CN106353958A - 应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置 - Google Patents

Abstract

一种应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，其特征在于，包括沿光轴从后至前依次设置的反射式荧光粉轮、二向分色片、滤光层、透镜组和导光管，二向分色片与光轴成45°设置；在二向分色片的一侧设有激光光源和激光光斑散射片。本发明的优点是：在激光作为激发源的波长转换型光源中，有效避免激光直射人体造成的危险，并解决了近紫外蓝光对于人眼的伤害，消除了显示图像画面的散斑噪声。既兼顾了安全性，又兼顾了显示性能。

Description

应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置

技术领域

本发明涉及一种应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，可用于液晶、DLP、LCOS等各类投影光源。

背景技术

激光光源目前在投影、平板显示领域开始广泛应用。由于三基色激光技术并不成熟，通常采用一个单色激光+其它光源(LED光源或者荧光粉受激发光装置)。通常采用蓝光激光（通常在440nm—470nm）作为激发源，红、绿两种荧光粉作为受激发光源，最终实现的是蓝色激光+红色受激光源+绿色受激光源的混合光源。混合光源中的蓝光是单一波长的激光，同时为了激发效率考虑，蓝光的波长一般较短。因此混合光源中的蓝光成分对人眼及人体健康有较大伤害。另一方面，激光直接出射，还带来严重的图像画面散斑噪声问题。

在典型的投影光源应用中，通常采用荧光粉轮的方式。典型的反射式荧光粉轮构成的结构，其原理是激光光源(蓝光)通过二向分色片反射后照射到荧光粉轮上，荧光粉轮的结构为圆盘，圆盘分为三等分（120°为一份），其中一份为透明窗口，另外两份分别涂布红色和绿色荧光粉，涂布红色和绿色荧光粉的部分受激光激发后分别发射红光和绿光，经过荧光粉轮前的透镜会聚后穿透二向分色片进入投影成像光路。

蓝光透过荧光粉轮的透明窗口后，经过回收光路经过二向分色片反射后与红、绿光混合进入成像光路。荧光粉轮通过控制旋转的速度、时序来控制最终出射光的颜色。

这种投影结构的主要问题是由于红、绿光和蓝光不同的出射方向，单独设计蓝光回收的光路，光学系统比较复杂，同样，由于激光光源作为蓝光成分混入了最终的混合光中，作为激发效率考虑蓝光的波长一般较短（一般在440nm左右）。因此混合光源中的蓝光色激光成分对人眼及人体健康有较大伤害，同时也不可避免地带来显示图像画面的散斑噪声问题。

目前，光峰科技已经考虑到上述问题开始开发相关技术并申请了专利。其典型的专利为“基于波长转换的光源及其二次激发方法”专利申请号201010531498.6：第一峰值波长的激发光(UV光)的激发光源，利用第一光波长转换材料，用来吸收激发光并激发具有第二峰值波长的光（蓝光）；同时包括第二光波长转换材料，用来吸收该具有第二峰值波长的光并激发具有第三峰值波长（红光、绿光）的受激发光。此种做法的好处也可有效避免原始光源直接出射的问题。但是由于采用了二次激发的方式，效率必然受到很大影响，同时蓝光既是出射光，又同时是第三峰值波长的激发源，为了保证效率，蓝光的波长通常较短，直接出射会对人眼产生较大伤害，同时图像画面散斑噪声问题依然存在。

发明内容

本发明旨在提供一种应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，解决以激光作为激发源的显示光源蓝光危害及散斑噪声问题。

本发明的技术方案是：一种应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，其特征在于，包括沿光轴从后至前依次设置的反射式荧光粉轮、二向分色片、滤光层、透镜组和导光管，二向分色片与光轴成45°设置；在二向分色片的一侧设有激光光源和激光光斑散射片；在反射式荧光粉轮与二向分色片之间设有准直透镜。

所述的激发光源1为UV激光或短波长蓝光激光，波长范围为300—410nm。

该激发光源1经过激光光斑散射片2散射后，经过二向分色片5反射入射荧光粉轮3。

该二向分色片对410nm以下的UV波段和短波长蓝光透射率小于1%，对440nm以上的红、绿、蓝三色光透射率大于85%。

该反射式荧光粉轮的基层为陶瓷或金属材料，能够反射全可见光波段，在该荧光粉轮的表面涂布红、绿、蓝三色荧光粉，能够吸收UV光或短波长蓝光，并将其分别转换为红、绿、蓝三色光出射。

所述的反射式荧光粉轮表面的荧光粉用量子点材料制成，出射光的波长由量子点的颗粒直径控制，能够精确得到所需要的波长，并且有较窄的半波宽。

所述的反射式荧光粉轮表面的荧光粉的涂布方式包括、不限于以下两种方式：

a)三种特征转换波长的荧光粉均匀混合后涂布于荧光粉轮表面；或者：

b)三种特征转换波长的荧光粉均匀间隔涂布在荧光粉轮表面，将圆盘分为三等份，每等份对应120°圆心角。

所述的滤光层的作用是将激发光源发出的紫外光、短波长蓝光阻挡在最终的出射光之外，使得用户避免激光、短波长蓝光造成的伤害，同时消除显示图像画面的散斑噪声。

本发明的优点是：在激光作为激发源的波长转换型光源中，有效避免激光直射人体造成的危险，并解决了近紫外蓝光对于人眼的伤害，同时消除了显示图像画面的散斑噪声。既兼顾了安全性，又兼顾了显示性能。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明荧光粉轮的荧光粉分布示意图；

图3是本发明采用的光源的基本构造示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明一种应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置的实施例，包括沿光轴从后至前依次设置的反射式荧光粉轮3、二向分色片5、滤光层6、透镜组7和导光管（Light Tunnel）8，二向分色片5与光轴成45°设置；在二向分色片5的一侧设有激光光源1和激光光斑散射片2。其结构和工作原理说明如下：

1）激发光源1为UV激光或短波长蓝光激光，波长范围为300—410nm。

2）激发光源1经过激光光斑散射片2散射后，经过二向分色片5反射入射荧光粉轮3。

3）二向分色片5的主要特征是，几乎完全反射UV波段（410nm以下）光源，对440nm以上红、绿、蓝三色光可以几乎完全透射。

4）反射式荧光粉轮3的基层为陶瓷或金属材料，可以反射全可见光波段，反射式荧光粉轮3的表面涂布红、绿、蓝三色荧光粉，吸收UV光或短波长，并将UV光分别转换为红、绿、蓝三色光出射。其中：

蓝光波长为460—480nm。

绿光波长为530—570nm。

红光波长为620—640nm。

荧光粉轮3可以用量子点材料实现。量子点材料的特点是可以吸收较短波长的光发射较长波长的光。出射光的波长由量子点的颗粒直径控制，能够精确得到所需要的波长，并且有较窄的半波宽。

5）反射式荧光粉轮3表面上涂布了荧光粉。荧光粉的涂布方式包括但不限于以下2种：

a)三种特征转换波长的荧光粉均匀混合后涂布于荧光粉轮表面。

b)三种特征转换波长的荧光粉均匀间隔涂布在荧光粉轮3表面，将圆盘分为三等分，每等份对应120°圆心角。如图2所示。

6）荧光粉轮3出（反）射的红、绿、蓝三色光透过二向分色片5后经过滤光层6，滤光层6的作用是将激发光源（紫外光或短波长蓝光）阻挡在最终的出射光之外，使得用户避免激光、短波长蓝光造成的伤害。

7）滤光层6的出射光为白光，经过透镜组7后进入导光管8，包含红、绿、蓝三基色的光。如果荧光粉轮3表面的荧光粉层采用了量子点材料，出射的白光的红、绿、蓝三基色的光的半波宽会在40nm以下，应用于投影显示将取得较高的色域范围（>100%NTSC）。

参见图3，本发明应用波长转换原理的新型投影光源装置依据的基本结构主要特征如下：

1）激发光源1：为UV激光或短波长蓝光激光，波长范围为300—410nm。

2）波长转换层A：相当于上述实施例中的反射式荧光粉轮3，主要作用是吸收UV光或短波长蓝光，将UV光转换为红、绿、蓝三色光出射。其中：

蓝光波长为460—480nm。

绿光波长为530—570nm。

红光波长为620—640nm。

波长转换层A可以用量子点材料制成，量子点材料的特点是可以吸收较短波长的光发射较长波长的光。出射光的波长由量子点的颗粒直径控制，能够精确得到所需要的波长，并且有较窄的半波宽。

3）滤光层6的作用是反射UV波段（300—410nm）的光，同时透射可见光波段（450—650nm）的光。另外，滤光层6将激发光源（紫外光）阻挡在最终的出射光之外，使得用户避免激光、短波长蓝光造成的伤害。

4）滤光层6的出射光为白光，包含红、绿、蓝三基色的光。如果波长转换层A采用了量子点技术，出射的白光的红、绿、蓝三基色的光的半波宽会在40nm以下。应用于液晶显示或者投影显示将取得较高的色域范围（>100%NTSC）。

Claims (4)

1.一种应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，其特征在于，包括沿光轴从后至前依次设置的反射式荧光粉轮3、二向分色片5、滤光层6、透镜组7和导光管8，二向分色片5与光轴成45°设置；在二向分色片5的一侧设有激光光源1和激光光斑散射片2；在反射式荧光粉轮3与二向分色片5之间设有准直透镜4；

所述的激发光源1为UV激光或短波长蓝光激光，波长范围为300—410nm；

该激发光源1经过激光光斑散射片2散射后，经过二向分色片5反射入射荧光粉轮3；

该二向分色片5 对410nm以下的UV波段和短波长蓝光透射率小于1%，对440nm以上的红、绿、蓝三色光透射率大于85%；

该反射式荧光粉轮3的基层为陶瓷或金属材料，能够反射全可见光波段，在该荧光粉轮3的表面涂布红、绿、蓝三色荧光粉，能够吸收UV光或短波长蓝光，并将其分别转换为红、绿、蓝三色光出射。

2.根据权利要求1所述的应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，其特征在于，所述的反射式荧光粉轮3表面的荧光粉用量子点材料制成，出射光的波长由量子点的颗粒直径控制，能够精确得到所需要的波长，并且有较窄的半波宽。

3.根据权利要求2所述的应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，其特征在于，所述的反射式荧光粉轮3表面的荧光粉的涂布方式包括、不限于以下两种方式：

a)三种特征转换波长的荧光粉均匀混合后涂布于荧光粉轮表面；或者：

b)三种特征转换波长的荧光粉均匀间隔涂布在荧光粉轮3表面，将圆盘分为三等份，每等份对应120°圆心角。

4.根据权利要求2所述的应用波长转换原理的新型反射式投影光源装置，其特征在于，所述的滤光层6的作用是将激发光源1发出的紫外光、短波长蓝光阻挡在最终的出射光之外，使得用户避免激光、短波长蓝光造成的伤害，同时消除显示图像画面的散斑噪声。