二向色元件、激光荧光光源、投影设备及照明设备的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，尤其是涉及一种二向色元件、激光荧光光源、投影设备及照明设备。

背景技术：

随着激光技术的发展，激光显示在大众生活及工作中越来越普及。现有激光荧光光源技术，其激发光源发出的光为单一偏振特性的激发光，而受激光为非单一偏振特性的光。基于反射式的波长转换装置的激光荧光光源中，二向色元件用于反射激发光、透射受激光，使得激发光入射至波长转换装置以进行波长转换，并且转换得到的受激光透过二向色元件输出。

在某一特定入射角度下，现有技术在二向色元件的高透部分能做到的较好平均透过率为95％左右，在二向色元件的高反部分的反射率为99％左右，然而当入射角发生变化后，二向色元件的透过率和反射率均会发生变化。由于激光荧光光源中二向色元件和波长转换装置之间设置有诸如聚焦透镜等光学元件，该光学元件的表面存在界面反射，同时波长转换装置上的波长转换材料也存在界面反射，激发光经界面反射后再入射至二向色元件上时，其在二向色元件上的入射角与激发光直接入射至二向色元件上的入射角存在差异，因此部分经界面反射的激发光会与受激光一起透过二向色元件，导致该激光荧光光源的色纯度较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种二向色元件、激光荧光光源、投影设备及照明设备，以提高二向色元件所应用的激光荧光光源的色纯度。

本实用新型实施例提供了一种二向色元件，包括基材、第一膜层和第二膜层，所述第一膜层和所述第二膜层分别设置在所述基材的两个相对的表面；

所述第一膜层和所述第二膜层均用于透射长波光，并反射短波光，其中，所述长波光的波长大于所述短波光的波长。

进一步地，所述第一膜层的透射波段和所述第二膜层的透射波段均包括550-760nm；所述第一膜层的反射波段和所述第二膜层的反射波段均包括440-460nm。

本实用新型实施例还提供了一种激光荧光光源，包括激发光发射器、波长转换装置和上述的二向色元件；

所述二向色元件用于将所述激发光发射器发出的激发光反射至所述波长转换装置；所述波长转换装置用于将所述激发光转换为受激光，并将所述受激光反射回所述二向色元件；所述二向色元件还用于透射所述波长转换装置转换得到的受激光。

进一步地，所述波长转换装置在沿所述激发光的入射方向上依次包括：滤光层、波长转换层和基板，还包括与所述基板连接的驱动部件；所述滤光层和所述波长转换层相对静止附于所述基板上；

所述驱动部件用于驱动所述基板转动，以使所述滤光层和所述波长转换层在所述基板的带动下同步转动。

进一步地，所述滤光层包括红光滤波片和绿光滤波片，所述波长转换层包括与所述红光滤波片对应设置的红光波长转换材料和与所述绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料。

进一步地，所述红光滤波片的透射波段包括450-460nm和610-680nm，所述红光滤波片的反射波段包括510-575nm；所述绿光滤波片的透射波段包括400-600nm，所述绿光滤波片的反射波段包括620-680nm。

进一步地，所述滤光层与所述波长转换层之间还设置有角度改变层，所述角度改变层用于对所述受激光进行出光角度的减小。

进一步地，所述角度改变层包括折射率小于所述滤光层的折射率的粘合剂。

进一步地，对预设入射角下的光，所述滤光层的透射波段的平均透过率大于预设透过率阈值；所述预设入射角的范围包括0°～70°。

进一步地，所述二向色元件与所述波长转换装置之间设置有滤光装置，所述滤光装置与所述波长转换装置的驱动部件连接，以使所述驱动部件驱动所述滤光装置和所述波长转换装置同步转动。

本实用新型实施例还提供了一种投影设备，包括上述的激光荧光光源。

本实用新型实施例还提供了一种照明设备，包括上述的激光荧光光源。

本实用新型实施例提供的二向色元件、激光荧光光源、投影设备及照明设备中，该二向色元件包括基材、第一膜层和第二膜层，第一膜层和第二膜层分别设置在基材的两个相对的表面；第一膜层和第二膜层均用于透射长波光，并反射短波光，其中，长波光的波长大于短波光的波长。该二向色元件通过第一膜层和第二膜层对短波光进行两次反射，以及通过基材、第一膜层和第二膜层对短波光进行三次吸收，能够大大降低短波光的能量，从而降低对短波光的透过率，因此当该二向色元件应用于激光荧光光源时，能够降低对经界面反射的激发光的透过率，从而提高该激光荧光光源的色纯度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的一种二向色元件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种激光荧光光源的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种波长转换装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种红光滤波片的透射光谱；

图5为本实用新型实施例提供的一种绿光滤波片的透射光谱；

图6为本实用新型实施例提供的一种波长转换装置的正面示意图；

图7为本实用新型实施例提供的另一种波长转换装置的结构示意图。

图标：101-基材；102-第一膜层；103-第二膜层；201-激发光发射器；202-第一透镜；203-第二透镜；204-匀光元件；205-二向色元件；206-第三透镜；207-波长转换装置；301-滤光层；302-波长转换层；303-基板；304-驱动部件；305-角度改变层。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

发明人现有的二向色元件均是采用单面镀滤光膜的方式，这种镀膜在某一特定角度下，在其高透部分能做到的较好平均透过率为95％左右，在其高反部分的反射率为99％左右，但其透过率和反射率均会随着入射角的变化而发生变化。由于激光荧光光源中二向色元件和波长转换装置之间的光学元件的表面存在界面反射，同时波长转换材料也存在界面反射，导致了部分经界面反射的激发光会与受激光一起透过二向色元件，使得该激光荧光光源的色纯度较低。基于此，本实用新型实施例提供的一种二向色元件、激光荧光光源、投影设备及照明设备，可以提高二向色元件所应用的激光荧光光源的色纯度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种二向色元件进行详细介绍。

参见图1所示的一种二向色元件的结构示意图，该二向色元件包括基材101、第一膜层102和第二膜层103，第一膜层102和第二膜层103分别设置在基材101的两个相对的表面；第一膜层102和第二膜层103均用于透射长波光，并反射短波光，其中，长波光的波长大于短波光的波长。

上述二向色元件的两面均镀有滤光膜(即第一膜层102和第二膜层103)，当该二向色元件在应用于激光荧光光源时，第一膜层102和第二膜层103均用于透射激发光，并反射激光荧光光源中波长转换装置转换得到的受激光。可以将第一膜层102设置在靠近激光荧光光源中激发光发射器的一端，将第二膜层103设置在远离激发光发射器的一端，当然第一膜层102和第二膜层103的位置可以相互交换。

可选地，上述基材101的材质可以但不限于为玻璃。

可选地，上述第一膜层102可以对505nm以上的可见光具有高透射率，对440-460nm的可见光具有高反射率；第二膜层103的透射光谱可以与第一膜层102的透射光谱相同或者相似。

可选地，上述第一膜层102的透射波段和第二膜层103的透射波段均包括550-760nm；第一膜层102的反射波段和第二膜层103的反射波段均包括440-460nm。

本实用新型实施例中，二向色元件通过第一膜层和第二膜层对短波光进行两次反射，以及通过基材、第一膜层和第二膜层对短波光进行三次吸收，能够大大降低短波光的能量，从而降低对短波光的透过率，因此当该二向色元件应用于激光荧光光源时，能够降低对经界面反射的激发光的透过率，从而提高该激光荧光光源的色纯度。

本实用新型实施例还提供了一种激光荧光光源，参见图2所示的一种激光荧光光源的结构示意图，该激光荧光光源包括激发光发射器201、波长转换装置207和上述的二向色元件205；二向色元件205用于将激发光发射器201发出的激发光反射至波长转换装置207；波长转换装置207用于将激发光转换为受激光，并将受激光反射回二向色元件205；二向色元件205还用于透射波长转换装置207转换得到的受激光。

可选地，上述激发光发射器201可以是激光器，例如蓝光激光器、紫光激光器或紫外激光器等。

在一种可选的实现方式中，如图2所示，上述激光荧光光源还包括设置在激发光发射器201与二向色元件205之间的第一透镜202、第二透镜203和匀光元件204，以及设置在二向色元件205与波长转换装置207之间的第三透镜206。第一透镜202和第二透镜203可以构成一个准直透镜，用于对激发光发射器201发出的激发光进行缩束和准直；匀光元件204用于对第二透镜203输出的准直光进行匀光，消除该准直光的相干性；第三透镜206用于将二向色元件205反射的激发光聚焦至波长转换装置207的波长转换点上。

上述激光荧光光源的工作原理如下：激发光发射器201发出的激发光先后经第一透镜202、第二透镜203和匀光元件204后，入射至二向色元件205；二向色元件205的第一膜层对激发光进行反射，被反射的激发光被第三透镜206聚焦至波长转换装置207；波长转换装置207中的波长转换材料对激发光进行波长转换，产生受激光；受激光被波长转换装置207反射回第三透镜206，穿过第三透镜206后入射至二向色元件205，并透过二向色元件205后输出。其中，被第三透镜206和波长转换材料反射的激发光在入射至二向色元件205后，需要经第一膜层和第二膜层的两次反射，以及基材、第一膜层和第二膜层的三次吸收，这样大大降低了这部分激发光的能量，从而降低了二向色元件205对这部分激发光的透过率，使得该激光荧光光源输出的光的色纯度得到了提高，从而有利于实现高色域高色彩。

考虑到经波长转换装置转换后的受激光的色彩不是很好，为了实现高色域高色彩，现有技术中通常在激光荧光光源中加设一滤光轮，而增加滤光轮后会增加成本，且需要对滤光轮与波长转换装置进行双轮同步，两个轮子同时运转时容易在整机里产生共振，且整机噪音更大。基于此，本实施例还提供了一种波长转换装置，可以单轮子实现高色域高色彩的激光荧光光源。

参见图3所示的一种波长转换装置的结构示意图，该波长转换装置207在沿激发光的入射方向上依次包括：滤光层301、波长转换层302和基板303，还包括与基板303连接的驱动部件304；滤光层301和波长转换层302相对静止附于基板303上；驱动部件304用于驱动基板303转动，以使滤光层301和波长转换层302在基板303的带动下同步转动。这样，通过该波长转换装置207中的滤光层301实现了高色域高色彩的激光荧光光源，并且不需要单独增加滤光轮，因此节约了成本，避免了共振对激光荧光光源寿命的影响，降低了噪音。

上述波长转换装置207中的波长转换材料位于波长转换层302，该波长转换材料可以但不限于为荧光粉，例如对应红色受激光和黄色受激光的黄色荧光粉，对应绿色受激光的绿色荧光粉等。上述驱动部件304可以为电机或马达。

可选地，上述基板303可以采用导热率较高的材质，例如，基板303的材质包括铝、铜、镁铝合金、氮化铝和碳化硅中的一种或多种。这样可以提高波长转换装置207的散热性能，从而提高波长转换装置207的转换效率，也便于实现激光荧光光源的高亮度。为了提高基板303的反射率，还可以在基板303上设置反射层。

在一种可能的实施例中，上述滤光层301包括红光滤波片，波长转换层302包括与红光滤波片对应设置的红光波长转换材料，红光波长转换材料可以采用黄色荧光粉。红光滤波片呈洋红色，故也可称之为洋红色膜片。

上述红光滤波片的透射光谱在可见光光谱范围上的透射曲线形状呈“凹”状，参见图4所示的一种红光滤波片的透射光谱，红光滤波片可以在450-460nm和610-680nm两个波段为高透过率，在510-575nm波段为高反射率，也即红光滤波片的透射波段包括450-460nm和610-680nm，红光滤波片的反射波段包括510-575nm。这样使得激发光可以透射过红光滤波片进入红光波长转换材料中，被红光波长转换材料激发成受激光，受激光中的610-680nm光也可以透射过红光滤波片，而受激光中的其他波段光无法透射过红光滤波片。

在另一种可能的实施例中，上述滤光层301除了包括红光滤波片外，还包括绿光滤波片，波长转换层302除了包括与红光滤波片对应设置的红光波长转换材料外，还包括与绿光滤波片对应设置的绿光波长转换材料，绿光波长转换材料可以采用绿色荧光粉。绿光滤波片呈青色，故也可称之为青色膜片。

参见图5所示的一种绿光滤波片的透射光谱，上述绿光滤波片的透射光谱在可见光波段为600nm以下为高透过率，在620-680nm为高反射率，例如绿光滤波片的透射波段包括400-600nm，绿光滤波片的反射波段包括620-680nm。这样可以使得激发光能够透射过绿光滤波片进入绿光波长转换材料中，被绿光波长转换材料激发成受激光，受激光中的600nm以下的短波段光也可以透射过绿光滤波片，而受激光中的620-680nm的长波段光无法透射过绿光滤波片。

优选地，上述红光滤波片和绿光滤波片对称设置，以减少波长转换装置207工作时的转动不平衡，缓解因转动不平衡产生的噪音和振动问题。

可选地，参见图6所示的一种波长转换装置的正面示意图，上述波长转换层302可以呈圆环状，波长转换层302包括多个区域，如红光区域、黄光区域、绿光区域和蓝光区域等，对应红光区域设置有扇环状的洋红色膜片，对应绿光区域设置有扇环状的青色膜片。

可选地，因波长转换材料转换的受激光是朗伯光(光的出射角度范围为360°)，朝向基板303方向出射的受激光会被基板303或者基板303上的反射层引导朝滤光层301出射，因此朝滤光层301出射的光的出射角度范围为180°，为获得较高的出光效率，滤光层301的透射光谱设置为入射角＝0°～70°都具有较好的透过率。基于此，对预设入射角下的光，滤光层301的透射波段的平均透过率大于预设透过率阈值；该预设入射角的范围包括0°～70°。该预设透过率阈值可以根据实际需求设置，这里不作限定。例如，入射角＝0°～30°时，滤光层301高透部分的平均透过率大于95％；入射角＝45°时，滤光层301高透部分的平均透过率大于93％；入射角＝60°时，滤光层301高透部分的平均透过率大于90％；入射角＝70°时，滤光层301高透部分的平均透过率大于85％。

可选地，为了进一步提高出光效率，参见图7所示的另一种波长转换装置的结构示意图，滤光层301与波长转换层302之间还设置有角度改变层305，角度改变层305用于对受激光进行出光角度的减小。这样，可以减小被滤光层301反射回去的大角度受激光的入射角，以便提高这部分受激光在二次经过滤光层301时的透过率。

可选地，上述角度改变层305包括折射率小于滤光层301的折射率的粘合剂。由于光从低折射率材料入射至高折射率材料时折射角小于入射角，因此当受激光从角度改变层305入射至滤光层301时会由大角度光变为小角度光，实现了受激光入射角的减小。具体地，该粘合剂为透明介质，粘合剂的折射率与滤光层301的折射率的差异越大越好。

针对现有技术中采用滤光轮时存在的成本高、共振、噪音大的问题，本实施例还提供了另一种激光荧光光源，在该激光荧光光源中，二向色元件205与波长转换装置207之间设置有滤光装置，滤光装置与波长转换装置207的驱动部件连接，以使该驱动部件驱动滤光装置和波长转换装置207高速同步转动。可选地，滤光装置与波长转换装置207的驱动部件可以通过转接件连接。这种方式也是仅使用了一个驱动部件，就实现了高色域高色彩的激光荧光光源，因此节约了成本，避免了共振对激光荧光光源寿命的影响，降低了噪音。

本实用新型实施例还提供了一种投影设备，该投影设备包括上述的激光荧光光源。

本实施例所提供的投影设备，其实现原理及产生的技术效果和前述激光荧光光源实施例相同，为简要描述，投影设备实施例部分未提及之处，可参考前述激光荧光光源实施例中相应内容。

本实用新型实施例还提供了一种照明设备，该照明设备包括上述的激光荧光光源。

本实施例所提供的照明设备，其实现原理及产生的技术效果和前述激光荧光光源实施例相同，为简要描述，照明设备实施例部分未提及之处，可参考前述激光荧光光源实施例中相应内容。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。