一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪。包括漫反射基板（10）和設(shè)置在漫反射基板（10）上的熒光粉片層（20）。提供一種新型的熒光粉色輪漫反射基板光學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)激發(fā)光束透過(guò)熒光粉片層在基板上形成的光斑進(jìn)行一定程度的擴(kuò)散，以提高熒光粉色輪的熒光粉利用效率，增強(qiáng)熒光粉色輪的整體發(fā)光效率，改善熒光粉色輪局部發(fā)熱的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型基板的熒光粉色輪制作及其光路優(yōu)化的方法，尤其涉及到一種利用漫反射基板制作熒光粉色輪，提高熒光粉利用效率，增強(qiáng)熒光粉色輪整體發(fā)光效率，改善熒光粉色輪局部發(fā)熱的問(wèn)題，并且利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化光路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在，越來(lái)越多的投影機(jī)選擇主要利用LED (light Emitting Diode)或LD(Laser Diode)作為顯示光源，其中一種模式是直接利用多色激發(fā)光源發(fā)出紅、綠或藍(lán)等不同波長(zhǎng)的光作為光源實(shí)現(xiàn)彩色顯示；另外一種則是利用一種紅色或綠色或藍(lán)色作為光源，再利用其激發(fā)、轉(zhuǎn)換出其他兩種三原色，最終通過(guò)調(diào)制光路實(shí)現(xiàn)彩色投影顯示。美國(guó)專(zhuān)利US7547114B2提出一種產(chǎn)生高亮度時(shí)序色光的方法，該方法將激發(fā)光源收集并聚焦于一個(gè)熒光粉轉(zhuǎn)盤(pán)上激發(fā)熒光粉材料發(fā)光，并隨著轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生周期性時(shí)序的色光序列；使用該方法可以制作出高亮度的投影光源。通過(guò)這種原理運(yùn)用的熒光粉色輪，一般在基板上涂布一種或多種不同顏色、不同激發(fā)光譜的熒光粉色段/片層，從而通過(guò)LED或LD光源來(lái)激發(fā)出不同波長(zhǎng)顏色的光，并以此作為投影機(jī)的光源。
[0003]目前，熒光粉色輪的制作主要是在某種具有高反射率的基板上涂布熒光粉，以此來(lái)提高熒光粉的利用效 率，增強(qiáng)熒光粉色輪的整體發(fā)光效率。因此，普通的熒光粉色輪所使用的基板多為鍍有金屬高反膜如鋁膜或銀膜等的鏡面金屬材料。由于激光光斑直徑一般在1.5~2_左右，而熒光粉色段的寬度一般在4-4.5_左右(這些參數(shù)具體取決于收光透鏡等的光路設(shè)計(jì))，入射的激光在熒光粉色段內(nèi)部由于熒光粉顆粒的散射作用，光斑會(huì)有所擴(kuò)大，約3_左右，因此在熒光粉色段內(nèi)部的不同位置，入射激光的光強(qiáng)分布是不均勻的，這就意味著一部分的熒光粉色段并沒(méi)有得到充分的利用；而且較小的激光光斑單位能量過(guò)強(qiáng)，會(huì)使得局部熒光粉色段的溫度偏高，使得發(fā)光效率也會(huì)相應(yīng)降低，同時(shí)對(duì)局部熒光粉色段以及基板的壽命產(chǎn)生不良的影響。
[0004]而且，由于整機(jī)光路中對(duì)于光擴(kuò)散的需求，光路設(shè)計(jì)中往往需要加入另一些帶有擴(kuò)散光功能的光學(xué)部件(如擴(kuò)散片等)，與熒光粉色輪結(jié)合使用，復(fù)雜了整機(jī)光路設(shè)計(jì)，增加了光源系統(tǒng)成本。
[0005]為了解決上述現(xiàn)有傳統(tǒng)熒光粉色輪的缺陷及改進(jìn)方法的不足的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了 “利用基板漫反射光學(xué)設(shè)計(jì)提高熒光粉利用效率及其對(duì)光路設(shè)計(jì)的優(yōu)化的方法”。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有熒光粉色輪的前述問(wèn)題，提供了一種具有漫反射的基板，以提高對(duì)熒光粉色輪中熒光粉的利用率，增強(qiáng)熒光粉色輪的整體發(fā)光效率，改善熒光粉色輪局部發(fā)熱的問(wèn)題，并可以對(duì)光路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是:利用基板漫反射(波段10(T760nm，漫反射率10%~?00%，其中包括鏡面反射率，透射率，吸收率和散射率)光學(xué)設(shè)計(jì)，在基板上涂布熒光粉，制成熒光粉色輪。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是:利用基板漫反射(波段10(T760nm，漫反射率10%~?00%，其中包括鏡面反射率，透射率，吸收率和散射率)光學(xué)設(shè)計(jì)，使熒光粉色輪的基板本身具有一定的擴(kuò)散片的散光功能，從而可以取代現(xiàn)有光路中某些起到散光作用的光學(xué)部件(如擴(kuò)散片，帶有擴(kuò)散片的色輪等)。
[0009]本實(shí)用新型所涉及的漫反射基板，指在可見(jiàn)光及紫外光范圍內(nèi)全光譜(100nm-760nm)漫反射(漫反射率10%~?00%)鏡面反射，透過(guò)率和吸收率之和為1%~80%)的基板，但不限于以上波長(zhǎng)范圍。同時(shí)該基板可以對(duì)制作的色輪在熒光粉被激發(fā)時(shí)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行可以起到高效散熱的功能。
[0010]本實(shí)用新型所涉及的漫反射基板材料包括金屬，非金屬，有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料或復(fù)合材料基板或上述材料兩種及兩種以上的復(fù)合基板，也包括具有一定范圍漫反射的金屬，有機(jī)高分子材料如高白度尼龍/塑料/特氟龍等，高白度非金屬化合物材料如陶瓷(包括燒結(jié)過(guò)的陶瓷體和未燒結(jié)過(guò)的陶瓷胚體)等，但不限于上述材料。
[0011]基板表面漫反射的形成處理方法包括:采用粉末冶金燒結(jié)方式或高壓冷壓等方式獲得高白度的單一材料體系或多相材料體系混合物的金屬化合物如單相或多相陶瓷、金屬陶瓷等，以及獲得具有高漫反射的金屬表面或具有高白度的高聚物等非金屬表面；2)針對(duì)金屬表面或非金屬表面的所有表面粗化工藝，例如表面噴砂粗化工藝等；3)基板表面實(shí)現(xiàn)高漫反射材料涂層或鍍層的表面復(fù)合材料制備工藝，包括采用熱噴涂或火焰噴涂或電弧鍍等方式、采用常規(guī)噴涂、電化學(xué)鍍或涂陶瓷釉或刷漿方式，在所述基板表面形成一層或數(shù)層具有高漫反射效果的薄膜或鍍層或釉層或涂層。但并不僅限于以上幾種方式。4)基板表面可以制成具有亞毫米級(jí)的 三維凸凹結(jié)構(gòu)，以利于進(jìn)一步加強(qiáng)散射效果。。
[0012]基板漫反射薄膜或涂層或鍍層或釉層或基板本體的表面漫反射處理工藝，其表面處理材料可以選擇具有表面高漫反射特征的材料體系，如高純氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋇、磷酸鈣、磷酸鋇、硫酸鋇、硅酸鈣、碳酸鈣、氮化硼、硅酸鋯、(氧)氯化鋯、石英等氮化物、氧化物、硫化物、磷化物、硼化物、鋁酸鹽、硅酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、氯化物以及高白粘土等高白度材料中的一種或數(shù)種，但并不僅限于以上幾種材料。
[0013]基板的具有漫反射或散射的表面可以是基板的全部表面，側(cè)面或是部分的表面或側(cè)面。
[0014]漫反射基板的形狀可以是三角形，圓形，方形或其他任意規(guī)則或不規(guī)則形狀，基板可以進(jìn)行過(guò)或沒(méi)有進(jìn)行過(guò)任何擠壓，切割，激光等機(jī)械加工或任何形式的加工方式。
[0015]漫反射基板的存在所優(yōu)化的光路設(shè)計(jì)包括但不限于:結(jié)合對(duì)激發(fā)光束產(chǎn)生反射和散射作用的組合，節(jié)省具有擴(kuò)散功能的光學(xué)部件，簡(jiǎn)化光路，節(jié)省光路空間等
[0016]本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的熒光粉色輪漫反射基板光學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)激發(fā)光束透過(guò)熒光粉片層在基板上形成的光斑進(jìn)行一定程度的擴(kuò)散，以提高熒光粉色輪的熒光粉利用效率，增強(qiáng)熒光粉色輪的整體發(fā)光效率，改善熒光粉色輪局部發(fā)熱的問(wèn)題，并且利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化光路。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]圖1是現(xiàn)有普通的熒光粉色輪基板結(jié)構(gòu)及形成的光斑示意圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的熒光粉色輪基板結(jié)構(gòu)及形成的光斑示意圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例五的熒光粉色輪基板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例五的熒光粉色輪基板結(jié)構(gòu)截面示意圖。
[0022]圖5是高鏡面反射率98%基板形成的光斑示意圖。
[0023]圖6是漫反射率80%基板形成的光斑示意圖。
[0024]圖7是漫反射率97%基板形成的光斑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例一:
[0026]在直徑為40mm的金屬鋁的圓形基板10上，進(jìn)行表面漫反射層501處理，采用100nnT760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，漫反射率80%的白釉料涂布與鋁基板10上形成漫反射層501，基板整體的反射率為98%，其中漫反射率為80%，鏡面反射率為18%。在漫反射層501的表面上通過(guò)點(diǎn)膠或噴涂或印刷的方式涂布熒光粉，形成熒光粉片層20，熒光粉片層20的寬度為4mm,厚度為0.2mm。激光光源101發(fā)出的激光光束102以45度的入射角射入熒光粉片層20，在熒光粉顆粒本身的散射作用和基板的漫反射作用下，熒光粉片層20上形成了 3.5mm直徑的光斑32，并形成反射光束103。收光透鏡40對(duì)熒光粉激發(fā)出的反射光束103進(jìn)行收光。與同樣條件下與普通鍍銀金屬鋁基板相比較，基板10的反射率為98% (基板表面501的漫反射率為80%，鏡面反射率為18%)，作為對(duì)比的鍍銀金屬鋁基板表面的反射率同樣為98%，在此情形下，采用同樣材質(zhì)的基板和完全一樣的實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例的熒光粉色輪的光效提高了 6%。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表I。
[0027]實(shí)施例二:
[0028]在直徑為40mm的陶瓷圓形基板10上，進(jìn)行表面漫反射層501處理，采用100nnT760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，漫反射率為10%的白釉料涂布與陶瓷圓形基板10上形成漫反射層501，基板整體的反射率為98%，其中漫反射率為10%，鏡面反射率為18%。在漫反射層501的表面上通過(guò)點(diǎn)膠或噴涂或印刷的方式涂布熒光粉，形成熒光粉片層20，熒光粉片層20的寬度為4mm，厚度為0.2mm。激光光源101發(fā)出的激光光束102以45度的入射角射入熒光粉片層20，在熒光粉顆粒本身的散射作用和基板的漫反射作用下，熒光粉片層20上形成了
3.5mm直徑的光斑32，并形成反射光束103。收光透鏡40對(duì)熒光粉激發(fā)出的反射光束103進(jìn)行收光。作為對(duì)比的鍍銀金屬鋁基板表面的反射率同樣為98%，在此情形下，采用同樣材質(zhì)的基板和完全一樣的實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例的熒光粉色輪的光效提高了 1%。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表I。
[0029]實(shí)施例三:
[0030]在直徑為40mm的金屬鐵的圓形基板10上，進(jìn)行表面漫反射層501處理，米用100nnT760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，漫反射率為60%的白釉料涂布與屬鐵的圓形基板上形成漫反射層501，基板整體的反射率為98%，其中漫反射率為60%，鏡面反射率為18%。在漫反射層501的表面上通過(guò)點(diǎn)膠或噴涂或印刷的方式涂布熒光粉，形成熒光粉片層20，熒光粉片層20的寬度為4mm，厚度為0.2mm。激光光源101發(fā)出的激光光束102以45度的入射角射入熒光粉片層20，在熒光粉顆粒本身的散射作用和基板的漫反射作用下，熒光粉片層20上形成了
3.5mm直徑的光斑32，并形成反射光束103。收光透鏡40對(duì)熒光粉激發(fā)出的反射光束103進(jìn)行收光。作為對(duì)比的鍍銀金屬鋁基板表面的反射率同樣為98%，在此情形下，采用同樣材質(zhì)的基板和完全一樣的實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例的熒光粉色輪的光效提高了 3%。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表I。
[0031]實(shí)施例四:
[0032]在直徑為40mm的金屬銅的圓形基板10上，進(jìn)行表面漫反射層501處理，米用100nnT760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，漫反射率為60%的白釉料涂布與金屬銅的圓形基板上形成漫反射層501，基板整體的反射率為98%，其中漫反射率為60%，鏡面反射率為18%。在漫反射層501的表面上通過(guò)點(diǎn)膠或噴涂或印刷的方式涂布熒光粉，形成熒光粉片層20，熒光粉片層20的寬度為4mm，厚度為0.2mm。激光光源101發(fā)出的激光光束102以45度的入射角射入熒光粉片層20，在熒光粉顆粒本身的散射作用和基板的漫反射作用下，熒光粉片層20上形成了 3.5mm直徑的光斑32，并形成反射光束103。收光透鏡40對(duì)熒光粉激發(fā)出的反射光束103進(jìn)行收光。作為對(duì)比的鍍銀金屬鋁基板表面的反射率同樣為98%，在此情形下，采用同樣材質(zhì)的基板和完全一樣的實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例的熒光粉色輪的光效提高了
0.5%。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表I
[0033]實(shí)施例五:
[0034]圖5所示為本實(shí)用新型使用熒光粉色輪基板結(jié)構(gòu)。使用直徑為50mm的金屬鋁圓環(huán)片基板11，機(jī)械擠壓加工方式，以基板11水平放置時(shí)上表面的最低面為基準(zhǔn)面，預(yù)先形成以金屬鋁圓環(huán)片基板外徑為基準(zhǔn)，寬度為4_，深度為-0.2_，角度為300度的下凹熒光粉涂布區(qū)域20。通過(guò)噴涂工藝，在基板11的非下凹區(qū)域的表面，形成具有高漫反射率70%的漫反射層502，并最終制成熒光粉色輪。該熒光粉色輪的高漫反射區(qū)域502，可以對(duì)激光光源的部分光束起到光擴(kuò)散作用，省去了光路中擴(kuò)散片的使用，優(yōu)化了光路設(shè)計(jì)。
[0035]上述實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)例，并非對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)范圍做任何的限制。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)上面的實(shí)施例所做的任何修改，等同變化與修飾，均仍然屬于本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容和范疇。
[0036]表I為本實(shí)用新型的所有實(shí)施例中的漫反射基板的標(biāo)準(zhǔn)的鍍銀高鏡面反射基板，分別制成熒光粉色輪后的光效比較情況。
[0037]
實(shí)施例1基板表面反射層的鏡面反射率I基板表面層的漫反射率I基板表面層的透過(guò)率加吸收率I制成的熒光粉色輪的激發(fā)光效比較(20W) -
實(shí)施例一 18%_80%_2%_ 1.06_
實(shí)施例二 88%_ra_2%_L_01_
實(shí)施例三 37%_60%_3%_ 1.03_
實(shí)施例四 -_97%_3%_ 1.005_
對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣93%_5%_2%_ 1.00_
[0038]注:對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣是指在金屬鋁基板上鍍高反射銀膜層后進(jìn)行的熒光粉涂布并制成熒光粉色輪。
【權(quán)利要求】
1.一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪，其特征在于，包括漫反射基板(10)和設(shè)置在漫反射基板(10)上的熒光粉片層(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪，其特征在于，所述漫反射基板(10)適用光波長(zhǎng)范圍100-760 nm的任意波長(zhǎng)的激發(fā)光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪，其特征在于，所述漫反射基板(10)和熒光粉片層(20)之間設(shè)漫反射涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用漫反射基板進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的熒光粉色輪，其特征在于，漫反射基板(10)的具有漫反射或散射的表面是基板的全部或部分表面，或是基板的全部或部分側(cè)面。
【文檔編號(hào)】F21V9/10GK203810291SQ201420077450
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】周際新, 錢(qián)向林, 楊生強(qiáng), 周恒榮 申請(qǐng)人:揚(yáng)州吉新光電有限公司