技术领域

本实用新型涉及照明和投影显示领域， 特别是涉及发光装置及相关投影系统。 背景技术

目前， 固态光源越来越广泛地应用于照明和显示领域 。 利用固态光源来激发荧光粉 来产生受激光作为投影光源也成为一种越来越 普遍的技术方案。激光等固态光源的能量 密度高， 因此其激发荧光粉产生的激发光亮度高。 但是，一般蓝光激光本身所发出的蓝 光波长是在 440nm - 460nm之间， 其色坐标约为（0.15 , 0.016)。 在国际通用的数字电视 标准 Rec709中， 纯蓝光的色坐标为（0.15 , 0.06), 其主波长为 462nm。 因此， 蓝光激光 光源作为投影的基色光用于显示时， 其色坐标与投影显示要求的色坐标有一定差距 ， 因 而容易影响投影系统所产生的视觉效果。 实用新型内容

本实用新型解决的主要技术问题是为投影光源 提高一种蓝光色坐标更接近于预定 色坐标， 并对剩余受激光进行利用的发光装置。

本实用新型提供了一种发光装置， 其特征在于， 包括：

蓝光激光光源， 该蓝光激光光源用于出射蓝光激光；

波长转换装置， 该波长转换装置包括波长转换层， 该波长转换层包括第一转换区， 该第一转换区包括黄光波长转换材料或 /和绿光波长转换材料,该第一转换区用于接收� �� 光激光并将该蓝光激光部分转换为受激光， 以出射受激光与未被转换的蓝光激光； 第一滤光片， 该第一滤光片用于接收第一转换区出射的受激 光与未被转换的蓝光激 光，并将蓝光激光与部分受激光的混合光及剩 余受激光分别沿两个方向出射为发光装置 的两路出射光，使得蓝光激光和部分受激光的 混合光的色坐标更接近于预定蓝光的色坐 标。

本实用新型还提供了一种投影系统， 其特征在于包括上述发光装置。

相对于现有技术， 本实用新型利用蓝光激光光源来激发波长转换 材料产生受激光与 蓝光的混合光， 并利用第一滤光片对该混合光进行分光， 使得蓝光与部分受激光的混合 光一路出射， 而剩余受激光从另一路出射， 其中通过第一滤光片可以使得蓝光与部分受 激光的混合光的色坐标更接近于预定的蓝光色 坐标， 同时剩余的受激光部分也可以用于 投影， 不会造成光源能量的浪费 附图说明

图 1 a是本实用新型的一个实施例中发光装置结构� �主视图；

图 lb是图 la所示实施例中波长转换层结构的右视图和主� ��图；

图 lc是图 la所示实施例中第一滤光片的截止点选择方法� ��程示意图;

图 Id是图 la所示实施例中波长转换层出射光的光语图；

图 2a是本实用新型的又一个实施例中发光装置结� ��的主视图；

图 2b是图 2a所示实施例中波长转换层结构的左视图。 具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例 进行详细说明。

实施例一

图 la为本实用新型的一个实施例中发光装置结构� ��主视图， 图 lb为图 la中所示 的波长转换层 121的右视图与主视图， 如图 la所示， 发光装置包括蓝光激光光源 110 , 波长转换装置 120, 第一滤光片 130, 第二滤光片 140。

蓝光激光光源 110用于出射蓝光激光 151。 ¾ la与图 lb所示，波长转换装置 120 包括波长转换层 121。 波长转换层 121 包括相对的第一表面 121a和第二表面 121b, 第 一表面 121a接收蓝光激光 151并将其部分转换为受激光， 第二表面将该受激光与未被 转换的蓝光激光的混合光 152 出射至第一滤光片 130。 如图 lb所示， 波长转换层 121 只包括第一转换区一个区域， 设置有黄光波长转换材料。 最常用的波长转换材料为荧光 粉， 如 YAG荧光粉， 可以吸收蓝光激光并受激产生黄色受激光。 波长转换材料还可能 是量子点、 荧光染料等具有波长转换能力的材料， 并不限于荧光粉。 在本实用新型其它 实施例中， 第一转换区 121也可以包括绿光波长转换材料或者绿光波长 转换材料与黄光 波长转换材料的混合材料。

优选地， 波长转换层 121包括散射材料。 由于激光具有相干性， 若不消除其相干性 而直接投影到屏幕上， 会在屏幕上产生亮点， 造成屏幕的亮度不均匀。 虽然荧光粉本身 具有一定的散射作用而消除部分蓝光激光 151的相干性， 但是其作用有限， 并不能具有 很好的消相干效果， 因此， 波长转换层 121中设置散射材料， 可以更好地消除蓝光激光 151的相干性， 从而保证投影的亮度均勾性。 优选地， 散射材料均勾地分布在波长转换 层 121中， 可以起到更好的消相干作用。

第一滤光片 130接收黄色受激光与未被转换的蓝光激光的混 合光 152并反射蓝光激 光和部分黄色受激光的混合光 153而透射剩余光 154, 并将蓝光激光与部分黄色受激光 的混合光及剩余受激光分别沿两个方向出射为 发光装置的两路出射光，使得蓝光激光和 部分黄光受激光的混合光 153色坐标更接近于预定蓝光的色坐标。在本实 用新型其它实 施方式中， 第一滤光片 130也可以是透射部分黄色受激光而反射蓝光激 光和其它部分黄 色受激光， 并不影响出射光的效果。

蓝光激光与部分黄光受激光的色坐标更接近预 定蓝光色坐标的方法有很多种。优选 地， 第一滤光片的截止点的波长大于等于 490nm而小于等于 520nm范围内。 这里的截 止点波长为第一滤光片的透过率与波长的关系 曲线中，上升沿或者下降沿的 50%透过率 处所对应的波长位置。 目前， 一般蓝光激光的波长范围为 440nm - 460nm, 其色坐标约 为 (0.15 , 0.016), 经实验验证， 第一滤波片 130的截止点的波长设置在 490nm-520nm范 围内， 可以使得蓝光激光与部分黄光受激光的混合光 的色坐标更接近预定蓝光色坐标。 例如， 经实验验证， 当第一滤波片 130的截止点的波长设置在 490nm时， 蓝光激光与部 分黄色受激光的混合光的色坐标为 （0.1582, 0.0182 ), 更加接近数字电视标准 Rec. 709 中蓝光的色坐标（ 0.152 , 0.061 )。 这里的预定的蓝光的主波长大于蓝光激光的主 波长， 由于黄光的光语覆盖的范围的波长要大于蓝光 激光的光语范围的波长，很显然蓝光激光 与部分黄光的混合光的主波长将大于蓝光激光 的主波长。

为了更加精确的改善蓝光激光的色坐标， 如图 lc所示， 优选地， 第一滤光片 130 的截止点位置通过以下方法得到：

A )获得波长转换层 121的第一转换区的出射光的光语；

B )选择第一滤光片 130的第 i截止点的波长 ， 并且获得截取后蓝光激光与部分 受激光的混合光 154的光语对应的色坐标（ _Xl , 其中 i为大于等于 1的；

C )根据预定的蓝光的色坐标（ _X Q , y ₀ ), 获得色坐标（ _Xl , _Yl ) 与色坐标（ _Xl , _Yl ) 之间的 3巨离 di;

D )在第 i截止点的波长基材增加一个步长， 得到第一滤光片 130的第 i+1截止点 的波长 并获得截取后蓝光激光与部分受激光的混合光 154的光语对应的色坐标（ X i+i ' yi+i );

E )获得色坐标（x ₁₊₁ , y ₁₊ ！) 与色坐标为 （x ₀ , y ₀ )之间的距离 d ₁₊₁ ；

F ) 比较 di与 di+i大小 , 若 di+i > di, 则选择截止点的波长为 λ _; 的第一滤光片 130为 所需滤光片； 若 d ₁₊₁ < d 本步骤之后还包括：

重复步骤 D, E, 直到 d^ dw , 选择截止点的波长为 的第一滤光片 130为所需滤 光片。

i = 1时， 第一滤光片 130的第 i截止点的波长 可以选取大于蓝光激光波长范围。 这里的步长为每一次选择的截止点对应的波长 与上一次选择的截止点对应的波长之间 的差值。 步长可以根据实际情况进行选择。

下面以本实施例中蓝光激光激发黄光荧光粉为 例进行具体分析：

步骤 A中，获得波长转换层 121出射的蓝光激光与黄色激发光的混合光 151的光语， 图 Id 为图 la 所示波长转换层 121 的出射光的光谙， 蓝光激光的光谱大约分布在 440nm-455nm泼长范围內， 黄邑受激光的光译大约分布莅 70nm-730nm波长范 ¾。

步骤 B中， 选择第一滤光片 130的第一截止点的波长 ^， 这里我们选择黄色受激光 的光奄范围的起始位置 470nm 波长为起始截止点波长， 此时截取的光傳对应在色度图 CIE1931中的色坐标 ( xi, yi ) 为 ( 0.1598， 0.0150 在实际应用中， 第一截止点波长的 位置可以根据实际情况进行选择。

步骤 C中， 我们选择数字电视标准 Rec. 709中蓝光的色坐标（ 0.152, 0.061 )为预定 蓝光的色坐标（χο, γο ), 则第一截止点截取后的蓝光激光和部分黄色激 发光的混合光的 色坐 预定蓝光色坐标之间的距离： d _t

=0.1171►

步骤 D, 选择第一滤光片 130的第二截止点波长， 这里， 我们选取的第二截止波长 点为 471nm位置， 其截取的光傳对应的色坐标为 （0.1598, 0.0150 )。 本实施例中的步长 取为 l nm, 在其它实施方式中， 第一截止点与第二截止点之间的步长可以根据 实际需要 进行选择， 并不限于这里的举例， 对于其它截止点波长的选取也同样如此， 而且不同截 止点波长之间的步长可以不相同。

步骤 E 中， 类似地， 可以得到第二截止点波长截取后的蓝光激光和 部分黄色激发光 的混合光的色坐标与预定蓝光色坐标之间的距 离：

=0.1171^

步骤 F中， 比较 与 01 ₂ 大小， 这里明显， d d 因此需要继续选择截止点波长。 步骤 G 中， 继续选取第三截止点波长， 循环步骤 F。 最终获得的截止点波长对应的 数据如表 1所示， 可以发现当 nm时， di < d _i+1 。

替换页 （细则第 26条) 479 0.1595 0.0154 0.1 157 500 0.1541 0.0305 0.0703

480 0.1594 0.0155 0.1 153 501 0.1534 0.0330 0.0635

481 0.1594 0.0156 0.1 150 502 0.1526 0.0358 0.0562

482 0.1593 0.0158 0.1 144 503 0.1518 0.0391 0.0478

483 0.1592 0.0159 0.1 140 504 0.1508 0.0428 0.0389

484 0.1591 0.0161 0.1 134 505 0.1498 0.0469 0.0298

485 0.1590 0.0163 0.1 127 506 0.1487 0.0516 0.021 1

486 0.1589 0.0166 0.1 118 507 0.1475 0.0568 0.01610

487 0.1587 0.0169 0.1 108 508 0.1463 0.0625 0.0194

488 0.1586 0.0172 0.1098 509 0.1450 0.0689 0.0293

489 0.1584 0.0177 0.1082 510 0.1436 0.0758 0.0418

490 0.1582 0.0182 0.1066

表 1

从表 1 中可以得到本实施例中第一滤光片 130的最优截止点的波长位置为 507nm, 此时得到的蓝光激光与部分黄色受激光的混合 光 153 的色坐标最近预定蓝光的色坐标。 根据上述方法，可以确定当蓝光激光与部分黄 色受激光的混合光的色坐标最接近预定的 蓝光的色坐标时， 第一滤光片 130的截止点波长的位置， 此时第一滤光片 130可以将波 长转换层的出射的受激光以透射和反射的方式 分成两部分， 未被吸收蓝光激光与短波长 部分混合从一路出射，分成两路出射，并实现 出射光具有更好的显示效果。经实验验证， 一般情况下被截止点截取且与蓝光激光同方向 出射的部分黄色受激光为黄色受激光的 短波长部分， 即截止点波长小于黄色受激光波峰位置的波长 。

值得说明的是， 本实施例中， 第一滤光片 130的截止点波长是从黄色受激光光语的 波长较短的位置选取的， 而实际上也可以从波长较长的位置选取， 此时每次重新选取的 截止点对应的波长逐渐减小， 同样可以获得最优的截止点。

另外， 优选地， 第一滤光片 130截止点位置的获得方法中， 色坐标釆用 CIE1976色 度图里对应的色坐标在进行相应计算。肝 CIE1976色度图均匀性要优于 CIE1931色度 图， 因此将色坐标转换为 CIE1976色度图中坐标进行计算可以获得更高的� �确性。

在本实用新型的其它实施方式中， 第一滤光片 130最优截止点位置也可以利用其它 方法获得。 例如， 将上述方法中的色坐标转换为对应的主波长， 并通过不同截止点波长 所截取的光语的主波长之间的差值大小来选择 第一滤光片最优的截止点波长，使得截取 的光语的主波长与预定蓝光的主波长差值最小 。

波长转换装置 120还包括驱动装置 123。 驱动装置 123用于驱动波长转换层 121运 动， 以使蓝光激光光源 110在该波长转换层 121上形成的光斑沿预定路径作用于该波长 转换层， 以避免激光长时间作用于波长转换层的同一位 置导致该波长转换层 121温度升 高的问题。 具体地， 本实施例中， 驱动装置 123用于驱动波长转换层 121周期性转动， 以使得蓝光激光光源 110在该波长转换层 121上形成的光斑沿预定的圆形路径作用于该 波长转换层 121。 在本实用新型其它实施方式中， 驱动装置 123也可以驱动波长转换层 121以其它方式运动， 例如水平往复运动等。 在波长转换层 121的波长转换材料可以耐 受较高温度的情况下， 波长转换装置 120也可以不设置驱动装置。

波长转换装置 120还包括基板 122, 这里具体为透明玻璃， 该基板 122设置在第一 转换区 121的第一表面上， 用于固定波长转换层 121。 激发光入射到该基板 122并透射 至波长转换层 121上。 优选地， 基板 122的表面设置有一层滤光膜， 该滤光膜可以透射 蓝光激光而反射黄色受激光， 可以提高受激光的利用率； 进一步地， 滤光膜可以透射小 角度入射的蓝光而反射黄色受激光和大角度的 蓝光，可以同时提高激发光和受激光利用 率。 但是在波长转换层本身刚性足够的情况下（例 如波长转换层 121是通过将荧光粉掺 杂在透明玻璃中形成的）， 基板是可以省略的， 此时可以将滤光膜镀在波长转换层 121 的表面， 同样具有相同的效果。

本实施例中， 发光装置 100还包括第二滤光片 140, 该第二滤光片 140位于波长转 换层 121出射光的光路上， 接收第一滤光片 130透射的剩余光 154, 并通过透射其中的 绿光 156反射红光 155将剩余光 154中红光从另一路出射而绿光沿原光路出射。 现有技 术中， 常用的第二滤光片 140的截止点对应的波长设置在 590nm, 通过实验发现， 本实 施例中， 通过第一滤光片 130的截取， 截止点对应的波长设置在 590nm的第二滤光片 140透射后绿光 156的色坐标为 （0.34, 0.64 ), 相对于第一滤光片 130不对黄色受激光 进行截取的情况时的绿光色坐标（0.33 , 0.63 ), 发光装置最终出射光的色域范围略 ^：增 大， 投影效果也会有略微的改善。 通过第二滤光片 140的设置， 本实施例中的发光装置 100将出射红光 155、 ^¾ 156以及蓝光激光与部分黄光的混合光 153 , 可以作为投影系 统的光源，在该投影系统中，红光 155、绿光 156以及蓝光激光与部分黄光的混合光 153 分别入射三个光阔同时进行调制， 并最终投影到同一屏幕上进行投影。 另外， 在本实用 新型其它实施方式中， 第二滤光片 140还可以透射红光并反射绿光， 另一方面， 第二滤 光片 140的位置并不限于放在第一滤光片 130之后光路上，也可以放置在第一滤光片 130 之前的光路上， 第二滤光片 130接收第一转换区 121的出射光， 将该出射光中的红光与 剩余光分别沿两个方向出射， 并将该剩余光出射至第一滤光片 130。 这里的剩余光为蓝 光激光与受激光中的绿光成分的混合光。第二 滤光片 130可以与第一滤光片 140平行设 置， 也可以与第一滤光片 140组成十字形分光装置， 这是公知技术， 在此不再赘述。

优选地， 发光装置 100还包括光调整装置 160, 该光调整装置 160收集波长转换层 121 的出射光并减小其发散角度后出射至第一滤光 片 130。 具体地， 本实施例中的角度 调整装置 160为锥形方棒， 该锥形方棒 160收集波长转换层 121的出射光， 调整后入射 至第一滤光片 130, 以减小出射光的发散角度， 使得部分原来会被反射的大角度的入射 光从第一滤光片 130透射， 以减小因第一滤光片 130的角度漂移特性引起的光损失。 在 其它实施方式中， 光调整装置 160也可以为 CPC ( Compound Parabolic Concentrator, 复 合抛物面收集器）或其它形式的积分棒， 还可以为透镜等其它形式的能够减小光束发散 角度的光学器件。 但是对于第一滤光片的光透过效率要求不高的 情况下， 发光装置也可 以不设置光调整装置。

实施例二

图 2a为本实用新型的又一个实施例发光装置结构� ��主视图， 如图 2a所示， 发光装 置 200包括蓝光激光光源 210 , 波长转换装置 220 , 第一滤光片 230, 光调整装置 250。

本实施例中发光装置 200与图 la中所示发光装置的不同之处在于：

1 )本实施例中，波长转换装置 220包括波长转换层 221 ,反射层 222,驱动装置 223。 波长转换层 221包括相对的第一表面与第二表面，反射层 222设置在波长转换层 221的 第二表面一侧。 反射层 222具体为高反铝片， 该高反铝片 222可以将入射到该高反铝片 222的激发光以及受激光反射出去。 这里的高反铝片 222还具有支撑波长转换层 221的 作用， 它还可以用反射镜等具有反射功能的装置代替 。 在本实用新型其它实施方式中， 当波长转换层 221的波长转换材料的厚度足够的情况下， 也可以不设置反射层 222。

图 2b为波长转换层 221结构的左视图， 如图 2b所示， 波长转换层 221包括第一转 换区 221a和第二转换区 221b, 分别包括绿光荧光粉和红光荧光粉， 第一转换区 221a接 收蓝光激光并将其部分转换为绿色受激光并与 未被转换的蓝光激光一同出射， 第二转换 区 221b接收蓝光激光并将其转换为红色受激光并� �射。波长转换层 221在驱动装置 223 的驱动下周期性运动， 使得第一转换区 221a和第一转换区 221b周期性地位于蓝光激光 的出射光路上。，当第一转换区 221a位于光路上时，第一滤光片 230接收第一转换区 221a 的出射光， 并透射蓝光激光与部分绿光而反射剩余光， 当第二转换区 221b位于光路上 时， 第一滤光片 230接收第波长转换区 221b的出射光并将反射红光而透射蓝光激光分 别沿两个方向出射。 在本实用新型的其它实施方式中， 第二转换区可以是其它的波长转 换材料， 并不一限于本实施例中的红光波长转换材料。

与图 la所示的实施例中类似地， 优选地， 由于第一转换区 221a设置有绿光波长转 换材料， 第一滤光片的截止点的波长大于等于 480nm小于等于 510nm, 经实验验证， 第一滤波片的截止点的波长设置在 480nm-510nm范围内， 可以使得第一转换区 221a出 射的蓝光激光与部分绿光受激光的色坐标更接 近预定蓝光色坐标。由于第二转换区 221b 的红光波长转换材料不能完全吸收蓝光激光， 第二转换区 221b会出射蓝光与红色受激 光的混合光。 因此第二转换区 221b出射的蓝光激光会与第一转换区 221a出射的混合光 中蓝光与部分绿光的混合光叠加， 形成最终的蓝光效果， 但是第一转换区 221a 出射的 混合光中蓝光与部分绿光的色坐标已经相对于 蓝光激光的色坐标有所改善，所以最终的 蓝光效果也会改善的。 当然， 同样地， 可以利用与图 la所示的实施例中类似的方法， 确定第一滤光片 230的最优截止点位置， 这里的可以将第一滤光区 221a与第二滤光区 221b的出射光的光语进行叠加作为一个光语来� �行考虑， 来确定色坐标来进行计算。

本实施例中， 波长转换层 221将时序出射蓝光激光与绿色激发光的混合光 和红色激 发光，蓝光激光与绿色激发光将被第一滤光片 230分成蓝色激光与部分绿色受激光的混 合光和剩余部分绿色激发光， 红色受激光将被第一滤光片 230反射并与部分绿色激发光 同一光路时序出射。 因此， 该发光装置 200可以用作双光阔投影系统的光源， 其中一个 光阔调制蓝光， 另一个光阔调制绿光与红光的序列光。

值得说明的是， 本实用新型的其它实施方式中， 波长转换层还可以包括 3个以上的 区域， 无论波长转换层的区域的数量是多少， 只要第一转换区域包括绿色波长转换材料 或者黄光波长转换材料或者两者的混合物，都 可以通过第一滤光片的分光作用在蓝光激 光中加入部分绿光或者黄光来改善蓝光激光色 坐标。

2 )本实施例中， 发光装置 200还包括光收集装置 240。 光收集装置 240为包括透光 孔与透光孔外部的反射面的弧面反射装置， 蓝光激光经过透光孔入射至波长转换层 221 的第一表面上， 波长转换层 221的出射光的大部分被弧面反射装置 240的反射面反射并 被光调整装置 260收集至第一滤光片 230, 小部分从透光孔泄漏。 优选地， 弧面反射装 置 240呈半椭球形或半椭球形的一部分，且波长转 换层 221被设置于该椭球的一个焦点， 从而波长转换层 221出射的大部分光经弧面反射装置的反射面反 射至该椭球的另一焦点； 或者， 弧面反射装置 240呈半球形或半球形的一部分， 且波长转换层 221被设置于靠近 该球形球心的一点，从而波长转换层 221出射的大部分光经弧面反射装置的反射面反 射 至与该点关于球心对称的另一点， 以便于进行光收集。 另外， 光收集装置 240并不仅限 于本实施例中的带透光孔的弧面反射装置， 在其它实施方式中也可以是透镜、 带孔的其 它形状的反射装置、 不带孔的弧面反射装置等装置。

以上所述仅为本实用新型的实施例， 并非因此限制本实用新型的专利范围， 凡是利 用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结 构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其他相关的技术领域， 均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。