一种光源系统及显示设备的制作方法

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种光源系统及显示设备。

背景技术：

近年来，高亮度、广色域以及小体积成为投影显示设备的发展方向，多色激光显示方案能够达到很好的显示效果，近年来得到了快速发展。现有技术中，多色激光显示方案主要可分为两类，一类是rgb三色纯激光显示的光机系统，另一类是混合了荧光的三色纯激光显示系统。rgb三色纯激光显示系统的色彩鲜艳、色域宽广，但由于激光本身相干性非常好的缘故，其画面散斑严重，需要通过各种复杂的方法减弱散斑，同时激光的成本也十分高昂。多色激光和荧光的混合光机系统利用激光亮度高、颜色好的特点，既能够实现高的整机亮度和宽广的色域，同时利用成本较低的荧光与激光混合来改善纯激光显示散斑严重的问题，降低了整个系统的成本，改善了画面的显示效果。现有的激光荧光光源中，大多是利用蓝激光以及蓝激光激发的荧光来构成rgb三基色，这种方案由于激光与荧光的光谱差别较大，可以简单的通过二向色片来将激光与荧光合光；但对于多色激光的光源而言，激光光谱与荧光光谱会有重叠的部分，造成激光与荧光合光会损失一定的荧光，激光加得越多，荧光的损失也会越多。

技术实现要素：

本申请主要解决的问题是如何减少基色光和受激光合光时的受激光的光损耗。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种光源系统，该光源系统包括第一发光组件、第二发光组件、波长转换装置、光学组件以及合光装置，第一发光组件用于产生至少一种基色光；第二发光组件用于产生激发光；波长转换装置至少部分设置于激发光的光路上，其用于接收激发光并产生相应的受激光；光学组件设置于受激光的光路上，其用于增加受激光的光学扩展量；合光装置设置于基色光和受激光的共同光路上且位于光学组件之后，其用于对基色光和受激光进行合光处理。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种显示设备，该显示设备包括光源系统，其中，光源系统为上述的光源系统。

通过上述方案，本申请的有益效果是：本申请中的光源系统包括第一发光组件、第二发光组件、波长转换装置、光学组件以及合光装置，第一发光组件和第二发光组件分别用于产生至少一束基色光和激发光，第二发光组件能够将激发光射入至波长转换装置，以使得波长转换装置产生受激光，并将受激光输出至光学组件，光学组件对入射的受激光进行处理，并将光学扩展量增加的受激光输出至合光装置，合光装置对基色光和受激光进行合成；由于受激光和基色光是在受激光的光学扩展量增加之后的光路中合成的，提高了受激光和基色光的光学扩展量之比，可有效地减少合光时的受激光损失，提高了光源系统的光学效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。其中：

图1是本申请提供的光源系统的第一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的光源系统的第二实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的波长转换装置的结构示意图；

图4是图2所示的实施例中复眼透镜的示意图；

图5是图2所示的实施例中遮光板的示意图；

图6是本申请提供的光源系统的第三实施例的结构示意图；

图7是本申请提供的光源系统的第四实施例的结构示意图；

图8是本申请提供的光源系统的第五实施例的结构示意图；

图9是本申请提供的显示设备的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图1，图1是本申请提供的光源系统的第一实施例的结构示意图，该光源系统100包括：第一发光组件11、第二发光组件12、波长转换装置13、光学组件14以及合光装置15。

第一发光组件11可包括至少一种基色光发光器件，如激光器或发光二极管，其用于产生至少一种基色光，第一发光组件11可将产生的基色光通过基色光出射光路入射至合光装置15；相应的，以激光器为例，基色光可包括多种颜色的激光，具体地，其可以包括红色激光、绿色激光和/或蓝色激光。

第二发光组件12用于产生激发光，其包括至少一个产生激发光的激发光源；波长转换装置13至少部分设置于激发光的光路上，波长转换装置13用于接收激发光并产生相应的受激光，并向光学组件14出射产生的受激光。

在一具体的实施例中，第二发光组件12可包括蓝光激光器，蓝光激光器出射蓝色激光作为激发光入射波长转换装置13上的波长转换区域，波长转换区域上包含有能够进行波长转换的波长转换物质。波长转换物质接收蓝色激光并向光学组件14出射波长不同于蓝色激光的受激光。其中，波长转换物质可以是量子点或荧光材料等，本实施例以荧光材料为例。不同颜色的荧光材料在激发光的激发下可出射相应颜色的荧光。本实施例中的荧光材料可包括黄色荧光材料、红色荧光材料或绿色荧光材料等。

光学组件14设置于受激光的出射光路上，光学组件14用于对入射的受激光进行处理，以增加受激光的光学扩展量；合光装置15设置于基色光和受激光的共同的出射光路上且位于光学组件14之后，合光装置15用于对光学组件14出射的受激光和第一发光组件11出射的基色光进行合光处理，并出射合成光。

区别于现有技术，本实施例提供了一种光源系统100，该光源系统100包括第一发光组件11、第二发光组件12、波长转换装置13、光学组件14以及合光装置15，在激光束与受激光合光之前，利用光学组件14对波长转换装置13产生的受激光进行处理，增加受激光的光学扩展量，由于基色光的激光光束和受激光是在受激光的光学扩展量增加之后的光路中合成的，提高了受激光和激光束的光学扩展量之比，可有效地减少合光时的受激光损失，提高了光源系统100的光学效率。

参阅图2，图2是本申请提供的光源系统的第二实施例的结构示意图，该光源系统200包括：第一发光组件201、第二发光组件202、波长转换装置203、光学组件204以及合光装置205。

第一发光组件201至少包括用于产生红色激光的红色激光光源2011、用于产生绿色激光的绿色激光光源2012以及用于产生蓝色激光的蓝色激光光源2013。此外，光源系统200还包括三个二向色片209、210和211。具体的，二向色片209、210和211分别反射某波长范围的光并透射另一波长范围的光，其中，二向色片209反射红色激光并透射其他颜色的光，二向色片210反射绿色激光并透射其他颜色的光，二向色片211反射蓝色激光并透射其他颜色的光，最终令第一发光组件201出射的红色激光、绿色激光和蓝色激光经过二向色片209、210和211进行合光处理，经过合光后的基色光入射至散射装置。本实施例中，散射装置为波长转换装置203上配置的散射区域2032，具体的，在波长转换装置203上配置散射片以形成散射区域2032。

可以理解的是，本实施例中的二向色片209需要对红色激光进行反射，由此，二向色片209也可由反射镜等反射器件替换。散射装置可以是区别于波长转换装置203而独立设置的散射装置，如散射轮等。

第二发光组件202包括至少一个激发光源2021，激发光源2021发出的激发光用于激发波长转换装置203包含的波长转换材料，以产生受激光。本实施例以波长转换材料为荧光材料为例，产生的受激光即为与荧光材料的颜色相对应的荧光。进一步地，激发光源2021可为蓝光激发光源，相应的，激发光为蓝色激光，但其并非作为蓝基色光，激发光的波长范围可以为445nm～465nm；为得到较好的蓝基色光，优选地，激发光源2021的发光波长为465nm。在其他实施方式中，激发光源2021也可为紫光激发光源或紫外光激发光源等，本申请不做具体限制。

波长转换装置203可为色轮，下面以波长转换装置203为色轮为例对本申请的技术方案进行描述，但不限于此，在其他实施方式中波长转换装置203也可以是其他装置。

色轮203上设置有波长转换区域2031和散射区域2032，波长转换区域2031至少部分设置于激发光的光路上，接收激发光并产生相应的受激光，激发光相对于波长转换区域2031的入射方向与受激光相对于波长转换区域2031的出射方向相反或相同，图2仅示出相反的情况。波长转换区域2031和散射区域2032分别设置于色轮203的不同半径处，且波长转换区域2031和散射区域2032均为以色轮203的轴心为中心的圆环状结构；散射波长转换区域2031和散射区域2032分别设置有荧光物质和散射片，该荧光物质为荧光材料或量子点等，散射片可削弱激光光束的相干性，消除散斑。

例如，如图3所示，在半径r1处设置波长转换区域2031，波长转换区域2031可包括沿色轮203圆周方向设置的黄色荧光区域2031a、绿色荧光区域2031b和红色荧光区域2031c；在半径r2处设置散射区域2032，散射区域2032上设置有散射片。本实施例中，令波长转换区域2031的宽度为b，半径r2和半径r1之间的差值可大于等于b，即波长转换区域2031和散射区域2032可连续设置，或者波长转换区域2031和散射区域2032之间设置有间隙。此外，在其他实施方式中，散射区域2032可设置于半径r1处，波长转换区域2031设置于半径r2处。色轮203沿其轴心周期性转动，黄色荧光区域2031a、绿色荧光区域2031b和红色荧光区域2031c周期性依次经过激发光的光路，接收激发光，并依次出射与荧光区域的颜色对应的荧光。

本实施例中，波长转换区域2031和散射区域2032配置于色轮203的同侧，第一发光组件201和第二发光组件202各自出射的基色光和激发光从色轮203的同侧分别入射波长转换区域2031和散射区域2032。

继续参阅图2，光学组件204包括沿受激光的光路先后设置的匀光器件2041和偏振转换系统(pcs，polarizingconversionsystem)2042，其中，匀光器件2041用于将波长转换区域2031产生并出射的受激光划分为多束受激光，并将多束受激光输出至偏振转换系统2042，如，波长转换装置203出射的受激光为第一受激光，匀光器件2041对第一受激光进行处理，输出多束第二受激光，多束第二受激光进一步地入射至偏振转换系统2042，由偏振转换系统2042将入射的多束第二受激光转换为偏振光。具体地，入射到偏振转换系统2042的多束第二受激光被分成具有第一偏振方向的p偏振光和具有第二偏振方向的s偏振光，多束第二受激光的光学扩展量在经过偏振处理之后得到提升；由此，偏振转换系统2042出射的受激光的光学扩展量大于进入匀光器件2041的受激光的光学扩展量。

本实施例中，偏振转换系统2042用于将匀光器件2041出射的受激光分成p偏振光和s偏振光。入射的受激光被分解成两路偏振光，且位于中间区域的光束向两侧发散，其光束沿传播方向的截面积扩大，而传播角度不变，因此其光学扩展量增加，本实施例中，受激光的光学扩展量至少会增长1倍。

本实施例中，匀光器件2041可以为复眼透镜，如图4所示，复眼透镜2041包括相对设置的第一复眼透镜2041a和第二复眼透镜2041b，第一复眼透镜2041a和第二复眼透镜2041b具有对应的微透镜阵列(图中未示出)。受激光入射到第一复眼透镜2041a后，被第一复眼透镜2041a的微透镜阵列分成多个光束，由于第一复眼透镜2041a和第二复眼透镜2041b上的微透镜阵列是对应的，由此，第一复眼透镜2041a出射的每个光束可在第二复眼透镜2041b的微透镜阵列中对应的微透镜上成像，由第二复眼透镜2041b出射等间隔且亮度几乎相等的光束到偏振转换系统2042上。

在另一实施方式中，匀光器件2041还可为遮光板，如图5所示，遮光板上遮光区域和透光区域交错设置，遮光板用于将入射的受激光分成多个光束，令多个光束入射至偏振转换系统2042，由偏振转换系统2042将遮光板出射的多个光束分成p偏振光和s偏振光。

在又一实施方式中，匀光器件2041可同时包括上述的复眼透镜和遮光板，遮光板的透光区域对应于复眼透镜的出光区域，具体的，遮光板的透光区域对应于第二复眼透镜的微透镜阵列，由第二复眼透镜出射的多个光束能够正好透射过遮光板的透光区域为最佳，可通过两者的位置关系实现。该实施方式可进一步地避免进行分光时多余的干扰光进入到偏振转换系统2042。进一步地，为了避免经过复眼透镜匀光后的受激光入射到遮光板的遮光区域时造成的受激光的损失，同时也确保偏振转换系统2042的正常工作，可以调整第一复眼透镜和第二复眼透镜的距离以及微透镜阵列中微透镜的排布，使得第二复眼透镜输出的光束能够完全从遮光板上的透光区域入射到偏振转换系统2042上进行偏振分束。

在又一实施方式中，光学组件204也可仅包含偏振转换系统2042。本实施方式中，波长转换装置203出射的受激光经过收集透镜221和二向色片220后入射偏振转换系统2042，由偏振转换系统2042将受激光转换为偏振光。具体地，入射到偏振转换系统2042的受激光被分成具有第一偏振方向的p偏振光和具有第二偏振方向的s偏振光，受激光的光学扩展量在经过偏振处理之后得到提升；由此，偏振转换系统2042出射的受激光的光学扩展量大于入射的受激光的光学扩展量。

在一具体的实施例中，合光装置205包括中心区域以及位于中心区域外侧的周围区域(图中未示出)，合光装置205的中心区域镀透射膜形成透射区域，该透射膜可为抗反射(ar，antireflection)透射膜，合光装置205的周围区域镀反射膜形成反射区域，即合光装置205可为中心区域为透射区域，周围区域为反射区域的合光器件。

如图2所示，第一发光组件201出射的基色光沿其出射光路在合光装置205的中心区域沿朝向中继透镜206的方向透射；色轮203基于第二发光组件202出射的激发光而产生的受激光沿其出射光路在合光装置205的周围区域向中继透镜206的方向反射。由此，在合光装置205处实现了基色光与受激光的混合，形成合成光。

进一步地参阅图2，光源系统200还包括中继透镜206、偏振分光棱镜207、光调制器208、反射镜212、会聚透镜213、会聚透镜214、方棒215、反射镜216、中继透镜217、反光条218、匀光装置219、二向色片220以及至少一个收集透镜221。其中，反射镜212、会聚透镜213、会聚透镜214、方棒215、反射镜216和中继透镜217设置在基色光的出射光路上；反光条218、匀光装置219、二向色片220以及至少一个收集透镜221设置在激发光和受激光的出射光路上。

对于第一光学组件201出射的基色光的光路而言，反射镜212用于将二向色片211出射的混合的基色光反射至会聚透镜213；会聚透镜213用于将入射的基色光会聚至波长转换装置203上的散射区域2032处。波长转换装置203上的散射区域2032至少部分设置于至少一种基色光的光路上，入射于散射区域2032的至少一种基色光经散射区域2032的散射片的散射和反射后，再次经过会聚透镜213以调整其传输方向，经过汇聚透镜213后经过会聚透镜214后入射至方棒215，方棒215为一匀光光学器件，以使至少一种基色光在方棒215内匀光，经过匀光处理后的至少一种基色光经过反射镜216和中继透镜217后入射至合光装置205。

对于第二光学组件202出射的激发光的光路而言，反光条218用于对入射的激发光进行反射；匀光装置219用于对入射的激发光进行匀光处理，并将处理后的激发光输入至二向色片220。其中，匀光装置219可以是散射片或复眼透镜等；二向色片220具有反蓝透黄的光学特性，匀光装置219输出的激发光被二向色片220反射至收集透镜221，收集透镜221将入射的激发光进行汇聚至波长转换装置203的波长转换区域2031，波长转换区域2031基于激发光的激发产生并向收集透镜221出射受激光，出射的受激光经收集透镜221后透射过二向色片220入射至匀光器件2041，匀光器件2041对受激光进行匀光，输出匀光后的受激光至偏振转换装置2042，偏振转换装置2042转换入射的受激光的偏振状态，偏振转换装置2042输出受激光至合光装置205。

由此，即可将第一光学组件201出射的基色光和色轮203基于第二光学组件202的激发光产生的受激光分别引导至合光装置205处进行合光。具体的，基色光经过反射镜216和中继透镜217的汇聚后入射至合光装置205的中心的透射区域穿过合光装置205向中继透镜206传输；进一步地，经过光学扩展量增大处理后的受激光入射至合光装置205，并在合光装置205的周围的反射区域被反射而朝中继透镜206的方向传输；进而实现通过合光装置205对基色光和受激光的合光处理。

本实施例中，收集透镜221的数量可根据需要进行调整。进一步地，可根据具体需要来设置激发光源2021的数量，并根据激发光源2021的数量来确定是否在激发光源2021与匀光装置219之间设置反光条218以及需要设置的反光条218的数量。例如，当激发光源2021的数量少于三个时，激发光源2021可直接将激发光射入匀光装置219；在激发光源2021的数量为三个时，如图2所示，可设置两个反光条218，通过反光条218将激发光源2021出射的激发光引导至匀光装置219。

可以理解的是，受激光在合光装置205的中心的透射区域会损失一部分光，但由于基色光均为激光，激光具有发散角极小的特性，合光装置205的透射区域可设置的极小，因此受激光在合光装置205的中心的透射区域损失的光较少，可忽略。

中继透镜206用于将合光装置205输出的合成光汇聚，并经偏振分光棱镜(pbs，polarizationbeamsplitter)207入射至光调制器208，中继透镜206的数量可根据具体需要进行设置；光调制器208用于对入射的合成光进行调制，形成投影光，投影光透过投影透镜最终在投影屏幕上进行图像投影。本实施例中，光调制器208可以为液晶附硅(lcos，liquidcrystalonsilicon)芯片、液晶显示(lcd，liquidcrystaldisplay)芯片或其他基于偏转的光调制器，如数字微镜器件(dmd，digitalmicromirrordevice)芯片，本申请对此不作具体限制。

在另一具体的实施例中，如图6所示，图6是本申请提供的光源系统的第三实施例的结构示意图，该实施例是基于图2所示的光源系统的变形。本实施例相对于光源系统第二实施例的区别在于：光源系统300中的合光装置305的中心区域镀反射膜，周围区域镀透射膜，即第一发光组件201出射的基色光被合光装置305的中心的反射区域反射至中继透镜206，波长转换装置203基于第二发光组件202出射的激发光产生的受激光透过合光装置305的周围的透射区域入射至中继透镜206。本实施例中基色光经过合光装置305时被中心区域镀有的反射膜反射至中继透镜206，该种类型的合光装置305便于制造，可降低生产成本。

可以理解的是，受激光在合光装置305的中心的反射区域会损失一部分光，但由于基色光均为激光，激光具有发散角极小的特性，合光装置305的反射区域可设置的极小，因此受激光在合光装置305的中心的反射区域损失的光较少，可忽略。

在其他具体的实施例中，参阅图7，图7是本申请提供的光源系统的第四实施例的结构示意图。该实施例是基于图2所示的光源系统的变形，本实施例相对于光源系统第二实施例的区别在于：基色光和激发光从色轮203的不同侧射入，第一发光组件201产生的基色光在色轮203的散射区域4032被透射，而波长转换区域2031产生的受激光的出射方向与激发光的入射方向一致。

色轮203上的散射区域4032至少部分设置于至少一种基色光的光路上，且入射于散射区域4032的至少一种基色光经散射区域4032的透射后沿基色光的光路入射至合光装置205。具体地，色轮203将基色光透射至方棒215和聚焦透镜217，方棒215和聚焦透镜217分别对基色光进行匀光和聚光，聚光后的基色光透射过合光装置205的中心的透射区域，最终在空间调制器208处成像。而波长转换装置203基于激发光产生的受激光经过二向色片420的反射后经过匀光器件2041和偏振转换装置2042后在合光装置205的周围的反射区域被反射，终在空间调制器208处成像。由此，达到基色光和受激光在合光装置205处合光的目的。

本实施例中，为了使得基色光能够更好地透过散射区域4032，可以将散射区域4032的底板镂空或将散射区域4032的基板设置为透光基板。

本实施例中，散射区域4032和波长转换区域2031可设置在色轮203的同一侧面，如图7所示，在其他实施方式中，散射区域4032也可设置在基色光相对色轮203的入射面。

本实施例中，基色光在散射区域4032处采用了透射的方式，不同波长的激光在经过合光后经由会聚透镜222和反射镜216会聚到散射区域4032，经过散射削弱相干性后透射进入方棒215进行匀光，然后经过中继透镜217后与受激光进行合光；而且用于激发荧光物质的蓝色激光光束在二向色片420处是透射的，激发产生的受激光在二向色片420处被反射至匀光器件2041；这种结构的光源系统相对更加紧凑，节省空间。

请参阅图8，图8是本申请提供的光源系统的第五实施例的结构示意图，本实施例是基于图7所示的光源系统第四实施例的变形，区别在于：本实施例中波长转换装置203设置有具有预设倾斜角的倾斜面，散射区域5032设置于倾斜面上，第一光学组件201产生的基色光经过会聚透镜222的汇聚后入射至倾斜面上的散射区域5032，此时基色光相对于散射区域5032具有与倾斜面的倾斜角对应的入射角，由此基色光可被散射区域5032反射至方棒215。

本实施例中，倾斜面设置于色轮203的边缘处，即将色轮203的边缘设置成具有预设倾斜角的倾斜面。进一步地，预设倾斜角可以为45°，基色光相对于色轮203水平入射散射区域5032，此时基色光相对于散射区域5032的入射角即为45°，即可基于散射区域5032的反射将基色光的传输方向偏转90°而入射至方棒215。

本实施例通过将散射区域5032设置成倾斜面，令散射区域5032在散射基色光的同时充当反射镜，可减少光源系统500中的光学元件的数量，使光路变得更为简洁。

上述基于偏振的光源系统中，波长转换装置受激产生的受激光是自然光，需要在后方光路中设置偏振转换系统来将自然光转换成偏振光，在该转换过程中受激光的光学扩展量会成倍增长；由于第一光学组件出射的激光与波长转换装置受激产生的受激光的合光发生在对受激光进行偏振处理之后，受激光的光学扩展量倍增，第一光学组件出射的激光与波长转换装置受激产生的受激光之间的光学扩展量之比会变大，因此能够减少合光时受激光的损失，提高了光源系统的光学效率。

参阅图9，图9是本申请提供的显示设备的一实施例的结构示意图，显示设备90包括光源系统91，其中，光源系统91为上述实施例中的光源系统。

显示设备90是一种包括三色激光和荧光的投影显示光机装置，利用激光颜色好、亮度高以及光学扩展量小的特点，使得其与荧光进行结合构成投影显示系统，显示亮度高、色域广且系统结构紧凑等。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。