一种光学系统及显示设备的制作方法

1.本发明涉及光学系统技术领域，特别是涉及一种光学系统。本发明还涉及一种显示设备。


背景技术：

2.显示设备在各个领域的应用越来越广泛，其中亮度指标是显示设备的重要指标之一，为使得显示设备具有更优的显示性能，提高亮度是本领域技术人员一直探索和不断改进的技术课题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种光学系统，能够提高输出光亮度。本发明还提供一种显示设备。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种光学系统，包括波长转换材料和第一光学元件，所述波长转换材料用于在激发光的照射下产生被激发光，所述第一光学元件用于引导激发光入射到波长转换材料，并引导被激发光与激发光分离而发射出，其中激发光入射到所述波长转换材料的传播路径和向着激发光入射一侧传播的被激发光的传播路径的至少一个包含全反射传播过程。
6.优选的，所述第一光学元件包括光学面，激发光经过所述第一光学元件的光学面透射而入射到所述波长转换材料，向着激发光入射一侧传播的被激发光经过所述第一光学元件的光学面发生全反射而发射出；
7.或者，所述第一光学元件包括光学面，激发光经过所述第一光学元件的光学面发生全反射而入射到所述波长转换材料，向着激发光入射一侧传播的被激发光经过所述第一光学元件的光学面透射而发射出。
8.优选的，还包括第二光学元件，所述第二光学元件用于对要透射过所述第一光学元件的光学面的激发光补偿光程，或者所述第二光学元件用于对要透射过所述第一光学元件的光学面的被激发光补偿光程。
9.优选的，所述第一光学元件包括第一光学面和第二光学面，所述第一光学面用于使激发光发生全反射，使得激发光向着远离所述波长转换材料的方向传播而入射到所述第二光学面，所述第二光学面用于将激发光反射而使激发光入射到所述波长转换材料，向着激发光入射一侧传播的被激发光透射过所述第一光学元件而发射出。
10.优选的，所述第一光学元件包括第一光学面、第二光学面和第三光学面，所述第一光学面用于使激发光发生全反射，使得激发光向着远离所述波长转换材料的方向传播而入射到所述第二光学面，所述第二光学面用于将激发光反射而使激发光入射到所述波长转换材料，所述第三光学面用于使向着激发光入射一侧传播的被激发光发生全反射，使得该部分被激发光与激发光分离而发射出。
11.优选的，第一激发光从所述第一光学元件所处一侧照射到所述波长转换材料，第
二激发光从所述波长转换材料远离所述第一光学元件的一侧照射到所述波长转换材料。
12.优选的，所述波长转换材料具体用于在激发光的照射下至少产生分别向着所述波长转换材料两侧传播的被激发光；
13.还包括第三光学元件，所述第一光学元件和所述第三光学元件分别设置在所述波长转换材料的两侧，所述第三光学元件用于透射激发光，以及反射所述波长转换材料产生的向着本侧出射的被激发光。
14.优选的，第一激发光从所述第一光学元件所处一侧照射到所述波长转换材料，第二激发光从所述波长转换材料远离所述第一光学元件的一侧照射到所述波长转换材料。
15.优选的，第二激发光从所述第三光学元件一侧入射，透射过所述第三光学元件后照射到所述波长转换材料。
16.优选的，所述第二激发光由固态光源产生，所述波长转换材料与所述固态光源贴合，由所述固态光源的反射层形成所述第三光学元件。
17.一种显示设备，包括以上所述的光学系统。
18.优选的，所述光学系统用于发射出三基色光中任一种基色光。
19.由上述技术方案可知，本发明所提供的一种光学系统，其中波长转换材料能够在激发光的照射下产生被激发光，第一光学元件引导激发光入射到波长转换材料，并引导被激发光与激发光分离而发射出，成为出射光，其中通过第一光学元件的引导作用，激发光入射到波长转换材料的传播路径和向着激发光入射一侧传播的被激发光的传播路径的至少一个包含全反射传播过程。本发明光学系统利用全反射将波长转换材料产生的被激发光与激发光分离，全反射对光能量损失小，从而能够提高光学系统的光利用率，能够提高输出光亮度。
20.本发明提供的一种显示设备，能够达到上述有益效果。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一实施例提供的一种光学系统的示意图；
23.图2为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
24.图3为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
25.图4为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
26.图5为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
27.图6为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
28.图7为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
29.图8为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图；
30.图9为本发明又一实施例提供的一种光学系统的示意图。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
32.本发明实施例提供一种光学系统，包括波长转换材料和第一光学元件，所述波长转换材料用于在激发光的照射下产生被激发光，所述第一光学元件用于引导激发光入射到波长转换材料，并引导被激发光与激发光分离而发射出，其中激发光入射到所述波长转换材料的传播路径和向着激发光入射一侧传播的被激发光的传播路径的至少一个包含全反射传播过程。
33.波长转换材料是指在激发光照射下会发射出预设波长光的材料。其中，波长转换材料优选以层状分布，一方面可以降低材料被激发产生的光在其内部横向传播而导致发光功率密度下降的情况，另一方面有助于使光更容易透射过波长转换材料。
34.通过第一光学元件对光的引导作用，将被激发光与激发光分离而发射出，形成出射光，其中激发光入射到波长转换材料的传播路径和向着激发光入射一侧传播的被激发光的传播路径的至少一个包含全反射传播过程。因此，本实施例光学系统利用全反射将波长转换材料产生的被激发光与激发光分离，全反射对光能量损失小，从而能够提高光学系统的光利用率，能够提高输出光亮度。
35.请参考图1，图1为一实施例提供的一种光学系统的示意图，由图可看出，所述光学系统包括波长转换材料100和第一光学元件101。波长转换材料100用于在激发光的照射下产生被激发光，波长转换材料100可以采用但不限于荧光粉。在实际应用中可以根据实际应用需求选择波长转换材料所产生被激发光的波段。
36.图1所示的光学系统中，波长转换材料100在激发光1的照射下产生了被激发光2，被激发光2向着激发光1入射一侧传播。第一光学元件101包括光学面102，激发光1经过第一光学元件的光学面102透射而入射到波长转换材料100，被激发光2经过第一光学元件的光学面102发生全反射而发射出，使得被激发光2与激发光1分离。
37.请参考图2，图2为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，可看出本实施例中，波长转换材料100在激发光1的照射下产生了被激发光2，被激发光2向着激发光1入射一侧传播。第一光学元件101包括光学面102，激发光1经过第一光学元件101的光学面102发生全反射而入射到波长转换材料100，向着激发光入射一侧传播的被激发光2经过第一光学元件的光学面102透射而发射出，从而实现了将被激发光2与激发光1分离，形成了出射光。
38.使光线发生全反射需要光从较高折射率光学介质进入较低折射率光学介质并且入射角大于临界角，因此在实际应用中，可以根据激发光或者波长转换材料被激发产生的被激发光的波段范围来设计第一光学元件的结构以及所采用的光学介质体折射率。可选的，可以利用折射率大于空气折射率的光学介质与空气，形成能够使光发生全反射的光学面，比如如图1或者图2所示的光学系统，利用了光学介质和空气形成能够使光发生全反射的光学面102。另外需要说明的是，图1或者图2所示的第一光学元件采用的光学结构只是一种具体实例，在实际应用中第一光学元件可以采用基于相同原理的其它光学结构，都在本
发明保护范围内。
39.可选的，本光学系统还可包括第二光学元件，第二光学元件用于对要透射过第一光学元件的光学面的激发光补偿光程，或者第二光学元件用于对要透射过第一光学元件的光学面的被激发光补偿光程。请参考图3，图3为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，其中激发光1通过第二光学元件103入射进入第一光学元件101，进而透射过第一光学元件101的光学面102而照射到波长转换材料100。通过第二光学元件103补偿激发光1的光程，另外通过第二光学元件103可以改变光发射方向，可以调整光照射到波长转换材料100的入射角度，比如可以使得激发光1入射进入第一光学元件101后的传播方向与原传播方向相同。通过布置第二光学元件103增加光路设计的灵活性，在实际应用中便于光学系统各元件的布置。
40.可选的请参考图4，图4为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，其中包括第一光学元件101和第二光学元件104，激发光1进入第一光学元件101而入射到光学面102，经过光学面102发生全反射而入射到波长转换材料100。波长转换材料100产生的被激发光2进入第一光学元件101而入射到光学面102，经过光学面102透射出，而后通过第二光学元件104发射出，第二光学元件104对被激发光2补偿光程，另外通过第二光学元件104可以改变光发射方向，可以调整被激发光2的出射方向，通过布置第二光学元件104增加光路设计的灵活性，在实际应用中便于光学系统各元件的布置。
41.图3或者图4所示的第一光学元件形状、第二光学元件形状以及两者的结构布置只是本发明光学系统的一种具体实例，在实际应用中可以根据实际应用需求将第一光学元件、第二光学元件采用基于相同原理的其它光学结构，也都在本发明保护范围内。可选的，第一光学元件或者第二光学元件可采用具有一定折射率的光学介质体，第一光学元件和第二光学元件的折射率可以相同，或者不同。
42.可选的，请参考图5，图5为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，由图可看出，所述光学系统的第一光学元件101包括第一光学面105和第二光学面106，激发光1入射到第一光学元件101的第一光学面105，第一光学面105用于使激发光1发生全反射，使得激发光1向着远离波长转换材料100的方向传播而入射到第二光学面106，第二光学面106用于将激发光1反射而使激发光1入射到波长转换材料100。波长转换材料100产生的向着激发光1入射一侧传播的被激发光2，透射过第一光学元件101而发射出，从而通过第一光学元件101使得被激发光2与激发光1分离。
43.在实际应用中，可以根据激发光1的波段范围、激发光1的入射方向来采用具有一定折射率的光学介质体设计和形成第一光学面、第二光学面，以满足实际应用需求。
44.可选的，请参考图6，图6为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，其中所述光学系统的第一光学元件101包括第一光学面105、第二光学面106和第三光学面107。激发光1入射到第一光学元件101的第一光学面105，第一光学面105用于使激发光1发生全反射，使得激发光1向着远离波长转换材料100的方向传播而入射到第二光学面106，第二光学面106用于将激发光1反射而使激发光1入射到波长转换材料100。波长转换材料100产生的、向着激发光1入射一侧传播的被激发光2入射到第三光学面107，第三光学面107用于使向着激发光1入射一侧传播的被激发光2发生全反射，使得该部分被激发光与激发光1分离而发射出。
45.在实际应用中，可以根据激发光1的波段范围、激发光1的入射方向、出射光方向来
采用具有一定折射率的光学介质体设计和形成第一光学面、第二光学面和第三光学面，以满足实际应用需求。可选的，可使用多个分别独立的光学介质体设计和形成第一光学面、第二光学面和第三光学面，比如参考图6所示采用两个分别具有一定折射率的光学介质体108和光学介质体109，其中通过光学介质体108可以改变光照射到波长转换材料100的入射角度，通过光学介质体109可以调整被激发光2的出射方向，增加光路设计的灵活性。可选的，可通过镀制光学膜的方式形成反射面，形成第二光学面。
46.在具体实施时，可通过使用棱镜形成第一光学面105、第二光学面106和第三光学面107。示例性的，请参考图6所示，采用棱镜108和棱镜109，可以通过棱镜108的一表面与空气的界面形成第一光学面105，另外可以在棱镜108的一表面镀制光学膜来制作形成第二光学面106。可以通过棱镜109的一表面与空气的界面形成第三光学面107。图6所示的第一光学元件的光学结构只是本发明光学系统的一种具体实例，在实际应用中可以根据激发光、被激发光的波段范围来选择第一光学元件采用的各个光学介质体的折射率以及根据光路布置设计光学介质体的结构，与图6所示采用相同原理的其它光学结构，也都在本发明保护范围内。
47.因此，本实施例光学系统利用全反射将波长转换材料产生的被激发光与激发光分离，全反射对光能量损失小，从而能够提高光学系统的光利用率，能够提高输出光亮度。将本光学系统应用于显示设备，能够提高显示设备的光利用率，提高亮度。
48.进一步优选的，在以上各实施例中，所述光学系统中可由从不同方向入射的多路激发光一同照射到波长转换材料，使波长转换材料产生被激发光。示例性的请参考图7，图7为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，其中第一激发光1从第一光学元件101所处一侧照射到波长转换材料100，第二激发光4从波长转换材料100远离第一光学元件101的一侧照射到波长转换材料100，使得波长转换材料100在第一激发光1和第二激发光4的照射下产生被激发光。在实际应用中，第一激发光1和第二激发光4可以是波段范围完全相同的两路光，或者第一激发光1和第二激发光4的波段范围可以不同。优选的，第一激发光1或者第二激发光4可以采用窄波带光束。
49.因此，本实施例光学系统可由从不同方向入射的多路激发光一同照射到波长转换材料，对波长转换材料进行激发使其产生被激发光，能够进一步提高波长转换材料的光转换效率，使波长转换材料产生更多光，提高输出光亮度。
50.进一步优选的，在以上各实施例中，所述光学系统的波长转换材料100具体可在激发光的照射下至少产生分别向着波长转换材料100两侧传播的被激发光，具体所述光学系统还包括第三光学元件，第一光学元件和第三光学元件分别设置在波长转换材料的两侧，第三光学元件用于透射激发光，以及反射所述波长转换材料产生的向着本侧出射的被激发光。这样，向着第一光学元件侧传播的光包含波长转换材料产生的原本就向着本侧传播的被激发光，以及波长转换材料产生的、被第二光学元件反射回后透射过波长转换材料的光，因此，本光学系统将波长转换材料发射出的分别向着两侧传播的被激发光都利用，将这两部分光都引导发射出成为输出光，提高了光利用率，能够提高输出光亮度。
51.示例性的，请参考图8，图8为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，由图可看出，所述光学系统包括波长转换材料100、第一光学元件101和第三光学元件110，波长转换材料100能够在激发光1的照射下至少产生分别向着波长转换材料100两侧传播的被激发光
2和3，被激发光2向着第一光学元件101所处一侧传播，被激发光3向着第三光学元件110所处一侧传播。第三光学元件110将向着本侧传播的被激发光3反射回波长转换材料100，使这部分光透射过波长转换材料100后向着另一侧即第一光学元件101所处一侧传播。第一光学元件101将向着本侧传播的被激发光2和3，与激发光1分离而发射出。在图8所示光学系统中，激发光1经过第一光学元件101的光学面102透射而入射到波长转换材料100，被激发光2和3经过第一光学元件101的光学面102发生全反射而发射出，使得将被激发光2、3与激发光1分离。
52.本实施例中将波长转换材料100以层状分布，通过控制波长转换材料100的厚度，可以使得被激发光3容易透射过波长转换材料100。进一步优选的，可以在波长转换材料100靠近第三光学元件110一侧设置用于增透被激发光3的光学膜，以减少光能量损失。
53.进一步优选的，所述光学系统中可由从不同方向入射的多路激发光一同照射到波长转换材料，使波长转换材料产生被激发光。请参考图9，图9为又一实施例提供的一种光学系统的示意图，其中在上述实施例的基础上，第一激发光1从第一光学元件100所处一侧照射到波长转换材料100，第二激发光4从波长转换材料100远离第一光学元件101的一侧照射到波长转换材料100。在第一激发光1和第二激发光4的照射下波长转换材料100产生了被激发光2和3，第三光学元件110将向着本侧传播的被激发光3反射回波长转换材料100，使这部分光透射过波长转换材料100后向着另一侧即第一光学元件101所处一侧传播。第一光学元件101将向着本侧传播的被激发光2和3，与激发光1分离而发射出。
54.在图9所示光学系统中，激发光1经过第一光学元件101的光学面102透射而入射到波长转换材料100，被激发光2和3经过第一光学元件101的光学面102发生全反射而发射出，使得将被激发光2、3与激发光1分离。在本光学系统其它实施例中，可以应用上面各实施例提供的通过第一光学元件101将被激发光与激发光分离的各种方式，实现将被激发光2、3与激发光1分离。
55.另外在图9所示光学系统中，第二激发光4从第三光学元件110一侧入射，透射过第三光学元件110而照射到波长转换材料100，在其它实施例中，第二激发光4不限于通过透射过第三光学元件110的方式入射到波长转换材料100，也可以是通过其它方式或者光路从第三光学元件110所在这一侧照射到波长转换材料100，也都在本发明保护范围内。
56.进一步在一种优选实施方式中，第二激发光4可由固态光源产生，所述波长转换材料100与所述固态光源贴合，由所述固态光源的反射层形成所述第三光学元件，将固态光源与波长转换材料100贴合，通过其产生的第二激发光4直接照射到波长转换材料100，能够减少光损失，提高光利用率，有助于提高输出光亮度，并且有助于减小系统体积。
57.相应的，本发明实施例还提供一种显示设备，包括以上所述的光学系统。
58.本实施例的显示设备采用以上所述的光学系统，光学系统中波长转换材料能够在激发光的照射下产生被激发光，第一光学元件引导激发光入射到波长转换材料，并引导被激发光与激发光分离而发射出，成为出射光，其中通过第一光学元件的引导作用，激发光入射到波长转换材料的传播路径和向着激发光入射一侧传播的被激发光的传播路径的至少一个包含全反射传播过程，光学系统利用全反射将波长转换材料产生的被激发光与激发光分离，全反射对光能量损失小，从而能够提高光利用率，能够提高输出光亮度，提高显示设备的亮度。
59.本实施例显示设备中，采用三基色光实现显示，可使用光学系统用于发射出三基色光中任一种基色光。
60.以上对本发明所提供的一种光学系统及显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。