一种用于投影显示的光源装置及投影显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种具有高亮度、高对比度与高色饱和度的用于投影系统的光源装置和投影显示装置；光源装置包括ＬＥＤ光源和激光光源，所述激光光源发出的激光与所述ＬＥＤ光源发出的光以同一方向直接混合输出；本实用新型专利技术将激光器的激光巧妙地引入投影系统的灯泡和ＬＥＤ发光光源，可以成功地调整了红绿蓝三基色的强度分布，提高了色饱和度与对比度等性能，在投影显示领域具有很高的实用价值。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光源装置和一种投影显示装置，特别是一种具有高 对比度和色饱和度的用于投影显示的光源装置以及投影显示装置。
技术介绍
近几年，随着发光二极管技术的成熟，也有人尝试用发光二极管作为 投影系统光源，发光二极管投影显示与传统的显示技术相比，具有更大的 色域范围，而且发光二极管线宽较窄，具有高的色饱和度，可显示自然界 真实、鲜艳的色彩。同时发光二极管寿命长，是一种无汞的环保光源。发 光二极管投影显示已成为显示领域的重大发展方向。但是，由于发光二极管的光学扩展量较大和亮度较低的特性，现有发 光二极管照明技术存在着能够被投影系统有效利用的光能较少、输出的总 光功率偏低的不足。尽管发光二极管的光通量和亮度已经得到了很大的提高，但是还没有 达到投影机应用的要求，特别是一些需要高亮度照明应用的场合。为了达 到投影机应用的要求，提高照明亮度，现有技术是靠发光二极管的排列组 合来提高光通量和亮度，但是由于发光二极管是朗伯体发光光源，如果组 合后的发光二极管光源的光学扩展量超出了投影系统的光学扩展量，超出 的这部分光则不能有效耦合入投影系统。发光二极管的光学扩展量为其中n为发光介质的折射率；a为光源的发射半角；S为光源的发光 面积。发光二极管的发射半角为90度，取发光介质为空气，并以空气折 射率为1来做近似计算，1,2发光二极管光学扩展量约为3. 14mm2sr。对于使用0. 79英寸的成像芯片、F数为2. 4的投影镜头的投影系统，投 影系统的光学扩展量约为￡，e* = 22腿、r,只有大概7腿2的二极管组合阵列 输出的光可以耦合入投影系统，可充分利用的光通量总数仅为几百个流明，大于7mm2的面积发出的光根本无法耦合进入投影系统，通过增大发光二极管 的面积来提高光通量的做法是行不通的。此外，现在市场上传统的超高压汞灯能在6mri^上产生数千流明的光通 量，亮度也比发光二极管高十多倍。可是超高压汞灯由于对重金属汞的使用， 不是一种环保的光源。目前市场上的发光二极管光源中，对于使用0. 79英寸的成像芯片、F数 为2.4的投影镜头的投影系统，发光面积为7mm2的某发光二极管，受投影系 统光学扩展量的限制，可以被耦合入投影系统的红光的最大光功率约为 1.6W,绿光的最大光功率约为G. 7W,蓝光的最大光功率约为1.8W,红光、 绿光、蓝光能被耦合进投影系统的最大光功率的比值为1: 0.44: 1.13。而 色温为6500K的白场要求发光二级管的红光、绿光与蓝光的光功率比值为1: 0.87: 1.73。由此可见，当发光二极管红光或者蓝光满足最大光功率时，绿 光的光功率都是不够的，绿光最为不足。由于绿光光功率的不足导致总光功 率受其制约而偏低，这是发光二极管投影显示亮度不够的其中 一个重要原 因。现有的解决方法是提高绿光在整个白光中的时间占空比来提高亮度，这 种方法没有充分利用红光及蓝光的光功率；又或者采用减小红光和蓝光的光功率偏低。总之，现有技术中的各种投影显示用光源都存在红绿蓝光功率比值与 白场需求上的差别，从而使得色饱和度、亮度与对比度均有不足，无法同 时达到提高色饱和度、提高亮度、提高对比度与控制成本的综合效果。
技术实现思路
因此，本技术的任务是提供一种使用激光光源作为补充光源来提 高投影显示图像的亮度、对比度与色饱和度的用于投影系统的光源装置。 本技术的另 一任务是提供一种可以输出高图像质量的投影仪。 一方面，本技术提供了一种光源装置，包括LED光源和激光光源，合输出。上述光源装置中，所述LED光源由多个LED构成，且LED之间设有至少 一个激光孔，所述激光光源由所述激光孔出射。进一步地，所述激光孔对称设置于所述LED光源上。上述光源装置中，所述激光光源设有光束调整系统。进一步地，所述光束调整系统可以包括光纤以及用于将所述激光耦合 进所述光纤的耦合镜，还可以包括扩束透镜和聚焦透镜等。上述光源装置中，还包括用于压缩所述LED输出光孔径角的光束整形装置，所述光束整形装置包括楔形四棱锥等。另一方面，本技术还提供了一种投影仪，所述投影仪使用上述光 源装置作为投影仪的光源。采取上述技术方案，还可以利用高亮度、光学扩展量较小的激光来补 充低亮度、光学扩展量较大的发光二极管光源，不仅提高了发光二极管的 光功率，明显地提高了光源亮度及光能的有效利用率，而且成功地解决了 发光二极管绿光照明不足与红光蓝光未被充分利用或者浪费的缺陷。此 外，本技术同时具有广色域、长寿命、无汞环保的特点，且兼备相对 廉价的优势，在投影显示领域具有很高的实用价值。附图说明以下，结合附图来详细说明本技术的实施例，其中 图1是一种激光与LED混合输出的光源装置示意图； 图2、图3、图4是另一种激光与LED直接混合的光源装置示意图； 图5和图6是两种三基色LED与RGB激光混合的光源装置示意图； 图7是使用本技术装置激光补充白色LED的单片DLP的一种投影仪 装置的示意图；图8是使用本技术装置RGB激光补充三基色LED的单片DLP的一种 投影仪装置的示意图；图9是使用本技术装置单色激光补充三基色LED的单片DLP的一种 投影仪装置的示意图；图IO是使用本技术装置激光补充LED的三片DLP的一种投影仪装 置的示意图；图11是使用本技术装置的三基色LED灯与单色激光合束作为投 影显示光源的三片LCD的一种投影仪光路的示意图；图12是使用本技术装置的三基色LED灯与激光合束作为投影显 示光源的三片LCOS的一种投影仪光路的示意图。具体实施方式由于激光的光斑和发散角都很小，所以激光的光学扩展量很小。从光纤输出的激光的光学扩展量由下式决定A證="2, sin2 ^其中，r为光纤束的半径，sii^是光纤的数值孔径。光纤束由一个或多根光 纤合束而成。例如，对于光纤束半径为0. 35mm，数值孔径为0.22的光纤束输出激光 的光学扩展量仅为5. 22 x 10—2mm2sr，和发光二极管比起来要小2个数量级以 上。在此光学扩展量下的光通量可达数千至上万流明。因此，对于激光来说， 很小的光学扩展量就能得到极高的光通量输出。在某发光二极管和激光的混合光源中，设定发光二极管的光学扩展量为 五w,激光的光学扩展量为混合光源的总光学扩展量为混合光源 的总光学扩展量为发光二极管的光学扩展量和激光光学扩展量的总和，如果 l"尸^W^/m则此时该混合光源的光功率能够全部有效地耦合进 投影系统。由于A,和4d相比要小得多，几乎可以忽略不计，因此，可以 让该混合光源的光学扩展量的绝大部分分配给发光二极管，目的是尽可能地 利用成本较为低廉的发光二极管的光能，而将混合光源的光学扩展量的极少 部分分配给激光，利用激光在很小的光学扩展量下就能获得极高的亮度的特 性，从而提高了混合光源的总亮度。以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细描述。图1给出了 一种激光与LED混合输出的光源装置，包括一个激光光源106 和两个LED 104和114，每个LED的输出光路上都分别设有一个楔形四棱锥 作为压缩LED输出光发散角的光束整形装置，所述激光光源106输出的激光 首先经过耦合透镜组107耦合进入光纤108,由光纤108输出的激光经过聚 焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投影显示的光源装置，包括至少激光光源和ＬＥＤ光源，所述激光光源发出的激光与所述ＬＥＤ光源发出的光以同一方向直接混合输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：成华，毕勇，王斌，郑光，王延伟，贾中达，
申请(专利权)人：北京中视中科光电技术有限公司，中国科学院光电研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]