專利名稱：投影顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示裝置，該裝置包括一種照射系統(tǒng)，該照射系統(tǒng)具有光源和用來提供照射光束的光導(dǎo)裝置，設(shè)置在輪盤上的濾色器裝置，該濾色器裝置用來透射照射光束的有色的部分，以及一種具有顯示板的圖象顯示系統(tǒng)，該圖象顯示系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)帶圖象信息的照射光束的有色部分，并將圖象投影在屏幕上。
背景技術(shù)：
投影顯示裝置可用于前后圖象投影系統(tǒng)。在后投影系統(tǒng)中，投影顯示裝置在漫射透明屏幕的后側(cè)上投影代表電視或數(shù)字圖形信息的圖象，其前側(cè)直對(duì)觀看者。在前投影系統(tǒng)中，投影顯示裝置在反射屏的前側(cè)上投影代表電視或數(shù)字圖形信息的圖象，該前側(cè)也直對(duì)觀看者。
這種投影顯示裝置從6,005,722號(hào)的美國(guó)專利可以知道。該已知的投影系統(tǒng)包括照射系統(tǒng)和圖象顯示系統(tǒng)，該圖象顯示系統(tǒng)有用來調(diào)節(jié)帶圖象信息的照射光束的圖象顯示板，該照射光束由照射系統(tǒng)供送。照射系統(tǒng)包括光源和用于形成照射光束的積分器系統(tǒng)。濾色輪盤包括紅，綠和藍(lán)色濾光器。濾色器占據(jù)濾色輪盤的角形段。濾色輪盤過濾來自照射系統(tǒng)的白光，從而產(chǎn)生有色的照射光束，該照射光束以輪盤的角速度成比例的速度將顏色由紅變至綠，由綠變至藍(lán)和由藍(lán)變至紅等。顯示板根據(jù)入射在顯示板上的照射光束的顏色的對(duì)應(yīng)的圖象信息調(diào)節(jié)有色的照射光束。反射偏光器可置于濾色輪盤和顯示系統(tǒng)之間。反射偏光器透射在第一方向上有偏振現(xiàn)象的那部分照射光束，并且反射在第二方向上有第二偏振現(xiàn)象的那部分照射光束，該第二方向垂直于第一方向。而且，光回收裝置可置于投影顯示裝置中，以便重新利用來自發(fā)射偏光器的反射光。二向色濾光器也可用于濾色輪盤。但是，在已知的投影裝置中，二向色濾色輪盤的使用未改善投影顯示裝置的光效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有增強(qiáng)光效率的投影顯示裝置。通過根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置可達(dá)到這個(gè)目的，并且其特征是濾色器裝置包括相鄰的螺旋形濾光器部分，該濾光器部分用來通過照射光束的有色的部分同時(shí)照亮顯示板的一些部分，從而照射光束的有色的部分使顯示板的這些部分連續(xù)被照射。在如權(quán)利要求所述的裝置中，照射光束的未使用的部分可反回到照射系統(tǒng)中。然后回收的光可回收到照射系統(tǒng)中并再次用在照射光束中。本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識(shí)，即帶單個(gè)顯示板的投影顯示裝置和濾色輪盤的已知構(gòu)形使回收二向色濾光器的照射光束的反射部分成為可能，因?yàn)檎丈涔馐脑摲瓷涞牟糠钟胁荒茉俅问褂玫牟黄谕念伾?。在新的布置中，設(shè)置在輪盤上的濾光器部分以這種的方式布置，即顯示板與有三個(gè)不同顏色部分的照射光束同時(shí)照射，而可使用對(duì)應(yīng)于濾色器的一個(gè)有色部分的照射光束的過濾的部分，從而增加照射光束用于其他有色的部分的光輸出。例如，紅色濾光器透射照射光束的紅色光并反射綠和藍(lán)光。這可用來增加照射光束的綠色和藍(lán)色部分的光強(qiáng)度。
在具體的優(yōu)選實(shí)施例中，螺旋形部分從輪盤的第一半徑向第二半徑延伸，第二半徑大于第一半徑，其中第一和第二半徑大小取決于顯示板的尺寸。
在根據(jù)本發(fā)明的投影裝置的進(jìn)一步實(shí)施例中，濾色器部分有相同的形狀。
在本實(shí)施例中，每種顏色的顯示板的照射是相同的。在根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的進(jìn)一步的實(shí)施例中，布置分別透射紅，綠和藍(lán)光的螺旋形濾光器部分。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明的又一實(shí)施例的特征是布置濾光器部分，以便分別透射紅，綠，藍(lán)和白光。增加白色段使投影圖象的亮度更高，代之以色飽和度降低。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明的又一實(shí)施例的特征是在從紅，綠，藍(lán)和白的組中選出的顏色的螺旋形部分的徑向上的橫截面從輪盤的第一直徑延伸到第二直徑。本實(shí)施例允許在顯示板用白光完全照射的時(shí)刻同步。這導(dǎo)致光源同步脈沖和顏色掃描的干擾的減少的可見性。如果施加UHP光源，將方波電流供給光源。這種光源的已知缺點(diǎn)是電弧的穩(wěn)定性有時(shí)不能保持恒定。為了減少這種電弧的變化，電流脈沖疊加在光源的方形電流上。
根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的又一實(shí)施例的特征是投影顯示裝置提供有控制裝置，用來給光源提供方波電流，以便給光源供送恒定電源，并用來在方波電流的極性每次變化時(shí)將電弧穩(wěn)定性脈沖施加到方波電流上，控制裝置布置成使電弧穩(wěn)定性脈沖的發(fā)生與有選擇的顏色的螺旋形部分的徑向上的最大截面的照射光束的發(fā)生同步。為了減少干擾的可見性，電流脈沖與濾色輪盤的轉(zhuǎn)動(dòng)同步。
根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的又一實(shí)施例的特征是螺旋形部分包括二向色濾光器。二向色濾光器能使用光回收裝置，該回收裝置回收照射光束中沒有從濾色器反射來的期望顏色的部分。
根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的又一實(shí)施例的特征是濾色輪盤包括膽甾基濾色器。眾所周知，膽甾基濾色器本身從公開的國(guó)際申請(qǐng)WO00/34808中可以了解。在本申請(qǐng)中，也描述了制造膽甾基濾光器的方法。該方法也可用于制造濾色輪盤。
根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的又一實(shí)施例的特征是投影顯示裝置提供有透射圖象顯示板或反射圖象顯示板。


本發(fā)明的這些和其它方面從下面描述的實(shí)施例變得明顯，并參照這些實(shí)施進(jìn)行闡明；在圖中圖1表示投影顯示裝置的一個(gè)實(shí)例，該裝置有一個(gè)反射顯示板和濾色輪盤；圖2表示透光棒的入射表面的第一實(shí)例；圖3表示透光棒的入射表面的第二實(shí)例；圖4表示用于第一布置中的濾色輪盤，其具有分別透射紅，綠和藍(lán)光的三個(gè)幾何形狀相同的濾光器部分；圖5表示濾色輪盤的第一實(shí)例，該濾色輪盤具有與用于照射顯示板的一個(gè)窗口結(jié)合的三個(gè)幾何形狀相同的濾光器部分；圖6顯示濾色輪盤的第二實(shí)例，該濾色輪盤具有分別透射紅，綠，藍(lán)和白光的四個(gè)幾何形狀相同的濾光器部分；圖7表示濾色輪盤的第三實(shí)例，該濾色輪盤具有以所述次序分別透射紅，綠，藍(lán)，紅，綠和藍(lán)光的六個(gè)幾何形狀相同的濾光器部分；圖8表示濾色輪盤的第四實(shí)例，該濾色輪盤具有六個(gè)幾何形狀相同的濾光器部分，其三個(gè)相鄰的濾光器部分分別透射紅，綠和藍(lán)光，且三個(gè)相鄰的濾光器部分透射白光；
圖9表示濾色輪盤的第五實(shí)例，該濾色輪盤有透射紅，綠和藍(lán)光的四個(gè)不同的螺旋形部分；以及圖10分別表示濾色輪盤，光源輸出的光、流經(jīng)光源的電流和光源的電壓的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示第一圖象投影裝置1的一個(gè)實(shí)例，該第一圖象投影裝置包括用來提供照射或照明光束的照射系統(tǒng)3和用來調(diào)節(jié)照射光束的圖象顯示系統(tǒng)5。該照射系統(tǒng)3包括一個(gè)光源7，一個(gè)反射器9，一個(gè)聚光透鏡11和一個(gè)光導(dǎo)裝置13，例如，一個(gè)透光材料的棒。光源與控制單元8電連接。反射器9確保由光源7在背離照射系統(tǒng)的方向上發(fā)出的較大部分的光到達(dá)圖象顯示系統(tǒng)5。照射系統(tǒng)3產(chǎn)生的照射光束入射在圖象顯示系統(tǒng)5上。圖象顯示系統(tǒng)5包括反射顯示板27，偏振光束-分離(PBS)棱鏡23，中繼透鏡15，17，19，鏡子21和投影透鏡33。第一投影裝置1還包括控制裝置35和連接到電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器31的濾色輪盤29。控制裝置35以公知方式經(jīng)過電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器31與濾色輪盤29同步，同時(shí)將圖象信息發(fā)送給反射圖象顯示板27。濾色輪盤29位于光棒13的出口窗和圖象顯示系統(tǒng)5之間。矩形窗30位于濾色輪盤29和圖象顯示系統(tǒng)5之間，用來結(jié)合在濾色輪盤29上的螺旋形濾色器圖案提供照射光束的三個(gè)矩形的同時(shí)掃描反射顯示板27的。而且，投影裝置1包括反射偏光器，例如可由Moxtec訂購(gòu)的線制的柵格偏光器18。反射顯示板27是，例如，在硅(LCOS)顯示板上的反射液晶。
在操作中，來自光源7和反射器9的光經(jīng)透鏡11和射入表面耦合到光棒13中，并且經(jīng)射出表面離開與光棒的耦合。光棒的射入表面的前視圖如圖2所示。
圖2顯示光棒13的射入表面。除去圍繞光棒13的縱軸線的環(huán)形開孔41，射入表面覆蓋有反射層39。圖3給出了光棒13的替代的射入表面的前視圖。代替在反射層39中的一個(gè)中央開孔41，反射層被分成兩個(gè)部分43，45；以射入表面的中心為中心的第一環(huán)形部分43與光棒13的縱軸線同軸，而第二環(huán)形部分45覆蓋射入表面的其余部分。通過形成射入表面中的開孔的未覆蓋部分47，反射層的第二部分45與第一部分43分離開，用于使來自光源7和反射器9的光進(jìn)入光棒13。對(duì)兩種類型的光棒13的進(jìn)入側(cè)，反射層中的開孔的面積和反射層的面積之比最好大于5∶1。該比例依賴于，例如，白熾光源的弧長(zhǎng)，并且通過優(yōu)化投影裝置1的光輸出可由本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)驗(yàn)找到。光棒13在射出表面處形成照射光束。照射光束入射在濾色輪盤29的二向色濾光器部分。濾色輪盤29包括透射紅，綠和藍(lán)光同時(shí)反射青綠色，紅紫色和黃色的三個(gè)濾光器部分。濾色輪盤29的二向色濾光器部分將具有不合適顏色的照射光束的不期望部分反射回光棒13的射出表面。在光棒13內(nèi)部，通過射入表面處的反射層39，將大部分該反射光反射并可再次利用。在第一投影裝置1中，無期望特性的照射光束部分這樣被回收，并可再次用于LCOS板27的照射。
濾色輪盤29的二向色濾光器部分將照射光束中有期望顏色的部分透射給反射偏光器28。反射偏光器28僅透射朝向PBS棱鏡23的第一方向有偏振現(xiàn)象的那部分光束，而將朝向垂直于第一方向的第二方向有偏振現(xiàn)象的那部分光束經(jīng)濾色輪盤29反射回光棒13。通過光棒13內(nèi)部的多次反射，照射光束的反射的部分被去偏振，并且通過射入表面處的反射層29反射，并可再次用于照射LCOS板27。在該布置中，照射光束中無期望特性的那部分被回收，然后可再次用于照射LCOS顯示板27。為了改進(jìn)回收效率，方波板32可置于濾色輪盤29和反射偏光器28之間，用來將照射光束的反射的部分的偏振旋轉(zhuǎn)到第一偏振方向。中繼透鏡15，17，19將照射光束的期望部分導(dǎo)向PBS棱鏡23的進(jìn)入側(cè)。PBS棱鏡23的光束-分離層25在朝向LCOS板27的第一方向上反射有偏振現(xiàn)象的那部分照射光束。LCOS板27將該光束反射回到PBS棱鏡23，并且旋轉(zhuǎn)照射光束的偏振方向，使其與和照射光束的即時(shí)顏色部分相關(guān)的圖象信息一致。偏振光束-分離層25將反射的調(diào)節(jié)照射光束的第一部分向投影透鏡33透射，并且將反射的照射光束的第二部分反射回到光棒13。借助出于簡(jiǎn)化目的由單個(gè)投影透鏡33表示的投影透鏡系統(tǒng)，由圖象板27調(diào)節(jié)的照射光束的一部分投影在屏幕(未示出)上。
圖4和5顯示濾色輪盤中所用的濾光器圖案。在該濾色輪盤中，每個(gè)濾色器占據(jù)圓形濾光輪盤的螺旋形部分。
不同的連續(xù)螺旋形濾色器部分之間的相交處可由下列公式描述Rx＝D0+α(Φ+ΦX)(1)其中
Rx代表兩個(gè)濾色器之間的相交處和濾色輪盤的轂之間的距離；D0代表照射窗的最靠近轂的一側(cè)和濾色輪盤的轂之間的距離；α代表預(yù)定的恒定角；Φ代表濾色輪盤的旋轉(zhuǎn)角；并且ΦX代表相交處的相位。
圖4表示濾色輪盤29的第一實(shí)例，該濾色輪盤29有透射紅、綠和藍(lán)光的二向色濾色器50，51，52。濾色輪盤的三個(gè)螺旋形部分對(duì)每種顏色來說是相同的。通過使用公式(1)并將每個(gè)相交處相位設(shè)置成0°，120°和240°，可找到濾光器部分50，51，52的相交處55，56，57。
圖5顯示一種濾色器裝置，該裝置包括濾色輪盤29和矩形照射窗53。在操作中，旋轉(zhuǎn)的螺旋形二向色濾色器和矩形照射窗30的布置提供掃描一條或多條顯示板27的線的照射光束部分，這樣不同組的線分別被照射光束的紅，綠和藍(lán)色的條形部分同時(shí)照亮。
圖6顯示濾色輪盤60的另一實(shí)例，它可用于參考圖1描述的投影顯示裝置中。濾色器60設(shè)有具備紅61，綠62，藍(lán)63和白色部分64的四個(gè)螺旋形二向色濾色器。根據(jù)公式1的計(jì)算，每個(gè)相交處的相位分別是0°，90°，180°和270°。白色濾光器部分64的增加使投影圖象具有更高的亮度，換以色飽和度降低。
圖7顯示濾色輪盤70的第三實(shí)例。該濾色輪盤70可用于參考圖1描述的投影顯示裝置中。濾色器70設(shè)有分別具備紅，綠和藍(lán)色的六個(gè)螺旋形二向色濾色器。通過公式1的計(jì)算，每個(gè)相交的相位分別是0°，60°，120°，180°，240°和300°。與具有三個(gè)螺旋形部分的輪盤的結(jié)構(gòu)相比較，濾色輪盤的這個(gè)結(jié)構(gòu)在顯示板處提供對(duì)色棒性部分的雙倍掃描頻率，而不增加輪盤的速度。
圖8顯示濾色輪盤80的第四實(shí)例。該濾色輪盤80可用于參考圖1描述的投影顯示裝置中。濾色器80設(shè)有六個(gè)螺旋形二向色濾色器。三個(gè)連續(xù)的濾光器部分分別有紅，綠和藍(lán)色，并且三個(gè)連續(xù)濾光器部分形成具有白色的單個(gè)連續(xù)段。該實(shí)施例使在施加于UHP光源的方波電流上疊加的電弧穩(wěn)脈沖，在顯示板完全用白光照亮?xí)r同步。
在投影顯示裝置1中，光源7由控制單元8控制。控制單元通過光源產(chǎn)生替代電流，并通過光源7產(chǎn)生替代電壓。圖10中的圖表101，102，103分別顯示光源7上的電壓，經(jīng)過光源7的電流，和由光源發(fā)出的光量，所有這些都是時(shí)間的函數(shù)，并且在控制單元8的控制下。而且，圖表104顯示過濾照射光束的濾色輪盤的顏色。在圖10中，R+G+B表明用于過濾照射光束的有紅，綠和藍(lán)色的濾色輪盤的螺旋形部分，W表明用于透射照射光束的具有白色的部分的濾色輪盤的白色部分。為了改進(jìn)電源7的電弧穩(wěn)定性，眾所周知，疊加電流脈沖Ipk正是為經(jīng)過光源7的電流極性改變。光源7發(fā)出的光量與光源7中的散失成正比。在投影顯示裝置中，增加的光源的光輸出，這歸因于與旋轉(zhuǎn)濾色器圖案結(jié)合的電流脈沖，可增加干擾的人工效應(yīng)。為了減少干擾的可見性，電流脈沖應(yīng)與濾色輪盤的旋轉(zhuǎn)同步，以便在濾色輪盤的白色段W完全被照射光束照亮的時(shí)刻，電流脈沖疊加到方波電流上。結(jié)果，在電流脈沖Ipk的間隔期間顯示板用白光照亮。此時(shí)，在照射光束中出現(xiàn)白色螺旋形部分84，85，86的徑向D2-D1上的最大截面。
圖9顯示濾色輪盤90的第五實(shí)例，該濾色輪盤90有分別透射紅，綠和藍(lán)光的四個(gè)不同的螺旋形部分91，92，93，94。
而且，濾色輪盤可包括膽甾基濾色器。這是有利的，因?yàn)槭褂媚戠藁鶠V色器是一種相對(duì)便宜的制造濾色輪盤29的方法。膽甾基濾光器本身已知引自專利文件WO 00/34808。該申請(qǐng)公開了制造有圖案的濾色器的方法。該方法包括這些步驟a)提供一層膽甾基規(guī)則的材料，該材料包括若干可轉(zhuǎn)化的化合物，它能在其未轉(zhuǎn)化和其轉(zhuǎn)化狀態(tài)中，決定將膽甾基規(guī)則的材料確定鋪砌到不同程度，其中所述合成物的轉(zhuǎn)化可通過輻射感應(yīng)，b)根據(jù)期望的螺旋圖案輻射該層，這樣在該層的輻射部分中至少部分可轉(zhuǎn)化的化合物被轉(zhuǎn)化，c)使膽甾基規(guī)則的材料聚合和/或交聯(lián)以形成三維聚合物。可轉(zhuǎn)化的化合物最好包括異構(gòu)化的手征性化合物。聚合和/或交聯(lián)最好通過使用電子-光束放射或光化放射的照射受感應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種投影顯示裝置，其包括照射系統(tǒng)，其具有光源和光導(dǎo)裝置，用于提供照射光束；設(shè)置在輪盤上的濾色器裝置，用于透射照射光束的有色的部分，從而照亮顯示板；和圖象顯示系統(tǒng)，其具有顯示板，用來調(diào)節(jié)帶圖象信息的照射光束的有色的部分，并在屏幕上投影圖象，其特征在于，濾色器裝置包括相鄰的螺旋形濾光器部分，用于由照射光束的有色部分同時(shí)照亮顯示板的一些部分，從而，顯示板的這些部分被照射光束的有色的部分連續(xù)照射。
2.如權(quán)利要求1所述的投影顯示裝置，其特征在于，螺旋形部分從輪盤的第一半徑伸展到第二半徑，該第二半徑大于第一半徑，其中第一和第二半徑大小取決于顯示板的尺寸。
3.如權(quán)利要求1所述的投影顯示裝置，其特征在于，螺旋形濾光器部分有相同的形狀。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的投影顯示裝置，其特征在于，螺旋形濾光器部分布置成分別透射紅、綠和藍(lán)光。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的投影顯示裝置，其特征在于，螺旋形濾光器部分布置成分別透射紅，綠、藍(lán)和白光。
6.如權(quán)利要求2所述的投影顯示裝置，其特征在于，從紅、綠、藍(lán)和白的組中選出的顏色的螺旋形部分的徑向橫截面從輪盤的第一半徑向第二半徑延伸。
7.如權(quán)利要求6所述的投影顯示裝置，其特征在于，投影顯示裝置設(shè)有控制裝置，用來給光源提供方波電流，以便給光源提供恒定電源，并且將電弧穩(wěn)定脈沖施加到方波電流上，以便每次改變方波電流的極性，控制裝置布置成使電弧穩(wěn)定脈沖的發(fā)生與在有所選顏色的螺旋形部分的徑向上最大橫截面的照射光束的發(fā)生同步。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的投影顯示裝置，其特征在于，螺旋形濾光器部分包括二向色濾光器。
9.如權(quán)利要求8所述的投影顯示裝置，其特征在于，投影顯示裝置包括光回收裝置，用來重新利用來自二向色濾光器的光。
10.如權(quán)利要求1所述的投影顯示裝置，其特征在于，濾色輪盤包括二向色濾色器。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的投影顯示裝置，其特征在于，投影顯示裝置設(shè)有透射圖象顯示板或反射圖象顯示板。
全文摘要
一種投影顯示裝置，其包括照射系統(tǒng)，它具有提供照射光束的光源和光導(dǎo)裝置，以提供照射光束，一圖象顯示系統(tǒng)，它包括一個(gè)顯示板，用來調(diào)節(jié)照射光束的圖象信息，并在屏幕上投影圖象，和設(shè)置在輪盤上的濾色器裝置，以便為照亮顯示板而透射照射光束的有色部分，在其轂處可旋轉(zhuǎn)地安裝，用來透射照射光束的有色部分以便照亮顯示板。為了改進(jìn)投影顯示裝置的效率，濾色器裝置包括相鄰的螺旋形濾光器部分，用來由照射光束的有色部分同時(shí)照亮顯示板的部分，這樣顯示板的部分被照射光束的有色部分連續(xù)照亮。
文檔編號(hào)G02B5/20GK1463557SQ02801809
公開日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者A·J·S·M·德瓦安, G·J·J·范利爾 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司