本实用新型适用于投影技术领域，提供了一种投影显示光学系统，包括：光源模块，用于发射包含三原色光和激发波段光的入射光；调制模块，用于根据调制信号对三原色光和激发波段光进行调制，分别得到对应三原色光的第一调制画面和对应激发波段光的第二调制画面；以及图像接收模块，包括荧光粉层；第一调制画面和第二调制画面同步入射至荧光粉层上，激发波段光激发荧光粉层；由于激发波段光调制后也具有相应的灰度值信息，荧光粉层激发后对应不同像素的激发强度不同，可以得到一个加强画面，利用加强画面与正常显示画面的叠加来提高显示亮度，这与已有的加大光源亮度和提高幕布抗光性能两种方案而言，亮度提高效果更佳。