CN102645833A

CN102645833A - 广色域复合光源投影显示装置及方法

Info

Publication number: CN102645833A
Application number: CN2012101344248A
Authority: CN
Inventors: 宋刚; 张丽军; 王玉荣; 曹洪剑; 李义辉
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明涉及一种以小功率的激光器与高压汞灯组成复合光源为投影设备提供光能量的广色域复合光源投影显示装置及方法，采用该装置的投影显示系统具有色域广、成本低，与现有成像光路兼容的特点。它包括高压汞灯和激光光源组成的复合光源，两光源的光线一起送入依次设置的分色镜III、积分棒和成像光路。所述激光光源由红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器组成，其中红色激光器的红色激光通过反射镜反射到分色镜I，绿色激光器的绿色激光也进入分色镜I，与红色激光一起再送入分色镜II，然后蓝色激光器的蓝色激光也送入分色镜II，蓝色激光与红色激光、绿色激光一起再送入分色镜III。

Description

广色域复合光源投影显示装置及方法

技术领域

本发明公开了一种电视投影显示领域，特别是一种低成本的广色域复合光源投影显示装置及方法。

背景技术

传统投影器件以高压汞灯作为光源，显示基色的光谱宽，色域较小，仅能够覆盖自然界40％的颜色；以红、绿、蓝激光作为光源，显示的基色光谱极窄，可以大大改进投影显示与显示器件的颜色特性，能使显示色域达到人眼的90％以上，色彩更加自然。因此红、绿、蓝激光为光源的激光显示系统具有基色光谱窄、显示颜色艳丽、色域宽广的特点，是显示领域的重大进步。但是大功率的激光器价格十分昂贵，导致激光显示系统的成本高，难以市场化。激光器的价格与其功率成指数增长，降低激光器的功率是降低激光显示系统成本的有效途径。

发明内容

本发明为克服现有的技术缺陷，针对现有的技术存在的问题，提出了一种以小功率的激光器与高压汞灯组成复合光源为投影设备提供光能量的广色域复合光源投影显示装置及其方法，采用该装置的投影显示系统具有色域广、成本低，与现有成像光路兼容的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种广色域复合光源投影显示装置，它包括高压汞灯和激光光源组成的复合光源，两光源的光线一起送入依次设置的分色镜III、积分棒和成像光路。

所述激光光源由红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器组成，其中红色激光器的红色激光通过反射镜反射到分色镜I，绿色激光器的绿色激光也进入分色镜I，与红色激光一起再送入分色镜II，然后蓝色激光器的蓝色激光也送入分色镜II，蓝色激光与红色激光、绿色激光一起再送入分色镜III。

所述红色激光与反射镜II成45夹角。

所述的绿色激光与红色激光照射的分色镜I要求在分色镜I的一面镀膜，其中反射镜反射过来的红色激光照到分色镜I上透射过去，绿色激光照到分色镜I上反射出去，使红、绿激光汇聚在一起。

所述的蓝色激光与红绿激光照射的分色镜II要求在分色镜II的一面镀膜，其中汇聚的红、绿色激光照到分色镜II上透射过去，蓝色激光照到分色镜II上反射出去，使红、绿、蓝三种激光汇聚在一起。

所述高压汞灯的白光与三束激光光束照到的分色镜III要求在分色镜III的一面镀膜，其中汇聚过来的红、绿、蓝激光照到分色镜III上反射出去，白光照到分色镜III上透射出去，使红、绿、蓝三种激光与白光汇聚在一起。

所述的积分棒将成像基色进行匀光。

所述的成像光路采用LCD成像光路或LCoS成像光路。

一种采用广色域的复合光源投影显示装置的显示方法，它将红、绿、蓝三色激光光源与高压汞灯光源组合为复合光源为投影显示系统提供光能量；在高压汞灯光源与积分棒之间通过分色镜I、分色镜II、分色镜III与反射镜导入红、绿、蓝激光；各激光器与高压汞灯的功率比例根据需要进行调整：当各激光器与高压汞灯的功率比例越高，成本越高，形成的彩色图亮度高，色域广，色彩更鲜艳；反之，当各激光器与高压汞灯的功率比例越低，成本越低，形成的彩色图像色域的扩大范围也相对较小。

对于普通投影显示系统，高压汞灯光束经过匀光、分光形成三基色光束，然后经过成像光路形成彩色图像。本发明将高压汞灯光束与红、绿、蓝三色激光光束通过反射镜、不同的分色镜合成一束光束，然后导入普通投影显示系统的匀光、分光和成像光路，形成广色域的彩色图像。

激光与高压汞灯光束共同作为投影光源，激光的光谱能量叠加在传统基色光谱能量上，形成主瓣能量较高、副瓣能量较弱的成像基色光谱分布，使基色色度点向光谱轨迹靠近，色域三角形变大，从而扩大了显示色域的范围。显示器亮度由激光器和高压汞灯共同承担，因此可采用功率小、价格低的激光器与较小功率的高压汞灯，既降低了成本，也可延长激光器与高压汞灯的寿命。

本发明广色域的投影显示装置包括：高压汞灯；红色激光器；绿色激光器；蓝色激光器；分色镜I、II、III；反射镜；积分棒；成像光路。

本发明使用现有的投影显示装置，在高压汞灯与积分棒之间导入红、绿、蓝激光，将高压汞灯光束与红、绿、蓝三色激光光束通过反射镜、分色镜合成一束光束，然后导入普通投影显示系统的匀光、分光和成像光路，形成广色域的彩色图像。因而成像基色由传统基色与激光基色共同组成，其中传统基色的光谱较宽，而激光基色的光谱则极窄，激光的光谱能量叠加在传统基色的光谱能量上，形成主瓣能量较高，副瓣能量较弱的光谱分布，使基色色度点向光谱轨迹靠近，色域三角形变大，从而扩大了显示色域的范围，因此形成的图像亮度高，色域更广，色彩更鲜艳。

可以根据成本和色域大小选用功率不同的激光器：当所使用的激光器的功率越高，成本越高，则成像基色的主瓣能量越高，使基色色度点向光谱轨迹靠近的程度越大，色域三角形越大，从而扩大的显示色域的范围越大，形成的彩色图亮度高，色域广，色彩更鲜艳；反之，当所使用的激光器的功率越低，成本越低，相应的成像基色的主瓣能量增加的越少，基色色度点向光谱轨迹靠近的程度越小，色域三角形扩大的范围越小，形成的彩色图像色域的扩大范围也相对较小。

激光的由红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器发出R、G、B激光光束。本装置显示器的亮度由激光器与高压汞灯共同承担，因此可采用功率小、价格低的激光器与较小功率的高压汞灯，既降低了成本，也可延长激光器与高压汞灯的寿命。

本发明的有益效果是既可以降低激光器的成本，也可以延长激光器与高压汞灯的寿命，并且与现有成像光路兼容。还可以根据成本、色域调整使用不同功率的激光器。这种装置的显色效果与普通的投影显示方法相比的优势有：图像亮度高，色域广，色彩鲜艳。

附图说明

图1是在高压汞灯与积分器之间导入红、绿、蓝激光的示意图。

图2a表示的是高压汞灯发出的白光的光谱，其中不仅包含着红、绿、蓝三种基色，还包含着其他可见光，波长范围较大；

图2b表示的是白光与红、绿、蓝激光的基色光谱，其中，实线是传统基色的光谱，光谱较宽；

图2c成像基色的光谱。

图3是激光和高压汞灯作为复合光源能够扩展色域的示意图。

图中：1是高压汞灯；2红色激光器；3是反射镜；4是绿色激光器；5是分色镜I；6是蓝色激光器；7是分色镜II；8是分色镜III；9是积分棒；10是成像光路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

在图1中，红色激光器2发出的激光照到反射镜3上，反射后的红色激光照到分色镜I5透射过去。绿色激光器4发出的激光照到分色镜I5上，反射后的绿色激光与透射过来的红色激光汇聚在一起照射到分色镜II7透射过去。蓝色激光器6发出的激光照到分色镜II7上，反射后的蓝色激光与透射过来的红、绿激光汇聚在一起。三束激光照射到分色镜III8反射出去。高压汞灯1发出的白光照到分色镜III8上透射出去，与红、绿、蓝激光汇聚在一起，共同经积分棒9进行匀光后，达到更好的照明效果，然后通过成像光路10，形成彩色图像。

成像光路10是目前现有的成像光路。例如：LCD成像光路或LCoS成像光路。

本发明的投影显示方法为：三色激光光源与高压汞灯光源组合为复合光源为投影显示系统提供光能量；在高压汞灯光源与积分棒之间通过相应的分色镜I、II、III与反射镜导入红、绿、蓝激光；可以根据成本和色域大小选用功率不同的激光器：当所使用的各激光器的功率越高，成本越高，形成的彩色图亮度高，色域广，色彩更鲜艳；反之，当所使用的各激光器的功率越低，成本越低，形成的彩色图像色域的扩大范围也相对较小。

在图2a表示的是高压汞灯发出的白光的光谱，其中不仅包含着红、绿、蓝三种基色，还包含着其他可见光，波长范围较大。图2b表示的是白光与红、绿、蓝激光的基色光谱，其中，实线是传统基色的光谱，光谱较宽。虚线是激光基色的光谱。光谱很窄。图2c表示的是成像基色的光谱。激光的光谱能量叠加在传统基色光谱能量上，形成主瓣能量较高、副瓣能量较弱的成像基色光谱分布，使基色色度点向光谱轨迹靠近，色域三角形变大，从而扩大了显示色域的范围。

在图3中，光谱轨迹代表自然界中所有颜色，基色色度点R_ld、G_ld、B_ld所围成的三角形区域代表激光的色域范围，基色色度点R_hp、G_hp、B_hp所围成的三角形区域代表高压汞灯的色域范围。可见激光作为光源覆盖的色域范围很大，而高压汞灯作为光源仅能够覆盖自然界40％的颜色，范围较小。基色色度点R_c、G_c、B_c所围成的三角形区域代表激光与高压汞灯复合光源的色域范围。其中复合光源基色色度点R_c、G_c、B_c分别在R_ld与R_hp、G_ld与G_hp、B_ld与B_hp的连线上。当使用不同功率的激光器时，R_c、G_c、B_c三点所围成的三角形区域大小也不同，复合光源的色域范围也随之变化。使用的激光器的功率越高，复合光源的基色色度点R_c、G_c、B_c越靠近激光基色色度点R_ld、G_ld、B_ld，点R_c、G_c、B_c所围成的三角型面积越大，复合光源色域越广；相反，使用的激光器的功率越低，复合光源基色色度点R_c、G_c、B_c越靠近高压汞基色色度点R_ld与R_hp、G_ld，点R_c、G_c、B_c所围成的三角型面积越小，复合光源色域越小。因此，复合光源可以提高传统光源的色域范围，提高色域范围的大小则由激光与高压汞灯功率比例大小决定。

Claims

1.一种广色域复合光源投影显示装置，其特征是，它包括高压汞灯和激光光源组成的复合光源，两光源的光线一起送入依次设置的分色镜III、积分棒和成像光路。

2.如权利要求1所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述激光光源由红色激光器、绿色激光器和蓝色激光器组成，其中红色激光器的红色激光通过反射镜反射到分色镜I，绿色激光器的绿色激光也进入分色镜I，与红色激光一起再送入分色镜II，然后蓝色激光器的蓝色激光也送入分色镜II，蓝色激光与红色激光、绿色激光一起再送入分色镜III。

3.如权利要求2所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述红色激光与反射镜II成45夹角。

4.如权利要求2所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述的绿色激光与红色激光照射的分色镜I要求在分色镜I的一面镀膜，其中反射镜反射过来的红色激光照到分色镜I上透射过去，绿色激光照到分色镜I上反射出去，使红、绿激光汇聚在一起。

5.如权利要求2所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述的蓝色激光与红绿激光照射的分色镜II要求在分色镜II的一面镀膜，其中汇聚的红、绿色激光照到分色镜II上透射过去，蓝色激光照到分色镜II上反射出去，使红、绿、蓝三种激光汇聚在一起。

6.如权利要求2所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述高压汞灯的白光与三束激光光束照到的分色镜III要求在分色镜III的一面镀膜，其中汇聚过来的红、绿、蓝激光照到分色镜III上反射出去，白光照到分色镜III上透射出去，使红、绿、蓝三种激光与白光汇聚在一起。

7.如权利要求1所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述的积分棒将成像基色进行匀光。

8.如权利要求1所述的广色域复合光源投影显示装置，其特征是，所述的成像光路采用LCD成像光路或LCoS成像光路。

9.一种采用权利要求1所述的广色域复合光源投影显示装置的显示方法，其特征是，它将红、绿、蓝三色激光光源与高压汞灯光源组合为复合光源为投影显示系统提供光能量；在高压汞灯光源与积分棒之间通过分色镜I、分色镜II、分色镜III与反射镜导入红、绿、蓝激光；各激光器与高压汞灯的功率比例根据需要进行调整：当各激光器与高压汞灯的功率比例越高，成本越高，形成的彩色图亮度高，色域广，色彩更鲜艳；反之，当各激光器与高压汞灯的功率比例越低，成本越低，形成的彩色图像色域的扩大范围也相对较小。