[發明專利]一種兩片式LCD投影機光學系統

在審

• 申請號: 202110283704.4
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112887692A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 郭瀚文
• 申請（專利權）人: 南華智能精密機器（深圳）有限公司
• 主分類號: H04N9/31
• 分類號: H04N9/31;G02B27/10;G03B21/00;G03B21/20
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 雷艷輝

本發明公開了一種兩片式LCD投影機光學系統，包括設有紅色和綠色亞像素的LCD光閥、黑白LCD光閥、紅色和綠色混合光線照明裝置、藍色光線照明裝置、合色鏡、投影鏡頭和光閥電驅動裝置；所述紅色和綠色混合光線照明裝置發出的光線經所述LCD光閥后射出至所述合色鏡；所述藍色光線照明裝置發出的光線經所述黑白LCD光閥后射出至所述合色鏡，所述合色鏡對來自于所述LCD光閥和黑白LCD光閥的光線進行合光后，光線傳輸至所述投影鏡頭。本發明光學系統對藍色光線的損耗和對藍色光線的需求總量，都獲得了成倍的降低，顯著降低了藍色光線對投影機光學系統上各光學材料的光、電化學破壞，延長了投影機使用壽命，提高了投影機的輸出亮度，增加了用戶滿意度。

技術領域

本發明涉及投影機技術領域，特別是涉及一種兩片式LCD投影機光學系統。

背景技術

在投影機進入如LED等固體冷光源時代后，一直受于技術條件限制，畫面在滿足白平衡的三基色配比要求下，紅、藍色光源的發光效率或者能量密度(光源輻射功率/光源發光面積)同期都比綠色光源高得多，所以投影機的輸出亮度主要由綠色光源的效率或能量密度決定，故傳統投影機的亮度瓶頸在于如何能盡量提高輸出圖像中綠基色分量的亮度。

為提高投影機輸出亮度，如專利號CN201910490596.0公開的一種兩片式LCD投影機，見圖3，其由綠色光線照明裝置5’照射一片黑白LCD光閥2’產生綠色圖像，由紅色和藍色混合光線照明裝置4’照射一片帶有紅色亞像素和藍色亞像素的LCD光閥1’產生紅、藍色圖像，經合色裝置3’合光后再經投影鏡頭6’投射出去。綠色單獨一個照明顯像通道，其LCD光閥2’沒有CF(Color Filter，濾色膜)遮擋損耗，盡可能保證了輸出圖像中綠基色分量的亮度，而紅、藍色合在一個照明顯像通道，雖然紅、藍亞像素對應的紅、藍濾色膜遮擋各自相對應區域，造成光線50％的損耗(實際上遠不止50％)，但投影機輸出亮度仍然明顯得到了提高，此兩片式LCD投影機具有效率高、亮度高等顯著優點，取得了優異的創新和突破。

而隨著科技進步和綠色光源發光效率的顯著提高，此兩片式LCD投影機的缺點也越顯著：見圖4，LCD光閥1’的每一個像素P’中包括一個紅色亞像素(也可以理解為紅色彩膜、紅色色阻等)R’和一個藍色亞像素B’，其中紅色亞像素R’用于阻擋照明光線的藍光而透過紅光，藍色亞像素B’用于阻擋照明光線的紅光而透過藍光，即造成照明光線50％的損耗。考慮像素之間、亞像素之間的黑色矩陣BM(Black Matrix，圖4中未畫出)的具有損耗，所述LCD光閥1’的損耗可不止50％，以2.2英寸、BM線寬為3.5微米的FHD光閥為例，BM遮擋損耗約為37.4％，亞像素R’和B’各阻擋所對應的光線，最終所述LCD光閥1’的透過總效率約為31.3％。

見圖3，而黑白LCD光閥2’仍然為2.2英寸FHD分辨率，BM同樣為3.5微米線寬，則BM遮擋損耗約為25.5％(水平方向上相對上述LCD光閥1’的黑色矩陣的列的數量減半)，因而LCD光閥2’的總透過率約為74.5％。

假如投影機輸出圖像的白平衡的三基色配比是1∶1∶1(無量綱量)，那么綠色光線需要1份時，藍色光線就需要2.38份，以此類推。

投影機輸出亮度越高，必然所需的藍色光線也越多，而整個光學系統上，這2.38份藍光中，有68.7％在做無用功。光線的波長越短或者短波長光線成分越大(約以460nm為界限，綠光、紅光的光、電化學破壞性相比于藍光弱很多，低2-3個數量級)，對投影機光學系統上各塑料光學元件(如塑料透鏡)、部分牌號的光學玻璃、光學薄膜(如增透膜、二向色膜等)、LCD光閥的晶體管陣列、濾色膜、BM、液晶、配向膜、偏光片等材料的光、電化學破壞性也越強。對一臺具有具體的耐光、電化學破壞性的投影機而言，考慮品質的耐久性，藍色光線的量，很大程度限制了現有兩片式LCD投影機的輸出亮度。