CN102077015A - 紫外生成的可见光源 - Google Patents

Abstract

公开一种用于基于紫外(UV)光的可见光生成器的装置和方法。该UV光源发射UV光的光束，该光束可以被散射到包含UV光反应性材料的表面上，该UV光反应性材料当被散射的UV光激励时产生可见光。该UV光可以是相干的或非相干的光。

Description

紫外生成的可见光源

交叉参考相关申请

本申请要求于2008年6月25日提交的、标题为UV-LASERGENERATED VISIBLE LIGHT SOURCE的美国临时申请No.61/075,398的权益和优先权，并且还要求2008年7月9日提交的、标题为UV-LASER GENERATED VISIBLE LIGHT SOURCE的美国临时申请No.61/079,206的权益和优先权，这里全文引用该两个申请的公开内容，以供参考。

技术领域

本发明涉及用于生成可见光的设备和方法，尤其是，涉及用紫外激光器或类似的UV光源生成可见光的设备和方法。

背景技术

如今，诸如闪光灯(flashlight)或普通灯泡的光生成源，例如，使用传统技术用于生成光，可能包含白炽灯泡、或较新型的小型荧光灯、发光二极管(LED)等。这些技术手段有诸多限制。例如，电源要求可以相对地高并且灯泡或二极管由于在正常使用中被损坏或被烧毁，可以有相对短的寿命预期。再如，某些灯可以有复杂的结构和使用危险的化学物质，诸如小型荧光灯。此外，产生的流明数量可以相对地有限。

荧光在日常生活中最普通的应用是在荧光灯泡中，在美国，不少于15亿只荧光灯泡在运行。荧光灯的处境与白炽灯或产生热的电灯相反。Thomas Edison(1847-1931)在1879年首先研发成功的白炽灯，彻底改变了人类的生活，使天黑后在汽灯年代里不能进行的一些活动成为可能。此外，白炽灯与荧光灯相比是非常低效的：在白炽灯泡中，足有90％的能量输出经过红外区被浪费在热上。

与白炽灯泡消耗相同功率量的荧光灯泡，将产生约3到5倍多的光，这是通过使用磷做到的，磷是当暴露于电磁能量中时发光的化学物质(术语“磷”不应与“磷光”混淆：磷被用于荧光和磷光应用两者中)。通常被涂覆于荧光灯的内表面的磷，吸收由被激励的汞原子发射的紫外光。然后它再发射该紫外光，但在更长波长上，是作为可见光。多亏磷，荧光灯释放比白炽灯多得多的光，且这样做时不产生太多的热。

因此，用于低成本高效益地有效地产生可靠的、安全的和亮的可见光的替代技术，将是受灯生产工业欢迎的进步。

发明内容

本发明满足前述的需求并包含低成本高效益地和可靠地从UV光源产生可见光的方法和设备。一方面，本发明包含通过一般地引导UV光到产生可见光的UV光反应性表面上以产生可见光。该表面可以包括反射表面。

相应地，本发明的另一个方面，公开一种用于生成可见光的设备。该设备包含被配置成发射UV光的紫外(UV)光源、用于散射该UV光的UV光散射机构和与该散射的UV光反应以产生可见光的UV光反应性合成物。

按照本发明的再一个方面，提供一种用于从紫外(UV)光产生可见光的方法。该方法包含从UV光源发射UV光的光束和把该光束散射到UV光反应性合成物上以产生可见光。

本发明的更多特性、优点和实施例可以被阐述或从下面的详细描述、附图和权利要求书的考虑而明显看到。此外，应当理解，以上本发明的概述和下面详细的描述都是示例性的并旨在提供进一步的解释而不是限制如权利要求书所述的本发明的范围。

附图说明

为提供对本发明进一步的理解所包含的附图，被结合进说明书且构成该说明书的一部分，这些附图示出本发明的实施例并与详细的描述一道起解释本发明原理的作用。不试图展示比本发明的基本理解和可以实践本发明的各种方式所必需的更详细的本发明结构细节。在附图中：

图1A是按照本发明原理构成的可见光生成装置的实施例的例图；

图1B是图1A被标记“1B”的区域的分解视图；

图1C是图1A被标记“1B”的区域的分解视图的另一个例图，示出按照本发明原理的激射的UV光束被反射在UV光反应性合成物表面上的功能特征；

图1D是按照本发明原理构成的可见光生成装置的另一个实施例的例图；

图1E是按照本发明原理构成的可见光生成装置的另一个实施例的例图；

图2是图1A的可见光生成装置从散射表面端观看的端视图；和

图3是流程图，示出按照本发明原理执行的示例性过程。

具体实施方式

应当理解，本发明不限于本文所描述的特定方法、协议等等，因为这些方法、协议等等是可以随本领域熟练技术人员的认识改变的。还应当理解，本文所使用的术语仅被用于描述具体实施例的目的，并不企图限制本发明的范围。还应指出，如在本文和在所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包含复数引用，除非行文另外明确指出。由此，本领域熟练技术人员知道，例如引用“一个地址”是引用一个或多个地址及其等效地址。

除非另行定义，本文使用的所有技术的和科学的术语，与本发明所属领域的一般技术人员通常所理解的意义相同。本发明的实施例及其各种特征和优点细节，被更充分地参照非限制性实施例和例子解释，这些非限制性实施例和例子被描述和/或在附图中示出并在下面的描述中被详细说明。应当指出，附图中示出的特征不一定按比例画出，并且，如熟练的技术人员所认为的，即使本文没有明确指出，一个实施例的特征，可以被其他实施例采用。众所周知的部件和处理技术的描述可以被省略，为的是不致不必要地遮盖本发明的实施例。本文使用的例子仅为便于理解可以实践本发明的方式和进一步使本领域熟练技术人员能实践本发明的实施例。因此，本文这些例子和实施例不应被认为是对本发明的范围的限制，本发明的范围仅被所附权利要求书和可用的法律规定。此外，应当指出，在遍及附图的几个视图中，相同的参考数字指相同的零件。如在本文被使用的，可见光一般被定义为人类眼睛可辨别的光。然而，本发明可以有其他应用，这些应用一般从本公开中容易明白。

图1A是按照本发明原理构成的可见光生成装置实施例的例图，该装置一般以参考数字100表示。可见光生成装置100包含具有第一部分110和第二部分115的主体105，该第二部分115可以按普通圆柱体形状被配置。紫外(UV)激光器125可以被用作UV光的初始源并可以被配置成沿着第二部分115的范围发射UV光谱范围中激射的UV光的光束“B”。UV激光器125可以是廉价的蓝色二极管型和/或产生波长例如在约360到约480nm之间光束的蓝色激光器。该UV激光器125是相干光源的例子。该UV激光器125可以被永久地或可移动地耦联到第一部分110，或者代之以被永久地或可移动地耦联到第二部分115，只要该UV激光器被配置成一般沿第二部分的水平轴(给定如图1A所示取向)发射光束“B”，并被对准以便把该光束投射到散射机构，诸如散射表面140上。

该第一部分110可以被配置成有连接机构135，该连接机构135在图1A中被作为螺纹示出，用于把可见光生成装置100连结到夹具上，诸如标准的家用灯插座、闪光灯或其他永久的或可移动的灯夹具上。取决于应用，可以采用其他类型的连接机构，例如凸缘式安装座(flange mount)。如有必要，电的连通性可以把UV激光器125连接到任何控制电子学装置130，或把137连接到功率源(未画出)，诸如电池、AC电源等。控制电子学装置130和UV激光器125在一些实施例中可以是统一的部件。

第二部分115可以一般按圆柱形状被配置，有多个或一系列围绕第二部分115外周边的环形凹槽120。在优选实施例中，该第二部分115可以被构造成适合透射UV光和/或可见光的桶形的实心塑料结构，或者可以由或包含其他的UV光和/或可见光透射材料构成。凹槽120可以在至少一个表面上用UV光反应性合成物形成层(或者代之以浸渍)，该UV光反应性合成物当被UV激光激励时发射可见光。这种UV光反应性合成物可以包含磷或磷的合成物、铝或铝的合成物、包含这些元素的合成物、或类似的在暴露于UV激光器光下产生可见光的复合物和/或其他的反射合成物。

这些UV荧光材料，或与UV光起反应的发光材料，可以从诸多来源获得；一个例子是New Jersey州Clifton的MiniScienceCorporation。该发光材料也可以在ChemicalStore<dot>com上经由在线网站获得，他们的发光材料产品的精品通称为他们的Luminescent Materials Collection。

第二部分115还可以包含UV光散射表面140。该UV光散射表面可以被配置成向后反射和散射UV激光光束“B”进入第二部分115的“桶”。图2是从散射表面端观看的光生成装置的端视图。散射表面140的内表面可以包含一系列圆形凹槽205，类似于第二部分115中沿着桶长度的环形凹槽120，但圆形凹槽205可以被形成在基本上垂直于光束“B”取向的平面中。该圆形散射凹槽140可以有角度和特征，以便使UV光束向后散射进入第二部分115的桶中。圆形散射凹槽140的有角度的表面可以用UV光反射材料形成层或浸渍，以反射和散射光束“B”，沿适当角度沿着第二部分115的桶照射，如由反射光束145所示。在其他实施例中，可以采用凹槽的其他几何图形而不是如图2中所示的圆形图形。

图1B是图1A中被标记“1B”的区域的分解视图。该分解视图“1B”示出有形成凹槽的前面150和后面155的凹槽120的一般配置。被标记“C”的区域是形成在前面150和后面155之间的凹槽的敞开区域。形成在前面155和参考线160(该参考线160沿着第二部分115的范围沿凹槽120最外面的峰对准)之间的角度“y”形成约30度的角度，但可以变化。如先前所述，前面150可以用UV光反应性合成物形成层或浸渍，该UV光反应性合成物当被UV激光激励时发射可见光。

图1C是图1A中的被标记“1B”的区域的分解视图的另一个例图，示出按照本发明原理的激射的UV光束被反射在UV光反应性合成物表面上的功能特征。图1C示出前面150和后面155(有多个前面和后面沿第二部分115形成)用激射的UV光145的被反射光束照射前面150。前面150包括UV光反应性合成物152表面(诸如铝和/或磷材料、反射合成物等)，它可以是薄膜、涂层、形成层的涂敷、或一个或多个凹槽形成表面150的浸渍。结果是，UV光反应性合成物表面的电子被充分激励以导致可见光从前面150发射，大部分作为可见光147离开前面150。尤其是，当被反射的UV光束照射任一前面时，该UV光束激励磷/铝层的电子到达较高态并在随后当返回较低态时发射光子。在一些应用中，该UV光反应性合成物152可以有非常薄的厚度，或许达原子或分子级。发射的可见光可以相对于该UV光反应性合成物沿任何方向发射。

因为有多个散射凹槽140，UV激光器光束“B”可以一般地被均匀地向后反射和散射进入第二部分115的桶，以致使UV激射的光在围绕第二部分115整个周边的多个凹槽120上，照射多个前面150上的大量位置。结果是，可以在可见光生成装置100周围产生相对强的可见光147的泛光，适合在许多应用中开发和使用，这些应用可能要求可见光源，诸如闪光灯、室内灯、汽车灯、街灯、电子装置，如此等等。

可见光生成装置100可以作为一个实心块的(对UV)半透明或透明的塑料或其他合适材料而被形成，由此建立对环境非常不敏感的，诸如几乎不透潮湿的装置。该UV激光器125可以被制造成十分结实的部件，耐受恶劣的物理要求，包含冲击、振动、极端温度、压力变化，如此等等。电源要求也可以十分低。可见光输出量可以与所采用的UV激光器的功率和UV光反应性合成物的效率有关，但用适当选择的组合可以取得非常高的可见光输出。

另一方面，如上所述，散射表面140的一些部分还可以用UV光反应性合成物形成层或浸渍以发射可见光。在该双重模式的实施例中，散射表面140起向后反射和散射UV光进入第二部分115的桶的两种作用以及它自身还可以起发射可见光的作用。

第二部分115的桶形状可以由透明或半透明塑料或类似的UV光透射材料制成。桶端(诸如散射表面140)可以由相同类型的塑料或类似的UV光透射材料制成，并且在该表面上还有呈圆形图形的凹槽。最好是，第一部分110可以由与第二部分115相同的材料制成，但第一部分110也可以由不同材料制成，如果该应用准许这种差别。

图1D是按照本发明原理构成的可见光生成装置的另一个实施例的例图，该装置一般以参考数字200表示。图1D的可见光生成装置200除UV光源是UV发光二极管(LED)225外，类似于图1A的可见光生成装置。该UV发光二极管(LED)225是非相干光源的例子。

图1E是按照本发明原理构成的可见光生成装置的另一个实施例的例图，该装置一般以参考数字300表示。图1E的实施例可以类似于图1A的实施例，但有些差别。该可见光生成装置300包含具有第一部分110和第二部分315的主体303，该第二部分315可以被配置成一般的圆柱体形状，有外表面310。该外表面310可以是形成第二部分315最靠外的表面的表面，有一般地围绕该第二部分的圆柱体的周边。端部335可以是可移动地，诸如通过螺纹被连结到，或永久地被连结到第二部分315。端部335可以用散射机构，诸如形成在它表面的至少之一上的散射凹槽340，按类似于图2的方式构造。

仍然参照图1E，该第二部分315可以用空心的内部330构造，该空心的内部330可以用UV光散射机构，诸如沿第二部分315的内表面排列的散射凹槽320构造。一方面，如果采用UV光反应性合成物，例如在制造期间要求内部表面的涂敷，那么端部315可以是可移动的以便允许进入空心的内部330，诸如便于对该内部表面UV光反应性合成物的涂敷，即涂敷在诸如空心的内部330的一个或多个散射凹槽320的散射机构上。

UV光源305，诸如UV激光器或UV LED，可以被用作光的初始源，并可以被配置成沿着第二部分315的范围发射UV光谱范围中的UV光的光束“B”。该UV光源305可以是廉价的蓝色二极管型和/或产生波长例如在约360到约480nm之间光束的蓝色激光器。UV激光器可以是相干光源的例子。UV光源305可以被永久地或可移动地耦联到第一部分110，或者代之以被永久地或可移动地耦联到第二部分315，只要该UV光光源305被配置成一般沿第二部分315的水平轴(给定如图1E所示取向)发射光束“B”，并被对准以便使该光束“B”投射到散射机构，诸如散射机构340上。光束“B”还可以与散射凹槽320至少部分地接触，这部分地取决于所采用的UV光源305的特征。

第二部分315可以被构造成适合透射UV光和/或可见光的桶形实心塑料结构，或可以由或包含其他适合光透射的材料构造。空心的内部330内的散射凹槽320(以及散射机构340)可以在一个或多个散射凹槽320的至少一个倾斜的表面上用UV光反应性合成物形成层、淀积、或代之以浸渍，如先前所述，该UV光反应性合成物当被UV光源激励时发射可见光。另外，该UV光反应性合成物可以被涂敷成薄膜。UV光散射机构340可以被配置成向后反射和散射UV激光束“B”进入第二部分315的“桶”。该散射机构340可以包含在端部335的内表面上或外表面上的一系列圆形凹槽，类似于凹槽205(图2)。圆形散射机构340凹槽140可以有角度和特征，以便使UV光束向后散射进入第二部分315的空心的内部330。散射机构诸如散射凹槽320的可见光产生原理，以前已经就图1B描述过。在图1E中参考图1B是参考图1B中教导的原理，因为图1B中凹槽的取向当被用作图1E的一部分时可以略有不同。

光源125或315可以是或者相干UV光源或者非相干UV光源。UV激光器可以是相干UV光源的例子。UV二极管或UV LED可以是非相干光源的例子。

图3是流程图，示出按照本发明原理执行在步骤300开始的示例性过程。在步骤305，UV光束可以被产生，例如，也许使用低供电的蓝色激光器或者UV LED。光可以是相干的或非相干的。在步骤310，UV光束可以被散射并被引向UV光反应性表面或合成物(例如，如同就图1A中所述的)。(在一些应用中，散射可能不是必需的，或至少是受限制的；更确切地说，光束可以被直接引向反应性表面。)在步骤315，UV光反应性表面或合成物可以被该UV光束激励。在步骤320，被激励的UV光反应性表面或合成物可以发射可见光。在可选步骤325，对给定应用需要，可见光可以被聚焦。在步骤330，过程退出/停止。

图3的过程可以与商业产品，诸如闪光灯、灯、吊灯、装饰灯、电子显示器之类结合使用。该过程及有关装置用极小的功率而提供可观的可见光。可见光的量可以与该UV光源的尺寸/功率有关和/或与所利用的由该UV光源激励的UV光反应性合成物的量有关。本文的原理包含提供在第一波长(如UV波长)上的光源，该第一波长上的光被转换为第二波长(如可见光波长)上的光。此外，在一些应用中，UV荧光材料可以包含磷和至少一种选自镁、锶、钙和钡之中的碱土金属，以提供不同颜色的可见光。

虽然本发明已就示例性实施例被描述，但那些本领域熟练技术人员将认识到，本发明能够以所附权利要求书的精神和范围内的修改而被实施。上面给出的这些例子仅是说明性的，并不意味穷举所有可能的设计、实施例、应用或本发明的修改。

Claims (28)

1.一种用于生成可见光的设备，包括：

紫外(UV)光源，被配置成发射UV光；

UV光散射机构，用于散射该UV光；和

UV光反应性合成物，它对散射的UV光起反应以产生可见光。

2.权利要求1的设备，其中该UV光反应性合成物包括铝或其他反应性合成物。

3.权利要求2的设备，其中该其他反应性合成物包含光反射合成物。

4.权利要求1的设备，其中该UV光反应性合成物包括磷合成物。

5.权利要求1的设备，其中该UV光反应性合成物包括铝和磷。

6.权利要求1的设备，其中该UV光反应性合成物包括在有散射的UV光的情形下发射可见光的物质。

7.权利要求1的设备，还包括圆柱形单元，被配置成使该UV光源对准该圆柱形单元的第一端，并被配置成在该括圆柱形单元的第二端有UV光散射表面，该被对准的UV光源向该UV光散射表面瞄准。

8.权利要求7的设备，其中该圆柱单元包括空心的圆柱单元。

9.权利要求7的设备，还包括围绕圆柱形单元的外表面环状取向的多个凹槽，这些凹槽有前面和后面。

10.权利要求9的设备，其中该前面和该后面中的至少之一包含该UV光反应性合成物。

11.权利要求10的设备，其中该UV光反应性合成物在该前面和该后面中的至少之一上形成层。

12.权利要求10的设备，其中该前面和该后面中的至少之一被用UV光反应性合成物涂覆。

13.权利要求10的设备，其中该前面和该后面中的至少之一被用UV光反应性合成物浸渍。

14.权利要求1的设备，还包括向该UV光源供电的电源。

15.权利要求1的设备，还包括使被发射的可见光聚焦的聚集机构。

16.权利要求1的设备，其中该UV光是蓝色激光。

17.权利要求1的设备，其中该被发射的UV光的光束具有的波长在约360到约480nm之间。

18.权利要求1的设备，其中该UV光源是UV发光二极管(LED)。

19.权利要求1的设备，其中该UV光源是相干的UV光源。

20.权利要求1的设备，其中该UV光源是非相干的UV光源。

21.一种用于从紫外(UV)光产生可见光的方法，该方法包括：

从UV光源发射UV光的光束；和

使该光束散射到UV光反应性合成物上以产生可见光。

22.权利要求21的方法，其中该发射步骤包含从UV激光器发射激射的光束。

23.权利要求21的方法，还包含使该UV光源与散射表面对准。

24.权利要求21的方法，还包括提供散射该UV光束的散射表面，以便使被散射的UV光束照射该UV光反应性合成物。

25.权利要求21的方法，还包括使被产生的可见光聚焦的步骤。

26.权利要求21的方法，其中该发射步骤包含从UV发光二极管(LED)发射UV光束。

27.权利要求18的方法，其中该UV光反应性合成物包括反射合成物。

28.一种被配置成执行权利要求21的步骤的装置。

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