CN102520571A - 发光装置及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光装置及投影系统，该发光装置包括至少两个颜色光光通道，每个颜色光光通道包括产生一种颜色的至少一个光源；所述至少两个颜色光光通道中的至少一个光通道，包括至少一个产生第一光线的第一种光源，第一种光源为窄谱光源，以及至少一个产生第二光线的第二种光源，第一光线与第二光线的主波长的差值小于50纳米nm，第一光线与第二光线的归一化光谱叠加得到的光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm；一波长合光器件，用于将来自所述至少两个颜色光光通道的各束光线合成为一束合光。本发明能够兼顾白光的显色性和发光装置的发光亮度。

Description

发光装置及投影系统

技术领域

本发明涉及照明领域，特别是涉及一种发光装置及投影系统。

背景技术

窄谱光源，比如激光二极管(LD，Laser Diode)和发光二极管(LED，Light Emitting Diode)发出的光覆盖较窄的光谱范围。这样的窄谱光一般来说具有较高的色纯度，使其看起来比自然界中的颜色更鲜艳。宽谱光源，比如使用激发光源激发荧光粉得到受激发光的光源，其发光覆盖较宽的光谱范围。这样的宽谱光具有较小的色纯度，看起来比较柔和，相对于窄谱光来说更接近自然界中的颜色光。而且，宽谱的白光具有更高的显色指数。显色指数是指白光照射到物体表面后显示物体本来颜色的能力。白光的光谱与太阳光的光谱越接近，其显色指数就越高；而太阳光的光谱是一条连续平滑的光谱，光谱范围覆盖整个可见光范围。

在一些实际应用中，比如舞台灯光和装饰灯光，窄谱光和宽谱光都是需要的。例如在需要高颜色对比度的照明以产生夸张和炫目的效果时，会应用窄谱光；而在使用白光照明时，则希望发射光光谱具有尽量高的显色性能，进而使被照射物体看起来逼真生动。然而，目前的灯光设备中都是使用颜色滤光片对一个光源发出的白光进行过滤来实现彩色光的。这种做法的问题主要包括两个方面。第一，在过滤过程中大量的能量损失使系统能量利用效率很低；第二，使用颜色滤光片只能实现有限种类的颜色，若希望实现不同颜色的颜色光的连续变换则很困难。

针对上述的问题，一种多通道多色光源得以应用，如图1所示。在这个光源器件中，绿光LED阵列1，红光LED阵列2和蓝光LED阵列3分别经过准直透镜阵列6的准直后，经由X字形的二向色片组5合成一束光。这束合成光再经由投影透镜8投射到屏幕9上形成照明效果。在这个光源器件中，红光、绿光和蓝光作为三基色光用于合成其他颜色的光或白光，例如红光与绿光共同点亮形成黄色光，红光、绿光和蓝光共同点亮形成白光，图1a中光谱111显示了这样合成的白光的光谱，其中111a表示其中的蓝光基色光成分的波峰，111b表示绿光基色光成分的波峰，111c表示红光基色光成分的波峰。使用这种方法，由于直接使用了单色光而没有使用滤光片来滤光，其效率相对于传统方法大幅度提高；同时对三个基色光强度的分别控制，可以实现输出光颜色的连续变化，变化的范围是三个基色光所决定的色域范围。但是这种光源存在两个问题。首先，由于LED光源的发光光谱较窄，因此这种光源只能显示色纯度较高的单色光，低色纯度的单色光的显示则会严重失真；第二，由三种LED窄谱光源组成的白光输出，如图1a中光谱111所示，其光谱覆盖范围有限，光谱连续性差，与相同色温下的太阳光光谱110比起来相去甚远，因此显色指数很低。尤其是该白光光谱在480纳米(nm)和590nm只有很少的光谱能量，使得其几乎无法显示青色光和琥珀色光。

针对上述方案中，低色纯度的单色光显示失真和白光显色指数不高的问题，图2所示的光源提出了一种解决方案。在这个方案中，RGB LED组151，152和153是基色光，并使用与前述方法相同的方式合光成一束；同时另一组白光LED组25发出的白光光束与该基色光合光光束通过一个透镜31合成一束并入射到光收集器4。白光LED 25的工作原理是，蓝光LED芯片激发覆盖在其上的黄色荧光粉并发射黄光，该黄光与没有被吸收的剩余的蓝光混合在一起形成白光，其光谱如图2a所示，与图1a中的各基色光波峰相比，荧光粉发光的光谱要宽得多。由于该白光宽谱光的混合加入，该光源器件发出的低色纯度的单色光看上去自然、真实很多，而且发出的白光的显色性也有大幅度的提升。然而该光源依然存在问题。由于白光宽谱光与各基色光(红光、绿光和蓝光)都有很大的光谱交叠，使得该白光无法通过二向色片组154与各基色光合光，否则该白光在通过滤光片154时将产生很大的能量损失。因此，就只能使用例如透镜31这样的光学器件，利用基色光光束和白光光束空间位置的不同来把两者合为一束。这样，该光源的光束尺寸，相对于只有基色光光束的情况就扩大了，这直接导致光源的光学扩展量的扩大和发光亮度的降低。

值得说明的是，为了使低色纯度的单色光看起来真实自然，其光谱必然具有较大的光谱宽度，这是因为只有这样才可能接近自然界中低色纯度单色光的光谱。因此，低色纯度光的显示失真的问题，与白光的显色指数低的问题，本质上是一个问题，即不能发射宽谱光的问题。因此在下文中为了叙述方便，在叙述中指的白光显色指数问题同时也指低色纯度光的显示失真问题。

综上所述，宽谱白光的导入可以解决低色纯度单色光的失真问题和白光显色指数低的问题，但是同时也降低光源的发光亮度。因此在现有方案的基础上，白光的显色性和光源的发光亮度形成矛盾，不能兼顾。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种新的发光装置及投影系统，以同时兼顾白光的显色性和发光装置的发光亮度。

本发明提供一种发光装置，该发光装置包括至少两个颜色光光通道，每个颜色光光通道包括产生一种颜色的至少一个光源；所述至少两个颜色光光通道中的至少一个光通道，包括至少一个产生第一光线的第一种光源，第一种光源为窄谱光源，以及至少一个产生第二光线的第二种光源，第一光线与第二光线的主波长的差值小于50纳米nm，第一光线与第二光线的归一化光谱叠加得到的光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm；一波长合光器件，用于将来自所述至少两个颜色光光通道的各束光线合成为一束合光。

本发明还提供一种投影系统，包括上述的发光装置。

与现有技术相比，本发明包括如下有益效果：

本发明通过加入另一光源与窄谱光源配合，同时出射高色纯度的窄谱单色光和低色纯度的宽谱单色光，以展宽窄谱光源的光谱宽度，从而相对现有技术能够提高发光装置的显色指数；并且，利用波长合光器件对各光通道出射光进行合光，该合光的光束尺寸和光学扩展量相对于每一个光通道而言并没有扩大，因此发光装置的亮度不会降低。

附图说明

图1是现有技术中的一种多色光源方案的结构示意图；

图1a是使用图1所示的光源方案中RGB LED混合发光产生的白光光谱图；

图2是现有技术中另一种多色光源方案的结构示意图；

图2a是图2所示的光源中使用的白光LED光源的光谱图；

图3是本发明的发光装置的第一实施例的示意图；

图4是使用一个激发光源激发荧光材料发光的示意图；

图5a是图3中使用的两种绿光的光谱，一种是绿光LED的光谱，一种是绿光荧光粉光源的光谱；

图5b是另一组两种绿光的光谱，一种是绿光LED的光谱，一种是绿光荧光粉光源的光谱；

图5c是图3中使用的两种绿光在CIE 1931颜色空间中的色坐标的示意图；

图6a是本发明发光装置的第二实施例中使用的两种红光LED的光谱图；

图6b是在图6a基础上增加了第三种红光发光元件的光谱的光谱图；

图7是本发明的发光装置的第三实施例的示意图；

图8是图7所示实施例中使用的绿光荧光粉发光光谱和红光荧光粉发光光谱；

图9是图7所示实施例中使用的绿光荧光粉的发光和红光荧光粉的发光在二向色片组后合光后的光谱；

图10是利用本发明发光装置的第二或第三实施例发射的一个白光光谱图；

图11是本发明发光装置的一个实施例的同一光通道中不同光源的空间分布示意图。

图12是本发明的发光装置的第四实施例的示意图；

图13是同一光通道中不同光源的另一种空间分布的示意图。

图14显示了图12所示实施例中红光光通道中的两种光源的光谱和绿光光通道中两种光源的光谱，以及二向色片的透过率谱线；

图15是同一光通道中不同光源的另一种空间分布的示意图。

具体实施方式

本发明提出一种发光装置，发光装置包括至少两个颜色光光通道，每个颜色光光通道包括产生一种颜色的至少一个光源；其中，至少两个颜色光光通道中的至少一个光通道，包括至少一个产生第一光线的第一种光源，第一种光源为窄谱光源，以及至少一个产生第二光线的第二种光源。在本发明的描述中，相同光通道中的两种不同种类的光是“同色”的。此处的同色应该理解为具有相近的主波长。根据主波长的定义，具有相近主波长的光的视觉效果也是相近的。在本发明中，“同色”的两种光的主波长之差应小于50nm。这两种同色光源中的第一种光源为窄谱光，只要第一光线与第二光线的归一化光谱叠加得到的光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm，从而展宽窄谱光源的光谱宽度，那么相对现有技术就能够提高发光装置的显色指数。并且，利用波长合光器件对各光通道出射光进行合光，该合光的光束尺寸和光学扩展量相对于每一个光通道而言并没有扩大(事实上，合光光束的光学扩展量与每一个光通道的光学扩展量是近似相等的)，因此发光装置的亮度不会降低。

各个光通道可以分别独立的控制开启或关断，也可以分别独立的控制各自光通道发光的强弱。为了使第一光线与第二光线的归一化光谱叠加得到的光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm，在该发光装置中，第一种光源为窄谱光，第二种光源可能为宽谱光直接用于显示柔和自然的宽谱光，该宽谱光的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm；第二种光源也可能为第二窄谱光，即第一光线与第二光线的光谱宽度之差小于10nm，此时要求第一光线与第二光线的峰值波长之差大于等于10nm，才能较为明显的展宽窄谱光源的光谱宽度。

本发明中的描述中，“宽谱光”和“窄谱光”是相对的概念，即当两种光线的光谱宽度之差大于等于10nm时，将光谱宽度较小的光线称为窄谱光，将光谱宽度较大的光线称为宽谱光；当两种光线的光谱宽度之差小于10nm时，将两种光线均称为窄谱光。光谱宽度可以有多种方式定义，例如半高全宽(FWHM，Full Width Half Maximum)。半高全宽指的是在光谱强度最高点的一半的位置的光谱的宽度。在本发明中，窄谱光一般指的是LED或LD本身的发光，或其它窄谱光源的发光；宽谱光指的是荧光粉的受激发光或其它宽谱发光。因此在本发明下面的描述中，为了方便描述，LED将作为窄谱光光源的例子来使用，但这并不限制激光光源或其他窄谱光光源的使用；荧光粉受激发光将作为产生宽谱光的例子来使用，但这并不限制其它波长转化材料比如染料或量子点的使用，也不限制其它宽谱光光源的使用。可以理解的是，随着材料科学的进步，荧光粉受激发光的光谱也可能很窄。关于“宽谱光”和“窄谱光”的定义，在本发明下面的描述中结合具体实施例有清晰的解释。

本发明的发光器件的第一个实施例如图3所示。在该实施例中，红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)三个基色光光通道的发光经由一个X字形的二向色片组合并成为一束。该X字形的二向色片组包括两个二向色片350和351。在该实施例中，二向色片350反射红光并透射绿光和蓝光，二向色片351反射蓝光并透射绿光和红光。这样，RGB三个通道的光就经过二向色片350和二向色片351合成一束并从图3中所示的二向色片组的右侧出射出来。在该实施例中，红光和蓝光光通道分别包括红色LED组和蓝色LED组，并分别反射红色和蓝色窄谱光。

现有技术中，绿光光通道中只包括绿光LED，为了能够拓展绿光光通道出射光的光谱宽度，在本实施例中，绿光光通道包含产生第一光线的第一种光源与产生第二光线的第二种光源，且第一光线与第二光线的归一化光谱叠加得到的光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm。具体地，第一种光源是绿光LED光源302，该光源不包含荧光粉，并发射窄谱的绿光，第二种光源是绿色荧光粉光源301，它发射宽谱的绿光。

图4是使用一个激发光源激发荧光材料发光的示意图。如图4所示，荧光粉光源11包括LED芯片12与荧光粉层13，荧光粉层13被涂敷于LED芯片12的发光表面。LED芯片12可以是紫外LED或蓝光LED，它作为荧光粉的激发光源发射激发光，荧光粉吸收了该激发光后受激发射出与激发光波长不同的光。相对于LED直接发光来说，荧光粉的受激发光通常具有较宽的光谱宽度。为了方便说明，在本发明下面的描述中，使用荧光粉涂敷于LED发光表面并受激发光的光源称为“荧光粉LED”。

本实施例中绿光光通道中的两种绿光光源的发光光谱如图5a所示，其中绿光LED组302发射窄谱绿光，其归一化光谱为501，光谱宽度FWHM为40nm，看起来呈鲜艳的绿色；绿色荧光粉LED组301发射宽谱绿光，其归一化光谱为502，光谱宽度FWHM为105nm，看起来呈柔和的绿色。光谱宽度的差异，造成了绿色光视觉效果的差异。一般来说，在绿光波段两个光谱的光谱宽度FWHM的差别大于10nm时两种光的视觉效果会呈现差异。如图5b中所示的另一种绿色荧光粉的发光光谱506，其光谱宽度FWHM为54nm，它与绿光LED的发光光谱501的光谱宽度的差别为14nm。此外，为了使绿光光通道出射的两种绿光颜色为更接近的“同色”，优选地，绿光光通道的第一种光源与第二种光源的光的主波长之差小于25nm。

在本实施例中，通过一个控制电路(图中未画出)，这两种光源可以分别独立控制其开关和亮度。例如，在直流驱动模式中，可以通过控制驱动电流大小来控制光源发光的明暗，在脉冲/交流驱动模式中，则可以通过改变驱动波形的占空比来控制光源发光的明暗；当然两者混合使用也是可以的。通过控制两种绿光光源组的亮度，可以控制绿光光通道光输出的光谱、色坐标、亮度、色饱和度等参数。当需要鲜艳的绿色光时，点亮绿光LED组302同时关断绿色荧光粉LED组301；当需要柔和的绿色光时，点亮绿色荧光粉LED组301同时关断绿光LED组302。另外，两种光源可以同时点亮并得到一个混合的绿光，该混合绿光的颜色的鲜艳程度介于绿色荧光粉LED组301与绿光LED组302之间。

具体来说，本实施例中的两种绿光光源的色坐标如图5c所示。图中，绿光LED组302的色坐标503为(0.23，0.72)，绿色荧光粉LED组的色坐标504为(0.38，0.59)。绿光光通道的光输出为两种绿光光源发光的混合，其在CIE 1931颜色空间中的色坐标505应落在色坐标503和504的连线上。通过分别控制两种光源的亮度，可以使绿光光通道出射光的色坐标在色坐标503与504的连线上连续的移动，达到控制色坐标和色饱和度的目的。具体的，当需要绿光光通道的输出光更鲜艳一些，则可以增大绿光LED组302的发光亮度，或减小绿色荧光粉LED组301的发光亮度，或两者同时使用；反之，当需要绿光光通道的输出光更柔和更真实一些，则可以减小绿光LED组302的发光亮度，或增大绿色荧光粉LED组301的发光亮度，或两者同时使用。另外，可以通过实际的需求来决定两种绿色光源数量的相对比例，例如对于舞台装饰性照明来说，鲜艳的非饱和光的需要比较多，这时可以使绿光LED的光源数量多于绿色荧光粉LED光源的数量。

在本实施例中，与图2所示的情况不同的是，绿光光通道发出的绿光基色光具有较大的光谱宽度，因而各光通道出射光的合光的显色指数较高；并且，通过二向色片组将各光通道的基色光合为一束合光，进而该合光的光束尺寸和光学扩展量相对于每一个通道而言并没有扩大(事实上，合光后的光学扩展量与每一个通道的光学扩展量是近似相等的)，因此光源的亮度不会降低。

在本实施例中，通过绿光荧光粉LED组301的加入，可以直接实现绿光光通道宽谱光的发射，相对于LED组发射的窄谱光，该宽谱光的光谱宽度要大10nm以上。同时，可以通过两种光源的分别独立控制，可以实现发射光的颜色在鲜艳的窄谱光和柔和的宽谱光之间任意的调节。实际上，如本发明的第二实施例所描述的，在包括一组发射窄谱光的LED组的基础上，加入一组与该窄谱光的光谱宽度相差不小于10nm的另一组窄谱光，即两组窄谱光也可以拓展绿光光通道出射光的光谱宽度，实现绿光光通道出射宽谱光的效果。

在本发明的发光器件的第二实施例中，采用两组红光LED作为两组窄谱光光源的例子，如图6a所示。其中601为第一红光LED光源发出的光谱，其光谱宽度FWHM是15nm；602为第二红光LED光源发出的光谱，光谱宽度FWHM也是15nm，光谱601的峰值波长与光谱602的峰值波长之差为16nm；603则为光谱601与602的混合光的光谱，光谱宽度FWHM为31nm。可见，利用峰值波长位置不同的两个LED的窄谱发光的光谱的互补和混合，也可以实现光谱宽度的展宽。光谱的峰值波长指的是光谱能量最高点所对应的波长位置。通常两个窄谱光的峰值波长的差大于10nm，就可以实现混合发光的光谱宽度比两个窄谱光中光谱较窄的光谱的光谱宽度大10nm，进而得以呈现出与窄谱光不同的视觉效果。优选的，当产生第一光线的第一种光源与产生第二光线的第二种光源均为窄谱光时，两个窄谱光的峰值波长的差等于两个窄谱光的光谱宽度FWHM的平均值，此时形成的混合光的光谱最为平坦，光谱宽度最宽。此处需要强调的是，本发明中，当两种光线的光谱宽度之差小于10nm时，将两种光线均称为窄谱光，即由光谱宽度之差决定是否为两组窄谱光源，而并非由每种光源本身的光谱宽度决定，因此，若两组荧光粉LED的光线的光谱宽度之差小于10nm，也将该两组荧光粉LED成为两组窄谱光源，可以利用峰值波长位置不同来实现光谱宽度的展宽。

值得注意的是，本实施例中，光谱宽度采用半高全宽，若光谱601与602的峰值波长间隔较大，则混合后的光谱603中间的凹点有可能低于光谱603强度最高点的一半，此时定义光谱601与602叠加后的光谱的光谱宽度为光谱601的半高全宽与光谱602的半高全宽之和。

为了区分上述两个实施例，在本发明的描述中，若一个基色光光源由至少两种以上的发光元件，发光元件1和发光元件2组成，当发光元件1的光谱宽度FWHM比发光元件2的光谱宽度FWHM大10nm或以上时，称发光元件1发出的光为宽谱光，发光元件2发出的光为窄谱光，这对应于第一实施例所描述的方案。若发光元件1与发光元件2发出的光的光谱宽度FWHM的差距小于10nm，则在本发明的描述中，两者发出的光都称为窄谱光，即使两者都是荧光粉的受激发光或其它宽谱发光；若发光元件1与发光元件2发出的光谱的峰值波长间隔10nm或以上，则两者的混合发光可以实现宽谱光发光，这对应于第二实施例所描述的方案。

在本发明的第二实施例中，与第一实施例相类似的，两种发光元件可以独立控制其开关和亮度，并可以通过这种独立控制实现混合光颜色和光谱的调节。

在本发明的前两个实施例中，每一种基色光源只由两种发光元件组成。实际上，每一种基色光源可以由三种以上的发光元件组成。如图6b所示，在图6a的基础上，增加第三种红色发光元件，第三种发光元件红色荧光粉LED的发光光谱为603。光谱603的光谱宽度约为105nm，远大于光谱601和光谱602的光谱宽度15nm。这种情况是第一实施例与第二实施例的组合应用：光谱601与602两种窄谱光的峰值波长的间隔大于10nm，满足第二实施例所描述的方案，而相对于光谱601和602，光谱603为宽谱光，满足第一实施例所描述的方案。

在本发明的前两个实施例中，只有一个基色光光通道由两种或以上的发光元件组成，实际上，本发明可以允许两个或两个以上的基色光光通道分别由两种或以上的发光元件组成。本发明的发光装置的第三实施例如图7所示。在这个实施例中，红光光通道包括红光LED组511和红色荧光粉LED组513，绿光光通道包括绿光LED组502和绿色荧光粉LED组501，蓝光光通道包括蓝光LED组512和蓝色荧光粉LED组514。三个通道的光经由二向色片550和551组成的二向色片组合成一束，合光的原理与第一实施例相同。

为了使红光光通道和蓝光光通道分别出射的两种光的颜色为更接近的“同色”，优选地，红光光通道的第一种光源与第二种光源的光的主波长之差小于35nm；蓝光光通道的第一种光源与第二种光源的光的主波长之差小于15nm。

下面具体说明利用本实施例如何实现宽谱混合光输出，以宽谱的黄光为例。宽谱的黄光，需要宽谱的红光和宽谱的绿光混合而成，因此应控制红色荧光粉LED组513和绿色荧光粉LED组514点亮，并控制其它光源关闭。红色荧光粉LED组513和绿色荧光粉LED组514的发光光谱如图8所示。经过二向色片组后，两个光谱都有一定的损失形变，这是由于图8中的两个光谱存在一定的交叠，在经由二向色片组合光的过程中会有一定损失。具体来说，绿光光谱在长波长沿变小，而红光光谱在短波长沿变小，经二向色片组合光后的光束的光谱如图9所示。可见其光谱宽度很大，相对于图1a所示的由饱和光混合形成的光谱，该非饱和黄光光谱的连续性好很多，因此看起来更自然更柔和。

在第三实施例中，在红光和绿光通道都分别使用了一组宽谱光源513和514。这两组宽谱光源的光，由于光谱的波长位置不同，可以使用二向色片组合成一束，并且合成后的光谱仍然是宽谱光。相对于图2所示的现有方案，本发明在利用宽谱光的混合加入实现了低饱和度颜色光显示和显色性提高的同时，并不会使光束的尺寸扩大，进而不会降低光源的亮度。

在前述的三个实施例中都使用了由两片二向色片组成的X字形二向色片组。这种合光方式具有紧凑的特点。事实上，除此之外的其它合光方式也是可以采用的。例如合光棱镜，平行放置的两片二向色片组成的二向色片组，以及以其它角度放置的两片二向色片等等。只要是利用光谱波长的差别将两种不同颜色的光合成一束，并不增加光束尺寸的合光方式，都是本发明可以使用的合光方式。

本发明的第三实施例中，三个基色光光通道都由两种发光元件组成。而每一个基色光光通道中，两种发光元件的组合方式，可以不同：既可以按照第一实施例中所描述的方案，也可以按照第二实施例中所描述的方案。

本发明的第三实施例还可以发射具有高显色指数的白光，其光谱如图10所示。图10中的白光光谱由本实施例中各光源混合组成，包括红光1，红光2，蓝光1、蓝光2、绿光1和绿光2(混合)。其中红光1与红光2都是窄谱发光元件，按照第二实施例的方案组合在一起；蓝光1和蓝光2都是窄谱发光元件，按照第二实施例的方案组合在一起；绿光1和绿光2分别是窄谱发光元件和宽谱发光元件，按照第一实施例的方案组合在一起，其光谱混合在一起无法分辨。这六种光源的强度可以分别控制以调节混合后白光的光谱形状。相对于图1a或2a所示的光谱，图10所示的光谱的起伏更小，更接近于相同色温下的太阳光光谱1001。这是因为，每个光通道中的两种光源的光谱叠加都比图1a所示的各窄谱光的光谱宽度要宽，因此这样三个光通道共同组成的白光的光谱几乎覆盖了每一个光谱区域，而且也更加平滑。图10所示的白光光谱的显色指数为92，远高于如图2a所示的白光光谱，后者的显色指数仅为76。

对于每一个光通道，两种光源的相对位置排布是可变的。图11表示了其中一种可能的排布状态。在该举例中，两种光源21和22为均匀分散式空间排布，即分别均匀分散于整个阵列平面，且某一种光源中的每一颗的周围，都分布有另一种光源。这样排布可以保证两种光源发光在空间上充分的混合，并在最终合光出射后实现最佳的均匀度。

同一光通道中不同光源的相对位置排布的方式，可能受到光谱交叠的影响。由于荧光粉LED的发光光谱都比较宽，所以不同通道之间的荧光粉LED光谱可能存在部分交叠，例如绿色荧光粉LED与红色荧光粉LED之间的光谱就存在部分交叠，如图8所示。如前所述，在经由二向色片组合光的过程中，这种光谱的交叠会造成能量的损失；这种损失可以通过对光通道中不同光源的位置排布来减小。

本发明发光装置的第四个实施例如图12所示。在该实施例中，蓝光光通道包括一种光源，即蓝光LED组912，或者也包含另一种光源组914。绿光光通道包括两种光源，绿光LED组902和绿色荧光粉LED组901，红光光通道也包括两种光源，红光LED组911和红色荧光粉LED组913。红光光通道和绿光光通道，其各自的两种光源，分别按照如图13的方式，以虚线为对称轴对称排列。红光LED组911发出的光与绿色荧光粉LED组901发出的光经过放置在两者光路上的二向色片952合为一束，红色荧光粉LED组913发出的光与绿光LED组902发出的光经过放置在两者光路上的二向色片953合为一束。二向色片952和953并排成在一个平面内，并与第三片二向色片951一起共同构成X字形的二向色片组。

图14中显示了图12所示实施例中红光光通道中的两种光源的光谱和绿光光通道中两种光源的光谱，以及二向色片952和953的透过率谱线。从图中可见，虽然红色荧光粉LED组的光谱与绿色荧光粉LED组的光谱存在较大的交叠，但是红色荧光粉LED组的光谱与绿光LED的光谱，以及红光LED组的光谱与绿色荧光粉LED组的光谱的交叠都比较小。二向色片952和953具有不同光的透过率谱线，并分别用于将一个光通道中的宽谱光与另一个光通道中的窄谱光这两个交叠较小的光谱合并成一束。具体来说，二向色片952用于透射绿色荧光粉LED组901发光，同时反射红光LED组911发光；二向色片953透射绿光LED组902发光，同时反射红色荧光粉LED组913发光。由于避免了将两个光谱交叠较大的宽谱光直接合光造成的损失，因此本实施例具有较高的效率。

实际上，若红光光通道只有一种红色LED组光源，本实施例同样适用。这是因为，红光LED光谱与绿光光通道中的绿光LED组的光谱几乎没有交叠，而与绿光光通道中的绿光荧光粉LED组存在部分光谱交叠，因此对应的二向色片952和953的透过率谱线的也是有所不同的。具体来说，二向色片952用于组合红光LED组和绿色荧光粉LED组的发光，当其下降沿的位置位于两者的交叠处时具有最优化的合光效率；而二向色片953用于组合红光LED组合绿光LED组的发光，由于这两种光的光谱几乎没有交叠，所以二向色片953下降沿的位置应该位于两者之间的某个光谱位置。因此二向色片952的下降沿与红光LED组的光谱必然存在交叠，而二向色片953没有交叠，所以，与前述的红光光通道和率光光通道分别由两种光源的情况相类似的，在红光光通道只有一组红光LED光源而绿光光通道有绿光LED和绿光荧光粉LED两种光源的情况下，两个二向色片的优化的透过率谱线也是不同的。

在本实施例中，二向色片951用于对蓝光光通道和绿光光通道进行合光。由于两个光通道的光谱交叠很小，所以单独一片二向色片951就可以实现较高的效率和性能。蓝光光通道中的LED可以使用蓝光LED，青色LED或蓝紫色LED，或它们的混合。

图15显示了同一光通道中不同光源的排列方式的第三个例子。对于红光和绿光光通道，其各自的两种光源的排布，都如图15所示排成4个象限，相同种类的光源对角放置。与之相对应的，如图12所示，用于合并红光和绿光光通道的二向色片也分4个象限放置，对角放置的两个二向色片的透过率光谱相同，一种是二向色片952，另一种是二向色片953。与图13显示的排列方式具有相同的原理，二向色片952和953分别对应于一个光通道的宽谱光和另一个光通道的窄谱光并将其合并成一束，以此来减小光谱交叠带来的合光损失。这个方式在提高了效率的同时，也在一定程度上兼顾了空间排列均匀性。

上述两种光源的排列方式中，两种不同种类的光源的数量是相同的，但是在实际应用中，两者的数量可以不同；如同前面所描述的，不同种类的光源的相对数量关系，受实际的需求支配和决定。

本发明还提供一种投影系统，包括发光装置，该发光装置可以包括上述各实施例中的各种技术特征及功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (22)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：

至少两个颜色光光通道，每个颜色光光通道包括产生一种颜色的至少一个光源；所述至少两个颜色光光通道中的至少一个光通道，包括至少一个产生第一光线的第一种光源，第一种光源为窄谱光源，以及至少一个产生第二光线的第二种光源，第一光线与第二光线的主波长的差值小于50纳米nm，第一光线与第二光线的归一化光谱叠加得到的光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm；

一波长合光器件，用于将来自所述至少两个颜色光光通道的各束光线合成为一束合光。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：第二光线的归一化光谱的光谱宽度比第一光线的光谱宽度至少大10nm。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：第一种光源包括发光二极管LED和/或激光二极管LD，第二种光源包括波长转换材料。

4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：第一光线与第二光线的光谱宽度之差小于10nm，且第一光线与第二光线的峰值波长之差大于等于10nm。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于：第一光线与第二光线的峰值波长之差等于第一光线与第二光线的光谱宽度的平均值。

6.根据权利要求4所述的发光装置，其特征在于：第一种光源与第二种光源均包括发光二极管LED和/或激光二极管LD。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述至少两个颜色光光通道包括产生绿光的绿光光通道，该绿光光通道包括绿色的第一种光源与第二种光源。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于：所述至少两个颜色光光通道包括产生红光的红光光通道，该红光光通道包括红色的第一种光源与第二种光源。

9.根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于：第一种光源包括发光二极管LED和/或激光二极管LD，第二种光源包括波长转换材料。

10.根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于：所述绿光光通道包括多个位于第一区域的绿色的第一种光源，以及多个位于第二区域的绿色的第二种光源；

所述红光光通道包括多个位于第三区域的红色的第一种光源，以及多个位于第四区域的红色的第二种光源；

所述合光器件包括第一和第二二向色片，第一二向色片用于合成绿色的第一种光源的光和红色的第二种光源的光，第二二向色片用于合成绿色的第二种光源的光和红色的第一种光源的光。

11.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于：所述绿光光通道的第一种光源与第二种光源的光的主波长之差小于25nm。

12.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述至少两个颜色光光通道包括产生红光的红光光通道，该红光光通道包括红色的第一种光源与第二种光源。

13.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于：所述红光光通道的第一种光源与第二种光源的光的主波长之差小于35nm。

14.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述至少两个颜色光光通道包括产生蓝光的红光光通道，该蓝光光通道包括蓝色的第一种光源与第二种光源。

15.根据权利要求14所述的发光装置，其特征在于：所述蓝光光通道的第一种光源与第二种光源的光的主波长之差小于15nm。

16.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：至少一颜色光光通道包括均匀分散式空间排布的多个第一种光源和多个第二种光源。

17.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：第一颜色光光通道包括多个位于第一区域的第一颜色的第一种光源，以及多个位于第二区域的第一颜色的第二种光源；

第二颜色光光通道包括多个位于第三区域的第二颜色的第一种光源，以及多个位于第四区域的第二颜色的第二种光源；

所述合光器件包括第一和第二二向色片，第一二向色片用于合成第一颜色的第一种光源的光和第二颜色的第二种光源的光，第二二向色片用于合成第一颜色的第二种光源的光和第二颜色的第一种光源的光。

18.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：所述至少两个颜色光光通道包括第一、第二和第三光通道，所述波长合光器件包括二向色片组。

19.根据权利要求18所述的发光装置，其特征在于：所述二向色片组包括组成X字形的第一和第二二向色片，第一二向色片反射第一光通道的光透射第二、第三光通道的光，第二二向色片反射第三光通道的光透射第一、第二光通道的光。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的发光装置，其特征在于：每个颜色光光通道的开启或关断或发光强弱可被分别独立控制。

21.根据权利要求1至19中任一项所述的发光装置，其特征在于：第一种光源和第二种光源的开启或关断或发光强弱可被分别独立控制。

22.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至21中任一项所述的发光装置。

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