[發(fā)明專利]偏振轉(zhuǎn)換裝置與偏振光源及相關(guān)投影系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210259677.8
• 申請(qǐng)日: 2009-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102749672A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李屹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市繹立銳光科技開(kāi)發(fā)有限公司
• 主分類號(hào): G02B5/30
• 分類號(hào): G02B5/30;G02B27/28;G03B21/14;G03B21/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光源的光偏振轉(zhuǎn)換方法及裝置。所述光源主要用于投影顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)

典型的投影顯示系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)，該光源系統(tǒng)包括若干單色光源，例如但不限于紅光源、綠光源和藍(lán)光源，分別來(lái)產(chǎn)生紅光（R）、綠光（G）和藍(lán)光（B）光束。

現(xiàn)有光源系統(tǒng)為了降低成本及提高光源出射光的亮度，可以采用激發(fā)光源及帶光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的光轉(zhuǎn)換裝置來(lái)產(chǎn)生各種單色光束。所述光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料包括熒光粉、染料或納米發(fā)光材料。所述光轉(zhuǎn)換裝置以色輪裝置為例，通常用一色輪來(lái)分段承載一種或一種以上的熒光粉，利用激發(fā)光源的出射光來(lái)照射旋轉(zhuǎn)著的所述色輪，以分時(shí)獲得與各分段的熒光粉相對(duì)應(yīng)顏色的受激發(fā)光。例如三色投影顯示系統(tǒng)通常是基于藍(lán)光LED來(lái)產(chǎn)生顯示所需的紅、綠、藍(lán)單色光。

眾知熒光粉受激發(fā)光時(shí)，發(fā)光方向具有各向同性，也就是受激發(fā)光各方向均勻出射。因此一般光源，包括UHP燈泡、LED光源及上述現(xiàn)有技術(shù)的光源出射光均為非偏振光。

而在液晶投影系統(tǒng)或LCoS（Liquid?Crystal?on?Silicon）投影系統(tǒng)中，因顯示芯片液晶或LCoS芯片只能依賴預(yù)定方向的線偏振光來(lái)進(jìn)行顯示，使得一般光源的光輸出能量中僅50%左右能被利用。該類顯示系統(tǒng)為了解決由此帶來(lái)的光源效率低的問(wèn)題，往往有必要對(duì)一般光源的光輸出進(jìn)行非偏振光到偏振光的轉(zhuǎn)換。現(xiàn)有偏振轉(zhuǎn)換技術(shù)一般采用如圖1所示的工作方式：

其中，偏振分光片1的作用是將非偏振入射光41，也就是一般光源輸出的光，分別以透射和反射的方式來(lái)分成兩束偏振光：P光42和S光43。該兩束光的偏振方向相互垂直。再利用反射鏡2來(lái)將S光43反射往二分之一波片3，通該二分之一波片3把光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度來(lái)得到P光44。這樣，一般光源輸出的非偏振光通過(guò)轉(zhuǎn)換后變成包括P光42和P光44在內(nèi)的偏振光。

上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于：光束的面積在偏振轉(zhuǎn)換過(guò)程中將被擴(kuò)大。雖然一般光源通過(guò)所述偏振轉(zhuǎn)換后，理論上可利用的偏振光能量提高了2倍，但光學(xué)擴(kuò)展量（Etendue）隨著光束面積的擴(kuò)大也擴(kuò)大了2倍。因此對(duì)投影系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光源亮度（Brightness，單位角度單位面積內(nèi)的光通量）并沒(méi)有得到提高。實(shí)際上，考慮到偏振轉(zhuǎn)換中的光損耗，光源亮度反而被降低。由于UHP燈泡具有較低的光學(xué)擴(kuò)展量，或許上述偏振轉(zhuǎn)換所造成的光學(xué)擴(kuò)展量的2倍擴(kuò)大和相應(yīng)的亮度降低影響不明顯；但對(duì)于具有較大光學(xué)擴(kuò)展量的LED光源來(lái)說(shuō)，當(dāng)投影系統(tǒng)越來(lái)越廣泛地使用這種光源時(shí)，無(wú)疑將犧牲了投影亮度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提出一種偏振轉(zhuǎn)換裝置與偏振光源及相關(guān)投影系統(tǒng)，直接將光源的高亮度出射光轉(zhuǎn)換成偏振光，可以用來(lái)提高投影應(yīng)用系統(tǒng)的光源使用效率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的基本構(gòu)思為：以帶光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的色輪為例的現(xiàn)有光源光轉(zhuǎn)換裝置便于提高光源的功率和亮度，而現(xiàn)有技術(shù)中偏振分光片只能制作成按照一維方向進(jìn)行分光，若將該分光片直接放置在色輪上隨色輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因出射的線偏振光方向也將隨時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)，將無(wú)法得到穩(wěn)定的出射線偏振光；考慮對(duì)所述光轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，若在出射光方向上固定一個(gè)不隨色輪轉(zhuǎn)動(dòng)的反射型偏振分光片，則被該偏振分光片反射回來(lái)的光可以經(jīng)過(guò)熒光粉的散射來(lái)消除偏振狀態(tài)，從而再次經(jīng)過(guò)偏振分光片時(shí)又有近50%被轉(zhuǎn)換成偏振光輸出；這樣，光源最終出射的大功率高亮度偏振態(tài)光能量將得以增強(qiáng)，且出射光斑面積幾乎不會(huì)增大。

本發(fā)明提供一種偏振轉(zhuǎn)換裝置，其中，該偏振轉(zhuǎn)換裝置包括固定裝置（107）；以及相對(duì)于所述固定裝置具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)面（104），該運(yùn)動(dòng)面（104）承載有一種或一種以上光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料（103），該光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料（103）用于吸收激發(fā)光以產(chǎn)生受激發(fā)光；該偏振轉(zhuǎn)換裝置還包括固定在所述固定裝置（107）上的反射型偏振分光裝置（101），該偏振分光裝置（101）與所述光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料（103）之間無(wú)偏振轉(zhuǎn)換元件，該反射型偏振分光裝置（101）用于透射來(lái)自所述光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的受激發(fā)光的部分光，并將來(lái)自所述光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的受激發(fā)光的其余光反射回所述光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。

本發(fā)明還提供一種偏振光源，其中，該偏振光源包括發(fā)光源和上述的偏振轉(zhuǎn)換裝置，該發(fā)光源用于提供所述激發(fā)光。

本發(fā)明還提供一種帶光源的投影系統(tǒng)，其中，該投影系統(tǒng)包括液晶或LCoS以及上述的偏振光源。