[发明专利]投影显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及投影显示装置。

背景技术

目前，基于波长转换的投影显示技术越来越受到人们的关注。该技术方案由于其高亮度、长寿命的优点被认为代表了投影显示技术未来发展的方向。

美国专利7547114首次公开了该技术方案的整体光学架构。在该技术方案中，一个激发光源被用来激发的一个旋转的荧光粉色轮，该荧光粉色轮上涂覆有红、绿、蓝三种颜色的荧光粉；随着该色轮的旋转，不同颜色的荧光粉依次被激发光源发射的激发光所激发，并受激发射出不同颜色受激光。该红、绿、蓝基色光序列经过一个光阀的调制后再经过投影镜头的投影可以在屏幕上得到各基色光的图像，并经过人眼的视觉暂留效应在时域混合在一起而形成彩色图像。

应用该技术方案制造的投影光源的效率取决于荧光粉的能量转换效率。为了提高荧光粉的能量转换效率，人们做了大量的实验和尝试。实验结果表明，激发光源发出的激发光在荧光粉色轮表面形成的激发光斑的功率密度越低，则荧光粉的能量转换效率越高。

众所周知，在相同光功率下激发光斑越均匀、激发光斑的面积越大则光斑的峰值功率密度越低，进而越有利于荧光粉效率的提高。现有技术中，通过使用复眼透镜对可以将激发光的光斑变为均匀的长方形，如图1a所示。其中，激发光源101发出的光经过准直透镜102准直后，入射到复眼透镜对103上，经复眼透镜对103整形和匀光后再经聚光透镜104会聚于荧光粉110表面并形成激发光斑130。

其中，复眼透镜对103包括两片相对的复眼透镜103a和103b，复眼透镜103a包括周期性排列的透镜单元103a1，复眼透镜103b包括周期性排列的透镜单元103b1，复眼透镜103a和复眼透镜103b的透镜单元一一对应。图1b显示了复眼透镜103a的正视图。

当入射光入射到复眼透镜103a表面时，入射光束被多个透镜单元103a1分割成多个子光束，这多个子光束经过其对应的复眼透镜103b上的透镜单元103b1和聚光透镜104的作用后，相互叠加地成像于荧光粉110表面并共同形成激发光斑130，其成像的形状与复眼透镜103a的透镜单元103a1的形状相同，如图1c所示。

然而，这样的光源系统在应用于实际的投影显示系统中时存在问题。目前最常用的光阀是数字微镜器件(DMD，Digital Micromirror Device)，它的正视图如图2a所示。数字微镜器件221的表面包括光调制区222，光调制区222内包括多个光调制单元223，每一个光调制单元223都对应于屏幕上的一个像素，通过光调制单元223的微镜的翻转可以决定这个像素的灰度和颜色，进而通过同时控制多个光调制单元223的微镜的翻转可以得到完整的彩色图像。

光调制单元223的放大图如图2b所示，其微镜的翻转是以其对角线223a为轴进行的；因此，它要求入射光以垂直于其翻转轴223a的方向入射于其表面。

在具体的投影显示系统中，如图3a所示，中继系统351用于将从荧光粉色轮311上发出的光沿垂直于光阀的微镜翻转轴的方向投射到光阀321表面。显而易见的，当其投射光斑323刚好覆盖光阀321的光调制区时，投影显示系统的整体效率最高。

根据光路可逆原理，光斑330发出的光经过中继系统351后投射于光阀321的光斑323刚好覆盖光阀321的调制区，则光阀321的光调制区在中继系统351的光入口处的共轭面就在荧光粉色轮311上，且其在共轭面上的像被光斑330所覆盖(需要解释的是，一个成像光学系统的物面及其像面互为共轭面)。因此光斑330的具体形状由光阀321的光调制区在中继系统351的光入口处的共轭面上的像的形状所决定。

具体来说，在实际应用中，光阀321的光调制区在中继系统351的光入口处的共轭面上的像的形状往往是一个经过扭转的长方形，因此光斑330就需要在图1c所示的形状的基础上扭转一个角度。光斑330沿图3a中的a方向的侧视图如图3b所示。

为了实现如图3b所示的光斑的扭转，一般的做法是直接扭转激发光源300本身以使其激发光斑330扭转，但是这样做会使光源300的一部分翘起，进而使整个系统的厚度变大。因此需要一种投影显示装置，在激发光斑扭转以匹配光阀的光调制区的同时，不增大系统的厚度。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是从荧光粉色轮上发出的光与光阀的光调制区的形状匹配，与投影显示系统的厚度之间的矛盾。