本實用新型涉及顯示技術領域，特別是涉及一種光轉(zhuǎn)換元件、光源系統(tǒng)及顯示裝置。

背景技術：

現(xiàn)有的投影光源中，除了采用燈泡和純激光作為光源，還有一種較為流行也是廣受歡迎的光源技術：采用激發(fā)光激發(fā)旋轉(zhuǎn)的熒光粉色輪或者激發(fā)固定的熒光粉片，以產(chǎn)生時序光或者白光出射。

上述技術中，激光激發(fā)旋轉(zhuǎn)的色輪或激發(fā)固定的熒光粉片的激光激發(fā)熒光粉技術相較于現(xiàn)有的LED固態(tài)光源或者燈泡提高了亮度，相較于純激光光源成本更低，圖像顯示效果更好。隨著顯示的要求的提高，該激光激發(fā)熒光粉技術也遇到了前所未有的問題，一方面，該光源用在微投等便攜設備時，體積大的問題將無法克服；另一方面，該光源的光效不夠高，如果進一步提高光效，需要增加新的元部件，這樣勢必增加光源的體積和成本；再者，如果在不增加新的元件的情況下，通過增加電流或電壓，這將對固態(tài)光源的壽命是一個極大的考驗。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型主要解決的技術問題是提供一種光轉(zhuǎn)換元件、光源系統(tǒng)及顯示裝置，能縮小產(chǎn)品的體積、降低成本的同時提高光的利用率以實現(xiàn)高亮度顯示。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是：提供一種光轉(zhuǎn)換元件，該光轉(zhuǎn)換元件包括入射區(qū)域、發(fā)光單元、反射區(qū)域、出光區(qū)域和光回收區(qū)域，所述入射區(qū)域、所述發(fā)光單元、所述反射區(qū)域以及所述出光區(qū)域圍合形成一空間結(jié)構(gòu)，且所述反射區(qū)域圍繞所述發(fā)光單元設置；其中：

入射區(qū)域用于入射激發(fā)光；

發(fā)光單元用于接收入射的激發(fā)光以產(chǎn)生受激光；

反射區(qū)域用于將至少部分所述受激光反射至出光區(qū)域以及將未被所述發(fā)光單元吸收的激發(fā)光反射至所述發(fā)光單元；

出光區(qū)域用于出射至少部分所述受激光；

光回收區(qū)域用于反射入射至所述光回收區(qū)域的激發(fā)光和/或受激光。

其中，入射區(qū)域上設置二向色元件，用于選擇性地透射所述激發(fā)光，并反射所述受激光。

其中，出光區(qū)域的長寬比與投影屏幕的長寬比相匹配。

其中，出光區(qū)域的長寬比為4：3或16：9。

其中，出光區(qū)域呈方形，所述出光區(qū)域和所述光回收區(qū)域位于同一平面且光回收區(qū)域與出光區(qū)域的邊緣相連接。

其中，出光區(qū)域為球冠狀面或拋物面，所述光回收區(qū)域沿著所述出光區(qū)域的周向設置；

其中，所述光轉(zhuǎn)換元件還包括：

出光透鏡，設置在所述出光區(qū)域的一側(cè)，用于對從所述出光區(qū)域出射的出射光進行聚光。

其中，光回收區(qū)域為球冠狀面或拋物面，所述光轉(zhuǎn)換元件的入射區(qū)域、發(fā)光單元及所述出光區(qū)域位于所述球冠狀面的球心位置或所述拋物面的焦點位置；

所述光回收區(qū)域上設置有透光區(qū)域。

其中，發(fā)光單元采用純相的熒光陶瓷或復合陶瓷材料。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的另一個技術方案是：提供一種光源系統(tǒng)，該光源系統(tǒng)包括：

光源，用于發(fā)出激發(fā)光；

勻光元件，用于對所述激發(fā)光進行勻光；

光轉(zhuǎn)換元件，用于接收勻光后的激發(fā)光并產(chǎn)生受激光，其包括前文所述的光轉(zhuǎn)換元件；

收集元件，用于接收所述光轉(zhuǎn)換元件出射的受激光。

其中，光源系統(tǒng)還包括：

散熱件，用于對所述光源進行散熱。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的又一個技術方案是：提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括如前文所述的光源系統(tǒng)。

本實用新型的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本實用新型提供一種光轉(zhuǎn)換元件、光源系統(tǒng)及顯示裝置，該光轉(zhuǎn)換元件包括入射區(qū)域、發(fā)光單元、反射區(qū)域、出光區(qū)域以及光回收區(qū)域，入射區(qū)域、發(fā)光單元、反射區(qū)域以及出光區(qū)域圍合形成一空間結(jié)構(gòu)，且反射區(qū)域圍繞發(fā)光單元設置。其中，入射區(qū)域用于入射激發(fā)光，發(fā)光單元用于接收入射的激發(fā)光以產(chǎn)生受激光，反射區(qū)域用于將至少部分受激光反射至出光區(qū)域以及將未被發(fā)光單元吸收的激發(fā)光反射至發(fā)光單元，出光區(qū)域用于出射至少部分受激光，光回收區(qū)域用于反射入射至光回收區(qū)域的激發(fā)光和/或受激光。因此，本實用新型能縮小產(chǎn)品的體積、降低成本的同時提高光的利用率以實現(xiàn)高亮度顯示。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的一種光源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是光源與散熱件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的一種光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型實施例提供的另一種光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施例提供的又一種光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實用新型實施例提供的又一種光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實用新型實施例提供的光轉(zhuǎn)換元件的光路圖。

具體實施方式

請參閱圖1，圖1是本實用新型實施例提供的一種光源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例的光源系統(tǒng)10包括散熱件1、光源2、勻光元件3、光轉(zhuǎn)換元件4以及收集元件5。

其中，光源2用于發(fā)出激發(fā)光。本實施例中，光源2優(yōu)選為固態(tài)光源。光源2為激光器光源和/或LED光源。其中，激光光源可以為單顆激光器的形式，也可以為激光器陣列的形式。同理，LED光源可以為單個LED的形式，也可以為LED陣列的形式。光源2還可以為其他光源，在此不作限制。

散熱件1用于對光源2進行散熱。具體而言，本實施例的光源2優(yōu)選為方形結(jié)構(gòu)，包括出光面21、與出光面21相鄰的兩側(cè)面22和23以及與出光面21相對的側(cè)面24。其中，出光面21的面積小于側(cè)面22和23的面積。本實施例中，優(yōu)選的，側(cè)面23固定在散熱件1上，這樣可以增加光源2與散熱件1的接觸面積，從而有助于光源2的散熱。

本實施例中，散熱件1優(yōu)選為導熱板。更進一步的，還可以在導熱板11的一側(cè)設置散熱齒片12。如圖2所示。光源2產(chǎn)生的熱量通過導熱板11傳遞到散熱齒片12上，散熱齒片12將熱量傳遞到外界空氣中。另外，散熱齒片12上還可以設置熱導管，部分熱量通過熱導管傳遞到外界。

勻光元件3用于對光源2發(fā)出的激發(fā)光進行勻光。本實施例中，勻光元件3可以是勻光棒、復眼透鏡或復眼透鏡對。其中，勻光棒的形狀可以為錐形或者方形，勻光棒的出口面可以設定為特定形狀，復眼透鏡的每個透鏡單元可以是方形也可以是圓形。

勻光之后的光進入光轉(zhuǎn)換元件4。請一起參閱圖3所示，光轉(zhuǎn)換元件4包括入射區(qū)域41、發(fā)光單元44、反射區(qū)域45、出光區(qū)域43以及光回收區(qū)域42。

入射區(qū)域41、發(fā)光單元44、反射區(qū)域45、出光區(qū)域43和光回收區(qū)域42圍合形成一空間結(jié)構(gòu)，且反射區(qū)域45圍繞發(fā)光單元44設置。

其中，入射區(qū)域41用于入射激發(fā)光，也就是接收經(jīng)過勻光元件3勻光之后的光。發(fā)光單元44設置在光轉(zhuǎn)換元件4的內(nèi)部，用于接收入射的激發(fā)光以產(chǎn)生受激光。反射區(qū)域45用于將至少部分受激光反射至出光區(qū)域43以及將未被發(fā)光單元44吸收的激發(fā)光反射至發(fā)光單元44。反射區(qū)域45設置在入射區(qū)域41和出射區(qū)域43之間，并位于光轉(zhuǎn)換元件4的側(cè)壁上。反射區(qū)域45可以是銀、氧化鋁等材料涂覆在光轉(zhuǎn)換元件4上。

出光區(qū)域43用于出射至少部分受激光。光回收區(qū)域42用于反射入射至所述光回收區(qū)域的激發(fā)光和/或受激光，以使所述受激光經(jīng)過所述反射區(qū)域的反射后從所述出光區(qū)域出射，所述激發(fā)光經(jīng)過所述發(fā)光單元轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的受激光從所述出光區(qū)域出射，即反射入射至光回收區(qū)域的激發(fā)光和/或受激光以回收激發(fā)光和/或受激光。具體而言，光回收區(qū)域42反射的光包括以下三種：

第一種：反射受激光。也就是說，經(jīng)過發(fā)光單元44轉(zhuǎn)換后的受激光未全部從出光區(qū)域43出射，而是有部分入射到光回收區(qū)域42中。此時，光回收區(qū)域42將入射的該部分受激光發(fā)射，以回收重新利用。

第二種：反射激發(fā)光。也就是說，從入射區(qū)域41入射的激發(fā)光未全部被發(fā)光單元44轉(zhuǎn)換為受激光，例如一部分激發(fā)光從發(fā)光單元44和反射區(qū)域45之間傳輸，該部分的激發(fā)光入射到光回收區(qū)域42中，此時光回收區(qū)域42將該部分的激發(fā)光進行反射，以回收重新利用。

第三種：反射激發(fā)光和受激光。該種情況是結(jié)合了前文所述的第一種情況和第二種情況，即存在未從出光區(qū)域43出射的受激光和未被發(fā)光單元44轉(zhuǎn)換的激發(fā)光入射到光回收區(qū)域42中，光回收區(qū)域42將該些激發(fā)光和受激光一并反射回收。

收集元件5用于接收光轉(zhuǎn)換元件4出射的受激光。收集元件5優(yōu)選為收集透鏡組。

因此，本實用新型實施例的光源系統(tǒng)通過設置光回收區(qū)域42來收集入射的激發(fā)光和/或受激光，使得入射的激發(fā)光和/或受激光可以反射回發(fā)光單元44內(nèi)部進行再次利用。不需要增加其他元件，從而能縮小產(chǎn)品的體積、降低成本的同時提高光的利用率以實現(xiàn)高亮度顯示。

本實施例中，入射區(qū)域41上設置二向色元件411，用于選擇性地透射激發(fā)光，并反射受激光。即二向色元件411起到一個濾光的作用。本實施例中，二向色元件411從顏色和角度兩個方面進行濾光。

首先，顏色濾光為二向色元件411設置為只允許特定顏色的光通過，而反射其他顏色的光，例如只允許藍色光通過，其他顏色的光反射，由此可以對光源2發(fā)出的光進行顏色的選擇。

其次，角度濾光為二向色元件411設置為只允許特定角度的光通過，而反射其他角度的光。這利用了光源2發(fā)出的光的角度和經(jīng)過發(fā)光單元44后形成的受激光的角度不同的特點。例如，光源2為激光光源時，其發(fā)出的激光的角度可以近似為零度，而經(jīng)過發(fā)光單元44后形成的受激光為發(fā)散狀態(tài)的，角度較大。因此，本實施例在二向色元件411上設置有角度選擇反射層，用于透射小角度的光，并反射大角度的光，這樣就可以透射光源2發(fā)出的激發(fā)光，而反射經(jīng)過發(fā)光單元44轉(zhuǎn)換后的受激光。角度選擇反射層可為濾光片或者濾光膜。更具體的，當角度選擇反射層為濾光膜，二向色元件411可以為透射激發(fā)光反射受激光的膜，也可以是透射激發(fā)光反射其他光的膜。由此，光源2發(fā)出的光可以通過二向色元件411，而從光回收區(qū)域42反射回來再次經(jīng)過發(fā)光單元44的受激光會進一步被二向色元件411反射。從而可以減小光的損失，保證光的利用率。

本實施例中，發(fā)光單元44為任意在激發(fā)光的激發(fā)下產(chǎn)生受激光的陶瓷體。優(yōu)選的，發(fā)光單元44采用純相的熒光陶瓷或復合陶瓷材料，并且是具有特定形狀的固態(tài)元件，例如長方體、正方體或球體等。當其為純相的熒光陶瓷時，具體可以是各種氧化物陶瓷、氮化物陶瓷或氮氧化物陶瓷，通過在陶瓷制備過程中摻入微量的激活劑元素，如鑭系元素，形成發(fā)光中心。

當發(fā)光單元44為復合陶瓷材料時，其以透明或半透明的陶瓷作為基質(zhì)，在陶瓷基質(zhì)內(nèi)分布著發(fā)光陶瓷顆粒，如熒光粉顆粒。透明或半透明陶瓷基質(zhì)可以是各種氧化物陶瓷，如氧化鋁陶瓷和Y₃Al₅O₁₂陶瓷，也可以是氮化物陶瓷，如氮化鋁陶瓷，還可以是氮氧化物陶瓷。

此外，陶瓷基質(zhì)還可以是純相的熒光陶瓷，即陶瓷基質(zhì)本身具有激活劑，能夠在激發(fā)光的照射下發(fā)出受激光。

其中，發(fā)光單元44的熒光粉可以為綠色熒光粉和紅色熒光粉混合，也可以為黃色熒光粉，還可以是分區(qū)設置的熒光粉體，其中不同區(qū)設置不同顏色的熒光粉。

本實施例中，光轉(zhuǎn)換元件4的形狀優(yōu)選為長方體或正方體，使得入射區(qū)域41等的鍍膜更簡單。

本實施例中，出光區(qū)域43的長寬比和投影屏幕的長寬比相匹配。更具體的，出光區(qū)域43的長寬比優(yōu)選為4：3或16：9。這樣可以使得出射的受激光的長和寬與投影屏幕的長和寬的比例相匹配，從而使得光的均勻性更好、光效更高。

其中，出光區(qū)域43呈方形，出光區(qū)域43和光回收區(qū)域42位于同一平面且光回收區(qū)域42與出光區(qū)域43的邊緣相連接。

本實施例中，入射區(qū)域41和出光區(qū)域43可以位于光轉(zhuǎn)換元件4的任意位置。如圖3所示，光轉(zhuǎn)換元件4為六面的方體，入射區(qū)域41和出光區(qū)域43設置在光轉(zhuǎn)換元件4的兩個對側(cè)面上。并且光回收區(qū)域42與出光區(qū)域43位于同一個側(cè)面上，出光區(qū)域43設置在該側(cè)面的中心位置，光回收區(qū)域42設置在出光區(qū)域43的周圍。發(fā)光單元44設置在光轉(zhuǎn)換元件4的內(nèi)部。反射區(qū)域45優(yōu)選設置在光回收區(qū)域42與出光區(qū)域43之間，并圍繞發(fā)光單元44設置。

在其他實施例中，入射區(qū)域41和出光區(qū)域43還可設置在相鄰的兩個側(cè)面上，如圖4所示。從而可以提高光在發(fā)光單元44的反射的次數(shù)，使得出射的光更均勻，并且有效光更多，提高亮度。

在其他實施例中，入射區(qū)域41和出光區(qū)域43還可設置同一個側(cè)面上。當入射區(qū)域41和出光區(qū)域43設置在同一側(cè)面上，并且有重疊區(qū)域時，重疊區(qū)域透射可見光。

由前文所述，光回收區(qū)域42和出光區(qū)域43是位于同一平面設置。更具體的，在同一個平面中，光回收區(qū)域42是設置在出光區(qū)域43以外的位置的反射層，反射層采用銀、氧化鋁等材料。

承前所述，本實用新型通過光回收區(qū)域42將未出射的受激光回收以再次利用，提高了光的利用率，從而提高了光源系統(tǒng)10的亮度。

請參閱圖5，圖5是本實用新型實施例提供的另一種光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實施例的光轉(zhuǎn)換元件50依然包括入射區(qū)域51、出光區(qū)域53、發(fā)光單元54以及光回收單元52。其中，本實施例的光轉(zhuǎn)換元件50與前文所述的光轉(zhuǎn)換元件4的不同之處在于：本實施例的光轉(zhuǎn)換元件50的出光區(qū)域53為球冠狀面或拋物面，光回收區(qū)域52設置在球冠狀面或拋物面的未設置出光區(qū)域53的位置。由于出光區(qū)域53沿著出光區(qū)域53的周向設置，因此光回收區(qū)域52反射的光會向球冠狀面的球心或拋物面的焦點位置聚集，即會集中反射回到發(fā)光單元54中，因此本實施例可以省去如圖3和圖4所示反射區(qū)域45。

進一步的，本實施例的光轉(zhuǎn)換元件50還包括出光透鏡56。其設置在出光區(qū)域53的一側(cè)，用于對從出光區(qū)域53出射的受激光進行聚光。使得從出光區(qū)域53出射的較為發(fā)散的受激光形成聚集的平行光，從而提高光的利用率。

請參閱圖6，圖6是本實用新型實施例提供的又一種光轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，本實施例的光轉(zhuǎn)換元件60依然包括入射區(qū)域61、出射區(qū)域63、發(fā)光單元64、光回收單元62以及反射區(qū)域65。其中，本實施例的光轉(zhuǎn)換元件60與前文所述的光轉(zhuǎn)換元件4的不同之處在于：本實施例的光轉(zhuǎn)換元件60的出光區(qū)域63和光回收區(qū)域62設置在兩個不同的面上。

并且光回收區(qū)域62為球冠狀面或拋物面。入射區(qū)域61、發(fā)光單元64、出光區(qū)域63以及反射區(qū)域65位于球冠狀面的球心位置或拋物面的焦點位置。

光回收區(qū)域62上設置有透光區(qū)域66，透光區(qū)域66設置在球冠狀面或拋物面的中心位置，光回收區(qū)域62設置在球冠狀面或拋物面的未設置透光區(qū)域66的位置。透光區(qū)域66可以為通孔或采用透光材料制成。

出光區(qū)域63位于球冠面或拋物面的凹面的一側(cè)，出光區(qū)域63大角度的光被光回出光區(qū)域62反射，小角度的光從透光區(qū)域66出射。具體的光路圖如圖7所示。

本實用新型實施例還提供了一種顯示裝置，顯示裝置包括前文所的光源系統(tǒng)。其中，顯示裝置為微投、激光電視以及教育機等。

綜上所述，本實用新型能夠利用較低的成本達到高亮度的顯示。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。