CN212276205U - 一种波长转换器件以及投影显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种波长转换器件，包括激发光源、表面设置有荧光粉的荧光板、设置在荧光板和激发光源之间的分光滤光元件；分光滤光元件设置在荧光板和激发光源之间，激发光源用于通过分光滤光元件向荧光板发射激光光线，以便荧光板上的荧光粉受激产生受激光线；分光滤光元件为对激发光线透射，对受激光线反射的元件，用于对向背离荧光板的出射方向出射的受激光线进行反射。本申请中的分光滤光元件仅仅只能透射激发光线，使得荧光板上受激发输出的荧光光线中向分光滤光元件的方向发射的光线被反射后可被再次利用，进而减少向荧光板受激输出的荧光光线的损失，提高荧光光线的有效利用率。本申请还提供了一种投影显示设备，具有上述有益效果。

Description

一种波长转换器件以及投影显示设备

技术领域

本实用新型涉及荧光激发技术领域，特别是涉及一种波长转换器件以及投影显示设备。

背景技术

荧光激发光源是指通过向荧光材料辐照激发光线，使得荧光材料吸收激发光线的光能受激，向外输出荧光光线，而输出的荧光光线的颜色和荧光材料的种类有关。基于此原理，即可采用激光光线激发不同的荧光材料获得多种颜色的光线。

但是对于目前基于激发荧光输出所需颜色的光源而言，荧光材料受激后向外输出的光线存在一定的发散性，会向多个不同方向辐射，而实际光路中又难以对各个不同方向发射的光线进行有效利用，进而导致受激产生的光线的利用效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种波长转换器件以及投影显示设备，提高了转换后的光线的利用率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种波长转换器件，包括激发光源、表面设置有荧光粉的荧光板、设置在所述荧光板和所述激发光源之间的分光滤光元件；

其中，所述分光滤光元件设置在所述荧光板和所述激发光源之间，所述激发光源用于通过所述分光滤光元件向所述荧光板发射激光光线，以便所述荧光板上的荧光粉受激产生受激光线；

所述分光滤光元件为对所述激发光线透射，对所述受激光线反射的元件，用于对向背离所述荧光板的出射方向出射的受激光线进行反射。

在本申请的一种可选地实施例中，所述荧光板为环形荧光板；

所述分光滤光元件靠近所述环形荧光板的表面为内凹面，所述内凹面环绕有缺口的所述环形荧光板被所述激发光线照射的部位设置。

在本申请的一种可选地实施例中，所述分光滤光元件为V型分光滤光元件、U型分光滤光元件或曲面分光滤光元件中的任意一种元件。

在本申请的一种可选地实施例中，所述分光滤光元件为滤光片、带通滤波器、二向色镜中的任意一种光学元件。

在本申请的一种可选地实施例中，所述荧光板上至少包括位于同一圆环上的第一转换区域和第二转换区域；还包括设置在所述荧光板的出射光路上的滤光轮；

所述滤光轮包括和所述第一转换区域相对应的第一滤光区域，还至少包括和所述第二转换区域相对应的第二滤光区域和第三滤光区域；

所述第一滤光区域为可透射经过所述第一转换区域输出的光线；所述第二滤光区域和所述第三滤光区域分别为可透射所述第二转换区域输出的光线中包含的两种不同的原色光线。

在本申请的一种可选地实施例中，所述激发光源为蓝光激发光源；

所述第一转换区域为反光区域或透光区域，所述第二转换区域为设置有黄色荧光粉的荧光区域；

所述第一滤光区域为可透射蓝色光线的蓝色滤光区域区域，所述第二滤光区域为红色滤光区域；所述第三滤光区域为绿色滤光区域。

在本申请的一种可选地实施例中，所述荧光板上的所述第一转换区域和第二转换区域为分别设置不同颜色荧光粉的荧光区域；

所述激发光源为蓝光光源或紫光光源。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一滤光区域为设有增透膜的透光区域。

在本申请的一种可选地实施例中，所述荧光板的的出射光路上还设置有聚光透镜，所述滤光轮的出射光路上还设置有匀光元件。

本申请还提供了一种投影显示设备，包括如上任一项所述的波长转换器件。

本实用新型所提供的一种波长转换器件，包括激发光源、表面设置有荧光粉的荧光板、设置在荧光板和激发光源之间的分光滤光元件；其中，分光滤光元件设置在荧光板和激发光源之间，激发光源用于通过分光滤光元件向荧光板发射激光光线，以便荧光板上的荧光粉受激产生受激光线；分光滤光元件为对激发光线透射，对受激光线反射的元件，用于对向背离荧光板的出射方向出射的受激光线进行反射。

本申请中的波长转换器件中，将用于受激产生输出受激光线的荧光板背离出射光路的一侧设置有分光滤光元件，该分光滤光元件仅仅只能透射激发光线，使得荧光板上受激发输出的荧光光线中向分光滤光元件的方向发散辐射的受激光线被反射后可被再次利用，进而减少向荧光板受激输出的荧光光线的损失，提高荧光光线的有效利用率。

本申请还提供了一种投影显示设备，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本申请实施例提供的波长转换器件的光路结构示意图；

图2为本申请实施例提供的荧光板的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的荧光板和滤光轮之间相对位置关系的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

波长转换器是指接收某一波长的光束入射照射后，可输出另一波长的光束。荧光板(也称之为荧光轮)是较常用的波长转换器之一。对于投射式的荧光板，其主要结构是在透光板材上铺设荧光材料，当荧光材料受激发光源的光束照射后，可激发产生荧光光线。一般荧光板出射荧光光线的方向是设定为背离激发光源所在位置的方向。但是，对于荧光板上荧光材料产生的荧光光线是向各个方向辐射的，尤其是荧光板的基板材料是透光板材，因此，就存在部分荧光光线向激发光源所在位置，也即是背离设定的荧光板的出射方向，导致该部分的荧光光线无法利用，而造成荧光光线的利用率低，以及荧光板的工作效率低。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的波长转换器件的光路结构示意图，该波长转换器件可以包括：

激发光源1、分光滤光元件2以及表面设置有荧光粉的荧光板3；

其中，分光滤光元件2设置在荧光板3和激发光源1之间，激发光源1用于通过分光滤光元件2向荧光板3发射激光光线，以便荧光板3上的荧光粉受激产生受激光线；

分光滤光元件2用于对激发光线透射且对受激光线反射。

当激发光源1的激发光线透过分光滤光元件2入射至荧光板3表面，若该激发光线的光斑照射至荧光板3上设置有荧光粉的荧光区域，那么，该荧光区域的荧光材料可吸收激发光线的能量并向外辐射荧光光线，也即是受激光线。

但是对于荧光光线而言，其并不完全是沿着激发光线入射的方向向外辐射的，而是自荧光板3上被辐射的位置向各个方向辐射。但是，在实际应用过程中，各个方向的荧光光线中，仅仅只有设定的光线输出方向(一般是激发光线的入射方向)的荧光光线能够被利用，而其他方向的光线则被浪费，导致荧光板3上被激发产生的荧光光线的利用率相对较低。

为此，本实施例中在激发光源1和荧光板3之间设置分光滤光元件2，其中，该分光滤光元件2是可以对激发光源1发出的激发光线可透射的，使得激发光线可透过该分光滤光元件2入射至荧光板3。当荧光板3设置荧光粉的区域相位辐射荧光光线时，会由部分荧光光线会向激发光源1所在位置辐射，而此时分光滤光元件2这只在激发光源1和荧光板3之间，因此向激发光源1所在位置辐射的荧光光线显然可以入射至分光滤光元件2，但是该分光滤光元件2对处理激发光线之外的光线反射，因此可以使得向分光滤光元件2的荧光光线的光路发生偏转，而大致上向整个波长转换器件出射光线的方向传输，进而使得该荧光光线可以有效利用，在一定程度上提升了荧光光线的利用率。

另外，在荧光板3背离激发光源的表面上相位辐射的荧光光线也是向外发散辐射的，为此，可以在荧光板3背离激发光源1的一侧设置聚光透镜5，在一定程度上汇聚荧光光线，进一步地提升荧光光线的利用率。

如图1所示，图1中的分光滤光元件2和荧光板1之间留有间隙。但这并不是本申请中唯一的实施方式。该分光滤光元件2也可以贴合荧光板1设置或者是其他的设置方式。

当分光滤光元件2和荧光板3贴合固定设置时，该荧光板3和分光滤光元件2的形状结构可以完成相同，均设置成环状。当荧光板3和分光滤光元件2之间不相对固定，只要在荧光板3被辐照位置附近设置分光滤光元件2即可。

可选地，在图1中分光滤光元件2为平板结构。但是在实际应用过程中，该分光滤光元件2并不仅限于平板结构。具体地参考图2，该荧光板2为环形结构，该分光滤光元件2具体可以包括：

分光滤光元件2靠近荧光板3的表面为内凹面，内凹面环绕环形的荧光板3被激发光线照射的环壁设置。

如图2所示，图2中分光滤光元件2相对于除激发光线之外的各种光线而言，相当于是一个凹面反射镜，该环形的荧光板3穿过该凹面镜内，那么也就使得该分光滤光元件2能够对荧光板3被激发光线照射的荧光区域向外辐射的荧光光线产生一定程度上的汇聚作用，进而进一步地提高荧光光线的利用率。

在图2中分光滤光元件2为近似的U型结构，但本申请中分光滤光元件2的结构还可以是拱形分光滤光元件、U型分光滤光元件、曲面分光滤光元件、V型分光滤光元件等等任意一种结构的分光滤光元件，只要能够将尽可能多的荧光光线反射利用即可。

综上所述，本申请中将分光滤光元件2和荧光板3配合使用，使得荧光板3在受到激发光束的照射时，向外辐射的荧光光线可被分光滤光元件反射并被有效利用，在一定程度上提高了荧光光线的有效利用率，提高波长转换器件的工作效率。

下面将以具体实施例对本申请中的波长转换器件进行详细介绍。

本申请中的波长转换器件一般往往需要将激发光线转换为多种不同波长的荧光光线。因此，波长转换器件在工作过程中，需要保持荧光板处于旋转状态，使得入射的光束可以分别照射到荧光板3上各种不同的荧光区域范围内。

可以参考图2，图2为本申请实施例提供的荧光板的结构示意图。在本申请的一种可选地实施例中，该波长转换器件可以包括：

荧光板3上至少包括位于同一圆环上的第一转换区域31和第二转换区域32；该第一转换区域31和第二转换区域32可以均采用扇形区域，且第一转换区域31和第二转换区域32可以均为设置有荧光粉的荧光区域，也可以一个为荧光区域一个为可透光或可反光的非荧光区域，对此本申请中不做具体限制。

荧光板1还连接有第一驱动电机4，用于驱动荧光板3以第一转换区域31和第二转换区域32所在圆环的圆心为中心旋转，以使激发光源1随着荧光板3的旋转依次透过分光滤光元件2照射到至第一转换区域31和第二转换区域32时，输出不同的光线。

激发光源1在工作过程中的位置是固定不变的，当需要改变激发光源1的光斑照射在荧光板1上的位置时，就需通过第一驱动装置驱动荧光板3旋转，使得荧光板3的各个不同区域依次被激发光束照射。

当然，对于图2所示的荧光板3上仅仅只包含第一转换区域31和第二转换区域32两个不同的转换区域。但是在实际应用过程中，该荧光板3上可以设置两个及两个以上不同的转换区域，各个转换区域内设置的荧光粉各不相同，且各个转换区域所占面积比例也可以根据实际输出的光线设定。

需要说明的是，对于本申请中的波长转换器件中，荧光板3在实际工作过程中，可以是始终保持旋转状态，使得激发光束依次循环照射各个不同的转换区域，使得波长转换器件交替输出不同波长的光束。但是，在某些应用中，荧光板3可以仅仅在开始工作之前旋转到合适角度，使得激发光源1的光斑照射到荧光板3上特定的转换区域内，使得荧光板3某一特性区域的荧光区域持续发出特定颜色的光束。由此可见荧光板3在实际应用过程中，可以是旋转状态也可以是非旋转状态。

参考图1和图3，图3为本申请实施例提供的荧光板和滤光轮之间相对位置关系的结构示意图。

在本申请的另一实施例中，该波长转换器件可以包括：

沿光路依次设置的激发光源1、分光滤光元件2、荧光板3、聚光透镜7、滤光轮5、和荧光板3相连接的第一驱动电机4、和滤光轮5相连的第二驱动电机6。

滤光轮5和荧光板3平行设置，聚光透镜7设置在滤光轮2和荧光板3之间，第二驱动电机6用于驱动滤光轮2和荧光板3共轴且同步旋转；

滤光轮5包括和第一转换区域31相对应的第一滤光区域51，还至少包括和第二转换区域32相对应的第二滤光区域52和第三滤光区域53；也即是，荧光板3的第一转换区域31出射的光线入射至至滤光轮5的第一滤光区域51，荧光板3的第二转换区域32部分区域出射的光线入射至滤光轮5的第二滤光区域52，第二转换区域32另一部分区域出射的光线入射至滤光轮5的第三滤光区域53。

第一滤光区域51、第二滤光区域52以及第三滤光区域53位于同一圆环上且以分光滤光元件2旋转中心点为圆心的扇形区域；

第一滤光区域51为可透射经过第一转换区域31输出的光线；第二滤光区域32和第三滤光区域53分别为可透射经过第二转换区域31输出的光线中包含的两种不同的原色光线。

图3中荧光板3和滤光轮5的结构形状完全一致，且二者同步旋转，也就相当于二者之间保持相对静止，且滤光轮5的第一滤光区域51可以正对荧光板3上的第一转换区域31，那么当第一转换区域31接收激发光线的照射后，第一转换区域31输出的光线也就入射至第一滤光区域51。

滤光轮5的第二滤光区域52和第三滤光区域53可以分别正对这荧光板的第二转换区域32的一部分；同理，当第二转换区域32正对第二滤光区域52的位置被激发光线照射时，由第二转换区域32出射的光线则入射至第二滤光区域53，第二转换区域32正对第三滤光区域53的位置被照射时，由第二转换区域32出射的光线则入射至第三滤光区域53。

当然，本申请中也并不仅限于滤光轮5采用和荧光板3的结构相同。滤光轮5也可以采用圆板结构，或者其他结构，能够保证第一转换区域31和第一滤光区域51，以及第二转换区域32和第二滤光区域52以及第三滤光区域53之间的对应关系即可。

下面以具体实施例对分光滤波片的不同滤光区域的功能进行详细介绍。

在本申请的一种可选地实施例中，荧光板3的第一转换区域31为非荧光区域，也即是可以是透光区域或者反光区域，本实施例中以第一转换区域31为透光区域为例进行说明。

因为荧光板3上至少有一个荧光区域，因此第二转换区域32为设置有荧光粉的荧光区域，本实施例中于第二转换区域32为设有黄色荧光粉的黄色荧光区域为例进行说明。

激发光源1可以采用蓝色激光光源，显然分光滤光元件2相应地需要采用蓝色分光滤光元件。

此时第一滤光区域51可以设定为可透射蓝色光线的滤光区域，而第二滤光区域52为可透射红色光线的红色滤光区域，第三滤光区域53为可透射绿色光线的绿色滤光区域。

当蓝色激光光源向第一转换区域31也即是非荧光区域入射激发光线时，该蓝色光线直接透射入射至滤光轮的第一滤光区域51，也即是蓝色滤光区域，由此该波长转换器件可以输出蓝色光束。

显然，在这一实施例中滤光轮5上的第一滤光区域51并不需要对入射的蓝色的光线进行分光，仅仅将蓝色光线透射即可，由此该第一滤光区域51也可以直接采用对所有光线均透射的透光区域，且还可以进一步地在该透光区域设置增透膜，提升蓝色光线的透光率，减少光线损失。

当蓝色激光光源向第二转换区域52也技术黄色荧光区域入射激发光线时，该蓝色光线激发黄色荧光粉向滤光轮辐射黄色光束。当该黄色光束入射至红色滤光区域时，该黄色光束中红色波段的光束透过该红色滤光区域输出；当该黄色光束入射至绿色滤光区域时，该黄色光束中绿色波段的光束透过该绿色滤光区域输出。

需要说明的是，黄色光束之所有可以分别通过绿色滤光区域和红色滤光区域变为绿色光束和红色光束，是因为红色光束和绿色光束合光后即为黄色光束。也即是说本实施例中，是线通过荧光板获得一种颜色的光束后，在经过滤光轮将该光束分成组成该颜色光束的多种不同颜色光束。

另外，在本实施例中第一转换区域31和第二转换区域32也可以都设置为荧光区域。例如，激光光源1可以采用紫光光源，对应的第一转换区域31就设定为蓝色荧光区域，第二转换区域32可以设定为黄色区域，同理第一转换区域31依然正对可透射蓝色光线的第一滤光区域51，第二转换区域32正对可透射红色光线的第二滤光区域52和可透射绿色光线的第三滤光区域53，使得波长转换器件可以实现红蓝绿三种光线的出射。

当然，对于滤光轮5而言，也并不一定分解的一定是荧光板3上荧光区域产生的荧光光线。

例如，也可以在荧光板3的表面设置绿色荧光区域和透光区域，而激发光源1采用紫色激光光源，此时分光滤光元件为紫光分光滤光元件；对应的绿色荧光区域正对滤光轮的绿色滤光区域，而透光区域则正对滤光轮的红色滤光区域和蓝色滤光区域。

当紫色光线透光荧光板3的透射区域时，若是入射至红色滤光区域，则从滤光轮输出红色光线，若是入射至蓝色滤光区域，则从滤光轮输出蓝色光线。

和上一实施例类似，因为紫色光线是可以采用蓝色光线和红色光线合成的，由此可以基于滤光轮将紫色光线分解成红光和蓝光。基于光的合色原理，本申请中还存在多种设置滤光轮的方式，只要滤光轮的各个滤光区域和荧光板的各个扇形区域一一对应即可，在此本申请中不再赘述。

另外，为了保证波长转换器件输出光线的均匀性，可知在滤光轮5的出射光路上设置匀光元件8，保证光线均匀输出。

本申请还提供了一种投影显示设备的实施例，该投影显示设备中包括如上任意一项所述的波长转换器件，该波长转换器件输出的光束可作为投影显示设备的照明光源，向带有投影图案的芯片投射光束，并经过该芯片反射至波导单元，该波导单元对入射的投影光束传导至人眼，使得用户可观察到投影图案。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种波长转换器件，其特征在于，包括激发光源、表面设置有荧光粉的荧光板、设置在所述荧光板和所述激发光源之间的分光滤光元件；

其中，所述激发光源用于通过所述分光滤光元件向所述荧光板发射激发光线，以便所述荧光板上的荧光粉受激产生受激光线；

所述分光滤光元件为对所述激发光线透射，对所述受激光线反射的元件，用于对向背离所述荧光板的出射方向出射的受激光线进行反射。

2.如权利要求1所述的波长转换器件，其特征在于，所述荧光板为环形荧光板；

所述分光滤光元件靠近所述环形荧光板的表面为内凹面，所述内凹面环绕有缺口的所述环形荧光板被所述激发光线照射的部位设置。

3.如权利要求2所述的波长转换器件，其特征在于，所述分光滤光元件为V型分光滤光元件、U型分光滤光元件或曲面分光滤光元件中的任意一种元件。

4.如权利要求1所述的波长转换器件，其特征在于，所述分光滤光元件为滤光片、带通滤波器、二向色镜中的任意一种光学元件。

5.如权利要求1至4任一项所述的波长转换器件，其特征在于，所述荧光板上至少包括位于同一圆环上的第一转换区域和第二转换区域；还包括设置在所述荧光板的出射光路上的滤光轮；

所述滤光轮包括和所述第一转换区域相对应的第一滤光区域，还至少包括和所述第二转换区域相对应的第二滤光区域和第三滤光区域；

所述第一滤光区域为可透射经过所述第一转换区域输出的光线；所述第二滤光区域和所述第三滤光区域分别为可透射所述第二转换区域输出的光线中包含的两种不同的原色光线。

6.如权利要求5所述的波长转换器件，其特征在于，所述激发光源为蓝光激发光源；

所述第一转换区域为反光区域或透光区域，所述第二转换区域为设置有黄色荧光粉的荧光区域；

所述第一滤光区域为可透射蓝色光线的蓝色滤光区域区域，所述第二滤光区域为红色滤光区域；所述第三滤光区域为绿色滤光区域。

7.如权利要求5所述的波长转换器件，其特征在于，所述荧光板上的所述第一转换区域和第二转换区域为分别设置不同颜色荧光粉的荧光区域；

所述激发光源为蓝光光源或紫光光源。

8.如权利要求5所述的波长转换器件，其特征在于，所述第一滤光区域为设有增透膜的透光区域。

9.如权利要求5所述的波长转换器件，其特征在于，所述荧光板的出射光路上还设置有聚光透镜，所述滤光轮的出射光路上还设置有匀光元件。

10.一种投影显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的波长转换器件。

Images