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CN102854729B - 发光装置、发光装置组件及相关投影系统 - Google Patents

发光装置、发光装置组件及相关投影系统 Download PDF

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CN102854729B CN201210044533.0A CN201210044533A CN102854729B CN 102854729 B CN102854729 B CN 102854729B CN 201210044533 A CN201210044533 A CN 201210044533A CN 102854729 B CN102854729 B CN 102854729B
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Abstract

本发明实施例公开了一种发光装置、发光装置组件及相关投影系统，该发光装置组件包括波长转换装置，包括具有至少一波长转换区的波长转换层，该波长转换区用于接收激发光并将该激发光转换为受激光；驱动装置，包括驱动面，用于驱动波长转换装置运动，以使激发光在波长转换装置上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换装置；转接件，用于同轴连接驱动装置与波长转换装置，并使得光线能从波长转换装置的面向驱动装置的表面的驱动面之内入射于该波长转换装置；且驱动面与波长转换层分别沿着轴投影的投影面至少部分重叠。本发明实施例中的发光装置组件能够用于要求厚度较薄的产品。

Description

发光装置、发光装置组件及相关投影系统
技术领域
本发明涉及照明及显示技术领域，特别是涉及一种发光装置、发光装置组件及相关投影系统。
背景技术
现有技术中，荧光粉色轮包括透射式色轮与反射式色轮。荧光粉色轮是将荧光粉附着在反射基板上，激发光照射在荧光粉上激发出的受激光被该基板反射，使得色轮出射受激光的方向与激发光入射色轮的方向相反，即色轮的出光侧与入光侧为色轮的同一侧。透射式色轮的荧光粉附着在透明基板上，激发光照射在荧光粉上激发出的受激光透射该基板，通常还会在色轮的入光侧设置一透射激发光反射受激光的滤光片，使得色轮出射激发光的方向与激发光入射色轮的方向相同，即色轮的出光侧与入光侧分别为色轮的两侧。
请参阅图1a与图1b，图1a是现有技术中一种荧光粉色轮的侧视图，图1b是图1a所示色轮的波长转换装置的俯视图。如图1a与1b所示，荧光粉色轮包括具有荧光粉的波长转换装置10与马达20。波长转换装置10包括层叠设置的基板11与波长转换层12，基板紧贴于马达20上。马达20的与基板紧贴的表面为马达的驱动面。基板呈圆盘状，马达20呈与该圆盘同轴的圆筒状，用于驱动波长转换装置10绕该圆盘的圆心转动。波长转换层12呈与基板同心的环状，该环上设置有至少一种荧光粉，用于接收激发光A并将激发光A转换为受激光B。
在对现有技术的荧光粉色轮的研究和实践过程中，本发明的发明人发现：若荧光粉色轮采用透射式，为了使激发光穿过波长转换层而不被马达所遮挡，则要求接收激发光的波长转换层12的内径要大于马达的驱动面半径，导致波长转换装置的面积要大于马达的驱动面与波长转换层12的面积之和；同理，若荧光粉色轮采用反射式，且激发光从波长转换装置的面向马达的表面入射于波长转换装置，则要求波长转换装置10的面积要大于马达的驱动面与波长转换层12的面积之和。由此可见，波长转换装置10的面积须大于马达的驱动面与波长转换层12的面积之和，导致荧光粉色轮不能用于要求厚度较薄的产品。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种发光装置、发光装置组件及相关投影系统，该发光装置组件可以为荧光粉色轮，且该荧光粉色轮的波长转换装置的面积小于等于上述和。
本发明实施例提供一种发光装置，包括：
激发光源，用于产生激发光；
波长转换装置，包括具有至少一波长转换区的波长转换层，该波长转换区用于接收激发光并将该激发光转换为受激光；
驱动装置，包括驱动面，用于驱动波长转换装置运动，以使激发光在波长转换装置上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换装置；
转接件，用于同轴连接驱动装置与波长转换装置，并使得光线能从波长转换装置的面向驱动装置的、驱动面沿该轴的投影面范围之内的表面入射于该波长转换装置；
且驱动面与波长转换层分别沿着轴投影的投影面至少部分重叠，激发光从驱动面沿该轴的投影面范围之内入射于波长转换层。
本发明实施例还提供一种发光装置组件，包括：
波长转换装置，包括具有至少一波长转换区的波长转换层，该波长转换区用于接收激发光并将该激发光转换为受激光；
驱动装置，包括驱动面，用于驱动波长转换装置运动，以使激发光在波长转换装置上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换装置；
转接件，用于同轴连接驱动装置与波长转换装置，并使得光线能从波长转换装置的面向驱动装置的、驱动面沿该轴的投影面范围之内的表面入射于该波长转换装置；
且驱动面与波长转换层分别沿着轴投影的投影面至少部分重叠。
本发明实施例还提供一种投影系统，包括上述发光装置。
与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：
本发明实施例的发光装置组件中，通过转接件使得激发光能从波长转换装置的驱动面之内入射于波长转换装置而不被驱动装置所遮挡，还进一步通过设置使得驱动装置的驱动面与波长转换层分别沿着轴投影的投影面至少部分重叠，从而实现在波长转换装置的面积小于驱动面与波长转换层的面积之和的情况下，激发光也能从波长转换装置的驱动面之内入射于波长转换层而不被驱动装置所遮挡。相对于现有技术，本发明实施例的发光装置组件中的波长转换装置具有面积较小的优点，从而该发光装置组件能够用于要求厚度较薄的产品。
附图说明
图1a是现有技术中一种荧光粉色轮的侧视图；
图1b是图1a所示色轮的波长转换装置的俯视图；
图2a是本发明实施例中发光装置的一个实施例的结构示意图；
图2b是图2a所示实施例中波长转换装置的侧视图；
图3是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图；
图4是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图；
图5是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图；
图6是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图；
图7是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明实施例进行详细说明。
实施例一
请参阅图2a与图2b，图2a是本发明实施例中发光装置的一个实施例的结构示意图；图2b是图2a所示实施例中波长转换装置的侧视图。如图2a所示，发光装置200包括激发光源210、波长转换装置220、驱动装置230及转接件240。
激发光源210用于产生激发光。激发光源210优选为激光二极管、发光二极管等固态光源。在本实施例中，激发光源210具体为产生蓝光的激光二极管。
波长转换装置220包括层叠设置的基板221与波长转换层222，基板与波长转换层之间可以采用多种固定方式，例如粘接。如图2b所示，基板221呈圆盘状，波长转换层222呈与基板同心的环状，且该环的外径优选等于基板的直径。
波长转换层222具有至少一波长转换区，该波长转换区用于接收激发光并将该激发光转换为受激光。具体地，波长转换层222包括第一分区222a、第二分区222b及第三分区222c，且波长转换层222的三个分区沿基板的周向分布。第一、第二、第三分区分别承载有用于将蓝光转换为红光的红光波长转换材料、用于将蓝光转换为绿光的绿光波长转换材料以及用于透射并对蓝光进行消相干的散射材料。最常用的波长转换材料是荧光粉，例如YAG荧光粉，它可以吸收蓝光并受激发射黄色的受激光。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。
容易理解的是，在其它实施例中，波长转换层可以只有一个分区，或者包括其它数量的分区；波长转换层的各个分区也可以沿径向分布，或采用其它分布方式；波长转换层的各个分区可以均设置波长转换材料。关于波长转换装置，还需要说明的是，基板221是用于承载波长转换层222的，在波长转换层本身刚性足够的情况下（例如波长转换层是通过将荧光粉掺杂在透明玻璃中形成的），基板221是可以省略的。
驱动装置230具体为呈圆柱形的马达，转接件240用于同轴连接驱动装置230与波长转换装置220，这三者所共有的轴为S。驱动装置包括驱动面，该驱动面是指驱动装置的与转接件固定的表面。驱动装置用于通过转接件驱动波长转换装置绕基板的圆心O（图未示）转动，以使激发光在波长转换装置上形成的光斑沿圆形路径作用于该波长转换装置，使得波长转换层222的三个分区轮流进入激发光的照射区域，从而波长转换层222依次出射红光、绿光及蓝光的彩色序列光。
本实施例中，转接件240具体包括呈柱状的连接部，该连接部的两端分别与驱动装置230及波长转换装置220的基板221同轴固定，此处的固定方式也可以有多种，例如粘接、焊接等。并且，连接部的底面小于驱动装置的驱动面，优选地，连接部的底面占驱动装置的驱动面的比例大于1/4且小于1/2。由于连接部的底面小于马达的驱动面，因此在驱动装置230与波长转换装置220之间存在一光线可透过的空间，使得光线能从波长转换装置220的面向驱动装置的表面的驱动面之内入射于该波长转换装置。例如，假设驱动装置的驱动面的半径为1cm，那么转接件使得光线能从波长转换装置220的面向驱动装置的表面的以O为圆心的半径1cm以内的圆内入射于该波长转换装置。
本实施例中，通过转接件使得激发光A能从波长转换装置的驱动面之内入射于波长转换装置而不被驱动装置所遮挡，还进一步通过设置使得驱动装置230的驱动面与波长转换层222分别沿着轴S投影的投影面至少部分重叠，从而实现在波长转换装置的面积小于驱动面与波长转换层的面积之和的情况下，激发光A也能从波长转换装置的驱动面之内入射于波长转换层而不被驱动装置所遮挡。相对于现有技术，本实施例中的波长转换装置具有面积较小的优点。
优选地，波长转换装置220的面积等于驱动装置的驱动面面积，此时驱动装置230的驱动面沿着轴S投影的投影面完全覆盖波长转换层222沿着轴S投影的投影面，以便于产品组装与美观。可以理解的是，波长转换装置220的面积也可以小于或大于驱动装置的驱动面面积。
在本实施例中，激发光源210产生的蓝光A从波长转换装置的面向驱动装置的表面的驱动面之内斜入射于基板221，再从基板221入射到波长转换层222。波长转换层222接收该蓝光，并依次出射红光、绿光及蓝光的彩色序列光B，且波长转换层的出光方向与入光方向相同，即波长转换装置220采用透射式。优选地，基板221具有透射激发光且反射受激光的光学属性，以提高波长转换装置220的光出射率。可以理解的是，在波长转换装置采用透射式的情况下，激发光源210产生的蓝光A也可以从波长转换装置的背向驱动装置的表面的驱动面之内入射于波长转换装置，彩色序列光B从波长转换装置的面向驱动装置的表面出射。当然，波长转换装置也可以采用反射式，这点将在下面的实施例中说明，此处不作详述。
此外，发光装置还可以包括光收集装置（图未示），用于收集波长转换层的出射光，这点也适用以下各实施例。光收集装置可以是具有匀光或整形功能的光学器件，例如匀光棒。
实施例二
请参阅图3，图3是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图3所示，发光装置300包括激发光源310、波长转换装置320、驱动装置330及转接件340。波长转换装置320包括层叠设置的基板321与波长转换层322。
本实施例与图2a所示实施例的区别之处在于：转接件340呈圆台形，该转接件的上底面340a和波长转换装置320固定，该转接件的下底面340b和驱动装置330固定，且该转接件的上底面340a小于驱动装置的驱动面，使得光线能从波长转换装置320的面向驱动装置的表面的驱动面之内入射于该波长转换装置。
优选地，转接件的下底面340b与驱动装置的驱动面完全重叠，以实现转接件与驱动装置之间更良好的固定。优选地，激发光源310发出的蓝光从波长转换装置320的面向驱动装置的表面的驱动面之内斜入射于该波长转换装置，且激发光A与该表面的夹角等于转接件340的母线与该表面的夹角，以在保证波长转换装置尽可能地小的同时，使激发光入射到波长转换装置的入射角最小。
相对于图2a所示实施例，由于转接件呈圆台状，因此波长转换装置具有动平衡更好的优点。容易理解的是，在另一实施例中，圆台形的转接件的上底面、下底面也可以分别和驱动装置与波长转换装置固定。
值得说明的是，在另一优选实施例中，转接件340也可以用正棱台形的转接件来替代。同样，优选地，正棱台形的转接件的上底面、下底面分别和波长转换装置与驱动装置固定，此时优选地，激发光源310发出的蓝光从波长转换装置320的面向驱动装置的表面的驱动面之内斜入射于该波长转换装置，且激发光A与该表面的夹角等于转接件340的侧棱与该表面的夹角。
实施例三
请参阅图4，图4是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图4所示，发光装置400包括激发光源410、波长转换装置420、驱动装置430及转接件440。波长转换装置420包括层叠设置的基板421与波长转换层422。
本实施例与图2a所示实施例的区别之处在于：发光装置400还包括反射装置450，用于反射激发光源430产生的激发光，以使该激发光从波长转换装置420的面向驱动装置的表面正射于波长转换层422。显然反射装置需设置于驱动装置、转接件与波长转换装置围成的空间中。反射装置450可以为反射镜、棱镜或者反射激发光且透射其它光的滤光片或其它，凡是能改变激发光光路的光学器件即可，此处不作一一列举。
相对于图2a所示实施例，本实施例中，通过反射装置改变激发光源410的入射光路，使得激发光源410可以尽可能靠近驱动装置的驱动面区域，甚至可以在驱动装置的驱动面之内，因而发光装置400可以具有结构更为紧凑的优点。
实施例四
请参阅图5，图5是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图5所示，发光装置500包括激发光源510、波长转换装置520、驱动装置530及转接件540。波长转换装置520包括层叠设置的基板521与波长转换层522。
本实施例与图4所示实施例的区别之处在于：本实施例中的转接件540包括转接部541、连接部542及支撑部543。具体地，转接部541、连接部542及支撑部543均呈圆柱状。转接部541的两端分别和驱动装置与连接部542固定，支撑部543的两端分别和连接部542与基板521固定。并且，连接部542的底面小于转接部的底面，也小于支撑部的底面，从而使波长转换装置具有较好的动平衡性能。优选地，转接部的底面与驱动装置的驱动面完全重叠，支撑部的底面小于转接部的底面，即转接件540呈工字形，以进一步提高波长转换装置的动平衡性能。此外，优选地，由转接部541、连接部542及支撑部543组成的转接件一体成型。
容易理解的是，转接部与支撑部也可以呈其它形状，例如圆台形或正棱台形，只要连接部的底面小于转接部与支撑部各处的截面即可。此外，由转接部541、连接部542及支撑部543组成的转接件也可以由三个独立器件相互固定连接而成。需要说明的是，相对于图4所示实施例，只要增加转接部与支撑部这两者中的一个即可提高波长转换装置的动平衡性能，并不要求这两者同时存在。
实施例五
请参阅图6，图6是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图6所示，发光装置600包括激发光源610、波长转换装置620、驱动装置630、转接件640及反射装置650。波长转换装置620包括层叠设置的基板621与波长转换层622。
本实施例与图5所示实施例的区别之处包括：
（1）激发光源610产生的激发光为紫外光。
（2）波长转换装置620采用反射式，具体地，波长转换层622设置在基板621的面向驱动装置的表面，并且，基板621为反射镜。并且，波长转换层622的第一、第二、第三分区分别承载有用于将紫外光转换为红光的红光波长转换材料、用于将紫外光转换为绿光的绿光波长转换材料以及用于将紫外光转换为蓝光的蓝光波长转换材料。由此可见，波长转换装置620在紫外光的激发下会出射红光、绿光、蓝光及未被吸收的紫外光。
（3）发光装置600还包括光路区分装置660，用于引导反射装置反射来的激发光A入射于波长转换层，并引导从该波长转换层612出射的光中的受激光与入射于该波长转换层的激发光的光路分开并形成该发光装置的出射光。具体地，光路区分装置660可以为透射紫外光且反射红光、绿光及蓝光的滤光片。
此处需要说明的是，若波长转换层622的刚性足够，并且具有可使得波长转换层产生的受激光无法穿透波长转换层而沿着激发光入射方向出射的厚度，则基板621是可以省略的。
在图5所示实施例中，激发光源在垂直于轴S的方向上分布，而收集出射光的光收集装置需在平行于轴S的方向上分布，因此在两个维度上加大了发光装置的尺寸。而本实施例中，由于波长转换装置620采用反射式，所以激发光源与收集出射光的光收集装置可以均在垂直于轴S的方向上分布，从而只在一个维度上加大发光装置的尺寸，因而发光装置600具有结构更加紧凑的优点。
实施例六
请参阅图7，图7是本发明实施例中发光装置的另一实施例的结构示意图。如图7所示，发光装置700包括激发光源710、波长转换装置720、驱动装置730、转接件740、反射装置750及光路区分装置760。波长转换装置720包括层叠设置的基板721与波长转换层722。
本实施例与图6所示实施例的区别之处包括：
（1）激发光源产生的激发光为蓝光。
（2）波长转换层722的第一、第二、第三分区分别承载有用于将紫外光转换为红光的红光波长转换材料、用于将紫外光转换为绿光的绿光波长转换材料以及散射材料。
（3）光路区分装置760具体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A经过透光孔入射至波长转换层上，波长转换层的出射光的大部分被弧面反射装置的反射面反射并作为发光装置700的出射光，小部分从透光孔泄漏。优选地，弧面反射装置760呈半椭球形或半椭球形的一部分，且波长转换层设置于该椭球的一个焦点，从而波长转换层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760呈半球形或半球形的一部分，且波长转换层设置于靠近该球形球心的一点，从而波长转换层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。光路区分装置还可以采用其它多种形式，例如带通孔的抛物面反射装置，此处不作一一列举。
上述各实施例均以圆盘状的波长转换装置，驱动装置驱动波长转换装置转动为例进行说明。事实上，波长转换装置也可以是条状移动盘，驱动装置可以驱动该条状移动盘作线性往返移动；波长转换装置还可以呈滚筒状，驱动装置可以驱动该滚筒转动。这些是现有技术，此处不作详述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本发明实施例还提供一种投影系统，包括发光装置，该发光装置可以具有上述各实施例中的结构与功能。该投影系统可以采用各种投影技术，例如液晶显示器（LCD，Liquid Crystal Display）投影技术、数码光路处理器（DLP，Digital Light Processor）投影技术。此外，上述发光装置也可以应用于照明系统，例如舞台灯照明。
此外，本发明实施例还提供一种发光装置组件，根据上述各实施例可以概括得出，该发光装置组件可以包括：
波长转换装置，包括具有至少一波长转换区的波长转换层，该波长转换区用于接收激发光并将该激发光转换为受激光；
驱动装置，包括驱动面，用于驱动波长转换装置运动，以使激发光在波长转换装置上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换装置；
转接件，用于同轴连接驱动装置与波长转换装置，并使得光线能从波长转换装置的面向驱动装置的表面的驱动面之内入射于该波长转换装置；
且驱动面与波长转换层分别沿着所述轴投影的投影面至少部分重叠。
本发明实施例的发光装置组件中，通过转接件使得激发光能从波长转换装置的驱动面之内入射于波长转换装置而不被驱动装置所遮挡，还进一步通过设置使得驱动装置的驱动面与波长转换层分别沿着轴投影的投影面至少部分重叠，从而实现在波长转换装置的面积小于驱动面与波长转换层的面积之和的情况下，激发光也能从波长转换装置的驱动面之内入射于波长转换层而不被驱动装置所遮挡。相对于现有技术，本实施例中的波长转换装置具有面积较小的优点。
以上所述仅为本发明的实施方式，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。

Claims (13)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
激发光源，用于产生激发光；
波长转换装置，包括具有至少一波长转换区的波长转换层，该波长转换区用于接收所述激发光并将该激发光转换为受激光；
驱动装置，包括驱动面，用于驱动所述波长转换装置运动，以使所述激发光在波长转换装置上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换装置；
转接件，用于同轴连接所述驱动装置与波长转换装置，并使得光线能从所述波长转换装置面向所述驱动装置的、所述驱动面沿该轴的投影面范围之内的表面入射于该波长转换装置；
且所述驱动面与波长转换层分别沿着所述轴投影的投影面至少部分重叠，所述激发光从所述驱动面沿该轴的投影面范围之内入射于所述波长转换层。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述波长转换装置呈圆盘状，所述驱动装置通过所述转接件驱动该波长转换装置绕该圆盘的圆心转动。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述转接件包括连接部，该连接部呈底面小于所述驱动面的柱状。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述转接件还包括转接部，该转接部的两端分别和所述驱动装置与连接部固定，该连接部的底面小于该转接部的截面。
5.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述转接件还包括支撑部，该支撑部的两端分别和所述波长转换装置与连接部固定，该连接部的底面小于该支撑部的截面。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述转接件呈正棱台形或圆台形，该转接件的上底面与下底面分别和所述波长转换装置与驱动装置固定，且该转接件的上底面小于所述驱动面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述激发光从所述波长转换装置的面向所述驱动装置的表面斜入射于所述波长转换层。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述转接件呈正棱台形或圆台形，该转接件的上底面与下底面分别和所述波长转换装置与驱动装置固定，且该转接件的上底面小于所述驱动面；所述激发光与所述表面的夹角等于所述转接件的侧棱或母线与该表面的夹角。
9.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，该发光装置还包括光路区分装置，用于引导所述激发光入射于所述波长转换层，并引导从该波长转换层出射的部分光与入射于该波长转换层的激发光的光路分开并形成该发光装置的出射光。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的发光装置，其特征在于，该发光装置还包括反射装置，用于反射所述激发光，以使该激发光从所述波长转换装置的面向所述驱动装置的表面正射于所述波长转换层。
11.一种发光装置组件，其特征在于，包括：
波长转换装置，包括具有至少一波长转换区的波长转换层，该波长转换区用于接收激发光并将该激发光转换为受激光；
驱动装置，包括驱动面，用于驱动所述波长转换装置运动，以使所述激发光在波长转换装置上形成的光斑沿预定路径作用于该波长转换装置；
转接件，用于同轴连接所述驱动装置与波长转换装置，并使得光线能从所述波长转换装置面向所述驱动装置的、所述驱动面沿该轴的投影面范围之内的表面入射于该波长转换装置；
且所述驱动面与波长转换层分别沿着所述轴投影的投影面至少部分重叠。
12.根据权利要求11所述的发光装置组件，其特征在于，所述转接件呈正棱台形或圆台形，该转接件的上底面与下底面分别和所述驱动装置与波长转换装置固定，且该转接件的下底面小于所述驱动面。
13.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一项所述的发光装置。
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