CN103631077B - 发光装置和投影显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种发光装置和投影显示装置，包括波长转换装置和用于发射激发光的激发源，还包括位于激发源与波长转换装置的光路之间的分光滤光装置，该分光滤光装置将激发光分为第一部分和第二部分两部分，分光滤光装置对第一部分和第二部分的透射反射特性不同并将二者引导往不同的光通道；分光滤光装置将第一部分引导往波长转换装置；其中，分光滤光装置引导波长转换装置发出的受激光与激发光的第一部分的光路分开并进入发光装置的出射光通道；还包括用于吸收激发光的第二部分的光吸收装置。在本发明中的发光装置中，利用激发光和波长转换装置可以得到高亮的出射光，同时利用光吸收装置吸收第二部分的激发光从而保证了出射光的色纯度。
Description
技术领域
本发明涉及光源领域，特别是涉及一种发光装置和使用这种发光装置的投影显示装置。
背景技术
投影显示技术目前发展迅速，其中发光二极管（LED）光源作为一种新型的光源已经在投影显示技术中得到了广泛的应用。然而目前的主要问题在于LED光源的亮度不足。例如对于一定尺寸的光阀来说，其光学扩展量已经确定了，即LED的数量被限定了，而单颗LED的亮度不足就直接导致了入射于光阀的光通量不足。尤其是绿色LED，更是整个LED光源系统的瓶颈。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出一种发光装置，包括波长转换装置和用于发射激发光的激发源，激发光入射于波长转换装置并使其受激发射受激光；还包括位于激发源与波长转换装置的光路之间的分光滤光装置，该分光滤光装置将激发光分为第一部分和第二部分两部分，分光滤光装置对第一部分和第二部分的透射反射特性不同并将二者引导往不同的光通道；分光滤光装置将第一部分引导往波长转换装置；其中，分光滤光装置对激发光的第一部分和受激光的反射透射特性不同，它引导波长转换装置发出的受激光与激发光的第一部分的光路分开并进入发光装置的出射光通道；还包括位于激发光的第二部分的光通道上的用于吸收激发光的第二部分的光吸收装置。
本发明还提出一种投影显示装置，包括光阀和上述的发光装置，发光装置的出射光被引导入射于光阀并被光阀调制。
在本发明中的发光装置中，利用激发光和波长转换装置可以得到高亮的出射光，同时利用光吸收装置吸收第二部分的激发光从而保证了出射光的色纯度。
附图说明
图1a是本发明的发光装置的第一实施例的结构示意图；
图1b是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图2是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图3是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图4是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图5是本发明的发光装置的另一个实施例的结构示意图；
具体实施方式
本发明提出一种发光装置，其结构示意图如图1a所示。该发光装置包括波长转换装置，波长转换装置包括反射衬底104和覆盖于反射衬底表面的波长转换层103；还包括用于发射激发光121的激发源101，激发光121从波长转换层103的背向于反射衬底104的一侧入射于波长转换层103并使其受激发射受激光124。反射衬底104被波长转换层覆盖的一面对光具有反射性，例如镀有或附有反射膜，或者反射衬底的材料本身就是白色的反射材料例如白色多孔陶瓷材料。由于波长转换层103受激后是各向同性发光的，因此会有一部分光面向反射衬底104出射，这部分光会被反射衬底104所反射从而从背向反射衬底的一侧出射，最终所有受激光都面向激发光121出射出来。
如果受激光始终沿着激发光的入射光路传播则会入射于激发源上从而造成很大的光损失，因此必须将受激光从入射的激发光的光路中分离出来。为了达到这个目的，发光装置还包括位于激发源101与波长转换装置的光路之间的分光滤光装置106，该分光滤光装置106将激发光121分为第一部分122和第二部分123两部分，分光滤光装置106对第一部分122透射并将其引导往波长转换装置，同时分光滤光装置106对第二部分123反射从而将第一部分122和第二部分123分别引导往不同的光通道。分光滤光装置106还能够反射受激光124从而引导波长转换装置发出的受激光124与激发光的第一部分122的光路分开并进入发光装置的出射光通道。
在本实施例中，分光滤光装置106是分光滤光片106，它是利用光线在不同折射率的薄膜交替叠置的膜系中的干涉实现特定的分光滤光特性的。在实际应用中，分光滤光装置106还可以使用分光滤光棱镜等具体的实现方式，这都属于现有技术，此处不赘述。在实际应用中，分光滤光片106能够透射大部分的激发光，但由于工艺的不够理想，总会有一小部分激发光被其反射形成第二部分激发光123。这部分激发光123如果被反射或散射回来，就能够顺利的透射分光滤光片106而进入出射光通道，这对受激光124的颜色纯度会造成很大的负面影响。因此在本发明中，还包括位于激发光的第二部分123的光通道上的用于吸收激发光的第二部分123的光吸收装置107，这能够有效的保证出射光通道中不混合有激发光。光吸收装置107可以是黑色材料，也可以是只吸收激发光的材料。
在本实施例中，具体的，激发源101为激光激发源，它发出的蓝色激光经过准直透镜102准直后出射。当然可以理解的，若激发源101本身出射的光的角度能够满足要求，准直透镜102也是可以省略的。波长转换层103中包含黄色或绿色或黄绿色的波长转换材料，使得波长转换层103吸收蓝色激光后受激发射黄光或绿光或黄绿光的受激光124。分光滤光片106则能够透射蓝色激光同时反射受激光。这样利用激发源和波长转换装置就能够发射单色光（如绿光），从而具有比LED光源更高的亮度。而由于光吸收装置107的存在，能够有效的避免蓝光激发光混入到单色的受激光中，从而保证了出射光的色纯度。
在本实施例中，波长转换装置包括反射衬底104和覆盖于反射衬底表面的波长转换层103，是反射式的形式。在实际应用中这并不是固定的，和可能是透射式或者其它的结构，此处不赘述。
图1b所示的发光装置则是图1a的实施例的一种变形，为了方便图1b中的大部分数字标识都与图1a中的相同，两图中相同的数字标识表示相同的光学元件。结合图1a的描述不难理解图1b的工作原理，与图1a中的发光装置不同的是，图1b中的发光装置中，激发光101也被分光滤光片106b分为第一部分122和第二部分123两部分，其中第一部分122是被分光滤光片106b反射而入射于波长转换层103的，而第二部分123则透射分光滤光片106b并最终被光吸收装置107所吸收，波长转换层103发出的受激光124透射分光滤光片106b而进入发光装置的出射光通道。因此，图1b中的分光滤光片106b与图1a中的分光滤光片106具有相反的透射反射特性，总之，只要分光滤光装置对激发光的第一部分和第二部分的透射反射特性不同，同时分光滤光装置对激发光的第一部分和受激光的反射透射特性不同，就能够实现本发明的有益效果。
由于图1a的实施例与图1b的实施例只是在光学结构上有所不同，因此在后面的其它实施例的说明中只在图1a的实施例的基础上做说明，但是显然后面的实施例也同样可以应用于图1b所示的发光装置的光学结构。
本发明的另一个实施例的发光装置的结构示意图如图2所示。与图1a所示的实施例的不同之处在于，在光吸收装置207的光路前端还包括聚焦透镜208，该聚焦透镜208能够收集激发光的第二部分并将其汇聚于一个小区域，因此只要将光吸收装置207放置于该小区域上就能够充分吸收该第二部分光。与前面的实施例相比，图2所示的实施例所需要的光吸收装置更小，可以节约成本和空间。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图3所示。与图2所示的实施例不同的是，在图3所示的实施例中，光吸收装置307为红光发光二极管芯片。红光发光二极管芯片呈现红色，对于其它颜色光都具有吸收特性，因此其本身就可以对激发光起到光吸收的作用。同时，分光滤光装置309还能够透射该红光发光二极管芯片发出的红光325进入发光装置的出射光通道，与受激光324一起出射。
例如，激发光为蓝色激光，被分光滤光片309反射的第二部分蓝色激光会被红光发光二极管所吸收，同时分光滤光片309还能够透射红光使其与绿色的或黄色的或黄绿色的受激光324合为一束出射。在本实施例中，分光滤光片309还起到了对红光发光二极管芯片发出的红光325和受激光324的合光的作用。在实际应用中，红光325与受激光324的光谱可能存在交叠，对于红光与受激光的光谱交叠的波长部分，分光滤光装置309的设计就必须存在取舍，是选择出射更多的红光还是选择出射更多的受激光。实验显示，设计分光滤光装置309使其更多的引导红光进入出射光通道往往对于出射光的白平衡更有利。
由于红光发光二极管芯片尺寸往往比较小，因此优选的，发光装置还包括位于红光发光二极管芯片与分光滤光装置之间的光收集装置308，该光收集装置308的第一个作用于图2中的聚焦透镜208相同，即将激发光的第二部分聚焦于红光发光二极管芯片表面。光收集装置308的第二个作用在于收集红光325。
红光发光二极管芯片过小时，可能出现激发光的第二部分入射到红光发光二极管芯片的四周的情况，因此优选的，红光发光二极管芯片四周区域具有吸收激发光的第二部分的特性，这样可以最大程度的避免激发光混入到出射光通道。
可以理解，在图1b所示的实施例中，若光吸收装置307为红光发光二极管芯片，则分光滤光片需要具有反射红光的特性就能够将红光导往出射光通道。
本发明的另一个实施例中的结构示意图如图4所示。与图3所示的实施例不同的是，在本实施例中，反射衬底为第一发光二极管芯片404，波长转换层403覆盖于第一发光二极管芯片404的发光面上，该第一发光二极管芯片发出的光能够激发波长转换层。例如第一发光二极管发射蓝光，而波长转换层会吸收该蓝光并受激发射绿光或黄绿光。与前述的实施例相比，本实施例中，波长转换层403的两个表面分别被第一发光二极管和激发源发出的光激发，这样当第一发光二极管和激发源同时发光时可以获得更高的受激光的亮度，而若两者交替发光则可以延长两者的使用寿命。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图5所示。图5所示的实施例中，在图4所示的发光装置的基础上，增加了蓝色发光二极管光源509，该蓝光发光二极管光源509发出的蓝光526与受激光524和红光二极管芯片发出的红光525由合光装置511合光并共同形成发光装置的出射光。本实施例的发光装置同时具有三种颜色的光输出，尤其是当受激光为绿光时，本实施例的发光装置可以出射红绿蓝的三基色光。
本发明提出一种投影显示装置，包括光阀和上述的发光装置，发光装置的出射光被引导入射于光阀并被光阀调制。
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 (9)
1.一种发光装置，其特征在于：
包括波长转换装置和用于发射激发光的激发源，激发光入射于波长转换装置并使其受激发射受激光；
还包括位于激发源与波长转换装置的光路之间的分光滤光装置，该分光滤光装置将激发光分为第一部分和第二部分两部分，分光滤光装置对第一部分和第二部分的透射反射特性不同并将二者引导往不同的光通道；分光滤光装置将第一部分引导往波长转换装置；
其中，分光滤光装置对激发光的第一部分和受激光的反射透射特性不同，它引导波长转换装置发出的受激光与激发光的第一部分的光路分开并进入发光装置的出射光通道；
还包括位于激发光的第二部分的光通道上的用于吸收激发光的第二部分的光吸收装置，所述光吸收装置为红光发光二极管芯片；所述分光滤光装置能够引导该红光发光二极管芯片发出的红光进入发光装置的出射光通道。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换装置包括反射衬底和覆盖于反射衬底表面的波长转换层，所述激发光从波长转换层的背向于反射衬底的一侧入射于波长转换层。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述反射衬底为第一发光二极管芯片，波长转换层覆盖于第一发光二极管芯片的发光面上，该第一发光二极管芯片发出的光能够激发波长转换层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述激发源为蓝光光源，所述激发光为蓝光。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换装置受激发射黄光或绿光或黄绿光；发光装置还包括蓝色发光二极管光源，该蓝色发光二极管光源发出的蓝光与受激光和红光二极管芯片发出的红光合光形成发光装置的出射光。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，对于红光与受激光的光谱交叠的波长部分，分光滤光装置更多的引导红光进入出射光通道。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，还包括位于红光发光二极管芯片与分光滤光装置之间的用于收集红光的光收集装置，该光收集装置将激发光的第二部分聚焦于红光发光二极管芯片表面。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，其特征在于，红光发光二极管芯片四周区域具有吸收激发光的第二部分的特性。
9.一种投影显示装置，其特征在于，包括光阀和根据权利要求1至8中的任一项所述的发光装置，发光装置的出射光被引导入射于光阀并被光阀调制。
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