CN113867089A - 一种用于投影装置中的匀光器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，包括：基板，所述基板包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；匀光结构，所述匀光结构设于所述基板第一表面，且所述匀光结构为凸起和/或凹陷结构；驱动部件，所述驱动部件与所述基板连接，使的所述基板反复运动的频率不低于10赫兹。本发明提供的匀光器件与驱动部件相连接，使的所述匀光器件反复运动的频率不低于10赫兹，且所述匀光器件表面设有微纳结构，这样匀光器件在激光光束照射在表面上时，经匀光器件表面的微结构，使光束分散能够达到消散光斑，同时因高速旋转，其照射位置有规律变化，使激光照射的集中点分散，从而提高激光耐受性，避免长期照射固定位置而烧蚀失效。

Description

一种用于投影装置中的匀光器件

技术领域

本发明涉及投影装置技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种用于投影装置中的匀光器件。

背景技术

目前激光投影显示的光路设计大多采用以蓝色激光作为光源，以汇聚透镜组、扩散片、分光片将激光引导至光学转换装的波长转换层上，通过短波长的激光激发不同颜色的荧光粉以产生红绿蓝三基色的基色光，再经反射镜、滤色轮、光棒等光学元件将激发光与未转换的激光混合光引导至投影镜头，形成投影画面。此激光荧光混合光源相对于灯泡光源、LED光源及纯激光光源分别具有寿命长、亮度高、性价比高的优势，因此成为投影设备的理想光源。

随着投影显示技术的不断发展，市场对投影设备的性能参数要求越来越高，高亮度、高性能、高色域以及尽可能小的体积成为发展趋势。按参数要求选择不同方案，如提高亮度、性能方面，大多是采用提高激光光源功率、提高各元器件性能来获取高亮度激发光。如果要提高色域、亮度、性能，往往是采用激光荧光加三基色补光获取，或者直接采用纯三基色光源，此方案亮度高、色域范围广、光路简单。目前绿色激光与红光激光的技术不断成熟，成本大幅度下降，已成为投影显示技术的发展趋势。

不管采用何种光源方案来提高亮度、性能，对光路中的各元件性能要求都有不同程度的提高。如对准直型激光光束的处理方面，在低激光功率下可采用静态扩散片进行扩散消散斑处理，但在高功率下或纯激光光源下，因激光发射角非常小，且光斑中心光强很高，长时间照射在静态扩散片上的某点，容易使其膜层或基材出现损伤，导致后续光路的各装置损坏。因此，在高激光功率或纯激光光源应用环境下，如何保证其可靠性的扩散器件是目前研究的课题。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于投影装置中的匀光器件以解决上述的技术问题。

本发明的一个技术方案是：

一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；

匀光结构，所述匀光结构设于所述基板第一表面，且所述匀光结构为凸起和/或凹陷结构；

驱动部件，所述驱动部件与所述基板连接，使的所述基板反复运动的频率不低于10赫兹。

在其中一实施例中，所述基板第一表面设有光学间隔层，所述光学间隔层远离基板一侧设有匀光结构。

在其中一实施例中，所述匀光结构随机或伪随机分布于所述基板第一表面。

在其中一实施例中，当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为1°~20°。

在其中一实施例中，所述匀光结构规则排布于所述基板第一表面，且所述匀光结构排列至少构成一个圆或一个环，所述圆或者环包括多个匀光结构；其中，所述匀光结构的顶角范围为95°~150°。

在其中一实施例中，所述基板与所述光学间隔层之间还设有增透层，使的所述匀光器件的透过率不小于60%。

在其中一实施例中，所述基板第二表面设有匀光结构；或者所述基板第二表面设有第二光学间隔层，所述第二光学间隔层远离所述基板一侧设有匀光结构。

在其中一实施例中，至少存在一匀光结构是通过将相邻的匀光结构旋转而得到，且当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为1°~20°。

在其中一实施例中，所述基板为金属材质；或者所述基板为金属材质，且所述匀光结构表面设有反射层，当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为15°~50°。

在其中一实施例中，所述匀光结构还可以是匀光层，所述匀光层中设有匀光粒子。

本发明的有益效果：本发明提供的一种用于投影装置中的匀光器件，该匀光器件与驱动部件相连接，使的所述匀光器件反复运动的频率不低于10赫兹，且所述匀光器件表面设有微纳结构，这样匀光器件在激光光束照射在表面上时，经匀光器件表面的微结构，使光束分散能够达到消散光斑，同时因高速旋转，其照射位置有规律变化，使激光照射的集中点分散，从而提高激光耐受性，避免长期照射固定位置而烧蚀失效。

附图说明

图1为本发明一种用于投影装置中的匀光器件的平面结构示意图；

图2为本发明一种用于投影装置中的匀光器件的一种截面结构示意图；

图3为本发明一种用于投影装置中的匀光器件另一种截面结构示意图；

图4为本发明一种用于投影装置中的匀光器件另一种截面结构示意图；

图5为本发明一种用于投影装置中的匀光器件另一种截面结构示意图；

图6为本发明一种用于投影装置中的匀光器件另一种截面结构示意图；

图7为本发明一种用于投影装置中的匀光器件另一种截面结构示意图；

图8为本发明一种用于投影装置中的匀光器件另一种截面结构示意图；

图9本发明一种用于投影装置中的匀光器件中匀光结构排列结构示意图；

图10本发明一种用于投影装置中的匀光器件中匀光结构排列另一结构示意图；

图11本发明一种用于投影装置中的匀光器件中入射光以及匀光角结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明公开一种用于投影装置中的匀光器件，包括：

基板，所述基板包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；所述基板可以为透明结构，也可以是不透明的结构，或者为半透明的结构，且该基板可以承受照射光所带来的高温，例如照射光为激光，激光照射在基板上会产生高温，此时的高温不能损坏基板，所以要求基板能够承受高温，以免造成基板损坏，影响器件的光学性能；其中，所述基板可以是玻璃，也可以是金属，或者其他可以耐高温的物质。

匀光结构，所述匀光结构设于所述基板第一表面，且所述匀光结构为凸起和/或凹陷结构；所述匀光结构主要目的是为了将入射的激光分散，以达到消除散斑；所述凸起和/或凹陷结构可以直接形成于基板表面，可以通过化学蚀刻工艺或者光刻的工艺形成，所述匀光结构。例如，设置在透明基板表面的匀光结构为随机形成的细微的凹凸结构，该表面通过化学蚀刻工艺或散射颗粒涂层形成，当激光光束通过此结构基板，形成亮度分布从中心向边缘缓慢变化，此亮度分布似高斯分布；另一种设置在透明基板表面的匀光结构为多个微透镜阵列有规律分布结构时，此表面为光刻工艺形成，激光光束通过此结构基板，形成亮度均匀、平滑变化，此亮度分布似平顶型分布。

驱动部件，所述驱动部件与所述基板连接，使的所述基板反复运动的频率不低于10赫兹；所述驱动部件与基板连接，通过驱动部件使的基板反复运动，所述基板可以是转动，也可以是产生一定位移的往返运动，或者在一定区域内的无规律随机或伪随机的运动，目的就是使其照射位置因为基板的运动一直在变化，使激光照射的集中点分散，从而提高基板的激光耐受性，避免长期照射基板固定位置而烧蚀失效。

在其中一实施例中，所述基板第一表面设有光学间隔层，所述光学间隔层远离基板一侧设有匀光结构；该种结构的匀光器件的匀光结构并不是直接形成与所述基板上，而是在基板的表面设置光学间隔层，在光学间隔层上设置匀光结构，所述光学间隔器需要耐高温，例如二氧化硅、金属层、硅层等；另外，光学间隔层还有另一个作用，增加基板的整体厚度，其中，基板厚度0.5μm~2mm,光学间隔层厚度1μm~100um，这样可以增加光线在基板内部的传输光程，当在基板的另一面这有反射结构时，配合匀光结构使得激光在光学间隔层与基板中来回的反射，到达更好的匀光效果。

在其中一实施例中，所述匀光结构随机或伪随机分布于所述基板第一表面；匀光结构为随机形成的细微的凹凸结构，当激光光束通过此结构基板，形成亮度分布从中心向边缘缓慢变化，此亮度分布似高斯分布。

在其中一实施例中，当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为1°~20°，所述匀光角度可以是光束半高角度，也可以是光束全角角度；其中，光束半高角度是指光束呈圆堆体，光的强度从中心位置向外围呈高斯分布，中心光强最高，到光强是中心光强一半时构成的外圆，此时圆堆的顶点（匀光器件位置）到此外圆直径端点围成的夹角就是半高角度 ；平顶型只有全角，是指亮度区域最亮部分围成的圆直径，端点与直径围成的角度。

在其中一实施例中，所述匀光结构规则排布于所述基板第一表面，且所述匀光结构排列至少构成一个圆或一个环，所述圆或者环包括多个匀光结构，匀光结构为多个微透镜阵列有规律分布结构时，此表面为光刻工艺形成，激光光束通过此结构基板，形成亮度均匀、平滑变化，此亮度分布似平顶型分布；对于匀光结构的规则排布，至少存在一匀光结构是通过将相邻的匀光结构旋转而得到，且当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为1°~20°；为了保证匀光结构的更好的匀光效果，其中，所述匀光结构的顶角范围为95°~150°。

在其中一实施例中，所述基板与所述光学间隔层之间还设有增透层，使的所述匀光器件的透过率不小于60%；当然，所述增透层同样也是设置在基板的另一侧，同样可以在基板与光学间隔层之间设增透层的同时在基板的另一侧也设置增透层，设置增透层可以很好的增加激光的透过率，减少激光或者入射光的损失，保证入射光或者激光的能量衰减更少。

在其中一实施例中，所述基板第二表面设有匀光结构；或者所述基板第二表面设有第二光学间隔层，所述第二光学间隔层远离所述基板一侧设有匀光结构；该种匀光器件设有两层匀光结构，这样可以加大匀光效果，而且这两种都是在基板第二表面设置匀光结构；当然，还可以在第一表面的第一匀光结构上，设置光学间隔层，然后在光学间隔层远离匀光结构一侧设置第二匀光结构，此时要求第一匀光结构使用材料的折射率与所述光学间隔层的折射率不同，存在折射率差，且折射率差的绝对值不小于0.1，其中，光学间隔层的折射率一般小于基板的折射率。

在其中一实施例中，所述基板为金属材质；或者所述基板为金属材质，且所述匀光结构表面设有反射层，当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为15°~50°，该种结构的匀光器件的激光或者入射光是通过反射的方式射出，由于金属本身具有一定的反射性能，所以可以直接利用金属基底本身的反射性，或者在匀光结构表面在设置反射层，对光线进行方式。

在其中一实施例中，所述匀光结构还可以是匀光层，所述匀光层中设有匀光粒子，前面所描述匀光器件都是通过匀光结构来实现，该实施例采用匀光层来实现匀光，所谓的匀光层就是在材料中加有匀光粒子，匀光粒子可以实现匀光结构的匀光功能，且所述的匀光层可以直接形成于基板表面，无论基板是透过还是不透过，都可以设置在基板的表面，并且匀光粒子随机的设于匀光层中，匀光效果更加具有随机性，这样匀光效果更加。

请参阅图1，一种用于投影装置中的匀光器件100，包括基板10以及驱动部件20，所述驱动部件20与所述基板10连接，且所述驱动部件20使的所述基板10反复运动的频率不低于10赫兹；通过驱动部件20使的基板10反复运动，所述基板10可以是转动，也可以是产生一定位移的往返运动，或者在一定区域内的无规律随机或伪随机的运动；其目的就是为了不让激光或入射光持续不变的照射基板同一个位置，避免基板被激光或者入射光的损坏。

请参阅图2以及图3，一种用于投影装置中的匀光器件100，所述基板10表面设有光学间隔层30，所述基板10为玻璃，所述光学间隔层30远离基板10一侧设有匀光结构40，所述匀光结构40为凸起和/凹陷的结构，且随机的设置于所述光学间隔层30的一侧，所述光学间隔层30可以是二氧化硅、玻璃层、硅层、金属等能够耐高温的材料，当然，光学间隔层30在耐高温要求不高的前提下还可以为UV胶、热固化胶等聚合物；图3中的匀光器件100的结构与图2相似，主要区别在于：所述光学间隔层30远离基板10一侧设有匀光结构41，所述匀光结构41为凸起结构，所述凸起结构截面为圆弧状，且匀光结构41之间没有间隔，当然，匀光结构41之间也可以设有间隔，且所述间隔不大于匀光结构41的平均直径的四分之一，这样才能满足匀光结构41所要达到的匀光效果；其中，所述匀光结构41的截面还可以是梯形、三角形、长方形或者其他的异形结构。

请参阅图4，一种用于投影装置中的匀光器件100，所述基板10一表面设有一或第一光学间隔层30，相对设置的另一表面设有另一或第二光学间隔层31，所述基板10为玻璃，所述光学间隔层30远离基板10一侧设有匀光结构41，所述匀光结构41为凸起和/凹陷的结构，所述另一光学间隔层31远离基板10一侧设有匀光结构42，所述匀光结构42为凸起和/凹陷的结构；图示中给出的是将匀光结构41、42分别设于所述基板10的两侧；其实，还可以在光学间隔层30的表面在设置第三光学间隔层（这里的第一、第二、第三只是为了方便描述，不具有特定的意义），此时要求光学间隔层30与第三光学间隔层折射率不同，且折射率之差的绝对值不小于0.1，第三光学间隔层远离匀光结构41的一侧还可以设有匀光结构；在层叠结构上，所述基板10的两个表面可以设置匀光结构；可以在所述基板10一个表面设置两层的匀光结构；再者，可以在所述基板10两个表面设置匀光结构，然后在其匀光结构远离基板10的一侧在设置一层匀光结构，这样相当于所述基板表面共设置三层的匀光结构，以达到更加的匀光效果。

请参阅图5，一种用于投影装置中的匀光器件100，所述匀光结构40直接形成与所述基板10的表面，即所述匀光结构40与所述基板10为一体结构，这样使得匀光器件超薄的特性，成本也会降低；由于匀光结构40与所述基板10是一体结构，使的匀光器件变的轻薄，为了更好的实现匀光效果，可以在基板10的另一侧设有反射层，使激光或者入射光两次经过匀光结构，提高匀光效果，增强匀光器件的性能。

请参阅图6，一种用于投影装置中的匀光器件100，在图3结构的基础上，即在所述基板10表面设有光学间隔层30，所述基板10为玻璃，在所述基板10与所述光学间隔层30之间设有增透层50，使的匀光器件的整体透过率不小于60%；所述光学间隔层30远离基板10一侧设有匀光结构40，所述匀光结构40为凸起和/凹陷的结构；为了更好的实现匀光效果，可以在基板10的另一侧设有反射层，使激光或者入射光两次经过匀光结构，提高匀光效果，增强匀光器件的性能。

请参阅图7，一种用于投影装置中的匀光器件100，所述基板10表面设有匀光层60，所述匀光层60中设有匀光粒子，所谓的匀光层60就是在黏连剂或其他材料中加有匀光粒子，所述匀光粒子可以是玻璃粒子、反射粒子等能够达到匀光作用的材料，匀光粒子可以实现匀光结构的匀光功能，且所述的匀光层60可以直接形成于基板表面，无论基板是透过还是不透过，都可以设置在基板的表面，并且匀光粒子随机的设于匀光层中，匀光效果更加具有随机性，这样匀光效果更加。

请参阅图8，一种用于投影装置中的匀光器件100，所述基板11表面直接形成有 匀光结构43，所述基板11为不透光结构，例如铝基板等金属基板，激光或入射光可以通过基板11表面的匀光结构43直接反射，当然，为了增加反射性能，还可以在所述匀光结构43的变面设有反射层，且该反射层覆盖匀光结构43的表面，反射层的形貌与匀光结构43相仿。

请参阅图9、图10以及图11，所述匀光结构44规则排布于所述基板第一表面，且所述匀光结构44排列至少构成一个圆或一个环，所述圆或者环包括多个匀光结构44，匀光结构44为多个微透镜阵列有规律分布结构时，此表面为光刻工艺形成，激光光束通过此结构基板，形成亮度均匀、平滑变化，此亮度分布似平顶型分布；图9、图10对于匀光结构44的规则排布，至少存在一匀光结构44是通过将相邻的匀光结构44旋转而得到，如图11，当光线（实线）经过所述匀光器件时，形成的虚线匀光角度a为5°~20°；为了保证匀光结构的更好的匀光效果，其中，所述匀光结构44的顶角范围为95°~150°。

本发明提供的一种用于投影装置中的匀光器件，该匀光器件与驱动部件相连接，使的所述匀光器件反复运动的频率不低于10赫兹，且所述匀光器件表面设有微纳结构，这样匀光器件在激光光束照射在表面上时，经匀光器件表面的微结构，使光束分散能够达到消散光斑，同时因高速旋转，其照射位置有规律变化，使激光照射的集中点分散，从而提高激光耐受性，避免长期照射固定位置而烧蚀失效。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，包括：

基板，所述基板包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面；

匀光结构，所述匀光结构设于所述基板第一表面，且所述匀光结构为凸起和/或凹陷结构；

驱动部件，所述驱动部件与所述基板连接，使的所述基板反复运动的频率不低于10赫兹。

2.根据权利要求1所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述基板第一表面设有光学间隔层，所述光学间隔层远离基板一侧设有匀光结构。

3.根据权利要求1所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述匀光结构随机或伪随机分布于所述基板第一表面。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为1°~20°。

5.根据权利要求1所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述匀光结构规则排布于所述基板第一表面，且所述匀光结构排列至少构成一个圆或一个环，所述圆或者环包括多个匀光结构；其中，所述匀光结构的顶角范围为95°~150°。

6.根据权利要求2所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述基板与所述光学间隔层之间还设有增透层，使的所述匀光器件的透过率不小于60%。

7.根据权利要求1~6所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述基板第二表面设有匀光结构；或者所述基板第二表面设有第二光学间隔层，所述第二光学间隔层远离所述基板一侧设有匀光结构。

8.根据权利要求5所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，至少存在一匀光结构是通过将相邻的匀光结构旋转而得到，且当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为1°~20°。

9.根据权利要求1所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述基板为金属材质；或者所述基板为金属材质，且所述匀光结构表面设有反射层，当光线经过所述匀光结构时，形成的匀光角度为15°~50°。

10.根据权利要求1所述的一种用于投影装置中的匀光器件，其特征在于，所述匀光结构还可以是匀光层，所述匀光层中设有匀光粒子。

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