激光显示设备的制作方法

本发明涉及激光投影技术领域，尤其涉及激光显示设备。

背景技术：

现有的投影系统照明所使用的超高压汞灯、金属卤化物灯、氙灯、卤素灯、LED光源、蓝光激光激发荧光粉光源等光源的发光强度及光谱均受到发光物质及其状态的限制，呈现出连续或者是带状光谱的特征。除LED光源以外，这些光源生产出来后，光源的白场坐标就被固定，无法很好的满足后期白场色坐标实时调整需求。LED光源虽能满足后期白场色坐标实时调整需求，但LED光源本身亮度低且利用率不高，很难满足中高亮度的光源需求，并且所有的这些光源均色彩饱和度偏低，不能更好的还原图像。目前，现有的技术通常采用在视频信号处理上调整光源的亮度，这也是以牺牲对比度和色彩饱和为代价来提高白场的亮度。因此，虽然这些技术可能将图像色彩柔和化及亮度提高，但是图像的整体质量却下降了。图1为现有技术中的投影光源和激光光源的色彩饱和对比。

近年来，随着激光发光二极管技术的成熟，也有人尝试通过用发光二级光作为投影显示光源。但是，目前应用于投影系统的激光光源，一方面光场分布不均匀；另一方面，由于激光为相干光，其经粗糙表面(如屏幕)反射后，人眼看到的是具有散斑的图像，严重降低了图像显示质量，因此，目前应用于投影系统中的激光光源所达到的画面效果始终不理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光显示设备，旨在解决现有技术中激光显示设备显示的画面不理想的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种激光显示设备，包括激光投影光源以及设于所述激光投影光源的输出端的成像模块，所述激光投影光源包括用于输出第一光束的第一激光模块、用于输出第二光束的第二激光模块、用于输出第三光束的第三激光模块以及第一耦合模块，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束的颜色各不相同；

所述第一耦合模块包括第一耦合镜、马达以及第一光棒，所述第一耦合镜设于所述马达的一侧并用于将所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束耦合为第一耦合光束后输出至所述第一光棒，所述第一光棒设于所述马达的中空轴内并通过所述中空轴带动作旋转运动，以使所述第一耦合光束在所述第一光棒内多次反射后作为第四光束输出。

进一步地，所述激光投影光源还包括第二耦合模块，所述第二耦合模块包括第二耦合镜和第二光棒；所述第二耦合镜设于所述第一光棒的一侧并用于将所述第四光束耦合为第二耦合光束后输出至所述第二光棒；所述第二光棒设于所述第二耦合镜的一侧并用于对所述第二耦合光束进行整形后作为第五光束输出至所述成像模块。

进一步地，所述第一激光模块包括第一激光光源、第一反射镜以及第一分色镜；所述第一反射镜与所述第一激光光源数量相适配，所述第一激光光源和所述第一反射镜均设有多个；各所述第一激光光源发射的激光光束经对应的所述第一反射镜反射后输出至所述第一分色镜上；所述第二激光模块包括第二激光光源、第二反射镜以及第二分色镜；所述第二反射镜与所述第二激光光源数量相适配，所述第二激光光源和所述第二反射镜均设有多个；各所述第二激光光源发射的激光光束经对应的所述第二反射镜反射后输出至所述第二分色镜上；所述第三激光模块包括第三激光光源、第三反射镜以及第三分色镜；所述第三反射镜与所述第三激光光源数量相适配，所述第三激光光源和所述第三反射镜均设有多个；各所述第三激光光源发射的激光光束经对应的所述第三反射镜反射后输出至所述第三分色镜上。

进一步地，所述第二耦合镜上设有用于匀化所述第四光束的匀化片。

进一步地，所述第一分色镜、所述第二分色镜以及所述第三分色镜处于同一平面上。

进一步地，所述激光显示设备还包括冷却模块，所述冷却模块包括依次连接成闭环回路的液冷板、水箱换热器、恒温控制器以及水泵，所述第一激光模块、所述第二激光模块以及所述第三激光模块均设于所述液冷板上，所述恒温控制器的一侧设有与所述恒温控制器共同控制所述水箱换热器以使得流经所述液冷板的水流温度维持恒定的控温换热装置。

进一步地，所述液冷板中嵌有用于供水流经过的导流通道，所述导流通道的非光源面覆盖有用于隔绝外部热量的第一隔热膜。

进一步地，所述液冷板与所述水箱换热器之间通过第一水管连接，所述水箱换热器与所述恒温控制器之间通过第二水管连接。

进一步地，所述第一水管和所述第二水管的外壁上均覆盖有用于隔绝外部热量的第二隔热膜。

进一步地，所述成像模块包括第四反射镜、镜头以及屏幕，所述第五光束经所述第四反射镜反射后输出至所述镜头以使所述屏幕显示图像。

本发明的有益效果：本发明通过将第一光棒设于马达的中空轴内，采用马达带动第一光棒进行旋转运动的方式，巧妙地实现了时间与空间的混光模式，从而解决了激光光源的不均匀性和散斑问题，避免了因局部光能量过度集中造成对后端成像系统的损毁，使得激光投影系统中显示出理想的画面。

附图说明

图1为现有技术中的投影光源和激光投影光源的色彩饱和度对比图。。

图2为本发明实施例提供的激光显示设备的结构示意图。

图3为图2中A处的局部结构放大示意图。

图4为图2中B处的局部结构放大示意图。

图5为图2中C处的局部结构放大示意图。

图6为本发明实施例提供的激光显示设备中的第一激光模块、第二激光模块或第三激光模块输出的激光光斑示意图。

附图标记包括：

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2所示，本发明实施例提供的激光显示设备，包括激光投影光源10以及设于所述激光投影光源10的输出端的成像模块20，所述激光投影光源10包括用于输出第一光束的第一激光模块11、用于输出第二光束的第二激光模块12、用于输出第三光束的第三激光模块13以及第一耦合模块14，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束的颜色各不相同；所述第一耦合模块14包括第一耦合镜141、马达142以及第一光棒143，所述第一耦合镜141设于所述马达142的一侧并用于将所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束耦合为第一耦合光束后输出至所述第一光棒143，所述第一光棒143设于所述马达142的中空轴内并通过所述中空轴带动作旋转运动，以使所述第一耦合光束在所述第一光棒143内多次反射后作为第四光束输出。其中，第一激光模块11、第二激光模块12、第三激光模块13可以是分别选自红色激光模块、蓝色激光模块和绿色激光模块中之一，此时，第一光束、第二光束和第三光束中一个为红光、一个为蓝光、一个为绿光。当然，第一激光模块11、第二激光模块12、第三激光模块13可以是分别选自其他的三种颜色之一的激光模块，例如，红黄绿。并且，上述的激光投影光源10除了包括可以是包括三种颜色的激光模块，即，除第一激光模块11、第二激光模块12和第三激光模块13之外，还可以包括四种颜色的激光模块或者五种颜色的激光模块，例如，包括红黄蓝蓝四种颜色的激光模块。

优选地，所述马达142为无刷电动马达142，所述马达142的转动频率为30Hz～300Hz。如此，能够使得该装置能够在人眼的积分时间内(30Hz)消除散斑，从而达到了进一步提高消除散斑的效果的目的。可以理解的，所述马达142的转动频率可以为30Hz、100Hz、200Hz、300Hz，或者其他数值。

本实施例中，通过将第一光棒143设于马达142的中空轴内，采用马达142带动第一光棒143进行旋转运动的方式，巧妙地实现了时间与空间的混光模式，从而解决了激光光源的不均匀性和散斑问题，避免了因局部光能量过度集中造成对后端成像系统的损毁，使得激光投影系统中显示出理想的画面。此外，本发明实施例提供的激光显示设备同时具有广色域、长寿命、环保节能等特点，在投影显示领域有很高的使用价值。

如图2所示，进一步地，所述激光投影光源10还包括第二耦合模块15，所述第二耦合模块15包括第二耦合镜151和第二光棒152；所述第二耦合镜151设于所述第一光棒143的一侧并用于将所述第四光束耦合为第二耦合光束后输出至所述第二光棒152；所述第二光棒152设于所述第二耦合镜151的一侧并用于对所述第二耦合光束进行整形后作为第五光束输出至所述成像模块20。优选地，所述第一耦合镜141的相对两表面和所述第二耦合镜151的相对两表面均镀设有增透膜。通过在第一耦合镜141的相对两表面和第二耦合镜151的相对两表面均镀设增透膜，有效地提高了激光光束的耦合效率，降低了激光光束在传播过程中的光能损失。此外，第一耦合镜141和第二耦合镜151可以为双球面耦合镜、双非球面耦合镜、单球面耦合镜或单非球面耦合镜中的任一种。

如图2至图5所示，进一步地，所述第一激光模块11包括第一激光光源111、第一反射镜112以及第一分色镜113；所述第一反射镜112与所述第一激光光源111数量相适配，所述第一激光光源111和所述第一反射镜112均设有多个；各所述第一激光光源111发射的激光光束经对应的所述第一反射镜112反射后输出至所述第一分色镜113上；所述第二激光模块12包括第二激光光源121、第二反射镜122以及第二分色镜123；所述第二反射镜122与所述第二激光光源121数量相适配，所述第二激光光源121和所述第二反射镜122均设有多个；各所述第二激光光源121发射的激光光束经对应的所述第二反射镜122反射后输出至所述第二分色镜123上；所述第三激光模块13包括第三激光光源131、第三反射镜132以及第三分色镜133；所述第三反射镜132与所述第三激光光源131数量相适配，所述第三激光光源131和所述第三反射镜132均设有多个；各所述第三激光光源131发射的激光光束经对应的所述第三反射镜132反射后输出至所述第三分色镜133上。

如图6所示，本实施例中，第一激光光源111、第二激光光源121和第三激光光源131发射的激光光束经对应的反射镜反射后，分别输出至相应的分色镜上，经分色镜作用后，第一光束、第二光束和第三光束(当第一光束、第二光束和第三光束分别为红、绿、蓝激光光束之一时)被合为不均匀的白光，该不均匀的白光经第一耦合镜141后被耦合至第一光棒143中，然后，第一光棒143在马达142的带动下高速旋转，以实现对第一耦合光束进行高效的消相干，使得该激光投影光源10投射形成的投影画面散斑效应大大减弱，提高了画面显示质量，进而增强了产品的竞争力。

具体地，当第一光束、第二光束和第三光束分别为红、绿、蓝激光光束之一时，该红色激光光束的波长可以为635nm，该红色激光光束的波长可以为520nm，该红色激光光束的波长可以为450nm。

进一步地，所述第二耦合镜151上设有用于匀化所述第四光束的匀化片(图未示)。优选地，所述匀化片的匀化波长范围为400nm～700nm的激光光源，所述激光光源经所述匀化片匀化后的发散角半角范围为1°～10°。本实施例提供的匀化片能够对波长范围为400nm～700nm的可见激光光光束进行匀化，且其具有精确的发散角半角，在保证光斑均匀性的同时，依然能够保证高的光能利用率。

如图2所示，进一步地，所述第一分色镜113、所述第二分色镜123以及所述第三分色镜133处于同一平面上。通过将第一分色镜113、第二分色镜123以及第三分色镜133设于同一平面上，能够保证从第一分色镜113、第二分色镜123以及第三分色镜133出射的第一光束、第二光束以及第三光束在空间上具有一致性，从而降低激光光束在传输过程中的能量损耗，有效地提高光能利用率。

如图2所示，进一步地，所述激光显示设备还包括冷却模块30，所述冷却模块30包括依次连接成闭环回路的液冷板31、水箱换热器32、恒温控制器33以及水泵34，所述第一激光模块11、所述第二激光模块12以及所述第三激光模块13均设于所述液冷板31上，所述恒温控制器33的一侧设有与所述恒温控制器33共同控制所述水箱换热器32以使得流经所述液冷板31内的水流温度维持恒定的控温换热装置35。本发明实施例提供的激光显示设备中的冷却模块30，通过依次连接的液冷板31、水箱换热器32、恒温控制器33以及水泵34形成水流的闭环回路，以此使设于液冷板31上的第一激光模块11、第二激光模块12、第三激光模块13冷却，从而提高该激光显示设备运作的可靠性。具体地，水泵34将冷水输送到液冷板31，该冷水将液冷板31上的第一激光模块11、第二激光模块12、第三激光模块13产生的热量吸收变为热水后回到水箱换热器32，通过控温换热装置35和恒温控制器33变为恒温冷水后继续循环散热。

进一步地，所述液冷板31中嵌有用于供水流经过的导流通道(图未示)，所述导流通道的非光源面覆盖有用于隔绝外部热量的第一隔热膜(图未示)。需要进一步说明的是：所述导流通道的非光源面指的是与液冷板31设有第一激光模块11、第二激光模块12以及第三激光模块13的一面相对的另一面。通过在液冷板31中嵌有导流通道，使得水流经过，从而可以带走上述激光模块工作时散发的热量，达到冷却的目的。而第一隔热膜的设置，可以防止外部的热量传递给导流通道中的水流，从而确保流经液冷板31的水流的温度，提高冷却效果。

如图2所示，进一步地，所述液冷板31与所述水箱换热器32之间通过第一水管36连接，所述水箱换热器32与所述恒温控制器33之间通过第二水管37连接。优选地，所述第一水管36和所述第二水管37为高压塑胶水管或高压金属水管。由于高压塑胶水管或高压金属水管均可承受较高的水位压力，经久耐用，使用寿命长，因此，可有效地提高该冷却模块30的可靠性。

进一步地，所述第一水管36和所述第二水管37的外壁上均覆盖有用于隔绝外部热量的第二隔热膜(图未示)。同理，第二隔热膜的设置，可以防止外部的热量传递给所述第一水管36和所述第二水管37，从而确保整个循环回路中的水流的温度，提高冷却效果。

如图2所示，进一步地，所述成像模块20包括第四反射镜21、镜头22以及屏幕23，所述第五光束经所述第四反射镜21反射后输出至所述镜头22以使所述屏幕23显示图像。由于本发明实施例提供的激光投影光源10具有亮度高，光束均匀以及无散斑的效果，因此，经镜头22投影至屏幕23所显示的图像质量高，画面效果佳，可有效地提升用户体验，从而增强产品竞争力。

综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。