CN103809350B - 显示系统和显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种显示系统和显示设备，包括分时发射第一光和第二光的发光装置和分光装置，发光装置发出的光入射于分光装置；当发光装置发射第一光时，第一光被分光装置分为三束单色光并将这三束单色光分别导入三个出射光通道；当发光装置发射第二光时，分光装置将第二光导入三个光通道中的一个；还包括光调制系统，包括三个光阀，这三个光阀分别接收三个出射光通道的出射光，并根据单色光图像信号对对应单色光进行同步调制，并同步的分时输出单色图像光；还包括合光装置用于将各图像光合为一束。利用本发明，黄色的受激发光被分为三束光而分别被三个光阀调制，相对于现有技术中受激发光被分为两束来说，各单色光的光谱范围变窄，颜色变得艳丽。

Description

显示系统和显示设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示系统及使用该显示系统的显示设备。

背景技术

投影技术目前已经得到了越来越多的应用。其基本原理是利用光源发出的光照射光阀，光阀调制入射光使其携带图像，该携带图像的光经过投影镜头投射后在屏幕上形成图像。对于彩色图像来说，则需要将光源发出的白色光分光成为三束三基色光（单色光）然后分别进行调制。具体来说如图1所示，灯泡（光源）101发出的白光191入射于分光棱镜131。分光棱镜131包括呈十字形交叉的分光膜131a和分光膜131b，其中分光膜131a用于透射绿光同时反射蓝光，分光膜131b用于透射绿光同时反射红光。白光191被分光棱镜分成绿色的192G、蓝色的192B和红色的192R三束光，这三束光分别入射于光阀141G、光阀141B和光阀141R。输入的彩色图像信号会被分解为各基色光的图像信号，例如被分解为绿色图像信号、蓝色图像信号和红色图像信号。光阀141G根据绿色图像信号对绿光192G进行调制，光阀141B根据蓝色图像信号对蓝光192B进行调制，光阀141R根据红色图像信号对红光192R进行调制，使得这些单色光携带相应颜色的图像信息，并最终经过一个合光棱镜136合光为一束并最终出射。合光棱镜136的原理与分光棱镜131类似，只是合光棱镜用于合光。合光棱镜136主要包括呈十字形交叉的镀膜136a和镀膜136b，镀膜136a的光学特性与分光膜131a相同，镀膜136b的光学特性与分光膜131b相同。在该光学系统中还包括反射镜132~135，用于控制光线的传播。其中，光阀可以是德州仪器公司的数字微镜（DMD），也可以是液晶（LCD）光阀，或者反射式液晶（LCoS）光阀。

近年来，旋转荧光粉技术得到了越来越多的重视。美国专利US7547114提出了这一技术。利用该技术，可以提供一个高亮度的光源，以代替图1中的灯泡101，这样的好处在于寿命延长10倍以上。如图2a所示的，激发光源201发射蓝光并使其入射于旋转荧光粉元件202。旋转荧光粉元件202包括荧光粉转盘202a和用于驱动该荧光粉转盘202a的马达202b。荧光粉转盘202a上涂覆有黄色荧光粉，该黄色荧光粉被入射的蓝色激发光激发后产生黄色光，该黄色光与剩余的没有被吸收的蓝光一起出射并混合形成白光291。因此，白光291的光谱分成两部分，分别是蓝光部分291a和黄光部分291b，在图2b中画出了这两部分光谱的示意图。

与图1中的光学系统原理相似的，白光291入射于分光棱镜231，并被分为红绿蓝三束光束。分光棱镜231包括两个呈十字形交叉放置的分光膜231a和231b，这两个分光膜的透过率随波长变化的示意图如图2b中所示。可见，蓝光部分291a会被分光膜231b透射而同时被分光膜231a反射，故而在图2a中形成从分光棱镜231向下出射的蓝光光束。而黄光部分291b，则被分光膜231b分为两部分：波长小于A的绿光部分和波长大于A的红光部分。A大约在580纳米~600纳米。可以理解，波长小于A的绿光部分同时被分光膜231a透射，因此在图2a中形成从分光棱镜231向右出射的绿光光束，而波长大于A的红光部分被分光膜231a透射而被分光膜231b反射，故而在图2a中形成从分光棱镜231向上出射的红光光束。

可见，在图2a和2b所示的投影显示系统中，荧光粉发出的黄光被分成了绿光和红光两部分并被分别利用，这样的效率很高，但是问题在于，这样所形成的绿光和红光的颜色饱和度都不高，颜色不够艳丽。

发明内容

本发明的目的在于解决基于荧光粉的显示技术中颜色饱和度不高的问题。

本发明提出一种显示系统，包括发光装置，该发光装置分时的从同一光通道发射至少两种不同颜色的第一光和第二光；其中第一光的光谱至少覆盖510nm至600nm的波长范围；

包括分光装置，该分光装置具有一个接收光通道和三个出射光通道，发光装置发出的光经过接收光通道入射于分光装置；当发光装置发射第一光时，第一光被分光装置按照波长的不同分为三束单色光并将这三束单色光分别导入三个出射光通道；当发光装置发射第二光时，分光装置将至少部分第二光所构成的单色光导入三个光通道中的一个；

包括光调制系统，该光调制系统包括三个光阀和一个同步控制装置，该同步控制装置使得三个光阀与发光装置保持同步；三个光阀分别接收三个出射光通道的出射光，并根据单色光图像信号对对应单色光进行同步调制，并同步的分时输出单色图像光；

还包括合光装置，该合光装置具有三个接收光通道和一个出射光通道，三个光阀出射的图像光分别经过合光装置的三个接收光通道入射于合光装置，并按照波长的不同合为一束，该束光从合光装置的出射光通道出射。

本发明还提出一种显示设备，应用了以上实施例所描述的显示系统，该显示设备还包括投影镜头，该投影镜头用于将显示系统出射的光投射到屏幕上。

在本发明中，黄色的受激发光被分为三束光而分别被三个光阀调制，相对于现有技术中受激发光被分为两束来说，各单色光（例如绿色光和红色光）的光谱范围变窄，颜色变得艳丽。

附图说明

图1是现有技术的显示系统的示意图；

图2a是现有技术的另一种显示系统的示意图；

图2b是图2a的显示系统中发光光谱和分光膜特性的示意图；

图3a是本发明的显示系统的一个实施例的示意图；

图3b是图3a的显示系统中的波长转换装置的左视图；

图3c是图3a的显示系统中的发光光谱和分光膜特性的示意图；

图4a至图4d是图3a的显示系统中各光束随时间的变化示意图；

图5是在图3a的显示系统的基础上，改变分光膜特性的示意图；

图6是在图3a的显示系统的基础上，另一种改变分光膜特性的示意图；

图7是在图3a的显示系统的基础上，另一种改变发光光谱和分光膜特性的示意图；

图8是本发明的显示系统的另一个实施例的示意图；

图9是图8所示的实施例中发光光谱和分光膜特性的示意图；

图10a至图10d是图8的显示系统中各光束随时间变化的示意图；

图11是本发明的显示系统的另一个实施例中发光装置的示意图；

图12a是本发明的显示系统的另一个实施例中发光装置的示意图；

图12b是图12a所示的发光装置中波长转换装置的左视图；

图13是本发明的显示系统的另一个实施例中发光装置的示意图；

图14是本发明的显示系统的另一个实施例中发光装置的示意图；

图15a是本发明的显示系统的另一个实施例的示意图；

图15b是图15a所示的显示系统中的波长转换装置的左视图；

图15c是图15a所示的显示系统中的发光光谱和分光膜特性的示意图；

图16a是本发明的显示系统的另一个实施例中发光装置的示意图；

图16b是图16a所示的发光装置中波长转换装置的左视图。

具体实施方式

在以下描述中，所使用的“上”、“下”、“左”、“右”等方向用词都是为了方便描述图中的光线传播方向而使用的，并不代表对本发明的限制。

在背景技术的描述中可知，由荧光粉发出的黄光直接被分为红光和绿光两部的话，则颜色饱和度不高。其本质原因在于，黄色荧光材料是目前效率最高、性能最为稳定的荧光材料（波长转换材料），其光谱至少覆盖510nm至600nm的波长范围，即覆盖了青色、绿色、黄色、红色等多个颜色区段。在分割黄光时，要想得到颜色饱和度高的红光，则黄色光谱部分必须与绿色一起构成绿光，这样的绿光颜色当然不佳；同样道理，要想得到颜色饱和度高的绿光，则黄色光谱部分就与红色光谱一起构成红光，这就造成了红色饱和度不高；折中的方案是黄色光谱部分被分成两半，靠近绿色的部分与绿色光谱一起构成绿光，靠近红色的部分与红色光谱一起构成红光，这样绿光和红光都不算太差，但是也没有达到很好的水平。

另一方面，。本发明通过新的方法解决了这个问题。

本发明的第一实施例的显示系统示意图如图3a所示。该显示系统包括发光装置，该发光装置包括激发光源301和波长转换装置302。激发光源301发射蓝色激发光（例如蓝色激光），该蓝色激发光入射于波长转换装置302上产生黄色受激光，该黄色受激光与没有被吸收的蓝色激发光一起从波长转换装置302上出射形成出射光391。该出射光391被包含有两片相互垂直交叉放置的分光膜331a和331b的分光棱镜331分成三路光，这三路光分别是向上发射的红色光392R、向右发射的黄色光392Y和向下发射的随时间变化颜色的蓝光或绿光392BG。

在本实施例中，波长转换装置302包括波长转换圆盘302a和用于驱动该转盘转动的驱动装置302b。波长转换圆盘302a的俯视图如图3b所示，其盘面上沿圆周方向包括两个扇形区域302a-B和302a-Y，其中区域302a-Y上包括波长转换层，该波长转换层包括黄色波长转换材料或黄绿色波长转换材料，例如黄色荧光粉或黄绿色荧光粉。区域302a-B上不设置波长转换材料，且该区域对于蓝色激发光是可以透射的。若蓝色激发光为蓝色激光，在区域302a-B上设置有散射层，这样当蓝色激光透射该区域302a-B的同时可以被散射以消除其相干性，这样能够有效的抑制在显示时散斑的出现。在以下描述中，区域302a-B简称为蓝色区域，区域302a-Y简称为黄色区域。

驱动装置302b在本实施例中为马达，马达302b用于驱动波长转换圆盘302a以一个特定的速度旋转，这样波长转换圆盘302a上的两个区域就会周期性的分时的进入蓝色激发光的光路上。当区域302a-B进入光路时，出射光391为蓝光，当区域302a-Y进入光路时，出射光391为受激产生的黄光或黄绿光。优选的，波长转换圆盘302a还包括一个位于波长转换层与入射的激发光之间的分光滤光片，该分光滤光片透射激发光同时反射波长转换层的受激发光，这样能够保证受激发光大部分向图3a中的右侧发射而避免回到激发光源301。优选的，波长转换圆盘302a还包括另一个位于波长转换层光路后端的分光滤光片，该分光滤光片用于透射受激发光同时反射激发光，这样能够反射剩余的没有被吸收的激发光，即能够从受激发光中将剩余的激发光的成分过滤掉，以提高出射光颜色的色纯度。

综上所述，随着波长转换圆盘302a的转动，出射光391交替的呈现蓝色和黄色，即蓝色和黄色光分时的从同一光通道交替出射，其中每种颜色的时长比例取决于在波长转换圆盘302a上两个扇形区域302a-B和302a-Y在圆周方向上所占的角度比例。例如在本实施例中，扇形区域302a-B在圆周方向上占60度，扇形区域302a-Y在圆周方向上占300度，则出射光391呈现黄色的时长与呈现蓝色的时长比例为300：60。该比例可以通过控制波长转换圆盘302a上的不同区域的比例来调节。

在本实施例中，出射光391呈现蓝色时的光谱在图3c中表示为391B，出射光391呈现黄色时的光谱在图3c中表示为391Y。图3c中还表示了分光膜331a和331b的透射率随波长的变化关系。当出射光391呈现蓝色时，它会被分光膜331a透射同时被分光膜331b反射，因此此时出射光391在图3a中会从分光棱镜331向下出射。当出射光391呈现黄色（其光谱为391Y）时，它被分成了三部分，见图3c，包括波长小于M的绿光部分，波长大于N的红光部分，和波长在M与N之间的黄光部分。其中M大约位于530nm~570nm，N大约位于580nm~620nm，N大于M。可以理解，出射光391中的绿光部分被分光膜331a透射同时被分光膜331b反射，从而在图3a中将从分光棱镜331向下出射；而出射光391中的黄光部分同时被分光膜331a和331b透射，从而在图3a中将从分光棱镜331向右出射；出射光391中的红光部分被分光膜331a反射同时被分光膜331b透射，从而在图3a中将从分光棱镜331向上出射。

图4a至4d表示了在本实施例中出射光391和光束392BG、光束392Y和光束392R随时间的变化。如图4a表示了出射光391的颜色分时的（分时的意思是随时间周期性变化的）呈现蓝色和黄色，而光束392BG、光束392Y和光束392R在时间上与出射光391保持同步，即当出射光391呈现黄色时，光束392BG呈现绿色，光束392Y呈现黄色，光束392R呈现红色，而当出射光呈现蓝色时，光束392BG呈现蓝色，光束392Y和光束392R呈关断状态而没有光。

回到图3a所示的本实施例的显示系统继续说明。光束392Y入射于光阀341Y，光束392R经过反射镜332和334的反射而入射于光阀341R，光束392BG经过反射镜333和335的反射而入射于光阀341BG。在本实施例中，还包括同步控制装置（图中未画出），用于使得光阀341Y、341G和341BG与波长转换圆盘302a的转动保持同步。这样，当波长转换圆盘302a上的区域302a-B转动到激发光的光路上时，出射光391呈现蓝色，此时光阀341Y和341R不工作，而光阀341BG根据所接收的蓝色图像信号调制光束392BG得到蓝色图像光。当波长转换圆盘302a上的区域302a-Y转动到激发光的光路上时，出射光391呈现黄色，此时光阀341Y根据所接收的黄色图像信号调制光束392Y得到黄色图像光，光阀341BG根据所接收的绿色图像信号调制光束392BG得到绿色图像光，光阀341R根据所接收的红色图像信号调制光束392R得到红色图像光。可见，各个光阀根据单色光图像信号对对应单色光进行同步调制，并同步的分时输出单色图像光。

在上文中提到的各颜色的图像信号是从原始的图像信号中通过解析得到的。例如一副彩色图像信号能够通过解析得到红色、绿色和蓝色图像信号，同样的，也可以通过另一种解析方法得到红色、绿色、黄色和蓝色图像信号。这都是现有技术，此处不赘述。

经过调制的各颜色图像光再经过合光棱镜336何为一束并出射。合光棱镜也包括两个呈十字交叉放置的镀膜336a和336b，其中镀膜336a的光学属性与分光膜331a相同，镀膜336b的光学属性与分光膜331b相同，这样能够保证各颜色图像光能够成功合为一束。

在本实施例中，分光棱镜331和合光棱镜336都是常用的分光装置和合光装置，在实际使用中可以被其它的分光、合光装置替换。其中，分光装置具有一个接收光通道和三个出射光通道，其作用在于从接收光通道接收光，并按照波长的不同将接收到的光最多分为三束子光束，并将这些子光束通过相应的出射光通道导出。合光装置具有三个接收光通道和一个出射光通道，其作用在于从接收光通道接收光，并按照波长的不同将最多三束子光束合为一束，并将这束光通过出射光通道导出。这是本领域人员的公知常识，因此并不构成对发明的限制。另外，图3a所示的光路结构也仅是为了方便说明而进行的举例，其中光阀采用透射式光阀，并采用一系列反射镜来控制光路，这些都不是本发明的重点，不构成对本发明的限制。在实际应用中，根据本发明的描述本领域技术人员很容易构造出其它的显示系统，例如使用反射式的光阀（例如DMD光阀或LCoS光阀）。

在本实施例中，黄色的受激发光被分为绿色、黄色、红色三束光而分别被三个光阀调制，相对于现有技术(黄色受激发光被分为两束光而被两个光阀调制)来说，各单色光（例如绿色光和红色光）的光谱范围变窄，颜色变得艳丽。原来必须单独占据一个光阀的蓝色光，在本实施例中与其它单色光分时输出，因此能够被三个光阀中的一个所调制（在本实施例中蓝色光与绿色光共用一个光阀），这样相对于现有技术来说光学结构并没有改动。

在上面的实施例中，蓝色光与绿色光共用同一个光阀341BG，实际上蓝色光也可以与黄色光或红色光共用一个光阀。这在本发明的下面实施例中予以详细说明。

仍然使用图3a所示的显示系统，但将其中的分光膜331a换成分光膜531a，将分光膜331b换成分光膜531b，分光膜531a和531b的透过率随波长的变化曲线如图5所示。本实施例与上面实施例的区别仅在于，出射光391是蓝光时，蓝光391B被分光膜531b透射同时被分光膜531a反射，故而与红光是同一光通道，从分光棱镜向上出射，进一步的该蓝光与红光共用同一个光阀。当然合光棱镜的镀膜也相应改变以完成合光的功能。

由此可见，通过改变分光棱镜中分光膜的设计，可以控制蓝光传播的光通道，使得蓝光可以与该光通道的另一个光共用同一个光阀。下面进一步的举例蓝光与黄光共用同一个光通道和光阀的例子。仍然使用图3a所示的显示系统，但将其中的分光膜331a换成分光膜631a，分光膜331b换成分光膜631b，分光膜631a和631b的透过率与波长的关系如图6所示。可见，蓝光391B同时被分光膜631a和631b透射，因此与黄光同一通道，即从分光棱镜右侧出射，并与黄光共用同一个光阀。

本实施例与上面两个实施例的另一个重要区别在于，受激发光的黄光光谱391Y被分为四部分，绿光部分为波长大于L并小于M的光谱部分，而波长小于L的部分与黄光（波长M至波长N之间的部分）一起同时被分光膜631a和631b透射从而从分光棱镜右侧出射。L通常是480nm至510nm，这样的好处在于绿光的颜色饱和度更高。可以理解，使用相近的方法，通过调整图3c和图5中的分光膜的谱线同样可以达到去除掉绿光中波长较短的成分从而改善绿光饱和度的目的。当然，在绿光光路的任意位置使用一个滤光片将波长小于N的部分过滤掉同样能够起到相同的作用。

比较图3c、图5和图6的分光膜的谱线可以发现，图3c所示的谱线形状最为简单，加工也最容易。

下面介绍本发明的下一个实施例。该实施例沿用图3a所示的显示系统，而区别在于，激发光源301发射紫外光，同时波长转换圆盘302a上的区域302a-B上涂覆可以被该紫外光激发的蓝色荧光粉，区域302a-Y上涂覆可以被该紫外光激发的黄色荧光粉或黄绿色荧光粉。蓝色荧光粉受激发光的光谱和黄色荧光粉受激发光的光谱在图7中分别以791B和791Y表示，同时图3a中的分光膜331a换成分光膜731a，分光膜331b换成分光膜731b，分光膜731a和731b的透过率与波长的关系也在图7中表示。在本实施例中，蓝色光谱791B与黄光光谱791Y中的绿光部分有所交叠，但是由于蓝光与绿光都是被分光膜731a所透射同时被分光膜731b所反射，因此是分时的共用同一个光通道，因此不存在利用波长的不同合光和分光的问题，因此这样交叠部分的光谱能量不会损失。

在以上实施例中，只使用一个光源作为激发光源，而实际应用中可以使用多个光源。如图8所示的显示系统中，与图3a所示的显示系统的区别在于，波长转换装置前包括两组光源，激发光源801和补充光源802，两组光源发的光使用合光装置803合为一束，两组光源发出的光入射于波长转换圆盘的同一位置。由于波长转换圆盘是转动的，而激发光源801和补充光源802可能是分时开启的，这样激发光源801和补充光源802发出的光可能是被波长转换圆盘上的不同区域接收的。因此需要特别说明的是，此处所说的两组光源发出的光入射于波长转换圆盘的同一位置，指的是若波长转换圆盘静止不动则两组光源发出的光入射于波长转换圆盘上的同一个位置，而若波长转换圆盘转动，则两组光源发出的光入射于波长转换圆盘上的同一个转动圆周上。在下文中，“同一位置”都满足这样的定义。

合光装置803在本实施例中是合光片，可以利用波长的不同或偏振状态的不同或光束截面尺寸的不同将两束光合为一束，这是现有技术此处不赘述。而在实际应用中，也并不一定要通过合光装置803将两组光源的光合为一束才能达“两组光源发出的光入射于波长转换圆盘的同一位置”的目的。例如控制两组光源的方向使得两组光源发出的两束光从不同的方向入射于波长转换圆盘的同一位置也可以达到这个目的。

到在本实施例中，激发光源801发射蓝色激发光，而光源802可以起到多种作用。下面就光源802的不同作用分别予以举例说明。

光源802可以起到修饰光源801发出的蓝光的作用。例如，光源801发出波长为445nm的蓝光激光，当波长转换圆盘上的蓝色区域（例如第一实施例中的区域302a-B）转动到激发光光路时，该蓝光透射该区域而形成蓝光单色光出射，并经过光阀的调制形成蓝色图像。此时，445nm的蓝光显得偏紫色，颜色不正。为了解决这个问题，可以设置光源802为绿光LED或绿光激光，当波长转换圆盘上的蓝色区域转动到激发光光路时，光源802与光源801一同打开，由于波长转换圆盘上的蓝色区域不吸收蓝光也不吸收绿光，这样从波长转换圆盘出射的光为445nm的蓝色激光与光源802发出的绿光或蓝绿光的混合光，该混合光的颜色比445nm的蓝色激光更接近于标准的蓝色。而当波长转换圆盘上的黄色区域（例如第一实施例中的区域302a-Y）进入激发光光路时，关闭光源802。

光源802还可以起到增强某一种单色光的作用。以图3c中的光谱为例。例如从光谱391Y中分离的红光部分（即波长大于N的部分）不足，此时可以设置光源802为红色激光，其光谱与图3c中的光谱画在一起构成图9（图9中红色激光光谱表示为802）。光源802可以与光源801共同打开，也可以不与光源801共同打开。例如，当波长转换圆盘上的黄色区域转动到激发光光路时，光源802与光源801一同打开，此时光源801发出的蓝色激光与光源802发出的红色激光共同入射于黄色区域的波长转换层，波长转换层吸收了蓝光后产生黄光，同时波长转换层不吸收红色激光而只是散射红色激光，这样红色激光得以透射。从图9所示的光谱中可以看出，红色激光将与黄色光谱391Y中的红光部分（即波长大于N的部分）混合并共同入射于同一个光阀。而当波长转换圆盘上的蓝色区域转动到激发光光路时，光源802与光源801一同打开，此时光源801发出的蓝色激光与光源802发出的红色激光一同入射于蓝色区域并被其散射，出射光将在分光棱镜出分为两束，蓝色激光被分光膜331a透射同时被分光膜331b反射，红色激光则被分光膜331a反射同时被分光膜331b透射，从而入射于不同的光阀并被光阀分别调制。

在本举例中，优选的控制方法是，补充光源802仅在蓝色区域转动到激发光光路时是开启的，而在黄色区域转动到激发光光路上时是关闭的。这是因为，若补充光源802发出的红色激光入射于波长转换层则有部分红色激光会被吸收，这样会降低效率。图10a至图10d表示了这种情况下的各光束的变化（光束编号仍使用第一实施例中图3a的编号）。

如图10a表示了出射光391的颜色随时间交替的呈现两种状态：第一状态是波长转换层发出的黄光，第二状态是激发光源801发出的蓝光与光源802发出的红色激光的混合光。光束392BG、光束392Y和光束392R在时间上与出射光391保持同步，即当出射光391呈现第一状态时，光束392BG呈现绿色，光束392Y呈现黄色，光束392R呈现红色1，该红色1指的是从波长转换层发出的黄光中分离出的红光成分。而当出射光呈现第二状态时，光束392BG呈现蓝色，光束392Y呈关断状态而没有光，光束392R在呈现红色2，红色2指的是从光源802发出的红色激光。

在这个例子中，蓝光是与绿光分时的共用同一个光阀的，在这个光阀在调制蓝光时，另一个光阀在调制光源802发出的红光，这样可以最大化的利用光阀的时间，提升整个系统的发光效率和亮度。可以理解，还可以加入另一个黄光光源与光源801和光源802合光后入射于波长转换装置，该黄光光源发出的光就可以在蓝光和绿光共用光阀调制蓝光、红光光阀调制光源802发出的红光时，被黄光光阀所调制，这样可以使得亮度最大化。另一种更实用的分配方法是，蓝光激发光与受激发光中分离出来的黄光共用一个光阀，而另外增加一个绿光激光光源和一个红光激光光源，其中绿光激光光源发出的绿光与波长转换层受激发光中分离的绿光共用一个光阀，红光激光光源发出的红光与波长转换层受激发光中分离的红光共用一个光阀。

在以上实施例中，波长转换装置都是透射式的，这是指从波长转换装置发出的出射光与激发光是同一方向的。实际上波长转换装置更多的使用的是反射式的，这样波长转换层的散热设计比较简单。下面将使用具体的实施例予以举例说明。

另外需要说明的是，在下面的几个实施例中，只涉及分光棱镜之前的光路部分的设计，因此如无特殊说明，分光棱镜以及其后的光路参考前面的实施例，下面将不再详述。

如图16a所示的发光装置，包括蓝光激发光源1601和波长转换装置1604。波长转换装置1604包括基板1604a，该基板的左视图如图16b所示。基板1604a上包括两个区域1604-B和1604-Y。其中区域1604-Y具有反射性，其上涂覆有波长转换层1604c，而区域1604-B具有透射性，同时可能也具有对光散射的特性。基板1604a被马达1604b带动匀速转动。

如图16a所示，激发光源1601发出的蓝光透射分光滤光片1603（分光滤光片1603具有透射蓝光同时反射黄光的特性）后，入射于波长转换装置1604。随着马达1604b的运动，基板1604a上的两个区域分时的进入激发光的光路上。当区域1604-B进入光路时，蓝色激发光透射该区域并形成光束1692。当区域1604-Y进入激发光光路时，激发光激发波长转换层1604c并使其受激发射黄色光或黄绿色光，该受激光由于区域1604-Y的反射性而只面向激发光的入射方向出射，因此被透镜1605收集并准直后入射于分光滤光片1603，被分光滤光片1603反射后形成出射光1691。最后，黄色（或黄绿色）出射光1691与蓝色光束1692通过分光片1606合光形成一束，共同构成了该发光装置的出射光。在这个实施例中，与前面实施例相同的是，通过马达1604b的转动实现了蓝光和黄光的分时输出，与前面实施例不同的是，波长转换层是涂覆在反射性基板上的。一般来说反射性基板可以是金属或陶瓷上镀反射膜或涂覆散射反射的白色涂料，这一般来说相对于前面实施例中的透射式结构具有更好的散热特性。

反射式的另一个实施例，如图12a所示，包括蓝色激发光源1201、分光装置1203和波长转换装置1204。波长转换装置1204包括反射板1204a和驱动该反射板转动的马达1204b，反射板表面涂覆有波长转换层1204c。波长转换装置1204的左视图如图12b所示，其中，反射板1204a上分为两个区域1204-B和1204-Y，其中1204-B上涂覆有散射层（若反射板本身就具有散射功能则该散射层不需要），区域1204-Y上涂覆有黄色或黄绿色波长转换层。分光装置1203为中间带有小孔1203a的反射镜1203，激发光源1201发出的激发光穿过小孔1203a入射于波长转换装置1204上，而反射板1204a在马达1204b的驱动下匀速转动使得两个区域1204-B和1204-Y分时的进入激发光的光路上。当区域1204-B进入激发光光路时，激发光被散射反射，散射后的激发光被透镜收集并准直后出射，该光准直后的光束口径远远大于小孔1203a，因此该光大部分会被小孔1203a周围的反射镜反射。而当区域1204-Y进入激发光光路时，激发光被波长转换层吸收，后者受激产生黄光或黄绿光，该受激发光被透镜收集并准直后，口径远远大于小孔1203a的口径，因此大部分会被小孔1203a周围的反射镜反射。这样被小孔1203a反射的蓝光和受激发光共同构成了出射光1291，而且随着马达带动反射板转动出射光1291分时的呈现蓝色和黄色。

在本实施例中，从波长转换装置出射的光都是经过散射的光，因此经过透镜收集和准直后的光束口径比较大，与之相比，激发光源1201出射的蓝光光源的光束口径就小得多。本实施例就是利用了这种光束口径的不同，利用带小孔的反射镜1203将激发光与光束1291分开。

在图13所示的另一个反射式实施例中，与图12a所示的实施例不同的是，分光装置变为小反射镜1303。激发光源1301发射的激发光入射于小反射镜1303并被其反射而入射于波长转换装置1304。从波长转换装置1304发出的光（包括受激发光和被散射的蓝色激发光）1391经过透镜收集并准直后其口径远远大于小反射镜的口径，因此大部分得以从小反射镜周围的空间出射。

在图14所示的另一个实施例中，与图12a所示的实施例相同的是，激发光源1401、分光装置1403、波长转换装置1404、出射光1491分别对应于图12a中的激发光源1201、分光装置1203、波长转换装置1204和出射光1291，因此随着波长转换装置1404的转动出射光1491分时的呈现蓝色和黄色。本实施例与图12a所示的实施例不同的在于，在其基础上，增加了补充光源1402，补充光源发出的光1492通过合光片1406与激发光源1401发出的光合为一束穿过分光装置1403中间的小孔1403a而入射于波长转换装置的同一位置。光束1492被波长转换装置1404散射反射后，经过透镜的收集和准直，被分光装置上的小孔1403a周围的反射镜反射从而与光束1491合为一束。

在前文的图8所示的实施例中，说明了多加一个光源802的作用。与之相同的，在图14所示的反射式结构的实施例中，补充光源1402能够起到与补充光源802相同的作用，即可以起到修饰光源801发出的蓝光颜色的作用，和/或起到增强某种单色光（例如红光）的作用，补充光源1402的控制方法也同样可以参考前文中补充光源802的控制方法。

在以上实施例中，发光装置（包括激发光源和波长转换装置）的出射光（例如图3a中的光束901）分时的呈现两种不同的颜色，这种功能是通过使用具有至少两个区域的波长转换圆盘的转动来实现的。实际上两种不同颜色的光也可以通过两个不同的光源来产生并合为一束出射，通过控制两个光源来实现两种颜色光从发光装置的分时发射。以下实施例就介绍了这样的情况。

如图11所示的发光装置。该发光装置包括激发光源1101，第二光源1102和波长转换装置1104。波长转换层1104c涂敷于具有散热能力的反射板1104a上，反射板1104a被马达1104b带动转动，波长转换层1104c、反射板1104a和马达1104b共同构成了波长转换装置1104。激发光源1101发射蓝光，分光滤光片1103则透射蓝光同时反射波长转换层1104c接收激发光源1101发出的激发光后的受激发射的黄色光或黄绿色光。这样，激发光源1101发出的蓝光首先透射分光滤光片1103后入射于波长转换层是1104c上，波长转换层1104c受激发射的黄光或黄绿光1191由于反射板1104a的作用而全部沿着激发光入射方向的反方向从波长转换层1104c上发射出来，这部分光经过透镜1105收集准直后会被分光滤光片1103反射而避免入射于激发光源1101。同时第二光源1102也发射蓝色光1192，这部分光与受激发光1191在分光滤光片1103上按照波长的不同合为一束，并一起共同构成了该发光装置的出射光。

在本实施例中，反射板1104a上沿圆周方向均匀的涂覆满波长转换层1104c，因此并不需要分两个区域。这样光束1191就只是受激发光而不包含激发光的蓝光，出射光中的蓝光是由第二光源1102提供的。因此，在本实施例中，要想实现蓝光与受激产生的黄光的分时输出，必须控制激发光源1101与第二光源1102分时开启，同样的，若希望在某一个时间段控制蓝光与黄光一同输出，则在这个时间段激发光源1101和第二光源1102应同时开启。

在本实施例前面的实施例中，波长转换圆盘的转动决定了发光装置的出射光的时序，因此同步控制装置需要控制光阀与波长转换圆盘进行同步；在本实施例中，发光装置的出射光的时序取决于激发光源1101和第二光源1102的驱动时序，因此光阀需要与两个光源的分别的进行同步。总的来说，光阀必须与发光装置保持同步。

在本实施例中，由于蓝光与黄光的分时输出并不是由马达的转动形成的，因此马达的作用仅在于为通过高速转动而为波长转换层1104c散热。若反射板1104a的散热能力够好，则马达1104b是可以省略的。另外，反射板1104a有多种实现方法，例如在金属板或陶瓷板上镀银，或在金属板或陶瓷板上涂覆高反射的白色涂料，这都是现有技术，此处不赘述。

在本实施例中，激发光源1101发射蓝光，实际上它也可以发射紫外光，只要它发出的激发光能够激发波长转换层1104c即可。另外，第二光源1102也可以与激发光源1101发出波长不同的蓝光，例如激发光源1101发射波长445nm的蓝光，该蓝光用于激发波长转换层1104c，而第二光源发射波长460nm的蓝光，该蓝光用于显示时所显示的蓝色不偏紫，颜色比较正。

在图11所示的实施例中，受激发光1191与第二光源1102发射的蓝光1192是通过分光滤光片利用波长的不同合为一束的，实际上也可以有其它的方式使两种颜色光合为一束，这在下面的实施例将予以说明。

在以上实施例中，受激发出的黄光或黄绿光都是被分为绿光、黄光和红光三部分，这三部分被分别送往不同的光阀进行调制，而蓝光与其中一种颜色光分时的共用同一个光通道和光阀。实际上应用本发明还可能有其它的设计选择。这也将在下面的实施例中予以说明。

例如如图15a所示的显示系统中，光源1501发射蓝色激发光，该蓝色激发光通过分光装置1503中心的小孔1503a而入射于波长转换装置1504。该显示系统还包括第二光源1502，第二光源1502发射红色激光1592。该红色激光经过滤光片1506（滤光片1506透射蓝光同时反射红光）的反射后穿过小孔1503a并入射于波长转换装置1504。红色激光1592与蓝色激发光入射于波长转换装置1504的同一位置。

在该实施例中，波长转换装置1504的左视图如图15b所示。波长转换装置的转动盘面上沿圆周方向包含两个扇形区域，区域1504-R和区域1504-W。在区域1504-W上涂覆有黄色或黄绿色的波长转换层，区域1504-R上则涂覆有不吸收光的散射层，或区域1504-R上的反射板本身就具有散射功能。

当波长转换装置匀速转动时，区域1504-R和1504-W分时的进入光源1501和1502发出的光的光路上，当区域1504-R进入光路时，光源1502处于开启状态同时光源1501处于关闭状态，红色激光入射于区域1504-R上并被散射和反射，出射光被透镜收集并准直后被分光装置1503中间的小孔1503a四周的反射镜所反射而形成光束1592。当区域1504-W进入光路时，光源1501处于开启状态同时光源1502处于关闭状态，蓝色激发光入射于区域1504-W，波长转换装置1504受激发射的黄色光（或黄绿色光）和未被吸收的剩余的蓝光被透镜收集和准直后，大部分被分光装置上小孔1503a周围的反射镜反射形成白光出射光1591。该白光出射光1591的光谱包括两部分，如图15c所示，包括蓝光部分1591B和黄光部分1591Y（图15c中还显示了红光1592的光谱）。通过控制区域1504-W上的波长转换层中的荧光粉配比和适当的掺入散射材料，能够控制出射光1591中蓝光和黄光两部分的能量比例。

这样，通过激发光源1501、第二光源1502和波长装换装置转动的同步控制，就可以得到白光1591与红光1592的分时输出。值得特别说明的是，由于黄色的波长转换层往往对于红光不吸收而且同时对红光有相当强的散射作用，因此区域1504-R上往往可以使用与区域1504-W上相同的波长转换层。此时波长转换装置上的两个区域并不存在边界而成为一个整体，此时只要控制激发光源1501和第二光源1502分时点亮就可以控制得到白光1591和红光1592的分时输出。如果这样的话，如果波长转换层所在的反射板的散热效果足够好，则波长转换装置也不需要转动。由此可见，波长转换装置是否需要转动，以及波长转换装置上是否需要分区，都可以根据实际的情况结合本发明进行合理设计，这个原则同样适用于本发明的其它实施例。

在本实施例中，与图11所示的实施例相同的是，发光装置分时输出的白光1591和红光1592也是由两个不同的光源来产生，而不同的是白光1591和红光1592不是利用波长的不同而合为一束的，事实上由图15c可见，白光1591和红光1592有相当的光谱交叠，这样利用波长合光会造成显著的能量损失。而本实施例就有效的避免了这种损失。在本实施例中，第二光源1502发出的红色激光与激发光源发出的蓝色激发光入射于波长转换装置（可能静止，也可能转动，也可能分为与红色激光和蓝色激发光对应的两个区域）的同一位置，并且红色激光1592不被波长转换装置吸收而再次从波长转换装置上出射出来，从而与白光1591共用同一光通道出射。

在本实施例中，分时输出的白光1591和红光1592经过反射镜1532反射后入射于分光棱镜1531。分光棱镜1531包括相互十字形垂直放置的两个分光膜1531a和1531b，这两个分光膜的透过率与波长的关系如图15c所示。

当白光1591出射时，白光1591被分光棱镜分为三部分，波长小于L的第一部分，波长大于L并小于M的第二部分，和波长大于M的第三部分。第一部分为蓝光部分，相比起蓝色激发光的光谱1591B，第一部分多了青色光的成分，这样能够使蓝光不会偏紫而显示成更纯正的蓝色。第二部分为绿光，由于少了波长小于L的部分青色光，这部分绿光的颜色也会更加纯正。第三部分光为黄光或橙黄色光。通过阅读图15c可见，第一部分光被分光膜1531a透射而同时被分光膜1531b反射，因此在图15a中从分光棱镜1531向下出射；第二部分光同时被分光膜1531a和1531b透射，因此在图15a中从分光棱镜1531向右出射；第三部分光被分光膜1531a反射而同时被分光膜1531b透射，因此在图15a中从分光棱镜1531向上出射。

当红光1592出射时，阅读图15c可见，红光1592被分光膜1531a反射而同时被分光膜1531b透射，因此在图15a中从分光棱镜1531向上出射。因此红光1592与白光1591中的第三部分光共用同一个光通道和光阀。光阀的同步控制在前面已经介绍，此处不再重复。

在本实施例中，波长转换层发出的黄色光被分为青色光（即波长小于L的部分光能量）、绿色光和橙黄色光，其好处在于青色光部分与蓝色激发光一起构成了更好的蓝色，同时将青色光部分从绿光中去除有助于绿光颜色变得更好，最后红光单纯的由红色激光提供也能够保证良好的颜色。

实际上，使用如图15c中显示的分光膜1531a和1531b，也可以使用另一种控制方法。通过控制1504-W上的波长转换层的配方使得其被激发时反射的蓝光尽量少，或者分光装置1503为投射蓝光反射黄光的分光滤光片（当然中心仍然带有小孔1503），这样即可以控制出射光1591基本不包含蓝光成分。当区域1504-W进入激发光光路时，光源1501处于开启状态同时光源1502处于关闭状态，出射光1591的光谱为图15c中的1591Y；这部分光入射于分光棱镜后将仍然被分为青色光（波长小于L）、绿色光（波长在L与M之间）和橙黄色光（波长大于LM）。当区域1504-R进入光路时，光源1501和光源1502同时处于开启状态，此时，光源1501发出的蓝色光与光源1502发出的红色激光同时入射于区域1504-R并被其散射和反射（显然此时区域1504-R不能使用黄色的波长转换层，因为波长转换层虽然能够反射红光但是会吸收蓝光），光束1592将包括图15c中光谱1591B和光谱1592两种成分。其中，光谱1592的成分会与青色光共用同一个光通道（从分光棱镜向下）和光阀，光谱1592的红光成分会与橙黄色光共用同一个光通道（从分光棱镜向上）和光阀。显然，此时还可以包含另一个绿光光源，此时点亮可以与绿色光共用同一个光通道（从分光棱镜向右）和光阀。

显然，图15a至图15c所示的实施例中将黄色受激光分为青色光、绿色光和橙黄色光三部分并将其导入三个不同的光阀的方法，也同样适用于本发明的其他实施例，此处不做重复说明。

在以上的各实施例中，以发光装置的结构变化为主线描述了多种不同的显示系统的实施例，现做一个简单梳理。首先通过图3a所示的实施例，说明使用透射式的波长转换圆盘的转动来实现两种不同颜色光的分时输出，然后通过图8的实施例说明在此基础上还可以增加一个或两个补充光源来实现多种目的，然后是通过图16a、图12a、图13的实施例说明使用反射式的波长转换圆盘的转动来实现两种不同颜色光的分时输出，然后通过图14说明在此基础上也可以增加一个或两个补充光源来实现多种目的，然后通过图11的实施例说明也可以使用两个光源来产生两种不同颜色光的分时输出，两种不同颜色光利用波长的不同合为一束，最后图15a的实施例与图11的实施例不同的是两种不同颜色光也可以采用其他方式合为一束。在这些实施例中，其实现的作用和控制方法并不受限于光学结构，例如从图3a、图16a、图12a和图13所示的各实施例可以看出要达到相同的目的，既可以使用透射式（图3a），也可以使用反射式（图12a和图13），也可以使用透射式和反射式相结合的形式（图16a）。而图15a所示的实施例，可以理解，也同样可以通过透射式的方式来完成。在本发明的以上实施例描述中，不可能对每种光学结构和每种不同颜色光的分时输出的方法的所有组合进行穷尽的举例，本发明的保护范围应当理解成这些组合的全部覆盖范围。

同样的，本发明在不同实施例中试图列举尽量多的分光膜的特性和由此产生的由分光装置出射的三种不同颜色光的组合，但是显而易见这些组合与显示系统的光学结构无关，因此本发明的保护范围应当理解成所有光学结构与所有分光膜特性的组合的全部。

本发明还提出一种显示设备，应用了以上实施例所描述的显示系统，该显示设备还包括投影镜头，该投影镜头用于将显示系统出射的光投射到屏幕上。

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 (10)

1.一种显示系统，其特征在于：

包括发光装置，该发光装置分时的从同一光通道发射至少两种不同颜色的第一光和第二光；其中第一光的光谱至少覆盖510nm至600nm的波长范围；

包括分光装置，该分光装置具有一个接收光通道和三个出射光通道，所述发光装置发出的光经过所述接收光通道入射于分光装置；当发光装置发射第一光时，第一光被所述分光装置按照波长的不同分为三束单色光并将这三束单色光分别导入三个出射光通道；当发光装置发射第二光时，分光装置将至少部分第二光所构成的单色光导入三个光通道中的一个；

包括光调制系统，该光调制系统包括三个光阀和一个同步控制装置，该同步控制装置使得三个光阀与发光装置保持同步；所述三个光阀分别接收三个出射光通道的出射光，并根据单色光图像信号对对应单色光进行同步调制，并同步的分时输出单色图像光；

还包括合光装置，该合光装置具有三个接收光通道和一个出射光通道，所述三个光阀出射的图像光分别经过所述合光装置的三个接收光通道入射于合光装置，并按照波长的不同合为一束，该束光从合光装置的出射光通道出射。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于：

所述发光装置包括激发光源和波长转换装置，所述激发光源发射激发光，所述波长转换装置包括波长转换圆盘，该波长转换圆盘上沿着圆周方向分布有至少两个区域，即第一区域和第二区域，该两个区域的波长转换特性不同；

所述波长转换装置还包括驱动装置，用于驱动波长转换圆盘匀速转动，并使得所述第一区域和第二区域分时的进入激发光光路上；

所述第一区域上包括第一波长转换层，当第一区域进入所述激发光的光路上时，所述第一波长转换层吸收激发光并发射受激光，该受激光构成第一光或者受激光与剩余的没有被吸收的激发光共同构成第一光；

所述第二区域对激发光不吸收，当第二区域进入所述激发光的光路上时，激发光得以从第二区域透射或反射而形成至少部分第二光，或者，所述第二区域上包括第二波长转换层，当第二区域进入所述激发光的光路上时，所述第二波长转换层吸收激发光并发射受激光，该受激光形成至少部分第二光。

3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述发光装置还包括用于发射第二补充光的补充光源，所述第二补充光与所述激发光入射于所述波长转换圆盘的同一位置，且当第二区域进入所述激发光和第二补充光的光路上时，补充光源处于开启状态；所述第二区域对第二补充光不吸收，第二补充光从第二区域透射或反射而形成至少部分第二光。

4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于：

所述发光装置包括激发光源和波长转换装置，波长转换装置接收激发光源发出的激发光并发射受激光，受激光构成第一光或者受激光与剩余的没有被吸收的激发光共同构成第一光；

所述发光装置还包括发射第一补充光的第二光源，第一补充光构成第二光，并与第一光利用波长的不同合为一束共同构成发光装置的出射光；

控制所述激发光源和所述第二光源以实现所述第一光和第二光从所述发光装置的分时发射。

5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于：

所述发光装置包括激发光源和波长转换装置，波长转换装置接收激发光源发出的激发光并发射受激光，受激光构成第一光或者受激光与剩余的没有被吸收的激发光共同构成第一光；

所述发光装置还包括发射第一补充光的第二光源，所述第一补充光与所述激发光入射于所述波长转换装置的同一位置，并且第一补充光不被波长转换装置吸收而再次从波长转换装置上出射出来，从而与第一光共用同一光通道出射而形成所述第二光；

控制所述激发光源和所述第二光源以实现所述第一光和第二光从所述发光装置的分时发射。

6.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于：

所述波长转换装置包括波长转换圆盘，该波长转换圆盘上沿着圆周方向分布有至少两个区域，即第一区域和第二区域；

所述波长转换装置还包括驱动装置，用于驱动波长转换圆盘匀速转动，并使得所述第一区域和第二区域分时的进入激发光和第一补充光的光路上；

所述第一区域上包括波长转换层，当第一区域进入所述激发光和第一补充光的光路上时，激发光源处于开启状态，所述波长转换层吸收激发光并发射受激光，受激光构成第一光或者受激光与剩余的没有被吸收的激发光共同构成第一光；所述第二区域对所述第一补充光不吸收，当第二区域进入所述激发光和第一补充光的光路上时，第二光源处于开启状态，第一补充光不被第二区域吸收而从第二区域上透射或反射形成第二光。

7.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，所述第一区域与第二区域包括相同的波长转换层，从而两个区域构成一个整体。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的显示系统，其特征在于：

所述第二光包括两种颜色单色光，当发光装置发射第二光时，分光装置将第二光按照颜色的不同分为两束并分别导入三个光通道中的两个，或者，

所述第二光包括三种颜色单色光，当发光装置发射第二光时，分光装置将第二光按照颜色的不同分为三束并分别导入三个光通道中。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的显示系统，其特征在于：

所述第一光为黄色光，该第一光被所述分光装置按照波长的不同分为三束单色光，各单色光的颜色分别是绿色、黄色和红色，同时所述第二光至少包括蓝光；或者，

所述第一光为黄色光，该第一光被所述分光装置按照波长的不同分为三束单色光，各单色光的颜色分别是青色、绿色和橙黄色，同时所述第二光至少包括蓝光和红光，第二光中的蓝光成分被分光装置导入与第一光中的青色光共用同一出射光通道，红光成分被分光装置导入与第一光中的橙黄色光共用同一出射光通道；或者，

所述第一光为白色光，其光谱至少覆盖460nm至600nm的波长范围，该第一光被所述分光装置按照波长的不同分为三束单色光，各单色光的颜色分别是蓝色、绿色和橙黄色，同时所述第二光至少包括红光，该红光被分光装置导入与第一光中的橙黄色光共用同一出射光通道。

10.一种显示设备，其特征在于：

包括根据权利要求1至9中任一项所述的显示系统，还包括投影镜头，该投影镜头用于将显示系统出射的光投射到屏幕上。