[发明专利]偏振波长转换轮

说明书

描述了用于提供至少一个偏振光束的至少一个光源的光转换系统和方法。该系统包括可围绕其各轴之一旋转的支撑结构，所述支撑结构具有用至少一种类型的光转换层完全或部分覆盖的反射表面，该至少一种类型的光转换层进而用反射偏光板的至少一段覆盖。

本发明涉及照明领域，尤其涉及包括波长转换的系统(诸如包括视频投影仪的投影仪)和方法。

背景技术

近年来，固态光源使其入口作为用于例如视频投影仪的光源。用固态替代方案来替换短弧灯的一些重要驱动是长寿命、避免诸如水银之类的可以在某些短弧灯中找到的有害物质、更好的可靠性以及更宽的色域。

对于高亮度水平(例如，高于2000流明)，常规RGB LED光源的光学扩展量可能太大以至于无法高效地耦合到小光阀。对于高亮度投影仪，由于其更好地适于小光阀的小光学扩展量，因此使用RGB(RGB色彩空间)是常见的。然而，激光可能是昂贵的解决方案，具体而言绿色激光可能是昂贵的并且还展现更低的效率。降低基于激光的解决方案的成本的一种方式可以是使用更便宜类型的光源以及可以例如基于磷光体或量子点发光体的波长转换技术。

在使用所选技术的情况下，短波长激发光(例如，蓝光或近UV激光)可被转换成具有更长波长的光，例如绿光、黄光或红光。RGB光源可以例如通过利用红色激光二极管阵列和蓝色激光二极管阵列以及例如磷光体材料来创造。磷光体材料可以发出比照亮它的光更长的波长，例如它可以用蓝光来照亮并且发出绿光或红光。以此方式，红色、绿色和蓝色可用仅仅红色和蓝色光源来获得。为了促进操作，磷光体可被放置在可旋转的轮上。这一轮之后被称为波长转换轮。对于单片投影仪，具有产生不同色彩的不同类型的磷光体的不同区段的轮可使用来自蓝色激光源的光来循序地生成所有原色，诸如红色、蓝色和绿色。这一具有将初始光转换成不同色彩的不同材料区段的轮之后被称为多色彩波长转换轮。

为了作为光源以最高可能有效性运作，该光源的光学扩展量应变得比投影仪的光学扩展量更小。以此方式，光束的基本上所有能量都将进入投影仪。为了满足该要求并减小光学扩展量，激发光源可被限于照亮磷光体的更小区域(斑点大小)。然而，所照亮的斑点大小越小，对应区域中的能量密度更高，并且可能更难以冷却磷光体并在该磷光体上维持最高的转换效率。

除了与光学扩展量有关的效应之外，从磷光体发出的光还不被偏振并由此磷光体转换技术无法在需要偏振光的应用中高效地使用。此类应用可以例如是基于液晶的投影仪(例如，硅上液晶或者透射式液晶显示器技术)以及偏振立体投影。

用于偏振来自磷光体源的光的解决方案已经在待决美国申请US20140240676A1中提出。使用线栅反射偏光片来以不想要的偏振方向将经转换光反射回到磷光体。线栅反射偏光片上的功率密度可以是高的，因为该偏光片紧邻磷光体并经受入射激发光和经转换光两者。用于线栅的散热片可以在它在光学上被绑定到磷光体层和支撑结构的情况下被提供。然而，将线栅偏光片绑定在线栅侧被排除在外，因为将线栅嵌入具有不同折射率的介质将禁止该线栅恰当地起作用。将线栅偏光片绑定在基板的相对侧将增加线栅与磷光体层之间的热阻和间隔。增加的间隔将导致在一次或多次反射后光斑点大小扩大，这导致经转换光源的光学扩展量增大。

偏振回收是经常用于LCD背光的原理。反射偏光片被定位在液晶显示器与高反射性背光腔体之间。特殊反射偏光薄片已经在以下文献中描述：

US 5,486,949 A，使用双折射干涉层，并且以Vikuiti^TM双亮度增强薄膜(DBEF)的名义商业化。这种类型的反射偏光片几乎不具有光吸收，并且可通过例如共挤压工艺作为聚合薄膜经济地生产。对这一薄片(或薄膜或薄板)的一般描述可以是多层双折射干涉偏光片，之后被称为MBIP。

美国专利US7,547,114 B2公开了具有波长转换材料的移动板，其中反射偏光片可以与LED或激光光源相组合地与波长转换材料相邻地放置。然而，来自光源的具有与反射偏光片的透射方向垂直的偏振的所有光都将被阻挡，因此这将导致能含量的严重降低。对移动板的使用使冷却复杂化并且使得非常难以实现色彩段之间的快速转变(例如，用于色彩循序式单片投影仪)。