基於螢光粉的多泵浦光源及使用其的投影光學引擎的製作方法
2023-10-08 10:05:24 8
專利名稱：基於螢光粉的多泵浦光源及使用其的投影光學引擎的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光源及投影顯示技術，尤其涉及一種基於螢光粉的多泵浦光源及使用其的投影光學引擎。
背景技術：
光源是液晶投影機重要的部件之一，其亮度、光利用率和發熱量直接影響到投影圖像的質量、投影機的功耗、投影機使用和維護成本等問題。在過去，大多數投影機均採用超高壓汞燈(UHP)或金滷燈作為光源，這類光源雖然亮度能滿足要求，但是其耗能高壽命短，光轉換效率較低，發熱量大，而且會對環境造成汙染，因此不是很適合用作投影光源。如今，越來越多的液晶投影機都開始使用環保、轉換效率高的發光二極體(Light Emitting Diode, LED)作為光源。作為顯示和照明領域的LED光源，現有的低成本LED光源通常採用螢光轉換，即， 利用預定波長的發射光來激發螢光粉，產生白光。例如日本日亞(Nichia)公司的白光專利，就是利用藍光LED來激發黃色YAG螢光粉來產生白光。然而，這種利用單一光源配合螢光粉的方式，螢光粉的激發能量比較低，從而降低輸出亮度。而本公司已申請的中國發明專利申請，其申請號為「 201010225914. χ」，名稱為「混光式帶螢光粉激發的單色光源及使用其的投影光學引擎」公開了一種單色光源，包括出射第一泵浦光的第一泵浦光源模組，出射第二泵浦光的第二泵浦光源模組，用於合併第一泵浦光和第二泵浦光為一束泵浦光的合色鏡，順序設置在合色鏡的出射光路上的濾光片、螢光粉層及光學透鏡。螢光粉層用於吸收第一泵浦光、第二泵浦光，激發出波長不同與第一泵浦光、第二泵浦光的螢光。光學透鏡朝向螢光粉層的表面鍍有第一薄膜，用於透射螢光，反射第一泵浦光、第二泵浦光。濾光片朝向螢光粉層的表面鍍有第二薄膜，用於透射第一泵浦光、第二泵浦光，反射螢光。這種結構的單色光源雖然螢光粉的激發能量大，然而，其泵浦光能量損耗比較嚴重，光學效率不高，而使用這種光源的系統也比較龐大。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種泵浦光利用率高、光學效率高、成本低的基於螢光粉的多泵浦光源。另外，還需提供一種成本較低、系統簡單、投影顯示效果好的使用這種光源的投影光學引擎。本實用新型的發明目的是通過以下技術方案來實現的一種基於螢光粉的多泵浦光源，包括第一泵浦光源模組，第二泵浦光源模組以及二向色鏡。所述第一泵浦光源模組出射第一泵浦光。所述第二泵浦光源模組包括出射第二泵浦光的發光晶片和設置在該發光晶片出射光路上的螢光粉層。所述二向色鏡引導第一泵浦光射入所述螢光粉層。所述螢光粉層吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由所述二向色鏡出射。[0009]一種基於螢光粉的多泵浦光源，包括第一發光晶片，第二發光晶片，光源整形鏡組以及二向色鏡。其中，第一發光晶片出射第一泵浦光。第二發光晶片出射第二泵浦光。光源整形鏡組罩住所述第一發光晶片和第二發光晶片，用於收集並整形所接收到的光。所述第一發光晶片和第二發光晶片以所述光源整形鏡組的光軸為中心對稱分布設置，且，至少一個發光晶片的出射光路上設置有螢光粉層。二向色鏡設置在所述光源整形鏡組的出射光路上，用於引導第一泵浦光射入所述螢光粉層。所述螢光粉層吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由所述二向色鏡出射。一種投影光學引擎，包括微顯示面板，投影鏡頭以及照明裝置。其中，微顯示面板對入射光進行調製，並調製出攜有圖像信息的圖像光。投影鏡頭用於將所述微顯示面板上的圖像信息投影成像到屏幕上。照明裝置照射所述微顯示面板。該照明裝置包括至少一個上述所述的基於螢光粉的多泵浦光源。一種投影光學引擎，包括照明裝置，數字微鏡器件，全內反射稜鏡以及投影鏡頭。 其中，照明裝置用於提供入射光線，其包括至少一個上述所述的基於螢光粉的多泵浦光源。 數字微鏡器件選擇性的反射所述入射光線以產生影像光線。全內反射稜鏡設置於所述照明裝置與數字微鏡器件之間，將入射光線導入所述數字微鏡器件並反射所述數字微鏡器件出射的影像光線。投影鏡頭用於接收該數字微鏡器件所出射的影像光線，並將該影像光線投影成影像畫面。本實用新型的光源，採用多泵浦光共同激發螢光粉的方式，增加螢光粉的激發能量，從而增加螢光的出射亮度，且，泵浦光能量損耗較小，利用率高，光學效率高，成本低。而使用至少一個這種光源的投影光學引擎，光源出射亮度高的光，照射微顯示面板/數字微鏡器件，之後，由微顯示面板/數字微鏡器件調製出圖像光，從投影鏡頭輸出到外部屏幕， 系統結構簡單，亮度高，生產成本較低，投影顯示效果好。
為了易於說明，本實用新型由下述的較佳實施例及附圖作以詳細描述。圖1為本實用新型第一實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。圖2為本實用新型第二實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。圖3為本實用新型第三實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。圖4為本實用新型第四實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。圖5為本實用新型第五實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。圖6為本實用新型第六實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。圖7為本實用新型第一實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。圖8為本實用新型第二實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。
具體實施方式
圖1所示為本實用新型第一實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖，其包括第一泵浦光源模組10，第二泵浦光源模組11以及二向色鏡12。第一泵浦光源模組10出射第一泵浦光，其包括第一發光晶片101以及用於收集並整形第一泵浦光的第一光源整形鏡組102。第二泵浦光源模組11包括出射第二泵浦光
5(第一泵浦光的峰值波長與第二泵浦光的峰值波長相同或者不同)的第二發光晶片111，設置在該第二發光晶片111出射光路上的螢光粉層113以及用於收集並整形所接收到的光的第二光源整形鏡組112。二向色鏡12用於引導第一泵浦光射入螢光粉層113。而螢光粉層 113則吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由二向色鏡12出射。故，本實用新型具體實施方式
的光源是採用兩路泵浦光共同激發螢光粉的結構來產生螢光。本實用新型中，第一發光晶片101、第二發光晶片111均半導體發光晶片，具體實施方式
中，為發光二極體(Light Emitting Diode,LED)晶片，用於發出180°的光(此處， LED晶片所發出的光稱為泵浦光)。該LED晶片的數量可以為一個，也可以為以陣列方式排列的多個。採用多個LED晶片以陣列方式的排列，有利於提高整個光源的光通量，進而增加光亮度。當採用多個LED晶片時，多個LED晶片可以是發出同樣波段光的同一種LED晶片 (參閱圖1)，此時，第一泵浦光和第二泵浦光是單色光，例如為藍光、紫外光、紅外光中的一種。當然，多個LED晶片也可以是發出不同波段光的不同種LED晶片(參閱圖5)，此時，第一泵浦光和第二泵浦光是合色光，例如為藍光、紫外光、紅外光的結合。換句話說，第一泵浦光和第二泵浦光為藍光、紫外光、紅外光中的一種或者其結合。又，螢光粉層113所激發的螢光為綠光、紅光、黃光中的一種或者其結合。S卩，當螢光粉層113所激發的螢光為綠光、紅光、黃光中的一種時，該多泵浦光源所出射的是單色光，反之，如果螢光粉層113所激發的螢光為綠光、紅光、黃光中的組合時，該多泵浦光源所出射的就是合色光。本實用新型實施方式中，螢光粉層113設置在第二發光晶片111上，故， 螢光粉熱量處理簡便。參閱圖1，二向色鏡12傾斜設置於第一泵浦光源模組10和第二泵浦光源模組11 的出射光路的交匯處。該二向色鏡12是在平板玻璃的表面鍍有薄膜，故，能透射預設波長的光，而反射另一預設波長的光。本實用新型實施方式中，是對螢光高透，而高反泵浦光。 即，透射螢光並反射第一泵浦光。如圖所示，第一泵浦光源模組10和第二泵浦光源模組11 朝向二向色鏡12的同一表面設置，即，第一泵浦光源模組10與第二泵浦光源模組11垂直設置。因此，本實用新型實施方式的光源，採用兩路泵浦光激發螢光粉的方式，增加螢光粉的激發能量，從而增加螢光的出射亮度，且，泵浦光能量損耗較小，利用率高，而螢光粉的熱處理也比較簡便，光學效率高，成本低。圖2所示為本實用新型第二實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。該光源與第一實施方式的光源的結構基本相同，區別在於圖2所示的第一泵浦光源模組10與第二泵浦光源模組11平行設置；該光源還包括反射鏡13，用於反射第一泵浦光至二向色鏡12。圖3所示為本實用新型第三實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。該光源與第一實施方式的光源的結構基本相同，區別在於圖3所示的二向色鏡12』用於反射螢光並透射第一泵浦光，故，第一泵浦光源模組10與第二泵浦光源模組11相對設置。圖4所示為本實用新型第四實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖，其包括第一發光晶片20，第二發光晶片21，光源整形鏡組22，以及二向色鏡23。其中， 第一發光晶片20出射第一泵浦光。第二發光晶片21出射第二泵浦光(第一泵浦光的峰值波長與第二泵浦光的峰值波長相同或者不同)。光源整形鏡組22罩住第一發光晶片20和
6第二發光晶片21，用於收集並整形所接收到的光。本實用新型實施方式中，第一發光晶片 20和第二發光晶片21以光源整形鏡組22的光軸為中心對稱分布設置，且，至少一個發光晶片的出射光路上設置有螢光粉層對。
具體實施方式
是第二發光晶片21上設置有螢光粉層 24。二向色鏡23設置在光源整形鏡組22的出射光路上，具體說是垂直光源整形鏡組的光軸設置，用於引導第一泵浦光射入螢光粉層對。同樣，該螢光粉層M吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由二向色鏡23出射。因此，本實施方式中的光源同樣是採用泵浦光共同激發螢光粉的結構來產生螢光，這裡不再贅述。此外，第一發光晶片20、第二發光晶片21同樣為LED晶片，其數量可以為一個，也可以為以陣列方式排列的多個。第一泵浦光和第二泵浦光同樣可以為藍光、紫外光、紅外光中的一種或者其結合。而螢光粉層M所激發的螢光同樣為綠光、紅光、黃光中的一種或者其結合。圖5所示為本實用新型第五實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。該光源與第一實施方式的光源的結構基本相同，區別在於圖5所示的第一發光晶片 301,301'為發出不同波段光的不同種LED晶片，而第二發光晶片311、311，也是發出不同波段光的不同種LED晶片。例如，第一發光晶片301和第二發光晶片311為紫外LED晶片， 發出紫外光，而第一發光晶片301，和第二發光晶片311，則為藍光LED晶片，發出藍光。因此，第一泵浦光和第二泵浦光均為合色光(紫外光和藍光的結合)，而螢光粉層所吸收的是這種結合在一起的紫外光和藍光。圖6所示為本實用新型第六實施方式基於螢光粉的多泵浦光源的平面結構示意圖。該光源與第三實施方式、第五實施方式的光源的結構基本相同，區別在於圖6所示的第一泵浦光源模組40所出射的第一泵浦光為合色光，由藍光LED晶片4011所發出的藍光和紫外LED晶片4021所發出的紫外光，通過二向色鏡403合成一束光(此處為藍光和紫外光的結合)，作為第一泵浦光。第二泵浦光也是合色光，由藍光LED晶片4111所發出的藍光和紫外LED晶片4121所發出的紫外光，通過二向色鏡413合成一束光(此處為藍光和紫外光的結合)，作為第二泵浦光。螢光粉層414設置在第二泵浦光的出射光路上，用於吸收第二泵浦光和通過二向色鏡42透射的第一泵浦光，激發出螢光，由二向色鏡42反射出來。本實用新型其它實施方式中，LED晶片不局限於藍光LED晶片和紫外LED晶片，螢光粉層的位置也不局限，只要滿足螢光粉層吸收至少兩路泵浦光(其中至少一路泵浦光是由二向色鏡所引導入射)來共同激發螢光粉發出螢光，該螢光從引導泵浦光的二向色鏡出射即可。因此，採用這種結構的多泵浦光源，通過多路泵浦光共同激發螢光粉發出螢光的方式，能增加螢光粉的激發能量，從而增加螢光的出射亮度，且，泵浦光能量損耗較小，利用率高，光學效率高，成本低。圖7所示為本實用新型第一實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。投影光學引擎包括照明裝置50，偏振分光器60，微顯示面板70以及投影鏡頭80。其中，照明裝置50 照射微顯示面板70，其包括至少一個上述任一實施方式的基於螢光粉的多泵浦光源。偏振分光器60設置於照明裝置50的輸出光路上，本實用新型實施方式中，偏振分光器60為稜鏡式偏振分光器，由二個三角稜鏡膠合成立方體形狀，在其中間接觸面上鍍有偏振分光膜層，由該偏振分光膜層形成一個偏振分光面，該偏振分光面可以將非偏振光轉
7換為偏振光並分離出S偏振光和P偏振光。當然，偏振分光器60也可以由其它稜鏡膠合成其它形狀，只要滿足入射的非偏振光被轉化為偏振光出射即可。本實用新型其它實施方式中，該偏振分光器60也可以由平板式偏振分光器來代替。微顯示面板70的數量為一個，設置於偏振分光器60與照明裝置的非相鄰的一側， 用於對所接收到的入射光進行調製，並調製出攜有圖像信息的圖像光。本實用新型實施方式中，微顯示面板70為反射式矽基液晶面板(Liquid Crystal onSilicon, LC0S)，當微顯示面板70接收到的光為S偏振光時，經過微顯示面板70的調製後，則反射出攜有圖像信息的另一偏振光P偏振光，經由偏振分光器60摺疊光路後，將該P偏振光透射至投影鏡頭80 上。本實用新型的實施方式中的投影鏡頭80與微顯示面板70相對平行設置，用於將微顯示面板70上的圖像信息投影成像到屏幕上。本實用新型其它實施方式中，微顯示面板70』 (圖7的虛線所示)所接收到的偏振光也可以為P偏振光，經過微顯示面板70』的調製後，轉換為攜有圖像信息的S偏振光，且將其反射回偏振分光器60上，由偏振分光器60將該S偏振光反射至投影鏡頭80上。換句話說，投影鏡頭80與微顯示面板70』相鄰設置於偏振分光器60的一側，即，投影鏡頭80與微顯示面板70』分別設置於偏振分光器60的相鄰兩側面上。此時，投影鏡頭80是用於接收並投射攜有圖像信息的S偏振光。因此，本實施方式的投影光學引擎，包含至少一個前述的基於螢光粉的多泵浦光源，出射亮度高的光，經過偏振分光器的偏振分離，照射微顯示面板，之後，微顯示面板調製出圖像光再次進入偏振分光器，由偏振分光器從投影鏡頭輸出到外部屏幕，系統結構簡單， 亮度高，生產成本較低，投影顯示效果好。圖8所示為實用新型第二實施方式投影光學引擎的平面結構示意圖。該投影光學引擎包括照明裝置51，全內反射稜鏡61，數字微鏡器件(Digital Micromirror Device, DMD)71以及投影鏡頭80』。其中，照明裝置51用於提供入射光線，其包括至少一個上述任一實施方式的基於螢光粉的多泵浦光源。數字微鏡器件71設置於該入射光線的傳遞路徑上，用於選擇性的反射入射光線以產生影像光線(圖像光)，即，用於接收並調變該入射光線，反射出影像光線。全內反射稜鏡61設置於照明裝置51與數字微鏡器件71之間，將入射光線導入數字微鏡器件71並反射數字微鏡器件71出射的影像光線。即，將入射的入射光線和出射的影像光線相分離。投影鏡頭80』用於接收該數字微鏡器件71所出射的影像光線，並將該影像光線投影成影像畫因此，本實施方式的投影光學引擎，包括至少一個前述的基於螢光粉的多泵浦光源，出射亮度高的光，通過全內反射稜鏡的反射，進入數字微鏡器件進行調變，之後，數字微鏡器件調製出影像光線(圖像光)從投影鏡頭輸出到外部屏幕，系統結構簡單，亮度高，生產成本較低，投影顯示效果好。以上所述之具體實施方式
為實用新型的較佳實施方式，並非以此限定本實用新型的具體實施範圍，本實用新型的範圍包括並不限於本具體實施方式
，例如，發光晶片為一個或者以陣列方式排列的多個LD晶片。或者微顯示面板為透射式液晶面板(Liquid Crystal Display, IXD)，此時，省略偏振分光器，透射式液晶面板設置於照明裝置的出射光路上，對
8入射光進行調製，並透射出攜有圖像信息的光。凡依照本實用新型之形狀、結構所作的等效變化均包含本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種基於螢光粉的多泵浦光源，包括第一泵浦光源模組，第二泵浦光源模組以及二向色鏡，所述第一泵浦光源模組出射第一泵浦光，所述第二泵浦光源模組包括出射第二泵浦光的發光晶片和設置在該發光晶片出射光路上的螢光粉層；其特徵在於，所述二向色鏡引導第一泵浦光射入所述螢光粉層；所述螢光粉層吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由所述二向色鏡出射。
2.根據權利要求1所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述二向色鏡傾斜設置於所述第一泵浦光源模組和第二泵浦光源模組的出射光路的交匯處。
3.根據權利要求2所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述二向色鏡透射螢光並反射所述第一泵浦光。
4.根據權利要求3所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述第一泵浦光源模組與第二泵浦光源模組垂直設置。
5.根據權利要求3所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述第一泵浦光源模組與第二泵浦光源模組平行設置；所述基於螢光粉的多泵浦光源還包括反射鏡，用於反射所述第一泵浦光至所述二向色鏡。
6.根據權利要求2所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述二向色鏡反射螢光並透射所述第一泵浦光；所述第一泵浦光源模組與第二泵浦光源模組相對設置。
7.根據權利要求1至6任意一項所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述第一泵浦光的峰值波長與所述第二泵浦光的峰值波長相同或者不同；所述第一泵浦光和第二泵浦光為藍光、紫外光、紅外光中的一種或者其結合。
8.根據權利要求1至6任意一項所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述螢光粉層所激發的螢光為綠光、紅光、黃光中的一種或者其結合。
9.根據權利要求1至6任意一項所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述第一泵浦光源模組包括出射所述第一泵浦光的另一發光晶片；所述出射第二泵浦光的發光晶片、出射第一泵浦光的另一發光晶片為一個或者以陣列方式排列的多個半導體發光晶片； 該半導體發光晶片為LED晶片或者LD晶片。
10.一種基於螢光粉的多泵浦光源，包括第一發光晶片，其出射第一泵浦光；第二發光晶片，其出射第二泵浦光；光源整形鏡組，罩住所述第一發光晶片和第二發光晶片，用於收集並整形所接收到的光；其特徵在於，所述第一發光晶片和第二發光晶片以所述光源整形鏡組的光軸為中心對稱分布設置，且，至少一個發光晶片的出射光路上設置有螢光粉層；所述基於螢光粉的多泵浦光源還包括設置在所述光源整形鏡組的出射光路上的二向色鏡，用於引導第一泵浦光射入所述螢光粉層；所述螢光粉層吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由所述二向色鏡出射。
11.根據權利要求10所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述二向色鏡垂直所述光源整形鏡組的光軸設置，用於透射螢光並反射泵浦光。
12.根據權利要求10所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述第一泵浦光的峰值波長與所述第二泵浦光的峰值波長相同或者不同；所述第一泵浦光和第二泵浦光為藍光、紫外光、紅外光中的一種或者其結合。
13.根據權利要求10所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述螢光粉層所激發的螢光為綠光、紅光、黃光中的一種或者其結合。
14.根據權利要求10所述的基於螢光粉的多泵浦光源，其特徵在於，所述第一發光晶片、第二發光晶片為一個或者以陣列方式排列的多個半導體發光晶片；該半導體發光晶片為LED晶片或者LD晶片。
15.一種投影光學引擎，包括微顯示面板，對入射光進行調製，並調製出攜有圖像信息的圖像光；投影鏡頭，用於將所述微顯示面板上的圖像信息投影成像到屏幕上；以及照明裝置，照射所述微顯示面板，其特徵在於，所述照明裝置包括至少一個權利要求1 至14中任意一項所述的基於螢光粉的多泵浦光源。
16.根據權利要求15所述的投影光學引擎，其特徵在於，所述微顯示面板為LC0S，其入射光路上還設置有偏振分光器。
17.根據權利要求15所述的投影光學引擎，其特徵在於，所述微顯示面板為LCD。
18.一種投影光學引擎，包括照明裝置，用於提供入射光線，其特徵在於，所述照明裝置包括至少一個個權利要求1 至14中任意一項所述的基於螢光粉的多泵浦光源；數字微鏡器件，選擇性的反射所述入射光線以產生影像光線；全內反射稜鏡，設置於所述照明裝置與數字微鏡器件之間，將入射光線導入所述數字微鏡器件並反射所述數字微鏡器件出射的影像光線；及投影鏡頭，用於接收該數字微鏡器件所出射的影像光線，並將該影像光線投影成影像畫面。
專利摘要一種基於螢光粉的多泵浦光源，包括第一泵浦光源模組，第二泵浦光源模組以及二向色鏡。所述第一泵浦光源模組出射第一泵浦光。所述第二泵浦光源模組包括出射第二泵浦光的發光晶片和設置在該發光晶片上的螢光粉層。所述二向色鏡引導第一泵浦光射入所述螢光粉層。所述螢光粉層吸收第一泵浦光和第二泵浦光，並激發出螢光，由所述二向色鏡出射。本實用新型的光源，採用多泵浦光共同激發螢光粉的方式，增加螢光粉的激發能量，從而增加螢光的出射亮度，且，泵浦光能量損耗較小，利用率高，光學效率高，成本低。另外，還提供一種使用該光源的投影光學引擎。
文檔編號G03B21/00GK201984274SQ20112007351
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者廖深財, 王漢鋒, 黃鵬 申請人:紅蝶科技(深圳)有限公司