如，波長轉換材料的溫度極限保持不變可以包括:最大點溫度在所有布置中基本相同(例如，當由于波長轉換材料的點的布置導致熱排出增加時，激發光的入射功率可以成比例地增加，使得點的溫度在布置之間是恒定的)。
[0061]例如，接下來關注圖4，圖4示出了針對具有“高K”和“低K”熱導率二者的散熱器105的適于點107的數量在I個點至16個點的范圍內的系統100的相對熱性能。例如，高K熱導率可以是約400W/mK，而低K熱導率可以是約150W/mK。然而，用于圖4的“高K”和“低K”熱導率的選擇通常是任意的，并且圖4中的每條曲線意在證明無論散熱器105的熱導率如何，系統100的相對熱性能保持相同。特別是，圖4示出針對散熱器105的不同相對熱導率，隨著點107的數量(即，波長轉換地點的數量)增加散熱器105中的相對可能熱通量。然而，無論熱導率如何，清楚的是，相對熱通量隨著點107的數量而增加。另一方面，從增加波長轉換點的數量得到的熱益處逐漸減少。
[0062]在圖5中示意性地示出了該現象，圖5示出散熱器105、散熱器105a、散熱器150b的每個中的熱通量的線(示出為點虛線)，除了位于散熱器上的點107、107a、107b的數量之外，每個散熱器均相似。例如，散熱器105上存在四個點107，散熱器105a上存在兩個點107，并且散熱器105b上存在一個點107b。點107、107a和107b的相應總面積均基本相同。因此，點107具有與點107b基本相同的面積，但是點107在更大面積上展開。因此，從散熱器105中的熱通量的線可以看出，與散熱器105b中的熱通量的線相比，熱通量更少地聚集在散熱器105中，因此散熱器105能夠消散比散熱器105b更大量的熱(例如，在相同時段內)。
[0063]具有兩個點107a的散熱器105a中的熱通量是散熱器105和散熱器105b中的中間熱通量。實際上，對于具有兩個點107a的散熱器105a，針對波長轉換材料的相同的總發光面積和溫度極限，潛在熱負載比具有單個點107b的散熱器105b大50%: S卩，基于熱限制，散熱器105a和點107a的布置能夠比具有單個點107b的散熱器105b生成多50%的轉換光。
[0064]然而，如圖6所示，隨著點107的數量增加，光通量通常減少，這與圖4相似，但是示出了隨著點107的數量增加系統100的相對光通量。雖然針對具有相對高K和相對低K熱導率的散熱器105的光通量被示出為彼此分離，但是這樣的分離僅為了清楚，并且通常，光通量不取決于散熱器105的熱導率。實際上，圖6中的每條曲線都能夠直接交疊。
[0065]在任何情況下，隨著點之間的間隔開始限制小透鏡109對光203的角收集角度，光通量通常隨著點107的數量而減小。換言之，隨著點107之間的間隔開始限制小透鏡109對轉換光203的角收集角度，系統100的光收集效率隨著波長轉換點107的數量增加而減小。
[0066]通常，精確減少在幾何上取決于點107的陣列和/或小透鏡109的陣列的幾何結構，但是通常發生圖6中示出的相對減少。換言之，隨著點107的數量增加，將由小透鏡109收集的光203散開，因此光203變得更難以收集。
[0067]在任何情況下，接下來關注圖7，圖7示出了圖4中的曲線乘以圖6中的相應曲線，并且因此示出了隨著點107的數量增加，系統100的組合的光學性能和熱性能。如從圖7清楚的是，峰值性能發生在4個點至12個點(包括4和12)的范圍內，如根據經驗所確定的，并且如由高K曲線的在線701上方的部分和由低K曲線的在702上方的部分所指示的。此外，小透鏡109的陣列的成本在約12個點之后可能增加。
[0068]無論如何，與單個點的波長轉換材料系統相比，隨著熱性能增加，能夠使用入射到波長轉換材料的更高能級的光，這可能導致更多的光輸出。
[0069]此外，點107的陣列的波長轉換面積能夠基于市場上可用的散熱器的成本和尺寸、以及基于光收集效率來選擇。如上所述，雖然本實現包括點的總波長轉換面積，但是在此公開的陣列能夠包括在約2mm2至約10mm2范圍內的面積，成本和光學效率在約4mm2至約20mm2范圍內可能更好。在特定非限制性實現中，點107的陣列的面積可以是約4.5mm2和/或約I.5mm X 3mm。然而，點107之間的距離和點107與小透鏡109之間的距離也能夠被選擇為實現在散熱器105中的熱流與小透鏡109的光收集效率之間的平衡，如此后參照圖8和圖9所述的。
[0070]因此，接下來關注圖8，圖8示出與包括具有相似標號的相似元件的系統100基本類似但是在“800”系列而非“100”系列中的系統800的非限制性實現。例如，系統800包括散熱器805、波長轉換材料的點807、以及小透鏡809的陣列。另外，雖然僅示出兩個點807和兩個小透鏡809，但是將想到，系統800包括在4至12范圍內的多個點807、以及對應數量的小透鏡809。此外，雖然未示出光源，但是將想到，存在與系統100中的光源101類似的光源、以及與鏡子150類似的鏡子。雖然小透鏡809具有與小透鏡109不同的形狀，但是系統800僅表明小透鏡的各種形狀在本實現的范圍內。
[0071]在系統800中還示出點807的光發射表面與小透鏡809的光接收表面之間的距離h、以及來自點807的光833的發射角θ(如從點807的法線850測量的)。還示出了點807之間的中心到中心距離d(也可以稱為點間隔距離d)。通常，小透鏡809、距離h和距離d被選擇為使得小透鏡809收集從點807發射的達到并且包括約75°角的光833，換言之，達到發射角Θ為約75°的光。例如，距離h能夠小于約5mm，和/或小于約2mm。
[0072]然而，隨著點807(和/或點107等)進一步遠離，雖然散熱器805中的熱流等可能增加，但是可能變得更難以收集所發射的光。例如，點之間的間隔可以是光收集角度和到小透鏡陣列的距離的函數。如上所述，收集角度可以是75°。隨著收集角度增加超過75°，對光學元件小透鏡來說變得更難以接受光并使光準直。因此，隨著收集角度減小到低于75°，捕獲到更少量的發射光。這說明圖6中的光學效率下降。盡管如此，可以選擇點之間的距離以使熱流與光學效率平衡。
[0073]例如，接下來關注圖9，圖9示出示例性兩組點907a和點907b、以及點907a之間的中心到中心距離da和點907b之間的中心到中心距離db，距離da、db類似于圖8中的距離d。還示出了點907a的最大橫向點尺寸ta、以及點907b的最大橫向點尺寸tb。在907a的情況下，因為點是圓形的，假設每個點907a具有基本相同的直徑，最大橫向點尺寸ta包括每個點907a的直徑。在點907b的情況下，因為點是矩形的，假設每個點907b具有基本相同的矩形形狀，最大橫向點尺寸tb包括每個點907b的角到角對角線。然而，其它點形狀在本實現的范圍內，因此其它最大橫向點尺寸在本實現的范圍內。此外，不要求波長轉換材料的每個點具有相同形狀;實際上，在點為不同形狀和/或不同尺寸的實現中，在以下確定中可以使用平均最大橫向點尺寸和/或中間最大橫向點尺寸等。
[0074]特別地，已經根據經驗確定了當中心到中心距離(S卩，距離d、da、db等)是點的最大橫向點尺寸的約5倍到約25倍(包括5倍和25倍)之間時，能夠實現小透鏡的光收集效率與散熱器中的熱流之間的平衡。實際上，在特定非限制性實現中，當中心到中心距離(即，距離d、da、db等)是點的最大橫向點尺寸的約1倍到約20倍(包括1倍和20倍)之間時，能夠實現小透鏡的光收集效率與散熱器中的熱流之間的平衡。這可以在數學上表述為:5cK t < 25d和/或1cK t < 20d，其中，d是點之間的中心到中心距離，并且t是點的最大橫向尺寸。
[0075]因此，在此還公開了一種系統，該系統包括:光源，其被配置為發射為激發波長的激發光;散熱器;位于散熱器上的波長轉換材料，該波長轉換材料包括被劃分成點的陣列的整體的相對波長轉換面積，其中，5d < t < 25d和1d < t < 20d中的一個或更多個被用于選擇點之間的中心到中心距離，其中，d是點之間的中心到中心距離，并且t是點的最大橫向尺寸；以及小透鏡的陣列，其被配置為:接收來自光源的激發光并且用激發光照射波長轉換材料的每個點，小透鏡與點的數量成一對一關系；以及收集由波長轉換材料發射的光。在這些實現中，點的數量可以是如下范圍中的一個或更多個:大于或等于3;在3至20(包括3和20)的范圍內；以及在4至16(包括4和16)的范圍內。
[0076]實際上，還公開了一種系統，該系統包括:光源，其被配置為發射為激發波長的激發光;散熱器;位于散熱器上的波長轉換材料，該波長轉換材料包括被劃分成點的陣列的整體的相對波長轉換面積；以及小透鏡的陣列，其被配置為:接收來自光源的激發光并且用激發光照射波長轉換材料中的每個點，小透鏡與點的數量成一對一關系；以及收集由波長轉換材料發射的光，其中，點的光發射表面與小透鏡的光接收表面之間的距離、以及點之間的中心到中心距離被選擇為使得小透鏡收集達到如從點的法線測量的發射角Θ為約75°的光。在這些實現中，點的數量可以是如下范圍中的一個或更多個:大于或等于3;在3至20(包括3和20)的范圍內；以及在4至16(包括4和16)的范圍內。
[0077]在此提供了一種系統，其中，散熱器上的波長轉換材料被劃分成4至12個點(包括4和12)以產生熱益處。益處的精確量可以是散熱器的材料特性(特別是熱導率(K))、散熱器性能、以及點尺寸和間隔的函數。此外，與波長轉換材料系統的單個點相比，散熱器的熱性能隨著點的數量增加而增加，能夠使用入射到波長轉換材料的更高能級的光，這可能導致更多的光輸出。然而，其它因素可以被用于確定點的布置。例如，5d < t < 25d和1d <t<20d中的一個或更多個能夠被用于選擇點之間的中心到中心距離，其中，d是點之間的中心到中心距離，并且t是點的最大橫向尺寸;和/或點的光發射表面與小透鏡的光接收表面之間的距離、以及點之間的中心到中心距離能夠被選擇為使得小透鏡收集達到如從點的法線測量的發射角Θ為約75°的光。這樣的因素可以與點的數量無關，然而假設點的數量大于或等于3。
[0078]本領域技術人員將想到，還可以存在更多另選實現和修改，并且以上示例僅是一個或更多個實現的說明。因此，范圍僅由所附權利要求限定。
【主權項】
1.一種系統，所述系統包括: 光源，所述光源被配置為發射為激發波長的激發光； 散熱器； 位于所述散熱器上的波長轉換材料，所述波長轉換材料包括被劃分為點的陣列的整體的相對波長轉換面積，所述點的數量在4至12范圍內，所述波長轉換材料被配置為當被所述激發光照射時發射波長大于所述激發波長的光；以及 小透鏡的陣列，所述小透鏡的陣列被配置為:接收來自所述光源的激發光并且用所述激發光照射所述波長轉換材料的所述點中的每一個，所述小透鏡與所述點的數量成一對一關系；以及收集由所述波長轉換材料發射的光。2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述點的光發射表面與所述小透鏡的光接收表面之間的距離、以及所述點之間的中心到中心距離被選擇為使得小透鏡收集達到如從所述點的法線測量的發射角Θ為約75°的光。3.根據權利要求1所述的系統，其中，5d< t< 25d和1d < t< 20d中的一個或更多個被用于選擇所述點之間的中心到中心距離，其中，d是所述點之間的中心到中心距離，并且t是所述點的最大橫向尺寸。4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述點的光發射表面與所述小透鏡的光接收表面之間的距離h被選擇為使得所述小透鏡收集達到如從所述點的法線測量的發射角為約75°的來自所述點的光。5.根據權利要求1所述的系統，其中，所述點的陣列的絕對波長轉換面積在約2mm2至約10mm2的范圍內。6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述點的陣列的絕對波長轉換面積在約4mm2至約20mm2的范圍內。7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述小透鏡的陣列包括準直透鏡陣列。8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述小透鏡的陣列包括集成透鏡陣列。9.根據權利要求1所述的系統，所述系統還包括鏡子，所述鏡子被配置為:朝向所述小透鏡的陣列反射來自所述光源的激發光；以及透射由所述波長轉換材料發射的由所述小透鏡收集的光。10.根據權利要求1所述的系統，其中，所述激發光包括藍光。11.根據權利要求1所述的系統，其中，由所述波長轉換材料發射的光包括綠光和紅光中的一個或更多個。12.根據權利要求1所述的系統，其中，所述散熱器包括在約50W/mK至約600W/mK范圍內的熱導率。13.根據權利要求1所述的系統，其中，所述光源包括激光器。14.根據權利要求1所述的系統，其中，所述光源還包括一個或更多個光學器件，所述一個或更多個光學器件被配置為使所述激發光適合于所述小透鏡的陣列的面積。15.根據權利要求1所述的系統，其中，所述波長轉換材料包括磷光體。16.根據權利要求1所述的系統，其中，所述波長轉換材料包括量子點。17.根據權利要求1所述的系統，其中，所述散熱器是固定的。18.根據權利要求1所述的系統，其中，所述散熱器被配置為旋轉。
【文檔編號】F21V29/502GK105938293SQ201610120686
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月3日
【發明人】D·R·阿德馬, G·希爾, S·格思里
【申請人】美國科視數字系統公司