專利名稱：快速時(shí)序分色切換模組及由其構(gòu)成的投影顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速時(shí)序分色切換模組及由其構(gòu)成的投影顯示裝置，尤指一種快速時(shí)序分色切換分色模組，以及包括有快速時(shí)序分色切換分色模組的投影顯示裝置。
時(shí)序性的顏色切換模組一般可分為機(jī)械式與電子式兩大類。前者使入射白光依次經(jīng)機(jī)械切換的各色濾光鏡片而實(shí)現(xiàn)顏色切換。該裝置除了機(jī)械運(yùn)動(dòng)的缺點(diǎn)外，通常系統(tǒng)都較為復(fù)雜，其體積也較為龐大。后者則由電子電路與光閥開關(guān)組成成，因此，光閥的應(yīng)答速度、模組的透光率、顏色的純度以及明暗的對(duì)比度，便成為品質(zhì)好壞的關(guān)鍵。
現(xiàn)有的電子分色光閥模組，如在美國(guó)專利第4,232,948號(hào)中所述，以液晶光閥切換偏振性能，使之與一多層具雙折射性能的延遲器結(jié)合來選擇通過的光波色域。其透光率、切換速度與色純度均不理想。另外，在第5,347,378號(hào)美國(guó)專利中，利用染料偏光濾鏡接合快速液晶光閥的結(jié)構(gòu)，仍有透光率與色純度不足的問題。
為此，近期發(fā)表了以偏振延遲器堆疊結(jié)構(gòu)與一快速切換偏振的液晶光閥結(jié)合而成的具有高速率及飽和色度的紅、綠、藍(lán)三原色時(shí)序切換模組，其在第5,751,380號(hào)專利所揭示的裝置已經(jīng)開發(fā)成產(chǎn)品行銷于世。
如

圖1所示，其為第4,232,948號(hào)美國(guó)專利所公開的模組。其中10及20分別為垂直方向放置的可見光域偏光片；1、2、3分別為紅色(R)、綠色(G)、藍(lán)色(B)的光閥單元，其分別由一單片的強(qiáng)介電性液晶(FLC)面板100、200、300及前置PRS11、13、15與后置PRS12、14、16組合而成。將一時(shí)序脈沖400分別連接在FLC面板100、200及300，便可依次獲得偏振的紅、綠、藍(lán)光束。
如圖2所示，為另一相關(guān)技術(shù)。其中，分色棱鏡90-95主要用來進(jìn)行光合光，另外三片F(xiàn)LC面板70、72、74受到時(shí)序脈沖電源110的控制，依次將紅、綠、藍(lán)色光束切換射出。此模組的切換速度可達(dá)0.05msec。由于光學(xué)系統(tǒng)完全由介電材料干涉濾鏡處理，原則上紅、綠、藍(lán)光束的通光能量沒有任何損失，并且應(yīng)答速度完全一致；其可能的缺點(diǎn)在于光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)性難度與光束的有效收集率上。
前述兩種FLC面板模組的共同缺點(diǎn)在于光束穿過FLC面板時(shí)，受到對(duì)比率的限制，因此目前需要解決的問題就是在FLC面板快速的應(yīng)答的情況下，增加光閥模組的對(duì)比率。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種快速時(shí)序分色切換模組及由其構(gòu)成的投影顯示裝置，其可快速切換輸出具有高色純度及高色對(duì)比的不同波域的信號(hào)；所述的分色切換模組配合單片穿透式或反射式快速應(yīng)答的顯像元件，與其他如微小反射鏡系統(tǒng)，構(gòu)成一全彩的投影顯像系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種快速時(shí)序分色切換模組，它包括一個(gè)以上的次模組，其依次連接一可使一波域平行偏振光穿過，而其他波域平行偏振光被反射的濾光鏡；一個(gè)該波域的偏光分光鏡；一因外加電場(chǎng)變化而改變反射光束偏振的液晶面板；另一組放置在前一次模組旁的、可使第二選擇波域運(yùn)作的次模組，當(dāng)依次改變所述各次模組液晶面板的電場(chǎng)時(shí)，其依次將一個(gè)以上不同波域的平行偏振光，在與其入射垂直的方向依次以垂直偏振的光束射出，當(dāng)所述入射光束為垂直偏振光時(shí)，則其依次切換光束成平行偏振光束。
所述的液晶面板為三個(gè)強(qiáng)介電性液晶面板。
所述的一個(gè)以上不同波域?yàn)榧t、綠、藍(lán)三原色光的波域。
一種快速時(shí)序分色切換模組，其包括一用于將入射的光束分成一個(gè)以上不同波域的光束并從其中的不同棱鏡射出的棱鏡模組；一個(gè)以上用于將一個(gè)以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強(qiáng)介電性液晶面板，分別設(shè)置在一個(gè)以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強(qiáng)介電性液晶面板開或關(guān)，并使一個(gè)以上不同波域的光束依序自棱鏡模組中射出的電源，該電源分別連接到一個(gè)以上的強(qiáng)介電性液晶面板。
所述的棱鏡模組包括六個(gè)分色棱鏡，各棱鏡為膠合在一起或分離狀態(tài)。
所述的電源為連續(xù)脈沖電源。
上述的強(qiáng)介電性液晶面板的數(shù)目為三個(gè)。
上述的一個(gè)以上不同的波域?yàn)榧t、綠、藍(lán)三原色光的波域。
所述分色棱鏡由平行板組合。
一種快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其包括一將入射光束分成一個(gè)以上不同波域的光束并從其中不同棱鏡射出的棱鏡模組；一個(gè)以上用于將一個(gè)以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強(qiáng)介電性液晶面板，其分別設(shè)置在一個(gè)以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強(qiáng)介電性液晶面板開或關(guān)，并使一個(gè)以上不同波域的光束依序自棱鏡模組中射出的電源，其分別連接到數(shù)個(gè)強(qiáng)介電性液晶面板；一用于投射顯像模組的信號(hào)的顯像模組，其接收上述被依序射出的一個(gè)以上不同波域的光束。
該顯示裝置中的顯像模組為單片的穿透式液晶光閥或強(qiáng)介電性液晶面板。
該顯示裝置中的顯像模組為單片的反射式液晶面板或強(qiáng)介電性液晶面板。
上述的一個(gè)以上不同的波域?yàn)榧t、綠、藍(lán)三原色光的波域。
該顯示裝置中的棱鏡模組包括六個(gè)分色棱鏡。
該顯示裝置中的強(qiáng)介電性液晶面板的數(shù)目為三個(gè)。
該顯示裝置中的電源為連續(xù)脈沖電源。
本發(fā)明由于用以切換紅色、綠色、藍(lán)色光束的三片F(xiàn)LC面板為利用面板的反射結(jié)構(gòu)，其對(duì)比遠(yuǎn)大于使用穿透式面板；其結(jié)構(gòu)比穿透式面板簡(jiǎn)單，其各棱鏡中的分色鏡的性能較佳，制作簡(jiǎn)單；由于在各FLC面板關(guān)閉時(shí)，光束可沿著原入射光路徑射回，因此不須使用吸收裝置。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的分色模組的架構(gòu)示意圖。
圖2為另一現(xiàn)有技術(shù)的分色模組的架構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的一實(shí)施例的分色模組的架構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的種鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之一。
圖5為圖3的種鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之二。
圖6為圖3的種鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之三。
圖7為圖3的種鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之四。
圖8為圖3的種鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之五。
圖9為圖3的種鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之六。
圖10為本發(fā)明的另一實(shí)施例的分色模組的架構(gòu)示意圖。
圖11為圖10的棱鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之一。
圖12為圖10的棱鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之二。
圖13為圖10的棱鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之三。
圖14為圖10的棱鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之四。
圖15為圖10的棱鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之五。
圖16為圖10的棱鏡模組的各棱鏡中的分色濾鏡的光譜特性圖之六。
圖17為本發(fā)明的分色模組構(gòu)成的一投影顯示裝置的架構(gòu)示意圖。
圖18為本發(fā)明的分色模組構(gòu)成的另一投影顯示裝置的架構(gòu)示意圖。
圖19為本發(fā)明的分色模組所獲得的紅色、綠色及藍(lán)色光束的色純度的CIE座標(biāo)示意圖。
如圖3所示，本發(fā)明由六顆顏色選擇棱鏡120、122、124、126、128、130組合而成。其中，分色棱鏡120的光譜如圖4所示；分色棱鏡122的光譜如圖5所示分色棱鏡124的光譜如圖6所示；分色棱鏡126的光譜如圖7所示；分色棱鏡128的光譜如圖8所示；分色種鏡130的光譜如圖9所示。
當(dāng)平行偏振的入射白光自棱鏡上方射入時(shí)，平行偏振的紅光Pr穿過棱鏡120與122而射入FLC面板140。當(dāng)FLC面板140打開)時(shí)，平行偏振的紅光Pr(在圖中以實(shí)線表示)被反射并轉(zhuǎn)換成垂直偏振紅光Sr，而被棱鏡124反射穿過棱鏡126及130，并自模組左下方的棱鏡130射出。當(dāng)FLC面板140關(guān)閉時(shí)，平行偏振光Pr(在圖中以虛線表示)的偏振不變化，反射穿過棱鏡122及120，而依Pr’的路徑從原入射方向離開棱鏡模組。
入射至棱鏡120的平行偏振白光中的綠色光束Pg及藍(lán)色光束Pb經(jīng)反射后，射向棱鏡124。其中，綠光經(jīng)棱鏡124反射后穿過棱鏡126，射到FLC面板150上。當(dāng)FLC面板150打開時(shí)，平行偏振的綠色光束Pg(在圖中以實(shí)線表示)轉(zhuǎn)換成垂直偏振的綠色光束Sg，經(jīng)棱鏡模右下方的棱鏡130射出。當(dāng)FLC面板150關(guān)閉時(shí)，入射的綠色光束Pg(在圖中以虛線表示)則維持其平行偏振，并沿著Pg’光路徑，穿過棱鏡126，再先后由棱鏡124及120反射，而從入射光Ip方向從棱鏡模組射出。
入射白光中的藍(lán)光Pb，經(jīng)棱鏡120反射后通過棱鏡124，再穿過棱鏡128而射向FLC面板160。當(dāng)FLC面板160打開時(shí)，平行偏振的藍(lán)光Pb(在圖中以實(shí)線表示)被反射并轉(zhuǎn)換成垂直偏振的藍(lán)光Sb，再經(jīng)棱鏡128及130反射，而自棱鏡130射出。當(dāng)FLC面板160關(guān)閉時(shí)，則藍(lán)光Pb(在圖中以虛線表示)維持原來的偏振，沿著Pb’方向，經(jīng)棱鏡128及124，再由棱鏡120反射，而沿原入射光Ip的方向射出。
由以上的光路分析可知，將一快速脈沖電壓連接在FLC面板140、150、160上，便可依次自棱鏡130的右方射出紅色、綠色、藍(lán)色的垂直偏振光束。
圖10所示為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，該分色切換模組的結(jié)構(gòu)與圖3的實(shí)施例類似，但其入射光束為垂直偏振的白光Is。其中，分色棱鏡220的光譜如圖11所示；分色棱鏡222的光譜如圖12所示；分色棱鏡224的光譜如圖13所示；分色棱鏡226的光譜如圖14所示；分色棱鏡228的光譜如圖15所示；分色棱鏡230的光譜如圖16所示。
如圖17所示，本發(fā)明的分色切換模組可與一穿透式液晶成像模組170及投影物鏡組180結(jié)合，構(gòu)成一時(shí)序全彩投影顯示裝置；或如圖18所示，與一反射式液晶呈像模組190及投影物鏡180結(jié)合，構(gòu)成一時(shí)序全彩投影顯示裝置。
利用本發(fā)明的全彩投影系統(tǒng)紅、綠及藍(lán)色光束的色純度的CIE座標(biāo)如圖19所示。其中，由符號(hào)[o]所形成的三角形區(qū)域?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的色域，而符號(hào)[Δ]所形成的三角形區(qū)域?yàn)楸景l(fā)明的分色切換模組的色域。由圖中可看出，利用本發(fā)明的分色模組可得到較佳的色純度。
權(quán)利要求
1.一種快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于它包括一個(gè)以上的次模組，其依次連接一可使一波域平行偏振光穿過，而其他波域平行偏振光被反射的濾光鏡；一個(gè)該波域的偏光分光鏡；一因外加電場(chǎng)變化而改變反射光束偏振的液晶面板；另一組放置在前一次模組旁的、可使第二選擇波域運(yùn)作的次模組，當(dāng)依次改變所述各次模組液晶面板的電場(chǎng)時(shí)，其依次將一個(gè)以上不同波域的平行偏振光，在與其入射垂直的方向依次以垂直偏振的光束射出，當(dāng)所述入射光束為垂直偏振光時(shí)，則其依次切換光束成平行偏振光束。
2.如權(quán)利要求1所述的快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述的液晶面板為三個(gè)強(qiáng)介電性液晶面板。
3.如權(quán)利要求1所述的快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述的一個(gè)以上不同波域?yàn)榧t、綠、藍(lán)三原色光的波域。
4.一種快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于其包括一用于將入射的光束分成一個(gè)以上不同波域的光束并從其中的不同棱鏡射出的棱鏡模組；一個(gè)以上用于將一個(gè)以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強(qiáng)介電性液晶面板，分別設(shè)置在一個(gè)以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強(qiáng)介電性液晶面板開或關(guān)，并使一個(gè)以上不同波域的光束依序自棱鏡模組中射出的電源，該電源分別連接到一個(gè)以上的強(qiáng)介電性液晶面板。
5.如權(quán)利要求4所述的快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述的棱鏡模組包括六個(gè)分色棱鏡，各棱鏡為膠合或分離。
6.如權(quán)利要求4所述的一種快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述的電源為連續(xù)脈沖電源。
7.如權(quán)利要求4所述的快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述的強(qiáng)介電性液晶面板的數(shù)目為三個(gè)。
8.如權(quán)利要求4所述的快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述的一個(gè)以上不同的波域?yàn)榧t、綠、藍(lán)三原色光的波域。
9.如權(quán)利要求5所述的快速時(shí)序分色切換模組，其特征在于所述分色棱鏡為平行板組合。
10.一種快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于其包括一將入射光束分成一個(gè)以上不同波域的光束并從其中不同棱鏡射出的棱鏡模組；一個(gè)以上用于將一個(gè)以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強(qiáng)介電性液晶面板，其分別設(shè)置在一個(gè)以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強(qiáng)介電性液晶面板開或關(guān)，并使一個(gè)以上不同波域的光束依序自棱鏡模組中射出的電源，其分別連接到數(shù)個(gè)強(qiáng)介電性液晶面板；一用于投射顯像模組的信號(hào)的顯像模組，其接收上述被依序射出的一個(gè)以上不同波域的光束。
11.如權(quán)利要求10所述的快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的顯像模組為單片的穿透式液晶光閥或強(qiáng)介電性液晶面板。
12.如權(quán)利要求10所述的快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的顯像模組為單片的反射式液晶面板或強(qiáng)介電性液晶面板。
13.如權(quán)利要求10所述的快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的一個(gè)以上不同的波域?yàn)榧t、綠、藍(lán)三原色光的波域。
14.如權(quán)利要求10所述的快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的棱鏡模組包括六個(gè)分色棱鏡。
15.如權(quán)利要求10所述的快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的強(qiáng)介電性液晶面板的數(shù)目為三個(gè)。
16.如權(quán)利要求10所述的快速時(shí)序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的電源為連續(xù)脈沖電源。
全文摘要
一種快速時(shí)序分色切換模組及由其構(gòu)成的投影顯示裝置,其包括:一將入射的光束分成一個(gè)以上不同波域的光束,并從其中不同棱鏡射出的棱鏡模組;一個(gè)以上用于將一個(gè)以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強(qiáng)介電性液晶面板;一快速切換強(qiáng)介電性液晶面板開或關(guān)的電源,本發(fā)明可快速切換輸出高色純度及高色對(duì)比的不同波域光束;分色切換模組加上單片穿透式或反射式快速應(yīng)答顯示元件和其他反射鏡系統(tǒng)構(gòu)成了全彩投影顯示系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1368654SQ0110244
公開日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2001年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月2日
發(fā)明者賀方涓, 林來誠(chéng) 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院