[发明专利]基于二元光学的节能型显示系统

说明书

技术领域

本发明属于绿色节能型显示技术，具体涉及一种基于二元光学的节能型显示系统。

背景技术

显示技术是人们日常生活中密不可分的一部分。根据尼尔森公司2010年3月份所做的调查显示,中国居民平均每天观看电视的时间为2小时36分钟；波士顿咨询公司在2010年7月份公布的调查结果显示，中国网民每天上网总时长为10亿小时。而看电视、上网、使用计算机办公等活动都必不可少地使用到电视机或显示器进行显示。根据上述的数据，并以3人一户，每户一台40寸液晶电视机（普通CCFL背光的LCD电视机，平均能耗180瓦/时），每台计算机使用19寸LCD显示器（平均能耗25瓦/时）为参考，可以估算出我国13亿人口每天花费在显示上的能耗约为3亿千瓦时，大于三峡电站的发电量（装机容量1820万千瓦，日均发电量2.6亿千瓦时）。如果能对现有的显示技术进行改进，大幅节省显示的能耗对我国节能减排工作具有很大的裨益。

目前，在看电视、上网、办公中使用的传统显示技术基本属于CRT、液晶和等离子体显示几大方向。这些技术都是让承载图像信息的光线在显示屏幕前方整个空间内自由传播的，而观察者仅仅接受到了对应于眼镜立体角方向上的光线，而其余部分的光则被白白浪费掉了。

根据统计显示目前节能效率甚高LED电视，用于背光的功耗约为总功耗的2/3（以LG42SL90QD为例，全开背光功耗151W，全关背光功耗54W），采用传统CCFL背光的液晶电视，其背光功耗比LED电视高1倍以上。而传统的CRT、背投和等离子体显示器件的整体功耗比传统CCFL背光电视还高。显而易见，节省背光源的功耗对显示技术的节能起到决定性的作用。

如图1所示，从显示器或者电视机1上某个像素发出来的光线大概能覆盖前方2π立体角内的区间，而这些光线中只有投射入观察者双眼的光线对于观察者而言才是有用的，即图中θ1及θ2的部分。其余角度上的光线对于整个显示过程是没有任何贡献的。以家用的情况为例，当观众在3米的观察距离外观看42寸电视，仅有1.42%的光（42寸液晶电视视角约170度）对观众有效，而其余部分则因为无法被观众收看而被浪费。

综上所述，如果能把无法进入眼睛的光节省下来，仅仅使屏幕发出的光线恰好进入观察者的双眼，这样既能实现与传统显示方式相同的显示效果，但又能使光能量的利用效率大为提高，进而在很大程度上地降低显示过程中的能耗，这将对日常的节能环保工作提供莫大的帮助。本发明就是基于这一出发点设计了以一套采用二元光学为核心技术的定向节能型显示技术。

发明内容

本发明的目的在于解决以上问题而提供一种降低显示能耗、结构简单、成本低廉的基于二元光学的节能型显示系统。

从上述本发明的目的可见，在相同的环境下人们观看图像最舒适的亮度是基本固定的。如能改变现有显示的漫发射或散射工作方式，在保证人眼对图像视觉亮度不变的基础上，将屏幕显示的图像光信号定向传输到观众的双眼，而其余方向上不传播图像光信号，就能高效地节省显示时背光的能耗，实现节能显示。这种方式适合在家用和办公场合使用。本发明采用了二元光学器件作为关键部件，既可以减少核心部件——投影屏幕的厚度，又具有廉价可采用光刻、电子刻蚀、压模等方式大规模生产优势，便于推广。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于二元光学的节能型显示系统，其包括显示单元、光学单元、投影屏幕及调节装置，显示单元传输图像到光学单元，光学单元将图像光信号投影到投影屏幕，投影屏幕将图像光信号定向反射到观众的双眼处成像，调节装置用于调节光学单元的图像光信号的投影方向及投影位置。

投影屏幕包括支架及设于支架上的菲涅尔透镜、反射镜、机械调节结构，菲涅尔透镜与反射镜平行设置，机械调节结构用于调节反射镜与菲涅尔透镜之间的距离，图像光信号从菲涅尔透镜的前方入射，透过菲涅尔透镜在反射镜的表面反射，再经过菲涅尔透镜后出射。

反射镜为平面、球面或非球面反射镜；该光学单元还包括用于减少色散的消色散光学元件。

该调节装置包括导轨、设于导轨上的云台及用于控制云台转动角度的电机，该光学单元设于云台上。

该调节装置还包括设于光学单元处的调焦圈及用于控制调焦圈的马达，调焦圈用于改变光学单元的焦面位置。

显示单元由照明光源和图像显示器件构成，图像显示器件为DMD、SLM或LCOS。光学单元为投影镜头。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：