[發明專利]采用混合光源的緊湊型液晶投影光引擎系統

有效

• 申請號: 201210117196.3
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102621789A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 賀銀波;陸巍
• 申請（專利權）人: 杭州研明光電技術有限公司
• 主分類號: G03B21/20
• 分類號: G03B21/20;G02B27/28;G02B27/18;G02B27/09;G02B27/48;F21V13/00;F21Y101/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種投影顯示系統，尤其涉及一種采用混合三基色光源的緊湊型反射式液晶投影光引擎系統。

背景技術

投影顯示已經成為大屏幕高清晰動態顯示的主流方式，廣泛應用于商務、教育、科研、娛樂以及家庭等重要環節。近些年，隨著微電子、光學、加工工藝等諸多技術的迅猛發展，以及現代商務移動辦公模式的普及和手持數碼產品的增多，微型化又成為投影顯示技術發展的新方向。微型投影機具有輕巧和使用方便等顯著優點，可與各類消費電子產品相結合，這使得微型投影的應用變得無限廣闊。

微型投影機對亮度、分辨率、體積、功耗、成本以及散熱等都有嚴格的要求。要實現高亮度、高分辨率、小體積、低功耗和低成本的微型投影系統，就必須在光源、光調制器件、光學系統和光學器件等多方面做很大的改進甚至革新。

目前，微型投影主要以DLP（Digital?Lighting?Processor）和LCoS（Liquid?Crystal?on?Silicon）技術為主。DLP和LCoS技術均為陣列反射式投影技術。DLP技術具有反射率高且無需偏振光等優點，但其芯片DMD（Digital?Mirror?Device）制程極其復雜，為TI公司獨家掌控。LCoS技術具有高分辨率和低成本等優勢，色彩豐富，圖像逼真，加之技術上的開放性，非常適合微型投影對高分辨率和低成本的苛刻要求。但是，LCoS微型投影系統普遍存在整機輸出亮度偏低和體積較大等問題，用戶的視覺體驗不夠好，攜帶不方便，這已經阻礙了投影系統的微型化和進一步普及。

目前的微型投影大多采用LED作為照明光源。LED具有體積小、壽命長、響應快及節能環保等優點，但在微型投影應用上，仍然存在LED光通量不高，且單位光學擴展量上的光通量低于傳統投影光源，以及發熱量過大等問題。隨著市場的發展，各LED廠商也在不斷開發適用于微型投影的LED光源。例如，歐司朗(OSRAM)在2011年底研制出電光轉換效率高達61%的紅光LED（主波長為609nm）。在1mm²的芯片，工作電流為40mA時可實現光效高達201?lm/W，而在350mA的典型工作電流下仍可提供168?lm/W的高光效。發光效率越高，芯片面積越小，這給微型投影光學系統設計帶來更大的空間。另外，由于不同單色LED的發光效率差異，LED廠商也采用熒光粉技術，用某些波長LED發光效率高的優點來制備其他波長的LED，以提高該波段的發光效率。通常，綠色波段LED發光效率較低，但綠光在投影系統中占的比重卻最大。為解決這個問題，歐司朗采用波長420nm的LED激發熒光粉產生520nm的綠光，使得綠光的輸出光通量在相同功率下提升一倍，達到1.4A工作電流下500?lm的高亮度。雖然LED激發熒光粉使得亮度上有明顯提升，但也存在不足：1）光譜范圍過寬，雖然主波長在綠光范圍，但其他波長范圍內仍然存在部分能量。熒光粉激發綠光LED的FWHM(半高寬度)增大兩倍多到100nm，而普通綠光LED僅為44nm。2)色彩純度大大降低，且其他基色范圍內的能量也不能被系統有效利用。3)熒光粉激發LED的發光角度有所增加，使得光源的光學擴展量增大，給后續系統的設計帶來壓力。

另一種新興的光源是激光。激光作為光源的投影系統具有非常高亮度、無需對焦和色域寬廣等顯著優點，這都是LED投影系統無法比擬的。另外，激光的高偏振單色紅綠藍三基色光，對LCoS微顯示系統尤其重要。但是，激光投影也存在難以克服的缺點：1)真綠激光仍未商業化，成本過高。目前的綠激光大多基于倍頻技術產生；2)存在安全問題。研究表明，激光掃描投影在Class2時最高只能達到20流明，而基于面板的激光投影系統在Class1就可以達到20流明，在Class2時可達幾百流明?？梢姡诿姘宓耐队跋到y較掃描投影系統有優勢；3)圖像散斑。由于激光的強相干特性，顯示圖像畫面受到干擾而呈現顆粒狀，容易產生視覺疲勞，感官舒適度大大降低。因此，在激光投影中去散斑技術非常關鍵。雖有角多樣性，偏振多樣性，波長多樣性，使用特殊或者移動屏幕等方法消除散斑，但每種方法都有其局限性。

LED和激光都各有優點，但各自性能和發展速度卻滯后于微投市場的需求。若采用單一種類光源，系統總是存在或亮度不高，或圖像散斑，或體積過大等問題。若能將各種LED和激光結合起來，利用激光的高亮度特性，又利用到LED的低干涉性來消弱激光圖像散斑并提高安全性，這將對微型投影在高亮度、低功耗、小體積和低成本等方面大有裨益。