CN111856862B - 光源系统及显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光源系统及显示设备，所述光源系统包括：阵列光源，包括X个可独立调节亮度的第一发光体和Y个可独立调节亮度的第二发光体，每个第一发光体用于发出一束或多束第一光，当至少一个第一发光体的最大发光功率小于等于预设衰减阈值时，所述第二发光体中的至少一个取代最大发光功率小于预设衰减阈值的第一发光体发出第一光；以及光路切换装置，用于调节所述第一光的传播方向，使所述第一光经光路调整后成为第二光并被引导至预设照明区域中。在第一发光体中的某个或某几个出现故障或老化后，第二发光体可取代故障或老化的第一发光体发出第一光以维持整个阵列光源的正常工作，有利于提升阵列光源的寿命。

Description

光源系统及显示设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光源系统及显示设备。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
在显示技术领域，通常采用光源阵列作为投影设备光源，每个光源负责一个区域的照明，在投影显示时，根据画面各个区域的峰值亮度来动态控制光源的发光强度，以实现高对比度显示，但是在一幅画面中，通常会中间区域图像的灰度值较高，周围区域图像的灰度值较低，从而使负责中间分区照明的光源的亮度较高，负责周围分区照明的光源的亮度较低，在一段时间后，中间分区的光源的亮度衰减较大，当其亮度衰减到最初的80％时，整个光源阵列即需要进行更换，没有充分利用光源阵列的整体寿命。在某个或某几个光源出现问题后，投影画面会出现暗区，整个投影系统需要停止放映进行光源维护。当蓝激光器阵列不同分区的激光器中心波长相差3nm时，其蓝场的色差就会被普通观众觉察。如果中间光源与周围光源的老化程度不一致，容易引起人眼能觉察的色差。
发明内容
本发明第一方面提供一种光源系统，包括：
阵列光源，包括X个可独立调节亮度的第一发光体和Y个可独立调节亮度的第二发光体，每个第一发光体用于发出一束或多束第一光，当至少一个第一发光体的最大发光功率小于等于预设衰减阈值时，所述第二发光体中的至少一个取代最大发光功率小于预设衰减阈值的第一发光体发出第一光；以及
光路切换装置，用于调节所述第一光的传播方向，使所述第一光经光路调整后成为第二光并被引导至预设照明区域中。
本发明第二方面提供一种显示设备，所述显示设备包括上述光源系统。
本发明实施例提供的光源系统及显示设备通过增加第二发光体用于冗余备份，保证在第一发光体中的某个或某几个出现故障或老化后，第二发光体可取代故障或老化的第一发光体发出第一光以维持整个阵列光源的正常工作，有利于提升阵列光源的寿命，降低第一发光体老化后发光不一致导致的色差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的显示设备的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的光路切换装置的入光口与出光口的光路映射关系示意图。
图3为本发明实施例提供的光路切换装置的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的光路切换装置在另一变更实施例中的结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002046744710000021
Figure BDA0002046744710000031
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1，为本发明优选实施例提供的显示设备10的结构示意图。显示设备10可以为影院投影机、激光电视、商教投影机及微型投影仪中的一种。本发明实施例中以投影设备为例进行说明，可以理解的是，显示设备10还可以是上述提到的其他设备。
显示设备10包括光源系统100、光调制装置600及镜头装置700。本发明实施例中提供的光源系统100用于发出预调制后的第三光，光调制装置600用于对光源系统100出射的第三光进行二次调制得到图像光，图像光自镜头装置700出射形成显示图像。
光源系统100包括阵列光源110、光路切换装置120、波长转换装置140及控制装置160，阵列光源110、光路切换装置120及光调制装置600分别与控制装置160电连接。
其中，阵列光源110包括X个可独立调节亮度的第一发光体111和Y个可独立调节亮度的第二发光体112，第一发光体111和第二发光体112皆用于发出第一光。光路切换装置120用于调节阵列光源110发出的第一光的传播方向，使每束第一光经光路调整后成为第二光并分别被引导至预设照明区域中的一个子区域。所述预设照明区域设置于波长转换装置140上，波长转换装置140用于将光路切换装置120出射的第二光进行波长转换并得到第三光。控制装置160用于控制光路切换装置120以预设帧率将所述阵列光源110发出的第一光分别引导至预设照明区域中与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的子区域。
具体地，阵列光源110为激光光源，在其他实施例中阵列光源110还可为激光荧光粉光源、灯泡光源、发光二极管光源等。本实施例中阵列光源110为蓝色光源，发出蓝色第一光。可以理解的是，阵列光源110不限于蓝色光源，阵列光源110也可以是紫色光源、橙色光源、黄色光源、红色光源或绿色光源等。本实施例中，第一发光体111和第二发光体112均为蓝色激光器，用于发出蓝色激光作为第一光。每个第一发光体111和每个第二发光体112可发出一束或多束第一光。由于一般地显示画面呈长方形，故X个第一发光体111呈m*n矩阵排布，可以理解的是，X个第一发光体111还可以呈其他形状的阵列排布。第二发光体112用于当至少一个第一发光体111的最大发光功率小于等于预设衰减阈值时，第二发光体中的至少一个取代最大发光功率小于预设衰减阈值的第一发光体发出第一光。在一种实施例中，控制装置160可确定最大发光功率小于预设衰减阈值的第一发光体111并切断相应的第一发光体111的驱动电流。可以理解的是，阵列光源110中具体第一发光体111和第二发光体112的数量可以依据实际需要进行选择。
本实施例通过在阵列光源110中增加第二发光体112用于冗余备份，保证在第一发光体111中的某个或某几个出现故障或老化后，第二发光体112能够取代故障或老化的第一发光体111以维持整个阵列光源110的正常工作，此有利于提升阵列光源110的整体寿命，降低第一发光体111老化后发光不一致导致的色差。此外，在一个或多个第一发光体111出现故障后，由于有第二发光体112作为冗余备份，因此投影画面不会出现明显暗区，不需要将整个投影系统即时停止放映进行光源维修。
波长转换装置140表面包括用于接收光路切换装置120出射的第二光的预设照明区域，预设照明区域包括Z个子区域，Z个子区域呈阵列排布，本实施例中第一发光体111的数量X大于等于所述子区域的数量Z，使得在连续的多个图像帧期间不同的第一发光体111可依次负责一个子区域的照明且每个第一发光体111可依次负责不同子区域的照明。在其它实施例中第一发光体111的数量X可小于所述子区域的数量Z。波长转换装置140表面还设置有用于将第二光进行波长转换的转换区域，所述预设照明区域位于第二光光路上的所述转换区域内，所述转换区域时刻位于第二光的光路上。波长转换装置140表面的所述转换区域设置有波长转换材料。在第二光的激发下，所述波长转换材料将第二光进行波长转换得到第三光。
本实施例不限定波长转换装置140的具体形式。在一种实施例中，波长转换装置140为固定式荧光片，所述预设照明区域在荧光片上的位置是固定的。荧光片表面设置有黄色荧光粉或黄色荧光粉与蓝色荧光粉的组合，或者其他波长转换材料。在另一种实施例中，波长转换装置140为色轮组件，由于第二光在色轮组件表面形成的光斑相对于色轮组件上一固定点的相对位置是时刻变化的，从而所述预设照明区域在色轮表面的位置随着色轮组件的周期性运动而时刻变化。色轮组件表面设置有波长转换材料，色轮组件在其驱动单元的驱动下周期性运动，优选地，色轮组件设置有滤光单元，波长转换材料出射的第三光经过滤光单元的滤光后出射。色轮组件可为反射式色轮或透射式色轮。
控制装置160还用于根据每帧待显示图像的图像数据计算每个子区域的峰值亮度以控制与每个子区域在当前图像帧所对应的发光体的发光功率，如此可提高光源的利用率。
如图2所示，在一种实施例中，光路切换装置120包括多个入光口121a和多个出光口121b，控制装置160以预设帧率控制自一个入光口121a入射的第一光自与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的出光口121b出射为第二光，使得在连续的多个图像帧期间不同的入光口入射的第一光可依次从不同出光口出射。预设帧率具有频率单位，预设帧率与每个图像帧周期的乘积为1，在其它实施例中，预设帧率还可与多个图像帧周期的乘积为1。本实施例中，所述入光口121a的数量大于等于所述出光口121b的数量。在其它实施例中，所述入光口121a的数量可小于所述出光口121b的数量。
本实施例中，每个图像帧期间包括Z个预设时段，在每个图像帧期间控制装置160通过光路切换装置120在每个预设时段控制每个第一发光体111(或每个取代第一发光体111发出第一光的第二发光体112)发出的第一光照射至与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的子区域，以每个第一发光体111或每个第二发光体112发出一束第一光为例进行说明，每束第一光分别入射至光路切换装置120的一个入光口121a。阵列光源110包括编号为0～(Z-1)的Z个发出第一光的第一发光体111(或包括部分取代第一发光体111发出第一光的第二发光体112)，预设照明区域包括编号为0～(Z-1)的Z个子区域，每束第一光负责一个子区域的照明。在每个图像帧的第1个预设时段中，控制装置160控制光路切换装置120将第i个第一发光体111或第二发光体112发出的第一光引导至第i个子区域，其中0≤i＜(Z-1)；在每个图像帧的第k个预设时段中，控制装置160控制光路切换装置120将第i个第一发光体111或第二发光体112发出的第一光引导至第(i+k)mod N个子区域中，其中0≤k＜Z，在每个预设时段中，每个第一发光体111或第二发光体112对应的子区域与i+k对N的余数有关。在一种实施例中，每帧待显示图像包括多个像素单元，所述阵列光源中一个第一发光体或第二发光体负责一个或多个像素单元的照明，所述待显示图像中处于中间区域的每个像素单元在每帧图像中由不同的第一发光体或第二发光体负责照明。在一种实施例中，所述待显示图像中处于中间区域的每个像素单元在每帧图像中由不同的第一发光体或第二发光体负责照明。如此有利于避免负责高亮子区域的第一发光体111长时间处于高亮度状态出现的的亮度衰减较大的现象。每个第一发光体111或第二发光体112轮循着负责各个子分区的照明，有利于整个阵列光源110中每个第一发光体111或第二发光体112的亮度衰减速度(老化)保持相对一致，降低了由于一个或多个第一发光体111损坏而导致出现显示坏点的几率。
本发明实施例中的图像中间区域指的是，将待显示图像以显示区域的中心为原点等比例缩放至40％-80％面积的区域。
请参阅图3，本实施例中，光路切换装置120包括相互平行设置的第一反射元件122与第二反射元件124，其中第一反射元件122与入射的第一光呈45度角。第一反射元件122与第二反射元件124分别包括阵列排布的多个第一微反射镜122a及多个第二微反射镜124a，在本实施例中，第一反射元件122中的第一微反射镜122a的数量大于等于第二反射元件124中的第二微反射镜124a的数量。在其他实施例中，第一微反射镜122a的数量可小于第二微反射镜124a的数量。控制装置160通过控制第一微反射镜122a和第二微反射镜124a的偏转以改变第一光分别与第一微反射镜122a和第二微反射镜124a的入射角度，从而将每个第一发光体111或第二发光体112发出的第一光分别引导至预设照明区域中与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的子区域。在控制装置160的控制下，每个第一发光体111或第二发光体112发出的第一光依次经过至少一个第一微反射镜122a及至少一个第二微反射镜124a的反射后出射为第二光。在本实施例中，每个第一发光体111和每个第二发光体112为蓝色激光器，由于每个激光器发出的第一光为光束直径较窄的平行光，第一光经过第一微反射镜122a及第二微反射镜124a的反射后，光束直径及光束发散角不变，从而可以保证光路切换装置120出射的每束第二光照射至预设照明区域的一子区域中。
在一种实施例中，第一微反射镜122a及第二微反射镜124a均为双轴可控反射镜，即第一微反射镜122a与第二微反射镜124a能够在第一方向及第二方向上升降、旋转或移动，其中，第一方向与第二方向相互垂直，使得光路切换装置120能够对入射的每束第一光进行光路调整以使每束出射的第二光能够照射至不同的子区域中。在另一种实施例中，第一微反射镜122a及第二微反射镜124a均为三轴可控反射镜，即第一微反射镜122a与第二微反射镜124a能够在三维空间中升降、旋转或移动。每个图像帧期间控制装置160根据待显示图像的图像数据控制每个第一微反射镜122a和每个第二微反射镜124a的偏转方向，比如，在上一图像帧中，第j个第一微反射镜122a出射的光线照射至第j个第二微反射镜124a；在当前图像帧期间，第j个第一微反射镜122a出射的光线照射至第j+1个第二微反射镜124a……以此类推。
请参阅图4，在另一种变更的实施例中，光路切换装置120包括第一旋转多面体126和第二旋转多面体128，其中第一旋转多面体126的一个或多个侧面上阵列分布有多个第一反射镜126a，第二旋转多面体128的一个或多个侧面上阵列分布有多个第二反射镜128a。本实施例中，第一旋转多面体126和第二旋转多面体128均具有六个侧面，第一旋转多面体126的每个侧面上均阵列分布有多个第一反射镜126a，第二旋转多面体128的每个侧面上均阵列分布有多个第二反射镜128a，第一旋转多面体126和第二旋转多面体128围绕垂直于除所述侧面外的两个底面的几何中心轴沿相反方向旋转(第一旋转多面体126沿顺时针方向旋转、第二旋转多面体128沿逆时针方向旋转或第一旋转多面体126沿逆时针方向旋转、第二旋转多面体128沿顺时针方向旋转)。控制装置160通过控制第一旋转多面体126和第二旋转多面体128的旋转以改变第一光与第一旋转多面体126和第二旋转多面体128的入射角度。具体地，例如，当前图像帧包括Z个预设时段，每个预设时段期间第一旋转多面体126和第二旋转多面体128正好围绕中心轴以相同速度沿相反方向旋转60度，通过第一旋转多面体126和第二旋转多面体128的旋转时序地改变每个预设时段入射的每束第一光与所入射的第一旋转多面体126和第二旋转多面体128的侧面的夹角，以调整每束第一光的光路从而使出射的第二光分别引导至所述预设照明区域中与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的子区域。
光路切换装置120将阵列光源110中每个第一发光体111或每个第二发光体112发出的第一光经光路调整后出射为第二光，第二光经过中继器件后成像至波长转换装置140表面的预设照明区域的每个子区域，激发出第三光形成具有特定亮度分布的第三光光场。
光调制装置600用于对光源系统100出射的第三光进行二次调制得到图像光。控制装置160根据待显示图像的图像数据以及光调制装置600表面接收到的预调制后的第三光的光照度分布，控制光调制装置600对第三光进行调制。具体地，光调制装置600的一些示例是数字微反射镜(Digital Micro-mirror Device，DMD)、硅基液晶(Liquid Crystal onSilicon，LCOS)、液晶面板(Liquid Crystal Display，LCD)等。
由于波长转换装置140中的荧光的扩散特性，第三光光场为有部分交叠的光斑阵列，可选地，可利用准直器件对第三光进行准直后在光调制装置600上形成具有亮暗分布且平滑过渡的第三光光场。第三光经过光调制装置600的二次调制后通过镜头装置700投射到屏幕上得到显示图像。
另外，本发明实施例中显示设备10还包括本领域公知的引导元件，如中继器件、准直器件等，在此不一一举例。
本发明实施例提供的光源系统100及显示设备10，通过在阵列光源110中增加第二发光体112用于冗余备份，保证在第一发光体111中的某个或某几个出现故障或老化后，第二发光体112取代故障或老化的第一发光体111发出第一光以维持整个阵列光源110的正常工作，有利于提升阵列光源110的寿命；第一发光体111(或取代第一发光体111发出第一光的第二发光体112)在不同图像帧期间轮流负责每个子区域的照明，避免了某个或多个第一发光体111(或取代第一发光体111发出第一光的第二发光体112)长期负责高亮度子区域的照明更快出现亮度衰减，使得各个第一发光体111(或取代第一发光体111发出第一光的第二发光体112)的负荷保持相对一致，有利于降低由于个别第一发光体111损坏而导致出现显示坏点的几率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：
阵列光源，包括X个可独立调节亮度的第一发光体和Y个可独立调节亮度的第二发光体，每个第一发光体用于发出一束或多束第一光，当至少一个第一发光体的最大发光功率小于等于预设衰减阈值时，所述第二发光体中的至少一个取代最大发光功率小于预设衰减阈值的第一发光体发出第一光；以及
光路切换装置，用于调节所述第一光的传播方向，使每一所述第一光经光路调整后成为第二光并分別被引导至预设照明区域中；
其中，所述光源系统还包括用于将所述光路切换装置出射的第二光进行波长转换得到第三光的波长转换装置，所述预设照明区域设置于所述波长转换装置的表面上且位于所述第二光的光路上。
2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述光源系统还包括控制装置，用于控制所述光路切换装置以预设帧率将所述阵列光源发出的第一光分别引导至预设照明区域中的多个子区域中。
3.如权利要求1或2所述的光源系统，其特征在于，每帧待显示图像包括多个像素单元，所述阵列光源中一个第一发光体或第二发光体负责一个或多个像素单元的照明，所述待显示图像中处于中间区域的每个像素单元在每帧图像中由不同的第一发光体或第二发光体负责照明。
4.如权利要求1或2所述的光源系统，其特征在于，所述光路切换装置包括多个入光口和多个出光口，所述控制装置控制每个入光口入射的所述第一光从与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的出光口出射为第二光。
5.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述光路切换装置包括第一反射元件和第二反射元件，所述第一反射元件和所述第二反射元件分别包括阵列排布的多个第一微反射镜和多个第二微反射镜，所述控制装置通过控制所述第一微反射镜和所述第二微反射镜的偏转以改变所述第一光与所述第一微反射镜和所述第二微反射镜的入射角度，从而将所述第一光分别引导至所述预设照明区域中与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的子区域。
6.如权利要求5所述的光源系统，其特征在于，所述第一微反射镜和所述第二微反射镜为双轴可控反射镜或三轴可控反射镜。
7.如权利要求4所述的光源系统，其特征在于，所述光路切换装置包括第一旋转多面体和第二旋转多面体，所述第一旋转多面体和所述第二旋转多面体的一个或多个侧面上分别包括阵列分布的多个第一反射镜和多个第二反射镜，所述控制装置通过控制所述第一旋转多面体和第二旋转多面体的旋转以改变所述第一光与所述第一旋转多面体和所述第二旋转多面体的入射角度，从而将所述第一光分别引导至所述预设照明区域中与当前图像帧的上一个或多个图像帧不同的子区域。
8.如权利要求2所述的光源系统，其特征在于，所述控制装置还用于根据每帧待显示图像的图像数据计算每个所述子区域的峰值亮度以控制负责每个所述子区域的照明的所述第一发光体或所述第二发光体的发光功率。
9.如权利要求1或2所述的光源系统，其特征在于，所述第一发光体和所述第二发光体均为激光器。
10.一种显示设备，其特征在于，所述显示设备包括如权利要求1-9任意一项所述的光源系统。
11.如权利要求10所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备还包括光调制装置，用于根据待显示图像的图像数据对波长转换装置出射的第三光进行二次调制。
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