一种光谱转换器和投影电视光源系统的制作方法

本发明涉及投影电视技术领域，尤其涉及一种光谱转换器和投影电视光源系统。

背景技术：

随着生活水平的提高，普通的家用电视已经不能满足人们的需求，为了能够在家中享受到电影院的观看效果，越来越多的家庭开始选择投影电视。

现有技术中，激光投影电视具有屏幕尺寸灵活，可实现超大尺寸无缝拼接屏幕，尤其采用红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的三色激光光源的激光投影电视，不仅可以实现高色彩饱和度，而且其NTSC色域可以达到120％以上，如图1所示为激光投影电视的光源系统，红色激光11和蓝色激光13分别经过光处理器14和光处理器16处理后，再经过反射镜17和18反射后分别经过红光光阀19和蓝光光阀20进入混光均光组件22中，绿色激光12经过光处理器15处理后直接经过绿光光阀21后进入混光均光组件22中，三种颜色的光经过混光均光组件22处理后，通过投影组件23投射到屏幕24上。但由于激光光源具有很强的相干特性，当使用三种颜色的激光光源时，图像中容易出现散斑现象，并且由于激光光源价格昂贵，无法有效地降低成本，因而不适合家庭应用。

为了适应家庭的应用，现有技术中出现了一种蓝光激光配合红、绿荧光粉的光源系统，实现了大幅度降低光源系统成本的目的，但由于可以作为激光激发的荧光粉对稳定性和光饱和淬灭要求比较高，因此荧光粉的材料使用受到限制。目前激光应用中采用的红、绿荧光粉主要采用稳定性较好的氮化物或氮氧化物荧光粉，而这类荧光粉的发光光谱较宽，半峰宽(FWHM)>50nm，从而导致激光电视的色域大幅度下降，影响了激光电视画面颜色的鲜艳度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种光谱转换器和投影电视光源系统，本发明的投影电视光源系统采用本发明提出的光谱转换器将LED白光中的红、绿、蓝光提取出来，作为投影电视的光源，使得NTSC色域达到甚至超过100％，扩大了投影电视的色域，提高了画面颜色的鲜艳度。

本发明提出的光谱转换器，包括：透光基板；第一光学薄膜和第二光学薄膜，所述第一光学膜薄和所述第二光学薄膜依次交替设置在所述透光基板的第一光面上；所述第一光学薄膜的折射率大于所述第二光学薄膜的折射率；所述第一光学薄膜和所述第二光学薄膜的层数之和大于40。

本发明的光谱转换器，当使用LED作为光源且光源沿法线方向射入时，可以过滤出红、绿、蓝三色的混合光，这三种颜色的光波长宽度小、色纯度高，色再现性有可能达到甚至超过NTSC 100％，从而能够扩大投影电视的色域，提高画面颜色的鲜艳度。

作为对本发明的光谱转换器的进一步改进，所述第一光学薄膜的折射率范围为2.0至2.8，所述第二光学薄膜的折射率范围为1.3至1.8。这种折射率范围的光学薄膜能够很好的过滤出红、绿、蓝三种颜色。

进一步，其中一个所述第一光学薄膜相邻设置在所述透光基板的第一光面上。或者，其中一个所述第二光学薄膜设置在所述透光基板的第一光面上。这样的光谱转换器，对与其相邻的光学薄膜没有严格要求，无论是其中一个第一光学薄膜还是其中一个第二光学薄膜与透明基板相邻，均可以实现相同的技术效果，从而方便了光谱转换器的制作，提高了制作效率。

作为对透明基板的进一步改进，所述透光基板的材料为玻璃。玻璃为LCD领域常用的材料，这样就不需要另外购置材料，节约了成本。

本发明提出的投影电视光源系统，包括：光源部，所述光源部包括白光LED、准直透镜和散热器，所述散热器为白光LED散热，所述准直透镜将白光LED发出的光源转化为第一准直光源；混光均光器件，所述混光均光器件将从至少一个光源部射出的第一准直光源进行混光、均光后，转变为第一平行光源；均光准直器件，所述均光准直器件将从混光均光器件射出的第一平行光源进行再次均光、准直后，转变为第二准直光源；光谱转换器，所述光谱转换器为上文中所述的光谱转换器，所述光谱转换器将从均光准直器件射出的第二准直光源转变为红、绿、蓝三色混合的第一混合光源，其中，所述第二准直光源沿所述光谱转换器的法线方向射入所述光谱转换器中；光处理组件，所述光处理组件将从光谱转换器射出的红、绿、蓝三色混合的第一混合光源进行处理后，向投影电视提供所需的光源。

采用LED作为光源，LED光源中的红、绿、蓝光波长宽度小、色纯度高，色再现性有可能达到甚至超过NTSC 100％，从而能够扩大投影电视的色域，提高画面颜色的鲜艳度。

作为对投影电视光源系统的进一步改进，所述光处理组件包括：偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜从光谱转换器射出的红、绿、蓝三色混合的第一混合光源中过滤出S偏光；反射式液晶光阀，所述反射式液晶光阀将由偏振分光棱镜过滤出的S偏光转化为P偏光；所述P偏光经过所述偏振分光棱镜射出后，向投影电视提供所需的光源。

当LED光源通过光谱转换器时，除了红、绿、蓝颜色波长的光通过外，还有少量其他颜色的光，由于红、绿、蓝颜色波长的光一般属于S偏光，因此使用偏振分光棱镜可以对红、绿、蓝颜色的光进行进一步过滤，提高颜色的鲜艳度。在反射式液晶光阀的作用下，S偏光转变为P偏光，再次经偏振分光棱镜过滤后向投影电视提供所需的光源。

作为对投影电视光源系统的进一步改进，所述光处理组件包括：数字微镜装置，所述数字微镜装置将从光谱转换器射出的红、绿、蓝三色混合的第一混合光源进行处理后，向投影电视提供所需的光源。

数字微镜装置通过控制微镜片绕固定轴的旋转运动及时域响应能够决定反射光的角度方向和停止时间，从而决定屏幕上的图像及其对比度，同时提高了像素的开口率。

作为对本发明的投影电视光源系统的改进，所述光谱转换器中的透光基板的第二光面为出光面，所述第二光面为所述第一光面的相对面。

当光源由光学薄膜射入光谱转换器时，能够提高光源的透过率，进而提高了显示的亮度。

本发明还提出了第二种投影电视光源系统，包括：光源部，所述光源部包括白光LED、准直透镜和散热器，还包括上文中所述的光谱转换器，所述散热器为白光LED散热，所述准直透镜将白光LED发出的光源转化为第一准直光源，所述光谱转换器将所述第一准直光源转化为红、绿、蓝三色混合的第二混合光源，其中，所述第一准直光源沿所述光谱转换器的法线方向射入所述光谱转换器中；混光均光器件，所述混光均光器件将从至少一个光源部射出的红、绿、蓝三色混合的第二混合光源进行混光、均光后，转变为第二平行光源；均光准直器件，所述均光准直器件将从混光均光器件射出的第二平行光源进行再次均光、准直后，转变为第三准直光源；光处理组件，所述光处理组件将从均光准直器件中射出的第三准直光源进行处理后，向投影电视提供所需的光源。

第二种投影电视光源系统，将本发明的光谱转换器直接设置在光源部中，使得LED光源经过光谱转换器后过滤出红、绿、蓝三色混合的第二混合光源，同样可以达到第一种投影电视光源系统的技术效果。

作为对第二种投影电视光源系统的进一步改进，所述光处理组件包括：偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜从均光准直器件射出的第三准直光源中过滤出S偏光；反射式液晶光阀，所述反射式液晶光阀将由偏振分光棱镜过滤出的S偏光转化为P偏光；所述P偏光经过所述偏振分光棱镜射出后，向投影电视提供所需的光源。

作为对第二种投影电视光源系统的进一步改进，所述光处理组件包括：数字微镜装置，所述数字微镜装置将从均光准直器件中射出的第三准直光源进行处理后，向投影电视提供所需的光源。

总之，本发明提出的光谱转换器，当光源沿法线方向射入时，能够过滤出红、绿、蓝三种颜色波长的光，当投影电视光源系统采用该光谱转换器后，将LED光源中的红、绿、蓝三种颜色的光过滤出来，作为投影电视的光源，这样的光源波长宽度小、色纯度高，色再现性有可能达到甚至超过NTSC 100％，从而扩大了投影电视的色域，提高了画面颜色的鲜艳度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为现有技术中激光投影电视光学系统示意图；

图2为本发明提出的光谱转换器结构示意图；

图3为白光LED光源自光谱转换器的光学薄膜侧射入时，过滤出的波长及透过率效果示意图；

图4为本发明实施例二的包含有本发明的光谱转换器的投影电视光源系统的示意图；

图5为本发明实施例三的包含有本发明的光谱转换器的投影电视光源系统的示意图；

图6为本发明实施例四的包含有本发明的光谱转换器的投影电视光源系统的示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的内容作出详细的说明，下文中的“上”“下”“左”“右”均为相对于图示方向，不应理解为对本发明的限制。

实施例一：

图2为本发明提出的光谱转换器的结构示意图，从图2中可以看出，该光谱转换器包括透明基板31，在透明基板31的第一光面311侧交替设置有第一光学薄膜32和第二光学薄膜33，且第一光学薄膜32的折射率大于第二光学薄膜33的折射率，而且第一光学薄膜32和第二光学薄膜33的层数之和大于40。在本实施例中，其中一个第一光学薄膜32与第一光面311相邻，优选地，第一光学薄膜的折射率范围为2.0至2.8，第二光学薄膜的折射率范围为1.3至1.8，当然，当其中一个第二光学膜薄33与第一光面311相邻时，也可以达到同样的技术效果。优选地，透明基板31为LCD行业常用的玻璃基板，这样就能充分地利用现有资源，节省了采购成本。

当白色LED光源自该光谱转换器的光学薄膜侧入射时，根据入射角度的变化，通过该光谱转换器的光线的波长和透过率也会有所不同，图3白光LED光源自光谱转换器的光学薄膜侧射入时，过滤出的波长及透过率效果示意图，结合图2和图3，当光源沿法线方向射入时(即入射角θ为0度)，图3中折线1，过滤出的波长范围为425至470nm(蓝光)、510至560nm(绿光)、610至730nm(红光)，而且透过率达到了90％以上，当入射角θ分别为15度(折线2)、30度(折线3)时，虽然也过滤出蓝光、绿光和红光，但明显，这些角度过滤出的蓝光、绿光、红光的波长范围均小于入射角θ为0度时的波长范围，当入射角θ为0度时，由于其过滤出的波长范围较宽，因此蓝、绿、红光的利用率更高，能够增加投影电视的亮度。因此，优选地，白色LED光源从该光谱转换器的光学薄膜侧沿法线方向入射。本领域技术人员应该明白，白色LED光源可以从透明基板31的第一光面311的相对面入射，此时，为了增加光源的透射率，需要在入射面上涂覆增透膜。

实施例二：

如图4所示，为包含有本发明的光谱转换器的投影电视光源系统示意图。在光源部41内包括白光LED411、准直透镜412和为散热器413，白光LED411发出的光线经过准直透镜412处理后转化为第一准直光源419。本实施例中设置有三组光源部41，三组光源部41发出的3束第一准直光源419分别从上侧、左侧和下侧射入混光均光器件42中，在混光均光器件42的作用下，第一准直光源419转变为混合均匀的第一平行光源429。这里的混光均光器件42优选为X棱镜，从而有利于自混光均光器件42的上侧、左侧、下侧射入的光源平行地射出。第一平行光源429经过均光准直器件43的再次均光、准直后，转变为第二准直光源439。均光准直器件43可以保证射出的光源的准直度，进而保证进入光谱转换器30的光线入射角一致。第二准直光源439自光谱转换器30的光学薄膜侧沿法线方向射入光谱转换器30中，经过光谱转换器30的过滤，转变为由红、绿、蓝三色混合的第一混合光源309，第一混合光源309经过光处理组件44处理后，向投影电视提供其所需的光源。

在本实施例中，光处理组件44包括偏振分光棱镜45和反射式液晶光阀46，偏振分光棱镜45从射入的红、绿、蓝三色混合的第一混合光源309中过滤出S偏光47，S偏光47经过反射式液晶光阀46的处理后，转变为P偏光48，P偏光48再次经过偏振分光棱镜45的过滤后，向投影电视提供所需的光源。

实施例三：

如图5所示，本实施例的投影电视光源系统与实施例二不同的是，本实施例中的光处理组件44包括数字微镜装置51，红、绿、蓝三色混合的第一混合光源309经过数字微镜装置51处理后，向投影电视提供所需的光源。

数字微镜装置51通过控制微镜片绕固定轴的旋转运动及时域响应能够决定反射光的角度方向和停止时间，从而决定屏幕上的图像及其对比度，同时提高了像素的开口率。

实施例四：

如图6所示，在本实施例中，与实施例二不同的是，光谱转换器30不再设置在均光准直器件43与光处理组件44之间，而是直接设置在光源部41’的内部，具体为光谱转换器30设置在准直透镜412的正前方，因此第一准直光源419直接沿光谱转换器30的法线方向自光学薄膜侧射入光谱转换器30中，经过滤后转变为红、绿、蓝三色混合的第二混合光源419’。

本实施例中同样设置有三组光源部41’，三组光源部41’发出的3束第一准直光源419’分别从上侧、左侧和下侧射入混光均光器件42中，在混光均光器件42的作用下，第一准直光源419’转变为混合均匀的第一平行光源429’。这里的混光均光器件42优选为X棱镜，从而有利于自混光均光器件42的上侧、左侧、下侧射入的光源平行地射出。第一平行光源429’经过均光准直器件43的再次均光、准直后，转变为第二准直光源439’。均光准直器件43可以保证射出的光源的准直度，进而保证进入光处理组件44中的光线的平行度。第二准直光源439’经过光处理组件44处理后，向投影电视提供其所需的光源。

在本实施例中，光处理组件44包括偏振分光棱镜45和反射式液晶光阀46，偏振分光棱镜45从第二准直光源439’中过滤出S偏光47’，S偏光47’经过反射式液晶光阀46的处理后，转变为P偏光48’，P偏光48’再次经过偏振分光棱镜45的过滤后，作为投影电视的光源。

实施例五：

本实施例的投影电视光源系统与实施例四不同的是，本实施例中的光处理组件44与实施例三中相同，包括数字微镜装置51，第二准直光源439’经过数字微镜装置51处理后，向投影电视提供所需的光源。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。