專利名稱：消色度差平板顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種校正平板顯示器中的色度差的方法，特別涉及一種圖像由一微顯示器投射到一錐形透明板的顯示器。
具有非常大的顯示屏從而可以激勵我們周圍視覺的快速反應(yīng)的顯示器可以非?？焖俚亟o出圖像，他們最好為平板形式以便這種顯示器可以很容易安裝在房間的墻壁上。但是，行和列透明導(dǎo)線的電阻/電容時間常數(shù)以及平板印刷術(shù)所能足夠精確地形成晶體管的區(qū)域限制了傳統(tǒng)的平板顯示器的尺寸。制造屏幕對角線大于一米的有源矩陣液晶顯示器的成本非常高，甚至較便宜的等離子顯示器對大眾使用來說也很昂貴，但成本隨著尺寸降低而顯著減小，用于視頻投影器中的2”x2”的液晶顯示器相對很便宜，而手指甲大小的微型顯示器的成本則只要幾美元。
視頻投影器包括一個二維顯示器，一個投影透鏡和一個半透明屏幕，該投影透鏡在該半透明屏幕上形成該二維顯示的一個放大圖像，該圖像幾乎可任意大。視頻投影器很便宜，因此變得很普遍，但它存在一些缺點(diǎn)。在需要放置在半透明屏幕前面的那類投影器中，投影器經(jīng)常妨礙觀眾，或者觀眾會妨礙投射的光線。另外，除非房間的光線很昏暗，否則由于屏幕散射背景光和投影的圖像，圖像看起來就像褪色了一樣。該投影器或者可以置于屏幕的后面，從而在觀眾和屏幕之間沒有任何障礙，屏幕只散射入射在他后面的光，但背投影顯示器體積很大。
近來，在申請WO01/72037中公開了一種錐形顯示器，它包括一個視頻投影器和一個錐形玻璃片。該視頻投影器自身包括一個近似校準(zhǔn)的照明光源，一個微顯示器，一個會聚透鏡和一個投影透鏡，當(dāng)光線離開投影透鏡時，它們形成一個狹窄的收斂部分。此時光線射入錐形玻璃片或板的厚端。當(dāng)光線射入一個錐形玻璃板的厚端時，則每當(dāng)光線在該錐形板內(nèi)部在相對表面反射時，相對于該錐形板的一個表面測量的平面出射角都將改變。最后，光線沿該錐形板傳輸足夠遠(yuǎn)，直到該出射角變得大于臨界角，在這一點(diǎn)，光線脫離錐形。因此，通過光線的入射角，可以確定光線離開錐形板時在玻璃錐形板內(nèi)的傳輸距離。這樣，微顯示器上的二維像素陣列可以與錐形波導(dǎo)的表面上的二維像素陣列一一對應(yīng)。需要提供防反射涂層，以確保當(dāng)光線達(dá)到臨界角時，所有的光線都離開屏幕，否則，圖像的相鄰行之間會出現(xiàn)模糊。
該錐形的顯示器可在仍然保持背屏幕投影顯示器的很多優(yōu)點(diǎn)的同時，被制成平面狀，但該平板通常由會導(dǎo)致光學(xué)散射的材料制成。這使得被投影出的圖像具有色度差。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種消色度差平板投影顯示器，包括一個視頻投影器，和一個位于投影器和平板之間的色散棱鏡，該投影器用于通過一會聚透鏡向一錐形的透明平板中投影一個圖像，并在該平板的一個表面顯現(xiàn)該圖像，該色散棱鏡用于補(bǔ)償該平板的色散。
該棱鏡與平板可由相同材料制成，且該棱鏡可在平板的寬度方向上延伸，可能與平板集成一體或者甚至與會聚透鏡集成一體。通常棱鏡角度大約為45°。
為了更好的理解本發(fā)明，下面將用例子的方式，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。附圖為圖1示出怎樣通過光線的入射角度來確定光線沿一錐形透明板傳輸?shù)木嚯x；圖2示出怎樣通過跟蹤一個通過該錐形板的鏡像圖像的直線光線來發(fā)現(xiàn)通過該錐形板的光線的路徑；圖3示出圖2的三角幾何法；
圖4示出采用本發(fā)明的一個消色度差平板投影顯示器。
圖1示出平板錐形波導(dǎo)顯示器的基本原理。視頻投影器發(fā)出的光入射進(jìn)入一透明錐形板1的厚端。以所示的兩個光線為例，各像素行發(fā)出的光以稍微不同的角度入射。
隨著光線在平板的相對錐形表面上反射，光線入射角將不斷變得更加陡峭，直到在對應(yīng)于光線的入射角的一點(diǎn)(或線)上離開平板為止，該點(diǎn)(或線)也對應(yīng)于它們在原始圖像中的行位置。顯示出的光線很淺，但如WO01/72037中所述，可以通過已知手段，將它們置為更接近于垂直，并在用于觀看的方位擴(kuò)展。正常情況下圖像可橫向的(垂直于紙)擴(kuò)展，從而使圖像與平板一樣寬。
該平板1導(dǎo)致色度差。由錐形平板1的光學(xué)色散導(dǎo)致的色度差具有兩個成分。首先，不同波長的光線具有不同的臨界角，因此即使光線在錐形板1中具有相同的初始角，它們也將在不同的點(diǎn)顯現(xiàn)。其次，在射入板1之前具有相同角和不同波長的光線將在射入板1之后具有不同的角。
本發(fā)明公開在錐形板1的入口處的色散棱鏡或斜面怎樣疊加從而彼此抵消兩個作用，并示出怎樣計(jì)算棱鏡或斜面的校正角。
為了跟蹤通過錐形板1的光線，最好考慮跟蹤通過一堆楔形物5的直線光線，在光學(xué)上等效于圖2。當(dāng)光線以臨界角θc射到接觸面時，光線顯示出來，利用圖3的幾何學(xué)，可知距錐形平板1的頂端(在此光線顯現(xiàn)出來)的距離與光線射入的角度相關(guān)。
這表示為XcosθcL=sinθ]]>
其中，θ為波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)钠矫娉錾浣?out-of-plane angle)。現(xiàn)在臨界角可以定義為sinθc=1n]]>因此cosθc=1-1n2.]]>和XL=nn2-1sinθ]]>現(xiàn)在，光線以被稱為θ1的角度從空氣(折射系數(shù)＝1)在入射點(diǎn)射入到玻璃(折射系數(shù)＝n)中，如果楔形的邊緣以角度β傾斜，則如附圖標(biāo)記10所示，Snell定律給出sin(θ1+β)＝n sin(θ+β)我們可以將sinθ重寫為sinθ＝sin[(θ+β)-β]利用標(biāo)準(zhǔn)三角變換，可以給出sinθ＝sin(θ+β)cosβ-cos(θ+β)sinθ利用Snell定律sinθ=1nsin(θ1+β)cosβ-1-1n2sin2(θ1+β)sinβ]]>因此XL=sin(θ1+β)cosβ-n2-sin2(θ1+β)sinβn2-1]]>大多數(shù)材都是色散的，因此由于波長的改變引起的折射率在平均值n0附近的變化δn導(dǎo)致距楔形的頂點(diǎn)(在此光線顯現(xiàn)出來)的距離在中心點(diǎn)X附近的變化δX。根據(jù)Taylor理論，δX表示為δXL≈δnd(X/L)dn]]>現(xiàn)在，我們設(shè)定δX等于0，且d(X/L)dn=-n0sin(θ1+β)cosβ-n02-sin2(θ1+β)sinβ(n02-1)3/2-n0(n02-sin2(θ1+β))-1/2sinβn02-1]]>因此sin(θ1+β)cosβ-n02-sin2(θ1+β)sinβn02-1=-(n02-sin2(θ1+β))-1/2sinβ]]>且重新整理為sin(θ1+β)tanβ=n02-sin2(θ1+β)-(n02-1)n02-sin2(θ1+β)]]>該公式給出可用代數(shù)或數(shù)字解出的二次方程，這樣可以確定假定δX為零時特定的θ1對應(yīng)的β值。例如，如果n0＝1.5且θ1＝13.7°，該角度通?？僧a(chǎn)生一個到錐形板1的屏幕為半程的光線，則β＝-45°。
可通過以β＝-45°的角度拋光錐形板1的厚端，或通過使它平整并插入一個與錐形板1具有相同光學(xué)色散(例如由相同材料制成，或通過使兩個結(jié)合在一起)的45°的棱鏡3作為錐形平板1。一個具有不同光學(xué)色散的棱鏡或一個光柵或其他色散元件也可以用來校正色度差，該元件的尺寸的設(shè)定可采用上述的方式。
如果需要第二次色度差校正，則與n相關(guān)的(X/L)的二次微分也必須等于0，這可以通過插入一對散色元件來實(shí)現(xiàn)，這兩個散色元件對X/L具有獨(dú)立的影響，例如衍射光柵和棱鏡，具有以上述方式相同的方法計(jì)算得到的尺寸。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的消色度差平板投影顯示器，包括一個視頻投影器2a，一個會聚透鏡2b，一個錐形透明板1，一個通過擴(kuò)展從平板顯現(xiàn)出的光線來實(shí)現(xiàn)可見圖像的漫射屏幕4，一個色散棱鏡3，該棱鏡3的直徑可通過上述方法來確定。如果平板用作輸入波導(dǎo)，從而在光線進(jìn)入錐形波導(dǎo)之前橫向地放大圖像，則棱鏡可被置于輸入波導(dǎo)的前面或后面。
權(quán)利要求
1.一個消色度差平板投影顯示器，包括一個用于投影待顯示的圖像的圖像投影器(2)和一個錐形透明板(1)，其中圖像被投影進(jìn)該錐形板的厚端，從而使光線在該錐形板的一個表面顯現(xiàn)，該錐形板由色散材料制成；還包括一個色散棱鏡(3)，該棱鏡位于投影器和錐形板之間，用于補(bǔ)償出現(xiàn)在錐形板中的色散。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中棱鏡(3)為分離元件。
3.利要求2所述的顯示器，其中棱鏡與錐形板由相同的材料制成。
4.利要求1所述的顯示器，其中棱鏡與平板集成在一起，從而使輸入邊緣傾斜。
5.述任一權(quán)利要求所述的顯示器，其中棱鏡的角度β滿足sin(θ1+β)tanβ=n02-sin2(θ1+β)-(n02-1)n02-sin2(θ1+β)]]>其中θ1為空氣中相對于錐形板的平面的輸入角度，n0為覆蓋從投影器輸入的波長范圍的平板材料的平均折射系數(shù)。
全文摘要
一種消色度差平板投影顯示器，包括一個視頻投影器2a，一個會聚透鏡2b，一個錐形透明板，該錐形透明板將投影器發(fā)出的輸入圖像擴(kuò)展到平板的整個區(qū)域。為了補(bǔ)償平板中的色度差，在該平板的輸入邊緣處使用一個色散棱鏡。該棱鏡可簡單的為在平板的輸入邊緣，即平板的厚端的傾斜面的一個分離部分。
文檔編號G02B6/08GK1476720SQ01819494
公開日2004年2月18日 申請日期2001年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月25日
發(fā)明者艾德麗·羅伯特·利·特拉維斯, 艾德麗 羅伯特 利 特拉維斯 申請人:劍橋平投影顯示有限公司