[发明专利]一种彩色投影显示光学引擎

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影显示技术领域，特别涉及一种彩色投影显示的光学引擎。

背景技术

随着显示技术的发展，投影显示技术在日常生活中得到了广泛的应用。从采用平板显示器的显示模式上讲，主要有LCOS,HTPS,DLP几种显示方式。其中HTPS是一种透射式的LCD显示技术，LCOS是一种反射式的LCD显示技术，DLP采用DMD(DigitalMicro Mirror Device)作为显示器件，DMD是一种微镜面阵列，每个微面镜可以向两侧倾斜10-12°左右，从而可以构成启通和断开两种工作状态，通过在时间上的积分实现不同灰度的显示。

投影显示系统的核心光学系统(光学引擎)从架构上讲又主要分为三片式系统和单片式系统。

三片式是将光源经分光棱镜将光束分为红、蓝、绿光后，再分别将光束投射入三片(LCOS/HTPS/DMD)平板显示器，将投射出的三色影像经过光学系统汇聚加以形成彩色影像。因为可以独立采用RGB单独光源，色彩还原性好。同时具有较高的光学效率和较高的分辨率；但是也有缺点，红、绿、蓝再现像在空间中合成的配准问题，容易产生颜色对位偏差，同时要采用多片显示器件，工艺复杂，成本高，不易于小型化。

单片式光学引擎则是采用时间复用的方法，光学引擎以快速旋转的色轮，将白光形成循序的红、蓝、绿光，并将三原色光与驱动程式产生的红、蓝、绿画面，同步形成分色影像，再籍由人眼视觉暂留的特征，最后在人脑产生彩色的投影画面。单片式的最大优点就是因为面板数仅需一片，加上分光，合光的系统架构比较简单，因此在成本上较具优势。但白光经偏极化后的光源仅为先前的1/3，显示亮度明显降低；此外由于显示面板需要在红、蓝、绿画面快速的切换下合成影像，因此面板的反应速度的要求更高，使得生产的难度也相应提高。还有一种采用空间复用方法的单片式光学引擎，其采用的显示器的结构与彩色TFT-LCD显示器的结构相同，显示器的一个像素由R、G、B三个颜色的子像素构成，三个子像素进行空间混色成该点像素的颜色。采用这种结构每一个子像素需要单独控制，难以将像素尺寸做的很小，实现高分辨率显示困难，其光学效率也较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于彩色投影显示的光学引擎，采用单片式显示芯片，包括照明单元，显示芯片，合色单元。所述显示芯片为平板显示器，包含三个独立的显示区域，每一个显示区域由若干像素阵列构成,三个显示区域分别显示红绿蓝三个颜色分量的图像。所述照明单元包含红绿蓝三种颜色光源，分别用来为显示芯片的三个显示区域提供照明。所述合色单元包括至少两个光程补偿单元，一个光程补偿单元对应一个显示区域。光程补偿单元包括反射片，偏振分束器，1/4波片。反射片置于显示芯片光线出射侧，与显示芯片水平设置，偏振分束器设置在显示芯片和反射片之间，偏振分束器的功能膜与显示芯片之间的夹角为45度，1/4波片设置在反射片与偏振分束器之间，1/4波片与显示芯片为水平设置。所述合色单元还包括至少一偏振干涉滤光片，偏振干涉滤光片设置在两个光程补偿单元之间，用以改变一个颜色光波的偏振态，其他颜色光波的偏振态不发生改变。所述合色单元中不同的光程补偿单元中的偏振分束器到显示面板之间的距离设置为相同，任意两个光程补偿单元中反射片与显示芯片的距离设置为不相同，距离合色单元光线出射端近的光程补偿单元中反射片与显示芯片的距离为d1,距离合色单元光线出射端远的光程补偿单元中反射片与显示芯片的距离为d2，满足d1>d2，光程补偿单元用以使每个显示区域发出的光线到达合色单元的光线出射端具有相同的光程。照明光源出射的红绿蓝光线经过显示芯片三个显示区域分别调制后通过合色单元在空间中叠加形成彩色图像。所述彩色投影显示光学引擎还包括至少一个透镜或面镜，用于将合色单元叠加形成的彩色图像放大。

所述显示芯片可以是LCD等透射式平板显示器，也可以是LCOS,DMD等反射式平板显示器。显示芯片为单片式结构，可以是单独的1片平板显示器，也可以是多片平板显示器组装为单片平板结构。

所述照明光源可以是LED，氙灯，高压汞灯，激光光源和混合激光等各类光源。该照明光源包含用于准直的光学单元，具有特定的照明角度，准直光的发散角度在±15°内。如果照明光源为非线性偏振光，则所述彩色投影显示光学引擎还包括至少一个偏振转换器或起偏器，设置于照明单元与显示芯片之间，用于将非偏振光源转换为线偏振光源。

所述彩色投影显示光学引擎还包括至少一个检偏器，设置于显示芯片光线出射侧或者合色单元光线出射端，用于提高彩色投影显示光学引擎的显示对比度。