CN111399330B - 一种硅晶投射显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及投影显示技术领域，公开了一种硅晶投射显示屏，包括：数字图像光学解析系统、单色光投射系统和显像融合系统；数字图像光学解析系统，用于将要显示的数字图像经过解析器处理；单色光投射系统，包括：依次设置的光源、积分棒、单色滤光膜、透过性调控器、反射镜、棱镜A和棱镜B，棱镜A和棱镜B高速旋转且相互垂直；显像融合系统包括多个显示单元，每个显示单元均包括凹形硅晶结构，凹形硅晶结构外设有漫散射膜；多个单色光投射系统将单色光束投射到显示单元的凹形硅晶结构上，最终形成一个数字图像显示单元，这种显示屏光路损耗低，光亮度范围广，对比度高，体积较小，光程短，转换效率高。

Description

一种硅晶投射显示屏

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，特别涉及一种硅晶投射显示屏。

背景技术

投影显示技术即将光学影像(图像)通过光学部件和光学系统投射到固定或非固定屏幕(甚至是实际3D空间)的技术手段。

投影显示技术作为新型办公设备广泛采用的技术，不但可以应用于通讯、会议、技术讲座、网络中心、指挥监控中心，还可以与计算机、工作站等进行连接，或接驳录像机、电视机、影碟机以及实物展台等，可以说它是一种应用十分广泛的影像显示技术。

按投影光学系统的成像器件分类，目前主要的投影技术有CRT(阴极射线管)或PRT(投影管)投影、LCD(液晶显示)投影、LCOS投影(硅基液晶)、DLP(数码光路处理器)或DMD(数字微镜)投影。其中，CRT和LCD投影机采用透射式投射方式，PRT为投射式投影，LCoS、DLP为反射式投射方式。

CRT和PRT投影，其扫描式的成像特点和在分辨率、亮度、对比度、饱和度、线性、枕形、梯形等方面具有调节功能，在航空航天、遥控监控行业中被广泛应用。但由于投影机需要在成像面上(荧光面或投影管)发光后再投影到屏幕上，光路损耗较高，并且当有效扫描电子数增加到饱和状态时，再增加有效电子数，荧光粉发光量也增不了多少，亮度具有饱和区间，在高亮度环境中显示效果不理想，并且成像设备一般体积较大。

LCD方式是将灯泡发出的光分解成R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色的光，并使其分别透过各自的液晶板(HTPS方式)赋予形状和动作。DLP和DMD技术是以数字微镜晶片作为主要关键处理元件以实现影像信号的数字光学处理过程，然后再把光投影出来。LCOS是一种采用涂有液晶硅的CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片的矩阵液晶显示装置。这些技术亮度和明显提高，体积和重量明显减少，但在成像过程中需要较多微控单元操作，转换效率不高，并且光程较长。

发明内容

本发明提供一种硅晶投射显示屏，光路损耗低，光亮度范围广，对比度高，体积较小，光程短，转换效率高。

本发明提供了一种硅晶投射显示屏，包括：数字图像光学解析系统、多个单色光投射系统和显像融合系统；

数字图像光学解析系统，用于将要显示的数字图像经过解析器处理，通过数模转换设备将数字信号以模拟方式表现，对于任意要显示的数字图像，把平面展示的每一个点位Ixy，第x行y列的图像像元分解为红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的强度数组(IxyR,IxyG,IxyB)；

单色光投射系统，包括：依次设置的光源、积分棒、单色滤光膜、透过性调控器、反射镜、棱镜A和棱镜B，棱镜A和棱镜B高速旋转且相互垂直；

经过光源发出的白光，经过积分棒，把光均匀发射出，再经过单色滤光膜，形成第一单色光束，第一单色光束通过透过性调控器形成具有一定强度的第二单色光束，第二单色光束经过反射镜后投射向棱镜A，再经过棱镜A后投射向棱镜B，棱镜B反射的光线为所需角度的第三单色光束；

显像融合系统包括多个显示单元，每个显示单元均包括凹形硅晶结构，凹形硅晶结构外设有漫散射膜；

多个单色光投射系统分别将第三单色光束投射到显示单元的凹形硅晶结构上，一部分光被反射后，以另一角度投射向凹形硅晶结构，再进入漫散射膜内，一部分光直接透射进入漫散射膜内，进入漫散射膜内的光经过多次漫散射后，形成一个数字图像显示单元。

上述多个单色光投射系统为红绿蓝三色光的投射系统。

上述单色滤光膜包括有红、绿、蓝三种颜色。

上述第二单色光束的强度为1～100％。

上述第三单色光束包括单色投射光束R、单色投射光束G和单色投射光束B。

上述显示单元和单色光投射系统中单色光投射口的空间位置关系，决定了所需投射的第三单色光束的角度，第三单色光束的投射角度是通过控制棱镜A和棱镜B的转速来调控，控制棱镜A和/或棱镜B的转速，以及改变棱镜A和/或棱镜B的边数来改变第三单色光束的角度，投射出所需角度的第三单色光束。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的显示器具有清晰的光像显示，亮度合适、分辨率高，色彩和亮度均匀，对比度高。

本发明的显示器体积较小，光程短，光路损耗低，光对比度高，转换效率高。

附图说明

图1为本发明提供的一种硅晶投射显示屏工作原理流程图。

图2为本发明提供的一种硅晶投射显示屏单色光学投射系统示意图。

图3为本发明提供的一种硅晶投射显示屏单个显示单元光融合原理示意图。

图4为本发明提供的一种硅晶投射显示屏一组单色光投射系统工作原理示意图。

附图标记说明：

1-光源，2-积分棒，3-单色滤光膜，4-透过性调控器，5-反射镜，6-高速旋转棱镜A，7-第三单色光束，8-高速旋转棱镜B，9-漫散射膜，10-凹型硅晶结构，11-单色光投射光束R，12-单色光投射光束G，13-单色光投射光束B，14-显示单元。

具体实施方式

下面结合附图1-4，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明提供了一种硅晶投射显示屏，数字图像光学解析系统、多个单色光投射系统和显像融合系统；

数字图像光学解析系统，用于将要显示的数字图像经过解析器处理，通过数模转换设备将数字信号以模拟方式表现，对于任意要显示的数字图像，把平面展示的每一个点位Ixy，第x行y列的图像像元分解为红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的强度数组(IxyR,IxyG,IxyB)；

单色光投射系统，包括：依次设置的光源1、积分棒2、单色滤光膜3、透过性调控器4、反射镜5、棱镜A6和棱镜B8，棱镜A6和棱镜B8高速旋转且相互垂直；

彩色光学图像经过光源1发出的白光，经过积分棒2，把光均匀发射出，再经过单色滤光膜3，形成第一单色光束，第一单色光束通过透过性调控器4形成具有一定强度的第二单色光束，第二单色光束经过反射镜5后投射向棱镜A 6，再经过棱镜A 6后投射向棱镜B 8，棱镜B 8反射的光线为所需角度的第三单色光束7；

显像融合系统包括多个显示单元14，每个显示单元14均包括凹形硅晶结构10，凹形硅晶结构10外设有漫散射膜9；

多个单色光投射系统分别将第三单色光束7投射到显示单元14的凹形硅晶结构10上，一部分光被反射后，以另一角度投射向凹形硅晶结构10，再进入漫散射膜9内，一部分光直接透射进入漫散射膜9内，进入漫散射膜9内的光经过多次漫散射后，形成一个数字图像显示单元。

上述多个单色光投射系统为红绿蓝三色光的投射系统。

上述单色滤光膜包括有红、绿、蓝三种颜色。

上述第二单色光束的强度为1～100％。

上述第三单色光束7包括单色投射光束R11、单色投射光束G12和单色投射光束B13。

上述显示单元14和单色光投射系统中单色光投射口的空间位置关系，决定了所需投射的第三单色光束7的角度，第三单色光束7的投射角度是通过控制棱镜A6和棱镜B8的转速来调控，控制棱镜A6和/或棱镜B8的转速，以及改变棱镜A6和/或棱镜B8的边数来改变第三单色光束7的角度，投射出所需角度的第三单色光束7。

本发明的投射显示系统主要由数字图像光学解析、光学投射、显像融合三个主要部分构成。

(1)数字图像光学解析

数字图像光学解析即把要显示的数字图像要经过解析器处理，是通过数模转换设备将数字信号以模拟方式表现。

对于任意要显示的数字图像都可以把平面展示的每一个点位(Ixy，第x行y列)的图像像元分解为红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的强度数组(IxyR,IxyG,IxyB)。

(2)光学投射

如图2所示，光源发出的白光，经过积分棒，把光均匀化射出，经过单色滤光膜(有红、绿、蓝三色)，可形成第一单色光束。通过透过性调控器，可形成不同强度(从1～100％)的第二单色光束。再经过反射镜，投射向相互垂直的两组高速旋转棱镜(A、B棱镜)，最后可投射出所需角度的第三单色光束。

由数字图像光学解析确定的变量：每一个像元数据的点位信息(x,y)、像元分解出三个单色红、绿、蓝三色的强度信息(IxyR,IxyG,IxyB)。

显示单元的位置和单色光投射口的空间位置关系，决定了所需投射的单色光束角度。而这一角度的调控，是通过控制两个高速旋转棱镜(A、B)的转速，当满足一定关系时(棱镜的转速以及棱镜边数目的构成影响光束的反射角度)，可投射出所需角度的单色光。而单色光的强度则由“透过性调控器”调节。

(3)显像融合

如图3所示，红绿蓝三色光的投射系统(3个单色光投射系统可共用一个光源)，在每一个显示单元结构中，单色透射光在凹形硅晶结构中，一部分被反射而以另外的角度投射向凹形硅晶结构，一部分透射进入漫散射膜(涂层)。过多次反射、透射的红、绿、蓝光束经过融合，最终形成一个显示单元，可以被肉眼所观察识别。

如图4所示，在同一时刻，一组红(R)、绿(G)、蓝(B)单色投影系统可在同一显示单元完成光束投射。在既定刷新频率内，进入漫散射膜内的光经过多次漫散射后，在观察侧形成可见光斑，所有可见光斑列阵形成显示图像,当光投射系统完成所有显示单元的投射成像，则在漫散射膜(涂层)一侧，人眼可观察到硅晶显示屏的数字图像模拟的光学图像。以80赫兹刷新频率为例，则本发明的装置需要在1/80秒内完成对所有显示单元的光学投射。因全屏投射频率远大于人眼的图像识别频率(人眼对于每11毫秒闪烁一次约83赫兹基本感觉不到，每13毫秒闪烁一次约66赫兹轻微频闪)，所以人眼识别中产生显像单元“同时”成像的效果。

当显示屏较大或显示屏的显示单元较多时，可采用多组光投射系统分区域实现显示屏的协同显示。

投影显示设备主要的目标是实现：1)理想清晰的光像显示，要求亮度合适、分辨率高，色彩和亮度均匀，对比度高。2)设备体积较小，光程短，光路损耗低，转换效率高。3)生产工艺相对简化，制造和使用的稳定性好，易于操作使用，便于维护。

本发明是在高频闪投技术的基础上，发明的一种硅晶投射显示屏，将以更小的尺寸、极短的光程设计，实现光学影像的高质量呈现。

本发明的显示器具有清晰的光像显示，亮度合适、分辨率高，色彩和亮度均匀，对比度高。

本发明的显示器体积较小，光程短，光路损耗低，光对比度高，转换效率高。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种硅晶投射显示屏，其特征在于，包括：数字图像光学解析系统、多个单色光投射系统和显像融合系统；

数字图像光学解析系统，用于将要显示的数字图像经过解析器处理，通过数模转换设备将数字信号以模拟方式表现，对于任意要显示的数字图像，把平面展示的每一个点位Ixy，第x行y列的图像像元分解为红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的强度数组（IxyR, IxyG,IxyB）；

单色光投射系统，包括：依次设置的光源（1）、积分棒（2）、单色滤光膜（3）、透过性调控器（4）、反射镜（5）、棱镜A（6）和棱镜B（8），棱镜A（6）和棱镜B（8）高速旋转且相互垂直；

经过光源（1）发出的白光，经过积分棒（2），把光均匀发射出，再经过单色滤光膜（3），形成第一单色光束，第一单色光束通过透过性调控器（4）形成具有一定强度的第二单色光束，第二单色光束经过反射镜（5）后投射向棱镜A（6），再经过棱镜A（6）后投射向棱镜B（8），棱镜B（8）反射的光线为所需角度的第三单色光束（7）；

显像融合系统包括多个显示单元（14），每个显示单元（14）均包括凹形硅晶结构（10），凹形硅晶结构（10）外设有漫散射膜（9）；

在同一时刻，一组红(R)、绿(G)、蓝(B)单色光投射系统分别将第三单色光束（7）投射到同一显示单元（14）的凹形硅晶结构（10）上，一部分光被反射后，以另一角度投射向凹形硅晶结构（10），再进入漫散射膜（9）内，一部分光直接透射进入漫散射膜（9）内，进入漫散射膜（9）内的光经过多次漫散射后，形成一个数字图像显示单元，在既定刷新频率内，当光投射系统完成所有显示单元的投射成像，则在漫散射膜一侧，人眼可观察到硅晶显示屏的数字图像模拟的光学图像；

所述既定刷新频率大于人眼的图像识别频率；

多个单色光投射系统为红绿蓝三色光的投射系统；采用多组三色光的光投射系统分区域实现显示屏的协同显示；

所述单色滤光膜包括有红、绿、蓝三种颜色；

第三单色光束（7）包括单色投射光束R（11）、单色投射光束G（12）和单色投射光束B（13）。

2.如权利要求1所述的硅晶投射显示屏，其特征在于，所述第二单色光束的强度为1~100%。

3.如权利要求1所述的硅晶投射显示屏，其特征在于，所述显示单元（14）和单色光投射系统中单色光投射口的空间位置关系，决定了所需投射的第三单色光束（7）的角度，第三单色光束（7）的投射角度是通过控制棱镜A（6）和棱镜B（8）的转速来调控，控制棱镜A（6）和/或棱镜B（8）的转速，以及改变棱镜A（6）和/或棱镜B（8）的边数来改变第三单色光束（7）的角度，投射出所需角度的第三单色光束（7）。

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