波长改变装置和投影装置的制作方法

1.本技术涉及发光器件领域，尤其涉及一种波长改变装置和投影装置。


背景技术：

2.在投影显示产品中，投影显示画面的亮度是非常重要的性能参数，其中为了提高投影仪的亮度，常见的可以通过提升光源功率，这对基于led光源的投影系统具有很好的效果，但是随着显示和照明技术的发展，led作为光源越来越不能满足显示和照明高功率和高亮度的需求。采用固态光源如ld(laser diode，激光二极管)发出的激发光以激发波长改变材料的方法能够获得各种颜色的可见光，该技术越来越多的应用于照明和显示中。这种技术具有效率高、能耗少、成本低、寿命长的优势，是现有白光或者单色光光源的理想替代方案。而提升投影显示亮度常用有两个途径，一是提高激发光的功率，二是改善波长改变装置的受激光出光效率。


技术实现要素：

3.投影显示的需求日益增加，适时投影显示特别是环境亮度较大时，对投影显示的亮度提出了新的需求，那么提升投影显示的亮度就尤为重要。以照射波长改变材料的方式能够获得各种颜色的可见光，而提升波长改变装置的激发效率和提升激发光的功率是两种有效提升投影亮度的途径。有鉴于此，本技术实施例提供一种波长改变装置和投影装置，可以针对高功率密度的激发光(uv光、蓝激光等)，实现超高效率的波长改变材料激发。
4.第一方面，本技术实施例提供一种波长改变装置，包括依次叠置的波长改变层、透光的碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层、及反射层，所述波长改变层能够吸收激发光并发出受激光，所述碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层用于支撑所述波长改变层和反射层。
5.在一种可能的实现方式中，还包括导热衬底，位于所述反射层远离所述碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层的一侧。
6.在一种可能的实现方式中，还包括介质膜层，位于所述波长改变层远离所述碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层的一侧，所述介质膜层反射部分激发光，透射所述部分激发光外的所有波长的光。
7.在一种可能的实现方式中，还包括驱动装置，用于带动所述波长改变层、透光的碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层、及反射层转动。
8.在一种可能的实现方式中，所述驱动装置与所述碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层固定连接，所述驱动装置驱动所述碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层带动所述波长改变层和所述反射层转动。
9.在一种可能的实现方式中，所述驱动装置包括位于所述反射层远离所述碳化硅层或氮化铝层或氮化硅层或金刚石层的一侧的底板，所述底板与所述反射层紧密贴合。
10.在一种可能的实现方式中，所述底板为金属底板。
11.在一种可能的实现方式中，所述反射层为金属反射膜或介质反射膜。
12.在一种可能的实现方式中，所述介质反射膜透射激发光，反射受激光。
13.第二方面，本技术实施例提供一种投影装置，所述投影装置包括第一方面及第一方面可能的实现方式中所述的波长改变装置。
14.本技术采用导热系数高同时透过率高、吸收率低的材料(碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石等)作为波长改变装置的基底材料，实现了高功能密度波长改变材料激发和高效率的波长改变装置，同时波长改变材料也不会受热饱和，极大地增加了投影显示的亮度输出稳定性。此外，静态波长改变装置可用于实现更小体积的投影合光模块构成；对不同品质和均匀度的波长改变材料，通过波长改变装置的三层结构也能实现激发光的稳定输出。
附图说明
15.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件。其中：
16.图1为本技术实施例提供的一种波长改变装置的结构示意图；
17.图2为本技术实施例提供的一种波长改变装置的结构和光线示意图；
18.图3为本技术实施例提供的另一种波长改变装置的结构和光线示意图；
19.图4为本技术实施例提供的另一种波长改变装置的结构示意图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。此外，虽然本技术中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整技术方案。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在本技术实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“示例地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
22.除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而是仅用于区分描述。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而
不排除其他元件或者物件。术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。需要理解的是，“上”、“下”、“内”、“外”、“正面”、“背面”等术语，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是具备暗示或指示意义，因此不能理解为对本技术的限制。
23.为了彻底理解本技术，将在下面提供详细的描述，以便阐释本技术的技术方案。本技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本技术还可以具有其他实施方式。
24.图1为本技术实施例提供的一种波长改变装置的结构示意图。如图1所示，波长改变装置包括波长改变层101、透光层102和反射层103，其中波长改变层101与透光层102之间、透光层102与反射层103之间紧密连接。可选地，波长改变层101与透光层102可使用粘接、涂覆、机械固定和卡扣等工艺进行衔接，透光层102与反射层103可使用涂覆、镀膜和粘贴等工艺进行衔接，本技术实施例对此不进行限制。
25.在工作状态，激发光照射波长改变层101后，波长改变材料被激发出受激光，受激光和部分未参与激发的激发光穿过波长改变层101后，经透光层102到达反射层103，然后被反射层103反射，又折返照射到波长改变层101，再次激发波长改变材料，并最终出射。
26.波长改变层101会受激发光照射后，激发出受激光，常见波长改变材料有荧光粉、陶瓷荧光片、玻璃荧光体等，优选为荧光粉。波长改变层101还可包含粘接剂，波长改变材料与粘接剂形成层结构，粘接剂可以是无机粘接剂、有机粘接剂或者两者的结合。有机粘接剂适于低功率的波长改变装置，制备工艺简单；但是对于高功率的波长改变装置，有机粘接剂无法长期耐受高发光强度带来的高温，本实施例采用无机粘接剂，如玻璃或透明陶瓷作为粘接剂，可以使波长改变装置在高温下仍然保持稳定。在一些实施例中，通过将无机粘接剂和波长改变材料的混合浆料在透光层102上烧结至软化，制得波长改变层101，波长改变层101与透光层102之间存在一个由于烧结而形成的连接结构，使得两者之间的结合更加紧密，从而有利于热量从波长改变层101传导至透光层102的过程中的界面热阻减小。
27.透光层102为承载波长改变层101和反射层103的透明层，具有良好的耐热性，导热率高，可承受高功率密度的激发光照射，如碳化硅(sic)层或氮化铝(ain)层或氮化硅(sin)层或金刚石层等，具体地，可为碳化硅晶体、碳化硅陶瓷、氮化铝晶体、氮化铝陶瓷、氮化硅晶体、氮化硅陶瓷和金刚石等，其中，碳化硅、氮化铝、氮化硅材料材料包括单晶材料、多晶材料、陶瓷(存在立方晶型的材料可制备致密度高，内部气孔较少的透明陶瓷)；金刚石包括单晶材料和多晶材料。
28.反射层103为金属反射膜或介质反射膜，金属反射膜具有镀膜简单、反射率高、导热性能好的优点，介质反射膜的反射率可以做到99％以上，而且可以根据需要设计介质反射膜的反射波长范围。通过设计使介质反射膜透射受激光、反射激发光，从而实现利用波长改变装置获得单色受激光的效果。透过波长改变层101的部分激发光经过反射层103后再一次激发波长改变层101，实现二次激发，同时反射波长改变层101的受激光。
29.图2为本技术实施例提供的一种波长改变装置的结构和光线示意图。如图2所示，与图1所示实施例相比，该实施例增加了与反射层203连接的导热衬底204。本实施例中，反射层203为金属反射膜，其易于焊接，导热衬底204与反射层焊接连接，不仅增强了波长改变装置的散热能力，而且可以对反射层203起到保护作用，防止反射层203被氧化。导热衬底204与反射层203之间还包括一个焊接层(图中未示出)，该焊接层为其他一种或多种金属
层，可以使导热衬底和反射层之间的结合更紧密。当然，焊接层并非必须的，当导热衬底204与反射层203的材料接近时，可以直接对其焊接。本实施例中，导热衬底204可为被动导热结构，如散热鳍片等，将装置的热量导出。
30.波长改变层201是波长改变材料与溶剂的混合体，并通过与耐高温的衔接层(图中未示出)粘接到一起，常见的衔接层材料有玻璃、透明陶瓷等耐高温材料。其中，在本实施例中所用的为无机玻璃，使波长改变层粘接在透光层材料上表面。透光层202优选为碳化硅晶体，还可以是碳化硅透明陶瓷、氮化铝晶体、氮化铝透明陶瓷、氮化硅晶体、氮化硅透明陶瓷和金刚石等，导热率高，可以实现更优良的散热表现。反射层203可依据激发光光源和波长改变层201激发的光波特性，采用对应特殊的镀膜工艺(金属介质膜等)特性对光线实现反射作用。
31.本实施例中，入射的激发光211(如蓝光等)先在波长改变层201表面激发出第一出射光212，然后继续传播。透过透光层202后，在反射层203表面反射，形成第一反射光213，再一次折返照射到波长改变层201。第一反射光213将再次激发出波长改变材料，部分受激光与剩余的激发光一起出射，形成第二出射光214。而反射到透光层202内部的受激光215经反射层203反射后，最终也出射，形成第三出射光216。这种结构极大的提高入射的原色激光的利用率，同时通过二次激发，将提高波长改变材料的转换效率，减少能量损失，提高投影系统的电光转换效率。
32.图3为本技术实施例提供的另一种波长改变装置的结构和光线示意图。如图3所示，与图2所示实施例相比，本实施例在波长改变层的上表面增加了一个介质膜层305，如在波长改变层表面电镀上介质膜，该介质膜能够反射部分激发光，对其他波长皆为100％透过。假设激发光为蓝色激光，通过该波长改变装置，可以在输出蓝光中提前混合适量的原色激光，可以减少投影显示合光系统的复杂度。
33.具体地，入射的激发光311部分被介质膜层305反射，形成第一出射光317，介质膜层305透射的激发光先在波长改变层301表面激发出第二出射光312，然后继续传播。透过透光层302后，在反射层303表面反射，形成第一反射光313，再一次折返照射到波长改变层301。第一反射光313将再次激发出波长改变材料，部分受激光与剩余的激发光一起出射，形成第三出射光314。而反射到透光层302内部的受激光315经反射层303反射后，最终也出射，形成第四出射光316。
34.图4为本技术实施例提供的另一种波长改变装置的结构示意图。如图4所示，波长改变装置包括波长改变层401、透光层402和反射层403。与图1所示实施例不同的是，本实施例的波长改变装置还包括驱动装置406，驱动装置406用于带动波长改变层401、透光层402和反射层403转动，可以实现多色受激光时分输出，例如，波长改变层401可分区为rgb三个区域或rgby四个区域，也可设置为六个或者八个区域等，其中，r区域采用激发谱包含红色频谱的波长改变材料，g区域采用激发谱包含绿色频谱的波长改变材料，b区域为反射镜片或镀有反射膜的扩散片，y区域采用激发谱包含黄色频谱的波长改变材料。
35.可选地，驱动装置406可与透光层402固定连接，驱动装置406驱动透光层402转动，透光层402带动波长改变层401和反射层403转动。
36.可选地，驱动装置406包括与反射层403下表面紧密贴合的底板，底板的材料优选为金属材料，这样波长改变材料的热量可以传导到底板表面，通过高速旋转，使其表面空气
流动带走热量，考虑经济使用性，优选金属铜或者铝。
37.本技术实施例还提供一种投影装置，包括上述实施例涉及的波长改变装置，投影装置中还包括其他组件，如激发光源等，这些组件的设置可参见相关技术，在此不再赘述。
38.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。