一种荧光轮装置及光源系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种荧光轮装置，该荧光轮装置包括荧光轮基板和多种颜色的荧光粉，其中，该多种颜色的荧光粉包括在激光激发下产生蓝色受激光的蓝色荧光粉，该多种颜色的荧光粉分段附着在荧光轮基板被激光照射的区域。本实用新型还涉及一种包括上述荧光轮装置的光源系统。本实用新型采用RGBY颜色的光全部使用荧光粉激发的方式，无需针对蓝光进行特殊的光路和结构设计，使得系统简单；并且能够实现无激光输出，达到绿色无伤害的效果。
【专利说明】
一种荧光轮装置及光源系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种光学系统，具体涉及一种荧光轮装置及光源系统。
【背景技术】
[0002]激光投影机光源目前都是使用蓝光进行激发的方案，如图1所示，包括LD模块101、LD模块102、蓝光反射镜103、反射式荧光轮104、蓝光光路扩散片105、半透半反滤光片106(透红绿，反蓝)、色轮107、激光扩散片108，该方案将蓝色激光器光源激发出来的光通过透镜组等会聚到荧光轮上，荧光轮受激后产生红R、绿G、黄Y颜色的光，R、G、Y颜色的光经过透镜组、色轮等聚焦到光导管入口处;激光器本身的蓝光则通过荧光轮上的缺口或透明玻璃片，再经过反射镜的反射，最后聚焦到光导管入口处与R、G、Y颜色的光合光，合光后进入投影机光机系统A。
[0003]目前R、G和Y颜色的光都是通过荧光粉受激产生，蓝色的光是采用AR膜片使蓝光透射或利用反射材料使蓝光原路反射得到。采用AR膜片的片状荧光轮结构如图2所示，荧光轮基板是铝片，表面外缘附着有各种需要颜色的荧光粉:黄色荧光粉201、红色荧光粉202和绿色荧光粉203。其中，采用AR膜片204与反射材料的荧光轮结构存在以下缺陷:蓝光激光偏振特性无法消除，蓝光偏紫问题无法解决。其中采用AR膜片的荧光轮结构还存在蓝光光路调整制程复杂，均匀性无法达到最好的问题。
[0004]因此，目前的激光投影机存在如下缺陷:
[0005]1.在设计方面，光源由于需要分光、合光的动作，所以系统比较复杂，组成结构也比较庞大，而且还需要额外针对白色均匀度来做调整。
[0006]2.合光中含有激光的成分，对人眼有轻微的伤害，同时蓝色激光的高同调性导致存在严重的散斑效应，影响画质和观感。
[0007]3.目前激光投影机所使用的蓝色激光波段大部分都在440nm?460nm左右，此蓝光呈现的颜色是偏紫的蓝色，导致现阶段激光投影机在许多画面上所呈现出来的颜色失真。
【实用新型内容】
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种荧光轮装置及光源系统，采用RGBY颜色的光全部使用荧光粉激发的方式，克服了使用AR膜片所存在的缺陷；并且整个光源系统无需针对蓝光进行特殊的光路和结构设计，使得系统简单;并且能够实现无激光输出，达到绿色无伤害的效果。
[0009]本实用新型提出的一种荧光轮装置，该荧光轮装置包括荧光轮基板和多种颜色的荧光粉，其中，该多种颜色的荧光粉分段附着在荧光轮基板被激光照射的区域;该多种颜色的荧光粉包括在激光激发下可产生蓝色受激光的蓝色荧光粉。
[0010]进一步地，该荧光轮基板的表面形成高漫反射结构。
[0011]进一步地，所述荧光轮基板的形状为片状、滚筒状、多边柱体、半球状或半椭球形。
[0012]进一步地，该多种颜色的荧光粉还包括在激光激发下产生黄色受激光的黄色荧光粉、在激光激发下产生红色受激光的红色荧光粉以及在激光激发下产生绿色受激光的绿色荧光粉。
[0013]进一步地，该蓝色荧光粉为在激光激发下可产生蓝色受激光的稀土掺杂的下述物质的一种或多种:硅酸盐、铝酸盐、氮化物、氮氧化物。
[0014]优选地，所述稀土掺杂的娃酸盐例如为BaAhSi208: Eu、SnMgSisOg: Eu等。所述稀土掺杂的铝酸盐例如为Lu3Al5O12 = CejaMgAl1OOmEu等。所述稀土掺杂的氮化物例如为AlN:Eu。所述稀土掺杂的氮氧化物例如为MSi202N2: Eu，M=Ba、Ca或Sr中的一种或两种或三种。还优选地，所述蓝色荧光粉为上述的稀土掺杂的铝酸盐、上述的稀土掺杂的氮氧化物或其混合物。
[0015]进一步地，该多种颜色的荧光粉通过粘接剂附着在荧光轮基板被激光照射的区域。该粘接剂可为娃胶等聚合物，也可为水玻璃等无机粘接剂。
[0016]本实用新型还提出一种光源系统，该光源系统包括:激光光源装置、反射/透射部、如前所述的荧光轮装置和光机系统;反射/透射部对激发光反射而对受激光透射，或者对激发光透射而对受激光反射;激光光源装置发出的激光经反射/透射部反射或透射后进入荧光轮装置，荧光轮装置中的荧光粉被激发后产生受激光，再经反射/透射部透射或反射进入光机系统。
[0017]进一步地，该反射/透射部为偏光片或滤波片。
[0018]进一步地，该偏光片经镀膜技术形成对激发光反射而对受激光透射的光谱区域，或者形成对激发光透射而对受激光反射的光谱区域。
[0019]进一步地，该激光光源装置具有单一偏振特性。
[0020]进一步地，荧光轮装置通过结构或通过波长转换材料的比例控制来控制波长转换强度与漫反射的强度比例。
[0021]进一步地，所述荧光轮装置通过结构控制波长转换强度与漫反射的强度比例是在荧光轮基板表面形成高漫反射结构来控制该强度比例;所述荧光轮装置通过波长转换材料的比例控制来控制波长转换强度与漫反射的强度比例是调整荧光轮装置上的波长转换材料和漫反射材料的搭配比例而获得不同比例的原反射光和激发光。
[0022]进一步地，所述光源系统还包括漫射器，漫射器位于激光光源装置与反射/透射部之间。
[0023]进一步地，激光光源装置与反射/透射部之间、反射/透射部与荧光轮装置之间和/或荧光轮装置与光机系统之间设置透镜或透镜组。
[0024]本实用新型的有益效果:
[0025]1.本实用新型采用RGBY颜色的光全部使用荧光粉激发的方式，因此从结构上取消对蓝光的特殊调整，简化了设计与生产制程;并且可以缩小光源体积，减少镜片数量，降低产品成本;再者，解决了蓝光偏紫的问题，画面色彩真实度高，也使得白画面的颜色均匀性获取提升；另外，通过各颜色的光去激光化，消除了散斑效应。这种受激产生蓝光的技术不仅可以用在投影用光源系统，也可以用在照明等光源系统中。
[0026]2.本实用新型可自由调整荧光轮上转换波长与漫反射的比例，得出不同的色坐标。
[0027]3.现有的激光投影机使用的是单纯的半透半反滤光片，短波段蓝光高反射率，长波段高透过率，不含偏振特性。本实用新型通过使用镀膜技术制得的偏光片，实现对某一波段的S光的反射率，以及其余波段的光高透过率，同时利用蓝色激光的S偏振特性及其发射光谱窄带宽分布的特性，实现LD蓝光(440nm-450nm) S光高反射率，波长在460nm以上的可见光不分偏振均尚透射率。
【附图说明】
[0028]图1是现有技术的光源系统结构示意图。
[0029]图2为现有技术荧光轮的结构示意图。
[0030]图3是本实用新型的第一实施例的光源系统结构示意图。
[0031 ]图4为本实用新型的偏光片工作方式示意图。
[0032]图5是本实用新型的第一实施例的光谱示意图。
[0033]图6a_6g为本实用新型提出的荧光轮结构示意图。
[0034]图7为本实用新型提出的荧光粉胶片的结构示意图。
[0035]图8是本实用新型的第一实施例的光源系统与荧光粉胶片结合后的光路结构示意图。
[0036]图9是本实用新型的第二实施例的光源系统结构示意图。
[0037]图10是本实用新型的第二实施例的光谱示意图。
[0038]图11是本实用新型的第三实施例中滤波片的光谱图。
【具体实施方式】
[0039]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。
[0040]实施例1:
[0041]本实用新型提出的一种光源系统，如图3所示，该光源系统包括:激光光源装置1、透镜或透镜组、偏光片4、焚光轮装置6和光机系统8。激光光源装置I发出的激光(S偏振光)经透镜或透镜组后经偏光片4反射并经透镜5透射后进入荧光轮装置6，由荧光轮装置6进行转换波长后，产生以朗伯发散光形式的受激光，再透过偏光片4经透镜7进入光机系统8。
[0042]该激光光源装置I具有单一偏振特性，目前使用较多的是日本日亚公司的445nm/30W的激光光源，当然也可以使用其他激光光源。为了保证光源的出光效果，根据使用的激光光源数量及偏振特性不同，可适当调整合光的光路。
[0043]该透镜组可以由多个透镜组成，图3中示出了透镜组由透镜2和透镜3组成的示例，透镜2为凸透镜，透镜3为凹透镜，但本领域技术人员知晓该透镜组还可以由其他数量和其他类型的透镜组成。
[0044]偏光片4可通过镀膜技术形成对激发光反射而对受激光透射的光谱区域，例如对某一波段的S光的反射率，以及对其余波段的光的透过率。图4给了一种偏光片的作用示意图，该示例中偏光片为45度偏光片401，利用蓝色激光的S偏振特性及其发射光谱窄带宽分布的特性，该偏光镜实现LD蓝光(445+/-3nm) S光的高反射率，波长在460nm以上的可见光的高透过率。结合图3中的光源结构，该偏光片4反射原始LD激光器发射出的含S偏振特性的LD蓝光402，并透射经波长转换材料激发后的460nm以上可见光及被转换了偏振特性的LD蓝光403。偏光片4的光谱如图5所示，利用镀膜技术对偏光片进行光学镀膜，形成使单色激发光在S反射的光谱区域，当单色激发光通过偏光片时，可反射进入荧光轮装置，然后单色激发光通过荧光轮装置转换波长后成为单色受激光，单色受激光回到偏光片，此时因光的波长发生转换，因此单色受激光可直接透过偏光片进入光机系统。在本实施例中，该镀膜技术使得偏光片4对445+/-3nm的S偏振的激发蓝光全反射，对460nm以上的受激发光全穿透。
[0045]透镜5对偏光片4反射的激发光进行会聚，同时收集荧光轮装置6发出的受激光，从而提尚了光收集效率。
[0046]本实用新型提出的荧光轮装置6包括:荧光轮基板和RGBY荧光粉，RGBY荧光粉分段附着在荧光轮基板被激光照射的区域，其中该RGBY荧光粉可以为RGBY各颜色荧光粉分别搭配硅胶、树脂胶水或水玻璃等粘接剂进行混合固化后形成的荧光粉胶片。
[0047]荧光轮装置6的结构如图6a_6g所示，图6a中示出了荧光轮基板为片状的结构示意图，此时荧光轮基板被激光照射的区域为荧光轮基板外缘，红色荧光粉601、绿色荧光粉602、蓝色荧光粉603和黄色荧光粉604的位置如图6a所示；图6b和6c中示出了荧光轮基板为滚筒状的结构示意图，此时荧光轮基板被激光照射的区域为荧光轮基板的内外侧壁，优选为外侧壁，红色荧光粉段605、绿色荧光粉段606、蓝色荧光粉段607和黄色荧光粉段608的位置如图6c所示；图6d和6e中示出了荧光轮基板为多边柱体(图中示出了五边形柱体)的结构示意图，此时荧光轮基板被激光照射的区域为荧光轮基板的内外侧壁，优选为外侧壁，红色荧光粉段609、绿色荧光粉段610、蓝色荧光粉段611、白色荧光粉段612和黄色荧光粉段613的位置如图6d所示；图6f和6g示出了荧光轮基板为半球状的结构示意图，此时荧光轮基板被激光照射的区域为荧光轮基板的内外侧壁，优选为内侧壁，红色荧光粉段614、绿色荧光粉段615、蓝色荧光粉段616和黄色荧光粉段617的位置如图6f所示;但本领域技术人员知晓，荧光轮基板的形状不限于上述提到的形状，例如还可以为半椭球形状。
[0048]本实用新型中的各颜色荧光粉，可以采用现有技术中已知的在激光激发下产生对应颜色受激光的红色荧光粉、绿色荧光粉、蓝色荧光粉或黄色荧光粉。
[0049]非限制的，红色荧光粉的组成为YAG:Ce;绿色荧光粉的组成为LuAG= Ce;黄色荧光粉的组成为YAG: Ce ,Gd。
[0050]非限制的，本实用新型的蓝色荧光粉可为在激光激发下可产生蓝色受激光的稀土掺杂的下述物质的一种或多种:硅酸盐、铝酸盐、氮化物、氮氧化物等。所述稀土掺杂的硅酸盐例如为BaAl2Si2O8: Eu、Sr2MgSi3O9: Eu等。所述稀土掺杂的铝酸盐例如为LuAG: Ce、BaMgAl ιοΟιγ: Eu等。所述稀土掺杂的氮化物例如为AlN: Eu。所述稀土掺杂的氮氧化物例如为MSi202N2:Eu，M=Ba、Ca或Sr中的一种或两种或三种。优选地，所述蓝色荧光粉为上述的稀土掺杂的铝酸盐、上述的稀土掺杂的氮氧化物或其混合物。例如，蓝色荧光粉采用如下组合的荧光粉:在激光激发下可产生蓝色受激光的LuAG = Ce(组分I)和在激光激发下可产生蓝色受激光的MSi202N2:Eu，M = Ba、Ca或Sr中的一种或两种或三种(组分2)。其中，所述蓝色荧光粉中，LuAG:Ce与MSi2O2N4 = Eu以任意比例混合，例如可以以1:1?50的比例混合。
[0051]本实用新型中，蓝光也通过荧光粉受激产生，因此消除了LD蓝光激光特性，并且提升了白画面的颜色均匀性，节省了蓝光光路调整工艺，也克服了蓝光偏紫的问题。本实施例中激光通过荧光轮装置前后的光谱如图5所示。
[0052]荧光轮装置6可在结构上或是在波长转换材料的比例控制上来控制波长转换强度与漫反射的强度比例，利用不同的强度比可以自由地控制需要的色坐标点。荧光粉胶片的结构如图7所示，相应的光源系统如图8所示，包括激光光源装置801(发出S偏振光809)、透镜802、透镜803、偏光片804 (对S光反射，受激光透射)、透镜805、荧光轮806、透镜807、光机系统808。在基板表面制作高漫反射结构，含偏振特性的LD蓝光入射到漫反射结构面上，马达带动高速运转的漫反射材料会破坏LD蓝光的偏振特性，并将其反射回透镜组，从而该部分蓝光中P光会透过偏光片进入后端光路系统。
[0053]通过调整荧光轮装置6上的波长转换材料和漫反射材料的搭配比例而获得不同比例的原反射蓝光和激发蓝光，这样可以获得不同色坐标点的蓝光，如漫反射材料与波长转换材料比例为2:8，即可以使得20%左右原LD蓝光不会被激发而被漫反射材料直接发射回透镜组5，另外80 %左右LD蓝光会通过波长转换材料进行转换成所需要的蓝光，调整该两部分蓝光的比例可耦合任何所需要的色坐标点蓝光。
[0054]在偏光片4和光机系统8的光路结构上还可以设置透镜或透镜组7，用于对受激发透射光进行会聚。其中，透镜组包括多个透镜，用于将受激发透射光最大限度地耦合到光机系统8中，确保整机的亮度。
[0055]光机系统8中如果使用蓝色的滤光片对蓝色受激光进行滤色，受激发蓝色光的波段尽可能集中在460-490nmo
[0056]由于目前传统的激光投影技术中，蓝光光路并没有透过荧光轮装置被激发，而是利用另外一条光路最后再与被荧光轮装置激发的光做合光，这样的架构除了激光本身的蓝光偏紫、需合光调整、系统体积笨重外，还会在激光投射到画面后，画面会有散斑的效应。而本实用新型通过将现有光路中的荧光轮换成蓝光受激方式的荧光轮，同时将现有光路中的45度蓝光反射镜换成45度偏光镜，实现了RGBY颜色的光全部使用荧光粉激发的方式。采用激发荧光粉产生蓝光，从而能有效地解决蓝光偏紫问题，也能让各颜色去激光化，在画面上不会有散斑效应;再者，本实用新型的光路只需单一光路，除了可以缩小系统体积、减少镜片数量以及降低成本外，还可以因为简化设计后减少了生产制程上的问题;另外，在白光合光的部分，因为是单一光路，因此不会出现白画面不均匀的现象。
[0057]本领域技术人员根据实施例1中的描述能够知晓，这种受激产生蓝光的技术不仅可以用在投影用光源系统，也可以用在照明等光源系统中；该光源系统相应的可作为投影用光源系统，也可作为照明等光源系统。
[0058]实施例2:
[0059]本实用新型提出的另一种光源系统，如图9所示，该光源系统包括:激光光源装置I’、透镜或透镜组(透镜2’、3’、7’)、偏光片4’、透镜5’、焚光轮装置6’和光机系统8’。激光光源装置I’发出的激光(P偏振光10’)经透镜或透镜组后经偏光片4’和透镜5’透射后进入荧光轮装置6’，由荧光轮装置6 ’进行转换波长后，产生以朗伯发散光形式的受激光，再经透镜5’透射以及经偏光片4’反射进入光机系统8’。
[0060]本实施例中激光通过荧光轮装置前后的光谱如图10所示，利用镀膜技术对偏光片进行镀膜，形成对P偏振光透射而对受激光反射的光谱区域。P偏振光通过偏光片4 ’时，可直接透射进入荧光轮装置6，； P偏振光经荧光轮装置6，转换波长后形成单色受激光，再回到偏光片4’时，因波长已发生转换，因此单色受激光经偏光片4’反射进入光机系统8，。
[0061]在透镜组和偏光片4’之间还可以设置起匀光作用的漫射器9’。激光发出的光线属于高同调性且角度极小的高能量光线，角度较小的激光光束在通过漫射器9’时可以将激光光线的高同调性打散，并让光束有比较大的角度。
[0062]漫射器9’起到破坏激光偏振性的作用，通过在高透光率的基材上加入一颗颗的化学颗粒，作为散射粒子，光线通过时就会发生折射、反射与散射的现象，如此便造成了光学扩散的效果。
[0063]其余内容与实施例1相同，在此不再赘述。
[0064]实施例3:
[0065]本实施例与实施例1和2不同之处在于，实施例1和2的偏光片换成滤波片，其余光路结构不变，该滤波片光谱参考图11，其镀膜光谱Slop Tavg 10%?Tavg 90%小于10nm，乃至小到5nm以下。
[0066]以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种荧光轮装置，其特征在于，该荧光轮装置包括荧光轮基板和多种颜色的荧光粉，该多种颜色的荧光粉分段附着在荧光轮基板被激光照射的区域，该多种颜色的荧光粉包括在激光激发下产生蓝色受激光的蓝色荧光粉。2.根据权利要求1所述的荧光轮装置，其特征在于，该荧光轮基板的表面形成高漫反射结构，和/或，所述荧光轮基板的形状为片状、滚筒状、多边柱体、半球状或半椭球形。3.根据权利要求1所述的荧光轮装置，其特征在于，该多种颜色的荧光粉还包括在激光激发下产生黄色受激光的黄色荧光粉、在激光激发下产生红色受激光的红色荧光粉以及在激光激发下产生绿色受激光的绿色荧光粉。4.根据权利要求1至3中任一项所述的荧光轮装置，其特征在于，该多种颜色的荧光粉通过粘接剂附着在荧光轮基板被激光照射的区域。5.一种光源系统，其特征在于，该光源系统包括:激光光源装置、反射/透射部、如权利要求I至4中任一项所述的荧光轮装置和光机系统;反射/透射部对激发光反射而对受激光透射，或者对激发光透射而对受激光反射;激光光源装置发出的激光经反射/透射部反射或透射后进入荧光轮装置，荧光轮装置中的荧光粉被激发后产生受激光，再经反射/透射部透射或反射进入光机系统。6.根据权利要求5所述的光源系统，其特征在于，该反射/透射部为偏光片或滤波片。7.根据权利要求6所述的光源系统，其特征在于，该偏光片经镀膜技术形成对激发光反射而对受激光透射的光谱区域，或者形成对激发光透射而对受激光反射的光谱区域。8.根据权利要求5至7中任一项所述的光源系统，其特征在于，该激光光源装置具有单一偏振特性。9.根据权利要求5至7中任一项所述的光源系统，其特征在于，荧光轮装置通过结构或通过波长转换材料的比例控制来控制波长转换强度与漫反射的强度比例。10.根据权利要求9所述的光源系统，其特征在于，所述荧光轮装置通过结构控制波长转换强度与漫反射的强度比例是在荧光轮基板表面形成高漫反射结构来控制该强度比例； 所述荧光轮装置通过波长转换材料的比例控制来控制波长转换强度与漫反射的强度比例是调整荧光轮装置上的波长转换材料和漫反射材料的搭配比例而获得不同比例的原反射光和激发光。11.根据权利要求5至7中任一项所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括漫射器，漫射器位于激光光源装置与反射/透射部之间。12.根据权利要求5至7中任一项所述的光源系统，其特征在于，激光光源装置与反射/透射部之间、反射/透射部与荧光轮装置之间和/或荧光轮装置与光机系统之间设置透镜或透镜组。
【文档编号】G03B21/20GK205721048SQ201620547732
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】陈龙, 朴贤卿, 葛明星, 刘金根, 周建胜, 叶文彬
【申请人】无锡视美乐激光显示科技有限公司