專利名稱：一種用于固體光源投影機的彩色調制盤的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于固體光源投影機的彩色調制盤，以產生藍(B)、綠(G)、 紅(R)三基色光。
背景技術：
現(xiàn)用數(shù)字投影機多采用超高壓(UHP)汞燈作為光源，其功耗為100 300瓦，光效為60流明/瓦，因此能產生的亮度大于6000流明，但由于燈泡的最小弧長為1 1. 4mm,因此光能利用率僅20%左右，燈泡的平均壽命約3000小時。顯然，由于燈泡功耗大、壽命短， 因此極大地限制了其進入家庭的應用。發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)作為新一代節(jié)能環(huán)保的固體光源正在迅速推廣應用，它們的優(yōu)點一是光效高，如LED最新報道的實驗室測量結果為208流明/瓦，產業(yè)應用已達到160流明/瓦左右，且方向性好；二是功耗低，且使用小于24V的低壓電源，十分安全；三是壽命長，使用壽命可達10萬小時以上；四是光源體積小，適宜于在數(shù)碼相機、 手機中作為內置式袖珍投影機或與手提電腦、手機等配套作為外置式便攜投影機。目前全球主要投影機生產商都在開發(fā)用固體光源取代現(xiàn)用的UHP燈，特別是卡西歐、NEC、Sony和三星都已推出投影圖像亮度500 2000流明的固體光源數(shù)字投影機。隨著固體光源亮度的進一步提高，LED和LD光源逐漸取代現(xiàn)用的UHP燈已是不爭的事實。另一方面，LED和 LD還是發(fā)展袖珍投影機和便攜投影機的唯一可選用的光源。在LED和LD作為光源的數(shù)字投影機中，由于單個固體光源還存在著亮度不足的問題，因此藍、綠、紅三基色固體光源都必須采用多個LED或LD構成三組陣列光源才能滿足一定的亮度要求，這樣就帶來一個固體光源散熱困難和投影機體積增大、成本提高的問題， 特別是散熱問題是迄今使用固體光源碰到的一個難以愈越的技術關鍵，因此盡量減少使用固體光源的數(shù)量，緩解散熱的困難，減小投影機的體積和成本，不失為一種明智的選擇。本實用新型提出采用目前技術成熟的發(fā)光波長為460 470nm的藍光固體光源作為數(shù)字投影機光源，利用一個彩色調制盤來產生藍光、綠光、紅光三基色光。當彩色調制盤以一定的速度旋轉時，由于人眼的視覺殘留效應，就可以觀察到一幅無閃爍、運動物體無拖尾的彩色圖像。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種用于固體光源投影機的彩色調制盤，該彩色調制盤可產生藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光。本實用新型的構思是由于固體光源LED和LD相對于現(xiàn)用的數(shù)字投影機UHP光源具有節(jié)能環(huán)保、安全、壽命長等優(yōu)點，但迄今由于單個固體光源還存在著亮度不夠高的問題，因此藍、綠、紅三組三基色固體光源都必須采用多個LED或LD構成陣列才能滿足一定的亮度要求，這樣就帶來一個固體光源散熱困難和投影機體積增大、成本提高的問題，為此， 本實用新型提出采用目前技術最為成熟的發(fā)光波長為460 470nm的藍光固體光源陣列作為數(shù)字投影機的光源，利用一個彩色調制盤來產生藍光、綠光、紅光三基色光。彩色調制盤分為藍光區(qū)、綠光區(qū)、紅光區(qū)三部分。在藍光區(qū)，固體光源發(fā)出的藍光直接穿過彩色調制盤后得到所需的藍光；在綠光區(qū)，固體光源發(fā)出的藍光激發(fā)鍍在基板上的綠熒光粉層，綠熒光粉層發(fā)出的綠光穿過彩色調制盤后得到所需的綠光；在紅光區(qū)，固體光源發(fā)出的藍光激發(fā)鍍在基板上的紅熒光粉層，紅熒光粉層發(fā)出的紅光穿過彩色調制盤后得到所需的紅光。這樣就得到了藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光。當彩色調制盤旋轉時，就可以觀察到一幅無閃爍、運動物體無拖尾的彩色圖像。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的具體技術方案是在該用于固體光源投影機的彩色調制盤的中心設有固定孔，以便把彩色調制盤固定在馬達的轉軸上，且該盤沿其圓周方向劃分為藍光區(qū)、綠光區(qū)和紅光區(qū)，所述綠光區(qū)自入射面至出射面依次設有透藍紅光反綠光濾光片、綠熒光粉層、基板和透綠光反藍紅光濾光片，所述紅光區(qū)自入射面至出射面依次設有透藍綠光反紅光濾光片、紅熒光粉層、基板和透紅光反藍綠光濾光片，所述藍光區(qū)由基板構成。進一步地，本實用新型所述綠熒光粉層的成分為Sr3Si05:0. OlSCe3+,0. OlSLi+ ；所述紅熒光粉層的成分為0. 35Ba2+共摻Sr3SiO5 = O. 018Ce3+，0. 018Li+。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是(1)現(xiàn)有技術的LED和LD固體光源投影機中，由于單個固體光源還存在著亮度嚴重不足的問題，因此藍、綠、紅三基色固體光源都必須采用多個LED或LD構成三組陣列光源才能滿足一定的亮度要求，這樣就帶來一個固體光源散熱困難和體積增大、成本提高的問題；本實用新型僅采用目前技術成熟的發(fā)光波長為460 470nm的藍光固體光源作為數(shù)字投影機光源，利用一個彩色調制盤來產生藍光、綠光、紅光三基色光，較好地解決了散熱困難和體積增大、成本提高的問題。(2)現(xiàn)有技術采用UHP光源作為數(shù)字投影機光源，不僅功耗大、壽命短，而且體積大、安全性差；而本實用新型由于彩色調制盤可產生藍光、綠光、紅光三基色光，因此只需用節(jié)能環(huán)保的藍光LED或LD固體光源，使之取代現(xiàn)有技術使用的UHP光源成為現(xiàn)實，不僅如此，LED和LD還是發(fā)展袖珍投影機和便攜投影機唯一可選用的小型光源。(3)現(xiàn)有技術的LD固體光源投影機中，由于藍、綠、紅三組LD的激光相干性都很好，彩色圖像會產生耀眼的散斑，為此需要采取毛玻璃轉輪等技術來減輕或消除，因而一部分光能量被損失；本實用新型由于人眼敏感的綠、紅光都用藍光LED或LD激發(fā)熒光粉層來產生，所以觀察不到散斑。(4)現(xiàn)有技術的LED和LD固體光源投影機中，根據(jù)視覺函數(shù)，綠光固體光源的亮度要求遠比藍光、紅光高，但目前綠光固體光源的亮度卻比較低；而本實用新型通過采用綠光熒光粉層獲得較高亮度，無需使用綠光固體光源。(5)本實用新型提出的綠熒光粉層(即Sr3Si05:0. OlSCe3+,0. OlSLi+)和紅熒光粉層(0. 35Ba2+共摻Sr3Si05:0. OlSCe3+,0. OlSLi+)分別具有很好的綠光和紅光增強效果。

圖1是本實用新型的彩色調制盤用于固體光源投影機的示意圖；圖2是本實用新型的彩色調制盤的結構示意圖；[0017]圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是本實用新型的一種實施方式中綠熒光粉層和紅熒光粉層的發(fā)射光譜示意圖。
具體實施方式
作為本實用新型的具體實施例子，即固體光源投影機的示意圖如圖1所示。圖1 中，固體光源1 (LED或LD)作為投影機的照明光源，它的發(fā)射光波長為460-470nm的藍光； 本實用新型的彩色調制盤2用來產生藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光，其中藍光直接由固體光源1發(fā)出的波長為460-470nm的藍光得到，綠光由固體光源1發(fā)出的波長為460-470nm 的藍光激發(fā)綠熒光粉層得到，紅光由固體光源1發(fā)出的波長為460-470nm的藍光激發(fā)紅熒光粉層得到；當彩色調制盤2以每秒120轉的速度旋轉時，藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光依次通過光學系統(tǒng)3被準直入射在數(shù)字微鏡器件4 (Digital Micro-mirror Device (簡稱 DMD))上；藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光經過數(shù)字微鏡器件4調制后產生藍(B)、綠(G)、 紅(R)圖像信息，并由數(shù)字微鏡器件4反射后投射到投影物鏡5;最后，投影物鏡5將彩色圖像放大投射到屏幕6上。圖2是本實用新型的彩色調制盤的結構示意圖。彩色調制盤2包括藍光區(qū)21、綠光區(qū)22、紅光區(qū)23和固定孔M。固定孔M設于彩色調制盤2的中心，藍光區(qū)21、綠光區(qū) 22、紅光區(qū)23沿彩色調制盤2的圓周方向分布。圖3是圖2的A-A剖視圖。如圖3所示，藍光區(qū)21為單層結構，由基板25構成； 綠光區(qū)22和紅光區(qū)23均為多層結構，各層之間鍍制而成。其中，綠光區(qū)22自入射面至出射面依次設有透藍紅光反綠光濾光片27、綠熒光粉層沈、基板25和透綠光反藍紅光濾光片28，紅光區(qū)23自入射面至出射面依次設有透藍綠光反紅光濾光片27’、紅熒光粉層沈’、 基板25和透紅光反藍綠光濾光片觀’，藍光區(qū)21為彩色調制盤2的基板25本身，基板25 的材料通常可選用玻璃或塑料。藍光區(qū)21直接透射藍光固體光源1發(fā)出的波長為460 470nm的藍光。綠光區(qū)22由基板25上的綠熒光粉層沈、透藍紅光反綠光濾光片27和透綠光反藍紅光濾光片28組成；在綠光區(qū)22中，固體光源1發(fā)出的波長為460 470nm的藍光穿過透藍紅光反綠光濾光片27后入射到綠熒光粉層沈，綠熒光粉層沈被固體光源1發(fā)出的藍光激發(fā)后產生以綠為主的熒光；綠熒光粉層沈產生的以綠為主的熒光中，其中前向輻射熒光四直接穿過基板25后，入射到透綠光反藍紅光濾光片觀，該濾光片借助于反射阻攔藍紅光，而所需的綠光透過該濾光片，于是得到來自綠熒光粉層26前向輻射熒光四中的一部分綠光；而后向輻射熒光30中的藍紅光透過透藍紅光反綠光濾光片27，被該濾光片反射的綠光穿過綠熒光粉層沈后，再穿過基板25和透綠光反藍紅光濾光片觀，于是得到來自綠熒光粉層沈后向輻射熒光30中的另一部分綠光；來自綠熒光粉層沈前向輻射熒光四中的一部分綠光和來自綠熒光粉層26后向輻射熒光30中的另一部分綠光合成總的綠光。紅光區(qū)23由基板25上的紅熒光粉層沈’、透藍綠光反紅光濾光片27’和透紅光反藍綠光濾光片28’組成；在紅光區(qū)23中，固體光源1發(fā)出的波長為460 470nm的藍光穿過透藍綠光反紅光濾光片27’后入射到紅熒光粉層沈’，紅熒光粉層26’被固體光源1發(fā)出的藍光激發(fā)后產生以紅為主的熒光；紅熒光粉層26’產生的以紅為主的熒光中，其中前向輻射熒光四’直接穿過基板25后，入射到透紅光反藍綠光濾光片觀’，該濾光片借助于反射阻攔藍綠光，而所需的紅光透過該濾光片，于是得到來自紅熒光粉層26’前向輻射熒光29’中的一部分紅光；而后向輻射熒光30’中的藍綠光透過透藍綠光反紅光濾光片27’，被該濾光片反射的紅光穿過紅熒光粉層沈’后，再穿過基板25和透紅光反藍綠光濾光片觀’，于是得到來自紅熒光粉層26’后向輻射熒光30’中的另一部分紅光；來自紅熒光粉層26’前向輻射熒光 29'中的一部分紅光和來自紅熒光粉層26’后向輻射熒光30’中的另一部分紅光合成總的紅光。這樣就得到了彩色圖像合成所需的藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光。彩色調制盤的三基色光的色度值在固體光源1和綠熒光粉層沈、紅熒光粉層沈’確定以后，通過調節(jié)藍光區(qū)21、綠光區(qū)22、紅光區(qū)23所張圓周角的大小進行匹配。為使彩色調制盤2滿足彩色的色度要求，使藍光區(qū)21、綠光區(qū)22、紅光區(qū)23合成白光，在一般情況下，藍光區(qū)21、綠光區(qū)22、 紅光區(qū)23的圓周角不同，通常綠光區(qū)22所張的圓周角最大，藍光區(qū)21所張的圓周角最小。 藍光區(qū)21、綠光區(qū)22、紅光區(qū)23的圓周角設定取決于固體光源1的亮度以及綠熒光粉層沈和紅熒光粉層26’的發(fā)射強度，本領域的技術人員可按照實際情況進行相應配置。當本實用新型的彩色調制盤通過固定孔M固定于馬達的轉動軸(圖中未示出)上時，可使彩色調制盤2在馬達的驅動下以一定速度(通常為每秒120轉)旋轉時，就可以觀察到一幅無閃爍、運動物體無拖尾的彩色圖像。圖4是本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中綠熒光粉層和紅熒光粉層的發(fā)射光譜示意圖。釔鋁石榴石Y3Al5O12 (簡稱YAG)是目前常用的一種熒光粉，因Y3Al5O12(YAG)具有石榴石結構，故稱之為釔鋁石榴石熒光粉，它的發(fā)射光譜峰值波長為左右，半寬度約 llOnm，這種熒光粉由于發(fā)射黃色熒光，而投影顯示所需的綠光和紅光卻很弱，如圖4發(fā)射光譜曲線7所示。本實用新型的彩色調制盤首次提出采用綠熒光粉層(Sr3Si05:0.018Ce3+， 0. 018Li+和紅熒光粉層(0. 35Ba2+共摻Sr3SiO5:0. 018Ce3+，0. 018Li+)，可與目前亮度最高的波長為460 470nm的藍光固體光源LED或LD相匹配，發(fā)射較強的綠光和紅光，具體效果如圖4所示在波長為460 470nm的藍光固體光源LED或LD激發(fā)下，綠熒光粉 Sr3Si05:0. 018Ce3+,0. 018Li+的發(fā)射光譜峰值波長為530nm左右，半寬度約60nm，這種熒光粉由于發(fā)射光譜峰值波長從YAG的M5nm左右短移至530nm，而且半寬度從IlOnm減小至 60nm，所以其發(fā)射熒光以綠光為主，如圖4發(fā)射光譜曲線8所示。紅熒光粉0. 35Ba2+共摻 Sr3Si05:0. 018Ce3+,0. 018Li+的發(fā)射光譜峰值波長為590nm左右，半寬度約160nm，這種熒光粉由于發(fā)射光譜峰值波長從YAG的M5nm左右長移至590nm，而且半寬度從IlOnm增加至 160nm,所以其發(fā)射熒光以紅光為主，如圖4發(fā)射光譜曲線9所示。采用本實用新型的彩色調制盤來產生藍(B)、綠(G)、紅(R)三基色光具有以下優(yōu)(1)相比現(xiàn)有技術的LED和LD固體光源投影機，由于單個固體光源還存在著亮度嚴重不足的問題，因此藍、綠、紅三基色固體光源都必須采用多個LED或LD構成三組陣列光源才能滿足一定的亮度要求，這樣就帶來一個固體光源散熱困難和體積增大、成本提高的問題，特別是大功率固體光源的散熱至今還沒有得到很好的解決，當散熱不良時，隨著固體光源溫度升高，固體光源的發(fā)光光譜會隨溫度漂移，導致色度變化和顯色不自然，同時還會導致固體光源發(fā)光亮度降低，使用壽命縮短；本實用新型僅采用目前技術成熟的發(fā)光波長為460 470nm的藍光固體光源作為數(shù)字投影機光源，利用一個彩色調制盤來產生藍光、綠光、紅光三基色光，較好地解決了散熱困難和體積增大、成本提高的問題，而且使用時不會產生色度變化，發(fā)光光強穩(wěn)定，色彩自然。(2)相比現(xiàn)有技術采用UHP光源作為數(shù)字投影機光源，不僅功耗大、壽命短，而且體積大、安全性差；而本實用新型由于彩色調制盤可產生藍光、綠光、紅光三基色光，因此只需用節(jié)能環(huán)保的藍光LED和LD固體光源，避免了使用UHP光源，因而為發(fā)展袖珍投影機和便攜式投影機提供了一種很好的選擇。(3)現(xiàn)有技術的LD固體光源投影機中，由于藍、綠、紅三組LD的激光相干性都很好，彩色圖像會產生耀眼的散斑，為此需要采取毛玻璃轉輪等技術來減輕或消除，因而一部分光能量被損失掉；本實用新型由于綠、紅光都用藍光LED或LD激發(fā)熒光粉層來產生，而藍光對人眼的刺激不大，人眼最敏感的綠光和紅光由發(fā)射光譜帶寬很寬的熒光粉產生，光的相干性差，所以觀察不到散斑。(4)現(xiàn)有技術的LED和LD固體光源投影機中，根據(jù)視覺函數(shù)，綠光固體光源的亮度要求遠比藍光、紅光高，但目前實際情況恰好相反，綠光固體光源的亮度比較低；本實用新型選用綠熒光粉層(即Sr3Si05:0. 018Ce3+，0. OlSLi+)，直接回避了采用綠光固體光源時亮度偏低的問題，且具有很好的綠光增強效果。
權利要求1. 一種用于固體光源投影機的彩色調制盤，其特征在于在其中心設有固定孔(M)， 且該盤沿其圓周方向劃分為藍光區(qū)(21)、綠光區(qū)02)和紅光區(qū)(23)，所述綠光區(qū)02)自入射面至出射面依次設有透藍紅光反綠光濾光片(27)、綠熒光粉層( )、基板0 和透綠光反藍紅光濾光片( )，所述紅光區(qū)自入射面至出射面依次設有透藍綠光反紅光濾光片07’)、紅熒光粉層06’)、基板0 和透紅光反藍綠光濾光片08’)，所述藍光區(qū) (21)由基板05)構成。
專利摘要本實用新型公開一種用于固體光源投影機的彩色調制盤，在其中心設有固定孔，且該盤沿其圓周方向劃分為藍光區(qū)、綠光區(qū)和紅光區(qū)。綠光區(qū)自入射面至出射面依次設有透藍紅光反綠光濾光片、綠熒光粉層、基板和透綠光反藍紅光濾光片；紅光區(qū)自入射面至出射面依次設有透藍綠光反紅光濾光片、紅熒光粉層、基板和透紅光反藍綠光濾光片；藍光區(qū)由基板構成。彩色調制盤的三基色光的色度值在固體光源和綠、紅熒光粉層確定以后，通過調節(jié)藍光區(qū)、綠光區(qū)和紅光區(qū)所張圓周角的大小進行匹配。彩色調制盤可產生藍、綠、紅三基色光。在使用時彩色調制盤以一定速度旋轉，可觀察到無閃爍、運動物體無拖尾的彩色圖像，且具有光效高、功耗低、壽命長、安全、輕巧等優(yōu)點。
文檔編號G03B21/20GK202018555SQ20102063477
公開日2011年10月26日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2010年11月26日
發(fā)明者張梅驕, 王樂, 艾曼靈, 金波, 顧培夫 申請人:杭州科汀光學技術有限公司