CN203204288U - 一种半导体照明光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及投影机显示领域，更具体地，涉及一种半导体照明光源。其包括两个LED光源，还包括由荧光体和激光辐射源组成的激光光源，荧光体在激光辐射源的轰击下辐射光线，荧光体辐射的光和两个LED光源发出的光束通过合光系统合光。本实用新型采用激光辐射源轰击荧光体辐射的光与两个LED光源发出的光束相结合的实现方式，很好地利用了荧光体的优点和LED光源的优点，不但克服了LED光源光能利用率低的问题以及激光光源干涉造成的散斑问题，还克服了因荧光粉辐射使光饱和度下降，导致投影机颜色再现效果差的缺陷，从而提高了光效，去除了散斑问题，还保证了投影机颜色的饱和度，实现较好的颜色再现。

Description

一种半导体照明光源

技术领域

本实用新型涉及投影机显示领域，更具体地，涉及一种半导体照明光源。

背景技术

近年来，固态光源的投影机方兴未艾，发展非常迅速。目前应用较为广泛的固态光源包括LED（发光二极管）光源和激光光源，采用红（R）、绿（G）、蓝（B）三色LED光源或激光，通过二向色镜（不同光谱的光束合光镜）将红绿蓝三色光合成，再汇聚到投影机光学系统中。常用的纯LED光照明装置如图1和2所示，其中图2所使用的是一字型合光系统，图2所使用的是X型合光系统，这种X型合光系统因为红绿蓝三光束路程相等，可以实现更佳的合光效率，而且结构更加紧凑。图1和2中所标示是LED光源，激光光源所构成的照明装置同理，其还有一种结构是由光纤将各色激光束耦合在一起。

虽然LED（发光二极管）光源和激光光源应用非常广泛，但是两者都存在很多的不足：

虽然LED光源具有寿命长、饱和度高等优点，但由于LED光源属于泛光照明光源，光源的发光面积比较大，要将光能量会聚到投影光学系统中有一定的难度，造成光能利用效率较低，投影机输出光通量小等问题。

虽然激光光源容易会聚，可以提高投影机亮度输出，现在已经有数万流明的投影机出现，但激光光源成本比较高，而且还存在激光干涉造成的散斑问题，降低成像品质，影响实际的应用。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种能够提高光效的半导体照明光源。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种半导体照明光源，包括两个LED光源，还包括由荧光体和激光辐射源组成的激光光源，荧光体在激光辐射源的轰击下辐射光线，荧光体辐射的光和两个LED光源发出的光束通过合光系统合光。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型采用激光辐射源轰击荧光体辐射的光与两个LED光源发出的光束相结合的实现方式，很好地利用了荧光体的优点和LED光源的优点，不但克服了LED光源光能利用率低的问题以及激光光源干涉造成的散斑问题，还克服了因荧光粉辐射使光饱和度下降，导致投影机颜色再现效果差的缺陷，从而提高了光效，去除了散斑问题，还保证了投影机颜色的饱和度，实现较好的颜色再现。

附图说明

图1为现有技术中纯LED光照明装置采用一字型合光系统合光的结构示意图。

图2为现有技术中纯LED光照明装置采用X形合光系统合光的结构示意图。

图3为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例2的结构示意图。

图4为本实用新型中具体实施例2中在激光光源前设置校正透镜的结构示意图。

图5为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例2的结构示意图。

图6为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例2的结构示意图。

图7为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例3的结构示意图。

图8为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例3的结构示意图。

图9为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例4的结构示意图。

图10为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例4的结构示意图。

图11为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例4的结构示意图。

图12为本实用新型中一种半导体照明光源具体实施例4的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；

为了更好说明本实用新型的具体实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

现有技术中，如图1和2所示，一般采用三个LED光源11，通过一字型或者X型合光系统12后再经后续聚光透镜组13的汇聚送至投影机后续光学系统18。由于LED光源发光面积大，光能量汇聚有难度，导致光能利用率低，投影机输出光通量小。图1和图2中的LED光源11也可以采用激光光源，但是激光光源成本较高，而且存在激光干涉造成的散斑问题，降低成像品质，影响实际的应用。

而本实用新型采用LED光源、激光辐射源和荧光体相结合的照明方式，能够很好地利用了荧光体辐射光的优点和LED光源的优点，不但提高了光效，去除了光斑，还保证了投影机颜色的饱和度，实现较好的颜色再现。具体实施方式如下各实施例所示。

实施例1

一种半导体照明光源，包括两个LED光源，还包括由荧光体和激光辐射源组成的激光光源，荧光体在激光辐射源的轰击下辐射光线，荧光体辐射的光和两个LED光源发出的光束通过合光系统合光。

据此，本具体实施例的技术方案为：激光辐射源发出的光束入射至荧光体上从而对荧光体进行轰击使其辐射出光线，荧光体辐射的光线与两个LED光源发出的光线通过合光系统实现合光，从而为投影机后续光学系统提供照明光源。在本具体实施例中，很好地利用了荧光体辐射光的优点和LED光源的优点，不但提高了光效，去除了光斑，还保证了投影机颜色的饱和度，实现较好的颜色再现。

在具体实施过程中，荧光体辐射的光和两个LED光源发出的光束形成红色、绿色和蓝色三种颜色光线，当荧光体辐射的光为红色，则两个LED光源中一个即为绿色光，另一个即为蓝色光；当荧光体辐射的光为绿光，则两个LED光源中一个即为红色光，另一个即为蓝色光；当荧光体辐射的光为蓝光，则两个LED光源中一个即为红色光，另一个即为绿色光。

为了提高荧光体的稳定性和寿命，在具体实施过程中，荧光体可以采用一涂有荧光粉并具备散热功能的结构体实现，该结构体既能够对荧光粉进行固定又能够对荧光粉进行散热。

在一种优选实施方式中，该结构体为涂有荧光粉的转轮，荧光粉固定在转轮上，通过转轮对荧光粉进行固定并通过转轮的转动对荧光粉进行散热。在一种优选的方式中，转轮可以由散热良好的金属材料制作，并具有较高的光学反射率，以使荧光粉辐射的光能向合光方向反射。在此实施方式中，由于转轮转动的目的是为了散热，与投影机的成像无关，因此，转轮的转动无需与投影机电子系统同步，该转轮只要以一定的速度转动即可，转速的大小由散热需要决定。

在另一实施方式中，在散热足够的情况下，该结构体可以直接采用涂有荧光粉的具有良好散热功能的金属板上，如铜板。

为了保证荧光粉能够稳定固定在结构体上，还可以在荧光粉表面设置一透光玻璃，荧光粉位于在结构体和透光玻璃之间。

在具体实施过程中，为了使激光辐射源发出的光束能够很好地到达荧光体上并对荧光体进行轰击，荧光体和激光辐射源之间可以通过设置激光分光反光镜来对光线进行反射或者透射。具体为：

荧光体和激光辐射源之间设置激光分光反光镜，该激光分光反光镜用于反射激光辐射源的光至荧光体上并透射荧光体辐射的光或者该激光分光反光镜用于透射激光辐射源的光至荧光体上并反射荧光体辐射的光。

在具体实施过程中，激光辐射源可以采用单个激光辐射体也可以采用阵列式激光辐射体，其中阵列式激光辐射体产生的激光束互相平行地投射出来，然后汇聚于荧光体上。

在具体实施过程中，为了使得合光系统对激光光束和荧光粉辐射的光束能够实现很好得实现合光，本具体实施例可以对激光辐射源发出的光束进行预先校正，具体为：

在激光辐射源前设有用于对激光辐射源发出的光束进行校正的校正透镜。校正透镜能够对激光辐射源的光束进行校正，使其激光辐射源发出的光束能够很好地到达荧光体上。

在具体实施过程中，为了更好地对各光源发出的光束更好地适应投影机后续光学系统，荧光体和两个LED光源前均可以设置聚光透镜组，在各光源的光线进行合光前通过聚光透镜组对各光源光线进行调整。其中荧光体前的聚光透镜组与LED光源前的聚光透镜组相同或者不同。

实施例2

如图3所示，本实施例中在实施例1的基础上，将两个LED光源21相对设置，激光辐射源24和荧光体25设置在两个相对的LED光源21的一侧，合光系统22包括设置在两个LED光源21中间的以x形式设置的两个分光反光镜，荧光体25辐射的光和两个LED光源21发出的光束通过该以x形式设置的两个分光反光镜合光。

此外，如图3所示，荧光体25可以采用涂有荧光粉的具有良好散热功能的结构体，该结构体可以为转轮，也可以为其他具有良好散热功能的金属板；荧光体25对应的聚光透镜组252以及激光分光反光镜26依次设置在荧光体25前，该激光分光反光镜26反射激光辐射源24发出的光束并透射荧光体25辐射的光束至以x形式设置的两个分光反光镜上；两个LED光源21对应的聚光透镜组211分别设置在LED光源21前。

工作时，激光辐射源24发出的光束通过激光分光反光镜26的反射达到荧光体25上，荧光体25在激光的轰击下辐射出光线透过激光分光反光镜26到达以x形式设置的两个分光反光镜；同时，两个LED光源21发出的光束分别经过对应的聚光透镜组211汇聚后到达以x形式设置的两个分光反光镜处，与荧光体25辐射的光线实现合光，并经过后续聚光透镜组23汇聚后到达投影机后续光学系统28中。

在本实施例中，利用激光辐射源24和荧光体25形成的激光光源代替图1或2所示的一个LED光源，就能够克服纯LED光源光能利用率低的问题，而激光光源与LED光源结合，使得LED光源的存在克服了激光干涉造成的散斑问题。同时，本实施例还采用了x字形的合光系统，三种光源发出的光束路程相等，可以实现更佳的合光效果，而且使得结构更加紧凑。

如图4所示，在本实施例中，为了能够对激光辐射源24发出的光束进行预先校正，在图3的基础上，可以在激光辐射源24的前面设置校正透镜241。

在图3和图4中，荧光体25和激光辐射源24是相邻设置的，在另一种实现方式中，荧光体25和激光辐射源24可以相对设置，具体如图5所示。此时，设置在荧光体25和激光辐射源24之间的激光分光反光镜26位于荧光体25和激光辐射源24中间，此时该激光分光反光镜26用于透射激光辐射源24的光至荧光体25上并反射荧光体25辐射的光至合光系统22上。

在具体实施方式中，为了使得本发明的结构更加紧凑，节省成本，在荧光体25为涂有荧光粉的转轮时，转轮可以采用分光反光镜制作，通过调整荧光体25和激光辐射源24的位置，使得转轮和激光分光反光镜合二为一，简化结构的同时节省成本，具体为：

如图6所示，转轮为分光反光镜，该分光反光镜上涂有荧光粉251形成荧光体24。该分光反光镜用于透射激光辐射源24的光至荧光粉251上并反射荧光粉251辐射至合光系统22上。此时，激光辐射源24、校正透镜241、荧光粉251和荧光体25对应的聚光透镜组252依次设置在同一轴线上，激光辐射源24发出的光束透过分光反光镜达到分光反光镜的荧光粉251上，荧光粉251在激光的轰击下辐射出光线并在分光反光镜的反射下射向以x形式设置的两个分光反光镜的方向上，与LED光源21进行合光。

实施例3

为了使本发明的结构更加紧凑，节省成本，将激光分光反光镜和合光系统中的一个分光反光镜合二为一，使一个LED光源、激光辐射源和荧光体共用一分光反光镜，节省出一个分光反光镜，降低成本。具体为：

为了便于描述，将两个LED光源分为第一LED光源和第二LED光源。如图7所示，本实施例中在实施例1的基础上，合光系统包括以一字形设置的第一分光反光镜321和第二分光反光镜322，第一LED光源311与激光辐射源34相对设置，第一LED光源311和与激光辐射源34具有相同或相近的光波波长，第一分光反射镜321设置在第一LED光源311和激光辐射源34中间，荧光体35设置在第一LED光源311和激光辐射源34的一侧，第一LED光源311、激光辐射源34和荧光体35共用第一分光反光镜321，第一分光反光镜321反射第一LED光源的光束，也反射激光辐射源34的光束，透过从荧光体35辐射的光束。

此时，第二分光反光镜322可以设置在第一分光反光镜321的一侧，与第二分光反光镜321形成一字型，为了配合合光系统的设置，第二LED光源312和荧光体35可以分别设置在第一LED光源311与激光辐射源34的两侧。

第一LED光源311、第二LED光源312前均可以设置对应的聚光透镜组313进行光线汇聚，荧光体35前也可以设置对应的聚光透镜组352对光线进行汇聚；激光辐射源34前也可以设置校正透镜341进行光线的汇聚。本实施例的其他结构如实施例1所述，在此不再赘述。

在本实施例中，激光辐射源和第一LED光源为相同或相近的光波波段，如图7所示，可以将激光辐射源34选择为蓝色激光，第一LED光源也选择为蓝色光源，第二LED光源312选择为红色光源，荧光体35选择绿色光源。也可以如图8所示，将激光辐射源34选择为红色激光，第一LED光源也选择为红色光源，第二LED光源312选择为蓝色光源，荧光体35选择绿色光源。工作时，激光辐射源34发出的光线通过校正透镜341进行光线校正后再经过第一分光反光镜321反射后达到荧光体35上，荧光体35经过激光的轰击辐射出光线经过对应的聚光透镜组352进行光线汇聚再经过第一分光反光镜321的透射到达第二分光反光镜322上。与此同时，第一LED光源311发出的光线经过对应的聚光透镜组313进行光线汇聚后再经过第一分光反光镜321反射后到达第二分光反光镜322上，第二LED光源312发出的光线经过对应的聚光透镜组313进行光线汇聚后达到第二分光反光镜322上，如此，荧光体35辐射的光线以及两个LED光源的光线在第二分光反光镜322上实现合光，并经过后续聚光透镜组33进行光线汇聚后到达投影机后续光学系统38上。

实施例4

在实施例1的基础上，两个LED光源也可以相邻设置，具体为：

如图9所示，合光系统42包括以x形式设置的两个分光反光镜，两个LED光源41设置在两个分光反光镜的相邻侧面，荧光体45与两个LED光源41中的一个相对设置。

此时，荧光体45和激光辐射源44可以相邻设置，如图9所示，也可以相对设置，如图10所示。如图9所示，荧光体45和激光辐射源44相邻设置时，激光分光反光镜46反射激光辐射源44发出的光束并透射荧光体45辐射的光至以x形式设置的两个分光反光镜上。如图10所示，荧光体45和激光辐射源44相对设置时，激光分光反光镜46透射激光辐射源44发出的光束并反射荧光体45辐射的光至以x形式设置的两个分光反光镜上。

在具体实施过程中，荧光体45可以采用涂有荧光粉的具有良好散热功能的结构体。

本实施例中其余部件的结构参照实施例1，在此不再赘述。

在具体实施方式中，为了使得本发明的结构更加紧凑，节省成本，在荧光体45为涂有荧光粉451的转轮时，转轮可以采用分光反光镜制作，通过调整荧光体45和激光辐射源44的位置，使得转轮和激光分光反光镜合二为一，简化结构的同时节省成本。具体为：

如图11所示，转轮为分光反光镜，该分光反光镜上涂有荧光粉451形成荧光体44。该分光反光镜用于透射激光辐射源44的光至荧光粉451上并反射荧光粉451辐射至合光系统42上。此时，激光辐射源44、荧光体45和以x形式设置的两个分光反光镜421依次设置在同一轴线上，激光辐射源44发出的光束透过分光反光镜达到分光反光镜的荧光粉451上，荧光粉451在激光的轰击下辐射出光线并在分光反光镜的反射下射向以x形式设置的两个分光反光镜的方向上，与LED光源41进行合光。

在此实施例中，通过巧妙的设计，将激光分光反光镜与合光系统中的一个分光反光镜合二为一，使得产品结构更加紧凑，成本更低。

在具体实施过程中，激光辐射源44发出的光线在达到分光反光镜之前还可以改变光路，此时可以通过加上反光镜实现。如图12所示，在激光辐射源44和荧光体45之间设有反光镜49，相类似的变化此处不在赘述，但应当属于本实施例的保护范围。

在上述所有实施例中，所提到的分光反光镜是指反射一个波段的光辐射、透射另外一个波段的光辐射的光学器件，也被称为二向色镜。

在上述所有实施例中，附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体照明光源，包括两个LED光源，其特征在于，还包括由荧光体和激光辐射源组成的激光光源，荧光体在激光辐射源的轰击下辐射光线，荧光体辐射的光和两个LED光源发出的光束通过合光系统合光。

2.根据权利要求1所述的半导体照明光源，其特征在于，所述两个LED光源相对设置，激光辐射源和荧光体设置在两个相对的LED光源的一侧，所述合光系统包括设置在两个LED光源中间的以x形式设置的两个分光反光镜，荧光体辐射的光和两个LED光源发出的光束通过该以x形式设置的两个分光反光镜合光。

3.根据权利要求1所述的半导体照明光源，其特征在于，两个LED光源包括第一LED光源和第二LED光源，所述合光系统包括以一字形设置的第一分光反光镜和第二分光反光镜；第一LED光源与激光辐射源相对设置，第一分光反射镜设置在第一LED光源和激光辐射源中间，荧光体设置在第一LED光源和激光辐射源的一侧，第一LED光源、激光辐射源和荧光体共用第一分光反光镜。

4.根据权利要求1所述的半导体照明光源，其特征在于，所述合光系统包括以x形式设置的两个分光反光镜，两个LED光源设置在两个分光反光镜的相邻侧面，所述荧光体与两个LED光源中的一个相对设置。

5.根据权利要求1所述的半导体照明光源，其特征在于，所述荧光体为涂有荧光粉的结构体。

6.根据权利要求5所述的半导体照明光源，其特征在于，所述结构体为转轮。

7.根据权利要求2或4所述的半导体照明光源，其特征在于，荧光体为涂有荧光粉的转轮，该转轮为分光反光镜，该分光反光镜用于透射激光辐射源的光至荧光粉上并反射荧光粉辐射至合光系统上。

8.根据权利要求1至6任一项所述的半导体照明光源，其特征在于，所述荧光体和激光辐射源之间设置有激光分光反光镜，该激光分光反光镜用于反射激光辐射源的光至荧光体上并透射荧光体辐射的光或者该激光分光反光镜用于透射激光辐射源的光至荧光体上并反射荧光体辐射的光。

9.根据权利要求1至6任一项所述的半导体照明光源，其特征在于，所述荧光体和两个LED光源前均设置有聚光透镜组，其中荧光体前的聚光透镜组与LED光源前的聚光透镜组相同或者不同。

10.根据权利要求1至6任一项所述的半导体照明光源，其特征在于，所述激光辐射源前设置有用于对激光辐射源发出的光束进行校正的校正透镜。

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