专利名称：照明系统的制作方法
技术领域：
本发明有关用于投影显示器的照明系统，尤指一种用于整合色彩分光镜 (dichroic mirror)或棱镜(prism)的小尺寸投影显示器的照明系统。
背景技术：
一般来说，传统的投影器通常由使用UHP灯的照明系统、配色系统 (coloringsystem)、光阀和成像系统所组成。照明系统的光源可提供光束。通过照明系统中的积分柱(rod)，可使光束形成一体。光束经对准后通过透镜传送到配色系统。配色系统含有包覆有特殊涂层的色轮(color wheel)。色轮可将来自光源的原色光束分离，可进一步与光阀作用，以依序产生所有的色彩。为使LED投影器的尺寸能更轻薄短小，照明系统和配色系统可整合成一照明系统。可通过产生原色的个别光源来达成。光阀将来自配色系统的光束反射至成像系统，以提供光数据(影像)。小尺寸的投影器通常使用三种类型的光阀硅基液晶(Liquid crystal on silicon, LC0S)型、LCD 高温多晶硅(High Temperature Poly-Silicon, HTPS)液晶显示面板型、及数字微镜装置 (Digital Micro-mirror Device,DMD)型。成像系统主要包括成像透镜。为适用于不同的投影距离，透镜具有变焦和聚焦功能。图1绘示传统照明系统10。传统照明系统10具有红色光源102、绿色光源104和蓝色光源106。分合光立方棱镜(X-Cube) 108设置于光源102、104和106间。红色、绿色、 蓝色光束合成白光自分合光立方棱镜108射出。由于传统照明系统通常有独立的光源，使得生产成本高且尺寸过大，因此不适用于小尺寸的投影器。彩色IXD显示投影器产生显示影像并将的投射至显示屏幕，可让多位观众得以观看。来自高强度多色光源或白色光源的光透过如IXD的成像媒介(image-forming medium) 传送，在屏幕上形成影像。传统液晶显示系统包含设置于LCD组件的上方的不规则分布的彩色选择性滤光片(mosaic of color selective filters)，来将白光分离成其色彩组成成分(如红色、绿色和蓝色)，以呈现全彩显示。利用不规则分布的彩色滤光片来提供特定的彩色光成分给显示器中的像素的特定次像素孔径。传统LCD投影系统的缺点在于不规则分布的彩色选择性滤光片阻挡了大量的光， 造成亮度不足。在投影显示器的应用上，亮度的性能是相当重要的。因此，如何产出兼顾轻薄短小尺寸、高亮度、低成本与制程简单的投影器照明系统，遂成为现今重要的课题。
发明内容
本发明的目的为提供一种用于投影显示器的照明系统，用于整合色彩分光镜 (dichroic mirror)或棱镜(prism)的小尺寸投影显示器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于投影显示器的照明系统，包括分别提供第一光线、第二光线、和第三光线的三个光源；第一准直器(collimator)，用以将第一光线对准成第一光束和将第二光线对准成第二光束；第二准直器，用以将第三光线对准成第三光束；第一分束器(beam splitter)，用来反射第一光束和穿过第二光束与第三光束；以及与第一分束器相邻的第二分束器，以反射第二光束和穿过第三光束。根据本案构想，光源为发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。根据本案构想，第一分束器和第二分束器均为不平行的色彩分光镜。根据本案构想，色彩分光镜之间形成的角小于15°。根据本案构想，第一分束器和第二分束器为设有镀膜层(coating)的楔形棱镜 (wedge prism)0根据本案构想，第一分束器和第二分束器为设有镀膜层的两个堆栈楔形棱镜。根据本案构想，楔形棱镜具有不同的折射率。根据本案构想，第一、第二、和第三光束为不同的三原色。本案的另一构想系为提供一种用于投影显示器的照明系统，包含三个光源，分别提供第一光线、第二光线、和第三光线；准直器，用来将第一光线对准成第一光束、第二光线对准成第二光束、第三光线对准成第三光束；第一分束器，用以反射第一光束和穿过第二光束与第三光束；第一分束器旁的第二分束器，以反射第二光束和穿过第三光束；以及第二分束器旁的反射器，用以反射第三光束。根据本案构想，光源为发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。根据本案构想，第一分束器和第二分束器为不平行的色彩分光镜。根据本案构想，色彩分光镜之间形成的角小于15°。根据本案构想，第一分束器、第二分束器、和反射器为设有镀膜层的两个堆栈楔形棱镜。根据本案构想，第一分束器、第二分束器、和反射器为设有镀膜层的三个堆栈楔形棱镜。根据本案构想，楔形棱镜具有不同的折射率。根据本案构想，照明系统进一步包括三个聚光透镜，以将来自光源的三个光束聚集至准直器。根据本案构想，照明系统进一步包括三个导光棒(light guide rod)，以将三个光束集中至准直器。根据本案构想，导光棒为楔形形状。根据本案构想，导光棒为空心。根据本案构想，第一、第二、和第三光束为不同的三原色。与现有技术相比，本发明所述的用于投影显示器的照明系统，用于整合色彩分光镜(dichroic mirror)或棱镜(prism)的小尺寸投影显示器。
图1绘示现有的照明系统；图2绘示本发明第一实施例的照明系统；
图3绘示本发明第二实施例的照明系统；图4绘示第二实施例中的单一棱镜；图5绘示本发明第三实施例的照明系统；图6绘示与本发明第三实施例的照明系统结合的聚光透镜；图7A至7B为本发明的堆栈棱镜的示意图；图8为本发明另一堆栈棱镜的示意图。附图标记说明10-传统照明系统；102-红色光源；104-绿色光源；106-蓝色光源；108-分合光立方棱镜；20-照明系统；202-第一光源；204-第二光源；206-第三光源； 212-第一准直器；214-第二准直器；222-第一分束器；224-第二分束器；322-第一楔形棱镜；3222-第一面；3224-第二面；324-第二楔形棱镜；40-照明系统；402-第一光源； 4022-第一聚光透镜；404-第二光源；4042-第二聚光透镜；406-第三光源；4062-第三聚光透镜；412-准直器；422-第一分束器；424-第二分束器；似6-反射器；522-楔形棱镜； 524-楔形棱镜；5M2-楔形棱镜524的表面；526-反射镜；528-额外棱镜；5观2_额外棱镜 528的表面；622-第一楔形棱镜；624-第二楔形棱镜；628-额外棱镜。
具体实施例方式本发明将通过以下三个实施例而更具体地描述。应注意者，下列本发明实施例的叙述仅供描述目的之用，而非限定本发明于该公开的形式。第一实施例请参照图2。用于投影显示器的照明系统20具有第一光源202、第二光源204、和第三光源206。第一光源202提供蓝色光线，如图中链线所示。第二光源204提供绿色光线，如图中虚线所示。第三光源206提供红色光线，如图中点线所示。光源202、204和206 为发光二极管(LED)，亦可为激光二极管(LD)。照明系统20亦具有第一准直器212和第二准直器214。第一准直器212用来将蓝色光线对准成蓝色光束，以及将绿色光线对准成绿色光束。第二准直器214用来将红色光线对准成红色光束。第一分束器222和第二分束器2M亦为照明系统20的一部份。第一分束器222反射蓝色光束并穿过绿色光束和红色光束。与第一分束器222相邻的第二分束器2M反射绿色光束和穿过红色光束。最后，红色、蓝色和绿色光束向同一方向传播，于是形成白色光。本实施例中，第一分束器222和第二分束器2M均为色彩分光镜。两个色彩分光镜之间(第一分束器222和第二分束器2M之间)的角度小于15°。传统照明系统的光源各自设有对应的准直器(意即完整包含三个准直器)，使得传统照明系统尺寸过大。本发明的照明系统利用减少准直器的数量，因而尺寸较小。本实施例的照明系统仅包含两个准直器，成功缩小照明系统的尺寸。第二实施例根据本发明的构想，第一实施例的色彩分光镜可由两个堆栈的楔形棱镜所取代。 两个楔形棱镜具有不同的折射率。与具有三个光源和两个准直器的第一实施例相似，第二实施例具有相同功能的组件，遂不再赘述。以下将针对两个楔形棱镜如何提供合光来加以叙述。
图3绘示本实施例的第一楔形棱镜322和第二楔形棱镜324。楔形棱镜322和3 具有三个面第一面3222、第二面32M和第三面3242。第一面3222为第一楔形棱镜322 的表面。第二面32 为第一楔形棱镜322和第二楔形棱镜324的界面。第三面3242为第二楔形棱镜324的表面。面3222和面32M其上具有做为分束器的镀膜层。当蓝色光束(如链线)照明第一楔形棱镜322时，会由第一面3222反射。当绿色光束(如虚线)照明第一楔形棱镜322时，会穿过第一面3222。然而，绿色光束会由第二面 32M反射，然后自第一面3222传送出第一楔形棱镜322。当红色光束(如点线)通过第三面3242来照明第二楔形棱镜3M时，则会折射、穿过第二楔形棱镜324、透过第二面32M进入第一楔形棱镜322、最后自第一面3222离开第一楔形棱镜322。同样地，红色、蓝色和绿色光束向同一方向传播，于是形成白色光。第一实施例中的两个棱镜322和3M作为两个色彩分光镜。如上所述，第二面32 为第一楔形棱镜322和第二楔形棱镜324的界面。在本实施例，第二面32M为其上具有镀膜层的第二楔形棱镜324的表面。另一方面，通过在第一楔形棱镜322的表面涂上镀膜层，两个楔形棱镜322和3M可由单一楔形棱镜所取代，如图 4所示。换句话说，当仅使用单一楔形棱镜时，镀膜层涂布在楔形棱镜的两个表面；当两个楔形棱镜作为两个分束器时，镀膜层涂布在每个楔形棱镜的单一表面。当蓝色光束(如链线)照明第一楔形棱镜322时，会由第一面3222反射。当绿色光束(如虚线)照明第一楔形棱镜322，可穿越第一面3222。然而，绿色光束会由第二面 32M反射，然后自第一面3222传送出第一楔形棱镜322。当红色光束(如点线)透过第二面32 来照明第一楔形棱镜322时，则会折射，穿过第一楔形棱镜322，最后自第一面3222 来离开第一楔形棱镜322。如此可形成合光。因此，单一棱镜或两个堆栈棱镜具有相同的分束器功能。第二实施例与第一实施例相似，其照明系统仅包含两个用来缩减照明系统整体尺寸的准直器。不同于第一实施例利用分光镜作为分束器，第二实施例至少利用一棱镜来提供分束器的功能。第三实施例图5绘示本发明的第三实施例。用于投影显示器的照明系统40包括第一光源402、 第二光源404、第三光源406、准直器412、第一分束器422、第二分束器似4和反射器426。 第一光源402提供红色光束。第二光源404提供绿色光束。第三光源406提供蓝色光束。 准直器412用来对准红色、绿色和蓝色光束。第一分束器422反射红色光束并穿过绿色和蓝色光束。第一分束器422旁的第二分束器4M反射绿色光束并穿过蓝色光束。第二分束器4M旁的反射器4 反射蓝色光束。如此可形成白色光。本实施例中，光源402、404和406为发光二极管，也可为激光二极管。第一分束器422和第二分束器4M为不平行的色彩分光镜。任二相邻的色彩分光镜之间的角度小于 15°尤佳。如同第二实施例，第一分束器422、第二分束器似4和反射器似6可由两个或三个堆栈楔形棱镜来取代。不同折射率的楔形棱镜表面设有镀膜层，以提供分束器功能。换句话说，当使用两个楔形棱镜时，可将分光镀膜层(dichroic coating)涂布在第一楔形棱镜的单一表面与第二楔形棱镜的两个表面；或是在三个楔形棱镜做为三个分束器时，可涂布于每个楔形棱镜的单一表面。
请参照图6。根据本发明的构想，第一聚光透镜4022、第二聚光透镜4042和第三聚光透镜4062用来将三个光束聚集至准直器412。另一方面，聚光透镜4022、4042、4062可由实心或空心的导光棒来取代。导光棒以楔形形状尤佳。不同于第一和第二实施例中包含两个准直器，第三实施例的照明系统只有一个准直器，因此其尺寸小于第一和第二实施例的照明系统。本发明的第一光源、第二光源和第三光源不限于以上所指定的色彩。举例来说，第一、第二和第三光源可分别提供红色、蓝色和绿色光线。分光镜和楔形棱镜虽各自使用于上述的实施例，然而也可结合使用。举例来说，图 4中楔形棱镜322的第二表面32M上的镀膜层可由分光镜所取代。换句话说，将分光镀膜层涂在棱镜或使用分光镜可得到分束器。同样地，将反射涂层涂在棱镜上或使用反射镜可得到反射器。再者，自棱镜射出的光束传播方向可由额外的棱镜来调整。举例来说，如图7A所示，设置额外的棱镜528与两个堆栈楔形棱镜522和5 相邻。两个堆栈楔形棱镜522和 5M用来将不同方向的光束进行合光，致使光束可向同一方向传播，额外的棱镜5 则用来调整光束，使之向右上方传播。如上所述，将反射涂层涂在棱镜上或使用反射镜可得到反射器。在图7A中，反射涂层涂在楔形棱镜524的表面5242以反射红色光束；棱镜528的表面5282则由于光束入射角超过全反射角而使红色、绿色和蓝色光束会经由表面5282全反射。在图7B中，设置反射镜5 与楔形棱镜5 相邻，以反射光束穿透楔形棱镜524。另一方面，设置额外棱镜628，使之与包含第一楔形棱镜622和第二楔形棱镜6 的两个堆栈楔形棱镜相邻，其形状如图8所示，使光束得以向下传播。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。反之，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种用于投影显示器的照明系统，其特征在于，包括 三个光源，分别提供第一光线、第二光线和第三光线；第一准直器，用以将第一光线对准成第一光束和将第二光线对准成第二光束； 第二准直器，用以将第三光线对准成第三光束； 第一分束器，用来反射第一光束和穿过第二光束与第三光束；以及与第一分束器相邻的第二分束器，以反射第二光束和穿过第三光束。
2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述光源为发光二极管或激光二极管。
3.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一分束器和所述第二分束器均为不平行的色彩分光镜。
4.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述色彩分光镜之间形成的角小于 15°。
5.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，第一分束器和第二分束器为设有镀膜层的楔形棱镜。
6.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，第一分束器和第二分束器为设有镀膜层的两个堆栈楔形棱镜。
7.如权利要求6所述的照明系统，其特征在于，所述楔形棱镜具有不同的折射率。
8.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束为不同的三原色。
9.一种用于投影显示器的照明系统，其特征在于，包括 三个光源，分别提供第一光线、第二光线和第三光线；准直器，用来将第一光线对准成第一光束，将第二光线对准成第二光束并将第三光线对准成第三光束；第一分束器，用以反射第一光束和穿过第二光束与第三光束；与第一分束器相邻的第二分束器，以反射第二光束和穿过第三光束；以及与第二分束器相邻的反射器，用以反射第三光束。
10.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述光源为发光二极管或激光二极管。
11.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述第一分束器和所述第二分束器为不平行的色彩分光镜。
12.如权利要求11所述的照明系统，其特征在于，所述色彩分光镜之间形成的角小于 15°。
13.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述第一分束器、所述第二分束器和所述反射器为设有镀膜层的两个堆栈楔形棱镜。
14.如权利要求13所述的照明系统，其特征在于，所述楔形棱镜具有不同的折射率。
15.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述第一分束器、所述第二分束器和所述反射器为设有镀膜层的三个堆栈楔形棱镜。
16.如权利要求15所述的照明系统，其特征在于，所述楔形棱镜具有不同的折射率。
17.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，进一步包括三个聚光透镜，以将来自光源的三个光束聚集至准直器。
18.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，进一步包括三个导光棒，以将三个光束集中至准直器。
19.如权利要求18所述的照明系统，其特征在于，所述导光棒为楔形形状。
20.如权利要求18所述的照明系统，其特征在于，所述导光棒为空心。
21.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述第一光束、第二光束和所述第三光束为不同的三原色。
全文摘要
本发明提供了一种用于投影显示器的照明系统，具有提供三原色光线的三个光源、两个将光线对准成光束的准直器、以及两个用来反射和穿过光束以产生白光的分束器。照明系统也可包含三个光源、一个准直器和三个独立分束器。本照明系统兼具轻薄短小的尺寸且与低制程成本的特性，其照明效率优于传统照明系统，因此适用于小尺寸的投影器。
文档编号F21V5/02GK102193294SQ201010234938
公开日2011年9月21日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年3月15日
发明者叶世博, 吕和, 陈鹏帆 申请人:华新丽华股份有限公司