CN107481614A - 一种低成本蓝色激光显示技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低成本蓝色激光显示技术，通过设计一种由圆柱型蓝光激光器阵列、滚筒型荧光体、条型聚光透镜组成光源系统，蓝光激光器阵列发出的蓝光光束，在滚筒型荧光体内表面第一预设区域涂覆蓝光荧光粉，在蓝色激光经过条型聚光透镜后均匀落在滚筒型荧光体上，通过第一预设区域产生长波段蓝光荧光，克服了激光荧光光源中因蓝色激光直接透过而存在的蓝光激光辐射安全问题、蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，本发明提供上述方案系统结构设计简单并且能够实现均匀的激光激发辐照，有效的控制激光强度，解决了蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，实现了显示色彩更纯，亮度更高，无光危害，降低了制造成本的技术效果。

Description

一种低成本蓝色激光显示技术

技术领域

本发明涉及显示材料技术领域，具体涉及一种低成本蓝色激光显示技术。

背景技术

激光产业的出现推动了光电产业的发展，是信息产业的支柱产业。据前瞻产业研究院测算，2014年国内激光产业市场规模在1300亿元左右。到2016年近期目标时，激光光产业产值预计超4000亿元，增加值上千亿元。激光产业园已建的和正在兴建的已超过16个。我国目前激光企业有3000家以上。激光产业正处于高速增长期。

激光显示技术能实现传统显示所达到的所有先进技术指标，如大屏幕、高分辨率、数字化等，以激光作为光源，具有波长可选择性和高光谱亮度等特性，拥有更广的色域，是CRT的两倍。它与目前主流的光反射式投影技术有着本质的区别，其不需要通过透镜成像，因此没有了焦距问题，此外，由于它没有任何内部的移动部件，也无需散热设计，所以，激光投影产品的设计十分紧凑，体积非常小巧，是深受越来越多消费者青睐的一种产品。目前所涉及的产品涵盖激光电影机、激光投影机、激光电视、激光背投拼接墙、激光微型投影、激光投影手机、激光三维立体显示机等等，可见涉及的产品已十分丰富。在各领域的应用也十分广阔，包括互动游戏、体感交互、激光电视、广告橱窗、玻璃物联网、智能商教、室内互动大屏、舞台奇幻等在内的激光投影应用新领域。

按光源技术不同包括三基色纯激光技术以及光粉+蓝光技术等，三基色纯激光技术由于成本高、体积大、消散斑困难等因素，应用范围受到限制。而光粉+蓝光技术在超高亮度激光光源领域，滚筒型激光荧光光源完全可以实现三基色激光光源同等的亮度输出，再辅以色彩纯化手段，滚筒型激光荧光光源可以实现接近三基色激光光源的色域空间，成本较低的蓝光激光器阵列发出的蓝光光束弥补了红光激光器和绿光激光器造价高、体积大的短板。同时，由于红光和绿光是由荧光粉激发出的荧光相干性消失，不存在散斑效应，蓝色激光散斑效应不明显，从而大大降低了消散斑的难度与成本。目前采用蓝光进行激发的方案中R、G和Y颜色的光都是通过荧光粉受激产生，蓝色的光是采用AR膜片使蓝光透射或利用反射材料使蓝光原路反射得到，但是，采用AR膜片与反射材料的荧光轮结构存在蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，蓝色激光直接透过而存在的蓝光激光辐射安全问题。

中国实用新型专利申请号201620547732 .7公开了一种装置包括荧光轮基板和多种颜色的荧光粉，其中，该多种颜色的荧光粉包括在激光激发下产生蓝色受激光的蓝色荧光粉，所有RGBY颜色的光全部使用荧光粉激发的方式，无需针对蓝光进行特殊的光路和结构设计，使得系统简单；并且能够实现无激光输出，达到绿色无伤害的效果。但是，该发明中采用透镜系统聚焦激光，使得激光功率密度提高，不同荧光粉的荧光过程出现非线性部分，影响显示色彩效果。此外，复杂的旋转和平行运动使得装置设计复杂性提高。

综上所述，目前仍然没有一种低成本，结构简单的蓝色激光显示技术实现彩色显示功能，同时解决激光的偏振出射问题。

发明内容

针对现有技术中激光荧光光源中因蓝色激光直接透过而存在的蓝光激光辐射安全问题、蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，本发明提供一种低成本蓝色激光显示技术，利用蓝光激光器阵列发出的蓝光光束，在滚筒型荧光体内表面涂覆蓝光荧光粉，在均匀照射条件下，产生长波段蓝光荧光，解决了激光荧光光源中因蓝色激光直接透过而存在的蓝光激光辐射安全问题、蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，降低了成本，亮度更高、色彩更纯。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一方面提供低成本蓝色激光显示技术，所述蓝色激光显示技术采用的光源系统由下列装置组合而成：

圆柱型蓝光激光器阵列、滚筒型荧光体、条型聚光透镜，所述条型聚光透镜位于所述圆柱型蓝光激光器阵列和所述滚筒型荧光体之间；

其中，所述滚筒型荧光体的内侧表面第一预设区域涂覆蓝色荧光粉，第二预设区域涂覆红色荧光粉、第三预设区域涂覆绿色荧光粉、第四预设区域涂覆黄色荧光粉。

优选的，所述圆柱型蓝光激光器阵列采用m个蓝光激光二极管作为发光单元，所述m个发光单元沿着圆柱母线方向均匀分布在圆柱型柱体侧壁上，所述发光单元光束的光斑尺寸为0.2-2mm，光束的发散角为3-10°，其中，m≥4。

优选的，所述m个发光单元沿所述圆柱体中心轴在所述圆柱型主体侧壁上呈轴对称分布。

优选的，所述m个发光单元的供电电路以n个为一组进行串联，组与组之间以并联方式相导通，其中n≥2。

优选的，所述滚筒型荧光体由高透光滚筒型K9玻璃构成。

优选的，所述第一预设区域、所述第二预设区域、所述第三预设区域与所述第四预设区域之间或由所述四个预设区域组成的重复单元以所述圆柱型主体圆周为共同边呈相邻排列。

优选的，所述荧光粉颗粒尺寸在10-100微米，用于在激发光照射下发出荧光，红色荧光粉的组成为YAG:Ce；绿色荧光粉的组成为LuAG:Ce；黄色荧光粉的组成为YAG:Ce ，所述蓝色荧光粉为BaAl₂Si₂O₈:Eu、Sr₂MgSi₃O₉:Eu、Lu₃Al₅O₁₂：Ce中的至少一种。

优选的，所述条型聚光透镜光通过面与母线等长，所述蓝色激光通过所述条形聚光透镜后形成的聚焦线落在所述滚筒型荧光体上。

优选的，所述条型聚光透镜折射率为1.5-1.8。

采用AR膜片与反射材料的荧光轮结构存在蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，蓝色激光直接透过而存在的蓝光激光辐射安全问题。现有技术方案采用透镜系统聚焦激光，使得激光功率密度提高，不同荧光粉的荧光过程出现非线性部分，影响显示色彩效果。此外，复杂的旋转和平行运动使得装置设计复杂性提高。本发明提供一种低成本蓝色激光显示技术，利用蓝光激光器阵列发出的蓝光光束，在滚筒型荧光体内表面涂覆蓝光荧光粉，在均匀照射条件下，产生长波段蓝光荧光，解决了激光荧光光源中因蓝色激光直接透过而存在的蓝光激光辐射安全问题、蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，降低了成本，亮度更高、色彩更纯。

本发明提供一种低成本蓝色激光显示技术，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、本发明提供的一种低成本蓝色激光显示技术，采用圆柱蓝色激光阵列的特殊光路和结构设计，使得系统结构简单并且能够实现均匀的激光激发辐照，有效的控制激光强度，有效解决了蓝色激光散斑问题与蓝色偏紫问题，亮度更高、色彩更纯。

2、本方案以RGBY颜色的光全部使用荧光粉激发的方式，荧光粉涂在滚筒内部，无需针对蓝光进行处理，无偏振光出射，保证显示的光无危害性。

3、利用本发明公开的蓝色激光显示技术以蓝色激光器为光源，避免使用造价高昂的红光激光器和绿光激光器，系统结构简单，使得制造成本降低。

附图说明

图1是本发明一种低成本蓝色激光显示技术中光源系统结构示意图；

图2是本发明一种低成本蓝色激光显示技术实施例1中滚筒型荧光体结构示意图；

图3是本发明一种低成本蓝色激光显示技术实施例1中圆柱蓝色激光阵列侧视图。

图4是本发明一种低成本蓝色激光显示技术实施例2中圆柱蓝色激光阵列俯视图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

如图1和图2所示，蓝色激光显示技术采用的光源系统由下列装置组合而成：圆柱型蓝光激光器阵列01、滚筒型荧光体02、条型聚光透镜03，条型聚光透镜03位于圆柱型蓝光激光器阵列01和滚筒型荧光体02之间；滚筒型荧光体02的内侧表面第一预设区201域涂覆蓝色荧光粉，第二预设区202域涂覆红色荧光粉、第三预设区域203涂覆绿色荧光粉、第四预设区域204涂覆黄色荧光粉。

如图3所示，圆柱型蓝光激光器阵列采用8个蓝光激光二极管作101为发光单元，8个发光单元沿所述圆柱体中心轴在所述圆柱型主体102侧壁上呈轴对称分布，所述发光单元光束的光斑尺寸为0.2-2mm，光束的发散角为3-10°，当然，本领域技术人员可以根据需要设置蓝光激光二极管作为发光单元的数目，例如为4的倍数、5的倍数个等，在此不作一一列举，在本实施例中，发光单元光束的光斑尺寸优选为为0.2mm，光束的发散角为10°。8个发光单元的供电电路以4个为一组进行串联共两组，组与组之间以并联方式相导通。滚筒型荧光体02由高透光滚筒型K9玻璃构成。第一预设区域201、第二预设区域202、第三预设区域203与第四预设区域204以圆柱型主体圆周为共同边呈相邻排列。

本申请实施例中的荧光粉颗粒尺寸为10-100微米，用于在激发光照射下发出荧光，优选为尺寸100微米，红色荧光粉的组成为YAG:Ce；绿色荧光粉的组成为LuAG:Ce；黄色荧光粉的组成为YAG:Ce ,Gd，所述蓝色荧光粉为BaAl₂Si₂O₈:Eu、Sr₂MgSi₃O₉:Eu、Lu₃Al₅O₁₂：Ce中的至少一种，优选为的BaAl₂Si₂O₈:Eu粉体。

本申请实施例中的条型聚光透镜03光通过面与母线等长，条型聚光透镜03折射率为1.5-1.8，优选为1.5，圆柱型蓝光激光器阵列01发出的蓝色激光通过条形聚光透镜03后形成的聚焦线落在滚筒型荧光体上。

实施例2

如图1、图2所示，蓝色激光显示技术采用的光源系统由下列装置组合而成：圆柱型蓝光激光器阵列01、滚筒型荧光体02、条型聚光透镜03，条型聚光透镜03位于圆柱型蓝光激光器阵列01和滚筒型荧光体02之间；滚筒型荧光体02的内侧表面第一预设区201域涂覆蓝色荧光粉，第二预设区202域涂覆红色荧光粉、第三预设区域203涂覆绿色荧光粉、第四预设区域204涂覆黄色荧光粉。

如图4，圆柱型蓝光激光器阵列采用16个蓝光激光二极管101作为发光单元，16个发光单元沿所述圆柱体中心轴在所述圆柱型主体102侧壁上呈轴对称分布，当然，本领域技术人员可以根据需要设置蓝光激光二极管作为发光单元的数目，例如为4的倍数、5的倍数个等，在此不作一一列举。16个发光单元的供电电路以8个为一组进行串联共两组，组与组之间以并联方式相导通。滚筒型荧光体02由高透光滚筒型K9玻璃构成。第一预设区域201、第二预设区域202、第三预设区域203与第四预设区域204组成的2组重复单元以圆柱型主体圆周为共同边呈相邻排列。

本申请实施例中的发光单元光束的光斑尺寸为0.2-2mm，优选为为1mm，光束的发散角为3-10°，优选为5°。

本申请实施例中的荧光粉颗粒尺寸为10-100微米，用于在激发光照射下发出荧光，优选为10微米，红色荧光粉的组成为YAG:Ce；绿色荧光粉的组成为LuAG:Ce；黄色荧光粉的组成为YAG:Ce ,Gd，所述蓝色荧光粉为BaAl₂Si₂O₈:Eu、Sr₂MgSi₃O₉:Eu、Lu₃Al₅O₁₂：Ce中的至少一种，优选为的BaAl₂Si₂O₈:Eu和Sr₂MgSi₃O₉:Eu的混合粉体。

本申请实施例中的条型聚光透镜03光通过面与母线等长，条型聚光透镜03折射率为1.5-1.8，优选为1.8，由圆柱型蓝光激光器阵列01发出的蓝色激光通过条形聚光透镜03后形成的聚焦线落在滚筒型荧光体上。

Claims (9)

1.一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于，所述蓝色激光显示技术采用的光源系统由下列装置组合而成：

圆柱型蓝光激光器阵列、滚筒型荧光体、条型聚光透镜，所述条型聚光透镜位于所述圆柱型蓝光激光器阵列和所述滚筒型荧光体之间；

其中，所述滚筒型荧光体的内侧表面第一预设区域涂覆蓝色荧光粉，第二预设区域涂覆红色荧光粉、第三预设区域涂覆绿色荧光粉、第四预设区域涂覆黄色荧光粉。

2.根据权利要求1所述的一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述圆柱型蓝光激光器阵列采用m个蓝光激光二极管作为发光单元，所述m个发光单元沿着圆柱母线方向均匀分布在圆柱型柱体侧壁上，所述发光单元光束的光斑尺寸为0.2-2mm，光束的发散角为3-10°，其中，m≥4。

3.根据权利要求2所述的一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述m个发光单元沿所述圆柱体中心轴在所述圆柱型主体侧壁上呈轴对称分布。

4.根据权利要求2或3所述的一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述m个发光单元的供电电路以n个为一组进行串联，组与组之间以并联方式相导通，其中n≥2。

5.根据权利要求1所述的一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述滚筒型荧光体由高透光滚筒型K9玻璃构成。

6.根据权利要求1所述一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述第一预设区域、所述第二预设区域、所述第三预设区域与所述第四预设区域之间或由所述四个预设区域组成的重复单元以所述圆柱型主体圆周为共同边呈相邻排列。

7.根据权利要求1所述一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述荧光粉颗粒尺寸在10-100微米，用于在激发光照射下发出荧光，红色荧光粉的组成为YAG:Ce；绿色荧光粉的组成为LuAG:Ce；黄色荧光粉的组成为YAG:Ce ，所述蓝色荧光粉为BaAl₂Si₂O₈:Eu、Sr₂MgSi₃O₉:Eu、Lu₃Al₅O₁₂：Ce中的至少一种。

8.根据权利要求1所述一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述条型聚光透镜光通过面与母线等长，所述蓝色激光通过所述条形聚光透镜后形成的聚焦线落在所述滚筒型荧光体上。

9.根据权利要求1所述一种低成本蓝色激光显示技术，其特征在于：所述条型聚光透镜折射率为1.5-1.8。