CN110275377B - 一种投影设备及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影设备及其显示方法，被投射显示屏的显示画面被第一分光结构分离成多个单色画面，单色画面经过波长转换结构后转换为一一对应的红外光画面照射至光控开关结构；光源发出的光被第二分光结构分离成与各单色画面一一对应的单色光照射至光控开关结构；光控开关结构根据接收到的各红外光画面控制对应的各单色光透过的强度，形成分别与各单色画面相匹配的投影单色画面；各投影单色画面被合光结构合成与显示画面相匹配的投影画面。由于最后出射的投影画面的最大亮度和最大色域由光源决定，因此可以通过使用高色域高亮度的光光源实现高亮度和高色域的投影画面。

Description

一种投影设备及其显示方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种投影设备及其显示方法。

背景技术

目前，在需要将诸如手机等的小型显示设备显示的画面进行放大投影时，使用的投影仪或投影设备通常是通过透镜直接放大显示画面，并投影到幕布上。这种投影设备投影出的画面亮度较低，严重影响了用户体验。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种投影设备及其显示方法，用以解决现有的投影设备投影出的画面亮度较低的问题。

因此，本发明实施例提供了一种投影设备，包括：光源、第一分光结构、第二分光结构、波长转换结构、光控开关结构和合光结构；其中，

所述第一分光结构位于被投射显示屏的光出射路径上，所述第一分光结构用于将所述被投射显示屏的显示画面分离成多个单色画面；

所述波长转换结构位于所述第一分光结构的光出射路径上，所述波长转换结构用于将所述第一分光结构出射的各所述单色画面转换为一一对应的红外光画面；

所述第二分光结构位于所述光源的光出射路径上，所述第二分光结构用于将所述光源发出的光分离成与各所述单色画面一一对应的单色光；

所述光控开关结构位于所述波长转换结构和所述第二分光结构的光出射路径上，所述光控开关结构用于根据接收到的各所述红外光画面控制对应的各所述单色光透过的强度，形成分别与各所述单色画面相匹配的投影单色画面；

所述合光结构位于所述光控开关结构的光出射路径上，所述合光结构用于将所述光控开关结构出射的各所述投影单色画面合成与所述显示画面相匹配的投影画面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述单色画面为红色画面、蓝色画面和绿色画面；

所述第一分光结构和所述第二分光结构均包括：在光路径上依次设置的第一分光镜、第二分光镜和第一反射镜；所述第一分光镜和所述第二分光镜分别仅允许不同颜色的单色光通过；

所述光控开关结构包括：分别与所述红色画面、蓝色画面和绿色画面一一对应的光控开关显示屏，所述光控开关显示屏所包含的像素个数不小于所述被投射显示屏所包含的像素个数。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述第一分光镜和所述第二分光镜均为光子晶体分光镜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述合光结构包括：两个反射镜和一个三棱镜，所述三棱镜设置在所述两个反射镜的光出射路径上。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述合光结构包括：在光路径上依次设置的第二反射镜、第一合光镜和第二合光镜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述第一合光镜和第二合光镜均为光子晶体合光镜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述光控开关显示屏包括：相对而置的上基板和下基板，位于所述上基板和所述下基板之间的多个像素，每个所述像素内包括遮光光控水凝胶层；

所述遮光光控水凝胶层的一端固定，另一端悬空，所述遮光光控水凝胶层悬空的一端根据照射的红外光强度控制所述像素的开合程度。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述光控开关显示屏还包括：用于将所述遮光光控水凝胶层的一端与所述上基板固定的黑矩阵。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，所述波长转换结构包括：下转换发光材料层。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影设备中，还包括：位于所述合光结构的光出射路径上的菲涅尔透镜。

另一方面，本发明实施例还提供了一种上述投影设备的显示方法，包括：

第一分光结构将被投射显示屏的显示画面分离成多个单色画面；

波长转换结构将所述第一分光结构出射的各所述单色画面转换为一一对应的红外光画面；

第二分光结构将光源发出的光分离成与各所述单色画面一一对应的单色光；

光控开关结构根据接收到的各所述红外光画面控制对应的各所述单色光透过的强度，形成分别与各所述单色画面相匹配的投影单色画面；

合光结构将所述光控开关结构出射的各所述投影单色画面合成与所述显示画面相匹配的投影画面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示方法中，所述光控开关结构包括：分别与所述红色画面、蓝色画面和绿色画面一一对应的光控开关显示屏；所述光控开关显示屏的每个像素内包括遮光光控水凝胶层；

所述光控开关结构根据接收到的各所述红外光画面控制对应的各所述单色光透过的强度，形成分别与各所述单色画面相匹配的投影单色画面的步骤，具体包括：

所述遮光光控水凝胶层根据照射的红外光强度控制所述像素的开合程度。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种投影设备及其显示方法，其中投影设备包括光源、第一分光结构、第二分光结构、波长转换结构、光控开关结构和合光结构。被投射显示屏的显示画面被第一分光结构分离成多个单色画面，单色画面经过波长转换结构后转换为一一对应的红外光画面照射至光控开关结构；光源发出的光被第二分光结构分离成与各单色画面一一对应的单色光照射至光控开关结构；光控开关结构根据接收到的各红外光画面控制对应的各单色光透过的强度，形成分别与各单色画面相匹配的投影单色画面；各投影单色画面被合光结构合成与显示画面相匹配的投影画面。由于最后出射的投影画面的最大亮度和最大色域由光源决定，因此可以通过使用高色域高亮度的光光源实现高亮度和高色域的投影画面。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种投影设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种投影设备的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种投影设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的投影设备中光控开关显示屏的一种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的投影设备中光控开关显示屏的另一结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供的一种投影设备，如图1至图3所示，具体包括：光源100、第一分光结构200、第二分光结构300、波长转换结构400、光控开关结构500和合光结构600；其中，

第一分光结构200位于被投射显示屏的光出射路径上，第一分光结构200用于将被投射显示屏的显示画面A分离成多个单色画面R、G、B；

波长转换结构400位于第一分光结构200的光出射路径上，波长转换结构400用于将第一分光结构200出射的各单色画面R、G、B转换为一一对应的红外光画面R’、G’、B’；

第二分光结构300位于光源100的光出射路径上，第二分光结构300用于将光源100发出的光分离成与各单色画面R、G、B一一对应的单色光r、g、b；

光控开关结构500位于波长转换结构400和第二分光结构300的光出射路径上，光控开关结构500用于根据接收到的各红外光画面R’、G’、B’控制对应的各单色光r、g、b透过的强度，形成分别与各单色画面R、G、B相匹配的投影单色画面r’、g’、b’；

合光结构600位于光控开关结构500的光出射路径上，合光结构600用于将光控开关结构500出射的各投影单色画面r’、g’、b’合成与显示画面A相匹配的投影画面a。

具体地，本发明实施例提供的上述投影设备中，被投射显示屏的显示画面A不在通过透镜被直接放大，而是被第一分光结构100分离成多个单色画面R、G、B后，单色画面R、G、B经过波长转换结构400后转换为一一对应的红外光画面R’、G’、B’照射至光控开关结构500，作为控制光控开关结构500中各像素开合的控制光线；光源100发出的光作为投影光源，被第二分光结构300分离成与各单色画面R、G、B一一对应的单色光r、g、b照射至光控开关结构500；光控开关结构500根据接收到的各红外光画面R’、G’、B’控制对应的各单色光r、g、b透过的强度，形成分别与各单色画面R、G、B相匹配的投影单色画面r’、g’、b’；各投影单色画面r’、g’、b’被合光结构600合成与显示画面A相匹配的投影画面a，实现被投射显示屏中显示画面A的真实投影还原。由于最后出射的投影画面a的最大亮度和最大色域由光源100决定，不受被投影显示屏的显示画面A亮度的限制，因此可以通过使用高色域高亮度的光光源实现高亮度和高色域的投影画面。

具体地，被投射显示屏可以为手机等显示屏幕较小的显示设备，也可以为平板电脑等显示设备，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图1至图3所示，单色画面一般为红色画面R、蓝色画面B和绿色画面G；

第一分光结构200包括：在光路径上依次设置的第一分光镜210、第二分光镜220和第一反射镜230；第一分光镜210和第二分光镜220分别仅允许不同颜色的单色光通过，即其他颜色的光线被反射；第二分光结构300包括：在光路径上依次设置的第一分光镜310、第二分光镜320和第一反射镜330；第一分光镜310和第二分光镜320分别仅允许不同颜色的单色光通过，即其他颜色的光线被反射；

光控开关结构500包括：分别与红色画面R、蓝色画面B和绿色画面G一一对应的光控开关显示屏510、520、530，光控开关显示屏510、520、530所包含的像素个数不小于被投射显示屏所包含的像素个数。并且，一般地，光控开关显示屏510、520、530所包含的像素排列与被投射显示屏所包含的像素排列一一对应，以便实现高分辨率投影。

具体地，例如图1中第一分光镜210可以仅允许红光R通过照射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面R’照射至光控开关显示屏510，蓝光B和绿光G被第一分光镜210反射至第二分光镜220，第二分光镜220仅允许蓝光B通过，蓝光B经过第一反射镜230的反射照射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面B’照射至光控开关显示屏530，绿光G被第二分光镜220反射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面G’照射至光控开关显示屏520。对应地，第一分光镜310可以仅允许蓝光b通过，并照射至光控开关显示屏530，红光r和绿光g被第一分光镜310反射至第二分光镜320，第二分光镜320仅允许红光r通过，经过第一反射镜330的反射照射至光控开关显示屏510，绿光g被第二分光镜320反射至光控开关显示屏520。

具体地，又如图2中第一分光镜210可以仅允许蓝光B通过照射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面B’照射至光控开关显示屏510，红光R和绿光G被第一分光镜210反射至第二分光镜220，第二分光镜220仅允许绿光G通过，绿光G经过第一反射镜230的反射照射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面G’照射至光控开关显示屏530，红光R被第二分光镜220反射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面R’照射至光控开关显示屏520。对应地，第一分光镜310可以仅允许绿光g通过，并照射至光控开关显示屏530，红光r和蓝光b被第一分光镜310反射至第二分光镜320，第二分光镜320仅允许蓝光b通过，经过第一反射镜330的反射照射至光控开关显示屏510，红光r被第二分光镜320反射至光控开关显示屏520。

具体地，再如图3中第一分光镜210可以仅允许绿光G通过照射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面G’照射至光控开关显示屏510，蓝光B和红光R被第一分光镜210反射至第二分光镜220，第二分光镜220仅允许红光R通过，红光R经过第一反射镜230的反射照射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面R’照射至光控开关显示屏530，蓝光B被第二分光镜220反射至波长转换结构400，转换为对应的红外光画面B’照射至光控开关显示屏520。对应地，第一分光镜310可以仅允许红光r通过，并照射至光控开关显示屏530，蓝光b和绿光g被第一分光镜310反射至第二分光镜320，第二分光镜220仅允许绿光g通过，经过第一反射镜330的反射照射至光控开关显示屏510，蓝光b被第二分光镜320反射至光控开关显示屏520。

上述图1至图3仅是举例说明第一分光结构200和第二分光结构300的具体分光顺序，在实际应用时并不局限于此。

并且，在本发明实施例提供的上述投影设备中，为了便于部件设置的结构紧凑，如图1至图3所示，被投影显示屏和光源100可以分别位于第一分光结构200和第二分光结构300的两侧，当然，被投影显示屏和光源100也可以位于第一分光结构200和第二分光结构300的同一侧，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图1至图3所示，第一分光镜210、310和第二分光镜220、320可以均为光子晶体分光镜。

具体地，光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap，PBG)特性的人造周期性电介质结构，即频率落在光子带隙内的电磁波是禁止传播的。通过这种特性可以利用这种材料实现光的精确分色和筛选，即光子晶体分光镜的分色(分波长)性能更佳。当然，分光镜也可以采用其他方式实现，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图1和图2所示，合光结构600可以包括：在光路径上依次设置的第二反射镜610、第一合光镜620和第二合光镜630。

具体地，第一合光镜620和第二合光镜630可以将透射和反射的投影单色画面r’、g’、b’合为同一画面。例如图1中投影蓝色画面b’经过第二反射镜610的反射后照射至第一合光镜620，第一合光镜620可以仅允许投影蓝色画面b’通过，并与反射的投影绿色画面g’合为同一画面照射至第二合光镜630，第二合光镜630可以只允许投影蓝色画面b’和投影绿色画面g’通过，并与反射的投影红色画面r’合为投影画面a。又如图2中投影绿色画面g’经过第二反射镜610的反射后照射至第一合光镜620，第一合光镜620可以仅允许投影绿色画面g’通过，并与反射的投影红色画面r’合为同一画面照射至第二合光镜630，第二合光镜630可以只允许投影红色画面r’和投影绿色画面g’通过，并与反射的投影蓝色画面b’合为投影画面a。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，第一合光镜620和第二合光镜630均为光子晶体合光镜。

具体地，光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap，PBG)特性的人造周期性电介质结构，即频率落在光子带隙内的电磁波是禁止传播的。通过这种特性可以利用这种材料实现光的精确分色和筛选，即光子晶体合光镜的分色(分波长)性能更佳。当然，合光镜也可以采用其他方式实现，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图3所示，合光结构600也可以包括：两个反射镜640、650和一个三棱镜660，三棱镜660设置在两个反射镜640的光出射路径上。

具体地，投影红色画面r’经过反射镜640的反射后照射至三棱镜660，投影绿色画面g’经过反射镜650的反射后照射至三棱镜660，三棱镜660将投影绿色画面g’、投影蓝色画面b’和投影红色画面r’合为投影画面a。

具体地，合光结构600也可以采用其他方式实现，在此不做限定。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图4和图5所示，光控开关显示屏510、520、530可以包括：相对而置的上基板501和下基板502，位于上基板501和下基板502之间的多个像素503，每个像素503内包括遮光光控水凝胶层503a；

遮光光控水凝胶层503a的一端固定，另一端悬空，遮光光控水凝胶层503a悬空的一端根据照射的红外光强度控制像素503的开合程度。

具体地，光控水凝胶由合成物和含石墨烯的弹性蛋白组成。当光控水凝胶材料冷却时，合成的蛋白质能够吸收水分，而光控水凝胶材料变热时又能够将水分释放出来，光控水凝胶材料中的石墨烯薄片暴露于红外光线时会产生高温。这样的水凝胶有一面比另外一面设计了更多孔，当材料置于红外光线下时，石墨烯薄片加热周围的蛋白质，使材料多孔的一面会比另一面更快速地释放水分，会让光控水凝胶材料弯曲，类似于植物的向光性生长现象。

基于此，如4所示，遮光光控水凝胶层503a不受红外光照时保持平直状态，光无法透过；如图5所示，遮光光控水凝胶层503a受红外线光照时，蛋白质一侧失水收缩发生完全变形，光可透过；如图4所示，红外线撤走时，蛋白质侧吸水，遮光光控水凝胶层503a恢复平直状态，光无法透过。通过控制每个像素位置的红外光线的开合可控制遮光光控水凝胶层503a的开合，从而控制光线是否通过遮光光控水凝胶层503a。并且，红外光线的强度和每个像素位置的开合程度呈正比，因此，可以通过控制红外光线的强度控制每个像素位置的透过光强。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图4和图5所示，光控开关显示屏510、520、530还可以包括：用于将遮光光控水凝胶层503a的一端与上基板501固定的黑矩阵503b。

具体地，通过设置的黑矩阵503b可以作为遮光光控水凝胶层503a固定一端的载体。并且，上基板501一般为出光侧，下基板502一般为入光侧。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，波长转换结构500可以包括：下转换发光材料层。具体地，下转换发光材料层可以将照射到的可见光转换为对应强度的红外光线，实现光线波长的转换。

可选地，在本发明实施例提供的上述投影设备中，如图1至图3所示，一般还包括：位于合光结构600的光出射路径上的菲涅尔透镜700，通过菲涅尔透镜700的平行放大，可以将投影画面a投影至被投影体。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种上述投影设备的显示方法，包括：

第一分光结构将被投射显示屏的显示画面分离成多个单色画面；

波长转换结构将第一分光结构出射的各单色画面转换为一一对应的红外光画面；

第二分光结构将光源发出的光分离成与各单色画面一一对应的单色光；

光控开关结构根据接收到的各红外光画面控制对应的各单色光透过的强度，形成分别与各单色画面相匹配的投影单色画面；

合光结构将光控开关结构出射的各投影单色画面合成与显示画面相匹配的投影画面。

可选地，在本发明实施例提供的上述显示方法中，光控开关结构包括：分别与红色画面、蓝色画面和绿色画面一一对应的光控开关显示屏；所述光控开关显示屏的每个像素内包括遮光光控水凝胶层；

光控开关结构根据接收到的各红外光画面控制对应的各单色光透过的强度，形成分别与各单色画面相匹配的投影单色画面的步骤，具体包括：

遮光光控水凝胶层根据照射的红外光强度控制像素的开合程度。

本发明实施例提供的上述投影设备及其显示方法，其中投影设备包括光源、第一分光结构、第二分光结构、波长转换结构、光控开关结构和合光结构。被投射显示屏的显示画面被第一分光结构分离成多个单色画面，单色画面经过波长转换结构后转换为一一对应的红外光画面照射至光控开关结构；光源发出的光被第二分光结构分离成与各单色画面一一对应的单色光照射至光控开关结构；光控开关结构根据接收到的各红外光画面控制对应的各单色光透过的强度，形成分别与各单色画面相匹配的投影单色画面；各投影单色画面被合光结构合成与显示画面相匹配的投影画面。由于最后出射的投影画面的最大亮度和最大色域由光源决定，因此可以通过使用高色域高亮度的光光源实现高亮度和高色域的投影画面。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种投影设备，其特征在于，包括：光源、第一分光结构、第二分光结构、波长转换结构、光控开关结构和合光结构；其中，

所述第一分光结构位于被投射显示屏的光出射路径上，所述第一分光结构用于将所述被投射显示屏的显示画面分离成多个单色画面；

所述波长转换结构位于所述第一分光结构的光出射路径上，所述波长转换结构用于将所述第一分光结构出射的各所述单色画面转换为一一对应的红外光画面；

所述第二分光结构位于所述光源的光出射路径上，所述第二分光结构用于将所述光源发出的光分离成与各所述单色画面一一对应的单色光；

所述光控开关结构位于所述波长转换结构和所述第二分光结构的光出射路径上，所述光控开关结构用于根据接收到的各所述红外光画面控制对应的各所述单色光透过的强度，形成分别与各所述单色画面相匹配的投影单色画面；

所述合光结构位于所述光控开关结构的光出射路径上，所述合光结构用于将所述光控开关结构出射的各所述投影单色画面合成与所述显示画面相匹配的投影画面。

2.如权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述单色画面为红色画面、蓝色画面和绿色画面；

所述第一分光结构和所述第二分光结构均包括：在光路径上依次设置的第一分光镜、第二分光镜和第一反射镜；所述第一分光镜和所述第二分光镜分别仅允许不同颜色的单色光通过；

所述光控开关结构包括：分别与所述红色画面、蓝色画面和绿色画面一一对应的光控开关显示屏，所述光控开关显示屏所包含的像素个数不小于所述被投射显示屏所包含的像素个数。

3.如权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述第一分光镜和所述第二分光镜均为光子晶体分光镜。

4.如权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述合光结构包括：两个反射镜和一个三棱镜，所述三棱镜设置在所述两个反射镜的光出射路径上。

5.如权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述合光结构包括：在光路径上依次设置的第二反射镜、第一合光镜和第二合光镜。

6.如权利要求5所述的投影设备，其特征在于，所述第一合光镜和第二合光镜均为光子晶体合光镜。

7.如权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述光控开关显示屏包括：相对而置的上基板和下基板，位于所述上基板和所述下基板之间的多个像素，每个所述像素内包括遮光光控水凝胶层；

所述遮光光控水凝胶层的一端固定，另一端悬空，所述遮光光控水凝胶层悬空的一端根据照射的红外光强度控制所述像素的开合程度。

8.如权利要求7所述的投影设备，其特征在于，所述光控开关显示屏还包括：用于将所述遮光光控水凝胶层的一端与所述上基板固定的黑矩阵。

9.如权利要求1-8任一项所述的投影设备，其特征在于，所述波长转换结构包括：下转换发光材料层。

10.如权利要求1-8任一项所述的投影设备，其特征在于，还包括：位于所述合光结构的光出射路径上的菲涅尔透镜。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的投影设备的显示方法，其特征在于，包括：

第一分光结构将被投射显示屏的显示画面分离成多个单色画面；

波长转换结构将所述第一分光结构出射的各所述单色画面转换为一一对应的红外光画面；

第二分光结构将光源发出的光分离成与各所述单色画面一一对应的单色光；

光控开关结构根据接收到的各所述红外光画面控制对应的各所述单色光透过的强度，形成分别与各所述单色画面相匹配的投影单色画面；

合光结构将所述光控开关结构出射的各所述投影单色画面合成与所述显示画面相匹配的投影画面。

12.如权利要求11所述的显示方法，其特征在于，所述单色画面为红色画面、蓝色画面和绿色画面；

所述光控开关结构包括：分别与所述红色画面、蓝色画面和绿色画面一一对应的光控开关显示屏；所述光控开关显示屏的每个像素内包括遮光光控水凝胶层；

所述光控开关结构根据接收到的各所述红外光画面控制对应的各所述单色光透过的强度，形成分别与各所述单色画面相匹配的投影单色画面的步骤，具体包括：

所述遮光光控水凝胶层根据照射的红外光强度控制所述像素的开合程度。

Images