一种红绿光增强的激光光源装置及波长转换层材料的制作方法

本发明涉及激光光源技术领域，更具体地讲，本发明涉及一种红绿光增强的激光光源装置及波长转换层材料。

背景技术：

在激光投影显示技术中，按照三基色原理，将红、绿、蓝基色以一定比例混合，以期得到最终的彩色画面。在投影显示技术中，是采用时间或空间混色作为彩色化方式，这两种方式都是通过积极利用人眼生理上的特点来达到图像彩色化目的。投影系统一般会对白光光源的白场颜色有要求，其r、g、b三色所占的比例会相对比较固定，如色温点在d65标准下的6504k色彩坐标的位置上，r、g、b三色的色彩亮度比例为0.2126：0.7152：00722。

采用时间混色，常用于单dlp投影系统中，其波长转换装置一般采用分段式色轮，至少包含r，g，b三色。主光源为蓝光激发荧光色轮得到的rgb时序光。但因为红色光不管是从黄光中截取还是红色荧光转换，其亮度较低，如要达到要求白场，所占的分段区域就会相应提高，从而影响其它二基色光的区域分布，因此影响整体亮度。

采用空间混色，常用于3lcd投影系统中，其波长转换层为黄色波长转换粉体，激发的黄色光经绿色分光片分出绿色光，再经红色分光片分出红色光，与蓝光光源混合出要求的白场光源。此单色段波长转换粉制作简单，制作成本低，光路设计简单，且亮度较三色段分布的波长转换轮高且三基色出光无时间差，越来越被市场需求。但是这样的系统中，绿色光与红色光都是从黄光中滤出，因滤出的红色光亮度低，要达到白场颜色，r,g,b的比例一定，从而影响绿光的利用率。因此，如何能有效地调整波长转换的受激光光谱，以使滤出的绿色光与红色光的利用率提高，已成为当前重要的研发课题之一。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种红绿光增强的激光光源装置及波长转换层材料以解决上述的技术问题。

本发明的一个技术方案是：

一种红绿光增强的激光光源装置，包括波长转换元件以及分光组件，所述波长转换元件包括：

支撑结构，其包括相对设置的第一表面和第二表面；

波长转换层，设于所述第一表面，当所述波长转换层受激发光源照射时，产生受激光；

分光组件，位于所述波长转换元件的一侧，所述受激光通过所述分光组件，得到绿色光与红色光，其中绿色光色坐标、红色光色坐标与蓝色光色坐标围成的色域至少涵盖70%的rec.709标准色域，且所述绿色光与红色光光通量比为2.5～4.0：1。

在其中一实施例中，所述支撑结构第一表面设有反射结构，所述反射结构中设有反射粒子，且所述反射结构透过率小于20%。

在其中一实施例中，所述波长转换层远离支撑结构一侧设有微纳结构，所述微纳结构为凸起和/或凹陷结构。

在其中一实施例中，还设有散热结构，所述散热结构设于所述支撑结构第一表面一侧。

在其中一实施例中，所述散热结构设于所述波长转换层的边缘，且所述散热结构的高度不小于所述波长转换层的厚度。

在其中一实施例中，所述波长转换元件包括两层所述波长转换层，且构成两层所述波长转换层波长转换材料不同；或者

所述波长转换元件包括至少两层所述波长转换层，且两层所述波长转换层至少含有两种波长转换材料。

在其中一实施例中，所述受激光的光谱峰值波长范围为550nm～590nm；或

所述受激光的光谱包括两个或两个以上波峰，且其中绿光光谱的峰值范围为500nm～580nm,红光光谱的峰值范围为590nm～660nm。

一种波长转换层材料，其特征在于，所述波长转换层材料由第一波长转换材料、第二波长转换材料或第三波长转换材料中的一种或两种以上构成，当所述波长转换层材料受激发光源照射时，发射混合受激光，所述混合受激光通过分光组件，得到绿色光与红色光，其中绿色光色坐标、红色光色坐标与蓝色光色坐标围成的色域至少涵盖70%的rec.709标准色域，且所述绿色光与红色光光通量比为2.5～4.0：1。

在其中一实施例中，所述第一波长转换材料受光源照射发射峰值波长为500～540nm的受激光；所述第二波长转换材料受光源照射发射峰值波长为540～590nm的受激光；所述第三波长转换材料受光源照射发射峰值波长为590～630nm的受激光。

在其中一实施例中，所述绿色光与红色光光通量比为2.5～3.7：1。

本发明的有益效果：本发明公开一种红绿光增强的激光光源装置及波长转换层材料，所述波长转换层受到激发光后，所产生的绿红光光谱能量比为2.5～4.0：1，使分光后的红光、绿光能量与蓝光能量比达到白场要求；波长转换层材料根据波长转换材料混合，调整混合光谱，使分光后的红光、绿光能量与蓝色补光能量比达到白场要求。同时采用该结构及材料的波长转换轮制作简单，成本低，且亮度高，色彩纯。

附图说明

图1为本发明一种红绿光增强的激光光源装置的结构示意图；

图2为本发明一种波长转换元件的一种截面示意图；

图3为本发明一种波长转换元件的另一种截面示意图；

图4为本发明一种波长转换元件的另一种截面示意图；

图5为本发明一种波长转换元件的另一种截面示意图；

图6为现有一种波长转换元件分出的能量曲线示意图；

图7为本发明一种波长转换元件分出的能量曲线示意图；

图8为不同色域标准在cie1931色度图中对应的范围示意图。

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。

本发明提供一种红绿光增强的激光光源装置，包括波长转换元件以及分光组件，所述波长转换元件包括：

支撑结构，其包括相对设置的第一表面和第二表面；所述支撑结构作为波长转换器件的支撑，同样，所述支撑结构也具有一定的散热功能，这样能够将波长转换层受到激发光源所产生的热量散发出去，以保障波长转换器件的高效工作；另外，所述支撑结构可以具有反射功能，使的透射波长转换层的少量激发光与受激光全部反射至波长转换层的第一表面而出射。

波长转换层，设于所述第一表面，当所述波长转换层受激发光源照射时，产生受激光；所述波长转换层可以由几种能产生绿红光的波长转换材料按照一定的比例进行混合制成，这样在受到激发光时产生受激光。

分光组件，位于所述波长转换元件的一侧，需要在受激光射出的一侧，这样保证所述受激光能通过所述分光组件，得到绿色光与红色光，其中绿色光色坐标、红色光色坐标与蓝色光色坐标围成的色域至少涵盖70%的rec.709标准色域，且所述绿色光与红色光光通量比为2.5～4.0：1；这样使的绿红光的利用率非常高，由于光线的利用率高，换言之即各种光的利用率非常高，这样使得形成的合成光亮度高、色彩纯。

在其中一实施例中，所述支撑结构第一表面设有反射结构，所述反射结构中设有反射粒子，且所述反射结构透过率小于20%。这样可以使的受激光能够及时通过反射结构，将受激光反射出来，在通过分色组件，得到单色光。

在其中一实施例中，所述波长转换层远离支撑结构一侧设有微纳结构，所述微纳结构为凸起和/或凹陷结构；设有的微纳结构为了让更多的光线能够射出，所述微纳结构的截面可以为三角形、半圆、长方形、其他异形结构。

在其中一实施例中，所述反射结构嵌设于所述波长转换层中；或所述反射结构贯穿所述波长转换层，且所述反射结构与所述支撑结构相接触；所述反射结构贯穿所述波长转换层，且所述反射结构与所述支撑结构相接触；所述反射结构同样可以不贯穿波长转换层，即反射结构不接触所述支撑结构，或者反射结构接触所述支撑结构，但所述反射结构另一端埋没于所述波长转换层。

在其中一实施例中，还设有散热结构，所述散热结构设于所述支撑结构第一表面一侧；所述散热结构至少于波长转换层接触，这要可以将波长转换层受到激发光所产生的热量传导出来，以保障波长转换层的工作效率；其中，所述散热结构可以为透明结构，也可以不透明结构，所述散热结构可以使用的材料例如石墨烯等材料。

在其中一实施例中，所述散热结构贯穿所述波长转换层，且所述散热结构与所述支撑结构相接触；正常支撑结构一般都具有散热功能，当散热结构贯穿所述波长转换层中时，波长转换层的热量需要从散热结构传导到支撑结构上，保障能及时散热；所述散热结构可以为圆柱状、三角柱体等，或者其散热结构平面视图为网格或者环状等。

在其中一实施例中，所述散热结构设于所述波长转换层的边缘，且所述散热结构的高度不小于所述波长转换层的厚度；当散热结构的厚度不小于波长转换层的总厚度，这样所有的波长转换层都全部与散热结构接触，可以保障很好的散热。

在其中一实施例中，所述波长转换元件包括两层所述波长转换层，且构成两层所述波长转换层波长转换材料不同；或者所述波长转换元件包括至少两层所述波长转换层，且两层所述波长转换层至少含有两种波长转换材料；几种波长转换材料混合可以制备成单层的波长转换层，当然也可以将不同的波长转换材料制备成多层的波长转换层，这样可以形成与单层相同或者相似的效果。

在其中一实施例中，所述受激光的光谱峰值波长范围为550nm～590nm；或所述受激光的光谱包括两个或两个以上波峰，且其中绿光光谱的峰值范围为500nm～580nm,红光光谱的峰值范围为590nm～660nm。

一种波长转换层材料，其特征在于，所述波长转换层材料由第一波长转换材料、第二波长转换材料或第三波长转换材料中的一种或两种以上构成，当所述波长转换层材料受激发光源照射时，发射混合受激光，所述混合受激光通过分光组件，得到绿色光与红色光，其中绿色光色坐标、红色光色坐标与蓝色光色坐标围成的色域至少涵盖70%的rec.709标准色域，且所述绿色光与红色光光通量比为2.5～4.0：1；为了能够使的发射的光谱亮度高色彩纯，需要保障绿红光光谱能量比在2.5～4.0:1之间，让光的利用率最大化，黄色波长转换材料或者绿色波长转换材料与红色波长转换材料进行混合，保障射出光的绿红光的光通量比。

在其中一实施例中，所述第一波长转换材料受光源照射发射峰值波长为500～540nm的受激光；所述第二波长转换材料受光源照射发射峰值波长为540～590nm的受激光；所述第三波长转换材料受光源照射发射峰值波长为590～630nm的受激光；第一波长转换材料可以为黄色、橙色材料，黄色、橙色材料为yag、luag；第二波长转换材料为绿色，其中绿色为gaag、luag；第三种波长转换材料为红色，其中红色为s/casn氮化物荧光粉的一种或多种。再者，三种材料中都可以包括量子点材料。

在其中一实施例中，所述绿色光与红色光光通量比为2.5～3.7：1。

请参阅图1、图8，一种红绿光增强的激光光源装置，包括波长转换元件以及分色组件，所述波长转换元件包括支撑结构10，反射结构20以及波长转换层30，所述反射结构20设于所述支撑结构10上，所述波长转换层30设于所述反射结构20远离支撑结构10的一侧，当激发光00（蓝色激光）通过分色组件40照向波长转换元件时，波长转换元件发射出受激光，受激光通过分光镜500时分出单色光01，有部分光通过分光镜500，穿过的部分光照向分光镜501时分出单色光02，此时单色光01可以为红光，单色光02为绿光，绿色光色坐标、红色光色坐标与蓝色光色坐标围成的区域至少涵盖70%的rec.709标准色域，且所述绿色光与红色光光通量比为2.5～4.0：1，在rec.709色域标准对应的r、g、b三色色坐标：红光（0.64,0.33），绿光（0.3,0.6），蓝光（0.15,0.06）；不同色域标准在cie1931色度图中对应的范围如图8；在绿色光与红色光光通量比接近3.3时，所述绿色光色坐标、红色光色坐标与蓝色光色坐标围成的区域至少涵盖83%的rec.709标准色域；图1中实线--激发光；虚线--受激光；双划线--红色光；单划线--黄绿光；细虚线--绿色光。

请参阅图2，波长转换元件包括支撑结构10，反射结构20以及波长转换层30，所述反射结构20设于所述支撑结构10上，所述波长转换层30设于所述反射结构20远离支撑结构10的一侧，且所述波长转换层30远离反射结构20的一侧设有微纳结构，所述微纳结构可以为凸起或者凹陷结构，或者凸起与凹陷结构，，可以扩大激发光的照射面积，增加光的转换面积，提高亮度。

请参阅图3，波长转换元件包括支撑结构10，反射结构20以及波长转换层30，所述反射结构20贯穿所述波长转换层30，因为支撑结构10本身就可以具有反射功能，所以在波长转换层30中在贯穿的设有反射结构20，更加有利于光线的射出，更好的保证更多的光射出。

请参阅图4、图5，所述波长转换元件还设有散热结构90，所述散热结构位于波长转换层30同侧，所述散热结构90可以设于所述反射结构20以及波长转换层30层叠结构的两端，这样可以将波长转换层30受到激发光照射所产生的热量传导散热，或者所述散热结构90贯穿所述反射结构20以及波长转换层30层叠结构，且一端接触支撑结构10，以保障热量能够及时传导出来，以保证波长转换元件的高效工作。

一种波长转换层材料，根据黄粉或绿粉光谱，掺杂一定比例红粉，调整混合光谱，使分光后的红光、绿光能量与蓝色光能量比达到白场要求。所以在制备波长转换层材料时，根据黄色、红色光谱能量计算绿色与红色能量值，此时根据黄色粉与红色粉按20：1比例混合，可得绿色光与红色光的能量比为3.5。

另一实施方式，根据绿色、红色波长转换粉光谱能量计算绿色与红色能量值，此时根据绿色粉与红色粉按10：3比例混合，得到：绿色与红色的能量比为3.4，具体比例以及能量值见表1。

请参阅图6，给出现有技术中当使用常规黄色光分出绿色光与红色光，绿色光的利用率比较低，其中受激光谱601、绿色光谱701以及红色光谱801；请参阅图7，为调整过波长转换层材料得到的光谱，其中受激光谱602、绿色光谱702以及红色光谱802。针对现有材料以及本发明公开的波长转换层材料的绿色光与红色光能量比值以及绿红光的利用率见表1与表2（此表利用率按最佳按绿红比为3.3：1计算）。

表1

表2

本发明公开一种红绿光增强的激光光源装置及波长转换层材料，所述波长转换层受到激发光后，所产生的绿红光光谱能量比为2.5～4.0：1，使分光后的红光、绿光能量与蓝光光源能量比达到白场要求；波长转换层材料根据波长转换材料混合，调整混合光谱，使分光后的红光、绿光能量与蓝色光能量比达到白场要求。同时采用该结构及材料的波长转换轮制作简单，成本低，且亮度高，色彩纯。

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。