專利名稱：基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于全半導(dǎo)體激光器的可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)色域和亮度的激光投影顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對視覺效果要求越來越高。激光顯示憑借色域廣，光源壽命長和色彩表現(xiàn)能力好等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注，有可能成為下一代重要的顯示技術(shù)。激光投影顯示系統(tǒng)要輸出高亮度的圖像，需要大功率三色激光器。目前已有的激光投影顯示系統(tǒng)主要采用了大功率固體激光器。由于大功率固體激光器體積比較大，光效相對比較低，限制了激光顯示在家庭和商務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用。而半導(dǎo)體激光器體積小，光效較高，特別是紅色和藍(lán)色激光器已有成熟的大功率激光二極管，輸出達(dá)到單管瓦級，成本較低，體積非常小，通過組陣完全滿足了顯示需求。但半導(dǎo)體綠色激光器目前成本較高，輸出高功率時(shí)體積相對較大，給全半導(dǎo)體激光顯示技術(shù)應(yīng)用帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)， 該激光投影顯示系統(tǒng)包括激光光源模塊、光路模塊、電路模塊和光傳感器模塊，其中激光光源模塊，用于向投影顯示系統(tǒng)提供所需要的紅、藍(lán)、綠三種激光，其中一部分藍(lán)光激光用于激發(fā)黃綠色熒光；光路模塊，用于對激光光源模塊提供的光進(jìn)行勻光和成像處理，將光照射到芯片上，然后把經(jīng)過芯片調(diào)制后的光傳輸?shù)酵队扮R頭，形成圖像輸出；電路模塊，用于根據(jù)外界音頻和視頻信號對光路模塊中的芯片進(jìn)行調(diào)節(jié)，并根據(jù)光傳感器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號，按一定的算法來調(diào)節(jié)激光光源模塊中三種激光的功率；光傳感器模塊，用于探測外界環(huán)境的亮度和系統(tǒng)輸出圖像的亮度，并通過一定的算法形成調(diào)節(jié)信號傳輸?shù)诫娐纺K。上述方案中，所述激光光源模塊包括紅、綠和藍(lán)三色半導(dǎo)體激光器，紅、綠和藍(lán)三色光的波長分別為638nm、532nm和445nm。上述方案中，所述紅色半導(dǎo)體激光器和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器是由大功率半導(dǎo)體激光二極管構(gòu)成的陣列光源，各二極管輸出激光的偏振互相獨(dú)立，減弱激光相干性帶來到散斑影響。上述方案中，所述藍(lán)色半導(dǎo)體激光器發(fā)出的部分藍(lán)色激光用來激發(fā)黃色熒光粉，產(chǎn)生中心波長在550nm附近的寬譜黃綠色熒光，對綠光進(jìn)行補(bǔ)充，提高輸出亮度，且降低綠光的相干性。上述方案中，所述激光光源模塊，其功率可被電路模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)。上述方案中，所述光傳感器模塊包括兩個(gè)光傳感器，一個(gè)用于檢測外界環(huán)境光亮度，另一個(gè)用于檢測輸出圖像的亮度。上述方案中，所述電路模塊用于根據(jù)光傳感器的信號，按照一定算法調(diào)整激光光源的功率。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，通過熒光技術(shù)和動(dòng)態(tài)功率調(diào)整技術(shù)，減小了光源模塊體積，降低了光源成本，一定程度上兼顧了輸出亮度和色彩表現(xiàn)能力，滿足了用戶在不同場合應(yīng)用的需求。2、本發(fā)明提供的這種基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，可根據(jù)外界環(huán)境，實(shí)現(xiàn)色域和亮度的手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如下，其中圖1是本發(fā)明提供的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)中半導(dǎo)體激光光源的色坐標(biāo)分布和動(dòng)態(tài)色域圖；圖3是本發(fā)明提供的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)中顯示圖像色彩和亮度手動(dòng)調(diào)節(jié)的原理圖；圖4是本發(fā)明提供的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)中顯示圖像色彩和亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)的原理圖；圖5是本發(fā)明提供的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)中色域和亮度動(dòng)態(tài)調(diào)整的算法流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該激光投影顯示系統(tǒng)包括激光光源模塊、光路模塊、電路模塊和光傳感器模塊。 其中激光光源模塊，用于向投影顯示系統(tǒng)提供所需要的紅、藍(lán)、綠三種激光，其中一部分藍(lán)光激光用于激發(fā)黃綠色熒光；光路模塊，用于首先對激光光源模塊提供的光進(jìn)行勻光、成像等處理，將光照射到芯片上，然后把經(jīng)過芯片調(diào)制后的光傳輸?shù)酵队扮R頭，形成圖像輸出； 電路模塊，用于一方面根據(jù)外界音頻、視頻等信號對光路模塊中的芯片進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)；另一方面根據(jù)光傳感器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號，按一定的算法來調(diào)節(jié)激光光源模塊中三種激光的功率；光傳感器模塊，用于探測外界環(huán)境的亮度和系統(tǒng)輸出圖像的亮度，并通過一定的算法形成調(diào)節(jié)信號傳輸?shù)诫娐纺K。光傳感器模塊由環(huán)境光傳感器和反饋光傳感器構(gòu)成。環(huán)境光傳感器用以檢測外界環(huán)境的亮度，反饋光傳感器用以檢測輸出圖像的亮度。 激光光源模塊中，紅光激光R和藍(lán)光激光B均由半導(dǎo)體激光器輸出，綠光包括兩部分，即半導(dǎo)體綠光激光Gl和黃綠色熒光G2。黃綠色熒光G2由成本較低的藍(lán)光激光B激發(fā)熒光粉產(chǎn)生，與半導(dǎo)體綠光激光Gl相比，視見度更高。這樣的構(gòu)架，降低了高亮度輸出對綠色激光功率的要求，因此減小了綠光光源模塊體積，降低了光源成本，在一定條件下還保證了與全激光顯示時(shí)相同的大色域。紅光激光波長為638nm，色度坐標(biāo)(0. 7170,0. 2829)， 綠光激光Gl波長532nm，色度坐標(biāo)(0. 1670,0. 7962)。黃綠色熒光G2，色度坐標(biāo)(0. 402， 0. 563)，藍(lán)光激光波長445nm，色度坐標(biāo)(0. 1611,0. 0138)。它們的色品坐標(biāo)如圖2。由色度學(xué)理論知，半導(dǎo)體綠光激光Gl和黃綠色熒光G2按不同的比例可以得到圖2 中線段G1、G2之間的顏色G。綠光Gl占得比例越大，所得混合綠色G的色坐標(biāo)越靠近G1， 得到的色域就越廣。黃綠光G2所占的比例越大，混合綠色G的色坐標(biāo)就越靠近G2，亮度也越高。此時(shí)雖然色域相對較小，但可以產(chǎn)生相對較高的亮度。因此通過調(diào)節(jié)Gl，G2的功率比值，可以實(shí)現(xiàn)色域和亮度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。圖3示出了顯示圖像色域和亮度手動(dòng)調(diào)節(jié)的原理。人在觀察圖像時(shí)，判斷此時(shí)顯示系統(tǒng)的光通量和顯示色彩是否合適。如果外部環(huán)境亮度很高，此時(shí)人眼對系統(tǒng)光通量的需求大于對色彩的需求，因此可以增大黃綠光G2在綠光中的比重，通過犧牲較小的色域來換取較高的亮度，從而達(dá)到較好的視覺效果。反之當(dāng)環(huán)境亮度很低時(shí)，人眼對顯示系統(tǒng)的光通量要求很低，此時(shí)就可以增大綠光中Gl的比重，通過犧牲較小的亮度來達(dá)到更大的色域，來獲得好的視覺效果。在手動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)還可以根據(jù)外界環(huán)境實(shí)現(xiàn)對色域和亮度的智能調(diào)節(jié)。 如圖4所示，環(huán)境光傳感器可以檢測外部環(huán)境的亮度，外界光傳感器檢測輸出圖像的亮度， 然后通過計(jì)算轉(zhuǎn)化為圖像的對比度等參數(shù)，從而判斷此時(shí)顯示系統(tǒng)的光通量是否合適，進(jìn)而電路模塊根據(jù)這些信息改變綠光Gl和黃綠光G2的比值，從而改變亮度和色域，來自動(dòng)達(dá)到較好的視覺效果。
圖5顯示了亮度和色域動(dòng)態(tài)調(diào)整的算法流程圖。具體算法如下
G Gl+-^ G2“1
^Gly Gl
Yg=YGI+YG2 = ^Gl + Lgi
rj =rj ,rj — 1 — -^gl ~ ^Gl T . ^ _ XG2 _ ^ G 2 T
z^ G _z^ Gl z^ G2[Gl “1[G2
Xg
ya =
Yg
zG='
Zg 其中(xGl，yG1)，(xG2, yG2)，(xG, yG)分別是綠光Gl，黃綠光G2和混合綠光G的色度坐標(biāo)。Xgi，Ygi，Zgi ；XG2, Yg2，Zg2 ；Xg, Yg, Zg是綠光G1，黃綠光G2以及混合綠色G的三刺激值； Lgi和Le2分別代表綠光Gl和黃綠光G2的亮度。
5
當(dāng)改變綠光Gl和黃綠光G2的功率比時(shí)，由上面的公式可求得混合綠色G新的色度坐標(biāo)(Xe，yG)。求得混合綠色G的色度坐標(biāo)以后，以標(biāo)準(zhǔn)白D65為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)下面的公式來調(diào)整三色的功率比，從而改變圖像的色彩和亮度。
權(quán)利要求
1.一種基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，該激光投影顯示系統(tǒng)包括激光光源模塊、光路模塊、電路模塊和光傳感器模塊，其中激光光源模塊，用于向投影顯示系統(tǒng)提供所需要的紅、藍(lán)、綠三種激光，其中一部分藍(lán)光激光用于激發(fā)黃綠色熒光；光路模塊，用于對激光光源模塊提供的光進(jìn)行勻光和成像處理，將光照射到芯片上，然后把經(jīng)過芯片調(diào)制后的光傳輸?shù)酵队扮R頭，形成圖像輸出；電路模塊，用于根據(jù)外界音頻和視頻信號對光路模塊中的芯片進(jìn)行調(diào)節(jié)，并根據(jù)光傳感器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號，按一定的算法來調(diào)節(jié)激光光源模塊中三種激光的功率；光傳感器模塊，用于探測外界環(huán)境的亮度和系統(tǒng)輸出圖像的亮度，并通過一定的算法形成調(diào)節(jié)信號傳輸?shù)诫娐纺K。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源模塊包括紅、綠和藍(lán)三色半導(dǎo)體激光器，紅、綠和藍(lán)三色光的波長分別為638nm、 532nm 和 445nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述紅色半導(dǎo)體激光器和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器是由大功率半導(dǎo)體激光二極管構(gòu)成的陣列光源， 各二極管輸出激光的偏振互相獨(dú)立，減弱激光相干性帶來到散斑影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述藍(lán)色半導(dǎo)體激光器發(fā)出的部分藍(lán)色激光用來激發(fā)黃色熒光粉，產(chǎn)生中心波長在550nm附近的寬譜黃綠色熒光，對綠光進(jìn)行補(bǔ)充，提高輸出亮度，且降低綠光的相干性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源模塊，其功率可被電路模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于， 所述光傳感器模塊包括兩個(gè)光傳感器，一個(gè)用于檢測外界環(huán)境光亮度，另一個(gè)用于檢測輸出圖像的亮度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，其特征在于， 所述電路模塊用于根據(jù)光傳感器的信號，按照一定算法調(diào)整激光光源的功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于全半導(dǎo)體激光器的激光投影顯示系統(tǒng)，包括激光光源模塊、光路模塊、電路模塊和光傳感器模塊，其中，激光光源模塊，用于向投影顯示系統(tǒng)提供所需要的紅、藍(lán)、綠三種激光；光路模塊，用于對激光光源模塊提供的光進(jìn)行勻光和成像處理，將光照射到芯片上，然后把經(jīng)過芯片調(diào)制后的光傳輸?shù)酵队扮R頭，形成圖像輸出；電路模塊，用于根據(jù)外界音頻和視頻信號對光路模塊中的芯片進(jìn)行調(diào)節(jié)，并根據(jù)光傳感器產(chǎn)生的調(diào)節(jié)信號，按一定的算法來調(diào)節(jié)激光光源模塊中三種激光的功率；光傳感器模塊，用于探測外界環(huán)境的亮度和系統(tǒng)輸出圖像的亮度，并通過一定的算法形成調(diào)節(jié)信號傳輸?shù)诫娐纺K。利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了色域和亮度的手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)。
文檔編號G03B21/14GK102183869SQ20111006931
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者劉育梁, 張運(yùn)方, 施安存, 段靖遠(yuǎn), 王銳 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所