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Abstract

一种薄型液晶投影显示LED偏光光源，包括LED背光电路板、带有反射碗或其他准直聚光结构阵列、PBS板、1/2波长延迟膜、蜂窝透镜板。可以将LED阵列发出的光线汇聚成准直光线，经过PBS板及1/2波长延迟膜，转换成偏振方向一致的线偏振光，为液晶屏提供几乎能够全部利用的线偏振光源。蜂窝透镜板可以增加出光均匀性，并使光源的出光角度满足投影光路的特殊要求。本发明对比传统的液晶投影显示偏光光源具有厚度薄（光轴方向尺寸小），无需分束透镜、准直透镜、散热栅格等元件，达到节约成本、提高LED光源利用率、降低液晶投影显示功耗的目的。

Description

一种薄型液晶投影显示LED偏光光源
技术领域
本发明涉及液晶显示投影和特殊液晶显示用光源领域，尤其是应用于液晶投影显示或超高亮液晶显示（如HUD液晶显示像源），用LED代替传统的金卤灯、高压氙灯的新型光源，具体地说是一种用于液晶投影显示系统或液晶显示器的薄型LED偏光光源。
背景技术
目前，在液晶投影显示行业逐步采用LED代替传统的金卤灯、高压氙灯，以达到提高发光效率，降低功耗、减少散热结构成本、增加光源寿命的目的。传统的液晶投影显示光源有关光路示意图见图1。
PBS（polarization beam spliter偏光分光棱镜）板是一种通常用于液晶投影光源的光学器件，可以将入射的非偏振的平行光分成两束互相垂直的线偏振光，配合1/2波长延迟膜的应用将其中的一束线偏振光旋转90°，即使两束光成为方向一致的线偏振光。如图2，从进光区入射的非偏振的平行光分成两束互相垂直的线偏振光，直接透过的是S波， P波经两次反射后透过PBS板经过1/2波长延迟膜偏振光旋转90°转变为S波，即使输出的光线全部成为方向一致的S波线偏振光。
在液晶投影显示行业，为了提高光线利用效率通常采用PBS板的偏光增光技术，在使用PBS板时必须将光线集中对准PBS板的进光区域，这个区域约占PBS板的50%面积，另外的区域为镀反射膜的区域（有的产品用散热栅格代替）。所以必须将氙灯光源或其他光源发出的光线分解为等间隔的光线束，一般采用分束透镜，分束透镜阵列将平行光聚光压缩为约50%间隔的光线束与PBS板的排列间隔对应；为了消除杂光及将分束后的光线恢复为平行光，通常需要增加散热栅格和准则透镜。PBS板结构如图3。
这种结构设计必然导致偏光光源厚度大，尺寸难以缩小，制造成本高，功耗大等一系列问题的产生，必须加以改进。
发明内容
本发明的目的是针对现有的偏光光源存在的厚度大、成本高、功耗大的问题，设计一种薄型液晶投影显示LED偏光光源。
本发明的技术方案是：
一种薄型液晶投影显示LED偏光光源，它由以下部分组成：
a、高效发光二极管LED1组成的阵列及准直聚光结构2；
b、PBS板3，在PBS板3的出光侧间隔粘贴有1/2波长延迟膜4；
c、蜂窝透镜板5；
PBS板3和高效发光二极管LED1组成的阵列分别位于准直聚光结构2的两侧，蜂窝透镜板5位于粘贴有1/2波长延迟膜4的PBS板3的外侧；
其特征在于：每个LED1及其准直聚光结构2的出光口都与PBS板3的进光区对齐；每一束入射到PBS板3进光区的光线分解为两束互相垂直的线偏振光，用1/2波长延迟膜4将其中的一束光线偏振方向旋转90°，变成与另一束光线偏振方向一致的线偏振光。
通过PBS板3及1/2波长延迟膜4出射的线偏振光，偏振方向与液晶屏的前置偏光片的偏振方向一致。
通过设置蜂窝透镜板5上的子透镜尺寸、曲率、材料折射率及透镜板楔形角度θ参数通增加光源的均匀性，并且能够将平行光线偏转、扩散到投影系统需要的光线角度。
LED阵列由白色发光管组成，为单光路类型的彩色液晶投影显示设备提供光源。
LED阵列由红色、绿色和蓝色发光管组成，为三片式液晶投影显示设备提供红绿蓝三色光源。
LED阵列由单色发光管组成，为单色液晶显示屏或显示模块提供光源。
本发明的有益效果是：
本发明对比传统的液晶投影显示光源具有厚度薄（光轴方向尺寸小），无需分束透镜、准直透镜、散热栅格，达到节约成本、提高LED光源利用率、降低液晶投影显示功耗、满足投影光路对光源的特殊角度要求等目的。同时本发明的薄型液晶投影显示LED偏光光源具有能效比高，节能环保，使用寿命长，安装维修方便的优点。
附图说明：
图1是传统液晶投影显示系统的光路示意图。
图2是本发明的PBS板光路原理示意图。
图3是本发明的PBS板结构示意图。
图4本发明的LED光源的液晶投影显示的光路示意图。
图5 本发明的LED阵列排布示意图。
图6是本发明薄型液晶投影显示LED偏光光源光路结构。
图7是为了降低蜂窝透镜楔形板的厚度和重量，采用多段楔形的方法制作的薄型液晶投影显示LED偏光光源光路结构。多段楔形结构也可以采用特殊角度的棱镜膜粘接代替。
图中：1、LED发光单元；2、准直聚光结构；3、PBS板；4、1/2延迟膜；5、蜂窝透镜板；6、液晶屏。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图4-6所示。
一种薄型液晶投影显示LED偏光光源，它主要由高效发光二极管LED1组成的阵列及准直聚光结构2、PBS板3和蜂窝透镜板5组成，如图6所示，在PBS板3的出光侧间隔粘贴有1/2波长延迟膜4；PBS板3和高效发光二极管LED1组成的阵列分别位于准直聚光结构2的两侧，蜂窝透镜板5位于粘贴有1/2波长延迟膜4的PBS板3的外侧；每个LED1及其准直聚光结构2的出光口都与PBS板3的进光区对齐；每一束入射到PBS板3进光区的光线分解为两束互相垂直的线偏振光，用1/2波长延迟膜4将其中的一束光线偏振方向旋转90°，变成与另一束光线偏振方向一致的线偏振光。
本发明可以将LED阵列发出的光线汇聚成准直光线，经过PBS板3及1/2波长延迟膜4转换成偏振方向一致的线偏振光，为液晶屏提供几乎能够全部利用的线偏振光源。通过设置蜂窝透镜（可参照相关设计手册或教科书进行），调整其子透镜尺寸、曲率、材料折射率及透镜板楔形角度θ等参数（如图7），增加光源的均匀性，同时能够将平行光线偏转、扩散到投影系统光路需要的光线角度。本发明对比传统的液晶投影显示光源具有厚度薄（光轴方向尺寸小），无需分束透镜、准直透镜、散热栅格，达到节约成本、提高LED光源利用率、降低液晶投影显示功耗的目的。
具体实施时可采用LED排布与PBS板间隔一致的设计方法（如两者的间隔周期H值一致），用反射碗及汇聚透镜或其他聚光的方法将每一行或列发出的光线进入对应的PBS板进光区，如图4。这种设计方案对比传统的液晶投影显示光源具有总厚度薄（光轴方向尺寸小），无需分束透镜、准直透镜、散热栅格，达到节约成本、提高LED光源利用率、降低液晶投影显示功耗的目的。图5是LED阵列排布示意图。其中的LED1阵列由单色发光管组成，为单色液晶显示屏或显示模块提供光源。LED阵列电路板上每个LED单元配置反射碗及汇聚透镜或其他聚光结构，可以将LED发出的光线汇聚成准直光线；每个LED及其准直聚光结构的出光口与PBS板的进光区对齐，对应LED阵列发出的光线进入对应的PBS板进光区，从进光区入射的非偏振的平行光分成两束偏振方向互相垂直的线偏振光，直接透过的是S波， P波经两次反射后透过PBS板，经过1/2波长延迟膜偏振光旋转90°转变为S波（参见图2），即出射的光线全部成为方向一致的S波线偏振光。设计时PBS板及1/2波长延迟膜出射的线偏振光，偏振方向必须与液晶屏的前置偏光片的偏振方向一致。用蜂窝透镜板5对PBS板3出射的平行光进行匀光及角度发散处理，增加偏光光源的均匀性，并将平行光转换成满足液晶投影显示要求的发光角度。在投影系统的光轴与光源光轴有夹角时，调整蜂窝透镜板的θ角，能够将平行光线偏转、扩散到投影系统需要的光线角度。LED为白色发光管时，可以作为单片液晶类型的彩色液晶投影显示设备的光源。LED分别为红色、绿色和蓝发光管时，设计三路上述光源，可以作为三片式液晶投影显示设备的红绿蓝三色光源。LED为单色发光管时，可以作为单色液晶投影显示或单色液晶显示模块的光源。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种薄型液晶投影显示LED偏光光源，它由以下部分组成：
a、高效发光二极管LED（1）组成的阵列及准直聚光结构（2）；
b、PBS板（3），在PBS板（3）的出光侧间隔粘贴有1/2波长延迟膜（4）；
c、蜂窝透镜板（5）；
PBS板（3）和高效发光二极管LED（1）组成的阵列分别位于准直聚光结构（2）的两侧，蜂窝透镜板（5）位于粘贴有1/2波长延迟膜（4）的PBS板（3）的外侧；
其特征在于：每个LED（1）及其准直聚光结构（2）的出光口都与PBS板（3）的进光区对齐；每一束入射到PBS板（3）进光区的光线分解为两束偏振方向互相垂直的线偏振光，用1/2波长延迟膜（4）将其中的一束光线偏振方向旋转90°，变成与另一束光线偏振方向一致的线偏振光。
2.根据权利要求1所述的薄型液晶投影显示LED偏光光源，其特征是通过PBS板（3）及1/2波长延迟膜（4）出射的线偏振光，偏振方向与液晶屏的前置偏光片的偏振方向一致。
3.根据权利要求1所述的薄型液晶投影显示LED偏光光源，其特征是通过设置蜂窝透镜板（5）上的子透镜尺寸、曲率、材料折射率及透镜板楔形角度θ等参数增加光源的均匀性，并且能够将平行光线偏转、扩散到投影系统需要的光线角度。
4.根据权利要求1所述的薄型液晶投影显示LED偏光光源，其特征是LED（1）阵列由白色发光管组成，为单光路类型的彩色液晶投影显示设备提供光源。
5.根据权利要求1所述的薄型液晶投影显示LED偏光光源，其特征是有三个类似的光源光路，每个光路的LED（1）阵列分别由红色、绿色和蓝色发光管组成，为三片式液晶投影显示设备提供红绿蓝三色光源。
6.根据权利要求1所述的薄型液晶投影显示LED偏光光源，其特征是LED（1）阵列由单色发光管组成，为单色液晶显示屏或显示模块提供光源。
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