CN105785700B - 激光显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光技术领域，提供一种激光显示系统，提高整机输出红光的效率及随时间变化的稳定性。它包括激光光源模组、荧光轮、合光镜以及位于合光镜后端的光学镜片；所述荧光轮包括基板和环形涂敷于所述基板上不同色段的荧光粉层；还包括电流驱动装置，所述电流驱动装置与激光光源模组连接，当激光光源模组发射的激光照射在荧光轮上不同色段的荧光粉时，所述电流驱动装置向激光光源模组输出对应各色段荧光粉层的电流值。发明适用于激光显示装置。

Description

激光显示系统
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及激光显示系统。
背景技术
激光显示装置利用荧光轮结合半导体激光光源作为显示光源，在高功率激光光源照射下，通过透镜聚焦将输出的蓝光激光打在荧光轮不同颜色荧光粉上，产生红绿黄三色光。随着激光光功率的增大，荧光轮上的粉层光转换效率亦增大。目前激光显示产品的荧光轮是将不同颜色的荧光粉分别形成于轮状基板上的不同区域，采用相同的功率分别照射在红、黄、绿、蓝荧光粉上，依次产生红、黄、绿、蓝四色光，再经过合光系统形成特定色温的白光输出。
其中，红色荧光粉的选择直接决定红光光通量，目前荧光轮中的红光效率一直是提高整体激光显示装置的白光光通量及实现画面广色域的瓶颈。有数据表明，目前用于激光光源激发荧光粉的黄绿粉材料主要为YAG铝酸盐荧光粉，该材料荧光粉耐酸碱性强、高温特性好。红色荧光粉由于自身的材料特性，其光转换效率及发光效能较差，随着激发激光瓦数的提高，红色荧光粉发出的光通量因热衰退而大幅下降，如果采用与黄、绿荧光粉相同的功率激光照射红射荧光粉，势必会导红光光通量因为热衰退而大幅下降。同样原因，为了使荧光粉具有耐高温特性，红色发光物质主要采用具有一定耐温性的氮化物荧光粉，此时因为红色荧光粉材料与黄绿色荧光粉材料的发光特性差异，导致红色荧光粉与黄绿荧光粉在后期受高温影响光衰减曲线出现差异，最终导致经过使用一段时间后的激光显示整机输出画面白平衡偏离初始值。鉴于以上原因，目前在高功率蓝光激光激发荧光粉状态下，多以黄色荧光粉搭配滤色镜获得需求色坐标红光。但该方法获得的红光光通量和效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种激光显示系统，提高整机输出红光的效率及随时间变化的稳定性。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：激光显示系统，包括激光光源模组、荧光轮、合光镜以及位于合光镜后端的光学镜片；所述荧光轮包括基板和环形涂敷于所述基板上不同色段的荧光粉层；还包括电流驱动装置，所述电流驱动装置与激光光源模组连接，当激光光源模组发射的激光照射在荧光轮上不同色段的荧光粉时，所述电流驱动装置向激光光源模组输出对应各色段荧光粉层的电流值。
进一步的，所述荧光粉层的色段包括红、黄、绿荧光粉色段，激光光源模组发出的激光为蓝光；所述电流驱动装置还用于获取系统初始白场画面中红、绿、蓝三原色的光通量比例值，确定最初激发红、黄、绿荧光粉层的电流比例值，当白场画面色温及色坐标发生变化时，调节激发红荧光粉致红光光饱和的电流临界值，并按照所确定的电流比例值调节激发黄、绿荧光粉的电流值，达到输出光斑最初的色温及白平衡。
进一步的，在所述荧光轮前方还装配有至少一个光学准直部件，用于光线汇聚准直。
具体的，所述光学准直部件为凸透镜结构或者月牙镜结构或者非球面镜，其材质为玻璃或塑料。
具体的，所述光学镜片为凸透镜结构或者月牙镜结构或者非球面镜，其材质为玻璃或塑料。
具体的，所述荧光轮的基板包括荧光粉段和镂空段；所述荧光粉段为金属基板或反射性基板，所述镂空段为透射性基板。
进一步的，所述荧光轮的基板双面镀有金属反射膜，如金膜、银膜、铝膜等。
进一步的，所述电流驱动装置对应各色段的输出电流为直流或脉冲驱动。
本发明的有益效果是：本发明在荧光轮系统中引入了红色荧光粉涂层，有效提高了输出画面的色域及亮度；通过荧光轮、激光光源模组及电流驱动装置的匹配，激光照射不同荧光轮色段电流驱动装置输出不同的电流，避免了照射红光荧光粉采用高功率激光的情况，提高了整体激光显示装置的白光光通量及实现画面广色域；同时，随着产品使用时间延长，电流驱动装置可实时微调整不同颜色荧光粉层驱动电流，有效解决激光显示产品使用后期光偏色问题，提高产品稳定性及使用寿命，改善激光显示光度学参数随时间的稳定性问题。因此，通过本发明可有效避免投影产品后期的维护及器件更换费用，降低荧光轮系统的生产成本，从而降低投影设备的生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中不同电流驱动下黄色荧光粉发光效能示意图；
图3为本发明实施例中不同电流驱动下绿色荧光粉发光效能示意图；
图4为本发明实施例中不同电流驱动下红色荧光粉发光效能示意图；
图5为本发明实施例中黄色及绿色荧光粉随时间比变化的光转换效率示意图；
图6为本发明实施例中红色荧光粉随时间比变化的光转换效率示意图；
图中编号：101为电流驱动装置，102为激光光源模组，103为合光镜，104为光学准直部件，105为荧光轮，106为光学镜片，Ia、Ib、Ic、Id、Ie、If分别为不同电流电流值，且Ia<Ib<Ic<Id<Ie<If。
具体实施方式
实施例通过在荧光轮上同时涂覆黄、绿、红三色荧光粉层色段，采用实时调节蓝色激光光源模组照射在荧光色轮不同颜色材料荧光粉层的驱动电流，解决了激光显示产品使用后期光偏色问题。
参见图1，本实施例包括：电流驱动装置101、激光光源模组102、荧光轮105、合光镜103、装配于所述荧光轮105前方的光学镜片106，以及至少一个光学准直部件104。其中，所述荧光轮105作为系统的颜色转换装置，包括基板和环形涂敷于所述基板上的荧光粉层；所述光学镜片106用于会聚所述荧光粉层受激后产生的光线；所述光学准直部件104用于准直会聚透过所述光学镜片106的光线。
本发明采用的激光激发荧光粉实验，激光光源模组激光数量一定，在确定红、绿、黄三色荧光粉材料及荧光粉与胶体的混合比前提下，通过设置不同的激光光源输出电流值，获取不同颜色荧光粉的光通量输出值。图2所示为不同电流下的黄色荧光粉受激光光源激发获取的归一化亮度曲线示意图；图3所示为不同电流下的绿色荧光粉受激光光源激发获取的归一化亮度曲线示意图；图4所示为不同电流下的红色荧光粉受激光光源激发获取的归一化亮度曲线示意图。
从图2-4中可以看出，黄、绿、红荧光粉获取最大亮度输出时，对应的电流值有较大差异，因此，对应不同颜色荧光粉设置不同电流值输入。实施例通过获取不同颜色单粉荧光轮，在特定电流输出下积分获取单粉色轮指定颜色的输出的光亮度值。通过获取红绿蓝黄四色光亮度值，设计荧光轮不同颜色色段比例，得到指定色温的白平衡值，荧光轮分段及计算方法已较成熟，此处不再赘述。
图5所示为本发明荧光轮周期性运动时，YAG铝酸盐黄色及绿色荧光粉随在定值驱动电流激励下，随使用时间不同激励光源激发荧光粉的光转换效率的变化。激励光源包括激光和LED等，本实验以激光为例，但实际应用中不局限于此。
图6所示为本发明荧光轮周期性运动时，红色荧光粉在某一定值驱动电流激励下，随使用时间不同的激励光源激发荧光粉的光转换效率的变化。激励光源模组包括激光和LED等，本实验以激光为例，但实际应用中不局限于此。
进一步的，由图5、图6对比发现激光光源激发荧光粉技术随着使用时间累积，激光光源照射荧光粉导致的荧光粉淬灭是不可恢复的，同时黄绿荧光粉与红色荧光粉热效应差异明显，导致使用后期黄绿荧光粉与红色荧光粉光衰减曲线趋势差异较大，使用后期红色荧光粉激发光输出亮度与红光初始亮度比值小于黄色荧光粉及绿色荧光粉发出的黄绿光与初始值比值，导致使用后期RGB三基色中，红光减小，输出白场画面色温升高，白场色坐标偏离初始值，输出成像画面色温及色坐标与最初设计完成的光度学参数有差异，产生偏色及色漂移，严重影响使用和观看效果。
针对图5、图6所示的输出光亮度与时间的变化关系，红色荧光粉受激光光源光衰严重，在实施例中，电流驱动装置101获取稳定白平衡色温及色坐标情况下，通过获取系统初始白场中红、绿、蓝三原色光通量比例值，从而确定最初激发红、黄、绿荧光粉层的电流比例值，在产品使用后期白场画面色温及色坐标发生变化情况下，测试光衰后期红光光通量值，并调节激发红荧光粉致红光光饱和的电流临界值，并按照前面确定的电流比例值调节激发黄、绿荧光粉的电流值，获得输出光斑最初的色温及白平衡。
市面上产品针对产品使用后期出现的偏色问题采用直接更换荧光轮105方案。本发明可通过微调激光光源模组102各个颜色的驱动电流值，可有效改善画面偏色问题，从而可以降低荧光轮系统的生产成本，进一步降低激光显示系统设备的生产成本。
应当注意的是，以上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，或直接或间接运用其他相关部件对本发明所描述的元件进行等同之替换或修改，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.激光显示系统，包括激光光源模组(102)、荧光轮(105)、合光镜(103)以及位于合光镜后端的光学镜片(106)；所述荧光轮(105)包括基板和环形涂敷于所述基板上不同色段的荧光粉层；其特征在于，还包括电流驱动装置(101)，所述电流驱动装置(101)与激光光源模组(102)连接，当激光光源模组(102)发射的激光照射在荧光轮(105)上不同色段的荧光粉时，所述电流驱动装置(101)向激光光源模组(102)输出对应各色段荧光粉层的电流值；
所述荧光粉层的色段包括红、黄、绿荧光粉色段，激光光源模组(102)发出的激光为蓝光；所述电流驱动装置(101)还用于获取系统初始白场画面中红、绿、蓝三原色的光通量比例值，确定最初激发红、黄、绿荧光粉层的电流比例值，当白场画面色温及色坐标发生变化时，调节激发红荧光粉致红光光饱和的电流临界值，并按照所确定的电流比例值调节激发黄、绿荧光粉的电流值，达到输出光斑最初的色温及白平衡。
2.如权利要求1所述的激光显示系统，其特征在于，在所述荧光轮(105)前方还装配有至少一个光学准直部件(104)。
3.如权利要求2所述的激光显示系统，其特征在于，所述光学准直部件(104)为凸透镜结构或者月牙镜结构或者非球面镜，其材质为玻璃或塑料。
4.如权利要求2所述的激光显示系统，其特征在于，所述光学镜片(106)为凸透镜结构或者月牙镜结构或者非球面镜，其材质为玻璃或塑料。
5.如权利要求2所述的激光显示系统，其特征在于，所述荧光轮(105)的基板包括荧光粉段和镂空段；所述荧光粉段为金属基板或反射性基板，所述镂空段为透射性基板。
6.如权利要求5所述的激光显示系统，其特征在于，所述荧光轮(105)的基板双面镀有金属反射膜。
7.如权利要求2所述的激光显示系统，其特征在于，所述电流驱动装置(101)对应各色段的输出电流为直流或脉冲驱动。
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