【技术领域】

本发明涉及光源领域， 尤其是涉及适合投影系统显示系统使用的混合 光源。

【背景技术】

目前应用于投影显示系统的光源一般包括有三 类， 分别为超高压汞灯 UHP ( Ultra High Performance ) 、 LED ( Light Emitting Diode )混色白光光源和激光混 色白光光源。

所述超高压汞灯 UHP 具有如下优点： 价格便宜； 亮度较高， 可以达到

50001m-60001m; 显色效果优秀， 通常显色指数为 56, 通过 gamma调节抑制蓝色 和绿色后可达到 80以上。 然而， 所述超高压汞灯 UHP同时也具有如下缺点： 寿 命较短， 一般在 2000-6000小时左右， 有的甚至低于 2000小时； 光电效率低， 而导致耗电功率大； 会聚性差， 耦合效率低。 目前主流大功率投影显示系统一般 都釆用的超高压汞灯 UHP光源。

所述 LED混色白光光源具有如下优点： 宽色域， 色彩鲜艳； 寿命长， 可以 达到 20K小时； 电光效率高 （100 lm/w ) , 耗电功率小。 然而， 所述 LED混色 白光光源同时也具有如下缺点： 低电压高电流驱动， 无法实现稳定输出； 功率较 低， 通常不适合用于大尺寸投影； 光谱功率分布曲线与 UHP的有差异， 在波长 550nm处缺少峰值， 不能直接取代 UHP光源。

所述激光混色白光光源可以由三种单色激光（ 绿、 蓝、 红）混合而成。 所述 激光混色白光光源具有如下优点： 谱线宽度窄， 约为 lnm, 颜色饱和度高， 图像 鲜艳； 寿命长， 可以达到 20K小时； 偏振输出， 不需要附加处理； 会聚性好， 耦合效率高； 电光效率高， 可以达到 300 lm/w, 耗电功率小。 然而， 所述激光混 色白光光源同时也具有如下缺点： 价格昂贵， 不适于大批量生产； 散斑干扰大， 需要专门的退相干装置。

综上所述， LED 光源或激光光源以寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点将 逐渐取代传统 UHP光源。 然而， 由于激光光源昂贵的价格， 暂时难以单独大规 模取代 UHP光源。此外， LED混合白光光源由于光谱功率分布曲线与 UHP有差 异， 在波长 550nm处缺少峰值， 因此也无法直接取代 UHP光源。

因此， 希望提出一种改进的光源方案来克服上述问题 。

【发明内容】 本发明要解决的技术问题之一在于提供一种混 合光源装置，其不仅具有寿命 长、 节能、 绿色环保等优点， 也克服了 LED混合白光光源和激光混合白光光源 的一些缺点。

本发明要解决的技术问题之二在于提供一种应 用混合光源装置的投影显示 系统， 所述混合光源装置不仅具有寿命长、 节能、 绿色环保等优点， 也克服了 LED混合白光光源和激光混合白光光源的一些缺 点。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面， 本发明提供了一种混合光源装 置， 其包括白光 LED和补偿光源。 所述补偿光源为单色 LED、 激光光源或单色 LED和激光光源的混色光源， 所述补偿光源发出的补偿光与所述白光 LED发出 的白光混合形成混合光。

在一个实施例中， 所述补偿光源为绿色激光光源、 绿色 LED, 绿色激光光 源与红色 LED的混色光源或红色激光光源与绿色 LED的混色光源。

在另一个实施例中， 所述混合光源装置还包括： 第一分光片、 第二分光片、 反射镜和整形透镜组。 所述第一分光片透过来自所述白光 LED的白光中的与所 述补偿光相近波段的光，反射其余光至所述第 二分光片。透过所述第一分光片的 光传播至所述反射镜， 所述补偿光也传播至所述反射镜，透过所述第 一分光片的 光和所述补偿光在所述反射镜处混合，所述反 射镜将入射光反射至所述整形透镜 组。 所述整形透镜组对入射光进行整形， 整形后的光传播至所述第二分光片。 所 述第二分光片反射来自第一分光片的光， 并透过来自整形透镜组的光， 来自第一 分光片的光与来自整形透镜组的光在第二分光 片处再次混合形成所述混合光。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种投 影显示系统， 其包括混合光源 装置、 光学引擎和投影镜头。 所述混合光源装置发出混合白光。 所述光学引擎基 于所述混合白光以及数据图像生成光学图像。 所述投影镜头将所述光学图像进行 投影。所述混合光源装置包括白光 LED和补偿光源。所述补偿光源为单色 LED、 激光光源或单色 LED和激光光源的混色光源， 所述补偿光源发出的补偿光与所 述白光 LED发出的白光混合形成混合光。 与现有技术相比，在本发明中利用单色 LED光源和 /或激光光源对白光 LED 进行补偿得到混合光源，该混合光源不仅适合 投影显示系统使用 ,还具有寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点。

关于本发明的其他目的，特征以及优点， 下面将结合附图在具体实施方式中 详细描述。

【附图说明】 结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将 更容易理解， 其中同样的附图 标记对应同样的结构部件 , 其中：

图 1为传统超高压汞灯 UHP、 D65标准光源和白光 LED的相对光语功率分 布（ Relative Spectral Power Distribution ) 的曲线示意图；

图 2为本发明中的混合光源装置 200在一个实施例中的结构示意图； 图 3A为本发明一个应用示例中的 LED白光和作为补偿光源的绿色激光的相 对光谱功率分布的曲线示意图；

图 3B为根据图 3A中的补偿方案补偿后的 LED白光和超高压汞灯 UHP的 相对光谱功率分布的曲线示意图；

图 4A为本发明另一个应用示例中的 LED白光、作为补偿光源的绿色激光和 红色 LED光的相对光谱功率分布的曲线示意图；

图 4B为才艮据图 4A中的补偿方案补偿后的 LED白光和 D65标准光源的相对 光谱功率分布的曲线示意图；

图 5为釆用本发明中的混合光源装置的 LCD投影显示系统在一个实施例中 的结构示意图； 和

图 6为釆用本发明中的混合光源装置的 LCOS投影显示系统在一个实施例中 的结构示意图。

【具体实施方式】

本发明的详细描述主要通过程序、 步骤、 逻辑块、 过程或其他象征性的描述 来呈现， 其直接或间接地模拟本发明中的技术方案的运 作。 所属领域内的技术人 员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的 其他技术人员有效的介绍他们的 工作本质。 此处所称的 "一个实施例"或 "实施例"是指与所述实施例相关的特定特征、 结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现 方式中。在本说明书中不同地方出 现的 "在一个实施例中"并非必须都指同一个实施例� �� 也不必须是与其他实施例 互相排斥的单独或选择实施例。 此外， 表示一个或多个实施例的方法、 流程图或 功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特 定顺序， 也不构成对本发明的限 制。

图 1为传统超高压汞灯 UHP、 D65标准光源和白光 LED的相对光语功率分 布的曲线图示意图， 其中短点虚线表示 D65标准光源的相对光谱功率分布曲线， 长点虚线表示 UHP光源的相对光语功率分布曲线， 实线表示白光 LED的相对光 谱功率分布曲线。 由图 1可以看出， 白光 LED与 D65标准光源的相对光谱功率 分布有所差别， 白光 LED与 UHP的相对光谱功率分布也有所差别。 因此， 针对 白光 LED的光谱功率分布， 需要在相应波段进行补偿， 才可以获得类似 UHP或 D65标准光源的光语功率分布，进而才可以直接 取代 UHP光源或 D65标准光源。

请参阅图 2所示，其为本发明中的混合光源装置 200在一个实施例中的结构 示意图， 所述混合光源装置 200包括白光 LED201、 补偿光源 204、 第一扩束透 镜 202、 第二扩束透镜 207、 第三扩束透镜 206、 偏振片 203、 第一分光片 205、 第二分光片 211、 第一整形透镜组 209、 第一反射镜 208和第二反射镜 210。

在一个实施例中， 以所述补偿光源 204是绿色激光光源为例进行介绍。 所述 白光 LED201发射白光至第一扩束透镜 202 , 所述白光经由第一扩束透镜 202扩 束后传播至所述偏振片 203 , 所述偏振片 203对入射白光进行偏振以使透过其光 线的偏振方向与绿色激光光源 204发出的绿色激光的偏振方向相同，偏振后的 白 光传播至第一分光片 205, 所述第一分光片 205透过偏振白光中的绿光， 反射其 余光线至第二分光片 211。 透过第一分光片 205的绿光经由第二扩束透镜 207扩 束后传播至第一反射镜 208, 绿色激光光源 204发出的绿色激光经由第三扩束透 镜 206扩束后也传播至第一反射镜 208, 来自白光 LED201的绿光和来自绿色激 光光源 204的绿色激光在第一反射镜 208处均勾混合。所述第一反射镜 208将入 射光全反射入第一整形透镜组 209。 所述第一整形透镜组 209用于对入射光的光 束进行整形， 整形后的光束经由第二反射镜 210反射至第二分光片 211。 第二分 光片 211反射来自第一分光片的光线， 并透过来自第二反射镜 210的光线， 来自 白光 LED201的除绿光外的其余光线和混合后的绿光在 第二分光片 211处均匀混 合。 第二分光片 211发出的光线就是利用绿色激光对 LED白光补偿后的光线， 这样实现了利用绿色激光对 LED白光的补偿。

在一个实施例中， 所述补偿光源也可以釆用其他波段的单色激光 光源， 比如 红色激光光源， 也可以是单色 LED, 比如绿色 LED或红色 LED, 还可以是两种 单色 LED的混色光源、 两种单色激光光源的混色光源或单色 LED和单色激光光 源的混色光源， 此时第一分光片 205和第二分光片 211需要相应调整， 两个分光 片都需要能透过与补偿光源相同波段的光， 而反射其它波段的光线。在一个实施 例中，可以通过导光管或分光片来实现激光光 源和 /或 LED的混合得到混色光源。 单色 LED包括绿色 LED、红色 LED和蓝色 LED,单色激光光源包括绿色激光光 源、 红色激光光源和蓝色激光光源。 在一个优选实施例中， 所述补偿光源中包括 有绿色激光光源， 这样混合光源装置 200得到的混合光的亮度比较高，从而可以 满足大部分投影显示系统对光源亮度的要求。

在一个实施例中，在对混合光源装置 200没有偏振要求的情况下，也可以不 设置所述偏振片 203。 在另一个实施例中， 所述第二反射镜 210用来将来自第一 整形透镜组 209的光线导引至第二分光片 211 , 如果第一整形透镜组 209输出的 光线能直接传播至第二分光片 211 , 那么第二反射镜 210则可以被省略。

在一个优选实施例中 ,所述混合光源装置 200还包括有第二整形透镜组 212、 第三整形透镜组 214和勾光器件 213。 所述第二整形透镜组 212对来自第二分光 镜 211的补偿后白光进行扩束整形 ,扩束后的补偿后白光经由勾光器件 213进行 勾光处理， 第三整形透镜组 214对勾光处理后的补偿后白光进行再次整形并 输 出。 在一个实施例中， 所述第一整形透镜组 209包括有第一整形透镜 209a和第 一整形透镜 209b, 所述第二整形透镜组 212包括有第二整形透镜 212a和第二整 形透镜 212b, 所述第三整形透镜组 214包括有第三整形透镜 214a和第三整形透 镜 214b, 所述勾光器件 214包括一对复眼透镜。

下面列举两个所述混合光源装置 200的典型应用示例。

在第一个示例中， 根据超高压汞灯 UHP的相对光谱功率分布来设计所述混 合光源装置 200, 所述补偿光源 204为波长 550nm左右的绿色激光， 所述白光 LED为美国流明纳斯器件公司的 LUMINUS CBT90 白光 LED。 图 3A为此应用 示例中的 LED白光和作为补偿光源的绿色激光的相对光语 功率分布的曲线示意 图， 图 3B为根据图 3A中的补偿方案补偿后的 LED白光和超高压汞灯 UHP的 相对光谱功率分布的曲线示意图。 可以看出， 经过补偿后的白光 LED基本可以 直接取代现有的超高压汞灯 UHP, 同时本发明中的混合光源装置 200也具有了 寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点。

在第二个示例中， 根据 D65标准光源的相对光谱功率分布来设计所述混 合 光源装置 200, 所述补偿光源 204为波长 500nm左右的绿色激光和 650nm左右 的 LED红光的混色光源， 所述白光 LED为美国流明纳斯器件公司的 LUMINUS CBT90 白光 LED。 图 4A为此一个应用示例中的 LED白光、 作为补偿光源的绿 色激光和 LED红光的相对光谱功率分布的曲线示意图， 图 4B为根据图 4A中的 补偿方案补偿后的 LED白光和 D65标准光源的相对光谱功率分布的曲线示意图 。 可以看出，经过补偿后的白光 LED的相对光谱功率分布与 D65标准光源很类似， 基本可以取代一些 D65标准光源的应用， 同时本发明中的混合光源装置 200也 具有了寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点。

本发明中的一个优点、 特点或好处在于： 在本发明中利用 LED光源和 /或激 光光源对白光 LED进行补偿得到混合光源， 该混合光源不仅适合投影显示系统 使用， 还具有寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点。

图 5 示意性的示出了釆用了本发明中的混合光源的 LCD ( liquid crystal display, 简称 LCD )投影显示系统 500的一个实施例。 所述投影显示系统 500 包括有混合光源装置 520、 光学引擎 540、 投影镜头 560和屏幕（或称之为显示 屏） 580。

所述混合光源装置 520可以为本发明中的所述混合光源装置 200的任一种实 施方式，其可以用来生成白光 501 ,并将所述白光 501导入所述光学引擎 540内。 所述光学引擎 540包括分色导引镜组件、 三个液晶显示面板 546、 547、 548和光 学棱镜组件（ optical prism assembly ) 549。 所述液晶显示面板 546、 547和 548 中的每个负责投影至屏幕 580上的图像的三原色中的一种颜色。所述白光 501进 入分色导引镜组件。 所述分色导引镜组件将所述白光 501分离为包括红光、绿光 和蓝光的三原色光，并将各原色光导引至对应 的液晶显示面板。基于输入图像（此 时为数据意义的图像， 简称数据图像）的像素信息及入射的原色光， 视频控制器 (未图示）分别调制所述液晶显示面板 546、 547和 548生成三原色图像（此时 为光学意义的图像， 简称为光学图像）。 所述光学棱镜组件 549将所述三原色图 像组合为全色图像 508, 并将所述全色图像 508投射至所述投影镜头 560。 所述 投影镜头 560将所述全色图像 508直接或间接的投影至屏幕 580上。

在图 5示出的实施例中，液晶显示面板 546负责投影至屏幕 580上的图像的 绿色， 液晶显示面板 547负责所述图像的蓝色， 液晶显示面板 548负责所述图像 的红色。 所述分色导引镜组件包括三个不同的分色镜 541、 542和 543、 两个反 射镜 544和 545。 所述分色镜 541用于选择性的透过绿光 502 , 并反射包括有红 光和蓝光的剩余（红紫）光 503。 随后， 穿过分色镜 541的绿光 502经由反射镜 544反射至所述液晶显示面板 546。 同时， 所述分色镜 542拦截所述红紫光 503 , 选择性的透过红光 504和其它高波长光（比如红外光）， 并反射蓝光 505至所述 液晶显示面板 547。 另外， 所述分色镜 543分离红光 506 , 并将所述红光 506反 射至所述反射镜 545 , 所述反射镜 545再将所述红光 506反射至所述液晶显示面 板 548。 基于输入的图像像素信息， 视频控制器（未图示）调制所述液晶显示面 板 546生成绿色图像， 调制所述液晶显示面板 547生成蓝色图像， 调制所述液晶 显示面板 548生成红色图像。所述光学棱镜组件 549将所述三原色图像组合为全 色图像 508 , 并将所述全色图像 508投射至所述投影镜头 560。

在其它实施例中， 可以随意调整三个不同的分色镜 541、 542和 543的分光 性能，只要通过他们可以产生三原色光即可， 比如可以使分色镜 541透过蓝色光， 而使分色镜 542反射红色光， 分色镜 543反射蓝色光， 随着分色镜的分光性能的 改变， 所述液晶显示面板 546、 547和 548所负责的所述图像的原色也会随之改 变。

由于釆用了本发明提出的混合光源方案， 可以使得 LCD投影显示系统 500 具有寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点。

图 6示意性的示出了 LCOS ( Liquid Crystal On Silicon, 简称 LCOS )投影 显示系统 600的一个实施例。 所述投影显示系统 100包括有混合光源装置 620、 光学引擎 640、 投影镜头 660和屏幕（或称之为显示屏） 680。

所述混合光源装置 620可以为本发明中的所述混合光源装置 200的任一种实 施方式，其可以用来生成白光 601 ,并将所述白光 601导入所述光学引擎 640内。 所述白光 601透过线栅极化片（ wire-grid polarizer )641变为 S极化（ S-polarized ) 白光 602。 分色镜 642允许所述 S极化白光 602中的绿光透过， 而反射包括红光 和蓝光的剩余（红紫） 光。 所述绿光传播至第一极化分光镜（polarized beam splitter, 简称 PBS ) 643, 并被所述第一极化分光镜 643反射到负责投影图像的 绿色的第一 LCOS器件 645上， 其中所述第一 LCOS器件 645安设于所述第一 极化分光镜 643的一个边缘。 1/4波片 （wave plate ) 644位于所述第一 LCOS 器件 645 前面以提高所述绿光的入射率。 基于来自视频控制器（未图示） 的输 入图像（此时为数据意义的图像， 简称数据图像）的像素信息， 所述第一 LCOS 器件 645将入射的所述 S极化绿光调制为 P极化 ( P-polarized )绿色图像， 并反 射所述 P极化绿色图像。 反射的 P极化绿色图像透过所述第一极化分光镜 643 和波片 （wave plate ) 646到达所述第三极化分光镜 647, 所述波片 646将所述 P极化绿色图像被转换为 S极化绿色图像。

来自所述分色镜 642的 S极化红紫光通过窄带半波阻滞器 655进入第二极 化分光镜 649。 所述窄带半波阻滞器 655仅对所述红紫光中的红波段光进行极 化， 因此只将红波段光由 S极化转换为 P极化。 所述 P极化红光穿过所述第二 极化分光镜 649和 1/4波片 650到达到负责投影图像的红色的第二 LCOS器件 651 , 其中第二 LCOS器件 651安设于所述第二极化分光镜 649的一个边缘。 所述第二极化分光镜 649反射所述 S极化蓝光， 之后所述 S极化蓝光穿过 1/4 波片 653到达负责投影图像的蓝色的第三 LCOS器件 654, 所述第三 LCOS器 件 654安设于第二极化分光镜 649的另一个边缘。由于红色图像会在第二 LCOS 器件 651进行反射， 蓝色图像会在第三 LCOS器件 654进行反射， 因此它们的 极性将发生变化。 从第二 LCOS器件 651反射出来的红色图像变为 S极化， 之 后所述 S极化红色图像被所述第二极化分光镜 649反射。从第三 LCOS器件 654 反射出来的蓝色图像变为 P极化， 之后所述 P极化蓝色图像穿透所述第二极化 分光镜 649。 另一个窄带半波阻滞器 648放置的靠近所述第二极化分光镜 649, 用于将所述红光图像由 S极化转换为 P极化， 而对蓝色图像的极性没有影响。 所述第三极化分光镜 647反射所述 S极化绿色图像， 并将其与所述 P极化红色 图像和 P极化蓝色图像结合以形成全色图像 603。 所述全色图像 603通过所述 投影镜头 660直接或间接投影至所述屏幕 680上。

由于釆用了本发明提出的混合光源方案， 可以使得 LCOS投影显示系统 600 具有寿命长、 节能、 绿色环保等显著优点。

同样， 本发明提出的混合光源方案还可以应用于数字 光处理投影显示系统 ( digital light processing projection display system , 简称 DLP投影显示系统 )以 及其他类型的投影显示系统。 上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊 性的描述。所属领域内的普通 技术人员应该理解， 实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本 发明的真实精 神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本 发明的保护范围。本发明所要求保 护的范围是由所述的权利要求书进行限定的， 而不是由实施例 中的上述描述来限定的。