CN101086608A - 一种投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED或LD投影显示装置，包括LED或LD光源、投影透镜系统和信号调制器，所述的LED或LD光源为至少一个由LED或LD阵列构成的LED或LD面阵光源，或者还包括将LED或LD发射的光耦合入光纤的光纤阵列，信号调制器用于加载信号，光源输出光路上安置投影透镜系统。该装置可实现大屏幕显示，具有电光效率高、寿命长、系统简单、色彩鲜艳等优点。

Description

一种投影显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，特别是涉及一种采用LED或LD为光源的投影显示装置。

背景技术

目前，投影显示光源主要是连续发光的热致发光灯，如卤素灯泡等。但是，卤素灯泡寿命短，一般千小时左右，只有2-3％的能量转换为光能，其他的都变成热量，而且卤素灯泡比较怕震动。

此外，投影显示光源也包括一些新一代投影显示光源，如激光源，半导体发光二极管光源(Light Emitting Diodes，以下简称LED)。在采用激光源的显示系统中，其优势在于：由于激光是线谱，具有比荧光粉更高的色饱和度，并且可以通过选择接近色度三角形顶角的三基色波长，使得显示的颜色更加鲜艳；同时还可使形成的色度三角形面积更大，显示出自然界更真实、更丰富的色彩。因此激光显示受到技术人员的高度关注，成为高端显示技术的重大发展方向之一。申请号为200410069055.4，名称为：“一种具有红、绿、蓝三基色激光彩色显示装置”的发明专利公开了一种具有红、绿、蓝三基色激光彩色显示装置，包括红光激光器、绿光激光器、蓝光激光器，其输出光路的光路上分别对应放置3个消相干器，经消相干后的红光输出光路上顺序安置第一反射镜、液晶光阀、合束棱镜；绿光激光器输出的光束经消相干后的输出光路上顺序安置第二液晶光阀、合束棱镜；蓝光激光器输出光路上安置一反射镜，反射镜与合束棱镜中间光路上安置第三液晶光阀；经合束棱镜后输出光的光路上安置投影透镜系统。这些激光源包括气体激光源，固体激光源，半导体激光源(Laser Diodes，以下简称LD)，或者其组合等。但是，采用气体和固体激光器的不足在于：价格昂贵，体积大；而采用LD的不足在于：虽然其体积小，寿命可以大于万小时，但单管的功率不高，因此很难实现大屏幕显示。

实际上，已知的LED可以作为显示的光源。目前高亮度蓝光LED工业化生产的成功，扫清了生产制造高亮度三基色LED的障碍，使三基色LED进入真彩色视频显示领域成为可能。目前高亮度三基色LED的发光效率已经超过60流明/瓦特，LED用于显示系统具有价格低廉，寿命长(数万小时)，效率高，以及关闭简便快捷等优点。但是，目前单管LED工业化产品的最大功率也仅在数瓦特内徘徊，因此单管很难实现大屏幕显示。

针对现有技术的上述不足，人们就希望有一种改进的投影显示装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中单管功率太低的不足，从而提供一种由LED或LD阵列构成的LED或LD面阵光源，实现高亮度、高效率和寿命长的大功率LED或LD投影显示装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种投影显示装置，如图1所示，包括光源1、投影透镜系统2和至少一个信号调制器(图中未示出)，其特征在于，所述光源1为至少一个由LED或LD阵列构成的LED或LD面阵光源；所述光源1发出的光束进入所述投影透镜系统2；所述信号调制器与所述光源1电连接或者设置在所述光源1与所述投影透镜系统2之间的光路上，用于加载信号。

进一步地，所述LED或LD为红光LED或LD、绿光LED或LD、或蓝光LED或LD；所述红光LED或LD输出波长范围为610～700nm；所述绿光LED或LD输出波长范围为510～545nm；所述蓝光LED或LD输出波长为400～490nm。

进一步地，所述的LED或LD的单管LED或LD的功率范围为1微瓦～100瓦。

进一步地，还包括与所述光源1对应的光纤阵列，所述光源1发射的光耦合入对应的光纤阵列，从所述光纤阵列出射的光进入所述投影透镜系统2。

进一步地，所述的光纤包括单包层光纤、双包层光纤、锥形光纤、微结构光纤、多芯光纤；所述的光纤材料为石英、玻璃或聚合物。

进一步地，所述LED或LD面阵光源的每个象素包括不同波长的LED或LD；所述信号调制器与所述光源1电连接，用于控制LED或LD，将要显示的信号加载到所述面阵光源1。

进一步地，所述LED或LD面阵光源由三个LED或LD面阵光源组成，分别为红光面阵4、绿光面阵5和蓝光面阵6；所述绿光面阵5输出波长范围为510～545nm；所述蓝光面阵6输出波长为400～490nm；所述红光面阵4输出波长范围为610～700nm；该显示装置还包括一个合束棱镜12和三个信号调制器，三个所述信号调制器分别与所述红光面阵4、所述绿光面阵5和所述蓝光面阵6一一对应，分别设置在对应的面阵光源与所述合束棱镜12中间的光路上；经信号调制器加载信号后，所述合束棱镜12将三束光束合成为一束进入所述投影透镜系统2。

所述信号调制器包括一光阀；所述光阀为投射式液晶光阀、反射式液晶光阀或数字微镜光阀。

所述红光面阵4、绿光面阵5和蓝光面阵6都是由LD阵列组成；在红光面阵4、绿光面阵5、蓝光面阵6和所述合束棱镜12之间的光路上分别设置一相应波长的消相干器。

所述的消相干器包括振转型反射镜、多模光纤或相位调制板。

所述的投影透镜系统包括前投式投影透镜系统、背投式投影透镜系统、放大投影透镜系统或缩小投影透镜系统。

所述的LED或LD为输出连续波、准连续波或脉冲波的激光器。

所述的LED或LD面阵或光纤面阵为N×M面阵，N和M为大于等于1的正整数。

所述的合束棱镜为X棱镜。

本发明的优越性：

1.本发明利用LED或LD面阵作为投影显示的光源，相对于采用非面阵LED或LD作为投影显示的光源来说，能实现更大屏幕显示；

2.采用LED或LD面阵显示图像直接投影到大屏幕，具有系统更紧凑的优点；

3.选择的三基色光波长更接近色度三角形的顶角，能显示出色彩更丰富、更鲜艳的图像；

4.本发明利用LED或LD本身具有高电光效率、寿命长、体积小的优势，采用LED或LD面阵作为光源，广泛适用于激光家庭影院和激光大屏幕显示等领域。

附图说明：

图1是本发明实施例1的一台LED或LD面阵彩色投影显示装置示意图；

图2是本发明实施例2的一台LD耦合入光纤的彩色投影显示装置示意图；

图3是本发明实施例3的一台三基色LED面阵的投影显示装置示意图；

图4是本发明实施例4的一台三基色LED光纤耦合面阵投影显示装置示意图；

图5是本发明实施例5的一台三基色LD面阵彩色投影显示装置示意图；

图面说明：

1-LED或LD面阵；    2-投影透镜系统；

3-屏幕；           4-红光LED面阵；

5-绿光LED面阵；    6-蓝光LED面阵；

7-红光反射镜；     8-蓝光反射镜；

9-红光光阀；       10-绿光光阀；

11-蓝光光阀；      12-合束棱镜；

13-红光消相干器；  14-绿光消相干器；

15-蓝光消相干器；  17-LD小阵列；

18-单模光纤；      22′-单模光纤束；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。

实施例1

按照图1制作一台LED面阵彩色投影显示装置，包括光源1、投影透镜系统2和一个信号调制器(图中未示出)，所述光源1为一个由LED阵列构成的LED面阵光源；所述LED面阵光源发出的光束进入所述投影透镜系统2；所述信号调制器与所述LED面阵光源相连，用于加载显示信号。其中：

本发明的LED或LD面阵是能通过投影直接构成一副图像的，面阵的面积一般不大于0.5平方米。本实施例中LED面阵光源采用分辨率为1024×768的面阵，每个象素由红、绿、蓝三个LED组成，其波长分别为670nm、515nm、440nm；信号调制器将数字调制信号输入到LED面阵上，由LED面阵直接显示出图像，然后通过投影透镜系统2直接投影到屏幕3上显示。LED面阵光源、信号调制器均为市场所售器件。

实施例2

按照图2制作一台LD耦合入光纤的彩色投影显示装置，包括光源1、投影透镜系统2和一个信号调制器(图中未示出)，所述光源1由一个LD面阵和光纤阵列组成，所述LD面阵发出的光耦合进入光纤，光纤的输出端形成所述光纤阵列。光纤阵列发出光束进入所述投影透镜系统2；所述信号调制器与所述LD面阵光源电连接，用于加载显示信号。

LD面阵由48万个LD小列阵17组成。每个LD小列阵17由红、绿、蓝三个LD组成，其波长分别为670nm、515nm、440nm，红、绿、蓝三个LD发出的光耦合进一根单模光纤18，由48万个LD小列阵17耦合进48万根单模光纤18，然后将所述单模光纤18的输出端排成800×600的光纤阵列，信号调制器将数字调制信号加到48万个LD小列阵17上，在800×600的光纤阵列上直接显示出色彩鲜艳的图像，然后通过投影透镜系统2直接投影到屏幕3上显示。

实施例3

按照图3制作一台三基色LED面阵的投影显示装置。包括光源1、投影透镜系统2、一个合束棱镜12、一个红光反射镜7和一个蓝光反射镜8、以及三个信号调制器。

其中光源1由三个LED面阵光源组成，分别为红光LED面阵4、绿光LED面阵5和蓝光LED面阵6；三个所述信号调制器为红光信号调制器9、绿光信号调制器10、蓝光信号调制器11，分别与所述红光LED面阵4、所述绿光LED面阵5和所述蓝光LED面阵6一一对应，分别设置在对应的面阵光源与所述合束棱镜12中间的光路上；红光LED面阵5和蓝光LED面阵6发出的光分别通过红光反射镜7和蓝光反射镜8将光束反射到合束棱镜12前的红光信号调制器9和蓝光信号调制器11上进行调制，绿光LED面阵5发出的光直接通过合束棱镜12前的绿光信号调制器进行调制，调制后的红、绿、蓝三束光束经合束棱镜12合成一束后，经投影透镜系统2投射到距离合适的屏幕3上。

用25个单管红色LED，波长为660nm，每个功率为1W，排列成5×5的阵列作为红色LED面阵4，再按照合成白光的比例做成相应的绿光LED面阵5，比如波长为515nm，同样按照合成白光的比例做成蓝光LED面阵6，比如波长为440nm；按照合成白光的比例来分别制作上述红色LED面阵4、绿光LED面阵5和蓝光LED面阵6是本领域技术人员可以胜任的，在此不再详述。此装置中，红光信号调制器9采用一个红光透射式液晶光阀，绿光信号调制器10采用一个绿光透射式液晶光阀，蓝光信号调制器11采用一个蓝光透射式液晶光阀。红光LED面阵5和蓝光LED面阵6发出的光分别通过红光反射镜7和蓝光反射镜8将光束反射到合束棱镜12前的红光透射式液晶光阀和蓝光透射式液晶光阀上进行调制，绿光LED面阵5发出的光直接通过合束棱镜12前的绿光透射式液晶光阀进行调制，调制后的红、绿、蓝三束光束经合束棱镜12合成一束后，经常规的前投式投影透镜系统2投射到距离合适的屏幕3上，即可实现色彩鲜艳、丰富的图像显示。本实施例使用的合束棱镜为市场上购买的X合束棱镜，其由四个棱镜分别经研磨、抛光、镀膜后胶合而成；红光、绿光和蓝光透射式液晶光阀均为市场所售器件。

实施例4

按照图4制作一台三基色LED光纤耦合面阵投影显示装置。包括光源1、红光反光镜7和蓝光反光镜8、三个信号调制器、合束棱镜12、以及投影透镜系统2。

其中，光源1由绿光LED面阵5、红光LED面阵4、蓝光光LED面阵6和三个对应的光纤阵列组成；用25个单管红色LED组成红光LED面阵4，波长为660nm，每个功率为1W，分别耦合进25根单模光纤22′，单模光纤束22′排列成5×5的光纤阵列；再按照合成白光的比例制作绿光LED光纤阵列5和蓝光LED光纤阵列6，比如绿光LED的波长为515nm，蓝光LED的波长为440nm。

其余与实施例3相同。

实施例5

按照图5制作一台三基色LD面阵彩色投影显示装置，用红光LD面阵、绿光LD面阵和蓝光LD面阵替换实施例3中的红光LED面阵4、绿光LED面阵5和蓝光LED面阵6，并在本实施例中采用相同的数字标号表示。本实施例还包括红光消相干器13、绿光消相干器14、蓝光消相干器15；其中红光LD面阵4和蓝光LD面阵6发出的光分别经过红光消相干器13和蓝光消相干器15后，再分别通过红光反射镜7和蓝光反射镜8将光束反射到合束棱镜12前的红光信号调制器9和蓝光信号调制器11上进行调制，绿光LD面阵5发出的光进入绿光消相干器14后直接通过合束棱镜12前的信号调制器10进行调制，调制后的红、绿、蓝光束经合束棱镜12合成一束后，经投影透镜系统2投射到距离合适的屏幕3上。

用25个单管红色LD，波长为670nm，每个功率为1W，排列成5×5的阵列作为红色LD面阵4，再按照合成白光的比例做成相应的绿光LD面阵5(比如波长为515nm)和蓝光LD面阵6(比如波长为440nm)。本实施例的装置中，红光信号调制器9采用一红光数字微反射镜光阀，绿光信号调制器10采用绿光数字微反射镜光阀、蓝光信号调制器11采用蓝光数字微反射镜光阀，红光消相干器13采用一红光相位调制板，绿光消相干器14采用一绿光相位调制板，蓝光消相干器15采用一蓝光相位调制板。

其它同实施例3。

Claims (10)

1.一种投影显示装置，包括光源(1)、投影透镜系统(2)和至少一个信号调制器，其特征在于，所述光源(1)为至少一个由LED或LD阵列构成的LED或LD面阵光源；所述光源(1)发出的光束进入所述投影透镜系统(2)；所述信号调制器与所述光源(1)电连接或者设置在所述光源(1)与所述投影透镜系统(2)之间的光路上，用于加载信号。

2.按权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述LED或LD为红光LED或LD、绿光LED或LD、或蓝光LED或LD；所述红光LED或LD输出波长范围为610～700nm；所述绿光LED或LD输出波长范围为510～545nm；所述蓝光LED或LD输出波长为400～490nm。

3.按权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，所述的LED或LD的单管LED或LD的功率范围为1微瓦～100瓦。

4.按权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，还包括一与所述光源(1)对应的光纤阵列，所述光源(1)发射的光耦合入对应的光纤阵列，从所述光纤阵列出射的光进入所述投影透镜系统(2)。

5.按权利要求4所述的投影显示装置，其特征在于，所述的光纤包括单包层光纤、双包层光纤、锥形光纤、微结构光纤、多芯光纤；所述的光纤材料为石英、玻璃或聚合物。

6.按权利要求1或4所述的投影显示装置，其特征在于，所述LED或LD面阵光源的每个象素包括不同波长的LED或LD；所述信号调制器与光源(1)电连接，用于控制LED或LD，将要显示的信号加载到所述面阵光源(1)。

7.按权利要求1或4所述的投影显示装置，其特征在于，所述LED或LD面阵光源由红光面阵(4)、绿光面阵(5)和蓝光面阵(6)组成；所述绿光面阵(5)输出波长范围为510～545nm；所述蓝光面阵(6)输出波长为400～490nm；所述红光面阵(4)输出波长范围为610～700nm；该显示装置还包括一个合束棱镜(12)和三个信号调制器，三个所述信号调制器分别与所述红光面阵(4)、所述绿光面阵(5)和所述蓝光面阵(6)对应，分别设置在对应的面阵光源与所述合束棱镜(12)中间的光路上；经信号调制器加载信号后，所述合束棱镜(12)将三束光束合成为一束进入所述投影透镜系统(2)。

8.按权利要求7所述的投影显示装置，其特征在于，所述信号调制器包括一光阀；所述光阀为透射式液晶光阀、反射式液晶光阀或数字微镜光阀。

9.按权利要求7所述的投影显示装置，其特征在于，所述红光面阵(4)、绿光面阵(5)和蓝光面阵(6)都由LD阵列组成；在红光面阵(4)、绿光面阵(5)、蓝光面阵(6)和所述合束棱镜(12)之间的光路上分别设置一相应波长的消相干器。

10.按权利要求9所述的投影显示装置，其特征在于，所述的消相干器包括振转型反射镜、多模光纤或相位调制板。

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