[发明专利]发光装置和投影装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及发光装置和投影装置。

背景技术

目前，投影显示越来越引起人们的重视。目前，主流的投影显示技术是使用数字微镜器件(Digital Micromirror Device，DMD)作为光阀来调制一个时序的单色光序列，通过与该单色光序列的时序进行同步在屏幕上得到时序的单色光图像，并最终依靠人眼的视觉残留效应将各单色光图像叠加在一起形成彩色图像。

在该投影显示技术中，时序的单色光序列的形成是一个关键技术。一个方法是使用白光光源聚焦照射在一个滤光盘上，该滤光盘沿着圆周方向分布有多个颜色的滤光片，这些滤光片随着该滤光盘的周期性匀速转动依次通过该白光光源的聚焦光斑，进而形成各颜色的周期性序列。

美国专利7547114公开了另一种可行的方法，即使用一个激发光源照射到一个由在圆周方向分布有多个荧光粉段的荧光粉色轮，随着该色轮的转动这些荧光粉依次被激发进而实现各颜色的周期性序列。目前这种方案已经成为研究的热热点。

然而，该方案存在的问题是，红色荧光粉的效率太低，且使用寿命太短，进而使得红光成为整个光源系统的效率和寿命的瓶颈。

为了解决产生红光的问题，有人提出使用高效率且稳定的黄色或绿色荧光粉，通过滤光片把其发射光谱中的绿光成分过滤掉来产生红光。目前最常用的黄色和绿色荧光粉的发射光谱如图1所示中的101所示。一般定义其中590nm以上的光谱部分为红光，在图1中表示为光谱区域102。当然由于光的颜色随波长是连续变化的，此处的590nm的界线仅是为了方便说明的举例。

在实际应用中，该滤光片安装于一个滤光轮上，该滤光轮与荧光粉色轮同步转动，使得滤光轮上每一个滤光片都与荧光粉色轮上某一种颜色的荧光粉段相对应。

由于黄色和绿色荧光粉被证明具有非常良好的稳定性，这种方法可以很好的解决红光的寿命瓶颈的问题，然而，滤光片的引入产生了新的问题。

一个典型的滤光片的透过率曲线如图2所示，其中201是当入射光线的入射角是0度时的透过率曲线，202、203、204、205则分别是入射光线的入射角是20度、40度、60度、80度时的透过率曲线；由此可见，滤光片的透过率曲线随着入射角度的增大而向短波长方向漂移，即该滤光片对不同入射角的光线存在不同的响应。

考虑到荧光粉色轮发出的黄色光或绿色光在入射到该滤光片上时，必然存在一个角度范围，即形成一个光锥，因此该滤光片对于入射的黄色光或绿色光的响应应该是对各个不同角度的光线的响应的综合效应。经过实验，可以得到该滤光片对不同角度范围的入射光线的综合的透过率曲线，如图3a所示，其中302是对于入射半角是20度的光锥该滤光片的综合透过率曲线，303、304、305分别是对于入射半角是40度、60度、80度的光锥该滤光片的综合透过率曲线。可以理解，相同光谱的入射光在形成不同入射角的光锥入射该滤光片时，得到的过滤后的出射光的颜色和光通量都是不同的。

为了得到特定的红光色坐标，可以通过设计滤光片使综合透过率曲线平移，例如当希望过滤后的出射光的颜色更偏红色，则可以使综合透过率曲线向长波长平移。

通过实验，发明人发现了这样的规律：在将如图1中101所示的黄光光谱过滤到相同的红光色坐标的前提下，入射光光锥的角度范围越大，则过滤后的红光光通量越低，如图3b所示。图中，横坐标是入射光光锥的半角角度，纵坐标是过滤后的红光相对的光通量；在这个实验中，每一个光锥过滤后的红光的色坐标都是(0.64，0.33)。

由此可见，为了实现最大的红光光通量输出，入射于滤光片的光锥的角度越小越好。然而，根据光学扩展量守恒定律，光锥的角度变小则意味着光斑的尺寸增大，而光斑尺寸增大进一步的会引起上述滤光片所在的滤光轮上的轮辐光(spoke light)的增加。当相邻两个滤光片的接缝转动到上述光锥所形成的光斑上时，这两个滤光片会同时对该光斑发生作用进而形成串扰，此时的过滤后的光线称为轮辐光。轮辐光的存在会降低图像显示的对比度和效果。可以想象，光锥半角角度越小，则光斑的尺寸越大，进而轮辐光越大，图像显示质量越低。

综上所述，目前红光光通量与图像的显示质量形成一对矛盾。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是解决上述的红光光通量与图像的显示质量之间的矛盾。