专利名称：三色混合光源组件及投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影显示技术领域，具体涉及用于投影显示的照明光源和使 用该照明光源的投影系统。
背景技术：
照明光源是LCD液晶、DLP数字微镜和LCOS液晶投影机重要的部件之 一，其亮度、光利用率和发热量直接影响到投影图像的质量、投影机的功 耗、投影机使用和维护成本等问题。在过去，大多数投影机均采用UHP (超 高压汞灯)或金卤灯作为光源，这类光源虽然亮度能满足要求，但是其耗能 高寿命短，光转换效率较低，发热量大，而且会对环境造成污染，因此不是 很适合用作投影光源，人们积极开发其替代物。
LED (发光二极管)技术近年发展迅速，中国专利库和美国专利库中陆 续出现了大量关于红绿蓝三色LED、白光LED以及LED面光源(LED阵列) 作为投影照明光源的专利。LED灯具有体积小成本低可靠性好等优点，在投 影系统中可以较大提高光利用率，其为投影系统照明光源带来了很好的解决 方案。
将激光作为照明光源也越来越引起光学研发人员的瞩目，因为激光具有 高亮度、单色性好、发散立体角小等优点，这些是LED光源所无法比拟的。 将红绿蓝三色激光耦合入投影系统，可以带来色彩鲜艳亮度佳的显示画面， 一些公司也据此申请了含红绿蓝三个激光光源或激光阵列光源的显示专利， 例如中国专利200410069055.4 、 200610042446.6 、 200620119438.2和美国专 利6975659 、 7296897 。
在以上照明光源中，激光技术无疑是最有发展潜力的。但在以红绿蓝三 个激光光源照明的投影系统中却存在几个难以解决的问题，例如激光器发热 量大，因激光的相干性而引起的图像散斑等。另外采用多个激光器作光源相 对于LED灯来说增加了很多成本。
发明内容
本发明提供一种二色混合光源组件及采用该三色混合光源组件的投影系
统以克服上述缺陷。该三色混合光源组件由激光光源和LED光源混合而成， 其具有良好的亮度且相对于三色全激光光源来说减弱了相干性，也减少了发 热量，降低了成本。采用该三色混合光源组件的投影系统可以投射出色彩鲜 艳光亮好的图像画面，消除了较多因激光相关性产生的图像散斑。
本发明所述的三色混合光源组件采用以下技术方案
一种三色混合光源组件，包括红绿蓝三个光源和分别对该光源进行聚焦 整形匀化的光学元件，所述红绿蓝三个光源中一个光源为激光光源， 一个光
源为LED光源，另一个光源为激光光源或LED光源。
其中，所述红色光源为激光光源，绿色光源为激光光源，蓝色光源为 LED光源。
或者，所述红色光源为LED光源，绿色光源为激光光源，蓝色光源为激 光光源或LED光源。
或者，所述红色光源为激光光源，绿色光源为LED光源，蓝色光源为激 光光源或LED光源。
或者，所述红色光源为LED光源，绿色光源为LED光源，蓝色光源为激 光光源。
所述激光光源为单个激光器光源或由多个激光发光芯片形成的阵列式光源。
所述LED光源为单个LED光源或由多个LED发光芯片形成的阵列式光源。
所述光学元件中包含有聚焦透镜、微透镜阵列、光导管中的一种或多种。
本发明所述的投影系统采用的技术方案为
一种投影系统，包括分合光系统、显示芯片和投影透镜，该投影系统还 包括以上所述的三色混合光源组件。
其中，所述显示芯片可为LCD、 LCOS和DLP三种类型中的任一种。
所述显示芯片数目为单片或两片或三片。
相较于现有技术，本发明的优点在于
(1)该三色混合光源组件由激光光源和LED光源混合而成，其相对于三色全LED光源来说，具有更高的亮度，提高了光利用率，降低了功耗；其相 对于二色全激光光源来说，较大程度地减弱了激光的相干性，减小了光源的 发热量，成本也得到了降低。
(2) 采用上述三色混合光源组件的投影系统可以投射出色彩鲜艳光亮好
的图像画面，这是比三色全LED光源投影系统不能比拟的，更重要是其消除
了较多因激光相干性产生的图像散斑，显示质量比三色全激光光源投影系统 更佳。
(3) 本发明中的LED光源可以为多个LED发光芯片形成的阵列式光源， 甚至，激光光源也可以为多个激光发光芯片形成的阵列式光源，这样无疑可 取得更高亮度更加均匀的照明光。另外阵列式激光光源可以很好地解决激光 相干性的问题。
图l为本发明三色混合光源组件实施例一及投影系统(采用单LCOS显示 芯片)的示意图。
图2为三色混合光源组件实施例二及投影系统(采用DLP数字微镜装 置)的示意图。
图3为三色混合光源组件实施例三及投影系统(采用透射式LCD芯片) 的示意图。
图4为三色混合光源组件实施例四及投影系统(采用两块LCOS显示芯 片)的示意图。
图5为三色混合光源组件实施例五及投影系统(采用两块LCD显示芯 片)的示意图。
图6为三色混合光源组件实施例六及投影系统(采用三块LCOS显示芯 片)的示意图。
.图7为采用两块LCOS显示芯片和三色混合光源组件的投影系统的另一实 施例示意图。
图8为本发明所述投影系统另一种实施例(采用三块透射式LCD显示芯 片的示意图。
图9为本发明所述激光阵列式光源的一种实施方式的示意图。 图10为本发明所述LED阵列式光源的一种实施方式的示意图。
5说明附图中的标记R、 G、 B禾nr、 g、 b分别表示红色光源、绿色 光源、蓝色光源，其中大写的字母表示激光光源，小写的字母表示LED光 源。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。 本发明提供的三色混合光源组件，由激光光源与LED光源相混合构成红 绿蓝三色光源，在两色激光光源中混合入另一色LED光源，可以得到激光相 干性被显著减弱，发热量以及成本均被减少，亮度好色彩鲜艳的投影照明光 源；或者在两色LED光源中混合入另一色激光光源，可以得到较三色LED光 源亮度更高、色彩更丰富、激光相干影响可忽略不计的投影用光源。采用该 三色混合光源组件的投影系统画质被改善，有效减少了图像散斑。
容易得知，所述三色混合光源组件可以产生六种颜色与光源的搭配方 案，即有六种实施方式，以该三色混合光源组件做照明光源的投影系统所使 用的微显示芯片可以为LCOS 、 LCD和DLP (含数字微镜装置DMD )，采 用的微显示芯片数目可以为单片或两片或三片，同时，红绿蓝三色光源的位 置也可以进行调整变化，这样，该投影系统有若干种实施方式。本发明具体 列出以下实施例
实施例一如图l所示，该三色混合光源组件包括红色激光光源1R ， 绿色激光光源1G和蓝色LED光源lb，在各个光源前方均设有对光束进行聚 焦或准直，以及整形匀化的光学元件，其可以为单个聚焦镜或者微透镜阵 列，或者该光学元件还包含有光导管(光积分棒)，这些光学元件属于现有 技术或公知常识，因此在附图中未示出或未作标记。图l同时示出了采用该 实施例三色混合光源组件的投影系统，其包括分合光系统、显示芯片和投影 透镜5，本实施例中分合光系统采用了一个合光棱镜(X-cube)2和一个偏振 分光器3，所述显示芯片为单片LCOS液晶面板4，红绿蓝三色光源1R 、 1G 、 lb发出光经合光棱镜2合成后射入偏振分光器3 ，偏振分光器3分出 一部分光提供给LCOS液晶面板4调制，最后输出图像光经投影透镜5输 出。
实施例二如图2所示，该三色混合光源组件包括红色LED光源lr、绿 色激光光源1G 、蓝色LED光源lb，含有该光源组件的投影系统使用了一块DMD (即DLP显示器件)4e，以及合光棱镜2 、反射镜8和投影透镜5 ， 三色光源围绕在合光棱镜2的二面，发出光经合光棱镜2合为一束光射向反 射镜8，反射镜8将入射光反射给DMD4e ， DMD4e受图像信号驱动输出 图像光，最后从投影透镜5输出到外置屏幕上。
实施例三如图3所示，该三色混合光源组件包括红色LED光源lr、绿 色激光光源1G 、蓝色激光光源1B ，本实施例中投影系统使用一个透射式 LCD显示芯片作为光调制器，还采用了两个—色镜，具体光路为红色LED 光源lr输出光透过二色镜6和二色镜7后射入LCD组件4k;蓝色激光光源
1B输出光经二色镜6反射给二色镜7 ，然后从二色镜7透射出进入LCD组 件4k;绿光激光光源1G输出光经二色镜7反射后进入LCD组件4k。 LCD组 件4k包括LCD显示芯片和其他光学器件，例如扩束器、聚焦镜、偏振片或者 滤光片，LCD组件4k调制射入光输出图像光给投影透镜5 。
实施例四如图4所示，该三色混合光源组件包括红色激光光源1R 、 绿色LED光源lg、蓝色LED光源lb，本实施例中投影系统使用两块LCOS液 晶面板作为光调制器，还使用了一个合光棱镜2和一个偏振分光器3形成分 合光系统，具体光路为红绿蓝三色光源1R 、 lg、 lb分别发出光经合光棱 镜2合为一束光射入偏振分光器3 ，偏振分光器3将入射光分为两束偏振 光，分别输送给LCOS液晶面板4a、 4b进行调制，两LCOS液晶面板输出图 像光经偏振分光器3合成后射向投影透镜5 。
实施例五如图5所示，该三色混合光源组件包括红色LED光源lr、绿 色LED光源lg、蓝色激光光源1B ，本实施例中投影系统使用两块透射式 LCD显示芯片，分合光系统使用了一个合光棱镜2 、两个偏振分光器3a和 3b、两反射镜9和10。具体光路为红绿蓝三色光源lr、 lg、 1B输出光被 合光棱镜2合成后射入偏振分光器3a，光束被分为两束偏振光， 一束偏振光 射向LCD4c进行调制，另一束偏振光射向LCD4d进行调制，LCD4c和 4d分别输出图像光被两个反射镜9 、 10及偏振分光器3b合成后射向投影透镜
实施例六如图6所示，该三色混合光源组件包括红色激光光源1R 、 绿色LED光源lg、蓝色激光光源1B ，三光源被平行放置，位置可以进行调 整变换，本实施例中投影系统采用三块LCOS液晶面板4f、 4g、 4h,分合光 系统采用反射镜ll、—色镜12和13、偏振分光组件14，该偏振分光组件14由两个偏振分光器和一个光程补偿快组合而成。本实施例大概光路为三色光 被合成后射入偏振分光组件14，分出的偏振光分别被三块LCOS液晶面板
4f、 4g、 4h转换成图像光，最后被合成经过投影透镜5输出。由于本领域技 术人员不难看出该系统投影原理，故省略对本实施例投影光路的详细描述。
上面已经给出光源颜色与光源类型的六种搭配方案的实施方式，对于三 色混合光源组件来说，当其应用于投影系统时，各色光源的摆放位置是可以 进行适当调整替换的，例如平行排列或者环绕排列或者相对位置变化，只需 要在投影系统中加入一些合光分光器件或者反射镜，使其满足投影照明需求 即可。当然在光源位置摆放时也要注意到光源本身的物理特性，例如两激光 光源不能相对相向设置，因为一光源输出的激光经合光器件时，会有残余光 射向另一光源的激光发光芯片，造成激光光源损伤。
图7即为上述光源组件变化的一个简单例子，该图中投影系统同图4中 的一样，采用两块LC0S液晶面板4a、 4b作为显示芯片，分合光系统包括合光 棱镜2和偏振分光器3，所不同的是，三色混合光源组件为红色激光光源 1R、绿色激光光源lG和蓝色LED光源lb，三色光源的位置也做了调整，其 中，绿色激光光源lG和蓝色LED光源lb相对设置在合光棱镜2的两面，红色 激光光源1R位于合光棱镜2另一面，且该红色激光光源1R的光轴与合光棱镜 2 、偏振分光器3 、 LC0S液晶面板4b的光轴同一线上。
请参照图8，为本发明所述投影系统的另一种实施方式，该投影系统采 用了三块透射式LCD显示芯片41、 4m、 4n，三色混合光源组件为红色LED 光源lr、绿色激光光源1G 、蓝色激光光源1B 。绿色激光光源1G输出光 经反射镜9反射后照明LCD显示芯片41，蓝色激光光源1B直接照明LCD显 示芯片4m ，红色LED光源lr输出光经反射镜10反射后照明LCD显示芯片 4n，产生的图像光被合光棱镜2合成后输送给投影透镜5 。
特别声明，本发明三色混合光源组件包含有对各个光源进行聚焦或准 直，整形匀化的光学元件，其可以为聚焦透镜、微透镜阵列、光导管中的一 种或多种，该光学元件属于现有技术或公知常识，因此在附图中未示出或未 作标记。
该三色混合光源组件采用的激光光源可以为单个激光器光源或由多个激 光发光芯片形成的阵列式光源，如图9所示，多个激光芯片呈线性排列设置 在散热基板上。该激光阵列式光源也可以为方形阵列或矩形阵列，以形成发光均匀亮度更好的激光面光源。另外阵列式激光可以有效解决激光相干性的 问题。
同理，该三色混合光源组件采用的LED光源可以为单个LED光源或由多 个LED发光芯片形成的阵列式光源，如图10所示，多个LED发光芯片呈方形 排列在基板上，以形成发光均匀亮度更好的LED面光源。当然，多个LED发 光芯片也可以线性排列设置。
本发明所述三色混合光源组件及采用该三色混合光源组件的投影系统并 不限于以上实施方式。任何未脱离本发明精祌的修改或局部替换均涵盖在本 发明保护范围之中。
权利要求
1. 一种三色混合光源组件，包括红绿蓝三个光源和分别对该光源进行聚焦整形匀化的光学元件，其特征在于所述红绿蓝三个光源中一个光源为激光光源，一个光源为LED光源，另一个光源为激光光源或LED光源。
2. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述红色光源为激光光源，绿色光源为激光光源，蓝色光源为LED光源。
3. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述红色光源为LED光源，绿色光源为激光光源，蓝色光源为激光光源或LED光源。
4. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述红色光源为激光光源，绿色光源为LED光源，蓝色光源为激光光源或LED光源。
5. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述红色光源为LED光源，绿色光源为LED光源，蓝色光源为激光光源。
6. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述激光光源为单个激光器光源或由多个激光发光芯片形成的阵列式光源。
7. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述LED光源为单个LED光源或由多个LED发光芯片形成的阵列式光源。
8. 如权利要求1所述的一种三色混合光源组件，其特征在于所述光学元件中包含有聚焦透镜、微透镜阵列、光导管中的一种或多种。
9. 一种投影系统，包括分合光系统、显示芯片和投影透镜，其特征在于该投影系统还包括如权利要求1至8中任意一项所述的三色混合光源组件。
10. 如权利要求9所述的一种投影系统，其特征在于所述显示芯片为LCD、 LCOS和DLP三种类型中的任一种。
11. 如权利要求9所述的一种投影系统，其特征在于所述显示芯片数目为单片或两片或三片。
全文摘要
本发明提供的三色混合光源组件，由激光光源与LED光源相混合构成红绿蓝三色光源，在两色激光光源中混合入另一色LED光源，可以得到激光相干性被显著减弱，发热量以及成本均被减少，亮度好色彩鲜艳的投影照明光源；或者在两色LED光源中混合入另一色激光光源，可以得到较三色LED光源亮度更高色彩丰富、激光相干影响可忽略不计的投影用光源。采用该三色混合光源组件的投影系统显示画质被改善，有效减少了图像散斑。
文档编号G02B27/09GK101487928SQ200810065198
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者左国梁, 曲鲁杰, 鹏 黄 申请人:红蝶科技(深圳)有限公司