CN2549486Y - 一种小型背投影彩色显示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种新型的小型背投影彩色显示装置，它采用彩色硅基液晶反射式显示芯片作为显示器件，发光二极管(阵列)作为投影照明光源，并采用光学塑料制作各光学元件，具有体积小、重量轻、功耗少、成本低廉等特点。
Description
本实用新型涉及光电领域，特别是一种小型背投影彩色显示装置。
近年来，新型显示技术的发展非常迅速，如：等离子体显示(PDP)技术、薄膜晶体管(TFT)显示技术、数字微反射镜显示(DMD)技术、以及硅基液晶反射式(LCOS)显示技术等等，大有取代传统的显象管(CRT)显示技术之势。这些新型显示技术中，LCOS显示技术由于是由已非常成熟的硅基底CMOS工艺和液晶灌装工艺组合而成的，因而具有分辨率高、成本低、容易实现大规模生产等优点，受到人们的青睐，被公认为是下一代的主流显示技术之一。
目前对LCOS显示技术的研究都是针对大屏幕(对角线大于76cm)显示，或直接近眼观察显示的应用的，而对于屏幕尺寸在30cm～70cm范围内的投影显示，则极少应用。但是屏幕尺寸在30cm～70cm范围内的显示器在电脑显示屏、仪器仪表监视器等方面有着非常广泛的应用，LCOS显示技术在该领域也大有用武之地。
本实用新型的目的在于提供一种新型的基于LCOS显示技术的小型背投影彩色显示装置。
本实用新型的目的通过如下技术方案来实现：为适应小型投影显示的需要，首先采用高亮度发光二极管作为投影照明光源，由于单个发光二极管的亮度尚不能满足投影显示的需要，因此可以采用多个发光二极管组成阵列，作为照明光源来达到需要的亮度。将该发光二极管阵列发出的光用一组透镜聚焦后汇成一个光斑，或者用一组导光光纤将该发光二极管阵列发出的光导出后，再聚焦成一个光斑，然后进入均化光棒，由于光棒界面的多次反射，可在均化光棒的输出端形成一个均匀亮度的出射光斑。该输出光再经过一准直透镜，由预起偏及偏振转换器件将它转换成线偏振光，该线偏振光再经过一偏振分光棱镜的反射到达彩色硅基液晶反射式显示芯片，通过该显示芯片的调制，一部分带有图像信息的光穿过偏振分光棱镜，再由投影物镜放大后，投射到投影显示屏上作投影显示。而另一部分光则被偏振分光棱镜反射回均化光棒，其中一部分光再被均化光棒输入端面上的反射膜反射回来而重复利用。
本实用新型的附图说明如下：
图1为本实用新型的小型背投影彩色显示装置的结构示意图。
图2为本实用新型的小型背投影彩色显示装置采用导光光纤集光时的结构示意图。
下面结合附图对本实用新型作详细阐述。但并不限制本实用新型的内容。
本实用新型是针对小屏幕显示应用的，因而舍弃了投影显示常用的超高压汞灯光源，而采用高亮度发光二极管(阵列)作为照明光源，以使整个系统更小巧、经济、和安全。附图1是本实用新型的小型背投影彩色显示装置的结构示意图。一系列的高亮度发光二极管1按一定形状排列成阵列分布在一球面或椭球面的底座2上。这些高亮度发光二极管可以是白光高亮度发光二极管，也可以是红绿蓝三基色的三种高亮度发光二极管的组合，甚至可以是白光高亮度发光二极管与某个单基色的发光二极管的组合，但必须使这些高亮度发光二极管发出的光经充分混合后是色平衡良好的白光。每个高亮度发光二极管发出的光均由其上的封装透镜3会聚成象于均化光棒4输入端面的中心区，进入均化光棒后，由于较大角度入射的光线在均化光棒的界面反射次数较多，而较小角度入射的光线在均化光棒的界面反射次数较少，因此均化光棒可以对光线进行均化和混合，在均化光棒的输出端就输出得到一个均匀的白色光斑。如果使得均化光棒的输出端的面积略大于输入端的面积，即使得均化光棒的界面有个倾角，可以有效地收敛从均化光棒射出的光束的发散角。从均化光棒射出的光束再经一光学透镜5的准直后射入预起偏及偏振转换器件6，从而被高效率地转换成s方向线偏振光(参见专利申请02217355.2)，该s方向线偏振光再经偏振分光棱镜7的反射，射到彩色硅基液晶反射式显示芯片8上，其中的一部分光被该显示芯片上的彩色微滤光片阵列反射回去，由于它的偏振方向没有改变，仍为s方向线偏振光，因此，它被偏振分光棱镜7再次反射回均化光棒4。而另一部分光则透过显示芯片上的彩色微滤光片阵列到达液晶层，经过液晶层的调制，一部分光被转化成p方向线偏振光，并带有图像信息，该部分光能够穿过偏振分光棱镜7而被投影物镜9放大后投射出去，再经平面反射镜10的反射，到达投影显示屏11，作彩色显示成像。还有一部分光仍保持为s方向线偏振光，它同样地被偏振分光棱镜7反射回均化光棒4。由于在均化光棒4的输入端面上除了入射光斑的区域外，其它区域均镀有高反射膜层，因此那些被反射回均化光棒4的光线有一部分会被该高反射膜层再次反射回来，达到重复利用的目的，从而可以提高光能量的利用效率。另外，在投影显示屏11上还可以刻制一些菲涅耳透镜和立体透镜阵列，以收敛光线从投影显示屏上出射时的发散角，即降低该显示屏的视角，这样可以提高在视角范围内投影图像的亮度。
在上述结构中，各发光二极管会聚后的光斑会比较大，而且入射到均化光棒是的光的角度也比较大，这样就会要求均化光棒的输入端面积较大，这会给后面的投影成像系统的设计带来一定的困难，而且整个系统的结构也不够紧凑。为此，附图2是上述结构的一种改进，它采用导光光纤来引出发光二极管发出的光束。如附图2所示，每个发光二极管(或发光二极管阵列)1发出的光经其上的封装透镜3会聚后，再由耦合透镜12将其耦合进导光光纤13，该导光光纤的直径通常在0.5～3毫米之间，从各导光光纤出射的光线分别由一个准直透镜14准直后，形成一个发光二极管照明模块。再由会聚透镜15将它们会聚到均化光棒4的输入端的中心。由于各导光光纤的输出端可以紧密排列在一起，而且经过准直透镜后的光线的准直性能很好，因此，可以用一个会聚透镜将其会聚成一个很小的光点。这样对于后面的光学设计会比较容易，而且，由于均化光棒的输入端的镀有高反射膜层的区域面积会相对增加，因而有助于对于从显示芯片上反射回来的光能量的回收利用。
对于需要更高亮度的系统，可以使用多个发光二极管照明模块，将更多能量耦合进光棒。
由于采用了发光二极管作为照明光源，它们的发射光谱中红外光和紫外光的成分非常低，因此，整个系统的热效应和对紫外光的吸收都会很小。这样就有很多透明光学元件，如光学透镜、均化光棒、预起偏器、投影显示屏等等，均可采用光学塑料注塑加工而成，从而可以大大降低成本，并减轻整个系统的重量。
本实用新型具有如下优点：
1.可以大大降低中小屏幕显示器的成本和重量。
2.由于整个系统没有高电压和辐射，因而更安全和环保。
Claims (7)
1.一种小型背投影彩色显示装置，包括：照明光源、光学透镜(组)、均化光棒、偏振器件、彩色硅基液晶反射式显示芯片、投影物镜、反射镜、投影显示屏等部件，其特征在于：采用彩色硅基液晶反射式显示芯片作为显示器件，并采用高亮度发光二极管(阵列)作为照明光源，投影显示于对角线长度在30cm～70cm范围内的显示屏上。
2.如权利要求1所述的小型背投影彩色显示装置，其特征在于其照明光源是由数目不等的红绿蓝三基色三种高亮度发光二极管排列组合而成，并根据这三种高亮度发光二极管的发光强度，调整这三种高亮度发光二极管的只数，使其达到白色色平衡。
3.如权利要求1所述的小型背投影彩色显示装置，其特征在于其照明光源是由白色高亮度发光二极管阵列组成，或者是由白色高亮度发光二极管阵列混以一定数量的单色光发光二极管组成，以使出射光达到白色色平衡。
4.如权利要求1所述的小型背投影彩色显示装置，其特征在于其组成照明光源的各发光二极管均位于一球面或椭球面上，并使各发光二极管发出的光线通过封装在其上的光学透镜，聚焦于均化光棒输入端面的同一点上。
5.如权利要求1所述的小型背投影彩色显示装置，其特征在于其组成照明光源的各发光二极管，或发光二极管阵列发出的光线分别通过一组透镜耦合进入一导光光纤，并使各导光光纤输出端的出射光线聚焦到均化光棒输入端面的同一点上。
6.如权利要求1所述的小型背投影彩色显示装置，其特征在于其均化光棒输入端面的部分区域镀有高反射镀层。
7.如权利要求1所述的小型背投影彩色显示装置，其特征在于其中的透明光学元件，包括光学透镜、均化光棒、预起偏及偏振转换器件、偏振分光棱镜等，可以全部或者部分采用光学塑料注塑加工而成。
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