CN102830582B - 发光装置及其相关投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种发光装置及相关投影系统，该发光装置包括：激发光源，用于产生激发光；波长转换装置，包括波长转换层，该波长转换层包括第一波长转换材料，用于吸收所述激发光以产生受激光，该波长转换装置出射所述受激光，或该受激光与未被吸收的所述激发光的混合光；第一滤光装置，设置于所述波长转换装置的激发光入射侧，该第一滤光装置包括第一滤光区，用于反射所述第一波长转换材料产生的受激光的第一部分波长范围光，并透射所述激发光和所述第一波长转换材料产生的受激光的其余部分波长范围光。本发明能在有效修饰受激光的颜色的同时阻止波长转换装置温度升高。

Description

发光装置及其相关投影系统

技术领域

本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置及其相关投影系统。

背景技术

现有技术中通常采用的波长转换装置的结构如图1所示。波长转换装置100中，荧光粉层103用于吸收激发光以产生受激光。荧光粉层103的激发光入射侧设置有第一滤光片101，用于透射激发光的同时反射受激光，使得绝大部分受激光从荧光粉层103的背向第一滤光片101的一侧出射。但是，荧光粉的发光颜色往往不能很好地满足显示的要求。为解决这个问题，在现有技术中，在荧光粉层103的背向第一滤光片的一侧与荧光粉层103相邻设置有第二滤光片105，用于反射部分波长范围的受激光，使得经第二滤光片105透射的受激光的颜色满足显示的要求。由于被第二滤光片105反射的部分波长范围的受激光同样会被第一滤光片101反射，这样这部分波长范围的受激光会被夹在第一滤光片101和第二滤光片105之间无法出射而被反复地被荧光粉层103散射，直至最终这部分能量被荧光粉层103吸收并转化为热能。这部分热能使荧光粉层103的温度升高，进而降低荧光粉层103的光转换效率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种能有效修饰受激光的颜色的同时并阻止波长转换装置温度升高的发光装置。

本发明实施例提供一种发光装置，其特征在于，包括：

激发光源，用于产生激发光；

波长转换装置，包括波长转换层，该波长转换层包括第一波长转换材料，用于吸收所述激发光以产生受激光，该波长转换装置出射所述受激光，或该受激光与未被吸收的所述激发光的混合光；

第一滤光装置，设置于所述波长转换装置的激发光入射侧，该第一滤光装置包括第一滤光区，用于反射所述第一波长转换材料产生的受激光的第一部分波长范围光，并透射所述激发光和所述第一波长转换材料产生的受激光的其余部分波长范围光。

本发明实施例还提供一种投影系统，包括上述发光装置。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：使设置于波长转换装置的激发光入射侧的第一滤光装置在透射激发光的同时透射受激光中的部分波长范围的光并反射受激光中的另一部分波长范围的光，这样，相比只在波长转换装置的激发光入射侧放置透射激发光并反射全部受激光的第一滤光装置时，在波长转换装置的背向第一滤光装置的一侧出射的受激光中有效部分的光，即第一滤光装置所反射的第一部分波长范围的受激光的亮度不变，由于波长转换装置出射的受激光是各向同性的，则无效部分光，即第一滤光装置所透射的部分波长范围的受激光的亮度大约减少一半，这使得出射光的颜色更接近于使用要求；同时，避免了现有技术中的无效部分的受激光在分别位于波长转换装置两侧的滤光片中无法出射而反复被波长转换层散射，最后转换为热能，使得波长转换装置的温度升高。

附图说明

图1是现有技术中的一个波长转换装置的结构示意图；

图2是本发明的发光装置的一个实施例的示意图；

图3是本发明的发光装置的另一实施例中的第一滤光装置的滤光曲线；

图4是本发明的发光装置的另一实施例的示意图；

图5是本发明的发光装置的另一实施例的示意图；

图6的左侧图和右侧图分别是图5所示的发光装置中的第一滤光装置和波长转换装置的主视图；

图7是本发明的光源系统的另一实施例的示意图；

图8的左侧图是图7所示的发光装置中的第一滤光装置从迎向激发光入射于该第一滤光装置的方向看过去的主视图，右侧图是图7所示的发光装置中的波长转换装置的主视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。

实施例一

请参阅图2，图2是本发明的发光装置的一个实施例的示意图。如图2所示，发光装置200主要包括光源201、波长转换装置203、第一滤光装置205。

光源201用于产生激发光。光源201优选为激光光源，也可以为LED或者其他固态光源。

波长转换装置205包括波长转换层，该波长转换层包括第一波长转换材料，第一波长转换材料用于吸收光源201产生的激发光201a以产生受激光。波长转换装置205设置于光源201产生的激发光的传播路径上，用于出射第一波长转换材料产生的受激光，或者该受激光与未被吸收的激发光的混合光。优选地，波长转换装置205上的第一波长转换材料为荧光粉。第一波长转换材料还可能是量子点、荧光染料等具有波长转换能力的材料，并不限于荧光粉。由于波长转换装置205出射的受激光为各向同性的，一部分受激光205a从波长转换装置205面向光源201的方向出射，一部分受激光205b从波长转换装置205背向光源201的方向出射。

为能在波长转换装置205背向光源201的一侧收集到更多受激光，在光源201与波长转换装置205之间激发光201a的光路上设置第一滤光装置203。第一滤光装置203包括滤光区。在本实施例中，第一滤光区203为滤光片。第一滤光装置203用于反射第一波长转换材料产生的受激光205a的第一部分波长范围光，并透射激发光201a和受激光205a的其余部分波长范围光。经第一滤光装置203反射的受激光205a的第一部分波长范围光穿过波长转换装置203，与受激光205b合成一束受激光出射。优选地，滤光片203的滤光镀膜面面向波长转换装置205。滤光片203由在透明基底的其中一面上镀有滤光膜而形成，当滤光片203的滤光镀膜面背向波长转换装置205时，波长转换装置205出射的受激光205a进入该滤光片，其第一部分波长范围光被滤光镀膜面反射前后均经过透明基底，由于该第一部分波长范围光的部分光在该透明基底里反复反射与散射，造成一部分的第一部分波长范围光损失；因此，滤光片的镀膜面面向波长转换装置能减少受激光205a的第一部分波长范围光的损失。

但是，在实际运用中，波长转换装置205出射的受激光的颜色往往不能很好地满足显示的要求。在受激光的光谱中，受激光分为有效部分波长范围光和无效部分波长范围光，其中无效部分波长范围光比例越小，受激光的颜色越接近所需显示的颜色要求。因此，将第一滤光装置203设置成透射受激光205a的无效部分波长范围光203a，并反射受激光205a的有效部分波长范围的光203b，即第一部分波长范围光。有效部分波长范围和无效部分波长范围对不同颜色光并非是固定的，对同一颜色光也并非是固定的，需根据实际运用要求来定。

由于波长转换装置205面向第一滤光装置203出射的受激光205a占其出射的全部受激光的约一半，而第一滤光装置203将这约一半的受激光中205a的无效部分波长范围光透射掉，则在波长转换装置205背向第一滤光装置203一侧收集的受激光中，相比第一滤光装置透射激发光并反射全部受激光时，总的无效部分波长范围光的亮度减少约一半；同时，第一滤光装置203反射受激光205a的有效部分波长范围光，使该部分光穿过波长转换装置205，与波长转换装置205背向第一滤光装置203出射的受激光一起被收集，因此相比第一滤光装置透射激发光并反射全部受激光时，被收集的受激光中总的有效部分波长范围光的亮度不变，这使得发光装置200的出射光的颜色更接近于使用要求。同时，相比现有技术中的在波长转换装置的激发光入射侧放置反射全部受激光的滤光片，另一侧放置反射受激光的无效部分波长范围光的滤光片而导致的无效部分波长范围光在该两个滤光片中无法出射而反复被波长转换层散射，最后转换为热能，进而使得波长转换装置的温度升高的问题，本实施例让在波长转换装置的激发光入射侧放置的第一滤光装置出射掉无效部分波长范围光，避免现有技术中该无效部分波长范围光无法出射而转换成热能致使波长转换装置温度升高的问题。

具体举例来说，光源201产生蓝色激光201a，波长转换装置205包括YAG荧光粉。如图3所示，蓝色激光201a激发YAG荧光粉时产生的受激光的波长范围约为480nm至700nm。当实际显示需要绿光时，则波长转换装置205出射的受激光中波长大于610nm的部分光为无效部分波长范围光，波长范围为480nm至610nm的部分光为有效部分波长范围光。为使发光装置200出射的光符合实际显示需要，使第一滤光装置203透射激发光201a和受激光205a的波长大于610nm的部分光203a，并反射受激光205a的波长小于610nm的部分光203b。第一滤光装置203的滤光曲线如图3中的305。以上数据均为举例说明而用，并非限制第一滤光装置203的滤光曲线。

在本实施例的图中以及以下各实施例的图中，为便于描绘各束光束的传播方向及其改变，在各图中第一滤光装置和波长转换装置的间距描绘的较大。但在实际运用中，第一滤光装置和波长转换装置的间距越小越能减少光束的损失。优选地，第一滤光装置和波长转换装置之间保留空气隙，以减少该两个装置相贴而造成的光束在该两个装置相贴的两面上的光损耗。

实施例二

请参阅图4，图4是本发明的发光装置的另一实施例的示意图。与实施例一不同的是，在本实施例中的发光装置400还包括第二滤光装置407，位于波长转换装置405背向第一滤光装置403的一侧。第二滤光装置407包括滤光区，用于透射波长转换装置405中的第一波长转换材料所出射的受激光的有效部分波长范围光，并反射第一波长转换材料所出射的受激光的无效部分波长范围光。在本实施例中，第二滤光装置407的滤光区设置有滤光片。优选地，第二滤光装置407的滤光片的镀膜面面向波长转换装置405。

具体来说，波长转换装置405出射的部分受激光405a的无效部分波长范围光403a经第一滤光装置403透射，有效部分波长范围光403b经第一滤光装置403反射后依次穿过波长转换装置405和第二滤光装置407出射。波长转换装置405出射的部分受激光405b的无效部分波长范围光407a经第二滤光装置407反射，然后依次穿过波长转换装置405和第一滤光装置403出射；光束405b的有效部分波长范围光407b经第二滤光装置407透射，与光束403b合成一束光束出射。

由于波长转换装置405中的波长转换材料的光转换效率不能达到100％，因此光源401产生的激发光401a中有部分光未能被波长转换装置405吸收而穿过波长转换装置405。优选地，第二滤光装置407还反射激发光，这样，未被波长转换装置405吸收的剩余激发光被反射回波长转换装置405并再次激发波长转换材料，以提高激发光的利用率。

在本实施例中增添第二滤光装置407，对波长转换装置405的输出光束再次进行过滤，反射该输出光束中的无效部分波长范围光，以进一步对波长转换装置405的输出光束进行修饰。与现有技术相比，本实施例除了具有实施例一的优点之外，还由于在波长转换装置405背向第一滤光装置407的一侧最终出射的受激光中，无效部分波长范围光大大减少，而有效部分波长范围光不变，使得最终出射的受激光的颜色更接近实际显示需要的颜色。

实施例三

请参阅图5与图6，图5是本发明的发光装置的另一实施例的示意图；图6的左侧图和右侧图分别是图5所示的发光装置中的第一滤光装置和波长转换装置的主视图。与实施例一不同的是，在本实施例的发光装置500中，波长转换装置507的波长转换层上包括两个区段。如图6右侧图所示，第一区段605上设置有第一波长转换材料，第二区段607上设置有第二波长转换材料，该两个区段上的波长转换材料分别用于将激发光转换成不同颜色的受激光。发光装置500还包括驱动装置503，用于驱动波长转换装置507运动，使得激发光在波长转换层上形成的光斑按预定路径周期性作用于波长转换层，以避免激发光长时间作用于同一位置的波长转换层导致的该波长转换层温度升高的问题。第一区段605和第二区段607并列设置在波长转换层600b上，并且随着波长转换层与激发光之间的周期性相对运动依次被该激发光照射。在本实施例中，驱动装置503为转动马达，使得激发光按圆形路径周期性作用于波长转换装置507。

由于第一区段605和第二区段607出射的受激光的颜色不同，对两种颜色的修饰时，分别过滤掉的无效部分波长范围的光也不同。因此，在对两种波长转换材料产生的受激光进行修饰时，需采用两种具有不同滤光曲线的滤光装置。在本实施例中，第一滤光装置505包括第一滤光区和第二滤光区。如图6左侧图所示，第一滤光装置600a的两个滤光区上分别设置有第一滤光片601和第二滤光片603。第一滤光片601与第一区段605对应，用于透射激发光和第一区段605面向光源501出射的受激光中的无效部分波长范围光，并反射第一区段605面向光源501出射的受激光中的有效部分波长范围光，使得该有效部分波长范围光穿过波长转换装置505，与第一区段605背向光源501出射的光合成一束光出射。第二滤光片603与第二区段607对应，用于透射激发光和第二区段607面向光源501出射的受激光中的无效部分波长范围光，并反射第二区段607面向光源501出射的受激光中的有效部分波长范围光，使得该有效部分波长范围光穿过波长转换装置505，与第二区段607背向光源501出射的光合成一束光出射。

第一滤光装置505还包括透明基底，第一滤光片601和第二滤光片603粘贴在该透明基底上。该两个滤光片与该透明基底的粘贴面采用透明胶水填充。优选地，透明胶水与透明基底的折射率一致，以提高光透过率。优选地，透明基底背向该粘贴面的另一面镀有增透膜，以减少激发光在通过该面时造成的损失。

在其他实施例中，透明胶水在粘贴面上的点胶位置也可以避开激发光在该粘贴面上的作用路径。透明胶水在光束的长期照射下容易老化变黄，并对光束的吸收率增大，而最终成为该光源系统的寿命的瓶颈。因此，在粘贴面进行点胶时避开激发光在粘贴面上的作用路径。可在粘贴面的边缘或者几个角落进行点胶以将透明基底与该两个滤光片固定，也可以在粘贴面的其他位置进行点胶，只要保证点胶位置没有光路通过即可。优选地，透明基底的两面以及该两个滤光片的背向透明基底的一面均镀有增透膜，以减少激发光在通过各个面时造成的损失，其中，在滤光片的背向透明基底的一面上，即滤光片的滤光镀膜面上，增透膜优选镀在该滤光镀膜上。

在本实施例中，为利于将不同的滤光片组装到发光装置中而使该不同的滤光片形成一个整体。目前，由于滤光片的不同光谱特性，将不同的滤光片形成一个整体有多种方式，采用透明基底将不同的滤光片粘贴于其上形成一个整体只是其中的一种。在其他实施例中，将第一滤光装置505中的不同滤光区形成一个整体也可以采用其他方式。例如，在对两个不同的滤光区进行组装以形成同一整体时，可以在同一个透明基底上，先遮住一部分区域，对该透明基底的剩余区域进行镀膜，该剩余区域为第一滤光区；然后在遮住该第一滤光区，对该透明基底的剩余区域镀另一种膜，该剩余区域为第二滤光区。但这种组装方法由于需对同一个透明基底两次镀膜而导致成本较高。在其他实施例中，第一滤光装置中的不同滤光区也可以不组装成同一个整体。

由于波长转换装置507在驱动装置503的驱动下运动，为使第一滤光片601与第一区段605、第二滤光片603和第二区段607始终保持对应关系，在波长转换装置507与第一滤光装置505之间增加一固定连接装置(图未示)，使得第一滤光装置505与波长转换装置507一起运动，以使波长转换装置507与第一滤光装置505始终保持相对静止。

在其他实施例中，驱动装置503也可以位于波长转换装置507背向第一滤光装置505的一侧，用于驱动波长转换装置507运动，使得激发光在波长转换层上形成的光斑按预定路径周期性作用于波长转换层；同时，通过波长转换装置507和第一滤光装置505之间的固定连接装置(图未示)带动第一滤光装置505一起运动以使该两个装置始终保持相对静止。或者，驱动装置503也可以位于第一滤光装置505背向波长转换装置507的一侧，用于驱动第一滤光装置505运动，使得激发光在第一滤光装置505上形成的光斑按预定路径周期性作用于第一滤光装置505；同时，通过波长转换装置507与第一滤光装置505之间的固定连接装置(图未示)带动波长转换装置507一起运动以使该两个装置始终保持相对静止。

在其他实施例中，第一区段605上的第一长转换材料与第二区段607上的第二波长转换材料也可以为同一种波长转换材料，用于出射同一种颜色的受激光。但由于实际需要不同的颜色光，使第一滤光装置505的第一滤光区和第二滤光区分别透射不同的无效部分波长范围光并反射不同的有效部分波长范围光，使得第一区段605和第二区段607最终出射的受激光符合实际要求。或者，波长转换装置507的第二区段也可以设置为透光区，用于直接透射激发光。相应地，第一滤光装置505上的第二滤光区上设置有透光片，用于直接透射激发光；并且第二滤光区上的第二滤光片用于透射激发光的有效部分波长范围光并反射激发光的无效部分波长范围光。

容易理解的是，波长转换装置507上也可以设置三个或三个以上的区段，用于分别设置不同颜色的波长转换材料；相应地，第一滤光装置505上也设置与波长转换装置507上区段数量相同的滤光区，各区段与各滤光区一一对应，每个滤光区用于过滤与其对应的波长转换装置507的区段出射的光。波长转换装置507上的不同区段也可以是平行相邻设置的带状区域或采取其他适当设置方式。此时，驱动装置503为线性平移装置或采取其他适当设置方式，使得入射光在波长转换装置507上产生的光斑沿直线路径或其他预定路径作用于该波长转换装置。

实施例四

请参阅图7与图8，图7是本发明的发光装置的另一实施例的示意图；图8的左侧图是图7所示的发光装置中的第一滤光装置从迎向激发光入射于该第一滤光装置的方向看过去的主视图，右侧图是图7所示的发光装置中的波长转换装置的主视图。与实施例三不同的是，本实施例中的第一滤光装置705包括第一滤光片705a和第二滤光片705b，其中第一滤光片705a包括第一区域和第二区域。波长转换装置707包括第一区段707a和第二区段707b。如图8右侧图所示，波长转换装置807包括第一区段807a和第二区段807b。

如图8左侧图所示，第二滤光片805b叠置于第一滤光片805a的第一区域上，并且设置在第一滤光片面向波长转换装置的一侧。第一滤光片705a的第一区域与波长转换装置第一区段707a对应，用于过滤第一区段707a出射的光，即透射激发光和第一区段707a面向光源701出射的受激光中的无效部分波长范围光，并反射第一区段707a面向光源701出射的受激光中的有效部分波长范围光，使得该有效部分波长范围光穿过波长转换装置705，与第一区段707a背向光源701出射的光合成一束光出射。第二滤光片705b与第二区段707b对应，用于过滤第二区段707b出射的光，即透射激发光和第二区段707b面向光源701出射的受激光中的无效部分波长范围光，并反射第二区段707b面向光源701出射的受激光中的有效部分波长范围光。若第二滤光片705b所透射的无效部分波长范围落在第一滤光片705a所透射的光的波长范围内，则第二滤光片705b所透射的无效部分波长范围光穿过第一滤光片705a后出射。若第二滤光片705b所透射的无效部分波长范围与第一滤光片705a所反射的光的波长范围有所交叠，则该交叠的部分无效部分波长范围的光在经第二滤光片705b透射后又经第一滤光片705a反射，再次进入第二滤光片705b。这部分光虽然不能从第一滤光片705a迎向激发光的方向出射，但相比现有技术，这部分光会在第二滤光片705b的内部反复无散射的传播并且快速地发生横向扩散。虽然这部分光中也会有相当部分最终转换为热量，但这部分热量是分散的而不是集中于光斑位置的，因此并不会使得荧光粉的局部温度有明显上升。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明实施例还提供一种投影系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)投影技术、数码光路处理器(DLP，Digital Light Processor)投影技术。此外，上述发光装置也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。

以上所述仅为本发明的实施方式，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他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种发光装置，包括：

激发光源，用于产生激发光；

波长转换装置，包括波长转换层，该波长转换层包括第一波长转换材料，用于吸收所述激发光以产生受激光，该波长转换装置出射所述受激光，或该受激光与未被吸收的所述激发光的混合光；

第一滤光装置，设置于所述波长转换装置的激发光入射侧，其特征在于：

所述第一滤光装置包括第一滤光区，用于反射所述第一波长转换材料产生的受激光的第一部分波长范围光，并透射所述激发光和所述第一波长转换材料产生的受激光的其余部分波长范围光。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述第一滤光装置为滤光片，该滤光片的镀膜面面向所述波长转换装置。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括驱动装置，用于对所述波长转换装置进行驱动，使得所述激发光按预定路径周期性作用于所述波长转换层。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于：所述波长转换层包括第一区段和第二区段，所述第一波长转换材料位于该第一区段上，该第二区段包括第二波长转换材料或者透光区，所述第一区段和该第二区段并列设置，该两个区段随着所述波长转换层与所述激发光之间的周期性相对运动依次被该激发光照射。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于：所述第二区段包括第二波长转换材料，所述第一滤光装置还包括第二滤光区，用于反射所述第二区段出射的受激光的第二部分波长范围光，并透射所述激发光和所述第二区段出射的受激光的其余部分波长范围光；并且所述第一滤光装置与所述波长转换装置固定连接，使得所述第一滤光装置相对所述波长转换层静止，以使所述两个滤光区分别过滤与其对应的波长转换层的区段出射的光。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：所述第一滤光区包括第一滤光片，所述第二滤光区包括第二滤光片，所述第一滤光装置还包括透明基底，所述第一滤光片和第二滤光片并列粘贴在该透明基底的同一个面上。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于：所述两个滤光片与所述基底的粘贴面上的点胶位置避开所述激发光在该粘贴面上的作用路径。

8.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于：所述透明基底的两面与所述两个滤光片背向所述透明基底的一面上均镀有增透膜。

9.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于：所述第一滤光区包括第一滤光片，该第一滤光区还包括第一子区域，该第一子区域位于该第一滤光片上；所述第二滤光区包括第二滤光片，设置于该第一滤光区面向所述波长转换装置的一侧的第一子区域之上，所述第一滤光片用于反射所述第一区段出射的受激光的第一部分波长范围光，并透射所述激发光和所述第一区段出射的受激光的其余部分波长范围光，所述第二滤光片用于反射所述第二区段出射的受激光的第二部分波长范围光，并透射所述激发光和所述第二区段出射的受激光的其余部分波长范围光。

10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述发光装置还包括第二滤光装置，该第二滤光装置设置于所述波长转换装置背向所述第一滤光装置的一侧，该第二滤光装置包括滤光区，用于透射所述第一波长转换材料出射的受激光的第一部分波长范围光，并反射所述第一波长转换材料出射的受激光的其余部分波长范围的光。

11.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于：所述波长转换装置出射所述受激光与未被吸收的所述激发光的混合光，所述第二滤光装置的滤光区还反射该未被吸收的所述激发光的至少部分光。

12.根据权利要求10所述的发光装置，其特征在于：所述第二滤光装置为滤光片，该滤光片的镀膜面面向所述波长转换装置。

13.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的发光装置。