CN207636891U - 一种基于上转换发光材料的白光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于上转换发光材料的白光源，包括，激光调制器、激发源、光纤、分光系统、荧光粉涂层以及导光板；激光调制器与激发源连接用于调节激发源的激光输出功率，光纤一端与激发源耦合另一端与分光系统耦合，用于将激发源发出的激光传输至分光系统，分光系统将传输至其内的激光调制成多个线形激光后输出至涂有荧光粉涂层的导光板一侧，荧光粉涂层涂敷在导光板的激光照射的一侧，导光板内具有各种疏密、大小不一的导光点用于将入射的激光进行散射并从导光板的正面射出。该背光源具有结构简单，且产生热量少、产生光线均匀等优点。

Description

一种基于上转换发光材料的白光源

技术领域

本实用新型涉及一种基于上转换发光材料的白光源，具体涉及一种用于液晶显示的背光源。

背景技术

液晶显示(LCD)面板不能主动发光，需要依靠背光源将光线穿过显示面板以展现图形与图像，因此背光源的技术直接影响LCD的画质。目前，LCD背光照明所采用的光源主要有冷阴极荧光灯(CCFL)和发光二极管(LED)。相比于CCFL， LED的色域更宽、使用寿命更长，且无汞蒸气污染，在LCD背光照明中更具竞争力，目前已经成为LCD背光照明用的主流光源。

根据获得白光的不同方式，LED器件可分为红、绿、蓝三基色LED混合型的白光源和蓝光LED芯片结合黄色荧光粉的荧光转换型白光源。当前，三基色LED 混合型白光LED光源存在的主要问题在于，三基色LED发光的混色不均匀,造成画质不清楚。与之相比，荧光粉转换型的白光LED光源不受上述限制，因此更受欢迎。然而，由于黄色荧光粉的光谱较宽，光转换型白光LED的很多光谱成份在实际应用过程中并无用处。需要利用滤膜滤掉这些光谱成分，但滤掉的这些波段会引起热效应，危害整个光源系统的可靠性。另外，这种基于下转换原理的发光材料很容易受到高能光子的辐射而降低发光性能。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题提出了一种基于上转换发光材料的白光源，该白光源通过使用激光作为光源入射到荧光粉涂层上，形成均匀的白光，并通过导光板射出，该背光源色质稳定，且无需滤光产生热量小。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种基于上转换发光材料的白光源，包括，激光调制器、激发源、光纤、分光系统、荧光粉涂层以及导光板；所述激光调制器与所述激发源连接用于调节所述激发源的激光输出功率，所述光纤一端与所述激发源耦合另一端与所述分光系统耦合，用于将所述激发源发出的激光传输至所述分光系统，所述分光系统将传输至其内的激光调制成多个线性激光后输出至涂有荧光粉涂层的导光板一侧，所述荧光粉涂层涂敷在所述导光板的激光照射的一侧，所述导光板内具有各种疏密、大小不一的导光点用于将入射的激光进行散射并从所述导光板的正面射出；

进一步地，所述分光系统包括准直输入单元、内部光路调配单元以及线形输出单元，所述准直输入单元包括准直透镜，所述准直透镜用于将所述光纤传输的激光进行准直并沿一定入射角度照射到所述内部光路调配单元，所述内部光路调配单元包括平行布置的n个分束镜和一个反射镜，1≤n，所述激光的入射方向与所述分束镜的镜面夹角α为45°角，所述激光的入射方向与所述分束镜和反射镜的布置方向的夹角β为90°角，从激光入射一端起的第i个分束镜的反射率与透射率之比为(n+1-i)：1，1≤i≤n，所述线性输出单元包括n+1个与所述分束镜和反射镜位置相对应的一字线形镜片，入射到内部光路调配单元的激光束经过所述分束镜的透射和反射镜的反射后通过所述一字线形镜片输出；

进一步地，所述荧光粉涂层采用色稳定三基色上转换荧光粉制成并通过胶水调配涂敷在所述导光板的一侧端面上；

进一步地，所述激发源是980nm近红外半导体激光器；

进一步地，还包括用于进行调节所述分光系统与所述导光板之间距离的分光系统位置调节装置；

进一步地，所述分束镜的个数为2个，所述两个分束镜的反射率和透射率之比分别为2:1和1:1；

进一步地，用于调配荧光粉的胶水为光学级亚克力胶水。

进一步地，所述荧光粉涂层由上转换功率相同的红、绿、蓝三基色上转换发光粉按照获得等能白光的比例混合得到。

与现有技术比较，本实用新型所述的一种基于上转换发光材料的白光源具有以下有益效果：1、上转换发光使用低能的980nm近红外光子激发荧光粉，对荧光粉无任何损害，因此可以提升红外辐射源的功率，获得下转换发光所无法实现的超高亮度白光；2、用作发光中心的荧光粉在近红外辐射下只发射很窄的谱带，从而无需滤光处理；3、采用光纤对激发源产生的激光进行传输方便合理布置激发源与分光系统的位置，使得结构简单；4、采用分光系统可以将激发源发出的激光束均匀的入射到导光板的荧光粉涂层上，保证了产生光线的均匀； 5、分光系统与导光板距离可调，可以方便调节照射在荧光粉涂层上的光照度的均匀度；6、采用光学级亚克力胶水粘结荧光粉，可以较少胶水对光源的影响，保证光线质量。

附图说明

图1为本实用新型的基于上转换发光材料的白光源的结构图；

图2为本实用新型的分光系统的结构图。

图中：1、激光调制器，2、激发源，3、光纤，4、分光系统，41、准直透镜，42、分束镜，43、反光镜、44、一字线形镜片，5、荧光粉涂层，6、导光板，61、导光点。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的基于上转换发光材料的白光源，包括，激光调制器1、激发源2、光纤3、分光系统4、荧光粉涂层5以及导光板6。激光调制器1与激发源2连接用于调节激发源2的激光输出功率，光纤3一端与激发源2耦合另一端与分光系统4耦合，用于将激发源2发出的激光传输至分光系统4，分光系统4将传输至其内的激光调制成多个线形激光后输出至涂有荧光粉涂层5的导光板6的一侧，荧光粉涂层5涂敷在导光板6的激光照射的一侧，导光板6内具有各种疏密、大小不一的导光点61用于将入射的激光进行散射并从导光板6的正面射出。

具体地，激光调制器1可以改变输入到激发源2上的电流大小从而调节激发源2输出的激光束的功率。本实施例中，激发源2采用的是980nm近红外半导体激光器，980nm近红外半导体激光器具有良好的单色性可以保证激发荧光粉涂层时光源的单一性，同时980nm近红外半导体激光器具有较低的制造成本，可以降低整个系统的造价成本。

激光源2发出的近红外激光束经过光纤3传输至分光系统4。采用光纤3进行激光束的传输可以根据需要进行激发源2与分光系统4的位置布置，同时方便激光束的传输使得结构简单。

经过光纤3传输的激光束输入至分光系统4。如图2所示，分光系统包括准直输入单元、内部光路调配单元以及线形输出单元。光纤3与分光系统的准直输入单元耦合，准直输入单元包括准直透镜41用于将光纤输入的激光束进行准直并沿一定角度入射到分光系统的内部光路调配单元。内部光路调配单元包括n 个分束镜42和一个反射镜43(1≤n)，多个分束镜42和反射镜43相互平行布置，激光的入射方向与分束镜42的镜面夹角α为45°角，激光的入射方向与分束镜42和反射镜43的布置方向的夹角β为90°角。多个分束镜42的反射率与透射率的关系如下：从激光入射一端起的第i个分束镜42的反射率和透射率之比为(n+1-i)：1，1≤i≤n，这样从每个分束镜42中透射出的光线强度均为 1:(n+1)，使得射出的光强均匀。在本实施例中，采用了两个分束镜42，因此从准直入射端处的第1个分束镜的反射率与透射率的比2:1，第2个分束镜的反射率与透射率的比值为1:1。因此，通过第一分束镜和第二分束镜的透射光与反射镜的反射光的强度比为1:1:1。在分束镜的透射光路上和反射镜的反射光路上具有线形输出单元，线形输出单元包括多个将经分束镜透射和反射镜反射的光进行线形输出的一字线形镜片44，如图2中所示，从一字线形镜片44输出的激光束成为多个长条的线形光束。

从一字线形镜片44输出的激光束均匀入射到导光板6的一侧，在导光板6 上激光束入射的一侧端面上涂有荧光粉涂层5，荧光粉涂层5由上转换功率关系相同的红、绿、蓝三基色上转换发光粉按照获得等能白光的比例混合得到，混合的荧光粉混合光学级亚克力胶水并粘结在导光板的一侧面上。从分光系统射出的激光束入射到荧光粉涂层上，荧光粉涂层受激光束的激发产生白色光。

导光板的材质为PMMA，内部含有各种疏密、大小不一的导光点61，导光点 61接受光线照射后，在导光点的散射作用下使照射的光线散射到各个方向，并最终从导光板的正面射出，形成背光源。

进一步地，还包括用于进行调节所述分光系统与所述导光板之间距离的分光系统位置调节装置。分光系统位置调节装置可以是采用将分光系统安装在导轨上并通过丝杆结构进行调节，也可以直接通过步进电机等结构驱动分光系统前后移动(丝杆结构和步进电机等结构均为常规手段，因此本实施例中，没有具体给出相应结构)，以改变分光系统与导光板的距离，从而调节激光束入射到荧光粉涂层上的光照度的均匀度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：包括，激光调制器(1)、激发源(2)、光纤(3)、分光系统(4)、荧光粉涂层(5)以及导光板(6)；

所述激光调制器(1)与所述激发源(2)连接用于调节所述激发源(2)的激光输出功率，所述光纤(3)一端与所述激发源(2)耦合另一端与所述分光系统(4)耦合，用于将所述激发源(2)发出的激光传输至所述分光系统(4)，所述分光系统(4)将传输至其内的激光调制成多个线性激光后输出至涂有荧光粉涂层(5)的导光板(6)一侧，所述荧光粉涂层(5)涂敷在所述导光板(6)的激光照射的一侧，所述导光板(6)内具有各种疏密、大小不一的导光点(61)用于将入射的激光进行散射并从所述导光板(6)的正面射出。

2.根据权利要求1所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：所述分光系统(4)包括准直输入单元、内部光路调配单元以及线形输出单元，所述准直输入单元包括准直透镜(41)，所述准直透镜(41)用于将所述光纤(3)传输的激光进行准直并沿一定入射角度照射到所述内部光路调配单元，所述内部光路调配单元包括平行布置的n个分束镜(42)和一个反射镜(43)，1≤n，所述激光的入射方向与所述分束镜(42)的镜面夹角α为45°角，所述激光的入射方向与所述分束镜(42)和反射镜(43)的布置方向的夹角β为90°角，从激光入射一端起的第i个分束镜(42)的反射率与透射率之比为(n+1-i)：1，1≤i≤n，所述线性输出单元包括n+1个与所述分束镜和反射镜位置相对应的一字线形镜片(44)，入射到内部光路调配单元的激光束经过所述分束镜(42)的透射和反射镜(43)的反射后通过所述一字线形镜片(44)输出。

3.根据权利要求1或2所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：所述荧光粉涂层(5)采用色稳定三基色上转换荧光粉制成并通过胶水调配涂敷在所述导光板的一侧端面上。

4.根据权利要求3所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：所述激发源(2)是980nm近红外半导体激光器。

5.根据权利要求4所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：还包括用于进行调节所述分光系统(4)与所述导光板(6)之间距离的分光系统位置调节装置。

6.根据权利要求2所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：所述分束镜(42)的个数为2个，所述两个分束镜(42)的反射率和透射率之比分别为2:1和1:1。

7.根据权利要求3所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：用于调配荧光粉涂层的胶水为光学级亚克力胶水。

8.根据权利要求1所述的基于上转换发光材料的白光源，其特征在于：所述荧光粉涂层由上转换功率相同的红、绿、蓝三基色上转换发光粉按照获得等能白光的比例混合得到。