CN103995424A - 波长转换转盘和发光装置 - Google Patents
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Abstract
提出一种波长转换转盘和发光装置，可以被蓝色激光激发而产生受激光，它包括特征区，任意时刻该特征区被蓝色激光照射的区域内包括波长转换区和非波长转换区，其中非波长转换区使得入射于其上的蓝色激光透射，同时波长转换区被入射于其上的蓝色激光激发产生第一受激光，该第一受激光被波长转换区自身反射而沿着蓝色激光入射的方向反向出射。利用该波长转换转盘及发光装置，在特征区时可以同时出射蓝色激光和第一受激光的混合光，该混合光具有更好的颜色。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种波长转换转盘和使用这种波长转换装盘的发光装置。
背景技术
投影技术目前已经得到了越来越多的应用。其基本原理是利用光源发出的光照射光阀，光阀调制入射光使其携带图像，该携带图像的光经过投影镜头投射后在屏幕上形成图像。为了产生彩色图像，光源需要分时发射红、绿、蓝等基色光，光阀与其同步的分别调制各基色光而形成各基色光图像，这些基色光图像在时域上快速切换从而在人眼看来可以合成为彩色图像。因此，能够产生时序基色光的光源就成为投影显示装置中的核心元件。
近几年，激光光源以其高亮度、长寿命而被逐渐应用于投影显示。而为了降低成本，使用激光激发荧光材料发光的技术也逐渐被多家光源公司采用。其技术方案是，将红、绿各基色荧光材料沿圆周方向涂敷于转盘上，激光光源发出的蓝色激光入射于转盘上，随着转盘转动个基色荧光材料周期性的依次被激光激发而产生各基色光，其中蓝色基色光就由蓝色激光本身来产生。
然而，蓝色激光的效率与颜色质量存在矛盾。例如445nm的蓝色激光效率很高，但其颜色发紫，同时465nm的蓝色激光颜色可以满足要求但效率比445nm的蓝色激光低30%以上。
发明内容
本发明的目的在于解决蓝色激光的颜色与效率之间的矛盾。
本发明提出一种波长转换转盘，可以被蓝色激光激发而产生受激光，它包括特征区，任意时刻该特征区被蓝色激光照射的区域内包括波长转换区和非波长转换区，其中非波长转换区使得入射于其上的蓝色激光透射，同时波长转换区被入射于其上的蓝色激光激发产生第一受激光，该第一受激光被波长转换区自身反射而沿着蓝色激光入射的方向反向出射。
本发明还提出一种发光装置，包括蓝色激光光源，还包括上述的波长转换转盘；其中，蓝色激光光源发射的蓝色激光入射于波长转换转盘上形成蓝色激光光斑，随着波长转换转盘的转动该蓝色激光光斑周期性的扫过波长转换装盘的特征区，使得在蓝色激光光斑扫过特征区的任意时刻，部分蓝色激光光斑覆盖特征区的波长转换区，部分蓝色激光光斑覆盖特征区的非波长转换区。还包括波长合光装置，用于将从波长转换区反射出射的第一受激光和从非波长转换区透射出射的蓝色激光波长合光为一束。
利用本发明的波长转换转盘及发光装置，在特征区时可以同时出射蓝色激光和第一受激光的混合光，该混合光具有更好的颜色。
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是图1A的发光装置中的波长转换转盘的俯视图；
图1C是图1B的波长转换转盘的局部放大图；
图2是图1A实施例中的发光光谱的举例；
图3A、图3B和图4是另外三种波长转换转盘的特征区的示意图；
图5是另外一种波长转换转盘的特征区的示意图；
图6A是本发明另一种发光装置的结构示意图；
图6B是图6A发光装置的局部放大图；
图7是本发明另一种发光装置的结构示意图；
图8是图7A实施例中的发光光谱的举例。
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。该发光装置包括蓝色激光光源101，还包括波长转换转盘102以及用于驱动该波长转换转盘转动的马达103。其中，蓝色激光光源101发射的蓝色激光121经过波长合光装置104的反射而入射于波长转换转盘102上形成蓝色激光光斑。波长转换转盘102的俯视图如图1B所示，其中1211表示蓝色激光光斑。
随着马达103驱动波长转换转盘102转动，该蓝色激光光斑1211周期性的扫过波长转换装盘102的一个圆周区域。在本实施例中，在该圆周区域上包括区域112，区域112上包括绿色波长转换材料或黄色波长转换材料，这些波长转换材料被蓝色激光入射并激发后能够出射相应颜色的受激光，如绿光波长转换材料受激出射绿光，黄色波长转换材料受激出射黄光等。这些受激光会被区域112自身反射从而沿着蓝色激光入射的方向反向出射，透过波长合光装置104而形成出射光。在本实施例中只画出了一个这样的区域112，而在实际使用中则可能有两个或以上的区域分别包含不同颜色的波长转换材料，也有可能不包括这样的区域。区域112并不是本发明论述的重点，不做深入的说明。
在被蓝色激光照射的圆周区域上，还包括特征区111，特征区111包括波长转换区111-2和非波长转换区111-1，特征区111的局部放大图如图1C所示。蓝色激光光斑1211扫过特征区的任意时刻，部分蓝色激光光斑1211覆盖特征区的波长转换区111-2，部分蓝色激光光斑1211覆盖特征区的非波长转换区111-1。其中，非波长转换区111-1使得入射于其上的蓝色激光121透射，该透射的蓝色激光121经过一系列反射镜105的反射和波长合光装置104的反射而形成出射光123（参考图1A）。同时，波长转换区111-2被入射于其上的蓝色激光激发产生第一受激光122，该第一受激光122被波长转换区自身反射而沿着蓝色激光入射的方向反向出射，透射波长合光装置104而形成出射光122。
在本实施例中，波长合光装置104用于将从波长转换区反射出射的第一受激光122和从非波长转换区透射出射的蓝色激光123波长合光为一束而共同形成发光装置的出射光。同时，波长合光装置104还起到了反射蓝色激光121至波长转换转盘102的作用。在实际应用中，最常用的波长合光装置104是分光滤光片。分光滤光片可以根据波长的不同而将两束不同波长的光分别反射和透射而合为一束。具体来说在本实施例中，分光滤光片104反射蓝色激光，透射第一受激光122。当然在实际应用中，波长合光装置104还可能是其它光学元件，例如合光棱镜，这属于公知技术，此处不赘述。
本实施例中的各光的发光光谱如图2所示。其中蓝光激光的发光光谱以211-1表示，第一受激光122的光谱以211-2表示，呈青色，而区域112的出射光的光谱以212表示。随着波长转换色轮的转动，当区域112位于蓝色激光121的光路上时，发光装置出射黄光或绿光（光谱如212表示），而当特征区111位于蓝色激光121的光路上时，大部分蓝色激光经过非波长转换区直接透射，一小部分蓝色激光经波长转换区形成第一受激光，这样发光装置出射青色的第一受激光和蓝色激光的混合光。由于少量青色光的混入，该混合光具有比蓝色激光更长的主波长，其颜色更接近于标准的蓝色。
在实际应用中，发明人发现上述实施例存在一个问题：蓝色激光中需要混入的第一受激光的量需要控制到很小如果第一受激光过多则会使得混合光的颜色偏离理想的蓝光而呈接近青色。这也就是说，必须控制蓝色激光光斑1211使其只有很少的一部分（例如5%）覆盖波长转换区111-2，这显然对蓝光激光光斑的位置控制提出了很高的要求。为此本发明提出了一种解决方法，在下面的实施例中予以说明。
图3A、图3B和图4是另外三种波长转换转盘的特征区的示意图，它们都有一个共同的特征，即波长转换区与非波长转换区在其交界的至少部分边缘上相互交错。以下分别进行说明。
在图3A所示的波长转换转盘中，波长转换区311-2与非波长转换区311-1相互交错的边界上相互伸入对方的区域的形状为正方形。与图1C所示的特征区相比，本实施例的特征区中对蓝色激光光斑3211的位置较为不敏感。举例来说，若蓝色激光光斑中5%需要覆盖波长转换区，则在图1C中，蓝色激光光斑在上下方向上的位置控制精度就是蓝色激光光斑的正负2.5%。蓝色激光光斑一般比较小，例如1mm，这也就是说在图1C的特征区上蓝色激光光斑在上下方向上所需要的控制精度为正负25微米。而如果换成图3A所示的特征区，波长转换区311-2和非波长转换区311-1相互交错的边界上相互伸入对方的区域的形状为正方形，在这个有一定宽度的边界上蓝色激光光斑只有50%能覆盖到波长转换区，这样蓝色激光光斑在上下方向上所需要的控制精度就达到了蓝色激光光斑的正负5%，为50微米，其位置公差提高了一倍。
进一步的，若波长转换区311-2和非波长转换区311-1相互交错的边界上相互伸入对方的区域的形状为长方形，且波长转换区311-2伸入到非波长转换区311-1的长方形的宽度小于非波长转换区311-1伸入到波长转换区311-2的长方形的宽度，例如前者是后者的1/2,这样在这个有一定宽度的边界上蓝色激光光斑只有1/3能覆盖到波长转换区，此时特征区上蓝色激光光斑在上下方向上的控制位置公差为图1C的特征区上蓝色激光光斑在上下方向上的控制位置公差的三倍。
图3A所示的特征区的问题在于，在蓝色激光光斑扫过特征区的过程中，蓝色激光光斑中覆盖的波长转换区的比例可能有轻微变动，这样出射的第一受激光与蓝色激光的比例可能发生轻微改变，从而从发光装置出射的混合光的颜色将发生轻微变化。图3B所示的特征区则解决了这个问题。
在图3B所示的特征区中，与图3A中的特征区不同的是，波长转换区311-2与非波长转换区311-1的相对的边界的形状相互补。具体来说，波长转换区311-2与非波长转换区311-1的上边界3111与下边界3112的形状互补，当上边界3111上波长转换区311-2凸出时，下边界3112上波长转换区311-2则凹进，这样在蓝色激光光斑扫过特征区的过程中，蓝色激光光斑中覆盖的波长转换区的比例可以保持不变，从而保证了发光装置出射的混合光的颜色的稳定。
在图4所示的实施例中，波长转换区与非波长转换区相互交错的边界上相互伸入对方的区域的形状为三角形和梯形。这种形状比较易于加工。
图5是另外一种波长转换转盘的特征区的示意图。与前面的特征区不同的是，本实施例中特征区中的非波长转换区不是连通的，而是一个个相互独立的。非波长转换区包括多个透光孔511-1，而非波长转换区为这多个透光孔之间的空隙511-2，蓝色激光光斑5211在该特征区扫过时，显然可以实现和上面实施例相同的效果。
实现上述各种特征区的方法有多种，此处做两种举例。
一种方法是，特征区包括反射板和反射板上加工形成的镂空区域，镂空区域为非波长转换区，而与镂空区域相邻接的反射板上包含有波长转换材料而共同形成波长转换区。可以先加工形成带有镂空区域的反射板，然后在利用点胶机将混合有波长转换材料的浆料涂覆在镂空区域及其四周区域，其中浆料会从镂空区域漏下去，其余浆料则会附着在镂空区域相邻接的反射板上。更为优选的，特征区还包括覆盖镂空区域的透射型散射片。当蓝色激光透射镂空区域时会被该散射片散射，这有利于最终发光装置的出射光的颜色均匀性。
另一种方法是，特征区包括透明板和在透明板上部分区域上的波长转换层，该波长转换层所在的区域为波长转换区，透明板的其它被蓝色激光照射的区域为非波长转换区。在部分区域上形成波长转换层可以使用点胶机点胶的方法，也可以使用丝网印刷的方法。
尽管图3A、图3B和图4中的特征区的形状能够有效的降低发光装置的出射光的颜色对蓝色激光光斑的位置的敏感程度，但是发光装置的出射光的颜色对蓝色激光光斑的位置仍然是比较敏感的。为了解决这个问题，本发明还提出另一种发光装置，其结构示意图如图6A所示。
与图1A所示的发光装置不同的是，该实施例中的发光装置还包括位置调节装置606，该位置调节装置606可以调节马达603和波长转换转盘602的左右位置，使得蓝色激光光斑入射于特征区的位置相应的调整，以使得发光装置出射光的颜色达到要求。显然，为了使得蓝色激光光斑入射于特征区的位置发生调整，还可以有其它的调节方法，例如蓝色激光光源的位置或调节分光滤光片的角度等，此处不赘述。
另一方面，蓝色激光光斑的大小也对发光装置出射光的颜色有较大的影响。图6A中的虚线框A的局部放大图如图6B所示，其中除了波长转换转盘602外还包括聚焦透镜（或透镜组）607，聚焦透镜607的作用在于使蓝色激光621聚焦的入射于波长转换转盘602而形成蓝色激光光斑，同时还用于收集第一受激光622。聚焦透镜607到波长转换转盘的距离对蓝色激光光斑的大小影响很大。因此优选的，调节装置还可以在调节波长转换转盘在上下方向上的位置使得其到聚焦透镜的距离达到合适。
在上面的举例中，第一受激光为青色，这样可以有效的改善出射蓝光的颜色。然而，青色的波长转换材料的效率往往不高，且耐热性能不好。下面的实施例解决了这个问题。
本发明还提出另一种发光装置，其结构示意图如图7所示。与图1A所示的发光装置不同的是，在本实施例中，波长转换转盘702的特征区的波长转换区包括绿色、黄绿色或黄色波长转换材料而相应的受激发射绿光、黄绿光或黄光。这些波长转换材料具有更好的效率和耐热性。
发光装置还包括位于波长合光装置光路后端的滤光转盘709和用于驱动该滤光转盘的马达710，还包括马达控制装置708，该马达控制装置708同时控制马达703和710以使得滤光转盘709与波长转换转盘702同步转动。滤光转盘709包括滤光特征区，当波长转换转盘702的特征区位于光路时该滤光特征区也位于光路上以过滤去除从波长合光装置出射的光中的红色和黄色成分。
具体来说，第一受激光722的光谱如图8中的811-2所示，而滤光转盘709的滤光特征区的透过谱如图8中的虚线809所示。可见虽然第一受激光722为绿光、黄绿光或黄光，但经过滤光特征区的过滤后，透过滤光特征区的部分光谱在图8中以阴影区域表示，该透射光呈青色，这部分青色光与同样透射滤光特征区的蓝色激光723（其光谱在图8中以811-1表示）共同形成混合光724出射，该混合光具有符合标准的蓝色。
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 (10)
1.一种波长转换转盘，可以被蓝色激光激发而产生受激光，其特征在于：
包括特征区，任意时刻该特征区被蓝色激光照射的区域内包括波长转换区和非波长转换区，其中非波长转换区使得入射于其上的蓝色激光透射，同时波长转换区被入射于其上的蓝色激光激发而产生第一受激光，该第一受激光被波长转换区自身反射而沿着蓝色激光入射的方向反向出射。
2.根据权利要求1所述的波长转换转盘，其特征在于，所述波长转换区与非波长转换区在其交界的至少部分边缘上相互交错。
3.根据权利要求2所述的波长转换转盘，其特征在于，所述波长转换区与非波长转换区相互交错的边界上相互伸入对方的区域的形状为三角形、梯形、正方形或长方形。
4.根据权利要求2所述的波长转换转盘，其特征在于，所述波长转换区与非波长转换区的相对的边界的形状相互补。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换转盘，其特征在于，所述特征区包括反射板和反射板上的镂空区域，镂空区域为非波长转换区，而与镂空区域相邻接的反射板上包含有波长转换材料而共同形成波长转换区。
6.根据权利要求5所述的波长转换转盘，其特征在于，所述特征区还包括覆盖所述镂空区域的透射型散射片。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的波长转换转盘，其特征在于，所述特征区包括透明板和在透明板上部分区域上的波长转换层，该波长转换层所在的区域为波长转换区，透明板的其它被蓝色激光照射的区域为非波长转换区。
8.一种发光装置，其特征在于：
包括蓝色激光光源，还包括根据权利要求1至5中任一项所述的波长转换转盘；
其中，蓝色激光光源发射的蓝色激光入射于波长转换转盘上形成蓝色激光光斑，随着波长转换转盘的转动该蓝色激光光斑周期性的扫过波长转换装盘的特征区，使得在蓝色激光光斑扫过特征区的任意时刻，部分蓝色激光光斑覆盖特征区的波长转换区，部分蓝色激光光斑覆盖特征区的非波长转换区；
还包括波长合光装置，用于将从波长转换区反射出射的第一受激光和从非波长转换区透射出射的蓝色激光波长合光为一束。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于，还包括位置调节装置，该位置调节装置可以调节蓝色激光光斑入射于特征区的位置，或者调节装置可以调节波长转换转盘到蓝色激光的聚焦透镜的距离。
10.根据权利要求8或9所述的发光装置，其特征在于：
所述波长转换转盘的特征区的波长转换区受激发射青色光；或者，
所述波长转换转盘的特征区的波长转换区受激发射绿光、黄绿光或黄光，发光装置还包括位于波长合光装置光路后端的滤光转盘，该滤光转盘与波长转换转盘同步转动；该滤光转盘包括滤光特征区，当波长转换转盘的特征区位于光路时该滤光特征区也位于光路上以过滤去除从波长合光装置出射的光中的红色和黄色成分。
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