專利名稱：發(fā)光裝置及投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)光裝置及投影系統(tǒng)。
技術(shù)背景
窄譜光源，比如激光二極管(LD，Laser Diode)和發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)發(fā)出的光覆蓋較窄的光譜范圍。這樣的窄譜光一般來說具有較高的色純度，使其看起來比自然界中的顏色更鮮艷。寬譜光源，比如使用激發(fā)光源激發(fā)熒光粉得到受激發(fā)光的光源，其發(fā)光覆蓋較寬的光譜范圍。這樣的寬譜光具有較小的色純度，看起來比較柔和，相對于窄譜光來說更接近自然界中的顏色光。而且，寬譜的白光具有更高的顯色指數(shù)。顯色指數(shù)是指白光照射到物體表面后顯示物體本來顏色的能力。白光的光譜與太陽光的光譜越接近，其顯色指數(shù)就越高；而太陽光的光譜是一條連續(xù)平滑的光譜，光譜范圍覆蓋整個可見光范圍。
在一些實際應用中，比如舞臺燈光和裝飾燈光，窄譜光和寬譜光都是需要的。例如在需要高顏色對比度的照明以產(chǎn)生夸張和炫目的效果時，會應用窄譜光；而在使用白光照明時，則希望發(fā)射光光譜具有盡量高的顯色性能，進而使被照射物體看起來逼真生動。然而，目前的燈光設(shè)備中都是使用顏色濾光片對一個光源發(fā)出的白光進行過濾來實現(xiàn)彩色光的。這種做法的問題主要包括兩個方面。第一，在過濾過程中大量的能量損失使系統(tǒng)能量利用效率很低；第二，使用顏色濾光片只能實現(xiàn)有限種類的顏色，若希望實現(xiàn)不同顏色的顏色光的連續(xù)變換則很困難。
針對上述的問題，一種多通道多色光源得以應用，如圖1所示。在這個光源器件中，綠光LED陣列1，紅光LED陣列2和藍光LED陣列3分別經(jīng)過準直透鏡陣列6的準直后， 經(jīng)由X字形的二向色片組5合成一束光。這束合成光再經(jīng)由投影透鏡8投射到屏幕9上形成照明效果。在這個光源器件中，紅光、綠光和藍光作為三基色光用于合成其他顏色的光或白光，例如紅光與綠光共同點亮形成黃色光，紅光、綠光和藍光共同點亮形成白光，圖Ia 中光譜111顯示了這樣合成的白光的光譜，其中Illa表示其中的藍光基色光成分的波峰， Illb表示綠光基色光成分的波峰，Illc表示紅光基色光成分的波峰。使用這種方法，由于直接使用了單色光而沒有使用濾光片來濾光，其效率相對于傳統(tǒng)方法大幅度提高；同時對三個基色光強度的分別控制，可以實現(xiàn)輸出光顏色的連續(xù)變化，變化的范圍是三個基色光所決定的色域范圍。但是這種光源存在兩個問題。首先，由于LED光源的發(fā)光光譜較窄，因此這種光源只能顯示色純度較高的單色光，低色純度的單色光的顯示則會嚴重失真；第二， 由三種LED窄譜光源組成的白光輸出，如圖Ia中光譜111所示，其光譜覆蓋范圍有限，光譜連續(xù)性差，與相同色溫下的太陽光光譜110比起來相去甚遠，因此顯色指數(shù)很低。尤其是該白光光譜在480納米(nm)和590nm只有很少的光譜能量，使得其幾乎無法顯示青色光和琥珀色光。
針對上述方案中，低色純度的單色光顯示失真和白光顯色指數(shù)不高的問題，圖2 所示的光源提出了一種解決方案。在這個方案中，RGB LED組151，152和153是基色光，并使用與前述方法相同的方式合光成一束；同時另一組白光LED組25發(fā)出的白光光束與該基色光合光光束通過一個透鏡31合成一束并入射到光收集器4。白光LED 25的工作原理是， 藍光LED芯片激發(fā)覆蓋在其上的黃色熒光粉并發(fā)射黃光，該黃光與沒有被吸收的剩余的藍光混合在一起形成白光，其光譜如圖加所示，與圖Ia中的各基色光波峰相比，熒光粉發(fā)光的光譜要寬得多。由于該白光寬譜光的混合加入，該光源器件發(fā)出的低色純度的單色光看上去自然、真實很多，而且發(fā)出的白光的顯色性也有大幅度的提升。然而該光源依然存在問題。由于白光寬譜光與各基色光(紅光、綠光和藍光)都有很大的光譜交疊，使得該白光無法通過二向色片組巧4與各基色光合光，否則該白光在通過濾光片IM時將產(chǎn)生很大的能量損失。因此，就只能使用例如透鏡31這樣的光學器件，利用基色光光束和白光光束空間位置的不同來把兩者合為一束。這樣，該光源的光束尺寸，相對于只有基色光光束的情況就擴大了，這直接導致光源的光學擴展量的擴大和發(fā)光亮度的降低。
值得說明的是，為了使低色純度的單色光看起來真實自然，其光譜必然具有較大的光譜寬度，這是因為只有這樣才可能接近自然界中低色純度單色光的光譜。因此，低色純度光的顯示失真的問題，與白光的顯色指數(shù)低的問題，本質(zhì)上是一個問題，即不能發(fā)射寬譜光的問題。因此在下文中為了敘述方便，在敘述中指的白光顯色指數(shù)問題同時也指低色純度光的顯示失真問題。
綜上所述，寬譜白光的導入可以解決低色純度單色光的失真問題和白光顯色指數(shù)低的問題，但是同時也降低光源的發(fā)光亮度。因此在現(xiàn)有方案的基礎(chǔ)上，白光的顯色性和光源的發(fā)光亮度形成矛盾，不能兼顧。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種新的發(fā)光裝置及投影系統(tǒng)，以同時兼顧白光的顯色性和發(fā)光裝置的發(fā)光亮度。
本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括至少兩個顏色光光通道，每個顏色光光通道包括產(chǎn)生一種顏色的至少一個光源；所述至少兩個顏色光光通道中的至少一個光通道，包括至少一個產(chǎn)生第一光線的第一種光源，第一種光源為窄譜光源，以及至少一個產(chǎn)生第二光線的第二種光源，第一光線與第二光線的主波長的差值小于50納米nm，第一光線與第二光線的歸一化光譜疊加得到的光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大IOnm ； 一波長合光器件，用于將來自所述至少兩個顏色光光通道的各束光線合成為一束合光。
本發(fā)明還提供一種投影系統(tǒng)，包括上述的發(fā)光裝置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下有益效果
本發(fā)明通過加入另一光源與窄譜光源配合，同時出射高色純度的窄譜單色光和低色純度的寬譜單色光，以展寬窄譜光源的光譜寬度，從而相對現(xiàn)有技術(shù)能夠提高發(fā)光裝置的顯色指數(shù)；并且，利用波長合光器件對各光通道出射光進行合光，該合光的光束尺寸和光學擴展量相對于每一個光通道而言并沒有擴大，因此發(fā)光裝置的亮度不會降低。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種多色光源方案的結(jié)構(gòu)示意圖Ia是使用圖1所示的光源方案中RGB LED混合發(fā)光產(chǎn)生的白光光譜圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種多色光源方案的結(jié)構(gòu)示意圖加是圖2所示的光源中使用的白光LED光源的光譜圖3是本發(fā)明的發(fā)光裝置的第一實施例的示意圖4是使用一個激發(fā)光源激發(fā)熒光材料發(fā)光的示意圖fe是圖3中使用的兩種綠光的光譜，一種是綠光LED的光譜，一種是綠光熒光粉光源的光譜；
圖恥是另一組兩種綠光的光譜，一種是綠光LED的光譜，一種是綠光熒光粉光源的光譜；
圖5c是圖3中使用的兩種綠光在CIE 1931顏色空間中的色坐標的示意圖6a是本發(fā)明發(fā)光裝置的第二實施例中使用的兩種紅光LED的光譜圖6b是在圖6a基礎(chǔ)上增加了第三種紅光發(fā)光元件的光譜的光譜圖7是本發(fā)明的發(fā)光裝置的第三實施例的示意圖8是圖7所示實施例中使用的綠光熒光粉發(fā)光光譜和紅光熒光粉發(fā)光光譜；
圖9是圖7所示實施例中使用的綠光熒光粉的發(fā)光和紅光熒光粉的發(fā)光在二向色片組后合光后的光譜；
圖10是利用本發(fā)明發(fā)光裝置的第二或第三實施例發(fā)射的一個白光光譜圖11是本發(fā)明發(fā)光裝置的一個實施例的同一光通道中不同光源的空間分布示意圖。
圖12是本發(fā)明的發(fā)光裝置的第四實施例的示意圖13是同一光通道中不同光源的另一種空間分布的示意圖。
圖14顯示了圖12所示實施例中紅光光通道中的兩種光源的光譜和綠光光通道中兩種光源的光譜，以及二向色片的透過率譜線；
圖15是同一光通道中不同光源的另一種空間分布的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明提出一種發(fā)光裝置，發(fā)光裝置包括至少兩個顏色光光通道，每個顏色光光通道包括產(chǎn)生一種顏色的至少一個光源；其中，至少兩個顏色光光通道中的至少一個光通道，包括至少一個產(chǎn)生第一光線的第一種光源，第一種光源為窄譜光源，以及至少一個產(chǎn)生第二光線的第二種光源。在本發(fā)明的描述中，相同光通道中的兩種不同種類的光是“同色” 的。此處的同色應該理解為具有相近的主波長。根據(jù)主波長的定義，具有相近主波長的光的視覺效果也是相近的。在本發(fā)明中，“同色”的兩種光的主波長之差應小于50nm。這兩種同色光源中的第一種光源為窄譜光，只要第一光線與第二光線的歸一化光譜疊加得到的光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大lOnm，從而展寬窄譜光源的光譜寬度，那么相對現(xiàn)有技術(shù)就能夠提高發(fā)光裝置的顯色指數(shù)。并且，利用波長合光器件對各光通道出射光進行合光，該合光的光束尺寸和光學擴展量相對于每一個光通道而言并沒有擴大(事實上，合光光束的光學擴展量與每一個光通道的光學擴展量是近似相等的)，因此發(fā)光裝置的亮度不會降低。
各個光通道可以分別獨立的控制開啟或關(guān)斷，也可以分別獨立的控制各自光通道發(fā)光的強弱。為了使第一光線與第二光線的歸一化光譜疊加得到的光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大lOnm，在該發(fā)光裝置中，第一種光源為窄譜光，第二種光源可能為寬譜光直接用于顯示柔和自然的寬譜光，該寬譜光的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大IOnm ；第二種光源也可能為第二窄譜光，即第一光線與第二光線的光譜寬度之差小于 lOnm，此時要求第一光線與第二光線的峰值波長之差大于等于lOnm，才能較為明顯的展寬窄譜光源的光譜寬度。
本發(fā)明中的描述中，“寬譜光”和“窄譜光”是相對的概念，即當兩種光線的光譜寬度之差大于等于IOnm時，將光譜寬度較小的光線稱為窄譜光，將光譜寬度較大的光線稱為寬譜光；當兩種光線的光譜寬度之差小于IOnm時，將兩種光線均稱為窄譜光。光譜寬度可以有多種方式定義，例如半高全寬(FWHM，F(xiàn)ull Width Half Maximum)。半高全寬指的是在光譜強度最高點的一半的位置的光譜的寬度。在本發(fā)明中，窄譜光一般指的是LED或LD本身的發(fā)光，或其它窄譜光源的發(fā)光；寬譜光指的是熒光粉的受激發(fā)光或其它寬譜發(fā)光。因此在本發(fā)明下面的描述中，為了方便描述，LED將作為窄譜光光源的例子來使用，但這并不限制激光光源或其他窄譜光光源的使用；熒光粉受激發(fā)光將作為產(chǎn)生寬譜光的例子來使用， 但這并不限制其它波長轉(zhuǎn)化材料比如染料或量子點的使用，也不限制其它寬譜光光源的使用?？梢岳斫獾氖牵S著材料科學的進步，熒光粉受激發(fā)光的光譜也可能很窄。關(guān)于“寬譜光”和“窄譜光”的定義，在本發(fā)明下面的描述中結(jié)合具體實施例有清晰的解釋。
本發(fā)明的發(fā)光器件的第一個實施例如圖3所示。在該實施例中，紅光(R)、綠光 (G)、藍光(B)三個基色光光通道的發(fā)光經(jīng)由一個X字形的二向色片組合并成為一束。該X 字形的二向色片組包括兩個二向色片350和351。在該實施例中，二向色片350反射紅光并透射綠光和藍光，二向色片351反射藍光并透射綠光和紅光。這樣，RGB三個通道的光就經(jīng)過二向色片350和二向色片351合成一束并從圖3中所示的二向色片組的右側(cè)出射出來。 在該實施例中，紅光和藍光光通道分別包括紅色LED組和藍色LED組，并分別反射紅色和藍色窄譜光。
現(xiàn)有技術(shù)中，綠光光通道中只包括綠光LED，為了能夠拓展綠光光通道出射光的光譜寬度，在本實施例中，綠光光通道包含產(chǎn)生第一光線的第一種光源與產(chǎn)生第二光線的第二種光源，且第一光線與第二光線的歸一化光譜疊加得到的光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大lOnm。具體地，第一種光源是綠光LED光源302，該光源不包含熒光粉，并發(fā)射窄譜的綠光，第二種光源是綠色熒光粉光源301，它發(fā)射寬譜的綠光。
圖4是使用一個激發(fā)光源激發(fā)熒光材料發(fā)光的示意圖。如圖4所示，熒光粉光源 11包括LED芯片12與熒光粉層13，熒光粉層13被涂敷于LED芯片12的發(fā)光表面。LED芯片12可以是紫外LED或藍光LED，它作為熒光粉的激發(fā)光源發(fā)射激發(fā)光，熒光粉吸收了該激發(fā)光后受激發(fā)射出與激發(fā)光波長不同的光。相對于LED直接發(fā)光來說，熒光粉的受激發(fā)光通常具有較寬的光譜寬度。為了方便說明，在本發(fā)明下面的描述中，使用熒光粉涂敷于LED 發(fā)光表面并受激發(fā)光的光源稱為“熒光粉LED”。
本實施例中綠光光通道中的兩種綠光光源的發(fā)光光譜如圖fe所示，其中綠光LED 組302發(fā)射窄譜綠光，其歸一化光譜為501，光譜寬度FWHM為40nm，看起來呈鮮艷的綠色； 綠色熒光粉LED組301發(fā)射寬譜綠光，其歸一化光譜為502，光譜寬度FWHM為105nm，看起來呈柔和的綠色。光譜寬度的差異，造成了綠色光視覺效果的差異。一般來說，在綠光波段兩個光譜的光譜寬度FWHM的差別大于IOnm時兩種光的視覺效果會呈現(xiàn)差異。如圖恥中所示的另一種綠色熒光粉的發(fā)光光譜506，其光譜寬度FWHM為Mnm，它與綠光LED的發(fā)光光譜501的光譜寬度的差別為14nm。此外，為了使綠光光通道出射的兩種綠光顏色為更接近的“同色”，優(yōu)選地，綠光光通道的第一種光源與第二種光源的光的主波長之差小于25nm。
在本實施例中，通過一個控制電路(圖中未畫出)，這兩種光源可以分別獨立控制其開關(guān)和亮度。例如，在直流驅(qū)動模式中，可以通過控制驅(qū)動電流大小來控制光源發(fā)光的明暗，在脈沖/交流驅(qū)動模式中，則可以通過改變驅(qū)動波形的占空比來控制光源發(fā)光的明暗； 當然兩者混合使用也是可以的。通過控制兩種綠光光源組的亮度，可以控制綠光光通道光輸出的光譜、色坐標、亮度、色飽和度等參數(shù)。當需要鮮艷的綠色光時，點亮綠光LED組302 同時關(guān)斷綠色熒光粉LED組301 ；當需要柔和的綠色光時，點亮綠色熒光粉LED組301同時關(guān)斷綠光LED組302。另外，兩種光源可以同時點亮并得到一個混合的綠光，該混合綠光的顏色的鮮艷程度介于綠色熒光粉LED組301與綠光LED組302之間。
具體來說，本實施例中的兩種綠光光源的色坐標如圖5c所示。圖中，綠光LED組 302的色坐標503為(0. 23，0. 72)，綠色熒光粉LED組的色坐標504為(0. 38，0. 59)。綠光光通道的光輸出為兩種綠光光源發(fā)光的混合，其在CIE 1931顏色空間中的色坐標505應落在色坐標503和504的連線上。通過分別控制兩種光源的亮度，可以使綠光光通道出射光的色坐標在色坐標503與504的連線上連續(xù)的移動，達到控制色坐標和色飽和度的目的。 具體的，當需要綠光光通道的輸出光更鮮艷一些，則可以增大綠光LED組302的發(fā)光亮度， 或減小綠色熒光粉LED組301的發(fā)光亮度，或兩者同時使用；反之，當需要綠光光通道的輸出光更柔和更真實一些，則可以減小綠光LED組302的發(fā)光亮度，或增大綠色熒光粉LED組 301的發(fā)光亮度，或兩者同時使用。另外，可以通過實際的需求來決定兩種綠色光源數(shù)量的相對比例，例如對于舞臺裝飾性照明來說，鮮艷的非飽和光的需要比較多，這時可以使綠光 LED的光源數(shù)量多于綠色熒光粉LED光源的數(shù)量。
在本實施例中，與圖2所示的情況不同的是，綠光光通道發(fā)出的綠光基色光具有較大的光譜寬度，因而各光通道出射光的合光的顯色指數(shù)較高；并且，通過二向色片組將各光通道的基色光合為一束合光，進而該合光的光束尺寸和光學擴展量相對于每一個通道而言并沒有擴大(事實上，合光后的光學擴展量與每一個通道的光學擴展量是近似相等的)， 因此光源的亮度不會降低。
在本實施例中，通過綠光熒光粉LED組301的加入，可以直接實現(xiàn)綠光光通道寬譜光的發(fā)射，相對于LED組發(fā)射的窄譜光，該寬譜光的光譜寬度要大IOnm以上。同時，可以通過兩種光源的分別獨立控制，可以實現(xiàn)發(fā)射光的顏色在鮮艷的窄譜光和柔和的寬譜光之間任意的調(diào)節(jié)。實際上，如本發(fā)明的第二實施例所描述的，在包括一組發(fā)射窄譜光的LED組的基礎(chǔ)上，加入一組與該窄譜光的光譜寬度相差不小于IOnm的另一組窄譜光，即兩組窄譜光也可以拓展綠光光通道出射光的光譜寬度，實現(xiàn)綠光光通道出射寬譜光的效果。
在本發(fā)明的發(fā)光器件的第二實施例中，采用兩組紅光LED作為兩組窄譜光光源的例子，如圖6a所示。其中601為第一紅光LED光源發(fā)出的光譜，其光譜寬度FWHM是15nm ； 602為第二紅光LED光源發(fā)出的光譜，光譜寬度FWHM也是15nm，光譜601的峰值波長與光譜602的峰值波長之差為16nm ；603則為光譜601與602的混合光的光譜，光譜寬度FWHM 為31nm?？梢姡梅逯挡ㄩL位置不同的兩個LED的窄譜發(fā)光的光譜的互補和混合，也可以實現(xiàn)光譜寬度的展寬。光譜的峰值波長指的是光譜能量最高點所對應的波長位置。通常兩個窄譜光的峰值波長的差大于lOnm，就可以實現(xiàn)混合發(fā)光的光譜寬度比兩個窄譜光中光譜較窄的光譜的光譜寬度大lOnm，進而得以呈現(xiàn)出與窄譜光不同的視覺效果。優(yōu)選的，當產(chǎn)生第一光線的第一種光源與產(chǎn)生第二光線的第二種光源均為窄譜光時，兩個窄譜光的峰值波長的差等于兩個窄譜光的光譜寬度FWHM的平均值，此時形成的混合光的光譜最為平坦，光譜寬度最寬。此處需要強調(diào)的是，本發(fā)明中，當兩種光線的光譜寬度之差小于IOnm時，將兩種光線均稱為窄譜光，即由光譜寬度之差決定是否為兩組窄譜光源，而并非由每種光源本身的光譜寬度決定，因此，若兩組熒光粉LED的光線的光譜寬度之差小于lOnm，也將該兩組熒光粉LED成為兩組窄譜光源，可以利用峰值波長位置不同來實現(xiàn)光譜寬度的展寬。值得注意的是，本實施例中，光譜寬度采用半高全寬，若光譜601與602的峰值波長間隔較大，則混合后的光譜603中間的凹點有可能低于光譜603強度最高點的一半，此時定義光譜601與602疊加后的光譜的光譜寬度為光譜601的半高全寬與光譜602的半高全寬之和。為了區(qū)分上述兩個實施例，在本發(fā)明的描述中，若一個基色光光源由至少兩種以上的發(fā)光元件，發(fā)光元件1和發(fā)光元件2組成，當發(fā)光元件1的光譜寬度FWHM比發(fā)光元件 2的光譜寬度FWHM大IOnm或以上時，稱發(fā)光元件1發(fā)出的光為寬譜光，發(fā)光元件2發(fā)出的光為窄譜光，這對應于第一實施例所描述的方案。若發(fā)光元件1與發(fā)光元件2發(fā)出的光的光譜寬度FWHM的差距小于lOnm，則在本發(fā)明的描述中，兩者發(fā)出的光都稱為窄譜光，即使兩者都是熒光粉的受激發(fā)光或其它寬譜發(fā)光；若發(fā)光元件1與發(fā)光元件2發(fā)出的光譜的峰值波長間隔IOnm或以上，則兩者的混合發(fā)光可以實現(xiàn)寬譜光發(fā)光，這對應于第二實施例所描述的方案。在本發(fā)明的第二實施例中，與第一實施例相類似的，兩種發(fā)光元件可以獨立控制其開關(guān)和亮度，并可以通過這種獨立控制實現(xiàn)混合光顏色和光譜的調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的前兩個實施例中，每一種基色光源只由兩種發(fā)光元件組成。實際上，每一種基色光源可以由三種以上的發(fā)光元件組成。如圖6b所示，在圖6a的基礎(chǔ)上，增加第三種紅色發(fā)光元件，第三種發(fā)光元件紅色熒光粉LED的發(fā)光光譜為603。光譜603的光譜寬度約為105nm，遠大于光譜601和光譜602的光譜寬度15nm。這種情況是第一實施例與第二實施例的組合應用光譜601與602兩種窄譜光的峰值波長的間隔大于lOnm，滿足第二實施例所描述的方案，而相對于光譜601和602，光譜603為寬譜光，滿足第一實施例所描述的方案。在本發(fā)明的前兩個實施例中，只有一個基色光光通道由兩種或以上的發(fā)光元件組成，實際上，本發(fā)明可以允許兩個或兩個以上的基色光光通道分別由兩種或以上的發(fā)光元件組成。本發(fā)明的發(fā)光裝置的第三實施例如圖7所示。在這個實施例中，紅光光通道包括紅光LED組511和紅色熒光粉LED組513，綠光光通道包括綠光LED組502和綠色熒光粉 LED組501，藍光光通道包括藍光LED組512和藍色熒光粉LED組514。三個通道的光經(jīng)由二向色片550和551組成的二向色片組合成一束，合光的原理與第一實施例相同。為了使紅光光通道和藍光光通道分別出射的兩種光的顏色為更接近的“同色”，優(yōu)選地，紅光光通道的第一種光源與第二種光源的光的主波長之差小于35nm ；藍光光通道的第一種光源與第二種光源的光的主波長之差小于15nm。下面具體說明利用本實施例如何實現(xiàn)寬譜混合光輸出，以寬譜的黃光為例。寬譜
9的黃光，需要寬譜的紅光和寬譜的綠光混合而成，因此應控制紅色熒光粉LED組513和綠色熒光粉LED組514點亮，并控制其它光源關(guān)閉。紅色熒光粉LED組513和綠色熒光粉LED組 514的發(fā)光光譜如圖8所示。經(jīng)過二向色片組后，兩個光譜都有一定的損失形變，這是由于圖8中的兩個光譜存在一定的交疊，在經(jīng)由二向色片組合光的過程中會有一定損失。具體來說，綠光光譜在長波長沿變小，而紅光光譜在短波長沿變小，經(jīng)二向色片組合光后的光束的光譜如圖9所示?？梢娖涔庾V寬度很大，相對于圖Ia所示的由飽和光混合形成的光譜， 該非飽和黃光光譜的連續(xù)性好很多，因此看起來更自然更柔和。在第三實施例中，在紅光和綠光通道都分別使用了一組寬譜光源513和514。這兩組寬譜光源的光，由于光譜的波長位置不同，可以使用二向色片組合成一束，并且合成后的光譜仍然是寬譜光。相對于圖2所示的現(xiàn)有方案，本發(fā)明在利用寬譜光的混合加入實現(xiàn)了低飽和度顏色光顯示和顯色性提高的同時，并不會使光束的尺寸擴大，進而不會降低光源的亮度。在前述的三個實施例中都使用了由兩片二向色片組成的X字形二向色片組。這種合光方式具有緊湊的特點。事實上，除此之外的其它合光方式也是可以采用的。例如合光棱鏡，平行放置的兩片二向色片組成的二向色片組，以及以其它角度放置的兩片二向色片等等。只要是利用光譜波長的差別將兩種不同顏色的光合成一束，并不增加光束尺寸的合光方式，都是本發(fā)明可以使用的合光方式。本發(fā)明的第三實施例中，三個基色光光通道都由兩種發(fā)光元件組成。而每一個基色光光通道中，兩種發(fā)光元件的組合方式，可以不同既可以按照第一實施例中所描述的方案，也可以按照第二實施例中所描述的方案。本發(fā)明的第三實施例還可以發(fā)射具有高顯色指數(shù)的白光，其光譜如圖10所示。圖 10中的白光光譜由本實施例中各光源混合組成，包括紅光1，紅光2，藍光1、藍光2、綠光1 和綠光2 (混合)。其中紅光1與紅光2都是窄譜發(fā)光元件，按照第二實施例的方案組合在一起；藍光1和藍光2都是窄譜發(fā)光元件，按照第二實施例的方案組合在一起；綠光1和綠光2分別是窄譜發(fā)光元件和寬譜發(fā)光元件，按照第一實施例的方案組合在一起，其光譜混合在一起無法分辨。這六種光源的強度可以分別控制以調(diào)節(jié)混合后白光的光譜形狀。相對于圖Ia或加所示的光譜，圖10所示的光譜的起伏更小，更接近于相同色溫下的太陽光光譜1001。這是因為，每個光通道中的兩種光源的光譜疊加都比圖Ia所示的各窄譜光的光譜寬度要寬，因此這樣三個光通道共同組成的白光的光譜幾乎覆蓋了每一個光譜區(qū)域，而且也更加平滑。圖10所示的白光光譜的顯色指數(shù)為92，遠高于如圖加所示的白光光譜，后者的顯色指數(shù)僅為76。對于每一個光通道，兩種光源的相對位置排布是可變的。圖11表示了其中一種可能的排布狀態(tài)。在該舉例中，兩種光源21和22為均勻分散式空間排布，即分別均勻分散于整個陣列平面，且某一種光源中的每一顆的周圍，都分布有另一種光源。這樣排布可以保證兩種光源發(fā)光在空間上充分的混合，并在最終合光出射后實現(xiàn)最佳的均勻度。同一光通道中不同光源的相對位置排布的方式，可能受到光譜交疊的影響。由于熒光粉LED的發(fā)光光譜都比較寬，所以不同通道之間的熒光粉LED光譜可能存在部分交疊， 例如綠色熒光粉LED與紅色熒光粉LED之間的光譜就存在部分交疊，如圖8所示。如前所述，在經(jīng)由二向色片組合光的過程中，這種光譜的交疊會造成能量的損失；這種損失可以通過對光通道中不同光源的位置排布來減小。本發(fā)明發(fā)光裝置的第四個實施例如圖12所示。在該實施例中，藍光光通道包括一種光源，即藍光LED組912，或者也包含另一種光源組914。綠光光通道包括兩種光源，綠光 LED組902和綠色熒光粉LED組901，紅光光通道也包括兩種光源，紅光LED組911和紅色熒光粉LED組913。紅光光通道和綠光光通道，其各自的兩種光源，分別按照如圖13的方式，以虛線為對稱軸對稱排列。紅光LED組911發(fā)出的光與綠色熒光粉LED組901發(fā)出的光經(jīng)過放置在兩者光路上的二向色片952合為一束，紅色熒光粉LED組913發(fā)出的光與綠光LED組902發(fā)出的光經(jīng)過放置在兩者光路上的二向色片953合為一束。二向色片952和 953并排成在一個平面內(nèi)，并與第三片二向色片951 —起共同構(gòu)成X字形的二向色片組。圖14中顯示了圖12所示實施例中紅光光通道中的兩種光源的光譜和綠光光通道中兩種光源的光譜，以及二向色片952和953的透過率譜線。從圖中可見，雖然紅色熒光粉 LED組的光譜與綠色熒光粉LED組的光譜存在較大的交疊，但是紅色熒光粉LED組的光譜與綠光LED的光譜，以及紅光LED組的光譜與綠色熒光粉LED組的光譜的交疊都比較小。二向色片952和953具有不同光的透過率譜線，并分別用于將一個光通道中的寬譜光與另一個光通道中的窄譜光這兩個交疊較小的光譜合并成一束。具體來說，二向色片952用于透射綠色熒光粉LED組901發(fā)光，同時反射紅光LED組911發(fā)光；二向色片953透射綠光LED 組902發(fā)光，同時反射紅色熒光粉LED組913發(fā)光。由于避免了將兩個光譜交疊較大的寬譜光直接合光造成的損失，因此本實施例具有較高的效率。實際上，若紅光光通道只有一種紅色LED組光源，本實施例同樣適用。這是因為， 紅光LED光譜與綠光光通道中的綠光LED組的光譜幾乎沒有交疊，而與綠光光通道中的綠光熒光粉LED組存在部分光譜交疊，因此對應的二向色片952和953的透過率譜線的也是有所不同的。具體來說，二向色片952用于組合紅光LED組和綠色熒光粉LED組的發(fā)光，當其下降沿的位置位于兩者的交疊處時具有最優(yōu)化的合光效率；而二向色片953用于組合紅光LED組合綠光LED組的發(fā)光，由于這兩種光的光譜幾乎沒有交疊，所以二向色片953下降沿的位置應該位于兩者之間的某個光譜位置。因此二向色片952的下降沿與紅光LED組的光譜必然存在交疊，而二向色片953沒有交疊，所以，與前述的紅光光通道和率光光通道分別由兩種光源的情況相類似的，在紅光光通道只有一組紅光LED光源而綠光光通道有綠光 LED和綠光熒光粉LED兩種光源的情況下，兩個二向色片的優(yōu)化的透過率譜線也是不同的。在本實施例中，二向色片951用于對藍光光通道和綠光光通道進行合光。由于兩個光通道的光譜交疊很小，所以單獨一片二向色片951就可以實現(xiàn)較高的效率和性能。藍光光通道中的LED可以使用藍光LED，青色LED或藍紫色LED，或它們的混合。圖15顯示了同一光通道中不同光源的排列方式的第三個例子。對于紅光和綠光光通道，其各自的兩種光源的排布，都如圖15所示排成4個象限，相同種類的光源對角放置。與之相對應的，如圖12所示，用于合并紅光和綠光光通道的二向色片也分4個象限放置，對角放置的兩個二向色片的透過率光譜相同，一種是二向色片952，另一種是二向色片 953。與圖13顯示的排列方式具有相同的原理，二向色片952和953分別對應于一個光通道的寬譜光和另一個光通道的窄譜光并將其合并成一束，以此來減小光譜交疊帶來的合光損失。這個方式在提高了效率的同時，也在一定程度上兼顧了空間排列均勻性。上述兩種光源的排列方式中，兩種不同種類的光源的數(shù)量是相同的，但是在實際
11應用中，兩者的數(shù)量可以不同；如同前面所描述的，不同種類的光源的相對數(shù)量關(guān)系，受實際的需求支配和決定。本發(fā)明還提供一種投影系統(tǒng)，包括發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置可以包括上述各實施例中的各種技術(shù)特征及功能。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括至少兩個顏色光光通道，每個顏色光光通道包括產(chǎn)生一種顏色的至少一個光源；所述至少兩個顏色光光通道中的至少一個光通道，包括至少一個產(chǎn)生第一光線的第一種光源， 第一種光源為窄譜光源，以及至少一個產(chǎn)生第二光線的第二種光源，第一光線與第二光線的主波長的差值小于50納米nm，第一光線與第二光線的歸一化光譜疊加得到的光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大IOnm ；一波長合光器件，用于將來自所述至少兩個顏色光光通道的各束光線合成為一束合光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于第二光線的歸一化光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大10nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一種光源包括發(fā)光二極管LED和/ 或激光二極管LD，第二種光源包括波長轉(zhuǎn)換材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一光線與第二光線的光譜寬度之差小于lOnm，且第一光線與第二光線的峰值波長之差大于等于10nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一光線與第二光線的峰值波長之差等于第一光線與第二光線的光譜寬度的平均值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一種光源與第二種光源均包括發(fā)光二極管LED和/或激光二極管LD。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述至少兩個顏色光光通道包括產(chǎn)生綠光的綠光光通道，該綠光光通道包括綠色的第一種光源與第二種光源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述至少兩個顏色光光通道包括產(chǎn)生紅光的紅光光通道，該紅光光通道包括紅色的第一種光源與第二種光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一種光源包括發(fā)光二極管LED和/ 或激光二極管LD，第二種光源包括波長轉(zhuǎn)換材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述綠光光通道包括多個位于第一區(qū)域的綠色的第一種光源，以及多個位于第二區(qū)域的綠色的第二種光源；所述紅光光通道包括多個位于第三區(qū)域的紅色的第一種光源，以及多個位于第四區(qū)域的紅色的第二種光源；所述合光器件包括第一和第二二向色片，第一二向色片用于合成綠色的第一種光源的光和紅色的第二種光源的光，第二二向色片用于合成綠色的第二種光源的光和紅色的第一種光源的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述綠光光通道的第一種光源與第二種光源的光的主波長之差小于25nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述至少兩個顏色光光通道包括產(chǎn)生紅光的紅光光通道，該紅光光通道包括紅色的第一種光源與第二種光源。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述紅光光通道的第一種光源與第二種光源的光的主波長之差小于35nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述至少兩個顏色光光通道包括產(chǎn)生藍光的紅光光通道，該藍光光通道包括藍色的第一種光源與第二種光源。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述藍光光通道的第一種光源與第二種光源的光的主波長之差小于15nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于至少一顏色光光通道包括均勻分散式空間排布的多個第一種光源和多個第二種光源。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一顏色光光通道包括多個位于第一區(qū)域的第一顏色的第一種光源，以及多個位于第二區(qū)域的第一顏色的第二種光源；第二顏色光光通道包括多個位于第三區(qū)域的第二顏色的第一種光源，以及多個位于第四區(qū)域的第二顏色的第二種光源；所述合光器件包括第一和第二二向色片，第一二向色片用于合成第一顏色的第一種光源的光和第二顏色的第二種光源的光，第二二向色片用于合成第一顏色的第二種光源的光和第二顏色的第一種光源的光。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述至少兩個顏色光光通道包括第一、第二和第三光通道，所述波長合光器件包括二向色片組。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光裝置，其特征在于所述二向色片組包括組成X字形的第一和第二二向色片，第一二向色片反射第一光通道的光透射第二、第三光通道的光，第二二向色片反射第三光通道的光透射第一、第二光通道的光。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于每個顏色光光通道的開啟或關(guān)斷或發(fā)光強弱可被分別獨立控制。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的發(fā)光裝置，其特征在于第一種光源和第二種光源的開啟或關(guān)斷或發(fā)光強弱可被分別獨立控制。
22.一種投影系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至21中任一項所述的發(fā)光裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置及投影系統(tǒng)，該發(fā)光裝置包括至少兩個顏色光光通道，每個顏色光光通道包括產(chǎn)生一種顏色的至少一個光源；所述至少兩個顏色光光通道中的至少一個光通道，包括至少一個產(chǎn)生第一光線的第一種光源，第一種光源為窄譜光源，以及至少一個產(chǎn)生第二光線的第二種光源，第一光線與第二光線的主波長的差值小于50納米nm，第一光線與第二光線的歸一化光譜疊加得到的光譜的光譜寬度比第一光線的光譜寬度至少大10nm；一波長合光器件，用于將來自所述至少兩個顏色光光通道的各束光線合成為一束合光。本發(fā)明能夠兼顧白光的顯色性和發(fā)光裝置的發(fā)光亮度。
文檔編號F21V9/00GK102520571SQ201110432308
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者張權(quán), 李屹, 楊毅, 胡飛 申請人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司