專利名稱：三色混合光源組件及投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于投影顯示的照明光源和使 用該照明光源的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
照明光源是LCD液晶、DLP數(shù)字微鏡和LCOS液晶投影機(jī)重要的部件之 一，其亮度、光利用率和發(fā)熱量直接影響到投影圖像的質(zhì)量、投影機(jī)的功 耗、投影機(jī)使用和維護(hù)成本等問題。在過去，大多數(shù)投影機(jī)均采用UHP (超 高壓汞燈)或金鹵燈作為光源，這類光源雖然亮度能滿足要求，但是其耗能 高壽命短，光轉(zhuǎn)換效率較低，發(fā)熱量大，而且會對環(huán)境造成污染，因此不是 很適合用作投影光源，人們積極開發(fā)其替代物。
LED (發(fā)光二極管)技術(shù)近年發(fā)展迅速，中國專利庫和美國專利庫中陸 續(xù)出現(xiàn)了大量關(guān)于紅綠藍(lán)三色LED、白光LED以及LED面光源(LED陣列) 作為投影照明光源的專利。LED燈具有體積小成本低可靠性好等優(yōu)點，在投 影系統(tǒng)中可以較大提高光利用率，其為投影系統(tǒng)照明光源帶來了很好的解決 方案。
將激光作為照明光源也越來越引起光學(xué)研發(fā)人員的矚目，因為激光具有 高亮度、單色性好、發(fā)散立體角小等優(yōu)點，這些是LED光源所無法比擬的。 將紅綠藍(lán)三色激光耦合入投影系統(tǒng)，可以帶來色彩鮮艷亮度佳的顯示畫面， 一些公司也據(jù)此申請了含紅綠藍(lán)三個激光光源或激光陣列光源的顯示專利， 例如中國專利200410069055.4 、 200610042446.6 、 200620119438.2和美國專 利6975659 、 7296897 。
在以上照明光源中，激光技術(shù)無疑是最有發(fā)展?jié)摿Φ?。但在以紅綠藍(lán)三 個激光光源照明的投影系統(tǒng)中卻存在幾個難以解決的問題，例如激光器發(fā)熱 量大，因激光的相干性而引起的圖像散斑等。另外采用多個激光器作光源相 對于LED燈來說增加了很多成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種二色混合光源組件及采用該三色混合光源組件的投影系
統(tǒng)以克服上述缺陷。該三色混合光源組件由激光光源和LED光源混合而成， 其具有良好的亮度且相對于三色全激光光源來說減弱了相干性，也減少了發(fā) 熱量，降低了成本。采用該三色混合光源組件的投影系統(tǒng)可以投射出色彩鮮 艷光亮好的圖像畫面，消除了較多因激光相關(guān)性產(chǎn)生的圖像散斑。
本發(fā)明所述的三色混合光源組件采用以下技術(shù)方案
一種三色混合光源組件，包括紅綠藍(lán)三個光源和分別對該光源進(jìn)行聚焦 整形勻化的光學(xué)元件，所述紅綠藍(lán)三個光源中一個光源為激光光源， 一個光
源為LED光源，另一個光源為激光光源或LED光源。
其中，所述紅色光源為激光光源，綠色光源為激光光源，藍(lán)色光源為 LED光源。
或者，所述紅色光源為LED光源，綠色光源為激光光源，藍(lán)色光源為激 光光源或LED光源。
或者，所述紅色光源為激光光源，綠色光源為LED光源，藍(lán)色光源為激 光光源或LED光源。
或者，所述紅色光源為LED光源，綠色光源為LED光源，藍(lán)色光源為激 光光源。
所述激光光源為單個激光器光源或由多個激光發(fā)光芯片形成的陣列式光源。
所述LED光源為單個LED光源或由多個LED發(fā)光芯片形成的陣列式光源。
所述光學(xué)元件中包含有聚焦透鏡、微透鏡陣列、光導(dǎo)管中的一種或多種。
本發(fā)明所述的投影系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為
一種投影系統(tǒng)，包括分合光系統(tǒng)、顯示芯片和投影透鏡，該投影系統(tǒng)還 包括以上所述的三色混合光源組件。
其中，所述顯示芯片可為LCD、 LCOS和DLP三種類型中的任一種。
所述顯示芯片數(shù)目為單片或兩片或三片。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)該三色混合光源組件由激光光源和LED光源混合而成，其相對于三色全LED光源來說，具有更高的亮度，提高了光利用率，降低了功耗；其相 對于二色全激光光源來說，較大程度地減弱了激光的相干性，減小了光源的 發(fā)熱量，成本也得到了降低。
(2) 采用上述三色混合光源組件的投影系統(tǒng)可以投射出色彩鮮艷光亮好
的圖像畫面，這是比三色全LED光源投影系統(tǒng)不能比擬的，更重要是其消除
了較多因激光相干性產(chǎn)生的圖像散斑，顯示質(zhì)量比三色全激光光源投影系統(tǒng) 更佳。
(3) 本發(fā)明中的LED光源可以為多個LED發(fā)光芯片形成的陣列式光源， 甚至，激光光源也可以為多個激光發(fā)光芯片形成的陣列式光源，這樣無疑可 取得更高亮度更加均勻的照明光。另外陣列式激光光源可以很好地解決激光 相干性的問題。


圖l為本發(fā)明三色混合光源組件實施例一及投影系統(tǒng)(采用單LCOS顯示 芯片)的示意圖。
圖2為三色混合光源組件實施例二及投影系統(tǒng)(采用DLP數(shù)字微鏡裝 置)的示意圖。
圖3為三色混合光源組件實施例三及投影系統(tǒng)(采用透射式LCD芯片) 的示意圖。
圖4為三色混合光源組件實施例四及投影系統(tǒng)(采用兩塊LCOS顯示芯 片)的示意圖。
圖5為三色混合光源組件實施例五及投影系統(tǒng)(采用兩塊LCD顯示芯 片)的示意圖。
圖6為三色混合光源組件實施例六及投影系統(tǒng)(采用三塊LCOS顯示芯 片)的示意圖。
.圖7為采用兩塊LCOS顯示芯片和三色混合光源組件的投影系統(tǒng)的另一實 施例示意圖。
圖8為本發(fā)明所述投影系統(tǒng)另一種實施例(采用三塊透射式LCD顯示芯 片的示意圖。
圖9為本發(fā)明所述激光陣列式光源的一種實施方式的示意圖。 圖10為本發(fā)明所述LED陣列式光源的一種實施方式的示意圖。
5說明附圖中的標(biāo)記R、 G、 B禾nr、 g、 b分別表示紅色光源、綠色 光源、藍(lán)色光源，其中大寫的字母表示激光光源，小寫的字母表示LED光 源。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 本發(fā)明提供的三色混合光源組件，由激光光源與LED光源相混合構(gòu)成紅 綠藍(lán)三色光源，在兩色激光光源中混合入另一色LED光源，可以得到激光相 干性被顯著減弱，發(fā)熱量以及成本均被減少，亮度好色彩鮮艷的投影照明光 源；或者在兩色LED光源中混合入另一色激光光源，可以得到較三色LED光 源亮度更高、色彩更豐富、激光相干影響可忽略不計的投影用光源。采用該 三色混合光源組件的投影系統(tǒng)畫質(zhì)被改善，有效減少了圖像散斑。
容易得知，所述三色混合光源組件可以產(chǎn)生六種顏色與光源的搭配方 案，即有六種實施方式，以該三色混合光源組件做照明光源的投影系統(tǒng)所使 用的微顯示芯片可以為LCOS 、 LCD和DLP (含數(shù)字微鏡裝置DMD )，采 用的微顯示芯片數(shù)目可以為單片或兩片或三片，同時，紅綠藍(lán)三色光源的位 置也可以進(jìn)行調(diào)整變化，這樣，該投影系統(tǒng)有若干種實施方式。本發(fā)明具體 列出以下實施例
實施例一如圖l所示，該三色混合光源組件包括紅色激光光源1R ， 綠色激光光源1G和藍(lán)色LED光源lb，在各個光源前方均設(shè)有對光束進(jìn)行聚 焦或準(zhǔn)直，以及整形勻化的光學(xué)元件，其可以為單個聚焦鏡或者微透鏡陣 列，或者該光學(xué)元件還包含有光導(dǎo)管(光積分棒)，這些光學(xué)元件屬于現(xiàn)有 技術(shù)或公知常識，因此在附圖中未示出或未作標(biāo)記。圖l同時示出了采用該 實施例三色混合光源組件的投影系統(tǒng)，其包括分合光系統(tǒng)、顯示芯片和投影 透鏡5，本實施例中分合光系統(tǒng)采用了一個合光棱鏡(X-cube)2和一個偏振 分光器3，所述顯示芯片為單片LCOS液晶面板4，紅綠藍(lán)三色光源1R 、 1G 、 lb發(fā)出光經(jīng)合光棱鏡2合成后射入偏振分光器3 ，偏振分光器3分出 一部分光提供給LCOS液晶面板4調(diào)制，最后輸出圖像光經(jīng)投影透鏡5輸 出。
實施例二如圖2所示，該三色混合光源組件包括紅色LED光源lr、綠 色激光光源1G 、藍(lán)色LED光源lb，含有該光源組件的投影系統(tǒng)使用了一塊DMD (即DLP顯示器件)4e，以及合光棱鏡2 、反射鏡8和投影透鏡5 ， 三色光源圍繞在合光棱鏡2的二面，發(fā)出光經(jīng)合光棱鏡2合為一束光射向反 射鏡8，反射鏡8將入射光反射給DMD4e ， DMD4e受圖像信號驅(qū)動輸出 圖像光，最后從投影透鏡5輸出到外置屏幕上。
實施例三如圖3所示，該三色混合光源組件包括紅色LED光源lr、綠 色激光光源1G 、藍(lán)色激光光源1B ，本實施例中投影系統(tǒng)使用一個透射式 LCD顯示芯片作為光調(diào)制器，還采用了兩個—色鏡，具體光路為紅色LED 光源lr輸出光透過二色鏡6和二色鏡7后射入LCD組件4k;藍(lán)色激光光源
1B輸出光經(jīng)二色鏡6反射給二色鏡7 ，然后從二色鏡7透射出進(jìn)入LCD組 件4k;綠光激光光源1G輸出光經(jīng)二色鏡7反射后進(jìn)入LCD組件4k。 LCD組 件4k包括LCD顯示芯片和其他光學(xué)器件，例如擴(kuò)束器、聚焦鏡、偏振片或者 濾光片，LCD組件4k調(diào)制射入光輸出圖像光給投影透鏡5 。
實施例四如圖4所示，該三色混合光源組件包括紅色激光光源1R 、 綠色LED光源lg、藍(lán)色LED光源lb，本實施例中投影系統(tǒng)使用兩塊LCOS液 晶面板作為光調(diào)制器，還使用了一個合光棱鏡2和一個偏振分光器3形成分 合光系統(tǒng)，具體光路為紅綠藍(lán)三色光源1R 、 lg、 lb分別發(fā)出光經(jīng)合光棱 鏡2合為一束光射入偏振分光器3 ，偏振分光器3將入射光分為兩束偏振 光，分別輸送給LCOS液晶面板4a、 4b進(jìn)行調(diào)制，兩LCOS液晶面板輸出圖 像光經(jīng)偏振分光器3合成后射向投影透鏡5 。
實施例五如圖5所示，該三色混合光源組件包括紅色LED光源lr、綠 色LED光源lg、藍(lán)色激光光源1B ，本實施例中投影系統(tǒng)使用兩塊透射式 LCD顯示芯片，分合光系統(tǒng)使用了一個合光棱鏡2 、兩個偏振分光器3a和 3b、兩反射鏡9和10。具體光路為紅綠藍(lán)三色光源lr、 lg、 1B輸出光被 合光棱鏡2合成后射入偏振分光器3a，光束被分為兩束偏振光， 一束偏振光 射向LCD4c進(jìn)行調(diào)制，另一束偏振光射向LCD4d進(jìn)行調(diào)制，LCD4c和 4d分別輸出圖像光被兩個反射鏡9 、 10及偏振分光器3b合成后射向投影透鏡
實施例六如圖6所示，該三色混合光源組件包括紅色激光光源1R 、 綠色LED光源lg、藍(lán)色激光光源1B ，三光源被平行放置，位置可以進(jìn)行調(diào) 整變換，本實施例中投影系統(tǒng)采用三塊LCOS液晶面板4f、 4g、 4h,分合光 系統(tǒng)采用反射鏡ll、—色鏡12和13、偏振分光組件14，該偏振分光組件14由兩個偏振分光器和一個光程補(bǔ)償快組合而成。本實施例大概光路為三色光 被合成后射入偏振分光組件14，分出的偏振光分別被三塊LCOS液晶面板
4f、 4g、 4h轉(zhuǎn)換成圖像光，最后被合成經(jīng)過投影透鏡5輸出。由于本領(lǐng)域技 術(shù)人員不難看出該系統(tǒng)投影原理，故省略對本實施例投影光路的詳細(xì)描述。
上面已經(jīng)給出光源顏色與光源類型的六種搭配方案的實施方式，對于三 色混合光源組件來說，當(dāng)其應(yīng)用于投影系統(tǒng)時，各色光源的擺放位置是可以 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整替換的，例如平行排列或者環(huán)繞排列或者相對位置變化，只需 要在投影系統(tǒng)中加入一些合光分光器件或者反射鏡，使其滿足投影照明需求 即可。當(dāng)然在光源位置擺放時也要注意到光源本身的物理特性，例如兩激光 光源不能相對相向設(shè)置，因為一光源輸出的激光經(jīng)合光器件時，會有殘余光 射向另一光源的激光發(fā)光芯片，造成激光光源損傷。
圖7即為上述光源組件變化的一個簡單例子，該圖中投影系統(tǒng)同圖4中 的一樣，采用兩塊LC0S液晶面板4a、 4b作為顯示芯片，分合光系統(tǒng)包括合光 棱鏡2和偏振分光器3，所不同的是，三色混合光源組件為紅色激光光源 1R、綠色激光光源lG和藍(lán)色LED光源lb，三色光源的位置也做了調(diào)整，其 中，綠色激光光源lG和藍(lán)色LED光源lb相對設(shè)置在合光棱鏡2的兩面，紅色 激光光源1R位于合光棱鏡2另一面，且該紅色激光光源1R的光軸與合光棱鏡 2 、偏振分光器3 、 LC0S液晶面板4b的光軸同一線上。
請參照圖8，為本發(fā)明所述投影系統(tǒng)的另一種實施方式，該投影系統(tǒng)采 用了三塊透射式LCD顯示芯片41、 4m、 4n，三色混合光源組件為紅色LED 光源lr、綠色激光光源1G 、藍(lán)色激光光源1B 。綠色激光光源1G輸出光 經(jīng)反射鏡9反射后照明LCD顯示芯片41，藍(lán)色激光光源1B直接照明LCD顯 示芯片4m ，紅色LED光源lr輸出光經(jīng)反射鏡10反射后照明LCD顯示芯片 4n，產(chǎn)生的圖像光被合光棱鏡2合成后輸送給投影透鏡5 。
特別聲明，本發(fā)明三色混合光源組件包含有對各個光源進(jìn)行聚焦或準(zhǔn) 直，整形勻化的光學(xué)元件，其可以為聚焦透鏡、微透鏡陣列、光導(dǎo)管中的一 種或多種，該光學(xué)元件屬于現(xiàn)有技術(shù)或公知常識，因此在附圖中未示出或未 作標(biāo)記。
該三色混合光源組件采用的激光光源可以為單個激光器光源或由多個激 光發(fā)光芯片形成的陣列式光源，如圖9所示，多個激光芯片呈線性排列設(shè)置 在散熱基板上。該激光陣列式光源也可以為方形陣列或矩形陣列，以形成發(fā)光均勻亮度更好的激光面光源。另外陣列式激光可以有效解決激光相干性的 問題。
同理，該三色混合光源組件采用的LED光源可以為單個LED光源或由多 個LED發(fā)光芯片形成的陣列式光源，如圖10所示，多個LED發(fā)光芯片呈方形 排列在基板上，以形成發(fā)光均勻亮度更好的LED面光源。當(dāng)然，多個LED發(fā) 光芯片也可以線性排列設(shè)置。
本發(fā)明所述三色混合光源組件及采用該三色混合光源組件的投影系統(tǒng)并 不限于以上實施方式。任何未脫離本發(fā)明精祌的修改或局部替換均涵蓋在本 發(fā)明保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1. 一種三色混合光源組件，包括紅綠藍(lán)三個光源和分別對該光源進(jìn)行聚焦整形勻化的光學(xué)元件，其特征在于所述紅綠藍(lán)三個光源中一個光源為激光光源，一個光源為LED光源，另一個光源為激光光源或LED光源。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述紅色光源為激光光源，綠色光源為激光光源，藍(lán)色光源為LED光源。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述紅色光源為LED光源，綠色光源為激光光源，藍(lán)色光源為激光光源或LED光源。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述紅色光源為激光光源，綠色光源為LED光源，藍(lán)色光源為激光光源或LED光源。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述紅色光源為LED光源，綠色光源為LED光源，藍(lán)色光源為激光光源。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述激光光源為單個激光器光源或由多個激光發(fā)光芯片形成的陣列式光源。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述LED光源為單個LED光源或由多個LED發(fā)光芯片形成的陣列式光源。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種三色混合光源組件，其特征在于所述光學(xué)元件中包含有聚焦透鏡、微透鏡陣列、光導(dǎo)管中的一種或多種。
9. 一種投影系統(tǒng)，包括分合光系統(tǒng)、顯示芯片和投影透鏡，其特征在于該投影系統(tǒng)還包括如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的三色混合光源組件。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種投影系統(tǒng)，其特征在于所述顯示芯片為LCD、 LCOS和DLP三種類型中的任一種。
11. 如權(quán)利要求9所述的一種投影系統(tǒng)，其特征在于所述顯示芯片數(shù)目為單片或兩片或三片。
全文摘要
本發(fā)明提供的三色混合光源組件，由激光光源與LED光源相混合構(gòu)成紅綠藍(lán)三色光源，在兩色激光光源中混合入另一色LED光源，可以得到激光相干性被顯著減弱，發(fā)熱量以及成本均被減少，亮度好色彩鮮艷的投影照明光源；或者在兩色LED光源中混合入另一色激光光源，可以得到較三色LED光源亮度更高色彩豐富、激光相干影響可忽略不計的投影用光源。采用該三色混合光源組件的投影系統(tǒng)顯示畫質(zhì)被改善，有效減少了圖像散斑。
文檔編號G02B27/09GK101487928SQ200810065198
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者左國梁, 曲魯杰, 鵬 黃 申請人:紅蝶科技(深圳)有限公司