CN1538201A - 投影显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括照明模块的投影显示器。照明模块包括：设有多个发光器件的光源；包括上表面和侧面的导光板，光入射到侧面上、并从上表面出射，上表面面对光调制器；和光传输件，该传输件把从光源发出的光导向导光板的侧面，光传输件的平行于侧面的横截面的面积从侧面朝光源增大。

Description

投影显示器

技术领域

本发明涉及一种将放大的图像投影到屏幕上的投影显示器。

本申请要求享有2003年4月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请2003-23726号的优先权，该申请的内容在此引为参考。

背景技术

近年来，一种把经如液晶板之类的光调制器调制后放大的图像投影到屏幕上的投影显示器越来越流行。

图1是传统投影显示器的结构示意图。

参见图1，传统的投影显示器包括作为光调制器的液晶板20、用于向液晶板20发射光束的照明模块10和用于将调制的图像以放大的比例投影的投影透镜40。

投影显示器包括三个分别对应于彩色图像即红色(R)图像、绿色(G)图像和蓝色(B)图像的液晶板20R、20G和20B。附图标记30代表合成棱镜，它合成已经被液晶板20R、20G和20B调制过的光，以分别对应于彩色图像并使光束向投影透镜40照射。

照明模块10包括光源1、积分器3、会聚透镜4、多个反射镜5R、5G、5B和6，以及多个中继透镜7和8。

将金属卤灯、高压汞灯等用作光源1。光源1的位置设在具有抛物面的反射镜2的焦点处，以获得平行光束。积分器3用于均匀地对液晶板20R、20G和20B照明。通常，将形成为二维微透镜的一对蝇眼透镜用作积分器3。透过积分器3的光束由会聚透镜4聚焦。反射镜5R、5G和5B是分别反射红光、绿光和蓝光并透射其它颜色的光的可供选择的反射镜。光在穿过反射镜5R、5G和5B的同时被分成红光、绿光和蓝光。三色光通过中继透镜7和8被分别入射到液晶板20R、20G和20B。液晶板20R、20G和20B调制入射光并输出R、G和B图像。分别从液晶板20R、20G和20B发出的光由合成棱镜30合成并通过投影透镜40以放大的比例进行投影。

用作传统投影显示器光源的灯的使用寿命最长为几千小时。因此，使用传统投影显示器的缺点在于需经常更换灯。传统投影显示器的另一个缺点在于要使用多个反射镜和透镜，因而照明模块相当庞大。

公开号为2001-42431的日本专利公开了一种利用发光二极管(LED)的照明模块，它也需要相当多的透镜和反射镜。因而也限制了照明模块尺寸的减小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用改进的照明模块的投影显示器，该照明模块包括多个发光器件和一导光板，以使投影显示器小型化，并延长其使用寿命。

根据本发明一方面，所提供的投影显示器包括：一照明模块；及一光学调制器，该调制器响应图像数据调制从照明模块入射的光，其中，照明模块包括：一包括多个发光器件的光源；一包括上表面和侧面(edge surface)的导光板，其中光从侧面入射、从上表面出射，上表面面对光调制器；和一光传输件，该传输件把从光源发出的光导向导光板的侧面，光传输件的平行于侧面的横截面的面积从侧面朝光源增大。

光源可以包括多个发光器件阵列，其中多个发光器件被对准，发光器件可以是发光二极管。

光传输件可以由透明材料制成，并且可以包括面对侧面的光出射部分、面对光源的光入射部分、和将光入射部分与光出射部分相联的主体部分。

可将主体部分的外周表面处理成使光束向主体部分的内部反射。

主体部分可以包括多个阶梯部分，每个阶梯部分包括平行于光传播方向的第一表面和处理成有反射功能的第二表面，第一表面和第二表面之间形成预定角度。

光入射部分可以包括多个相对于光传播方向倾斜的光入射面，可以将多个发光器件在内部被对准的至少一个发光器件阵列设置成与光入射面对应。

发光器件可以包括发光二极管。

光传输件可以由与导光板相同折射率的材料制成，并且光传输件可以与导光板形成一体。

光传输件可以包括一个中空矩形管形状的光管，其内表面反射光束。

根据本发明另一方面，所提供的投影显示器包括：一照明模块；及一光调制器，该调制器响应图像数据调制从照明模块入射的光，其中照明模块包括：设有多个发光器件的光源；和一包括上表面和光传输部分的导光板，光从上表面出射，上表面面对光调制器，光传输部分从与上表面相交的虚似侧面(virtual edge surface)延伸，其尺寸从虚拟侧面朝光源增大。

可以将光传输部分的、除面对光源的表面以外的外周表面处理成反射光束。

光传输部分可以与导光板形成一体。

光传输部分可以包括多个阶梯部分，每个阶梯部分包括平行于光传播方向的第一表面和处理成有反射功能的第二表面，第一表面垂直于第二表面。

光传输部分可以包括多个从光源发出的光入射在上面的光入射面，所述多个入射面相对于所述光传播方向倾斜，和至少一个可设置成与光入射面对应的发光器件阵列。

附图说明

下面结合附图对示例性实施方式进行详细描述，通过描述，本发明的上述及其它特点和优点将更加清晰。附图中：

图1是传统投影显示器的结构示意图；

图2是本发明一示例性实施方式的投影显示器示意图；

图3是本发明第一示例性实施方式的、用在图2所示投影显示器中的照明模块的透视图；

图4是本发明第一示例性实施方式的、用在图2所示投影显示器中的照明模块的截面图；

图5是本发明第二示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的截面图；

图6是本发明第三示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图；

图7是本发明第四示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的截面图；

图8是本发明第五示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图；

图9是本发明第六示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图；

图10是本发明第七示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图。

具体实施方式

下面将参考示出了本发明的示例性实施方式的附图更全面地描述本发明。

图2是本发明一示例性实施方式的投影显示器结构的示意图。

参见图2，本实施方式的投影显示器包括液晶板200R、200G和200B，三个用于对液晶板200R、200G和200B照明的照明模块100，用于合成分别由液晶板200R、200G和200B调制的彩色光束的合成棱镜300，和用于将合成的光束以放大的比例投影到屏幕S上的投影光学系统400。附图标记500表示将已经透过合成棱镜300的光束导向投影光学系统400的反射镜。

液晶板200是一投影式光调制器，其响应图像数据调制从照明模块100发出的光以输出该光束。液晶板200是约为1英寸宽和1英寸长的小型液晶板。

图3和4分别是本发明第一示例性实施方式的、用在图2所示投影显示器中的照明模块100的透视图和截面图。

参见图3和4，每个照明模块100包括光源110、导光板120和光传输件140。

导光板120通过全反射导引光束。通常，液晶板200需要照明时，将导光板120构造成1英寸宽和1英寸长的平板形式。本导光板有一个出射光束并面对液晶板200的上表面121和一个光束入射在上面的侧面122，上表面121与侧面122相交。导光板120由透明材料制成，如玻璃、透明的丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))或透明的烯类树脂，其折射率约为1.5。

当导光板120内部的光相对于上表面121的入射角A3小于导光板120的临界角时，光可以穿过上表面121。否则，光被全反射。由于除非传播角度有所改变、已经被全反射过一次的光相对于上表面121的入射角不变，所以光不能穿过导光板120的上表面121。因此，在导光板120的底面123上设置一个光束角度转变器130，以改变导光板120内传播的光束的角度。光束角度转变器130可以是散射光束的散射图案，或衍射光束的衍射图案。光束角度转变器130可以这样形成，即越接近光束入射在上面的侧面122图案、分布越稀疏，而越远离侧面122图案、分布越稠密。光束角度转变器130可以设置在导光板120的上表面121上，或设置在上表面121和下表面123两者上。按照本实施方式，光束角度转变器130设置在导光板120的下表面123上。

光传输件140夹置在光源110和导光板120的侧面122之间，以将光源110发出的光导向侧面122。本实施方式的光传输件140由透明材料制成。光传输件140包括面对导光板120的侧面122的光出射部分141、面对光源110的光入射部分142、和将光入射部分142与光出射部分141相联的主体部分143。

在本实施方式中，光出射部分141具有基本上与导光板120的侧面122形状相同的形状，并与侧面122接触。在本实施方式中，光源110辐射的光束入射在上面的光入射部分142的平行于侧面122的截面的截面面积大于侧面122的面积。因而光传输件140具有立方体形状，其整体上从光出射部分141向光入射部分142扩大。

虽然图3和4中示出的光传输件140的光入射部分142具有的宽度L3和长度L4大于侧面122的宽度L1和长度L2，但这只是为了图示说明，并不是对本发明范围的限制。光入射部分142的宽度L3可以与侧面122的宽度L1相同，光入射面142的长度L4可以大于侧面122的长度L2。或者，光入射部分142的长度L4可以与侧面的长度L2相同，光入射面142的宽度L3可以大于侧面122的宽度L1。

光传输件140最好由与导光板120的材料具有相同折射率的材料制成，尤其优选由与导光板120相同的材料制成。本实施方式的光传输件140由与导光板120相同的材料制成。

经光入射部分142入射并透入到光传输件140内部的光在主体部分143的外周表面144处反复经历全反射，由此传播到光出射部分141，并经侧面122入射到导光板120。

为了通过光传输件140提高光传输效率，在本示例性实施方式中，利用反射涂覆(reflex coating)等工序处理主体部分143的外周表面144，以反射光束。这是因为主体部分143的外周表面144相对于光传播的方向T倾斜。当在外周表面144上全反射的光又入射到外周表面144上时，其入射角变得小于临界角。因而光不被反射而透过外周表面144，由此造成光损失。

光源110以可使光入射到光入射部分142上的方式形成。可以用多个发光器件112作为光源110。可以用一个或多个内部对准有多个发光器件的发光阵列113作为光源。发光二极管(LED)、激光二极管、有机电致发光(EL)器件等可以用作发光器件112。在本实施方式中，将发光器件阵列113用作光源110，LEDs用作发光器件112。

反射镜150最好设置在光源110的周围。反射镜150反射从光源110辐射的光束，以入射到光传输件140上。另外，反射镜150反射从光传输件140发出的光，以使其再一次入射到光传输件140上。

凭借这种结构，从光源110发出的光经光入射部分142进入光传输件140。在穿过光入射部分142的同时，由于光传输件140和介质之间的折射率之差，光被折射，所述介质例如是光源110和光传输件140之间的空气。LED一般发出的光的方位角A1为±90°。当光传输件140的折射率为1.5时，已经穿过光入射部分142的光相对于光传播方向T的角度A2约为±42°。主体部分143的外周表面144成为与外部介质、即空气的界面。此光束经历反复的全反射并再经光出射部分141出射。光经侧面122进入导光板120之后，穿过光束角度转变器130并经上表面121出射，对液晶板200照明。液晶板200响应图像数据调制入射光以输出光束。由合成棱镜300合成分别从液晶板200R、200G和200B输出的每种颜色的光，并由投影光学系统400经反射镜500投影到屏幕S上。

根据采用导光板120的本实施方式，可以获得比使用多个反射镜和透镜的传统投影显示器小的投影显示器。另外，发光器件112、如LEDs的使用寿命比金属卤灯或高压汞灯的使用寿命长。

为了在屏幕S上获得更亮的图像，必须从光源110发出更多的光。特别是将如LEDs之类的发光器件112用作光源110时，由一个发光器件112发出的光量一般不够。因而需要使用多个发光器件112。当把发光器件112直接安装在导光板120的侧面而不使用光传输件140时，设置的发光器件112的数量由于导光板120的尺寸而受到制约。用在投影显示器中的导光板120约为1英寸宽和1英寸长。因此，直接安装在侧面122处的发光器件112的数量受到限制。

但是，根据本实施方式，在光源110和导光板120的侧面122之间夹置一个包含截面面积大于侧面122的截面面积的光入射部分142的光传输件140。结果，可以设置比发光器件112直接安装在导光板120侧面122处的情形更多的发光器件，从而在屏幕S上可获得更亮的图像。虽然根据本实施方式描述了一组发光器件阵列113，但这只是举例说明，并不限定本发明的范围。为了在屏幕S上获得必需的亮度，可以设置两组或多组发光器件阵列113。

下面将解释根据本发明其它实施方式的投影显示器中采用的照明模块。对下面所述装置中上面已经描述过的部件采用相同的附图标号，并不再进行说明。

图5是本发明第二示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的截面图。本实施方式的光传输件140a通过改进图4所示的光传输件140的光入射部分的结构而制成。

参见图5，光传输件140a的光入射部分142a包括第一光入射面145和第二光入射面146。第一光入射面145和第二光入射面146相对于光传播方向T倾斜。光源110安装成把光束投向第一光入射面145和第二光入射面146。在本示例性实施方式中，发光器件阵列113用作光源110，并且将一个或多个发光器件113布置成分别对应于第一和第二光入射面145和146。

如上所述，因为在光入射部分142a上设置两个或多个倾斜的光入射面145和146，所以其上可以安装光源110的有效面积增大。其结果是可以设置更多的发光器件112，由此能够在屏幕S上产生更亮的图像。

虽然根据本实施方式设置了两个光入射面，但这只是举例说明，并不限定本发明的范围。如果需要，也可以设置三个或多个光入射面。

图6是本发明第三示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图。第三示例性实施方式的光传输件140b通过改进图4所示光传输件140的主体部分的结构而制成。

参见图6，光传输件140b的主体部分143b包括多个阶梯部分149，每个阶梯部分具有平行于光传播方向T的第一表面147和与第一表面147形成预定角度的第二表面148。因此，主体部分143b的整体形状看起来象将光入射部分142和光出射部分141相联的阶梯。

利用反射涂覆(reflection coating)处理第二表面148，以将光反射到主体部分140b内。适当确定第一表面147和第二表面148之间的角度以及阶梯部分149的数量，以增大到达导光板120的侧面122的光量。按照本实施方式，第二表面148垂直于第一表面147。

根据以上构成的本实施方式，第一表面147成为作为外部介质的空气与光传输件140b之间的界面。当光传输件140b的折射率为1.5时，临界角约为42°。经光入射部分142进入到内部的光相对于光传播方向T的角度为±42°。因此，虽然光入射到第一表面147，但几乎被全反射。另外，因为第二表面148被处理成反射光，所以入射到第二表面上的光也几乎被反射。结果，光从光入射部分142传输到光出射部分141，然后入射到导光板120。

一般而言，全反射条件下的光反射率高于在被处理成反射光的表面上的反射率。本实施方式中的第一表面147采用全反射条件、第二表面148处理成反射光束的条件，与外周表面144处理成整体上反射光的图3和4中所示的第一示例性实施方式相比，可以减少反射过程中的光损失。因此，因为从光源110发出的光基本上可以传输到导光板120，所以可以有效地利用光束。

图7是本发明第四示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的截面图。图7所示的实施方式是图6所示的第三示例性实施方式与图5所示的第二示例性实施方式的组合，因此，此处仅简要解释，以免累赘。

参见图7，光传输件140c包括具有第一光入射面145和第二光入射面146的光入射部分142a和主体部分143b，其中第二光入射面相对于光传播方向T倾斜，主体部分有多个阶梯部分149，每个阶梯部分包括平行于光传播方向T的第一表面147和处理成反射光束的第二表面148，第一表面147和第二表面148之间形成预定角度。如果需要，光入射面的数量可以是三或更多。在本实施方式中，用发光器件阵列113作为光源110，将一个或多个发光器件阵列113设置成与光入射面145和146对应。

根据以上构成的本实施方式，可以使安装光源110的有效面积增大，因而可以安装数量更多的发光器件112。另外，反射过程中发生的光损失利用全反射可减到最小，由此进一步提高了图像的亮度。虽然图6和7中所示的光传输件140b和140c具有形成在主体部分143b的四侧上的阶梯部分149，但这只是举例说明，并不限定本发明的范围。阶梯部分149可以只形成在主体部分143b中彼此面对的两对表面中的一对表面上。

上述示例性实施方式中的光传输件可以与导光板形成为一体。图8是本发明第五示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图，图9是本发明第六示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图。图8和9中所示的照明模块通过图3和7所示的光传输件与导光板形成一体而制成。无需赘述，虽然图中没有示出，但图5和6中所示的光传输件也可以与导光板形成一体。

参见图8，导光板120a包括面对液晶板200的上表面121和光传输部分160，其中光从上表面121出射，而所述光传输部分从与上表面121相交的虚拟侧面125延伸，其尺寸从虚拟侧面125向光源110增大。如前述的、图4所示的第一示例性实施方式所述，优选将光传输部分160的、除面对光源110的表面161以外的外周表面处理成反射光束。其它部件在结构和功能上与图4所示的第一示例性实施方式相同。

参见图9，导光板120b包括面对液晶板200的上表面121和光传输部分160a，其中光从上表面121出射，而所述光传输部分从与上表面121相交的虚拟侧面125延伸，其尺寸从虚拟侧面125向光源110增大。光传输部分160a允许光从中传播，它包括相对于光传播方向T倾斜的第一光入射面145和第二光入射面146以及多个阶梯部分149，每个阶梯部分具有平行于光传播方向T的第一表面147和处理成反射光束的第二表面148，第一表面147和第二表面148之间形成预定的角度。其它部件与图7所示相同。

比较图8和9所示的第五和第六示例性实施方式与图4和7所示的第一和第四示例性实施方式，它们的工作情况和效果类似。但根据第五和第六示例性实施方式，因为光传输件160和160a分别与导光板120a和120b形成一体，所以有利地减少了光穿过的介质数量。由此减少了光沿光路到达液晶板200的光损耗。另外，因为部件的数量减少，所以能提高制造投影显示器的工艺效率(process efficiency)。

图10是本发明第七示例性实施方式的、用在投影显示器中的照明模块的透视图。

参见图10，将中空矩形管形式的光管170用作光传输件。光管170的内壁171被处理成反射光束。光管170的两端部彼此相通并敞开，使得它们起光入射部分172和光出射部分173的作用，其中光进入所述光入射部分，而所述光出射部分面对导光板120的侧面122。在本实施方式中，光入射部分172的截面面积大于导光板120的侧面122的截面面积。因此，光管170构造成在截面面积上从光出射部分173朝着光入射部分172整体上扩大。在本实施方式中，光出射部分173形成为与导光板120的侧面122接触。

从光源110发出并经光入射部分172进入的光在内壁171上经历反复反射，以传输到光出射部分173，然后经侧面122入射到导光板120。

根据以上构成的第七实施方式，因为光入射部分172的截面面积大于导光板120的侧面122的截面面积，所以与发光器件112直接安装在导光板120的侧面122的情况相比，可以安装更多的发光器件112，从而导致屏幕S上的图像更亮。

本发明的投影显示器具有下列效果。

第一，因为在照明模块中采用了导光板，所以可以获得比传统的使用多个反射镜和透镜的投影显示器小的投影显示器。

第二，因为如LED之类的发光器件的使用寿命比金属卤灯或高压汞灯的使用寿命长，所以避免了频繁更换光源的麻烦。

第三，因为借助于光传输件扩大了可以安置发光器件的物理空间，所以可以提高图像的亮度。

第四，因为光传输件与导光板形成一体，所以可以减少从光源到光调制器的光路的光损耗，并且可以减少部件数量，由此提高了制造投影显示器的工艺效率。

虽然以上参考示例性实施方式具体示出并描述了本发明，但本领域的技术人员在不超出本发明由权利要求限定的构思和保护范围的前提下可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (22)

1.一种投影显示器，包括：

一照明模块；及

一光调制器，其用于响应图像数据调制从所述照明模块入射的光，

其中，所述照明模块包括：

一包括多个发光器件的光源；

一包括一上表面和一侧面的导光板，光从所述侧面入射、从所述上表面出射，所述上表面面对光调制器；及

一光传输件，其将从所述光源发出的光导向所述导光板的所述侧面，该光传输件的平行于所述侧面的横截面的面积从所述侧面朝所述光源增大。

2.如权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光传输件由透明材料制成，其包括一面对所述侧面的光出射部分、一面向所述光源的光入射部分、和一将所述光入射部分与所述光出射部分相联的主体部分。

3.如权利要求2所述的投影显示器，其中，所述主体部分的外周表面被处理成将光束向所述主体部分的内部反射。

4.如权利要求2所述的投影显示器，其中，所述主体部分包括多个阶梯部分，每个阶梯部分包括一平行于光传播方向的第一表面和一处理成有反射功能的第二表面，所述第一表面和第二表面之间形成预定角度。

5.如权利要求4所述的投影显示器，其中，所述第二表面垂直于所述第一表面。

6.如权利要求2所述的投影显示器，其中，所述光入射部分包括多个相对于所述光传播方向倾斜的光入射面。

7.如权利要求6所述的投影显示器，其中，所述光源包括多个发光器件阵列，其中多个发光器件被对准，并且至少一个发光器件阵列被设置成与所述光入射面对应。

8.如权利要求7所述的投影显示器，其中，所述发光器件包括一发光二极管。

9.如权利要求2所述的投影显示器，其中，所述主体部分包括多个阶梯部分，每个阶梯部分包括一平行于光传播方向的第一表面和一被处理成有反射功能的第二表面，所述第一表面垂直于所述第二表面，所述光入射部分包括多个相对于所述光传播方向倾斜的光入射面，所述光源包括多个发光器件阵列，其中多个发光器件被对准，并且至少一个发光器件阵列被设置成对应于所述光入射面。

10.如权利要求9所述的投影显示器，其中，所述发光器件包括一发光二极管。

11.如权利要求2所述的投影显示器，其中，所述光传输件由与所述导光板相同折射率的材料制成。

12.如权利要求2所述的投影显示器，其中，所述光传输件与所述导光板形成一体。

13.如权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光传输件包括一个中空矩形管形状的光管，其内表面反射光束。

14.如权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光源包括多个发光器件阵列，其中多个发光器件被对准。

15.如权利要求14所述的投影显示器，其中，所述发光器件包括一发光二极管。

16.一种投影显示器，包括：

一照明模块；及

一光调制器，其响应图像数据调制从所述照明模块入射的光，

其中，所述照明模块包括：

一包含多个发光器件的光源；及

一包括一上表面和一光传输部分的导光板，光从所述上表面出射，所述上表面面对所述光调制器，所述光传输部分从与所述上表面相交的虚拟侧面延伸，其尺寸从所述虚似侧面朝所述光源增大。

17.如权利要求16所述的投影显示器，其中，所述光传输部分的、除面对所述光源以外的所述外周表面被处理成反射光束。

18.如权利要求16所述的投影显示器，其中，所述光传输部分包括多个阶梯部分，每个阶梯部分包括一平行于所述光传播方向的第一表面和一被处理成有反射功能的第二表面，所述第一表面垂直于所述第二表面。

19.如权利要求16所述的投影显示器，其中，所述光传输部分包括多个从所述光源发出的光入射在上面的光入射面，所述多个光入射面相对于所述光传播方向倾斜。

20.如权利要求19所述的投影显示器，其中，所述光源包括多个发光器件阵列，其中多个发光器件被对准，并且至少一个发光器件阵列被设置成与所述光入射面对应。

21.如权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光传输件与所述导光板形成一体。

22.如权利要求16所述的投影显示器，其中，所述光传输件与所述导光板形成一体。

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