CN111198475A - 一种蓝光产生方法及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓝光产生方法及照明系统，所述方法包括:提供第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；所述激发光入射至波长转换装置，所述波长转换装置对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光，且所述波长转换装置对所述激发光进行散射，并形成散射光；所述散射光入射至第一LED以产生第二受激发光；所述第一受激发光与第二受激发光进行合光以形成部分光源装置。本发明的技术方案至少可以解决短波蓝光对人眼造成的伤害问题，还可以解决上述系统亮度不够的问题。

Description

一种蓝光产生方法及照明系统

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种蓝光产生方法及照明系统。

背景技术

激光是一种高亮度，方向性强，发出单色相干光束的光源，由于激光的诸多优点，近年来被逐渐作为光源应用于投影显示技术领域。目前市场上的激光光源常常采用蓝色LED、绿色LED和红色LED进行合光来产生白色光源，通过使分别通过透镜对上述三种颜色的光进行准直，准直后进行合束并最终出射白光，输出高光机系统，形成白色光源以进行后续使用。然而上述现有技术中存在如下缺点，LED 的亮度有限，尤其是绿色LED，是三种LED中影响亮度的短板，进行合光后将导致整个系统的亮度达不到最佳，从而使得红色LED和蓝色LED的功率得不到充分利用，而且，蓝色LED的光谱宽度一般为425nm-500nm,其中460nm以下的波段属于短波蓝光，而短波蓝光对人眼会造成伤害，不适宜作为显示系统的光源使用。

本发明提出一种解决传统LED光源造成的照明及投影中亮度不高，蓝色光谱偏短波，对眼睛有伤害的问题的蓝光产生方法及照明系统。LED投影照明系统中，红绿蓝三色中，绿色的亮度最低，限制整个系统的亮度，本发明采用激光激发绿色LED得到更高亮度的绿色输出，弥补绿色的短板，提升了整个系统的亮度，同时蓝色不用蓝色的LED，采用激光LD激发的长波段蓝光，解决短波对人眼的伤害。本发明的技术方案至少可以解决短波蓝光对人眼造成的伤害问题，在优选方案中，还可以同时解决上述系统亮度不够的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种蓝光产生方法，包括：提供第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；所述激发光入射至波长转换装置，所述波长转换装置对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光，且所述波长转换装置对所述激发光进行散射，并形成散射光；所述散射光入射至第一LED以产生第二受激发光；所述第一受激发光与第二受激发光进行合光以形成部分光源装置。

进一步地，所述第一受激发光为长波段蓝光。

进一步地，所述第一LED为绿色LED或红色LED。

进一步地，所述光源装置还包括第二LED，所述第一光源与所述第一LED和所述第二LED合光输出白光。

进一步地，所述波长转换装置为轮状，并包括若干分区，所述若干分区包括至少一个蓝色波长转换区，至少一个散射区。

本发明另一方面又提供一种蓝光产生方法，包括：提供第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；所述激发光入射至波长转换装置，所述波长转换装置对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光；所述第一受激发光与绿色LED和/ 或红色LED进行合光以形成光源装置。

进一步地，所述第一受激发光为长波段蓝光。

进一步地，所述波长转换装置的两侧设置有滤光片。

进一步地，所述波长转换装置包括波长转换材料和散热基底，且所述波长转换材料位于所述散热基底上。

进一步地，所述激发光还入射至绿色LED或红色LED以产生第二受激发光。

本发明再一方面提供一种照明系统，包括，第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；波长转换装置，对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光；所述蓝色受激发光与绿色LED和/或红色LED进行合光以形成光源装置。

进一步地，所述第一受激发光为长波段蓝光。

进一步地，所述激发光中的一部分入射至绿色LED或红色LED，并产生第二受激发光，以补充绿色光或红色光的亮度。

进一步地，所述波长转换装置的两侧设置有滤光片。

进一步地，所述波长转换装置为轮状，并包括若干分区，所述若干分区包括至少一个为蓝色波长转换区，至少一个散射区。

进一步地，所述波长转换装置包括波长转换材料和散热基底，且所述波长转换材料位于所述散热基底上。

综上所述，本发明的技术方案至少可以解决短波蓝光对人眼造成的伤害问题，在优选方案中，还可以解决上述系统亮度不够的问题。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

附图中：

图1示出了目前激光投影机一种常用的光源结构的示意图；

图2示出了本发明的一个实施例的示意图；

图3示出了本发明波长转换装置的正视图和侧视图；

图4示出了本发明波长转换装置的结构示意图；

图5A示出了本发明一个实施例中一个二向色元件的光谱特性；

图5B示出了本发明一个实施例中另一个二向色元件的光谱特性；

图5C示出了本发明一个实施例中再一个二向色元件的光谱特性；

图6示出了本发明一个实施例的工作时序示意图；

图7示出了本发明的另一个实施例的示意图；

图8A示出了本发明另一个实施例中左侧滤色片的光谱特性；

图8B示出了本发明另一个实施例中右侧滤色片的光谱特性；

图9示出了本发明的再一个实施例的示意图。

附图标记说明：

101蓝色LED

1011蓝色LD

102绿色LED

103红色LED

201，202，203二向色元件

300波长转换装置

301，302，303，304透镜

401，402，403，404，405光线

501波长转换区

502散射区

503空白区

504马达

601选择性透过膜

602荧光粉

603透明基底

701，702滤色片

800散热基底

901，902合光镜

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下面提供详细的描述，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

激光投影机的一种光源结构如图1所示，。

其中，下面结合附图1为例进行详尽的说明。图1示出了一种投影用LED照明系统，其中包含蓝色LED101，绿色LED102和红色 LED103，三个颜色的LED分别通过透镜301，302，303准直后进行合光，合光镜901，902将三色光合为白光，输出高光机系统，进行后续的利用。该系统中三种颜色的LED的亮度有限，尤其是绿色 LED102，是三种颜色LED中影响亮度的短板，导致整个系统的亮度达不到最佳，红色LED103及蓝色LED101的功率得不到完全利用，并且蓝色LED101的光谱宽度一般为425nm-500nm,其中460nm以下的短波波段对人眼会造成伤害，不适宜显示系统使用。LED的发光波长由半导体材料决定，蓝光LED常常使用GaN材料，虽然可以通过调节量子阱的掺杂浓度对波长进行一定范围的调节，但是对于蓝光而言，很难将其光谱中的短波波段的蓝光去除，因此，图1所述的照明系统难以再现自然光，不仅在亮度难以达到需求，而且会对人眼造成伤害。

为了解决上述问题，本发明采用短波蓝光LD、紫色激光或紫外光LD激发蓝色荧光粉，产生可利用的长波段蓝色光谱，解决短波段蓝光的人眼伤害问题，同时LD发出的部分激光发激发绿色LED，增强绿色LED的光亮度，解决绿色LED的亮度问题，提升整个光学系统的亮度，并且能够充分利用蓝色LED和红色LED的亮度。

下面，参考图2至图9对本发明的波长转换装置以及光源系统做详细说明。

如图2所示，蓝色LD1011，绿色LED102，红色发光管103，蓝色LD1011发出激发光，其中蓝色LD1011也可以替换为紫色激光或紫外光LD，会聚透镜301，将蓝色LD101发出的光线401会聚到波长转换装置300上，示例性地，波长转换装置300是旋转色轮，具体结构如图3所示，包含马达与基底，基底有各个分区，有蓝色波长转换区501，散射区502，空白区503。波长转换区501的结构具体如图4所示，其中蓝色波长转换区501的基底为玻璃，玻璃一侧镀有选择性透过膜601，一侧涂有荧光粉602，选择性透过膜601透射激发光，反射受激发光。散射区502对激发光透射，并产生散射，用于破坏光的相干性。其中，散射部是采用玻璃蚀刻或是透明材料的掺杂工艺实现。色轮300工作时旋转，各个分区的角度根据要求进行设计。当色轮300的蓝色波长转换区501转到聚焦点的位置时，激发光401 激发荧光粉602生成蓝色受激发光403，当色轮300转到散射区时，激发光401被散射成光402，当色轮300转到空白区时，激发光401 被关闭，无光输出。

受激发光403与散射光402通过透镜302进行准直，201为二向色元件，其光谱特性如图5A所示，在透射波段460nm～700nm中,可以实现对散射光402的反射与受激发光403的透射。光线402被反射后入射到透镜302会聚，入射到绿色LED102上，对其进行激发，产生绿色的受激发光404，绿色受激发光404经过二向色元件201是透射，绿色受激发光404经过二向色元件202时被反射。其光谱特性如图5B所示，绿色LED102自身发光的时候，产生的绿光被二向色元件202反射，经过二向色元件201透射。红色LED103自身发光的时候被二向色元件203反射，所有的光最后通过二向色元件203进行合光。其光谱特性如图5C所示，根据其透射波段，其能够对红色光405 进行反射，对蓝色光和绿色光进行透射，使得三个颜色的光均沿光轴方向传播，从而形成合光输出，红绿蓝三个光可以合光成为白光。并且当色轮300旋转时，工作时序如图6所示，系统的整个工作过程是红色，绿色，蓝色的周期循环，红色LED103在对应的红色时间区段内点亮工作，绿色LED102在对应的绿色的时间区段点亮工作，蓝色 LD激发光源1011在绿色与蓝色的时间区段工作，在绿色时间区段激发光源1011输出蓝光并激光滤色LED102输出受激绿光，在蓝色时间区段蓝色LD激发光源1011输出蓝色光，可选择地，在蓝色时间区段内蓝色LD激发光源1011输出的蓝色光经过激发形成受激蓝色光，受激蓝色光的光谱与蓝色LD激发光源1011的激发光光谱不同，示例性地，两种蓝光的光谱重叠，蓝色LD激发光源发出的光包括短波蓝光，而受激蓝色光为长波蓝光，在时序图中，各个颜色发光的时间区段长度即脉冲宽度调制的大小由混合后的白色颜色要求决定，也就是说，每个时间区段的长度都是可以进行调节的，从而输出理想的白色。

图7示出了本发明的另一个实施例。

下面结合图7对该实施例进行说明，蓝色LD1011，绿色LED102，红色发光管103，其中蓝色LD激发光1011也可以替换为紫色激光或紫外光LD，会聚透镜301，将蓝色LD1011发出的光线401通过透镜 301会聚到波长转换装置300上，示例性地，波长转换装置300是一种波长转换材料，波长转换材料贴附在散热基底800上，波长装换材料前后均有滤色片，左侧的滤色片701为透射激发波长，反射受激发波长。右侧的滤色片702为反射激发波长，透射受激发波长，其光谱分别如图8A和图8B所示，由于左侧的滤光片701透射激发光，因此，蓝色LD、紫色激光或紫外LD1011通过左侧的滤光片701入射至波长转换材料，产生受激发光，受激发光被左侧滤光片701反射，并通过右侧滤光片出射，部分激发光没有进行波长转换，直接入射到右侧滤光片702，被反射回波长转换材料，再次实现波长转换，并最终通过右侧滤光片输出，通过设置左右两侧的滤光片701,702，使得 LD发射的激发光被限制在两侧滤光片之间，得到充分的转换，转换后受激发光均通过右侧滤光片702输出，这样可以保证激发光充分被波长转换材料转换，获得高亮度的蓝光，且该蓝光的波长处于长波段，能够充分避免短波蓝光对人眼的伤害。

受激发光通过透镜302进行准直，并通过合光镜901透射，绿色 LED102通过透镜303准直后，通过合光镜901反射，红色LED103 通过透镜304准直后，通过合光镜902反射，所有的光最后通过合光镜902进行合光。

图9示出了本发明的再一个实施例。

下面结合图9对该实施例进行说明，蓝色LD1011，绿色LED102，红色LED103，其中蓝色LD激发光1011也可以替换为紫色激光或紫外光LD，会聚透镜301，将蓝色LD1011发出的光线401通过透镜 301进行会聚，并进一步通过合光镜901反射到波长转换装置300上，示例性地，波长转换装置300是一种波长转换材料，波长转换材料贴附在散热基底800上，通过波长转换材料产生受激发光，受激发光 403通过透镜304进行准直，并通过合光镜901透射，绿色LED102 通过透镜302准直后，通过合光镜901反射，红色LED103通过透镜 303准直后，通过合光镜902反射，所有的光最后通过合光镜902进行合光。

其中合光镜901对于激发光而言作为分光片使用，其对于蓝色 LD1011输出的激发光401全部进行反射，产生反射光403并进一步入射至波长转换装置300上，产生激发光403通过合光镜901透射并形成合光的一部分，可选择地，合光镜901可以对蓝色LD1011输出的激发光401实现半反半透，一部分被反射到波长转换装置300产生长波段蓝光，另一部分透射至绿色LED从而产生受激绿光以增加绿色光的亮度从而弥补绿色LED亮度的不足，并且与绿色LED和红色 LED产生的光进行合束，从而输出合光束。

激发光经过合光镜后被反射到波长转换材料上，实现蓝光的转换，从而实现蓝光二极管的波长由短波段到长波段的转化，本发明的技术方案至少可以解决短波蓝光对人眼造成的伤害问题，还可以解决上述系统亮度不够的问题。

至此完成了对本发明的光源系统的解释和说明，对于完整的光源系统还可以包括其他的元件，在此不做赘述。

本发明的光源系统可以应用于任何需要合成光的应用场景中，包括但不限于应用于激光投影机，例如单片式激光投影机。本发明的光源系统能够实现时序的多色光的输出，得到激光投影机所需要的时序光。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。本领域技术人员还可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (16)

1.一种蓝光产生方法，包括：

提供第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；

所述激发光入射至波长转换装置，所述波长转换装置对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光，且所述波长转换装置对所述激发光进行散射，并形成散射光；

所述散射光入射至第一LED以产生第二受激发光；

所述第一受激发光与第二受激发光进行合光以形成部分光源装置。

2.如权利要求1所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述第一受激发光为长波段蓝光。

3.如权利要求1所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述第一LED为绿色LED或红色LED。

4.如权利要求1所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述光源装置还包括第二LED，所述第一光源与所述第一LED和所述第二LED合光以输出白光。

5.如权利要求1-4任一项所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述波长转换装置为轮状，并包括若干分区，所述若干分区包括至少一个蓝色波长转换区，至少一个散射区。

6.一种蓝光产生方法，包括：

提供第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；

所述激发光入射至波长转换装置，所述波长转换装置对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光；

所述第一受激发光与绿色LED和/或红色LED进行合光以形成光源装置。

7.如权利要求6所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述第一受激发光为长波段蓝光。

8.如权利要求6所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述波长转换装置的两侧设置有滤光片。

9.如权利要求6所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述波长转换装置包括波长转换材料和散热基底，且所述波长转换材料位于所述散热基底上。

10.如权利要求6-9任一项所述的蓝光产生方法，其特征在于，所述激发光还入射至绿色LED或红色LED以产生第二受激发光。

11.一种照明系统，包括，

第一光源，所述第一光源为蓝色激光、紫色激光或紫外激光，并产生激发光；

波长转换装置，对所述激发光进行波长转换，并形成第一受激发光；

所述蓝色受激发光与绿色LED和/或红色LED进行合光以形成光源装置。

12.如权利要求11所述的照明系统，其特征在于，所述第一受激发光为长波段蓝光。

13.如权利要求11所述的照明系统，其特征在于，所述激发光中的一部分入射至绿色LED或红色LED，并产生第二受激发光，以补充绿色光或红色光的亮度。

14.如权利要求11所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换装置的两侧设置有滤光片。

15.如权利要求11-14任一项所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换装置为轮状，并包括若干分区，所述若干分区包括至少一个为蓝色波长转换区，至少一个散射区。

16.如权利要求11-14任一项所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换装置包括波长转换材料和散热基底，且所述波长转换材料位于所述散热基底上。

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