[发明专利]光源系统及投影设备

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体地说，涉及光源系统及投影设备。

背景技术

目前，固态光源由于其寿命长、环保等特点，已经在通用照明、特种照明和投影显示中得到了广泛的应用。其中，白光固态光源在照明领域更是有着巨大的发展潜力。

现有技术提供了一种利用激光激发荧光粉来实现超高亮度的白光光源，该白光光源采用440nm-455nm波长的蓝紫色激光激发YAG：Ce材料的黄色荧光粉，生成高效率的黄色荧光，再采用波长在440nm-470nm的蓝色激光形成与黄色荧光互补的蓝光激光，黄色荧光和蓝色激光合光后形成白色光源。

这种白色光源可以用于需要高亮度光源的投影显示领域。例如单片、双片、三片式的DLP、LCD或者LCOS投影仪等。这种白光光源发出的白光在光谱上被分为红光，绿光和蓝光三种基色光，分别入射到一个或者多个光调制器件，比如DMD、LCD芯片或者LCOS芯片上。被光调制器件调制后的红绿蓝三种基色光在光谱上再被合并起来通过一个投影镜头输出到屏幕上形成彩色图像。

由于蓝紫色激光的效率比较高，热稳定性和长期可靠性好。YAG：Ce材料的荧光粉的发光量子效率高，热稳定性好，所以蓝紫色激光和YAG：Ce荧光粉的结合形成了一个高效率，高可靠性，和高亮度的白光光源。也就是说，对于双片和三片式投影仪来说，一般采用蓝紫色激光和黄色荧光粉结合实现白光光源。

然而，在采用蓝紫色激光激发YAG：Ce材料的荧光粉形成白光的白光光源中，由于YAG：Ce材料的荧光粉受激发射的黄光光谱强度在红色段是减弱的，所以使得该种白光光源存在白平衡问题，即白光平衡点偏离普朗克黑体曲线，呈现一种偏绿的白色。

为了避免双片和三片式投影仪的白平衡问题，现有技术提供了一种过滤合成的白光中过剩的绿光成分，使得白平衡点恢复到普朗克黑体曲线上，以解决白平衡问题。但这种方法由于过滤了绿光成分，从而降低了该白光光源的出光效率。

现有技术提供了另一种在黄色荧光或者红色荧光中增加红色激光的方法来解决白光光源的白平衡问题，如在黄色荧光中补充光谱范围在638nm或者650nm附近的激光，以增加合光中的红色成分，从而解决白色平衡问题。

如图1所示，为现有技术提供的在黄色荧光中增加红色激光的光源系统的结构。该光源系统包括蓝色激发光源11，红色补充光源12，具有中心区域和边缘区域的分光滤光片13，色轮14，聚光透镜15以及匀光装置16。其中分光滤光片13的中心区域透射蓝光和红光，反射绿光，边缘区域反射红光、绿光和蓝光。这样，蓝色激光光源11发出的蓝色激发光以及红色补充光源12发出的红光经分光滤光片13的中心区域透射至色轮14，色轮14上的黄色荧光粉吸收蓝色激发光同时对红光进行散射，出射黄色荧光和散射后的红光，黄色荧光和散射后的红光经聚光透镜15入射至分光滤光片13，入射至分光滤光片13的中心区域的黄色荧光中的绿光被反射至匀光装置16，入射至分光滤光片13的边缘区域的黄色荧光和红光也被反射至匀光装置16，而入射至分光滤光片13的中心区域的黄色荧光中的红光以及散射后的红光被透射而损失。

在上述现有的白光光源中，由于红色补充光源发出的红光被荧光材料散射造成损失，大致损失5％-10％。形成朗伯光分布后被聚光透镜收集造成损失，大致损失10％，再被分光滤光片的中心区域透射而损失一部分光，大致损失10％左右，从而导致红色补充光源发出的红光的损失较大，红光的光利用率较低，大概在60-70％左右，而红色补充光源由于成本较高，同时对于散热又有较高要求，需要苛刻的散热条件，因此红光利用率低会导致成本的大幅增加，这是不利的，同理，为了得到较好的绿光，也会采用在光源中添加绿色激光的方式，类似于以上增加红色激光的增加方式，同样存在利用率低的问题。

对于单片式投影仪来说，一般采用蓝紫色激光激发时序的蓝、绿、红色段产生时序的红、绿、蓝光构成白光，蓝光即由蓝紫色激光本身提供，绿光为蓝紫色激光激发绿色荧光粉产生，红色段为蓝紫色激光激发红色荧光粉产 生，而红色荧光粉在较高能量密度情况下，具有严重的效率衰减问题，导致红光占比过低，影响白平衡和图像质量

为了避免单片式投影仪的白平衡问题，现有技术中一般采用增大红光色段的方式来保持白平衡，然而这会降低白光亮度和总体光效。

因此，针对现有技术的不足，亟需提出能够提高红色、绿色等补充光源的利用率的技术方案。

发明内容