[发明专利]一种用于投影系统的光源装置及投影显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光源装置及投影显示装置，特别是一种用于投影显示系统的光源装置和投影显示装置。

背景技术

现有的投影系统照明所用的超高压汞灯、金属卤化物灯、氙灯、卤素灯等，这些发光光源的光谱均受到发光物质及其状态的限制，呈现出连续或带状光谱的特征。以超高压汞灯的发光光谱图1为例，如图所示红光的波段较宽，峰值偏低，红绿蓝三基色强度分布并不理想，无法满足白场色平衡的要求，因此无法较好符合投影系统照明的要求。目前现有技术通常采用选择宽谱段的方法来提高红光的光通量和亮度，但是采用此种方法会相应地造成色饱和度的降低。同时，现有技术在视频信号的处理上，也是以牺牲对比度和色饱和度为代价来增加红色的亮度。所以，虽然这些技术可以将图像色彩柔和化，但是图像的整体质量却下降了。

近几年，随着发光二极管技术的成熟，也有人尝试用发光二极管作为投影系统光源，发光二极管投影显示与传统的显示技术相比，具有更大的色域范围，而且发光二极管线宽较窄，具有高的色饱和度，可显示自然界真实、鲜艳的色彩。同时发光二极管寿命长，是一种无汞的环保光源。发光二极管投影显示已成为显示领域的重大发展方向。

但是，由于发光二极管的光学扩展量较大和亮度较低的特性，现有发光二极管照明技术存在着能够被投影系统有效利用的光能较少、输出的总光功率偏低的不足。

尽管发光二极管的光通量和亮度已经得到了很大的提高，但是还没有达到投影机应用的要求，特别是一些需要高亮度照明应用的场合。为了达到投影机应用的要求，提高照明亮度，现有技术是靠发光二极管的排列组合来提高光通量和亮度，但是由于发光二极管是朗伯体发光光源，如果组合后的发光二极管光源的光学扩展量超出了投影系统的光学扩展量，超出的这部分光则不能有效耦合入投影系统。

发光二极管的光学扩展量为

E_Led＝n²·π·sin²(α)·S

其中n为发光介质的折射率；α为光源的发射半角；S为光源的发光面积。发光二极管的发射半角为90度，取发光介质为空气，并以空气折射率为1来做近似计算，1mm²发光二极管光学扩展量约为3.14mm²sr。

对于使用0.79英寸的成像芯片、F数为2.4的投影镜头的投影系统，投影系统的光学扩展量为E_projector＝22mm²sr，只有大概7mm²的二极管组合阵列输出的光可以耦合入投影系统，可充分利用的光通量总数仅为几百个流明，大于7mm²的面积发出的光根本无法耦合进入投影系统，通过增大发光二极管的面积来提高光通量的做法是行不通的。

此外，现在市场上传统的超高压汞灯能在6mm²上产生数千流明的光通量，亮度也比发光二极管高十多倍。可是超高压汞灯由于对重金属汞的使用，不是一种环保的光源。

目前市场上的发光二极管光源中，对于使用0.79英寸的成像芯片、F数为2.4的投影镜头的投影系统，发光面积为7mm²的某发光二极管，受投影系统光学扩展量的限制，可以被耦合入投影系统的红光的最大光功率约为1.6W，绿光的最大光功率约为0.7W，蓝光的最大光功率约为1.8W，红光、绿光、蓝光能被耦合进投影系统的最大光功率的比值为1:0.44:1.13。而色温为6500K的白场要求发光二级管的红光、绿光与蓝光的光功率比值为1:0.87:1.73。由此可见，当发光二极管红光或者蓝光满足最大光功率时，绿光的光功率都是不够的，绿光最为不足。由于绿光光功率的不足导致总光功率受其制约而偏低，这是发光二极管投影显示亮度不够的其中一个重要原因。现有的解决方法是提高绿光在整个白光中的时间占空比来提高亮度，这种方法没有充分利用红光及蓝光的光功率；又或者采用减小红光和蓝光的光功率来获得白平衡，这种方法又由于绿光光功率的限制导致了合成白光的光功率偏低。

总之，现有技术中的各种投影显示用光源都存在红绿蓝光功率比值与白场需求上的差别，从而使得色饱和度、亮度与对比度均有不足，无法同时达到提高色饱和度、提高亮度、提高对比度与控制成本的综合效果。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种使用激光光源作为补充光源来提高投影显示图像的亮度、对比度与色饱和度的用于投影系统的光源装置。

本发明的另一任务是提供一种投影显示装置。