用于投影显示器的基于磷光体的灯的制作方法
【专利说明】用于投影显示器的基于磷光体的灯
本申请相关的交叉引用
[0001]本申请要求2012年7月19日提交的美国临时专利申请第61/673，357号以及2013年6月12日提交的美国临时专利申请第61/834，119的优先权。
【背景技术】
[0002]现已知用于投影显示器的不同类型光源。已知光源使用电弧灯、LED，以及磷光体作为光源。LED光源因其寿命长且低能耗而令人满意。白色LED因其比将红色、绿色以及蓝色LED混合在一起更简单且更便宜而被特别用于影显示器。但是，投影仪的输出受限于该LED的亮度。为了提高亮度，已提出将部分未使用的LED输出循环回至LED本身以增强投影仪的亮度。
[0003]根据功率处理能力，可以将由激光激发的磷光体材料大致分为三类:
-磷光体粉末由通过有机材料如胶、环氧树脂等结合在一起的磷光体粉末组成，以使得能够通过将所述材料放在基质例如玻璃、金属等上面而形成薄层。必须注意为磷光体提供足够的散热并且防止激光束燃烧到胶。
-陶瓷磷光体由通过无机材料如玻璃等结合在一起的磷光体粉末组成并且通常为固体形式。陶瓷磷光体可以形成为陶瓷磷光体薄片并且，由于没有使用胶，而可以在更高激光功率下承受更高温度。
-液体磷光体由具有悬浮于液体中的磷光体粉末的室(cell)组成。可以使磷光体流动以使热量迅速消除，提高该系统的功率处理能力。
[0004]参考图1，投影显示器中使用的另一种光源是基于磷光体的光源。图1显示安装在散热片12上的磷光体材料10。激光输出14被导向至磷光体10的表面，以激发磷光体材料并发出光束16。磷光体激发光源也采用循环。
【发明内容】
[0005]基于磷光体的灯包括磷光体材料和激发源，其可能是激光或LED，或是两者。优选地，这种灯包括循环圈以反射并循环高角度的光以增强亮度。
[0006]优选地，当激发源为激光时，激光输出束被导向为朝向分束器，其将激光束重新导向为穿过循环圈孔至磷光体材料上。由磷光体材料发出的从孔射出的光穿过分束器作为灯的输出。可替换地，使用透镜将循环圈周围的激光束重新导向为朝向磷光体材料。
[0007]优选地，在循环圈周围设置多个激发激光，并且旨在将它们的输出导向至磷光体材料上或者朝向相对的壁，其中输出反射在磷光体材料上。
[0008]这样的灯可以用作投影系统的一部分。在一个实施方案中，作为投影系统的光源。可替换地，投影系统可以使用传统光源，并且磷光体材料被涂覆于色盘上且由该光源激发。
【附图说明】
[0009]图1是现有技术磷光体光源的侧面截面示意图；
[0010]图2是采用磷光体涂覆LED的混合光源的侧面截面示意图；
[0011]图3是采用循环的另一个混合光源的侧面截面示意图；
[0012]图4是采用LED和激光两者激发磷光体并且具有循环的另一个混合光源的侧面截面示意图；
[0013]图5是混合光源另一个实施方案的侧面截面不意图；
[0014]图6是混合光源另一个实施方案的侧面截面不意图；
[0015]图7是使用根据本发明的光源的投影系统的侧面截面示意图；
[0016]图8是使用根据本发明的光源的另一个投影系统的侧面截面示意图；
[0017]图9是根据本发明的光源的另一个实施方案的侧面截面示意图；
[0018]图10和11是根据本发明的光源的另外两个实施方案的侧面截面示意图；
[0019]图12是根据本发明的采用光管的光源的另一个实施方案的侧面截面示意图；
[0020]图13-16是根据本发明的采用光管的光源的另外的实施方案的侧面截面示意图；
[0021]图17是根据本发明的光源的另一个实施方案的侧面截面示意图；
[0022]图18是看向循环圈方向时磷光体源的视图，示明激发激光的阵列；
[0023]图19是根据本发明的光源的另一个实施方案的侧面截面示意图；
[0024]图20是看向循环圈方向时磷光体源的视图，示明激发激光的另一种阵列；
[0025]图21是根据本发明的光源的另一个实施方案的侧面截面示意图；
[0026]图22是看向磷光体光源方向时循环圈的视图，显示激发激光的另一种阵列；
[0027]图23(a)_23(c)是根据本发明的磷光体构造的侧视示意图；
[0028]图24是根据本发明的光源的可替换实施方案的示意图；
[0029]图25是图24的光源的可替换实施方案的示意图；
[0030]图26和27是使用光管的图24光源的可替换实施方案的示意图；
[0031]图28是图24光源的可替换实施方案的示意图；
[0032]图29和30是还使用光管的图24光源的可替换实施方案的示意图；
[0033]图31是使用图24光源的光投影仪的示意图；以及
[0034]图32是光源的另一个实施方案的示意图。
【具体实施方式】
[0035]图2显示发白色光的光源的结构。在蓝色LED 20上设置一层磷光体材料18，其转而安装在散热器22上。磷光体层18由LED 20产生的蓝色光激发并产生红色和绿色光。调整磷光体，通常通过改变磷光体层的厚度或者磷光体沉积的密度，以使来自LED的蓝色光以及来自磷光体材料18的红色和绿色光的整体输出，是白色光。
[0036]图3显示采用图2的蓝色LED 20和磷光体材料18但还包括循环圈24的光源的实施方案。循环圈24具有向内反射的大致为半球形的外表面26和以发射轴30为中心的孔28。以所显示的方式，从LED 20和磷光体材料18发射的相对于轴30具有低发射角度的光穿过该孔作为光源的输出。具有比预定角度更大的发射角度的发射光32射向循环圈24的反射面26并且反射回磷光体材料18。在另一个实施方案中，未示出，循环圈24具有双抛物线形状。
[0037]图4中，激光34，例如，蓝色激光，安装在循环圈24a上。激光34的输出36导向为朝向磷光体材料18以进一步激发磷光体层18。激光激发增加光源的光输出并因此增强系统的亮度。根据所需的输出、LED的光处理能力、散热器22的性能以及系统的寿命要求，可以使用多于一个激光以增加亮度。可替换地，激光34可以安装在循环圈24a的外部，此种情形下输出36被导向为穿过循环圈24a上的孔至磷光体材料18上。
[0038]作为使用LED和磷光体材料18的可替换方案，图4的实施方案可以仅采用涂覆在散热器上的磷光体层。在这样的可替换实施方案中，该系统将作为纯粹的激光激发系统来运行。
[0039]在图4的另一个实施方案中，没有使用循环圈24a，以降低系统的成本。
[0040]图5也使用涂覆有磷光体材料的蓝色LED作为白色光源40。光源输出与光管44的输入端42耦合，其可以是直的或者锥形的(如图所示)。光管44的输出端46与分束器48耦合。定位激发激光14以使得其输出50被导向在分束器48上，以相对于光管44中心轴线52大约90度的角度，以使其朝向光源40反射。光源40产生的光54大致以轴52的方向延伸并穿过分束器48，以作为输出光射出。任意地，分束器48的输出端56的一部分可以涂覆有反射层58以将输出光的一部分反射并循环回至光源40以增加输出的亮度。
[0041]作为使用涂覆有磷光体的LED的可替换实施方案，光源40可以由涂覆在散热器上的磷光体层替代。磷光体层也可以用于产生彩色光。例如，绿色磷光体可以用来产生绿色光。激光激发增加由此产生的绿色光亮度。可替换地，可以使用红色磷光体。
[0042]图6的实施方案中，使用不同波长的磷光体增加某种颜色的输出。例如，具有540nm波长的绿色LED 60与透过540nm的光但是吸收紫外和/或蓝色光的绿色磷光体层62 —起使用，以使光源产生更多绿色光。可替换地，当需要增加红色输出的亮度时可以使用红色磷光体。
[0043]通常，可以使用任何颜色的LED，并且可如上所述使用导向至透明磷光体上的激发激光增加亮度。并且，选择性的彩色亮度增加可用于图5和图6两者的实施方案中。
[0044]图7示意性地示明激光/LED光源64可被使用的典型DLP投影仪系统，其可以是图2-6所描述的实施方案中的任一个。光源64的输出在进入投影仪72之前穿过色盘66、光隧道68以及替续透镜70。投影仪具有传统投影引擎74、数字光处理成像仪76，以及用于在屏幕(未示出)上投影图像的输出投影透镜78。由于DLP投影系统是众所周知的，因此它们无需在此处进一步描述。使用3IXD和LCOS的其他投影系统也可以使用。
[0045]图8显示DLP投影系统的可替换实施方案。来自激光34的光输出被导向至分束器48上，如图5所示。激光朝向磷光体材料18反射。透镜80校准LED20和磷光体材料18产生的光。校准