一种荧光轮、投影光源、投影仪及其控制方法与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种荧光轮、投影光源、投影仪及其控制方法。

背景技术：

在投影仪结构中，一般使用荧光轮对光源入射到荧光轮上的光线进行激发而产生需要的彩色光序列。

现有技术中的荧光轮存在色域与亮度之间的矛盾(色域高其发光效率低，色域低其发光效率高)，这是本领域中固有的问题。这样一来，投影仪在使用过程中，若满足了用户对色域的要求，则无法满足用户对亮度的要求，而满足了用户对亮度的要求，则无法满足用户对色域的要求。

此外，由于现有技术中荧光轮的色域是固定的，使得投影仪只能显示高色域画面或低色域画面，显示效果不佳。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种荧光轮、投影光源、投影仪及其控制方法，可提高显示效果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供一种荧光轮，包括具有一反射面的基板，以及设置在所述基板反射面上的荧光层；所述荧光层包括至少一个高色域区和至少一个低色域区。

优选的，所述高色域区的个数与所述低色域区的个数相同，且所述高色域区和所述低色域区间隔设置。

优选的，所述荧光层靠近所述基板的边缘，且所述荧光层呈一圈设置。

基于上述，优选的，所述荧光层的所述高色域区和所述低色域区的材料均选自硅酸盐、氯硅酸盐、铝酸盐、氮氧化物、氮化物、钨酸盐、钼酸盐、硫氧化物、量子点中的至少一种。

第二方面，提供一种投影光源，包括第一方面所述的荧光轮，以及位于所述荧光轮的反射面一侧且相对设置的第一子光源和第二子光源、设置在所述第一子光源和所述第二子光源之间的第一二向色镜，所述第一子光源和所述第二子光源发出的第一颜色光均射向所述第一二向色镜，且所述第一子光源和所述第二子光源发出的第一颜色光的光束中心轴线在一条直线上；其中，所述第一子光源发出的第一颜色光经所述第一二向色镜反射，射向远离所述荧光轮一侧；所述第二子光源发出的第一颜色光经所述第一二向色镜反射，射向所述荧光轮的荧光层，所述荧光层被所述第一颜色光激发出第二颜色光，所述第二颜色光经所述荧光轮的反射面反射，射向所述第一二向色镜；经所述第一二向色镜透射后的第二颜色光与经所述第一二向色镜反射后的第一颜色光的光束中心轴线重合；所述第一颜色光和所述第二颜色光混合出白光。

优选的，所述投影光源还包括设置在所述第一二向色镜远离所述荧光轮一侧的一组整形光学元件；所述整形光学元件的光轴与所述白光的光束中心轴线重合。

基于上述，优选的，所述第一子光源和所述第二子光源为蓝色光源。

第三方面，提供一种投影仪，包括第二方面所述的投影光源。

优选的，所述投影仪还包括依次设置在所述投影光源的光路上的第一偏振器件、第二二向色镜、第三二向色镜；所述第二二向色镜用于反射第一颜色光，并透射第二颜色光；所述第三二向色镜用于反射第三颜色光，并透射第四颜色光；其中，所述第三颜色光和所述第四颜色光混合出所述第二颜色光；所述投影仪还包括分别设置在所述第一颜色光、所述第三颜色光和所述第四颜色光的光路上的显示元件，以及用于对所述显示元件发出的光进行合束的合束镜。

可选的，所述显示元件为LCD芯片；所述投影仪还包括设置在每个所述显示元件与所述合束镜之间的第二偏振器件；所述第一偏振器件的偏振方向与所述第二偏振器件的偏振方向垂直。

可选的，所述显示元件为LCOS芯片或者DMD芯片；所述投影仪还包括设置在每个所述显示元件与所述合束镜之间的偏振合束镜； 所述第一偏振器件的偏振方向与所述偏振合束镜的偏振方向垂直。

基于上述，优选的，所述第一偏振器件为偏振光转换器或者偏振片。

第四方面，提供一种投影仪的控制方法，包括：在第一帧，控制荧光轮转动，使投影光源中的第一子光源或第二子光源发出的光照射到所述荧光轮的高色域区；并控制显示元件中的第一区域中的子像素进行显示；在第二帧，控制荧光轮转动，使所述第一子光源或所述第二子光源发出的光照射到所述荧光轮的低色域区；并控制所述显示元件中的第二区域中的子像素进行显示；所述第一帧和所述第二帧构成一幅画面。

优选的，所述荧光轮的转速大于50转/秒。

本发明实施例提供一种荧光轮、投影光源、投影仪及其控制方法，通过将荧光轮的荧光层分为高色域区和低色域区，使得荧光轮既能被激发出高色域、低亮度的光，又能被激发出低色域、高亮度的光。这样一来，当将荧光轮应用于投影仪中时，投影仪通过将一幅画面分为两帧显示，第一帧显示使高色域子像素显示而使低色域子像素关闭，第二帧使高色域子像素关闭而使低色域子像素显示，使用户看到的画面中既包含高色域部分，又包含低色域部分，从而提高显示效果。此外，在将第一帧画面和第二帧画面合为一幅画面时，亮度会有一定程度的中和，使得在满足用户对色域的要求时，能一定程度改善色域与亮度之间的矛盾。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的一种荧光轮的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种荧光轮的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种CIE1931色度图；

图4为本发明实施例提供的一种荧光轮的结构示意图三；

图5(a)为本发明实施例提供的一种投影光源的结构示意图一；

图5(b)为本发明实施例提供的一种投影光源的结构示意图二；

图6为本发明实施例提供的一种投影光源的结构示意图三；

图7为本发明实施例提供的一种投影仪的结构示意图一；

图8为本发明实施例提供的一种投影仪的结构示意图二；

图9为本发明实施例提供的一种投影仪的结构示意图三；

图10为本发明实施例提供的一种投影仪的控制方法的流程图；

图11为本发明实施例提供的一种显示元件的像素分布图。

附图标记：

01-第一颜色光；02-第二颜色光；03-第三颜色光；04-第四颜色光；10-荧光轮；11-基板；12-荧光层；13-高色域区；14-低色域区；15-转轴；16-马达；20-第一子光源；21-第二子光源；22-整形光学元件；31-第一二向色镜；32-第二二向色镜；33-第三二向色镜；40-第一偏振器件；41-偏振光转换器；42-偏振片；43-偏振合束镜；44-第二偏振器件；50-显示元件；51-LCD芯片；52-LCOS芯片；53-DMD芯片；60-合束镜；70-反射镜；80-投影镜头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

本发明实施例提供一种荧光轮10，如图1和图2所示，包括具有一反射面的基板11，以及设置在基板11反射面上的荧光层12；所述荧光层12包括至少一个高色域区13和至少一个低色域区14。

其中，如图1和2所示，荧光轮10还包括带动所述荧光轮10本体转动的转轴15。不对转轴15的具体位置进行限定，图1和图2中仅以转轴15位于荧光轮10的中心位置进行示意。

需要说明的是，第一，不对基板11的形状和材料进行限定，图1和图2中基板11的形状仅为示意。

此外，不对基板11的反射面进行具体限定，能将荧光层12中激发出的光反射出去即可。例如可以是基板11上设置荧光层12的一侧面均具有反射功能，也可以是仅在设置荧光层12的部分具有反射功能。

第二，不对荧光层12的形状进行限定，图1和图2中荧光层12的形状仅为示意。

此外，不对荧光层12的材料进行限定，能够被光线激发出荧光即可。

第三，荧光层12的高色域区13是指，设置在该区域内的材料被光线激发出的荧光落在图3中的区域1内，区域1内的光线形成的画面色域较高、亮度较低。相应的，荧光层12的低色域区14是指，设置在该区域内的材料被光线激发出的荧光落在图3中的区域2内，区域2内的光线形成的画面色域较低、亮度较高。

其中，图3为CIE(Commission Internationaldel′Eclairage，国际照明协会)1931色度图，区域2为由A’、B’、C’三点围成的低色度区域，区域1为由A、B、C三点围成的不包含区域2的高色度区域，其中A’、B’、C’为位于低色度区域内的三基色光，A、B、C为位于高色度区域内的三基色光。

第四，不对高色域区13和低色域区14的个数进行限定，可以如图1所示，高色域区13和低色域区14均为一个。也可以如图2所示，高色域区13和低色域区14均为多个。

本发明实施例提供一种荧光轮10，通过将荧光轮10的荧光层12分为高色域区13和低色域区14，使得荧光轮10既能被激发出高色域、低亮度的光，又能被激发出低色域、高亮度的光。这样一来，当将荧光轮10应用于投影仪中时，投影仪通过将一幅画面分为两帧显示，第一帧显示使高色域子像素显示而使低色域子像素关闭，第二帧使高色域子像素关闭而使低色域子像素显示，使用户看到的画面中既包含高色域部分，又包含低色域部分，从而提高显示效果。此外，在将第一帧画面和第二帧画面合为一幅画面时，亮度会有一定程度的中 和，使得在满足用户对色域的要求时，能一定程度改善色域与亮度之间的矛盾。

优选的，如图4所示，高色域区13的个数与低色域区14的个数相同，且高色域区13和低色域区14间隔设置。

本发明实施例通过将高色域区13与低色域区14分别设置多个且间隔设置，当荧光轮10应用于投影仪中时，荧光轮10转动一圈，投影仪可以显示多幅画面，从而可提高显示画面的刷新频率。

为了降低生产成本，本发明实施例优选的，如图1、图2、图4所示，荧光层12靠近基板11的边缘，且所述荧光层12呈一圈设置。

其中，本领域技术人员应该明白，荧光轮10转动过程中，荧光层12需持续激发出荧光，因此荧光层12的中心轴线需与荧光轮10的中心轴线重合。

基于上述，为了使荧光层12的材料易于获得，本发明实施例优选的，荧光层12的高色域区13和低色域区14的材料均选自硅酸盐、氯硅酸盐、铝酸盐、氮氧化物、氮化物、钨酸盐、钼酸盐、硫氧化物、量子点中的至少一种。

其中，高色域区13与低色域区14的材料可以完全不同，也可以部分相同。

本发明实施例还提供一种投影光源，如图5(a)和图5(b)所示，包括上述荧光轮10，以及位于所述荧光轮10的反射面一侧且相对设置的第一子光源20和第二子光源21、设置在第一子光源20和第二子光源21之间的第一二向色镜31，第一子光源20和第二子光源21发出的第一颜色光01均射向第一二向色镜31，且第一子光源20和第二子光源21发出的第一颜色光01的光束中心轴线在一条直线上；其中，第一子光源20发出的第一颜色光01经所述第一二向色镜31反射，射向远离荧光轮10一侧；第二子光源21发出的第一颜色光01经第一二向色镜31反射，射向荧光轮10的荧光层12，荧光层12被第一颜色光01激发出第二颜色光02，第二颜色光02经荧光轮10的反射面反射，射向第一二向色镜31；经第一二向色镜31透射后的第二颜色光02与经第一二向色镜31反射后的第一颜色光01的光束中心轴线重合；所述第一颜色光01和所述第二颜色光02混合出白光。

此处，所述投影光源还可以包括带动所述荧光轮10的转轴15转动的马达16。

需要说明的是，第一，二向色镜的特点为对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。

第二，基于本发明实施例提供的投影光源的结构，如图5(a)和图5(b)所示，若第二子光源21发出的第一颜色光01被第一二向色镜31反射后射向荧光轮10，则荧光轮10的荧光层12被该第一颜色光01激发出的第二颜色光02经与该第一颜色光01相同的光路射向第一二向色镜31，并经第一二向色镜31透射后，必然会与第一子光源20发出且被第一二向色镜31反射的第一颜色光01混合发出白光。此处，为了便于完整显示出光路的走线，将第二子光源21发出的且被第一二向色镜31反射后射向荧光轮10的第一颜色光01的光束中心轴线与经荧光轮10反射后，射向第一二向色镜31的第二颜色光02的光束中心轴线分开显示，但两者应是重合的。

其中，不对第一颜色光01和第二颜色光02进行限定，能够混合出白光即可。

第三，不对第一子光源20和第二子光源21进行限定，能够发出第一颜色光01即可。

本发明实施例提供一种投影光源，通过将投影光源中的荧光轮10的荧光层12分为高色域区13和低色域区14，使得荧光轮10既能被激发出高色域、低亮度的光，又能被激发出低色域、高亮度的光。这样一来，当将投影光源应用于投影仪中时，投影仪通过将一幅画面分为两帧显示，第一帧显示使高色域子像素显示而使低色域子像素关闭，第二帧使高色域子像素关闭而使低色域子像素显示，使用户看到的画面中既包含高色域部分，又包含低色域部分，从而提高显示效果。此外，在将第一帧画面和第二帧画面合为一幅画面时，亮度会有一定程度的中和，使得在满足用户对色域的要求时，能一定程度改善色域与亮度之间的矛盾。

优选的，如图6所示，所述投影光源还包括设置在第一二向色镜31远离荧光轮10一侧的一组整形光学元件22；所述整形光学元件22的光轴与所述白光的光束中心轴线重合。

本发明实施例通过在第一二向色镜31远离荧光轮10一侧设置一组整形光学元件22，经整形光学元件22对光线进行调整后，可以使投影光源射出的白光的光强分布更均匀。

基于上述，优选的，第一子光源20和第二子光源21为蓝色光源。

其中，所述蓝色光源可以为LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)或者蓝色激光。

此外，本领域技术人员应该明白，当第一子光源20和第二子光源21为蓝色光源时，荧光轮10的荧光层12在蓝色光的激发下会发出黄光，黄光与蓝光混合出白光。

本发明实施例通过将第一子光源20和第二子光源21设置为蓝色，可以延长第一子光源20和第二子光源21的使用寿命。此外，蓝色光源的工艺也较为成熟。

本发明实施例还提供一种投影仪，如图7-图9所示，包括上述投影光源。

本发明实施例提供一种投影仪，通过将投影仪中的荧光轮10的荧光层12分为高色域区13和低色域区14，使得荧光轮10既能被激发出高色域、低亮度的光，又能被激发出低色域、高亮度的光。这样一来，投影仪通过将一幅画面分为两帧显示，第一帧显示使高色域子像素显示而使低色域子像素关闭，第二帧使高色域子像素关闭而使低色域子像素显示，使用户看到的画面中既包含高色域部分，又包含低色域部分，从而提高显示效果。此外，在将第一帧画面和第二帧画面合为一幅画面时，亮度会有一定程度的中和，使得在满足用户对色域的要求时，能一定程度改善色域与亮度之间的矛盾。

下面结合具体实施例对本发明提供的投影仪进行描述。

实施例一

提供一种投影仪，如图7所示，所述投影仪包括上述投影光源，以及依次设置在投影光源的光路上的第一偏振器件40、第二二向色镜32、第三二向色镜33。

第二二向色镜32用于反射第一颜色光01，并透射第二颜色光02；第三二向色镜33用于反射第三颜色光03，并透射第四颜色光04；其 中，第三颜色光03和第四颜色光05混合出第二颜色光02。

所述投影仪还包括分别设置在第一颜色光01、第三颜色光03和第四颜色光04的光路上的LCD芯片51、用于对LCD芯片51发出的光进行合束的合束镜60、以及设置在每个LCD芯片51与合束镜60之间的第二偏振器件44，偏振片42。其中，所述第一偏振器件40的偏振方向与所述第二偏振器件44的偏振方向垂直；第一偏振器件40和第二偏振器件44可以为偏振光转换器，也可以为偏振片。本发明实施例一提供的第一偏振器件40和第二偏振器件44也适用于本发明其他实施例中。

其中，合束镜60对各个LCD芯片51发出的光进行合束后，经投影镜头80将图像投射到显示屏幕上。

需要说明的是，第一，如图7所示，设置在第一颜色光01、第三颜色光03和第四颜色光04的光路上的LCD芯片51分别位于合束镜60的不同位置，而经二向色镜透射或者反射的光线的光路是一定的，因此，本领域技术人员应该明白，为使第一颜色光01、第三颜色光03和第四颜色光04的光路能够射向合束镜60的不同位置，以使合束镜60对光线进行合束，需要在第一颜色光01、第三颜色光03和第四颜色光04的光路上合理设置反射镜70，以实现对光路的调整。反射镜70的设置同样适用于本发明其他实施例中。

其中，第一颜色光01、第三颜色光03和第四颜色光04为三基色光。

第二，不对投影仪中各部件的设置位置进行限定，图7中仅为示意，不做任何限定。

此处，采用LCD芯片51作为显示元件，制备工艺成熟，生产成本较低。

实施例二

提供一种投影仪，如图8所示，包括能被蓝光激发出黄光的荧光轮10、用于发蓝光且相对设置的第一子光源20和第二子光源21、对蓝光进行透射，对黄光进行反射且位于第一子光源20和第二子光源21之间的第一二向色镜31、以及设置在第一二向色镜31远离荧光轮10一侧的一组整形光学元件22。其中，所述第一子光源20、第二子光源21、以及第一二向色镜31位于所述荧光轮10的反射面一侧。整形光学元件22的光轴与由所述黄光和所述蓝光合成的白光的光束中心轴线重合。

所述投影仪还包括依次设置在所述白光光路上的偏振片42、用于对蓝光进行反射，对黄光进行透射的第二二向色镜32、用于对黄光中的绿光进行反射对红光进行透射的第三二向色镜33、以及设置在所述蓝光、绿光、红光光路上的LCOS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅)芯片52、用于对LCOS芯片52发出的光进行合束的合束镜60、设置在每个LCOS芯片52与合束镜60之间的偏振合束镜43。其中，偏振片42的偏振方向与偏振合束镜43的偏振方向垂直。

其中，合束镜60对各个LCOS芯片52发出的光进行合束后，经投影镜头80将图像投射到显示屏幕上。

此处，采用LCOS芯片52作为显示元件，分辨率较高，显示效果较好。

实施例三

提供一种投影仪，如图9所示，包括能被蓝光激发出黄光的荧光轮10、用于发蓝光且相对设置的第一子光源20和第二子光源21、对蓝光进行透射，对黄光进行反射且位于第一子光源20和第二子光源21之间的第一二向色镜31、以及设置在第一二向色镜31远离荧光轮10一侧的一组整形光学元件22。其中，所述第一子光源20和、第二子光源21、以及第一二向色镜31位于所述荧光轮10的反射面一侧。整形光学元件22的光轴与由所述黄光和所述蓝光合成的白光的光束中心轴线重合。

所述投影仪还包括依次设置在所述白光光路上的偏振光转换器41、用于对蓝光进行反射，对黄光进行透射的第二二向色镜32、用于对黄光中的绿光进行反射对红光进行透射的第三二向色镜33。以及设置在所述蓝光、绿光、红光光路上的DMD(Digital Micormirror Device，数字微反射器)芯片53、用于对DMD芯片53发出的光进行合束的合束镜60、设置在每个DMD芯片53与合束镜60之间的偏振合束镜43。其中，偏振光转换器41的偏振方向与偏振合束镜43 的偏振方向垂直。

其中，合束镜60对各个DMD芯片53发出的光进行合束后，经投影镜头80将图像投射到显示屏幕上。

此处，采用DMD芯片53作为显示元件，制备工艺成熟，分辨率高。此外，采用偏振光转换器41可将自然偏振光全部转换为线偏振光，可提高光源得利用率。

以上实施例仅为本发明给出的具体实施方式，并不能完全涵盖本发明所保护的全部实施方式。其中，上述实施例中各特征的任意组合均属于本发明保护的范围，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种投影仪的控制方法，如图10所示，所述方法包括：

S10、在第一帧，控制荧光轮10转动，使投影光源中的第一子光源20或第二子光源21发出的光照射到荧光轮10的高色域区13；并控制显示元件50中的第一区域501中的子像素(如图11所示)进行显示。

S20、在第二帧，控制荧光轮10转动，使第一子光源20或第二子光源21发出的光照射到荧光轮10的低色域区14；并控制显示元件50中的第二区域502中的子像素(如图11所示)进行显示。

S30、所述第一帧和所述第二帧构成一幅画面。

需要说明的是，第一，第一区域501中的子像素与第二区域502中的子像素组成显示元件50中的子像素。

其中，在第一帧中，第一区域501中的子像素进行显示时，第二区域502中的子像素则处于关闭状态；相应的，第二帧中，第二区域502中的子像素进行显示时，第一区域501中的子像素则处于关闭状态。

第二，结合上述投影光源的结构，本领域技术人员应该明白，在第一帧中，若是第一子光源20发出的光照射到荧光轮10的高色域区13，第二帧中，必然也是第一子光源20发出的光照射到荧光轮10的低色域区14。同理，在第一帧中，若是第二子光源21发出的光照射到荧光轮10的高色域区13，第二帧中，必然也是第二子光源21发 出的光照射到荧光轮10的低色域区14。

第三，不对第一帧和第二帧的时间顺序进行限定，可以是先第一帧在前第二帧在后，构成一幅画面。也可以是第二帧在前，第一帧在后，构成一幅画面。

本发明实施例提供一种投影仪的控制方法，通过将投影仪中的荧光轮10的荧光层12分为高色域区13和低色域区14，使得荧光轮10既能被激发出高色域、低亮度的光，又能被激发出低色域、高亮度的光。这样一来，投影仪通过将一幅画面分为两帧显示，第一帧显示使高色域子像素显示而使低色域子像素关闭，第二帧使高色域子像素关闭而使低色域子像素显示，使用户看到的画面中既包含高色域部分，又包含低色域部分，从而提高显示效果。此外，在将第一帧画面和第二帧画面合为一幅画面时，亮度会有一定程度的中和，使得在满足用户对色域的要求时，能一定程度改善色域与亮度之间的矛盾。

优选的，所述荧光轮10的转速大于50转/秒。

本发明实施例通过控制荧光轮10的转速，可以控制第一帧画面与第二帧画面之间的时间间隔，避免因时间间隔过长，导致肉眼可以看到画面区分，而影响显示效果。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。