CN102650409A - 波长转换器件、制作方法及光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波长转换器件、制作方法及光源装置。该波长转换器件包括：相邻设置的至少两种不同区域以及对应该两种区域之间接缝处设置的光散射部，至少一种区域为受激发光区域。通过上述方式，本发明能够减轻或消除激发光经过接缝处在投影屏幕上产生的亮斑，改善显示效果。

Description

波长转换器件、制作方法及光源装置

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种波长转换器件、制作方法及光源装置。

背景技术

色轮上设有多个不同颜色的受激发光区域。在实际应用中色轮多装在变速马达的中心轴上，马达转速约每分钟2000～20000转。使用时，激发光源产生的激发光比如激光照射到圆盘的某个受激发光区域，激发出相应的受激光。同时马达旋转，带动圆盘旋转，使得受激光颜色随时间改变而改变，产生色光序列。

一般来说，投影系统中色轮上的受激发光区域可以是由红、绿、蓝、白等分色滤光片构成，可将透过的白光进行分色，并通过马达使其转动，然后顺序分出不同单色光于指定的光路上，最后经由DMD(digitalmicromirror device，数字微反射器)芯片或其它光调制器件合成并投射出全彩影像。

参阅图1，现有技术提出一种产生高亮度时序色光的方法，主要是采用荧光粉转盘的圆盘结构，转盘中沿圆周方向分别涂覆有红色、绿色和蓝色的荧光材料。该方法将激发光源产生的激发光收集并聚焦于一个荧光粉转盘上，以激发转盘上荧光粉材料，产生受激光，最后随着转盘的转动产生周期性时序的色光序列。

在上述荧光粉转盘的实际制作中，一个转盘中不同颜色的荧光材料的涂覆一般不是一次完成的，而是分步骤逐个涂覆的。而在两个颜色荧光材料的接缝处，由于涂覆工艺的限制和机械误差的存在，有可能出现空白，即两侧的荧光材料都没有涂覆到的地方。在这种地方，激发光会直接穿透并在投影屏幕上形成明亮光点，严重影响显示效果。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种波长转换器件、制作方法及光源装置，能够减轻或消除激发光经过接缝处在投影屏幕上产生的亮斑，改善显示效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种波长转换器件，包括：相邻设置的至少两种区域以及对应两种区域之间接缝处设置的光散射部，至少一种区域为受激发光区域。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种波长转换器件的制作方法，包括：形成相邻设置的至少两种区域，至少一种区域为受激发光区域；在对应两种区域之间接缝处设置光散射部。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光源装置，包括光源和波长转换器件；所述波长转换器件包括相邻设置的至少两种区域以及对应两种区域之间接缝处设置的光散射部，至少一种区域为受激发光区域。

本发明的有益效果是：区别于现有技术色轮在两种颜色荧光材料接缝处容易出现空白而导致激发光直接穿透并在投影屏幕上形成明亮光点的情况，本发明通过在对应相邻两种区域之间接缝处设置光散射部，由光散射部对该处激发光进行散射，将准直的激发光散射成为发散的发射光，能够减轻或消除激发光经过接缝处在投影屏幕上产生的亮斑，改善显示效果。

附图说明

图1是现有技术荧光粉转盘的俯视图；

图2是本发明波长转换器件第一实施例的俯视图；

图3是图2所示波长转换器件的主视图；

图4是本发明波长转换器件光散射部表面微结构的纵向截面图；

图5是本发明波长转换器件圆周运动的色轮的光散射部工作原理示意图；

图6是本发明波长转换器件第二实施例的示意图；

图7是本发明波长转换器件第三实施例的示意图；

图8是本发明波长转换器件第四实施例的示意图；

图9是本发明波长转换器件的制作方法第一实施例的流程图；

图10是本发明波长转换器件的制作方法第二实施例的流程图；

图11是本发明波长转换器件的制作方法第三实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明波长转换器件第一实施例是一个圆形转盘，其包括：区域10以及光散射部11。

区域10包括第一区域101、第二区域102以及第三区域103，各个区域均为扇形，依次沿转盘的圆周方向一一排布，并且第一区域101、第二区域102和第三区域103相互相邻设置。前述三个区域中包括三个为不同受激发光区域的情况，也包括两个为受激发光区域另一个为无涂覆区域的情况。

光散射部11包括第一光散射部111、第二光散射部112以及第三光散射部113。第一光散射部111对应第一区域101与第二区域102之间的接缝设置，第二光散射部112对应第二区域101与第三区域103之间的接缝设置，第三光散射部113对应第一区域102与第三区域103之间的接缝设置。

请一起参阅图3，波长转换器件还包括承载受激发光区域的第一基层1000和将光散射部11固定至第一基层1000的第二基层1100。当区域10中包含无涂覆区域，则无涂覆区域既可以是第一基层1000上放置散光片，也可以是第一基层1000的一部分等等。其中，第一基层1000和第二基层1100层叠设置，包括受激发光区域在内的区域10设置于第一基层1000表面，光散射部11设置于第二基层1100表面。并且，该区域10和光散射部均位于第一基层1000和第二基层1100之间。实际应用中，第一基层1000一般可透射或部分透射激发光，第二基层1100可选择一般的能透射受激发光和激发光的透光片，也可选择能透射受激发光并反射激发光的滤光片等等。

在本实施例中，第一基层1000可以做成至少部分含有波长转换材料的部件，直接构成区域10。

在本实施例中，光散射部11可设计为第二基层1100之外的透光薄片。例如，薄片的表面具有散光效果的微结构，或者薄片表面涂覆一层散光材料，或者薄片表面的微结构上再涂覆一层散光材料，或者使用内部掺入折射率不同的微小颗粒的薄片等等；以上手段均可以起到散光效果，将前述薄片放置在受激发光区域10之间的接缝处，再通过第二基层1100将薄片与第一基层1000固定。

与上述光散射部11的结构不同，本实施例中的光散射部11还可以直接设在第二基层1100的表面上与两区域10之间的接缝对应的位置处。例如，在第二基层1100的对应接缝位置处的表面上形成具有散光效果的微结构，或者在第二基层的对应接缝位置处的表面上涂覆一层散光材料，或者第二基层1100的对应接缝位置处的表面上先形成具有散光效果的微结构再涂覆一层散光材料。

所述第二基层1100，例如，使用玻璃，在第二基层靠近受激发光区域的一侧加工形成表面微结构，利用光入射到该表面微结构所产生的折射和反射对激发光进行散射，能够实现高效的光散射以及较好的光透过率。

前边描述了光散射部11设置于第二基层1100表面上的情况，实际上，不论光散射部11设在哪个部件上靠近哪个部件设置，只要设置在两区域10的接缝处，都能实现散光效果。所以，在本实施例揭示的结构中，光散射部11依然可以设置在第一基层1100的表面上，形成于第一基层1100的表面或独立于第一基层1100之外，具体结构与前述一致，不再赘述。

具有散光效果的微结构请参阅图4，微结构区域上包括许多角度不同的平面或曲面，当入射光照射在微结构上时，被前述微结构反射或折射到许多不同的方向，从而实现散光效果。当光散射部11为表面微结构上再涂覆一层散光材料时，该结构包括微结构区域1111和涂覆在微结构区域的散光材料1112。

本发明实施例，先在透光基层上的相应位置加工形成具有散光效果的表面微结构区域1111，再在该区域上涂覆一薄层散光材料1112，使散光材料1112填入光散射微结构区域中的凹凸不平表面上的凹入部分。能够在不增大光散射部的总厚度的前提下，提高激发光的利用效率。同时，由于表面微结构区域1111和散光材料1112的共同作用，可以更好的消除投影屏幕中的光斑不均匀性。当然，本领域技术人员了解，散光材料1112的厚度可以不限于填满光散射微结构区域中的凹入部，可以视具体情况调整，本文不作限定。

该第二基层1100是玻璃或透明塑料等。第一基层1000和第二基层1100均是对激发光透光的圆盘，区域10均为圆盘表面的扇形区域，该接缝为指向圆盘圆心的细缝，光散射部11是覆盖细缝的扇形区域。当然，光散射部11也可以是覆盖细缝的其它形状区域，比如条形，而条形可以具体为矩形等等。

本发明实施例，通过在相邻设置的区域10之间的接缝处对应设置光散射部11，准直的激发光经过光散射部11时，光散射部11对光进行散射，将准直光散射成为均匀的发射光，能够减轻甚至消除激发光经过接缝处在投影屏幕上产生的亮斑，改善显示效果。

应当注意的是，第一基层1000和第二基层1100的结构不仅限于圆盘，比如，还可以是板状结构，此时，区域10在板状结构表面沿长度方向间隔设置。当然，该结构应该能起到对激发光透光的作用。

请参阅图5，在本发明波长转换器件做圆周运动的波长转换器件的光散射部的设计原理如下：

光散射部的大小和在圆周上的角度，取决于受激发光层如荧光粉涂层的接缝处的控制能力。当波长转换器件转动时，若不考虑两种颜色受激发光层之间的接缝，则激发光投射至转盘上的光斑在接触到两相邻设置的两种颜色的受激发光层的接缝之处，产生的不是单色光，而是会同时产生两种颜色的出射光。此时，在后端的光调制芯片则把此刻的图像关闭而不做处理，或者把此刻的光作为白光处理，而这个接缝处的存在将会降低两侧单色光的亮度。

对于波长转化器件是圆形转盘结构，光斑处于非单色光状态的角度称为Spoke(轮辐)。Spoke越小则单色光的亮度下降越小，而Spoke的大小取决于光斑的尺寸(即直径)D和入射光入射到该波长转换器件的半径r，当然光斑可以有很多种形状，常见的有矩形。本发明以圆形光斑为例，其公式是：

Spoke＝2D/r(单位：弧度)

若考虑两种颜色的受激发光层间存在接缝，则光斑在跨过非单色区域的距离将增大，也就是增大Spoke。

若接缝的宽度为d，则，其公式是：

Spoke＝(2D+d)/r

该公式表明，接缝的宽度d越小，单色光的损失越小。由于光散射部的透光特性与其它区域不同，因此也可以等效于接缝来处理，所以光散射部的尺寸越小越好。因此光散射部只需要覆盖住接缝处，以避免其过大而造成单色光通过光散射层后的额外损失。

从工程的角度来说，为确定光散射部的角度，可以根据统计学原理，统计所制作的一定数量的波长转换器件上接缝的宽度，选择能够使光散射部可以覆盖最大的接缝的宽度，并预留出组装公差(即灵活宽度范围)即可。

光散射部在直径方向上的尺寸大于激发光照射到波长转换器件形成的光斑的尺寸，并覆盖激发光在实际使用中照射在波长转换器件的光斑位置。常规情况下，扇形的光散射部在圆盘圆周方向上的角度小于或等于10度。

参阅图6，本发明波长转化器件第二实施例中，波长转换器件包括至少两种区域20、光散射部21和可透射或部分透射激发光的第一基层201。所述至少两种区域20包括至少一种受激发光区域。

包括受激发区域在内的区域20设置在第一基层201的一侧表面上；光散射部21位于第一基层201表面上对应两种区域20之间接缝处。

光散射部21是涂覆散光材料的涂覆层区域；覆盖接缝处及其两侧的部分区域20。本发明对光散射部21的材料不作限定，只要能起到光散射作用即可。

在本实施例中，第一基层201可以做成至少部分含有波长转换材料的部件，直接构成区域20。

请参阅图7，本发明波长转化器件第三实施例中，波长转换器件包括至少两种区域40、光散射部41和可透射或部分透射激发光的第一基层401。所述至少两种区域40包括至少一种受激发光区域。

区域40设置在第一基层401的一侧表面上；光散射部41位于第一基层401表面上对应两种区域40之间接缝处。

光散射部41形成在第一基层401上，在第一基层401的表面上对应两区域40接缝的位置处形成表面微结构，此表面微结构亦可涂覆光散射材料；上述涂覆/无涂覆光散射材料的表面微结构区域即构成光散射部41；光散射部41还可以为在第一基层401的表面上对应两区域40接缝的位置处的散射材料层。图7仅为本实施例的示意图，表面微结构可参考图4。

在本实施例中，第一基层401可以做成至少一部分含有波长转换材料的受激发光部件，直接构成区域40。

本发明前述各个实施例中，散光材料是树脂颗粒、光波长转换材料或无机金属氧化物颗粒，无机金属氧化物颗粒包括二氧化硅颗粒、二氧化钛颗粒等等。当然，还可以是其它具有光散射能力的材料，在此不一一赘述。光波长转换材料包括荧光材料或者纳米材料。以荧光材料为例，光散射部涂覆的荧光材料优选黄色荧光材料或黄绿色荧光材料。当然，该荧光材料还可以是与相邻一侧区域20荧光材料同色的荧光材料、或与相邻两侧受激发光区域20荧光材料同色的荧光材料混合物。通过在光散射部21涂覆荧光材料，能够利用荧光材料形成的荧光涂层本身对光的散射作用对激发光进行散射；同时，荧光涂层接受激发光，能够经过波长转化器件上相邻设置的受激发光区域20中的接缝，产生受激光。最终，能够提高激发光的利用率，提高光源整体的亮度。

比如，第一区域涂覆红色荧光层、第二区域涂覆绿色荧光层、第三区域涂覆蓝色荧光层。在第一光散射部、第二光散射部以及第三光散射部均可以涂覆或渗透黄色或者黄绿色荧光材料，因为黄色或者黄绿色荧光材料的荧光转化效率最高，进而可以提高波长转换器件的总的光通量。当然，在不同区域之间的接缝处，可以涂覆或渗透同色的荧光材料或不同色荧光材料的混合，比如，在第一区域与第二区域的接缝处，渗透绿色荧光材料或红色和绿色的混合荧光材料。

参阅图8，在本发明波长转换器件第四实施例中，波长转换器件包括至少两区域30、光散射部31和用于承接区域30并可透射或部分透射激发光的第一基层301。

光散射部31即是其中一受激发光部分在接缝处覆盖另一受激发光部分的区域。

在本发明实施例中，为控制激发光在受激发光层如荧光粉层缝隙处的泄漏，在切割受激发光层时，将受激发光层的尺寸切割到比需要的尺寸角度略大。另外，在组装时，把两个相邻的受激发光层在接缝处交叠放置在一起，即可在接缝处实现对激发光的散射。该受激发光层的尺寸可以通过统计学原理在不断的实验和统计过程中得到交叠的最小尺寸，使其既可以保证可以充分散射激发光，也可以使交叠宽度达到最小。

另外，在受激发光层的制作过程中，如果采用厚度和位置可以得到良好控制的涂覆手段(如喷涂)，在形成受激发光层边缘时，将边缘做得很薄，能够使得受激发光层的交叠区域的厚度不会增大或者不会增大很多，提高波长转换器件表面平整度，保证波长转换器件的可操作性和美观性。

在本实施例中，第一基层301可以做成至少一部分含有波长转换材料的受激发光部件，直接构成区域30。在这种情况下，至少一块含受激发光材料的片材与相邻的片材在边缘处互相交叠放置，交叠处即光散射部。

上述实施例中，所述区域至少包括两个，光散射部个数对应所述区域的接缝个数设置，所述区域和光散射部个数的多少视具体需求而定。

本发明还提供一种光源装置的实施例。

该光源装置包括光源以及如上述实施例所述的波长转换器件。该光源可以是激光光源，还可以是半导体光源，即发光二极管(LED，LightEmitting Diode)光源。该光源发出光线入射至波长转换器件以产生激发光。

参阅图9，本发明波长转换器件的制作方法第一实施例包括如下步骤：

步骤S1：在第一基层表面设置受激发光层，形成相邻设置的至少两种区域，至少一种区域为受激发光区域。

比如，将各种颜色和种类的波长转换材料，按照预先设计的位置放置或涂覆于第一基层表面，形成受激发光层。

步骤S2：在第二基层表面形成对应两种区域之间接缝处的光散射层。

比如，在第二基层是透明玻璃或者透明塑料等透明材料，该透明玻璃包括带有光学镀膜的玻璃，可以指对可见光透明，亦可指应用镀膜使其对特定波长的光透明。第二基层表面经化学腐蚀、热压或喷砂方式形成光散射层。

另外，还可以在第二基层表面涂覆光散射材料或设置渗透有光散射材料的薄片，以形成光散射层，该光散射材料是折射率不同的微小颗粒的塑料片材或者表面有微小起伏的透明片材。

步骤S3：使第一基层和第二基层层叠设置，旋转第二基层使其上的光散射部与第一基层的所述区域之间接缝处一一对应，使用粘结或机械固定的方式将第一基层和第二基层固定设置。

优选地，先粘结光散射层与第二基层，再粘结第二基层与第一基层以实现固定。

下面以半导体工艺为例描述光散射层形成的方式：先在第二基层表面均匀涂敷一层感光胶，再利用掩膜(mask，一部分透光，另一部分不透光，可加工成特定图案)盖覆在该感光胶上，用紫外灯照射。被照射的感光胶发生光化学反应，与没有照射到紫外光的感光胶相比具有不同的物理性质(如在溶液中的溶解度不同)。这样，就可以通过紫外光曝光的方式把掩膜上的图案复制到该感光胶上，形成感光胶图案。也就是说，第二基层上部分有感光胶，部分没有感光胶，有或没有感光胶图案由有没有掩膜决定。然后，再对第二基层进行化学腐蚀或喷砂处理，有感光胶的覆盖的部分受到感光胶保护不发生变化，没有感光胶覆盖的部分被加工成具有散光效果。最后，去除感光胶，得到部分散光部分透明的光散射层。

本发明实施例波长转换器件制作方法具体地可以采用以下两种制程：

制程一，参阅图10，步骤如下：

步骤S21，将不同颜色和种类的波长转换材料放置或涂覆于第一基层的预定位置以形成相邻设置的至少两种区域；

步骤S22，加工第二基层，使其在所述两区域接缝的对应位置产生光散射作用以形成光散射部；

步骤S23，将所述第二基层放置于所述波长转换材料远离第一基层的表面上；

步骤S24，旋转所述第二基层使其上的光散射部与所述波长转换材料的接缝一一对应；

步骤S25，使用粘结或机械固定的方式将所述第一基层和第二基层固定设置，其中，所述第一基层和所述第二基层均为透明材料。

制程一中，也可以通过加工第一基层产生局部的光散射效应来达到目的。

制程二，参阅图11，步骤如下：

步骤S31，将不同颜色和种类的波长转换材料放置或涂覆于第一基层的预定位置以形成相邻设置的至少两种区域；

步骤S32，在所述波长转换材料远离所述第一基层的表面的接缝处，放置或涂覆具有光散射效果的薄片以形成光散射部；

步骤S33，将第二基层放置在所述波长转换材料邻近所述第一基层的表面；

步骤S34，使用粘结或机械固定的方式将所述第一基层、所述波长转换材料、所述薄片和所述第二基层固定设置，其中，所述第一基层和所述第二基层均为透明材料。

在步骤S34中，优选地，先粘接所述薄片与所述第二基层，再粘结所述第二基层和所述第一基层。

本发明波长转换器件各实施例可以应用于投影系统中，作为光源部件中的一部分，能够减轻甚至消除投影屏幕上产生的亮斑，改善显示效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种波长转换器件，其特征在于，包括：

相邻设置的至少两种区域以及对应所述两种区域之间接缝处设置的光散射部，至少一种区域为受激发光区域。

2.根据权利要求1所述的波长转换器件，其特征在于，所述区域包括至少有两种不同的受激发光区域。

3.根据权利要求1所述的波长转换器件，其特征在于，所述波长转换器件还包括第一基层，所述光散射部设置于第一基层表面，光散射部紧接所述区域，第一基层贴附在所述区域上。

4.根据权利要求3所述的波长转换器件，其特征在于，所述光散射部形成于第一基层表面上；所述光散射部包括形成于第一基层表面的微结构、涂覆于第一基层表面的散光材料层，或者形成于第一基层表面上填充散光材料的微结构。

5.根据权利要求3所述的波长转换器件，其特征在于，所述光散射部是第一基层之外的透光薄片，所述光散射部包括形成表面微结构的薄片、表面涂覆散光材料的薄片、表面微结构上涂覆散光材料的薄片或者内部掺入折射率不同的微小颗粒的薄片。

6.根据权利要求4或5所述的波长转换器件，其特征在于，所述波长转换器件还包括第二基层，所述区域和光散射部位于第一基层和第二基层之间。

7.根据权利要求1所述的波长转换器件，其特征在于，所述光散射部为在接缝处涂覆散光材料形成。

8.根据权利要求4-5和7项任意一项所述的波长转换器件，其特征在于，所述散光材料包括光波长转换材料、二氧化硅颗粒、二氧化钛颗粒或者树脂颗粒。

9.根据权利要求8中任意一项所述的波长转换器件，其特征在于，

所述光波长转换材料是黄色荧光材料、黄绿色荧光材料、与相邻一侧受激发光区域荧光材料同色的荧光材料、或与相邻两侧受激发光区域荧光材料同色的荧光材料混合物。

10.根据权利要求1所述的波长转换器件，其特征在于，所述两受激发光区域在接缝处相互交叠，所述覆盖交叠的区域是光散射部。

11.根据权利要求1-7中任意一项所述的波长转换器件，其特征在于，所述第一基层和第二基层均是对激发光透光的圆盘，所述受激发光区域均为圆盘表面的扇形区域，所述接缝为指向圆盘圆心的细缝，所述光散射部是覆盖细缝的扇形区域，所述扇形的光散射部在圆盘上的角度小于或等于10度。

12.一种波长转换器件的制作方法，其特征在于，包括：

a)形成相邻设置的至少两种区域，至少一种区域为受激发光区域；

b)在对应所述两种区域之间接缝处设置光散射部。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤a)包括将至少一种光波长转换片按照设计好的位置放置或者涂覆于第一基层上。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：步骤b)包括：

加工第二基层使其在光波长转换片的接缝的对应位置处形成光散射结构；

将加工过的第二基层放置在光波长转换片的远离第一基层的表面上；

旋转第二基层使其上的光散射部与光波长转换片的接缝一一对应；

将第一基层、光波长转换片和第二基层固定起来。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，步骤b)包括：

在光波长转换片远离衬底的表面上的接缝处放置或涂覆具有光散射效果的薄片；

将第二基层放置在光波长转换片的远离第一基层的表面上；

将第一基层、光波长转换片、薄片和第二基层固定起来。

16.一种光源装置，其特征在于，包括光源，以及如权利要求1-9任意一项所述的波长转换器件。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述光源是激光光源或半导体光源。

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