发光装置和投影装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种发光装置和投影装置，包括激光光源和放置于激光光源发光方向上的反射装置，还包括分光滤光装置和波长转换装置，激光光束经过反射装置的反射而偏转90度，然后透射分光滤光装置后入射于波长转换装置，波长转换装置吸收激光并面向分光滤光装置发射受激光，该受激光被分光滤光装置反射形成第一出射光；还包括发光二极管光源，该发光二极管光源面向分光滤光装置发出的光透射分光滤光装置而形成第二出射光；还包括散热背板，发光二极管光源的底面与激光光源的底面分别固定于该散热背板的散热面上。第一出射光沿着背向激光光源的方向出射，从而发光二极管光源可以和激光光源共用同一个散热背板，这使得散热设计大大的简化。
【专利说明】发光装置和投影装置
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及显示【技术领域】，特别是涉及一种发光装置及使用该发光装置的投影装置。
[0003]
【背景技术】
[0004]投影技术已经广泛应用于我们的生活工作中，如投影机。目前，投影技术中的光源依然以高压汞灯为主流。然而，高压汞灯的寿命只有几千小时，长时间使用灯泡会变暗而影响显示效果。高压汞灯的替代方案包括LED光源和激光光源两种，这两种方案都具有长寿命的优点，而不同的是LED光源发光亮度不足但价格便宜，激光光源亮度高但比较昂贵。
[0005]从技术发展的角度来看，激光光源取代高压汞灯是必然的趋势。然而目前，激光光源结构复杂，体积较大，在应用中存在系统设计不够紧凑的困难。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明提出一种发光装置，包括激光光源，用于发射激光光束；包括放置于激光光源发光方向上的反射装置，还包括分光滤光装置和波长转换装置，激光光束经过反射装置的反射而偏转90度，然后透射分光滤光装置后入射于波长转换装置，波长转换装置吸收激光并面向分光滤光装置发射受激光，该受激光被分光滤光装置反射形成第一出射光；其中，分光滤光装置的分光作用面垂直于反射装置的反射作用面；还包括发光二极管光源，该发光二极管光源面向分光滤光装置发出的光透射分光滤光装置而形成第二出射光，该第二出射光与第一出射光合为一束；还包括散热背板，发光二极管光源的底面与激光光源的底面分别固定于该散热背板的散热面上。
[0008]本发明还提出一种投影装置，包括上述的发光装置。
[0009]由于分光滤光装置的分光作用面垂直于反射装置的反射作用面，第一出射光必然沿着背向激光光源的方向出射，从而在分光滤光装置的靠近激光光源的一侧可以有空间放置发光二极管光源，这样发光二极管光源可以和激光光源共用同一个散热背板，这使得散热设计大大的简化，系统体积大幅度缩小。
[0010]
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1A是本发明发光装置的第一实施例的结构示意图；
图1B是图1A实施例中的波长转换装置的结构示意图；
图2A是本发明发光装置的另一个实施例的结构示意图； 图2B是图2A实施例中的波长转换片的正视图；
图3是本发明发光装置的另一个实施例的结构示意图；
图4是本发明发光装置的另一个实施例中的反射装置的工作原理图。
[0012]
【具体实施方式】
[0013]本发明提出一种发光装置，其第一个实施例的结构示意图如图1A所示。该发光装置包括激光光源101，用于发射激光光束(以光线141为例)；包括放置于激光光源101发光方向上的反射装置121，还包括分光滤光装置124和波长转换装置103，激光光束141经过反射装置121的反射而偏转90度，然后透射分光滤光装置124后入射于波长转换装置103，波长转换装置103吸收激光141并面向分光滤光装置124发射受激光142，该受激光142被分光滤光装置124反射形成第一出射光142 ;其中，分光滤光装置124的分光作用面垂直于反射装置121的反射作用面。
[0014]该发光装置还包括发光二极管光源102，该发光二极管光源102面向分光滤光装置124发出的光143透射分光滤光装置124而形成第二出射光143，该第二出射光与第一出射光合为一束。发光装置还包括散热背板125，发光二极管光源102的底面与激光光源101的底面分别固定于该散热背板125的散热面上。
[0015]由于分光滤光装置的分光作用面垂直于反射装置121的反射作用面，因此在图1A的上下方向上第一出射光142必然沿着背向激光光源101的方向出射，从而在分光滤光装置124的靠近激光光源101的一侧可以有空间放置发光二极管光源102，这样发光二极管光源102可以和激光光源101共用同一个散热背板125，这使得散热设计大大的简化，系统体积大幅度缩小。
[0016]举例来说，激光光束141为蓝色激光，发光二极管光源102也反射蓝光，而波长转换装置103可以吸收蓝光而受激发射黄光，分光滤光装置124透射蓝光同时反射黄光。这样，蓝色激光在经过反射装置121 (在本实施例中为反射镜121)的反射后透射分光滤光装置124并最终入射于波长转换装置103，波长转换装置103受激发射的黄光被分光滤光装置124反射而形成第一出射光142。同时，发光二极管光源102发射的蓝光也透射分光滤光装置124而形成第二出射光143。这样，第一出射光的黄光就与第二出射光的蓝光合为一束形成白光。
[0017]优选的，如图1B所示，波长转换装置103包括反射衬底103a和位于该反射衬底103a表面的波长转换层103b，激光光束141从波长转换层103b —侧入射。由于一般来说波长转换层103b受激发射的受激光是各向同性发射的，因此有大约一半的光直接面向分光滤光装置124发射，其余部分会面向反射衬底103a发射并被其反射而最终面向分光滤光装置124发射。因此，反射衬底103a的存在提高了波长转换装置103的发光效率。
[0018]优选的，如图1A所示，发光装置还包括位于反射装置121和分光滤光装置124光路之间的透镜组，该透镜组沿激光光束传播方向依次包括一片凸透镜122和一片凹透镜123，两片透镜相共焦且凹透镜的焦距小于凸透镜的焦距，这样激光光束的口径将被压缩，有利于光路后端的分光滤光装置等光学元件的小型化，并使得结构更加紧凑。
[0019]优选的，发光装置还包括位于分光滤光装置124和波长转换装置103光路之间的光收集装置(图中未画出)，该光收集装置用于将激光光束聚焦于波长转换装置表面，同时也用于收集波长转换装置发出的受激光，有助于提升光收集效率。光收集装置可以是透镜、透镜组、锥形积分棒，或者是复合收集器(compound collector)。
[0020]本发明的另一个实施例的结构示意图如图2A所示。本实施例与图1A所示的实施例的不同点在于，波长转换装置203包括圆盘状的波长转换片203b和马达203a，马达203a驱动波长转换片203b转动。激光光束241入射于波长转换片203b上。在如图2B所示的波长转换片203b的正视图中，随着波长转换片203b的转动，波长转换片203b被激光光束激发的位置构成一个圆形轨迹203c。
[0021]本实施例的有益效果在于，在波长转换片上的圆形轨迹203c上的任意一点都被激光光束周期性的短时间的激发，从而避免了局部过热而引起的发光效率下降。
[0022]进一步的，在本实施例中，波长转换片上的被激发的圆形轨迹上可能包括至少两个特征段，这两个段具有不同的波长转换属性。例如包括红色和绿色两个特征段，分别受激发射红光和绿光。随着波长转换片的旋转，该红光和绿光周期性的交替出射而构成第一出射光。该第一出射光与蓝色的第二出射光合为白光，该白光具有更好的显色指数。再例如，波长转换片上的圆形受激发轨迹上的至少一个特征段为透射段，这在下一个实施例中予以描述。
[0023]图3显示了本发明的另一个实施例的结构示意图。与图2A所示实施例的不同之处在于，波长转换片上的圆形受激发轨迹上的至少一个特征段为透射段，当该透射段转动到激光光束的光路上时，激光光束透射该透射段进而透射波长转换装置。发光装置还包括一系列反射镜和/或分光滤光片325、326和327，用于引导透射波长转换装置的激光光束344而形成第三出射光344，该第三出射光与第一出射光和第二出射光合为一束。
[0024]具体来说，当波长转换片的透射段转动到激光光束341的光路上时，激光光束透过波长转换装置，并经过反射镜325、326和分光滤光片327的反射而形成第三出射光344，第三出射光与激光光束341具有相同颜色，例如为蓝色。波长转换片的其它部分为绿色波长转换层，当这部分转动到激光光束341的光路上时，绿色受激光出射并被分光滤光装置反射和分光滤光片327透射而形成第一出射光342。发光二极管光源为红色光源，发射的红光透射分光滤光装置和滤光片327而形成第二出射光343。因此，绿色的第一出射光、红色的第二出射光、蓝色的第三出射光合为一束共同构成白光，而且通过控制激光光源和发光二极管光源的发射时序可以实现红、绿、蓝色基色的时序发光。在本举例中，显然滤光片327具有透射绿光和红光同时反射蓝光的特性。
[0025]优选的，透射段具有光散射特性，这样激光光束在透射式能够至少部分的被散射从而提尚出光均勾性。
[0026]在本实施例中，反射镜325、326和分光滤光片327的放置只是一种光路引导方式，本领域技术人员可以很容易用其思路构造其它光路引导方式，此处不作赘述。
[0027]在上面实施例的举例说明中，对激光光源、发光二极管光源以及波长转换装置的颜色选择都只是举例而不是限制，本领域技术人员容易应用其思路而选择其它的颜色混合方式，此处不赘述。
[0028]如图3所示，在本实施例中，优选的，在上下方向上马达位于激光光束和发光二极管光源之间，这样可以最大程度的节约空间而使得系统更紧凑。
[0029]在上述实施例中，反射装置都是平面反射镜。这不是最优选的方案。在下一个实施例中，将对反射装置进行优化设计。
[0030]图4是本发明另一个实施例中的反射装置的工作原理图。其中，激光光源401发出的激光光束由多个平行的子光束组成。反射装置421的反射作用面为阶梯状，每一个阶梯面(阶梯面421a和421b是其中的两个)相互平行，每一个阶梯面反射一列子光束(441a和441b各代表一列子光束)，例如阶梯面421a反射子光束列441a，阶梯面421b反射子光束列441b。可见，由于反射装置421的反射作用面为阶梯状，相比于平面状在上下方向上得以压缩，这样就使得经过阶梯面反射后各列子光束之间的距离d2小于经过阶梯面反射前的各子光束之间的距离dl。这样压缩了激光光束的口径，有利于光路后端的光学元件的小型化和紧凑化。
[0031]本发明还提出一种投影装置，包括上述的发光装置。
[0032]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种发光装置，其特征在于: 包括激光光源，用于发射激光光束； 包括放置于激光光源发光方向上的反射装置，还包括分光滤光装置和波长转换装置，所述激光光束经过反射装置的反射而偏转90度，然后透射分光滤光装置后入射于波长转换装置，波长转换装置吸收激光并面向分光滤光装置发射受激光，该受激光被分光滤光装置反射形成第一出射光；其中，分光滤光装置的分光作用面垂直于反射装置的反射作用面； 还包括发光二极管光源，该发光二极管光源面向分光滤光装置发出的光透射分光滤光装置而形成第二出射光，该第二出射光与第一出射光合为一束； 还包括散热背板，所述发光二极管光源的底面与激光光源的底面分别固定于该散热背板的散热面上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，波长转换装置包括反射衬底和位于该反射衬底表面的波长转换层，所述激光光束从波长转换层一侧入射。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，波长转换装置包括圆盘状的波长转换片和马达，马达驱动波长转换片转动；所述激光光束入射于波长转换片上，随着波长转换片的转动，波长转换片被激光光束激发的位置构成一个圆形轨迹。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换片上的被激发的圆形轨迹上，包括至少两个特征段，这两个段具有不同的波长转换属性。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于: 波长转换片上至少有一个特征段为透射段，当该透射段转动到激光光束的光路上时，激光光束透射该透射段进而透射波长转换装置； 发光装置还包括一系列反射镜和/或分光滤光片，用于引导透射波长转换装置的激光光束而形成第三出射光，该第三出射光与第一出射光和第二出射光合为一束。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述透射段具有光散射特性。
7.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述马达位于激光光束和发光二极管光源之间。
8.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，激光光源发出的激光光束由多个平行的子光束组成；所述反射装置的反射作用面为阶梯状，每一个阶梯面相互平行，每一个阶梯面反射一列子光束； 经过阶梯面反射后各列子光束之间的距离小于经过阶梯面反射前的各子光束之间的距离。
9.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，还包括位于反射装置和分光滤光装置光路之间的透镜组，该透镜组沿激光光束传播方向依次包括一片凸透镜和一片凹透镜，两片透镜相共焦且凹透镜的焦距小于凸透镜的焦距。
10.一种投影装置，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的发光装置。
【文档编号】G03B21/20GK104460205SQ201410712555
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】杨毅 申请人:杨毅