[发明专利]采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影显示系统，尤其涉及一种能极大提升亮度的采用逆反射棱镜阵列的便携式液晶投影光引擎。

背景技术

投影显示已经成为大屏幕高清晰动态显示的主流方式，广泛应用于商务、教育、科研、娱乐以及家庭等重要环节。近些年，随着微电子、光学、加工工艺等诸多技术的迅猛发展，以及现代商务移动办公模式的普及和手持数码产品的增多，微型化又成为投影显示技术发展的新方向。微型投影机具有轻巧和使用方便等显著优点，可与各类消费电子产品相结合，这使得微型投影的应用变得无限广阔。

微型投影机对亮度、体积﹑功耗、成本以及散热等都有严格的要求。要实现高亮度、小体积、低功耗和低成本的微型投影系统，就必须在光源﹑光调制器件﹑光学系统和光学器件等方面做很大的改进甚至革新。

目前，微型投影主要以DLP（Digital Lighting Processor）和LCoS（Liquid Crystal on Silicon）技术为主。DLP和LCoS技术均为阵列反射式投影技术。DLP技术具有反射率高且无需偏振光等优点，但其芯片DMD（Digital Mirror Device）制程极其复杂，为TI公司独家掌控。LCoS技术具有高分辨率和低成本等优势，色彩更加丰富逼真，图像无像素感，画面边缘更自然。加之技术上的开放性，非常适合微型投影对小体积、高分辨率和低成本的苛刻要求。

主流的微型投影均采用高亮度LED作为照明光源。LED具有体积小﹑寿命长﹑响应快及环保等诸多优点，已成为微型投影的必然选择。采用三基色LED作为光源，可以大幅提升投影机的色域表现能力。虽然目前的LED光通量普遍不高，且其单位光学扩展量上的光通量要低于传统投影光源，相信随着LED 本身发光效率、荧光粉技术以及封装技术的不断发展，LED光源将更为高效。OSRAM已经研制出电光转换效率高达61%的红光LED（主波长为609nm）。在1mm²的芯片，工作电流为40mA时可实现光效高达201 lm/W，而在350mA的典型工作电流下仍可提供168 lm/W的高光效。效率越高，芯片越小，可以给微型投影设计带来更大的空间。此外，OSRAM也已经将最新的荧光粉技术应用到微型投影光源，使得绿光LED在相同功率下亮度提升一倍，达到1.4A工作电流下500 lm的高亮度。所有这些提升，都预示着LED作为微型投影光源还有很大的潜力，这势必成为微型投影亮度提升的动力之一。

微显示芯片和光源作为微型投影的重要组成部分，但需要一个高效的偏振光管理系统---光引擎，将光源能量传递给光调制器件。为了提高整机亮度和色彩饱和度，现在普遍采用三基色LED作为照明光源。传统的微型投影光引擎基本采用X-Cube棱镜（US6018418）和双二向色棱镜的方法实现。前者利用X-Cube棱镜将位于其三个边的三基色光合成为共路光束，从其第四边出射，合色效率很低，但结构紧凑。后者采用双二向分色棱镜，通过两次基色合色成为共路光束，合色效率较高，但体积较大。无论采用哪种结构，都需要经过起偏器产生液晶显示所需的偏振光，这意味着在光源部分就有一半的光能量损失，使得整机的光学效率大大降低。这对本身亮度就很低的微型投影系统，实不可取。可见，传统的光引擎已经成为微型投影发展的一个瓶颈。虽然也有一些技术改善，比如采用反射式偏振片，以提高另一种偏振光的利用，但提升幅度有限，始终未能跳出传统光引擎结构的束缚。