CN110032030A - 波长转换装置及其制备方法、光源装置、投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波长转换装置，包括凹凸透镜单元和波长转换单元，所述波长转换单元收容于所述凹凸透镜单元的凹槽中，所述波长转换单元的一表面与所述凹槽贴合，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。本发明还提供一种光源装置、投影设备以及该波长转换装置的制备方法。本发明能够有效改善出射光斑光色不均匀现象。

Description

波长转换装置及其制备方法、光源装置、投影设备

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种波长转换装置及其制备方法、光源装置、投影设备。

背景技术

在投影设备中，光源一般使用蓝光激光芯片或者蓝光LED芯片作为激发光源激发波长转换装置得到想要的光，例如，可以将一部分蓝光通过波长转换装置转换为黄光，与剩余蓝光混合得到白光，蓝光经过现有的波长转换装置时，通过波长转换材料的边缘区域的蓝光激发光的光程大于经过波长转换材料中心区域的蓝光激发光的光程，经过波长转换材料边缘的蓝光相对于经过波长转换材料中心区域的蓝光来说，被吸收和转换的比例更多，因此出射光斑中心区域和边缘区域的蓝光比例不同，造成出射光斑边缘呈现明显的黄光圈现象，因此有必要对波长转换装置进行改进。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种波长转换装置，能够有效改善出射光斑光色不均匀现象，并且本发明还提供该波长转换装置的制备方法、以及光源装置和投影设备。

本发明第一方面提供一种波长转换装置，包括凹凸透镜单元和波长转换单元，所述波长转换单元收容于所述凹凸透镜单元的凹槽中，所述波长转换单元的一表面与所述凹槽贴合，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。

本发明第二方面提供一种光源装置，所述光源装置包括所述的波长转换装置。

本发明还提供一种光源装置，所述光源装置包括光源、聚光透镜、所述的波长转换装置，所述光源装置发出的光经过聚光透镜后聚焦于所述波长转换单元附近，并从所述波长转换单元进行波长转换得到受激光，所述受激光穿过所述凹凸透镜单元后出射。

本发明还提供一种光源装置，所述光源装置包括光源、聚光透镜、分光滤光片、所述的波长转换装置，所述光源装置发出的光经过聚光透镜后聚焦于所述分光滤光片附近，通过所述分光滤光片反射依次进入所述凹凸透镜单元以及所述波长转换单元，通过所述波长转换单元进行波长转换后经过所述反射层，再依次穿过所述波长转换单元以及所述凹凸透镜单元后进入所述分光滤光片后出射。

本发明第三方面一种投影设备，所述投影设备所述的光源装置。

本发明第四方面一种波长转换装置的制备方法，所述方法包括以下步骤：

提供一凹凸透镜单元；

在所述凹凸透镜单元的凹槽中填充波长转换浆料；

所述波长转换浆料经固化后形成波长转换单元，其中，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。

与现有技术相比较，本发明的波长转换装置，包括凹凸透镜单元和波长转换单元，波长转换单元收容于所述凹凸透镜单元的凹槽中，波长转换单元的一表面与凹槽贴合，波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减，能够减小通过波长转换材料的边缘区域的激发光的光程，减小边缘和中心区域的光程差，使得经过波长转换材料的边缘区域和中心区域的激发光被吸收和转换的比例相接近，如此可有效改善出射光斑光色不均匀现象，并且凹凸透镜单元可以作为波长转换单元的支承体，方便于波长转换单元的成型，另外，凹凸透镜单元还可作为光提取元件，提高光提取效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明的第一实施例的波长转换装置的第一种结构示意图。

图2是本发明的第一实施例的波长转换装置的第二种结构示意图。

图3是本发明的第一实施例的波长转换装置的第三种结构示意图。

图4是本发明的第一实施例的光源装置的结构示意图。

图5是本发明的第二实施例的波长转换装置的第一种结构示意图。

图6是本发明的第二实施例的波长转换装置的第二种结构示意图。

图7是本发明的第二实施例的波长转换装置的第三种结构示意图。

图8是本发明的第二实施例的光源装置的结构示意图。

图9是本发明的波长转换装置的第一种实施例的制备方法的流程图。

图10是本发明的波长转换装置的第二种实施例的制备方法的流程图。

主要元件符号说明

波长转换装置 10、20

凹凸透镜单元 11

凸面 111

凹面 112

凹槽 113

波长转换单元 12

第一表面 121

第二表面 122

反射层 13

光源装置 100、200

光源 110、210

聚光透镜 120、220

收集透镜 130、240

分光滤光片 230

步骤 S11、S12、S13、S21、S22、S23、S24、S25

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接仅仅是为便于清晰描述，而并不限定连接方式。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

第一实施例

请参阅图1-3，图1-3分别是本发明的第一实施例的不同结构的波长转换装置10的结构示意图。所述波长转换装置10包括凹凸透镜单元11以及波长转换单元12，所述凹凸透镜单元11能够作为所述波长转换单元12的支承体，起到模具和支承的作用。

所述凹凸透镜单元11包括一凸面111以及位于所述凸面111相反一侧的一凹面112，所述凸面111以及所述凹面112的曲率半径可以是相同也可以是不同，例如，所述凸面111以及所述凹面112均可以是半径大小相同或者不相同的球面，所述凹面112形成有一凹槽113，所述波长转换单元12的一面与所述凹槽113贴合，以使所述波长转换单元12与所述凹凸透镜单元11之间无空气隙，所述凹凸透镜单元11的折射率可以与所述波长转换单元12的折射率一致，其中，所述的一致可以是相同或者是大致相同，如它们之间的折射率差值的绝对值不高于0.3，或者所述凹凸透镜单元11的折射率可以大于所述波长转换单元12的折射率，因此，所述凹凸透镜单元11可作为光提取元件，能够有效避免波长转换单元12的表面全反射引起的光提取效率较低的问题，提高光提取效率。

所述波长转换单元12的厚度由中心区域向周边的边缘递减，所述波长转换单元12的中心区域可以包括所述波长转换单元12的中心，所述波长转换装置10在使用时，可将激发光入射到所述波长转换单元12上的光斑的中心对准所述中心区域中厚度最大的位置处，在一较佳的实施方式中，所述波长转换单元12的厚度最大的位置可以是波长转换单元12的主光轴，所述凹凸透镜单元11的主光轴与所述波长转换单元12的主光轴可以是重合的，例如为激光的光源发出的光经过准直透镜等光学元件整形后入射至厚度由中心区域向周边的边缘递减的波长转换单元12，减小了光在波长转换单元12的边缘和中心区域的光程差，改善光在现有的波长转换装置中进行波长转换时，边缘的光程相比中心区域的光程大而使得光斑均匀性低的现象。

激光光源发出的光入射至波长转换单元12，经过较长时间后，会使波长转换单元12的温度较高，长时间处于较高温度下的波长转换单元12的寿命较短，在本实施例中，所述凹凸透镜单元11可以采用高热导率材料，热导率优选为大于5W/m·K，更优选的热导率大于等于10W/m·K，可提高所述波长转换单元12的散热效果，提高波长转换单元12的寿命。

所述波长转换单元12可以采用硅胶封装或者玻璃封装的YAG(钇铝石榴石)：Ce荧光材料，并且还可以掺杂有Al₂O₃、TiO₂等白色颗粒作为散射粒子。

所述波长转换单元12可以包括一第一表面121以及位于所述第一表面121相反一侧的一第二表面122，所述第一表面121的边缘和所述第二表面122的边缘可相交接，所述第一表面121和所述第二表面122的交接处可邻近或者重合于所述凹槽113的边缘，波长转换单元12在主光轴位置处的厚度最大，逐渐向交接处减小。本实施例中，所述第二表面122可作为所述波长转换单元12的入射面，所述第一表面121可作为所述波长转换单元12的出射面，其中所述第一表面121为凸面，所述第一表面121与所述凹槽113贴合。激光光源从波长转换单元12的第二表面122进入波长转换单元12中进行波长转换，而后从波长转换单元12的第一表面121出射，凹凸透镜单元11作为光提取元件，提取从第一表面121出射的光后从凹凸透镜单元11的凸面111出射。

在本实施例中，所述第二表面122可以是平面、凸面或者凹面，分别如图1、图2以及图3所示，所述第二表面122优选为平面，更加方便波长转换单元12制作。

本实施例的波长转换装置10可应用于光源装置100中，如图4所示，所述光源装置100包括光源110、聚光透镜120、所述波长转换装置10以及收集透镜130，其中光源110可以采用激光光源，例如发出蓝光的激光光源。所述光源110发出的光经过所述聚光透镜120后聚焦于所述波长转换单元12附近，从波长转换单元12的第二表面122入射至波长转换单元12中，经过波长转换单元12边缘的光的光程相比现有的波长转换装置10而言减小，边缘和中心的光程差减小，经过波长转换单元12转换后发出来的光能够混合均匀，改善出射光斑光色不均匀现象；经过凹凸透镜单元11提取光后入射至收集透镜130后发出，可提高光提取效率。

本实施方式所提供的光源装置100，出射光斑光色均匀，当用蓝色激发光作为激发光时，可有效避免出现出射光斑边缘出现黄圈的现象。本实施方式所提供的光源装置100可以应用于投影设备中，能够改善投影设备的投影画面的显示效果。

第二实施例

请参阅图5-7，图5-7分别是本发明的第二实施例的不同结构的波长转换装置20的结构示意图。本实施例与第一实施例的主要区别在于，本实施例还包括反射层13，本实施例所提供的波长转换装置20为反射式结构，应当理解的是，第一实施例中的各具体实施方式能够相应地适用于本实施例中。

如图5-7所示，在波长转换单元12的第二表面122上设置一反射层13，反射层13可以覆盖所述凹凸透镜单元11的与所述第二表面122同侧的表面上，反射层13可以采用硅胶或玻璃封装的Al₂O₃、TiO₂等白色颗粒材料。激光光源从凹凸透镜单元11的凸面111入射，经过凹凸透镜单元11后，从波长转换单元12的第一表面121入射至波长转换单元12进行波长转换，未经过波长转换单元12转换的激发光再次从第二表面122出射后经反射层13反射再经过波长转换单元12继续进行波长转换，与已转换的激发光一并通过凹凸透镜单元11后出射，波长转换单元12的不仅出射光斑光色均匀，而且波长转换效率好。

本实施例的波长转换装置20可应用于光源装置200中，如图8所示，所述光源装置200包括光源210、聚光透镜220、分光滤光片230、所述波长转换装置20以及收集透镜240，其中光源210可以采用激光光源，例如发出蓝光的激光光源。光源210发出的光经过所述聚光透镜220后聚焦于所述分光滤光片230附近，分光滤光片230将光反射至收集透镜240后入射至波长转换装置20，从凹凸透镜单元11的凸面111入射，经过凹凸透镜单元11后，从波长转换单元12的第一表面121入射至波长转换单元12进行波长转换，未经过波长转换单元12转换的激发光再次从第二表面122出射后经反射层13反射再经过波长转换单元12继续进行波长转换，与已转换的激发光一并通过凹凸透镜单元11后从凸面111出射，出射光可全部或者部分从分光滤光片230透射发出。

本实施方式所提供的光源装置200，波长转换效率好，出射光斑光色均匀,当用蓝色激发光作为激发光时，可有效避免出现出射光斑边缘出现黄圈的现象。本实施方式所提供的光源装置100可以应用于投影设备中，能够改善投影设备的投影画面的显示效果。

第三实施例

如图9所示，图9本发明一实施例提供的波长转换装置的制备方法的流程图，本实施例所提供的波长转换装置的制备，可以包括以下步骤：

S11：提供一凹凸透镜单元。

其中，所述凹凸透镜单元11用以作为支承体，所述凹凸透镜单元11可以包括一凸面111以及位于所述凸面111相反一侧的一凹面112，所述凸面111以及所述凹面112的曲率半径可以是相同也可以是不同，所述凹面112形成有一凹槽113，凹槽113作为模腔。

所述凹凸透镜单元11可以采用高热导率材料，热导率优选为大于5W/m·K，更优选的热导率大于等于10W/m·K，可提高在步骤S103中制得的所述波长转换单元12的散热效果，提高波长转换单元12的寿命。

S12：在所述凹凸透镜单元的凹槽中填充波长转换浆料。

可以先配置含有适量荧光材料(如YAG：Ce荧光材料)的硅胶或玻璃粉浆料，可以在硅胶或玻璃粉浆料加入Al₂O₃、TiO₂等白色颗粒作为散射粒子，将通过刮涂的方式使所述波长转换浆料填满所述凹凸透镜单元11的凹槽113中。

S13：所述波长转换浆料经固化后形成波长转换单元，其中，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。

经固化(如热固化或者烧结)后的浆料形成波长转换单元，所述波长转换单元的一面与凹凸透镜单元的凹槽113贴合，所述波长转换单元的折射率与所述凹凸透镜单元的折射率可以大致相同(如它们的差值绝对值在0.3之内)，或者所述凹凸透镜单元的折射率不低于所述波长转换单元的折射率，如此凹凸透镜单元11可作为光提取元件，提取经波长转换单元12波长转换后的光。

第四实施例

如图10所示，在本实施例提供的波长转换装置的制备方法中，与第三实施例中的制备方法主要区别在于：本实施例还包括制备反射层的步骤。适用于第三实施例中的各具体方案也可以相应的适用于本实施例中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

本实施例可以包括以下步骤：

S21：提供一凹凸透镜单元。

S22：在所述凹凸透镜单元的凹槽中填充波长转换浆料。

S23：所述波长转换浆料经固化后形成波长转换单元，其中，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。

S24：在所述波长转换单元的外露的表面上涂覆一定厚度的光反射材料。

本步骤也可以通过刮涂的方式，在波长转换单元的第二表面上涂覆一定厚度的光反射材料，如硅胶或玻璃封装的Al₂O₃、TiO₂等白色颗粒材料。

S25：所述光反射材料经固化后形成反射层。

本实施例所提供的波长转换装置20为反射式结构，不仅出射光斑光色均匀，而且波长转换效率好。

本申请的说明书和权利要求中，词语“包括/包含”和词语“具有/包括”及其变形，用于指定所陈述的特征、数值、步骤或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数值、步骤、组件或它们的组合。

本发明的一些特征，为阐述清晰，分别在不同的实施例中描述，然，这些特征也可结合于单一实施例中描述。相反，本发明的一些特征，为简要起见，仅在单一实施例中描述，然，这些特征也可分开单独或以任何合适的组合于不同的实施例中进行描述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种波长转换装置，其特征在于，包括凹凸透镜单元和波长转换单元，所述波长转换单元收容于所述凹凸透镜单元的凹槽中，所述波长转换单元的一表面与所述凹槽贴合，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。

2.如权利要求1所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换单元的位于所述一表面相反一侧的另一表面上设有反射层。

3.如权利要求1或2所述的波长转换装置，其特征在于，所述波长转换单元的位于所述一表面相反一侧的另一表面为凹面、平面或凸面。

4.如权利要求1或2所述的波长转换装置，其特征在于，所述凹凸透镜单元的折射率与所述波长转换单元的折射率一致，或，所述凹凸透镜单元的折射率不低于所述波长转换单元的折射率。

5.如权利要求1或2所述的波长转换装置，其特征在于，所述凹凸透镜单元采用高导热率的材料制作。

6.一种光源装置，其特征在于，所述光源装置包括如权利要求1-5任一项所述的波长转换装置。

7.一种光源装置，其特征在于，所述光源装置包括光源、聚光透镜、如权利要求1所述的波长转换装置，所述光源装置发出的光经过聚光透镜后聚焦于所述波长转换单元附近，并从所述波长转换单元进行波长转换得到受激光，所述受激光穿过所述凹凸透镜单元后出射。

8.一种光源装置，其特征在于，所述光源装置包括光源、聚光透镜、分光滤光片、如权利要求2所述的波长转换装置，所述光源装置发出的光经过聚光透镜后聚焦于所述分光滤光片附近，通过所述分光滤光片反射依次进入所述凹凸透镜单元以及所述波长转换单元，通过所述波长转换单元进行波长转换后经过所述反射层，再依次穿过所述波长转换单元以及所述凹凸透镜单元后进入所述分光滤光片后出射。

9.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括如权利要求6-8任一项所述的光源装置。

10.一种波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供一凹凸透镜单元；

在所述凹凸透镜单元的凹槽中填充波长转换浆料；

所述波长转换浆料经固化后形成波长转换单元，其中，所述波长转换单元的厚度由中心区域向周边的边缘递减。

11.如权利要求10所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，在固化后形成波长转换单元之后，所述方法还包括：

在所述波长转换单元的外露的表面上涂覆一定厚度的光反射材料；

所述光反射材料经固化后形成反射层。

12.如权利要求10或11所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述在所述凹凸透镜单元的凹槽中填充波长转换浆料，包括：

通过刮涂的方式使所述波长转换浆料填满所述凹凸透镜单元的凹槽中。

13.如权利要求10或11所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述凹凸透镜单元的折射率与所述波长转换单元的折射率一致，或者，所述凹凸透镜单元的折射率不低于所述波长转换单元的折射率。

14.如权利要求10或11所述的波长转换装置的制备方法，其特征在于，所述凹凸透镜单元采用高导热率的材料制作。