一种用于投影系统的光源装置及投影显示装置制造方法及图纸

本发明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一种投影显示装置；本发明专利技术提供的一种光源装置，包括被补充光源和激光光源，其特征在于，还包括一反射镜，所述反射镜包括一反射面，所述激光光源发射的激光经过所述反射镜的反射面反射后与所述被补充光源发出的光在同一方向上混合输出；本发明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，提出了一种激光和其他光源混合作为投影系统照明光源的新想法，可以成功地调整红绿蓝三基色的强度分布，提高了亮度、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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光源装置及投影显示装置，特别是一种用于投影显示 系统的光源装置和投影显示装置。
技术介绍
现有的投影系统照明所用的超高压汞灯、金属卣化物灯、氙灯、卣素 灯等，这些发光光源的光谱均受到发光物质及其状态的限制，呈现出连续 或带状光谱的特征。我们以超高压汞灯的发光光谱图l来作解释，如图所 示红光的波段较宽，峰值偏低，红绿蓝三基色强度分布并不理想，无法满 足白场色平衡的要求，因此无法较好符合投影系统照明的要求。目前现有 技术通常采用选择宽谱段的方法来提高红光的光通量和亮度，但是采用此 种方法会相应地造成色饱和度的降低。同时，现有技术在视频信号的处理 上，也是以牺牲对比度和色饱和度为代价来增加红色的亮度。所以，虽然 这些技术可以将图像色彩柔和化，但是图像的整体质量却下降了 。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<formula>formula see original document page 5</formula>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i来做近似计算，lmm2发光二极管光学扩展量约为3."讓2sr。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为￡一咖=22mm2sr，只有大概7mm2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7mii^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6mm'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7醒2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0. 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，本专利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。 本专利技术的另 一任务是提供一种投影显示装置。一方面，本专利技术提供了一种光源装置，包括被补充光源和激光光源， 其特征在于，还包括一反射镜，所述反射镜包括一反射面，所述激光光源 发射的激光经过所述反射镜的反射面反射后与所述被补充光源发出的光 在同一方向上混合输出。进一步地，所述被补充光源和激光光源共轴混合输出。 进一步地，所述反射镜为反射面设于其内部的反射棱镜。 进一步地，所述反射棱镜由两块棱镜组成，每块棱镜包括一个粘合面， 所述两块棱镜的粘合面除中心部分外都用光学胶粘合，从而在两个粘合面 的中心部分形成空气间隙作为所述反射面。进一步地，所述空气间隙的大小在让激光束焦斑通过的前提下，尽可 能地小，空气间隙的截面可以为圆形、矩形等形状。进一步地，所述光学胶与所述棱镜材料的相对折射率为0.98-1.02。进一步地，所述棱镜为直角棱镜，所述直角棱镜优选三角棱镜，所述 粘合面为所述直角棱镜的底面。进一步地，所述棱镜的表面有镀膜，在反射棱镜上激光的入射面需镀 对应激光波长的增透膜，而被补充光源在反射棱镜上的入射面和出射面均 镀有对应被补充光源输出光波长的增透膜。所述激光光源与所述反射镜之间还可以设有光束调整系统。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，所述被补充光源包括投影系统所用光源，包括LED 灯、超高压汞灯、金属卣化物灯、氙灯、卣素灯等。另一方面，本专利技术还提供了一种投影仪，该投影仪使用上述光源装置 作为投影仪的光源。本专利技术将激光器的激光巧妙地S1入投影系统的灯泡和LED发光光源， 提出了 一种激光和其他光源混合作为投影系统照明光源的新想法。采取上述技术方案，可以成功地弥补超高压汞灯、金属卣化物灯、氛 灯、卣素灯等灯泡的红光照明不足的缺陷，调整了红绿蓝三基色的强度分 布，提高了亮度、色饱和度与对比度，在投影显示领域具有很高的实用价值。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，本专利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专利技术的实施例，其中图l是超高压汞灯的发光光谱的示意图2是使用普通反射镜的激光补充灯泡的光源装置的示意图3是使用普通反射镜的激光补充发光二极管的光源装置的示意图4和图5分别是一种新型反射棱镜的侧视图和立体图6是另外一种反射棱镜的示意图7是使用反射棱镜的激光补充灯泡的光源装置的示意图； 图8是激光补充光源后超高压汞灯的光谱图9是使用反射棱镜的激光补充发光二极管的光源装置的示意图； 图10和图ll是两种三基色LED灯分别与RGB激光合束作为投影显示 光源的示意图12是在单片DLP中使用本专利技术光源装置的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于投影显示的光源装置，包括被补充光源和激光光源，其特征在于，还包括一反射镜，所述反射镜包括一反射面，所述激光光源发射的激光经过所述反射面反射后与所述被补充光源发出的光在同一方向上混合输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：毕勇，成华，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：发明
国别省市：11[中国|北京]