基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎的製作方法
2023-05-16 11:56:36 2
專利名稱：基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於投影顯示技術領域，具體為一種基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型 微型光引擎。
背景技術：
投影技術發源於19世紀早期，而LCoS作為一種微型顯示技術，是在20世經90 年代末興起的，隨著技術的成熟、工藝的完善，已逐漸與DLP、LCD兩大顯示技術在投影市場 上形成分庭抗禮之勢。LCoS的結構是在單晶矽上生長電晶體，利用半導體集成製作驅動面 板，然後在電晶體上通過研磨技術磨平，並在上面鍍鋁膜電極作為反射鏡，形成CMOS有源 點陣基板，然後將CMOS基板與含有ITO透明電極的上玻璃基板貼合，再注入液晶周日行封 裝。像素尺寸可以做的很小，開口率高達96%。CF-LCoS是在單色LCoS晶片上，加上印刷有 紅、綠、藍濾色單元的CF膜，然後將該CF膜和LCoS的液晶成像單元嚴格對準。這樣，原來 LCoS面板上的一個物理像素就變成了對應的一個基色點，由3個相鄰的RGB基色點組成一 個完整的顯示像素，當白光照射進來的時候，由驅動電路控制，把圖像對應的RGB點陣信息 分別送到相應的物理顯示像素上，並根據該像素的灰度等級，控制液晶分子旋轉，對白光進 行光閥開關控制，被控制的白光透過物理像素對應的彩色濾色片單元後，形成彩色的圖像。 CF-LCoS的優點是使用方便，只需要單片面板和白光光源就能生成彩色圖像。但研究發現， 由於白光光源有著固定的光譜分布，而CF-LCoS的光譜反射率通常情況下無法和白光光源 完全匹配，所以通過白光光源和單片CF-LCoS微顯示晶片設計的投影系統在彩色表現力上 無法令人滿意，圖像的色彩還原能力較差，色彩飽和度偏低。
發明內容針對現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在於提供一種色域範圍寬、亮度 高、清晰度高的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎的技術方案。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於沿光線傳播方向 依次設置LED照明光源、合色照明系統、PBS偏振稜鏡、CF-LCoS微顯示晶片以及投影成像 物鏡，LED照明光源發出的光線通過合色照明系統形成色域範圍和CF-LCoS微顯示晶片完 全匹配的照明光斑，該光斑將CF-LCoS微顯示晶片的圖像照亮，形成色彩飽和度高、表現自 然的圖像，然後通過PBS偏振稜鏡、投影成像物鏡將該圖像投影到屏幕上。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的CF-LCoS 微顯示晶片採用彩色濾光片型矽基液晶顯示晶片。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的LED照明 光源採用色域可調節LED晶片，所述的合色照明系統由合色積分光棒和中繼成像照明系統 組成。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的LED照明 光源是由紅、綠、藍三色的發光晶片組成的單顆LED，或是由紅、綠、藍、白四色的發光晶片組成的單顆LED，或是由紅、藍、白三色的發光晶片組成的單顆LED;所述的合色照明系統由合 色積分光棒和中繼成像照明系統組成。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的LED照明 光源由兩個單顆LED組成，其中一個是由綠光發光晶片組成的單顆綠色LED，另一個是由 紅、藍兩色的發光晶片組成的單顆紅色藍色LED;所述的合色照明系統由合色積分光棒、中 繼成像照明系統以及合色鏡組成。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的LED照明 光源由三個單顆LED組成，分別是由綠色發光晶片組成的單顆綠色LED、由紅色發光晶片組 成的單顆紅色LED、由藍色發光晶片組成的單顆藍色LED ；所述的合色照明系統分為三路， 分別由合色積分光棒、中繼成像照明系統以及合色鏡組成。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的合色照明 系統分為三路，單顆綠色LED對應的合色照明系統由第一合色積分光棒、第一中繼成像照 明系統、第一合色鏡、第二合色鏡組成，單顆紅色LED對應的合色照明系統由第二合色積分 光棒、第二中繼成像照明系統、第一合色鏡、第二合色鏡組成，單顆藍色LED對應的合色照 明系統由第三合色積分光棒、第三中繼成像照明系統、第二合色鏡組成。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的合色照明 系統分為三路，單顆藍色LED對應的合色照明系統由第三合色積分光棒、第三中繼成像照 明系統、第三合色鏡、第四合色鏡組成，單顆紅色LED對應的合色照明系統由第二合色積分 光棒、第二中繼成像照明系統、第三合色鏡、第四合色鏡組成，單顆綠色LED對應的合色照 明系統由第一合色積分光棒、第一中繼成像照明系統、第四合色鏡組成。所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所述的合色照明 系統分為三路，由合色積分光棒、中繼成像照明系統、合色X-cube組成。上述基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，照明光源採用色域可調節LED 光源，通過緊湊型的合色照明系統來實現對CF-LCoS的濾色片兩次透過的完全匹配的白光 照明，由於照明光源的色域可調節，可以和CF-LCoS的濾色片透射特性完全匹配，最終實現 利用CF-LCoS微顯示晶片投影得到色彩飽和度高、色彩還原力強、自然完美的投影輸出圖 像；與現有技術僅僅採用白光LED照明CF-LCoS投影系統相比，利用色域可調節LED光源 和緊湊的合色照明系統合成適合CF-LCoS色域要求的照明光束，使得投影圖像色彩飽和自 然，表現力豐富，克服白光LED引起的色域不匹配問題，同時所述的緊湊型合色照明系統能 夠利用小尺寸實現合色、均光、色域匹配的目的；整個系統結構簡單，組裝方便，成本低，同 時具有寬色域範圍，高亮度，高對比度和高均勻性的優點，綠色環保，產品小型化，適合於規 模化生產。
圖1為色域範圍對比示意圖；圖2是本實用新型中涉及到的色域可調單顆LED，其上分別含有紅、綠、藍三種發 光晶片的示意圖；圖3是本實用新型中涉及到的色域可調單顆LED，其上分別含有紅、綠、藍、白四種 發光晶片的示意圖；[0017]圖4是本實用新型中涉及到的色域可調單顆LED，其上分別含有紅、藍、白三種發 光晶片的示意圖；圖5是本實用新型中涉及的利用色域可調單顆LED照明的基於CF-LCoS的合色照 明系統及投影光引擎系統示意圖；圖6是本實用新型中涉及到的色域可調的兩顆LED，分別是一顆上含有綠色發光 晶片，另一顆上含有紅、藍發光晶片的示意圖；圖7是本實用新型中涉及的利用色域可調德兩顆LED照明的基於CF-LCoS的合色 照明系統及投影光引擎系統示意圖；圖8是本實用新型中涉及到的色域可調的三顆LED，分別是第一顆上含有綠色發 光晶片，第二顆上含有紅色發光晶片，第三顆上含有藍色發光晶片的示意圖；圖9是本實用新型中涉及的利用色域可調的三顆LED照明的基於CF-LCoS的合色 照明系統及投影光引擎系統實施例一的示意圖；圖10是本實用新型中涉及的利用色域可調的三顆LED照明的基於CF-LCoS的合 色照明系統及投影光引擎系統實施例二的示意圖；圖11是本實用新型中涉及的利用色域可調的三顆LED照明的基於CF-LCoS的合 色照明系統及投影光引擎系統實施例三的示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步說明表1給出了利用白光LED光源和色域可調節LED光源分別的得到的色坐標，表中 數據是在光機的白態時色坐標基本一致情況下，即調節色域可調節LED使整機輸出的白態 的色坐標和白光LED的整機輸出的白態相同(白光LED的白態時色坐標為(0. 36，0. 4 ))，進 而利用測試板分別產生紅綠藍純色測試得到的結果。採用NTSC定義的色域公式，即設備三 原色色彩範圍與NTSC三原色色彩範圍在色度圖上的面積之比，其中NTSC三原色的色坐標 為 R :(0. 67,0. 33) ；G (0. 21,0. 71) ；B :(0. 14,0. 08)，計算公式為
I(B^Gj)X(Gx-Bx) / + (Gy+Ry)x(Rx-Gx) /
-(By+Ry)HRx-Bx)]/
『 『/[(Bfsc + Gfsc )x (Gfsc - Bfrsc)
/ + (Gfsc + Rfsc)x (Rfrsc - Gfsc)
/ -(Bfs^Rfsc)KiRfrsc — 5嚴)]從表中結果可以發現，基於CF-LCoS的微型投影光引擎的整機色域從43%提高到了 115. 5%，可以實現寬色域輸出，具有更加豔麗真實色彩還原能力。表1如下
權利要求1.基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於沿光線傳播方向依次設 置LED照明光源、合色照明系統、PBS偏振稜鏡、CF-LCoS微顯示晶片以及投影成像物鏡， LED照明光源發出的光線通過合色照明系統形成色域範圍和CF-LCoS微顯示晶片完全匹配 的照明光斑。
2.根據權利要求1所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所 述的CF-LCoS微顯示晶片採用彩色濾光片型矽基液晶顯示晶片。
3.根據權利要求1所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所 述的LED照明光源採用色域可調節LED晶片，所述的合色照明系統由合色積分光棒和中繼 成像照明系統組成。
4.根據權利要求3所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所 述的LED照明光源是由紅、綠、藍三色的發光晶片組成的單顆LED，或是由紅、綠、藍、白四色 的發光晶片組成的單顆LED，或是由紅、藍、白三色的發光晶片組成的單顆LED ；所述的合色 照明系統由合色積分光棒和中繼成像照明系統組成。
5.根據權利要求3所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所 述的LED照明光源由兩個單顆LED組成，其中一個是由綠光發光晶片組成的單顆綠色LED， 另一個是由紅、藍兩色的發光晶片組成的單顆紅色藍色LED ；所述的合色照明系統由合色 積分光棒、中繼成像照明系統以及合色鏡組成。
6.根據權利要求3所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所 述的LED照明光源由三個單顆LED組成，分別是由綠色發光晶片組成的單顆綠色LED、由紅 色發光晶片組成的單顆紅色LED、由藍色發光晶片組成的單顆藍色LED ；所述的合色照明系 統分為三路，分別由合色積分光棒、中繼成像照明系統以及合色鏡組成。
7.根據權利要求6所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於 所述的合色照明系統分為三路，單顆綠色LED對應的合色照明系統由第一合色積分光棒、 第一中繼成像照明系統、第一合色鏡、第二合色鏡組成，單顆紅色LED對應的合色照明系統 由第二合色積分光棒、第二中繼成像照明系統、第一合色鏡、第二合色鏡組成，單顆藍色LED 對應的合色照明系統由第三合色積分光棒、第三中繼成像照明系統、第二合色鏡組成。
8.根據權利要求6所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於 所述的合色照明系統分為三路，單顆藍色LED對應的合色照明系統由第三合色積分光棒、 第三中繼成像照明系統、第三合色鏡、第四合色鏡組成，單顆紅色LED對應的合色照明系統 由第二合色積分光棒、第二中繼成像照明系統、第三合色鏡、第四合色鏡組成，單顆綠色LED 對應的合色照明系統由第一合色積分光棒、第一中繼成像照明系統、第四合色鏡組成。
9.根據權利要求6所述的基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎，其特徵在於所 述的合色照明系統分為三路，由合色積分光棒、中繼成像照明系統、合色X-cube組成。
專利摘要本實用新型屬於投影顯示技術領域，具體為一種基於CF-LCoS的色域擴展緊湊型微型光引擎。其特徵在於沿光線傳播方向依次設置LED照明光源、合色照明系統、PBS偏振稜鏡、CF-LCoS微顯示晶片以及投影成像物鏡，LED照明光源發出的光線通過合色照明系統形成色域範圍和CF-LCoS微顯示晶片完全匹配的照明光斑，該光斑將CF-LCoS微顯示晶片的圖像照亮，形成色彩飽和度高、表現自然的圖像，然後通過PBS偏振稜鏡、投影成像物鏡將該圖像投影到屏幕上。與採用白光LED照明CF-LCoS投影系統相比，投影圖像色彩飽和自然，表現力豐富，克服白光LED引起的色域不匹配問題，結構簡單，組裝方便，成本低。
文檔編號G03B21/14GK201926854SQ20102064995
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者餘飛鴻, 劉欽曉, 周建軍, 張文字 申請人:杭州晶景光電有限公司