CN110928122A - 光源***及显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源***及显示设备，所述光源***包括：光源，用于发出第一光；色轮，其入光侧表面包括：用于将所述第一光转换为第二光的转换区；及用于对所述转换区出射的第一光进行滤光的滤光区；引导装置，设置于所述光源及所述色轮之间，用于引导所述第一光照射至所述转换区形成所述第一光斑，以及用于引导所述转换区出射的第二光照射至所述滤光区形成所述第二光斑，所述第一光斑与所述第二光斑之间的连线偏离所述色轮的几何中心，所述连线穿过所述第一光斑的几何中心及所述第二光斑的几何中心。所述第一光斑与所述第二光斑在所述色轮上偏心设置，从而有利于在增大所述色轮的基础上减小所述光源***的体积，或使所述光源***的结构保持不变。

Description

光源***及显示设备

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种光源***及显示设备。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

激光荧光投影***中使用激光荧光混合光作为光源不仅降低了投影设备的成本，而且相对于纯激光光源减弱了散斑现象。但是在激光荧光光源中荧光粉散热不足导致的温度问题一直限制着光源光效的进一步提升。为提升荧光粉散热效果，针对投影***提出了使用散热效果更好的无机荧光粉材料和旋转色轮的方案。在这种条件下，激光转化为荧光效率约为30％～40％。由此可见，激光转换为荧光的效率还处于较低的水平，提升荧光粉色轮散热效果仍需更多研究。

目前，关于无机荧光粉材料的研究还存在一些问题，处于瓶颈阶段，而通过旋转色轮进行散热的方法作为一项成熟的技术已经广泛用于投影设备产品中。在旋转色轮的基础上改进色轮的散热结构是目前增强色轮散热效果较为常用的方法，且能取得较好的散热效果。色轮散热结构的改进往往导致色轮整体体积增大。

请参阅图1，色轮150体积增大后得到色轮250，图1为色轮150与色轮250中荧光光斑t'对应的圆心角对比示意图。在荧光光斑t'面积不变而色轮体积增大的情况下，荧光光斑在色轮上对应的轮辐角θ2<θ1。

在时序合光的单片式空间光调制器的投影设备中，色轮上存在多段不同颜色荧光粉段，不同荧光粉段交界位置必须在对应轮辐(spoke)角范围内关闭光源，以避免产生混合光影响投影画面显示结果。色轮变大后由于相同大小光斑对应的圆心角度变小，相应的轮辐角度也会变小，因此光源光效可进一步提升。然而，色轮体积变大会导致投影设备整体体积增大，按照投影设备中色轮的安装位置往往导致投影设备厚度增加。对于微投和激光电视这些商务和家用投影设备来说，投影设备的体积往往存在较为严格的限制，体积变大后的投影设备会不符合产品要求。因此，对于体积要求较为严格的投影产品难以通过改进色轮散热结构而提升光效。

发明内容

为解决现有技术由于增大色轮体积导致光源***体积增大的技术问题，本发明提供一种在增大色轮体积的情况下有效减小光源***整体体积的光源***，本发明还提供一种包括所述光源***的显示设备。

一种光源***，包括：

光源，用于发出第一光；

色轮，其入光侧表面包括：

用于将所述第一光转换为第二光的转换区；及

用于对所述转换区出射的第一光进行滤光的滤光区；

引导装置，设置于所述光源及所述色轮之间，用于引导所述第一光照射至所述转换区形成第一光斑，以及用于引导所述转换区出射的第二光照射至所述滤光区形成第二光斑，所述第一光斑与所述第二光斑之间的连线偏离所述色轮的几何中心。

进一步地，所述连线穿过所述第一光斑的几何中心及所述第二光斑的几何中心。

进一步地，所述色轮表面包括第一区域及所述第一区域外的第二区域，所述第一光斑与所述第二光斑位于所述第一区域中，所述引导装置对应所述第一区域设置，所述光源***还包括在所述色轮的入光侧对应所述第二区域设置的散热装置。

进一步地，所述第一光与所述第二光经所述引导装置引导产生的光的传输路径对应所述第一区域设置。

进一步地，所述光源***还包括用于对所述滤光区出射的第二光进行匀光的匀光装置。

进一步地，所述色轮呈圆形，所述滤光区呈圆环状设置于所述色轮表面，所述滤光区包括沿所述色轮的周向依次排布第一区段、第二区段及第三区段，其中每个区段用于对所述第二光中的不同颜色光进行滤光。

进一步地，所述第二光斑呈矩形，所述矩形相互垂直的两条边分别为第一侧边和第二侧边，所述滤光区的各个区段之间设置有分界线，所述色轮在驱动装置的带动下周期性旋转，任一分界线位于所述第二光斑的几何中心时，所述分界线与所述第一侧边垂直，并与所述第二侧边平行。

进一步地，任一分界线从进入到离开所述第二光斑对应所述色轮旋转过的角度为轮辐角，所述色轮几何中心到所述连线的垂直距离为偏心距离，所述偏心距离是可调节的，在所述滤光区及所述第二光斑的尺寸确定时，通过调节所述偏心距离以减小所述轮辐角。

进一步地，所述转换区包括分别用于出射不同颜色光的多个区段，所述转换区中每个区段出射的第二光入射至所述滤光区对应的区段中。

进一步地，所述色轮转过所述轮辐角对应的时段为轮辐期，所述光源在所述轮辐期不发光。

一种显示设备，包括如上任意一项所述的光源***。

本发明提供的光源***中的色轮上，所述第一光斑与所述第二光斑偏心设置，所述光源***内部元件排布紧凑，从而有利于在增大所述色轮的基础上减小所述光源***的体积，或使所述光源***的结构保持不变。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，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。

图1为色轮增大体积前后，荧光光斑对应的圆心角对比示意图。

图2为本发明第一实施方式中光源***的结构示意图。

图3为现有技术光源***中的色轮的表面结构示意图。

图4为本发明第二实施方式中提供的光源***的结构示意图。

图5为图4所示的色轮结构示意图。

图6为图4所示的光源***中色轮在另一实施方式中的结构示意图。

图7为图6所示的色轮的轮辐角示意图。

图8为图5与图7中的轮辐角的比较示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图2，为本发明第一实施方式中光源***100的结构示意图。光源***100包括光源110、引导装置130、色轮150及匀光器件170。其中光源110用于发出第一光，色轮150用于对第一光进行波长转换得到第二光，并对第二光进行滤光后出射，引导装置130用于将第一光引导至色轮150表面，以及用于将色轮150产生的第二光再次引导至色轮150表面进行滤光，匀光器件170用于对色轮150出射的第二光进行均匀化处理后得到自光源***100出射的光源光。

具体地，光源110为蓝色光源，用于发出蓝色第一光。可以理解的是，光源110还可以是紫色光源或紫外光源，用于发出紫色光或紫外光作为第一光以激发色轮150出射波长较长的包括三基色光的第一光。光源110中的发光体可以是激光器，也可以是发光二极管，具体其发光体的数量可以根据需要灵活选择。

在光源110中，可以设置用于对出射的第一光进行匀光的匀光器件，比如光学积分棒或复眼透镜。不过光源110中的匀光器件是可以省略的，特别是在小型化的光源***中。

请参阅图3，为现有技术光源***中的色轮150的表面结构示意图。本发明中色轮的结构与图3所示的色轮150结构相似。图2所示的色轮150包括基板151，色轮150的几何中心即是基板151的几何中心，由于基板151呈圆形，故上述几何中心为基板151的圆心o。色轮150包括设置于基板151表面的转换区153与滤光区155。其中，转换区153与滤光区155呈内径及外径均不等的圆环状，滤光区155设置于基板151的边缘，转换区153沿滤光区155的内圈设置，或转换区153与滤光区155的位置互换都是可行的。转换区153与滤光区155可以间隔设置也可以相邻设置。

进一步地，转换区153包括多个用于出射不同颜色光的区段，如图3所示，转换区153沿色轮150周向依次排布有第一区段B1、第二区段R1与第三区段G1，也即是沿基板151表面周向依次排布的第一区段B1、第二区段R1与第三区段G1。色轮150在驱动装置的驱动下周期性旋转，第一区段B1、第二区段R1及第三区段G1周期性位于第一光的光路上。进一步地，用于出射蓝色第一光的第一区段B1设置有用于对第一光进行散射的由散射粉形成的散射层，以改变第一光的角度分布，其余区段中设置有对应颜色的荧光粉，比如第二区段R1中设置有红色荧光粉，第三区段G1设置有绿色荧光粉，以分别对蓝色第一光进行波长转换并产生红色荧光与绿色荧光。第一光周期性照射至转换区153的各个区段，第一光在转换区153内形成第一光斑s，转换区153出射的第一光包括红色荧光、绿色荧光及散射后的蓝色第一光，第一光中的三基色光时序合光后得到白光。

在一种实施方式中，转换区153包括用于出射黄色荧光与散射蓝色第一光的两个区段，黄色荧光与散射后的蓝色第一光合光后得到白光。在变更实施方式中，转换区153包括用于出射红色荧光、绿色荧光、黄色荧光、散射后的蓝色荧光的四个区段，或者转换区153出射橙色荧光替换红色荧光，转换区153还可以有其他的实现方式，不限于上述列举的几种。

滤光区155包括与三基色一一对应的三个区段，在本实施方式中，滤光区155包括分别设置有蓝色滤光片、红色滤光片及绿色滤光片的第一区段B2、第二区段R2及第三区段G2。在驱动装置的带动下，滤光区155与转换区153同步转动，转换区153时序出射的第二光经过引导装置130(图2)的引导后穿过滤光区155中对应颜色区段后自色轮150出射，从而截留第二光中部分光线以提高出射第二光的纯度。第二光在滤光区155形成第二光斑t。

在激光荧光光源***中，第一光为高斯分布的激光，第二光包括朗伯分布的荧光，色轮150表面的第二光的光束直径大于第一光，从而第一光斑s的面积小于第二光斑t。现有技术中，引导装置130(图2)对应色轮150表面的转换区153及滤光区155设置，第一光斑s的几何中心连接第二光斑t的几何中心得到连线x，连线x经过色轮150的几何中心(圆心o)。然而，为改善色轮150的散热效果而增大色轮150体积时，特别是增大色轮150的直径时，相应地，引导装置130仍然对应转换区153及滤光区155设置，导致色轮150增大后色轮150的入光侧同样无法设置其他的光学器件，进而导致光源***100的体积增大，对于体积要求较为严格的投影产品难以通过改进色轮150散热结构而提升光效。本发明通过改进其他光学装置相对于现有技术中的色轮150的相对位置，特别是色轮150上第一光斑s与第二光斑的位置，有利于在增大色轮150的基础上减小光源***100的体积，或使光源***100的结构保持不变。在此基础上，对现有技术中的色轮150的结构进行改进，以减小色轮150的轮辐区的在色轮150表面的比例，以减小轮辐区对光源***100光效的影响。

请再次参阅图2，匀光器件170与引导装置130分别设置于色轮150的相对两侧。色轮150中滤光区155出射的第二光经过匀光器件170的均匀化后出射颜色及亮度均匀的光源光。匀光器件170可以是光学积分棒或复眼透镜。

进一步地，引导装置130包括收集透镜131、分光合光元件132、会聚透镜133、引导元件134及中继透镜135。转换区153出射的第二光依次经过收集透镜131、分光合光元件132、会聚透镜133、引导元件134及中继透镜135后入射至滤光区155。

收集透镜131由多个光轴重叠的透镜组成，其中的多个透镜的焦距不同，与色轮150之间距离越近的透镜，其焦距越小。收集透镜用于收集转换区153出射的朗伯分布的第二光并将其准直，出射大致平行的第二光。

分光合光元件132用于引导光源110出射的第一光穿过收集透镜131入射至转换区153，以及用于引导转换区153出射的第二光照射至会聚透镜133。具体地，分光合光元件132包括用于透射第一光的镀膜区域以及用于反射第二光的边缘区域。

会聚透镜133用于将分光合光元件132出射的第二光会聚至引导元件134，在本实施方式中，引导元件134为反射元件，引导元件134出射的第二光经中继透镜135中继至滤光区155后进入匀光器件170。

请参阅图4-图5，图4为本发明第二实施方式中提供的光源***200的结构示意图，图5为图4所示的色轮250结构示意图。光源***200应用于显示设备中，特别是对于体积要求较为严格的投影产品中，比如微型投影仪与激光电视。

如图4所示，光源***200包括光源210、色轮250、匀光器件270及设置于光源210及色轮250之间的引导装置230。其中，光源210用于发出第一光，色轮250用于对第一光进行波长转换并得到第二光，第二光经过色轮250的滤光后自色轮250出射，引导装置230用于将光源210出射的第一光引导至色轮250，以及用于将色轮250出射的第二光引导至色轮250进行滤光。匀光器件270用于对色轮250出射的滤光后的第二光进行均匀化处理。

如图5所示，色轮250为反射式色轮，其包括：基板251、及设置于基板251入光侧表面的转换区253及滤光区255。其中，转换区253用于将第一光转换为第二光，滤光区255用于对转换区253出射的第二光进行滤光。第一光在转换区253形成第一光斑s，第二光在滤光区255形成第二光斑t，第一光斑s与所述第二光斑t之间的连线x偏离色轮250的几何中心。由于色轮250呈圆形，故色轮250的几何中心为其圆心o。换句话说，第一光斑s与第二光斑t位于基板251上的偏心位置。需要说明的是，由于第一光与第二光均具有一定发散角，故第一光斑s与第二光斑t均占据一定面积，因此本发明中的连线x是指第一光斑s的几何中心与第二光斑t的几何中心之间的连线。

相应地，基板251的入光侧表面包括第一区域e及第一区域e之外的第二区域f，第一光斑s与第二光斑t位于第一区域e中。

如图4所示，引导装置230对应第一区域e设置，并且，引导装置230用于引导第一光与第二光的传输路径对应第一区域e设置。也就是说，第一光与第二光的传输光路对应第一区域e设置。进一步地，引导装置230及其用于引导第一光与第二光的传输路径投影至第一区域e中，即引导装置230对应色轮250表面偏心设置，以在第一区域e中形成第一光斑s及第二光斑t，进而光源***200可以在色轮250入光侧对应第二区域f设置其他光学部件，比如风扇等散热装置，使得光源***200内部器件布局更紧凑，以在增大色轮250体积的情况下有效减小光源***200整体体积，或使光源***200的结构保持不变。

具体地，如图5所示，基板251的入光侧表面呈圆形，包括分别呈弓形的第一区域e及第一区域e之外的第二区域f。在本实施方式中，色轮250的几何中心(即圆心o)位于第二区域f中，即第二区域f呈优弓形，第一区域e呈劣弓形。

色轮250中的转换区253与滤光区255的各区段设置与色轮150相同。具体地，转换区253与滤光区255的各个区段之间的分界线沿色轮250的径向分布。色轮250在驱动装置的带动下周期性旋转，任一分界线从进入到离开第二光斑t对应色轮250旋转过的角度为轮辐角β，色轮250转过轮辐角β对应的时段为轮辐期，光源110在轮辐期不发光，以避免色轮250在轮辐期出射两种基色光的混合光导致显示设备出射图像画面质量不佳的问题。

需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于光源***100中的各具体方案也可以相应的适用于光源***200中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

当光源***200应用于显示设备中时，显示设备出射的图像画面呈矩形，显示设备包括用于对光源***200出射的光线进行调制的光调制装置，相应地，为提高光源***200的光效，光调制装置的用于调制光线的调制区域、匀光器件270的入口及出口、第一光斑s及第二光斑t均呈矩形，以与匀光器件270入口形状相匹配。

请参阅图6-图7所示，图6为图4所示的光源***200中色轮250在另一实施方式中的结构示意图，图7为图6所示的色轮350的轮辐角α示意图。

色轮350上第二光斑t呈矩形，该矩形由两个第一侧边t1及两个第二侧边t2围成，其中，两个第一侧边t1平行间隔设置，两个第二侧边t2平行间隔设置，第一侧边t1与第二侧边t2相互垂直连接，第一侧边t1与第二侧边t2共同围成第二光斑t的边界，第一侧边t1的长度小于第二侧边t2的长度。

色轮350中滤光区355包括第一区段B2、第二区段R2及第三区段G2，上述三个区段之间设置有分界线，色轮350在驱动装置的带动下周期性旋转，任一分界线从进入到离开第二光斑t对应色轮350的轮辐角α。任一分界线在驱动装置的带动下位于第二光斑t的几何中心时，该分界线与第二光斑t的第一侧边t1垂直相交，并与第二侧边t2平行，从而有利于减小轮辐角α并提升光效。

由于转换区353中各个区段出射的光线入射至滤光区355中的对应区段，因此，转换区353中以相同的方式设置各个区段的分界线。具体地，转换区353任一分界线在驱动装置的带动下位于第一光斑s的几何中心时，该分界线与第一光斑s的一对侧边相交，并与第一光斑s的另一对侧边平行。

请参阅图8，为图5与图7中的轮辐角的比较示意图。色轮350上第二光斑t的偏心距离L是可调节的，偏心距离L是指色轮350的几何中心(圆心o)到连线x的垂直距离。色轮350的轮辐角α大小可以根据滤光区355的内径尺寸r1与外径尺寸r2、第二光斑t的第一侧边t1尺寸a、第二侧边t2的尺寸b以及第二光斑t的偏心距离L计算得到，具体地，轮辐角α、β的计算公式如下：

其中，

由于第二光斑t相对于滤光区355的内径和外径足够小，且第二光斑t与滤光区355的圆环宽度r2-r1相差较小，此处计算过程中近似认为色轮350圆心o到第二光斑t中心的距离与到第二光斑t对角顶点距离相等。

在色轮350及匀光器件的形状及尺寸已经选定的情况下，第二光斑t的与匀光器件入口大小相等，滤光区355及第二光斑t的大小是确定的，可以通过调节偏心距离L以减小轮辐角α，使得轮辐角α小于轮辐角β，从而有利于提高光效。具体地，实际的色轮350半径约为30～40mm，第二光斑的第二侧边t2和第一侧边t1分别约为4mm和2mm，取r1＝30mm，r2＝35mm，a＝2mm，b＝4mm。根据以上公式可知，当a＜b时，相较于b＜a的情况，轮辐角α更小。

由于r1＝30mm，因此L<30mm，根据以上公式计算可得：轮辐角β约为8°。因此进一步可以计算得到，当L小于约26mm时，轮辐角α<轮辐角β，进而保证在改变分界线的设置方向的基础上，减小轮辐角α以提高光效。

需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，适用于色轮150中的各具体方案也可以相应的适用于色轮250及色轮350中，为节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

本发明实施方式中，第一光斑s与第二光斑t在色轮上偏心设置，进而光源***可以对应色轮表面上第二区域f设置比如散热装置等其他光学器件，使得光源***内部元件排布紧凑，从而有利于在增大色轮的基础上减小光源***的体积，或使光源***的结构保持不变。进一步地，通过设置滤光区355中各个区段分界线的延伸方向以提高光源***的光效。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或***通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光源***，其特征在于，包括：

光源，用于发出第一光；

色轮，其入光侧表面包括：

用于将所述第一光转换为第二光的转换区；及

用于对所述转换区出射的第二光进行滤光的滤光区；

引导装置，设置于所述光源及所述色轮之间，用于引导所述第一光照射至所述转换区形成第一光斑，以及用于引导所述转换区出射的第二光照射至所述滤光区形成第二光斑，所述第一光斑与所述第二光斑之间的连线偏离所述色轮的几何中心，所述连线穿过所述第一光斑的几何中心及所述第二光斑的几何中心。

2.如权利要求1所述的光源***，其特征在于，所述色轮表面包括第一区域及所述第一区域外的第二区域，所述第一光斑与所述第二光斑位于所述第一区域中，所述引导装置对应所述第一区域设置，所述光源***还包括在所述色轮的入光侧对应所述第二区域设置的散热装置。

3.如权利要求2所述的光源***，其特征在于，所述第一光与所述第二光经所述引导装置引导产生的光的传输路径对应所述第一区域设置。

4.如权利要求2所述的光源***，其特征在于，所述光源***还包括用于对所述滤光区出射的第二光进行匀光的匀光装置。

5.如权利要求1-4任意一项所述的光源***，其特征在于，所述色轮呈圆形，所述滤光区呈圆环状设置于所述色轮表面，所述滤光区包括沿所述色轮的周向依次排布第一区段、第二区段及第三区段，其中每个区段用于对所述第二光中的不同颜色光进行滤光。

6.如权利要求5所述的光源***，其特征在于，所述第二光斑呈矩形，所述矩形相互垂直的两条边分别为第一侧边和第二侧边，所述滤光区的各个区段之间设置有分界线，所述色轮在驱动装置的带动下周期性旋转，任一分界线位于所述第二光斑的几何中心时，所述分界线与所述第一侧边垂直，并与所述第二侧边平行。

7.如权利要求6所述的光源***，其特征在于，任一分界线从进入到离开所述第二光斑对应所述色轮旋转过的角度为轮辐角，所述色轮几何中心到所述连线的垂直距离为偏心距离，所述偏心距离是可调节的，在所述滤光区及所述第二光斑的尺寸确定时，通过调节所述偏心距离以减小所述轮辐角。

8.如权利要求5任意一项所述的光源***，其特征在于，所述转换区包括分别用于出射不同颜色光的多个区段，所述转换区中每个区段出射的第二光入射至所述滤光区对应的区段中。

9.如权利要求7所述的光源***，其特征在于，所述色轮转过所述轮辐角对应的时段为轮辐期，所述光源在所述轮辐期不发光。

10.一种显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的光源***。

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