CN104536252A - 基于非线性发光材料的投影屏及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非线性发光材料的投影屏，该投影屏包括层叠的基层和波长转换层，其中，波长转换层用于将来自投影单元的入射光进行波长转换，基层将入射光反射后经波长转换层出射，形成出射光，使入射光与出射光的波长不同。通过上述方式，本发明能够直接通过投影屏改变光的波长并输出不同波长的出射光，从而减少光的相干性，减少散斑现象。

Description

基于非线性发光材料的投影屏及投影系统

技术领域

本发明涉及激光投影领域，特别是涉及一种基于非线性发光材料的投影屏及投影系统。

背景技术

由于激光光源具有高亮度、发光效率高、色彩真实、节能、环保及光源寿命长的特点，现今的投影机一般是使用激光光束来透射出画面。在激光投影机中有红、绿、蓝三色激光，激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的扩束后再透射到X棱镜将三束激光整合，然后再由投影物镜将整合后的激光透射到投影屏幕上，完成整个激光投影机显示过程，而由于激光光源的高度相干性，不可避免的会产生散斑现象。

目前市面上的激光投影系统大多是通过对投影单元中的激光光源进行处理以减少散斑，例如激光荧光色轮光源或基于光路对光进行处理，现有的这些对投影单元中的激光光源进行的处理以减少散斑的技术，存在成本高，不利调试及工艺要求高等问题。

发明内容

本发明提供一种投影屏及投影系统，无须对投影单元的激光光源进行处理，以较低的成本实现减少散斑的问题。

本发明提供一种投影屏，包括层叠的基层和波长转换层，波长转换层用于将来自投影单元的入射光进行波长转换，基层将入射光反射后经波长转换层出射，形成出射光，入射光与出射光的波长不同。

其中，波长转换层为非线性光学材料层。

其中，波长转换层包括并排设置在基层上的多个像素单元，每个像素单元包括并排设置的红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层，该红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层分别将入射的红光、蓝光、绿光进行波长转换，得出波长转换后的红光、蓝光、绿光。

其中，非线性光学材料为液晶、半导体晶体、光学玻璃或光纤中的至少一种。

其中，入射光与出射光的波长差小于50纳米。

本发明还提供一种投影系统，包括投影单元及投影屏，投影单元用于输出可见光，投影屏包括层叠的基层和波长转换层，波长转换层用于将来自投影单元的入射光进行波长转换，基层将入射光反射后经波长转换层出射，形成出射光，入射光与出射光的波长不同。

其中，波长转换层为非线性光学材料层。

其中，波长转换层包括并排设置在基层上的多个像素单元，每个像素单元包括并排设置的红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层，该红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层分别将入射的红光、蓝光、绿光进行波长转换，得出波长转换后的红光、蓝光、绿光。

其中，非线性光学材料为液晶、半导体晶体、光学玻璃或光纤中的至少一种。

其中，入射光与出射光的波长差小于50纳米。

本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明的投影屏包括层叠的基层和波长转换层，利用波长转换层将来自投影单元的入射光进行波长转换，通过基层将入射光反射后经波长转换层出射，形成出射光，本发明仅通过投影屏上设置波长转换层，使得投影单元的入射光经投影屏上的波长转换层转换后输出出射光，从而使得出射光与入射光的波长不同，从而减少散斑，并且降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是现有技术的激光投影系统产生散斑现象的示意图；

图2是本发明投影系统的第一实施方式的结构示意图；

图3是图2投影系统中的投影屏的结构示意图；

图4是图3中一个像素单元反射红光、绿光和蓝光的示意图；

图5是本发明投影系统的第二实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参看图1，图1是现有技术的激光投影系统产生散斑现象的示意图。如图1所示，现有的投影系统1包括投影单元11及投影屏12，这里的投影单元11指的是激光光源，投影单元11射出的光没有经过任何处理，这里所指的是没有进行光长转换，将光源直接入射到投影屏12上，投影屏12为也普通的投影屏，以投影光的入射方向为中心将光线反射回去。以相近的光束101和102为例，在经过投影屏12的漫反射后，光束101和102在投影屏12前的A点发生干涉，如果发生相长干涉，则A点显示为亮点；如果发生相消干涉，则A点显示为暗点。因此，如果投影系统1的投影单元11没有经过任何处理，而直接投影在投影屏12上显示，投影屏12也不对光进行相关处理，基于相同介质中入射光与反射光的传播速度是一样的原理，投影屏12上将会显示无规律分布的散斑。

为减少激光的散斑的现象，本发明提供了一种投影系统。请参看图2，图2是本发明投影系统的第一实施方式的结构示意图。如图2所示，投影系统2包括投影单元21和投影屏22。该投影单元21输出可见光，投影单元21优选为激光光源。该投影屏22包括层叠的基层221和波长转换层222，波长转换层222将来自投影单元21的入射光a进行波长转换，基层221将入射光a进行反射后经波长转换层222出射，形成出射光b，入射光a与出射光b的波长不同。

在本实施方式中，可见光是指电磁波谱中人眼可以感知的部分，优选可见光的波长范围在350～770纳米之间。由于波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同，其中，770～622纳米，感觉为红色；577～492纳米，感觉为绿色；492～455纳米，感觉为蓝色。

在本实施方式中，波长转换层222为非线性光学材料层，由于非线性极化会引起材料光学性质变化，从而导致不同频率光波之间的能量耦合，从而使入射光的频率、振幅、偏振及传播方向改变。在本实施例中，非线性光学材料层为晶体，如KTP(磷酸钛氧钾)、BBO(偏硼酸钡)或LN(铌酸锂)、AgGaS2(硫镓银)或LAP(L精氨酸磷酸盐)等。在其他实施方式中，非线性光学材料还可以为液晶、半导体晶体、光学玻璃或光纤中的至少一种。

请参看图3，图3是图2中投影屏的结构示意图。如图3所示，投影屏22包括层叠的基层221和波长转换层222，其中，波长转换层222包括并排设置在基层221上的多个像素单元223，每个像素单元包括并排设置的红光晶体层、绿光晶体层以及蓝光晶体层，这些红光晶体层、绿光晶体层以及蓝光晶体层分别将入射的红光、绿光、蓝光进行波长转换，得出波长转换后的红光、绿光、蓝光。

在本实施方式中，投影单元21入射的红光、绿光和蓝光先经过波长转换层222进行波长转换后射入基层221，经基层221将上述入射的红光、绿光和蓝光进行反射，反射后的红光、绿光和蓝光经波长转换层222射出，这里指的是反射的红光、绿光和蓝光分别射入到相应的波长转换层222的红光晶体层、绿光晶体层以及蓝光晶体层上，由红光晶体层、绿光晶体层以及蓝光晶体层分别射出相应的红光、绿光和蓝光。以图3中一个像素单元223为例，请参看图4，图4是图3中一个像素单元反射红光、绿光和蓝光的示意图。如图4所示，像素单元223包括并排设置的红光晶体层R、绿光晶体层G以及蓝光晶体层B。入射光的红光r0、绿光g0和蓝光b0分别射入相应的红光晶体层R、绿光晶体层G以及蓝光晶体层B，经基层221(图未示)反射后从红光晶体层R、绿光晶体层G以及蓝光晶体层B分别射出不同波长的红光r1、绿光g1和蓝光b1，例如，入射光r0经红光晶体层R射出不同波长的红光r1，其中，r0≠r1，同理的，b0≠b1，g0≠g1。并且，入射光与出射光的波长差小于50纳米，即r0与r1、b0与b1及g0与g1的波长差小于50纳米。这里限定入射光与出射光的波长差小于50纳米，是因为人眼感觉到一种特定颜色的光的波长范围的最大值与最小值之差有一个阈值范围，如红光的波长为770～622纳米，最大值与最小值的差值为148纳米；绿光的波长为577～492纳米，差值为85纳米；蓝光的波长492～455纳米，差值为37纳米。本实施方式中，入射光与出射光的波长的差值优选为50纳米。在其他实施方式中，也可设置入射光与出射光的波长的差值为其他数值，如30纳米；还可以设置红光晶体层R、蓝光晶体层B以及绿光晶体层G的出射光与入射光的波长的差值为不相同纳米值，如经过红光晶体层R的出射光与入射光的波长的差值为100纳米，绿光晶体层G的出射光与入射光的波长的差值为80纳米，蓝光晶体层B的出射光与入射光的波长的差值为20纳米。只要保证射出的光形成的图像与原图像是同种颜色即可。

在本实施方式中，以波长555纳米的绿光为例说明，投影单元21射出波长为555纳米的绿光到投影屏22的基层221上，基层221将该绿光反射到波长转换层222的绿光晶体层G上，并经绿光晶体层G出射，如果出射光与入射光是相消的，即减小波长的，则出射的绿光的波长在505～555纳米之间，如510纳米；如果出射光与入射光是相长，即增加波长的，由于人眼感觉到的波长范围在577～492纳米之间的光为绿光，以保证输出的光为同一颜色为前提，则出射的绿光的波长在555～577纳米之间，因此，经过上述波长转换后的出射光依然为绿光。

图2至图4的实施方式中，投影系统2的投影屏22包括基层221和波长转换层222；投影单元21射出的可见光没有经过任何处理，直接入射到投影屏22上，投影屏22的波长转换层222将来自投影单元21的入射光a进行波长转换，基层221将入射光a进行反射后经波长转换层出射，形成出射光b。其中，入射光a先射到投影屏22的波长转换层222上，在波长转换层222进行波长转换后，再经过基层221反射到投影屏22的波长转换层222上，由波长转换层222射出出射光b，因此，得出与入射光a不同波长的出射光b，由于出射光b的波长发生了改变，从而减少了激光的散斑现象，并且，要求入射光a与出射光b的波长差小于50纳米，以保证用户观看到投影屏22形成的图像的颜色还是原来颜色的图像。

上述的实施方式，特别适合已经有投影机的用户，用户不需要更换原有的投影机，只需要更换投影屏为本发明的投影屏，即可达到本发明上述技术效果，成本较低。

但是，也可以对现有的投影机和投影屏同时进行改进，比如请参看图5，图5是本发明投影系统第二实施方式的结构示意图。如图5所示，本发明的投影系统3包括投影单元31和投影屏32，其中，投影屏32与图2的投影屏22的结构一样，在此不再赘述。

本实施方式能够使用户看到投影屏32的投影画面与预期一样，即使得从投影屏32出射出来的光线的波长与预期波长一致。这时候需要同时对投影屏32和投影单元31进行配合设计，具体是需要同时对投影屏32和投影单元31内的光阀/光源进行配合设计，比如从投影屏32出射出来的光线的波长预期是550纳米，而投影屏32能让出射光与入射光的波长的差值为20纳米，则投影单元31内的光阀/光源的波长应该为530纳米。本实施方式相对于上述的其他实施方式，仅仅需要对投影单元31内的光阀/光源的波长进行调整即可。

综上所述，本发明的投影屏包括层叠的基层和波长转换层，利用波长转换层将来自投影单元的入射光进行波长转换，基层将入射光反射到波长转换层，由该波长转换层出射，形成出射光，使得投影屏射出的出射光与入射光的波长不同，从而减少色斑。

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 (10)

1.一种投影屏，其特征在于，所述投影屏包括层叠的基层和波长转换层，所述波长转换层用于将来自投影单元的入射光进行波长转换，所述基层将所述入射光反射后经所述波长转换层出射，形成出射光，所述入射光与所述出射光的波长不同。

2.根据权利要求1所述的投影屏，其特征在于，所述波长转换层为非线性光学材料层。

3.根据权利要求2所述的投影屏，其特征在于，所述波长转换层包括并排设置在所述基层上的多个像素单元，每个像素单元包括并排设置的红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层，所述红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层分别将入射的红光、蓝光、绿光进行波长转换，得出波长转换后的红光、蓝光、绿光。

4.根据权利要求2所述的投影屏，其特征在于，所述非线性光学材料为液晶、半导体晶体、光学玻璃或光纤中的至少一种。

5.根据权利要求1至4任一项所述的投影屏，其特征在于，所述入射光与所述出射光的波长差小于50纳米。

6.一种投影系统，所述投影系统包括投影单元及投影屏，其特征在于：

所述投影单元用于输出可见光；

所述投影屏包括层叠的基层和波长转换层，所述波长转换层用于将来自所述投影单元的入射光进行波长转换，所述基层将所述入射光反射后经所述波长转换层出射，形成出射光，所述入射光与所述出射光的波长不同。

7.根据权利要求6所述的投影系统，其特征在于，所述波长转换层为非线性光学材料层。

8.根据权利要求7所述的投影系统，其特征在于，所述波长转换层包括并排设置在所述基层上的多个像素单元，每个像素单元包括并排设置的红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层，所述红光晶体层、蓝光晶体层以及绿光晶体层分别将入射的红光、蓝光、绿光进行波长转换，得出波长转换后的红光、蓝光、绿光。

9.根据权利要求6所述的投影系统，其特征在于，所述非线性光学材料为液晶、半导体晶体、光学玻璃或光纤中的至少一种。

10.根据权利要求6-9任一项所述的投影系统，其特征在于，所述入射光与所述出射光的波长差小于50纳米。