專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像顯示裝置，具體涉及投射型圖像顯示裝置和虛像顯示裝置。
背景技術(shù)：
通常，對于諸如投射型(projection-type)圖像顯示裝置或者使用空間光調(diào)制器的虛像(virtual image)圖像顯示裝置等圖像顯示裝置，為了實現(xiàn)顯示彩色圖像提出了以下建議。
(1)使用一個空間光調(diào)制器，像素R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)在空間上分別被設(shè)置在空間光調(diào)制器中。通過至少使用這三個基本顏色像素作為一組并使每種顏色像素小于人眼空間分辨率可以分辨的尺寸來實現(xiàn)彩色圖像顯示。
用于這種顯示的系統(tǒng)包括為每個像素設(shè)置有濾色鏡的系統(tǒng)、例如JP-A-4-60538中描述的使用分色鏡(dichroic mirror)和顯微鏡頭(microlens)陣列的無濾色鏡的系統(tǒng)、以及例如JP-A-9-189809中描述的使用全息光學(xué)元件的無濾色鏡的系統(tǒng)。
(2)在“場序制彩色系統(tǒng)”中，其中使用一個空間光調(diào)制器并且發(fā)光照射該元件的三個顏色R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)在時間上加以區(qū)分地被切換，彩色圖像顯示通過至少將切換時間縮短到小于人眼時間分辨率可分辨的時間來實現(xiàn)。這種系統(tǒng)與第一種系統(tǒng)的根本不同之處在于空間光調(diào)制器在整個顯示區(qū)域以任意的定時固定地只調(diào)制R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)中的一種。至于用于在時間上加以區(qū)分地切換彩色分量的元件，舉例而言，可以使用Color Link制造的“時序系統(tǒng)”。
(3)通過使用三個分別用于R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)的空間光調(diào)制器并使得顏色組合裝置將從例如JP-A-6-202004中描述的這些空間光調(diào)制器發(fā)射的各種顏色的圖像加以組合，以此來實現(xiàn)彩色圖像顯示。
(4)通過將第二系統(tǒng)與第三系統(tǒng)結(jié)合來實現(xiàn)彩色圖像顯示，也即，通過使用以任意定時固定地只調(diào)制R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)中的一種的第一空間光調(diào)制器和調(diào)制“場序制彩色系統(tǒng)”中的余下兩種顏色的第二空間光調(diào)制器來實現(xiàn)彩色圖像顯示。來自第一空間光調(diào)制器的調(diào)制光和來自第二空間光調(diào)制器的調(diào)制光通過顏色組合裝置加以組合。
在如上所述的圖像顯示裝置中，在第一系統(tǒng)中，彩色圖像利用至少三個基本顏色像素R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)作為一組來形成。因此，對于相同的顯示區(qū)域，可以顯示的彩色像素的數(shù)量為第二系統(tǒng)中的1/3。如果使得可以顯示的彩色像素的數(shù)量與第二系統(tǒng)中的相等，則空間光調(diào)制器的面積變成第二系統(tǒng)中的三倍，并且該裝置的尺寸增加。
在第二系統(tǒng)中，如果用于在時間上加以區(qū)分地切換三個顏色R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)的元件的響應(yīng)速度不是足夠高，則獨立地顯示各個顏色R、G和B的光束并且所顯示的圖像無法作為彩色圖像被識別。也即，產(chǎn)生所謂的顏色分散(color breakup)問題。
對于可以充分抑制顏色分散的切換頻率，需要360Hz或更高的頻率。因此，切換元件的響應(yīng)速度必須為大于1毫秒。
此外，對于照射空間光調(diào)制器的輻照光，各個基本顏色必須以高速切換。這意味著如果使用用于同時在所有范圍發(fā)光的輻照光源，例如燈光源，則所述光源的發(fā)射光譜只有一部分可以以任意的定時被有效使用，因此光利用效率被明顯劣化。
在第三系統(tǒng)中，盡管不會產(chǎn)生上述第一和第二系統(tǒng)的問題，但存在以下問題，例如由于使用三個空間光調(diào)制器而造成空間光調(diào)制器組件成本增加、調(diào)整三個空間光調(diào)制器的相對位置排列的復(fù)雜性、三個顏色的顏色組合系統(tǒng)組件成本的增加、以及該裝置尺寸的增加。此外還存在空間光調(diào)制器彼此位置偏差的低可靠性問題。而且，如果該裝置被構(gòu)建作為投射型圖像顯示裝置，由于反聚焦于該投射光學(xué)系統(tǒng)而存在投射光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)增加的問題。這導(dǎo)致投射光學(xué)系統(tǒng)尺寸增加和制造成本增加。
第四系統(tǒng)解決了第三系統(tǒng)的問題并且與第三系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點可以使用較少數(shù)量的空間光調(diào)制器；調(diào)整步驟的數(shù)量被降低；用于兩個顏色的顏色組合系統(tǒng)即足夠了；裝置被小型化；以及改善空間光調(diào)制器的位置偏差的可靠性。
然而，它無法解決第二系統(tǒng)的問題，也即，如果顏色切換元件的響應(yīng)速度不是足夠高則產(chǎn)生顏色分散并由于使用“場序制系統(tǒng)”而降低了光利用效率，以及由于切換輻照光的顏色的需要而造成的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種新的圖像顯示裝置，其可以解決在使用傳統(tǒng)圖像顯示裝置實現(xiàn)產(chǎn)生圖像顯示過程中的問題。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種圖像顯示裝置，其可以被小型化并能夠在制造過程中容易地加以調(diào)整。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種圖像顯示裝置，其中不會產(chǎn)生空間光調(diào)制器的問題和由于輻照光的顏色切換造成的問題。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置包括用于發(fā)射輻照光的輻照光源；第一空間光調(diào)制器，在其上輻照光的第一波長范圍分量成為入射的，并且其根據(jù)對應(yīng)于第一波長范圍分量的像素調(diào)制第一波長范圍分量；顏色分散和會聚裝置，用于分散與輻照光第一波長范圍不同的第二和第三波長范圍分量并會聚各個波長范圍分量；第二空間光調(diào)制器，在其上第二和第三波長范圍分量被會聚并通過顏色分散和會聚裝置在對應(yīng)于第二和第三波長范圍分量的不同像素位置處成為入射的，且其根據(jù)對應(yīng)于各個波長范圍分量的像素調(diào)制各個波長范圍分量；以及顏色組合裝置，用于組合來自第一和第二空間光調(diào)制器的調(diào)制光。
根據(jù)本發(fā)明的另一圖像顯示裝置包括輻照光源，用于發(fā)射輻照光；時間區(qū)分濾色鏡，在其上輻照光成為入射的并且其依序并交替地傳輸輻照光的兩個不同波長范圍分量；顏色分散和會聚裝置，用于會聚作為第一波長范圍分量通過時間區(qū)分濾色鏡傳輸?shù)囊粋€波長范圍分量，并用于將通過時間區(qū)分濾色鏡傳輸?shù)钠渌ㄩL范圍分量分散成第二和第三波長范圍分量且會聚各個波長范圍分量；以及空間光調(diào)制器，用于當(dāng)?shù)谝徊ㄩL范圍分量通過顏色分散和會聚裝置入射到其上時根據(jù)對應(yīng)于第一波長范圍分量的像素調(diào)制第一波長范圍分量，并用于當(dāng)各個波長范圍分量被會聚并在對應(yīng)于第二和第三波長范圍分量的不同像素位置處入射時根據(jù)對應(yīng)于各個波長范圍分量的像素調(diào)制第二和第三波長范圍分量。
根據(jù)本發(fā)明的又一圖像顯示裝置包括第一空間光調(diào)制器，用于根據(jù)對應(yīng)于第一波長范圍分量的像素調(diào)制第一波長范圍分量光并發(fā)射該調(diào)制光；第二空間光調(diào)制器，用于根據(jù)對應(yīng)于第二和第三波長范圍分量的像素調(diào)制不同于第一波長范圍的第二和第三波長范圍分量光并發(fā)射該調(diào)制光；以及顏色組合裝置，用于組合第一和第二空間光調(diào)制器發(fā)射的調(diào)制光。
本發(fā)明提供一種具有上述傳統(tǒng)第一系統(tǒng)和第二系統(tǒng)優(yōu)點或具有第一系統(tǒng)和第四系統(tǒng)優(yōu)點的圖像顯示裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，由于其無需使用三個空間光調(diào)制器，所以上述第三系統(tǒng)的問題被克服。
根據(jù)本發(fā)明，通過結(jié)合第一和第二系統(tǒng)的優(yōu)點，可以使用一個空間光調(diào)制器顯示彩色圖像并解決第一系統(tǒng)的問題，也即低分辨率，和第二系統(tǒng)的問題，也即顏色分散和低光利用效率。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，由于一個彩色像素物理上是通過兩個基本顏色像素形成的，所以可以改善分辨率。由于空間光調(diào)制器只需要進(jìn)行兩個顏色的時間區(qū)分切換顯示，空間光調(diào)制器所要求的響應(yīng)速度降低。因此，可以緩解顏色分散現(xiàn)象并可以改善光利用效率。
根據(jù)本發(fā)明，通過結(jié)合第一和第四系統(tǒng)的優(yōu)點，可以使用兩個空間光調(diào)制器顯示彩色圖像。由于在第四系統(tǒng)中時間區(qū)分地調(diào)制兩個顏色的輻照光如在第一系統(tǒng)中一樣空間上被設(shè)置在兩個基本顏色像素上，所以可以解決以下問題，例如由于使用“場序制系統(tǒng)”而造成的顏色分散和光利用效率降低的問題、以及由于切換輻照光顏色的需要而造成的問題。
通過以下參照附圖對實施例的描述，本發(fā)明的其他目的和本發(fā)明提供的特殊優(yōu)勢將會更加清楚。


圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第一實施例的平面圖；圖2為顯示構(gòu)成該圖像顯示裝置的透鏡陣列的縱向剖視圖；圖3為顯示該圖像顯示裝置的藍(lán)色/綠色空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖4為顯示圖像顯示裝置的紅色空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖5為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第二實施例的平面圖；圖6為顯示該圖像顯示裝置中使用的UHP燈的發(fā)射光譜的曲線圖；圖7為顯示該圖像顯示裝置中使用的LED燈的發(fā)射光譜的曲線圖；
圖8為顯示該圖像顯示裝置中使用的全息光學(xué)元件的光譜衍射效率的曲線圖；圖9為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第三實施例的平面圖；圖10為顯示制造該圖像顯示裝置中使用的全息光學(xué)元件的狀態(tài)的縱向剖視圖；圖11顯示相對于波長和入射角，該圖像顯示裝置中使用的全息光學(xué)元件的衍射效率的曲線圖；圖12為顯示構(gòu)成該圖像顯示裝置的全息光學(xué)元件的縱向剖視圖；圖13為顯示該圖像顯示裝置的藍(lán)色/綠色空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖14為顯示圖像顯示裝置的紅色空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖15為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第四實施例的平面圖；圖16為顯示構(gòu)成該圖像顯示裝置的全息光學(xué)元件的縱向剖視圖；圖17顯示相對于波長和入射角，該圖像顯示裝置中使用的全息光學(xué)元件的衍射效率的曲線圖；圖18為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第五實施例的平面圖；圖19為顯示構(gòu)成該圖像顯示裝置的全息光學(xué)元件的縱向剖視圖；圖20為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第六實施例的平面圖；圖21為顯示在紅光輻照情況下構(gòu)成該圖像顯示裝置的全息光學(xué)元件的縱向剖視圖；圖22為在藍(lán)光/綠光輻照情況下構(gòu)成該圖像顯示裝置的全息光學(xué)元件的縱向剖視圖；圖23為顯示根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第七實施例的側(cè)視圖。
具體實施例方式
以下，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。
第一實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第一實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于雙板投射型圖像顯示裝置的示例將被加以描述。
雙板投射型圖像顯示裝置具有作為空間光調(diào)制器的透射液晶元件50、52；作為顏色組合裝置的分色鏡60；作為所述兩個透射液晶元件50、52的顏色分散裝置的分色鏡40、41；以及作為一個透射液晶元件的顏色分散和會聚裝置的分色鏡40、41和顯微鏡頭陣列51，如圖1所示。
在雙板投射型圖像顯示裝置中，從作為輻照光源的UHP燈光源10發(fā)射的輻照光入射在輻照光學(xué)系統(tǒng)20上，輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有例如光束截面形狀校正、強(qiáng)度平衡以及擴(kuò)張角控制等功能。
輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有稱作P-S偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換裝置21，偏振轉(zhuǎn)換裝置21具有以50％或更高的效率將非偏振光束均勻地轉(zhuǎn)換成P-偏振光或者S-偏振光的功能。這種輻照光學(xué)系統(tǒng)20包括多個聚光透鏡和偏振轉(zhuǎn)換裝置21。
在該圖像顯示裝置中，穿過輻照光學(xué)系統(tǒng)20的輻照光已被轉(zhuǎn)換成偏振光，其電學(xué)矢量主要在垂直圖1頁面方向振動，也即，被轉(zhuǎn)換成S-偏振光并傳輸至鏡子30，在輻照光入射到輻照光學(xué)系統(tǒng)20之后其入射到鏡子30上。
對于通過鏡子30反射和起偏的輻照光，只有綠光分量(第二波長范圍分量)主要被用于綠光反射的分色鏡40反射，分色鏡40構(gòu)成顏色分散和會聚裝置。接著，只有藍(lán)光分量(第三波長范圍分量)主要被用于藍(lán)光反射的分色鏡41反射，分色鏡41構(gòu)成所設(shè)置的顏色分散和會聚裝置。這些綠光分量和藍(lán)光分量入射在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上，第二空間光調(diào)制器具有用于綠光調(diào)制的顏色像素和用于藍(lán)光調(diào)制的顏色像素。用于綠光反射的分色鏡40和用于藍(lán)光反射的分色鏡41以這樣一種方式設(shè)置使得來自這些分色鏡的反射光束在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上的入射角以相同的角度從相對側(cè)向該元件的垂直方向傾斜。
在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50的入射側(cè)，設(shè)置有構(gòu)成顏色分散和會聚裝置的顯微鏡頭陣列51。顯微鏡頭陣列51形成在玻璃板58上。利用顯微鏡頭陣列51，將入射到藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上的藍(lán)光BL和綠光GL被會聚并入射到藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上，分別對應(yīng)于藍(lán)色像素56和綠色像素57，如圖2所示。在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50的液晶層55中，藍(lán)色像素56和綠色像素57對應(yīng)于藍(lán)色像素電極53和綠色像素電極54設(shè)置。透射液晶元件50由玻璃板50a形成，并且公用透明電極50b設(shè)置在每個像素的表面上。
入射在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上的S-偏振光具有根據(jù)像素56、57調(diào)制的強(qiáng)度，并作為P-偏振光向作為顏色組合裝置的分色鏡60發(fā)射，該顏色組合裝置為具有介電多層膜的顏色組合鏡，如圖1所示。
另一方面，穿過用于綠光反射的分色鏡40和用于藍(lán)光反射的分色鏡41的紅光分量(第一波長范圍分量)被鏡子31、32反射并隨后入射到紅色透射液晶元件(第一光調(diào)制器)52上。在該紅色透射液晶元件52中，輻照光的紅光分量具有調(diào)制強(qiáng)度并作為S-偏振光向分色鏡60發(fā)射。
藍(lán)色/綠色透射液晶元件50調(diào)制并發(fā)射的輻照光(調(diào)制光)和紅色透射液晶元件52調(diào)制并發(fā)射的輻照光(調(diào)制光)被用于紅光反射的分色鏡60加以顏色組合并向投射光學(xué)系統(tǒng)70發(fā)射。通過投射光學(xué)系統(tǒng)70，使得該輻照光在屏幕80上形成圖像。彩色圖像被顯示在該屏幕80上。
在該圖像顯示裝置中，如圖3所示，藍(lán)色/綠色透射液晶元件50具有像素結(jié)構(gòu)，使得在箭頭X方向上基本像素節(jié)距(pitch)是圖4所示的紅色透射液晶元件52的像素結(jié)構(gòu)中基本像素節(jié)距的1/2，并且每個像素面積大致為紅色透射液晶元件52的像素結(jié)構(gòu)中像素面積的一半。
藍(lán)色/綠色透射液晶元件50的液晶層厚度和紅色透射液晶元件52的液晶層厚度根據(jù)所要調(diào)制的顏色光的不同被優(yōu)化。
第二實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第二實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于雙板投射型圖像顯示裝置的示例將被加以描述。
在第二實施例中的雙板投射型圖像顯示裝置具有作為空間光調(diào)制器的透射液晶元件50、52；作為顏色組合裝置的偏振光束分束器61；作為所述兩個透射液晶元件50、52的顏色分散裝置的分色鏡40、41；以及作為一個透射液晶元件50的顏色分散和會聚裝置的分色鏡40、41和顯微鏡頭陣列51，如圖6所示。
首先，從與紅色LED光源11(下文中將加以描述)一同構(gòu)成輻照光源的UHP燈光源10發(fā)射的輻照光入射在輻照光學(xué)系統(tǒng)20上，輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有例如光束截面形狀校正、強(qiáng)度平衡以及擴(kuò)張角控制等功能。
輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有稱作P-S偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換裝置21，偏振轉(zhuǎn)換裝置21具有以50％或更高的效率將非偏振光束均勻地轉(zhuǎn)換成P-偏振光或者S-偏振光的功能。這種輻照光學(xué)系統(tǒng)20包括多個聚光透鏡和偏振轉(zhuǎn)換裝置21。
在該圖像顯示裝置中，穿過輻照光學(xué)系統(tǒng)20的輻照光已被轉(zhuǎn)換成偏振光，其電學(xué)矢量主要在垂直圖5頁面方向振動，也即，被轉(zhuǎn)換成S-偏振光并傳輸至鏡子30，在輻照光入射到輻照光學(xué)系統(tǒng)20之后其入射到鏡子30上。
對于通過鏡子30反射和起偏的輻照光，只有綠光分量(第二波長范圍分量)主要被用于綠光反射的分色鏡40反射，分色鏡40構(gòu)成顏色分散和會聚裝置。接著，只有藍(lán)光分量(第三波長范圍分量)主要被用于藍(lán)光反射的分色鏡41反射，分色鏡41構(gòu)成所設(shè)置的顏色分散和會聚裝置。這些綠光分量和藍(lán)光分量入射在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上，第二空間光調(diào)制器具有用于綠光調(diào)制的顏色像素和用于藍(lán)光調(diào)制的顏色像素。用于綠光反射的分色鏡40和用于藍(lán)光反射的分色鏡41以這樣一種方式設(shè)置使得來自這些分色鏡的反射光束在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上的入射角以相同的角度從相對側(cè)向該元件的垂直方向傾斜。
在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50的入射側(cè)，設(shè)置有構(gòu)成顏色分散和會聚裝置的顯微鏡頭陣列51。利用顯微鏡頭陣列51，將入射到藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上的藍(lán)光和綠光被會聚并入射到藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上，分別對應(yīng)于藍(lán)色像素56和綠色像素57，如圖2所示。在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50的液晶層55中，藍(lán)色像素56和綠色像素57對應(yīng)于藍(lán)色像素電極53和綠色像素電極54設(shè)置。
入射在藍(lán)色/綠色透射液晶元件50上的S-偏振光具有根據(jù)像素56、57調(diào)制的強(qiáng)度，并作為P-偏振光向作為顏色組合裝置的偏振光束分束器61發(fā)射，如圖5所示。
另一方面，穿過用于綠光反射的分色鏡40和用于藍(lán)光反射的分色鏡41的紅光分量(第一波長范圍分量)穿過鏡子31、用于紅光反射的反射全息光學(xué)元件42、鏡子32和1/2波片90，并隨后入射到紅色透射液晶元件52上。在這種情況下，入射到紅光透射液晶元件52上的紅光分量已被1/2波片90從S-偏振光轉(zhuǎn)換成P-偏振光。因此，從紅色透射液晶元件52向偏振光束分束器61發(fā)射的光為S-偏振光。
設(shè)置在鏡子31和鏡子32之間的光路中的反射全息光學(xué)元件42具有主要反射構(gòu)成輻照光源的紅色LED光源的光譜并透射其他波長范圍的入射光的特性。從紅色LED光源發(fā)射的紅光穿過會聚透鏡22，并入射到反射全息光學(xué)元件42上。紅光被反射全息光學(xué)元件42反射，隨后穿過鏡子32和1/2波片90，并入射到紅色透射液晶元件52上。
對于UHP燈光源10的發(fā)射光譜，紅色波長范圍的亮度低于藍(lán)色和綠色波長范圍的亮度，如圖6所示。在該圖像顯示裝置中，波長范圍為630±10nm的光被反射全息光學(xué)元件42反射并不會傳輸?shù)郊t色透射液晶元件52。在該圖像顯示裝置中，如圖7所示，紅色LED光源11的發(fā)射光譜對應(yīng)于圖8所示的反射全息光學(xué)元件42的反射和衍射效率的波長相關(guān)特性。因此，從紅色LED光源發(fā)射的光被用于紅光反射的反射全息光學(xué)元件42高效地反射并輻照紅色透射液晶元件52。
如圖5所示，藍(lán)色/綠色透射液晶元件50發(fā)射的P-偏振光和紅色透射液晶元件52發(fā)射的S-偏振光被偏振光束分束器61加以顏色組合并向投射光學(xué)系統(tǒng)70發(fā)射。通過投射光學(xué)系統(tǒng)70，使得該輻照光在屏幕80上形成圖像。彩色圖像被顯示在該屏幕80上。
在該圖像顯示裝置中，如圖3所示，藍(lán)色/綠色透射液晶元件50具有像素結(jié)構(gòu)，使得在箭頭X方向上基本像素節(jié)距是圖4所示的紅色透射液晶元件52的像素結(jié)構(gòu)中基本像素節(jié)距的1/2，并且每個像素面積大致為紅色透射液晶元件52的像素結(jié)構(gòu)中像素面積的一半。
藍(lán)色/綠色透射液晶元件50的液晶層厚度和紅色透射液晶元件52的液晶層厚度根據(jù)所要調(diào)制的顏色光的不同被優(yōu)化。
第三實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第三實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于雙板投射型圖像顯示裝置的示例將被加以描述。
在第三實施例中的雙板投射型圖像顯示裝置具有作為空間光調(diào)制器的反射液晶空間光調(diào)制器101、102；作為顏色組合裝置的偏振光束分束器140和特定波長范圍的線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置(多層相差濾光片)120；作為所述兩個反射液晶空間光調(diào)制器101、102的顏色分散裝置的分色鏡40、41；以及作為一個反射液晶空間光調(diào)制器的顏色分散和會聚裝置的透射偏振選擇全息光學(xué)元件100，如圖9所示。
在該雙板投射型圖像顯示裝置中，首先，從作為輻照光源的UHP燈光源10發(fā)射的輻照光入射在輻照光學(xué)系統(tǒng)20上，輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有例如光束截面形狀校正、強(qiáng)度平衡以及擴(kuò)張角控制等功能。
輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有稱作P-S偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換裝置21，偏振轉(zhuǎn)換裝置21具有以50％或更高的效率將非偏振光束均勻地轉(zhuǎn)換成P-偏振光或者S-偏振光的功能。這種輻照光學(xué)系統(tǒng)20包括多個聚光透鏡和偏振轉(zhuǎn)換裝置21。
在圖9所示的圖像顯示裝置中，穿過輻照光學(xué)系統(tǒng)20的輻照光已被轉(zhuǎn)換成偏振光，其電學(xué)矢量主要在垂直圖9頁面方向振動，也即，被轉(zhuǎn)換成S-偏振光并傳輸至用于藍(lán)光反射的分色鏡40、用于綠光反射的分色鏡41和鏡子30，在輻照光入射到輻照光學(xué)系統(tǒng)20之后其入射到鏡子30上。
該輻照光被用于藍(lán)光反射的分色鏡40和用于綠光反射的分色鏡41反射并以不同的入射角入射到全息PDLC(透射偏振選擇全息光學(xué)元件)100上。
該圖像顯示裝置中使用的全息PDLC 100通過在一對玻璃板103、104之間插入PDLC來制作，該PDLC為光聚合作用之前的聚合物(以下稱為預(yù)聚合物)、向列液晶、引發(fā)劑和顏料的混合物，如圖10所示。
在制作該全息PDLC 100過程中，向列液晶的重量比例為大約總重量的40％。至于該全息PDLC 100(以下稱為單元間隔(cell gap))的厚度，根據(jù)全息PDLC 100的規(guī)格選擇3到15μm范圍內(nèi)的優(yōu)選值。
接著，為了記錄全息PDLC 100上的干涉條紋，物體光(object light)105和參考光106被從激光光源(未示出)投射到全息PDLC 100上，并且由于這些光的干涉產(chǎn)生光強(qiáng)(A)變化。
在這種情況下，在干涉條紋為亮的部分，也即，光子能量大的部分，全息PDLC中的預(yù)聚合物通過這種能量被光聚合成聚合物。該聚合部分從周圍部分依序提供預(yù)聚合物。因而，形成致密的聚合預(yù)聚合物區(qū)域和稀疏的聚合預(yù)聚合物區(qū)域。在致密的聚合預(yù)聚合物區(qū)域，向列液晶的濃度高。以這種方式，形成兩個區(qū)域，也即，聚合物高密度區(qū)域107和液晶高密度區(qū)域108。
由于全息PDLC 100是通過從同側(cè)投射物體光105和參考光106至全息PDLC 100制作的，所以全息PDLC 100為透光型的。
如上制作的全息PDLC 100中的聚合物高密度區(qū)域107的折射率是各向同性。折射率例如為1.5。另一方面，在全息PDLC 100的液晶高密度區(qū)域108中，向列液晶分子沿大致垂直與聚合物高密度區(qū)域107的邊界的縱向方向排列。因此，該液晶高密度區(qū)域108與入射偏振光的方向相關(guān)。對于相對全息PDLC 100的光線入射表面109傾斜并沿大致垂直聚合物高密度區(qū)域107和液晶高密度區(qū)域108之間邊界方向入射的輸出光(reproducedlight)110，S-偏振分量在液晶高密度區(qū)域108中成為尋常光線，如圖10所示。
如果液晶高密度區(qū)域108中尋常光線的折射率nlo被設(shè)定為大致上與聚合物高密度區(qū)域107的折射率np相等的數(shù)值，例如，如果折射率之差小于0.01，則基于該折射率的入射S-偏振分量的調(diào)制非常小并且?guī)缀醪划a(chǎn)生衍射。通常，向列液晶的尋常光線的折射率nlo與異常光線的折射率nle之間的差值Δn大約為0.1至0.2。因此，即使輸出光111沿相同的入射方向，P-偏振分量，其為異常光線，的聚合物高密度區(qū)域107和液晶高密度區(qū)域108之間的折射率不同并產(chǎn)生衍射效應(yīng)。舉例而言，異常光線的衍射效率可以達(dá)50％或更高，而尋常光線的衍射效率可達(dá)10％或更低。
以這種方式，對于P-偏振分量，全息PDLC 100用作相調(diào)制全息圖，P-偏振分量為異常光線。也即，在全息PDLC 100中，如圖10所示，輸出光111的S-偏振分量，其為尋常光線，由于未被衍射而透射，相反，輸出光111的作為異常光線的P-偏振分量被衍射并大致垂直地從全息PDLC 100發(fā)射出來。
全息PDLC 100的P-偏振光的衍射效率依賴于入射角和波長，如圖11所示。根據(jù)這一特性，當(dāng)入射角為46°±8°時，具有中心波長550nm的綠光可以實現(xiàn)50％或更高的衍射效率，當(dāng)入射角為41°±7.5°時，具有中心波長440nm的藍(lán)光可以實現(xiàn)50％或更高的衍射效率。以這種方式，藍(lán)光和綠光在全息PDLC 100上實現(xiàn)最優(yōu)衍射效率的入射角不同。因此，入射在全息PDLC 100上的輻照光的角度在藍(lán)光和綠光之間變化。
在如上所述的全息PDLC 100中，全息層具有4μm的厚度、0.06的折射率調(diào)制度、532nm的曝光波長、0°的物體光入射角、以及45°的參考光入射角。
實際上，全息PDLC 100具有由形成在玻璃板100b上的藍(lán)光/綠光全息層100a組成的單一結(jié)構(gòu)，并與藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101構(gòu)成一體，如圖12所示。形成在玻璃板101a上的全息PDLC 100具有只在一個方向具有會聚能力的柱面透鏡的功能，使得輻照光會聚在藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的藍(lán)光像素電極115和綠光像素電極116上。液晶層123形成在藍(lán)光像素電極115和綠光像素電極116上。藍(lán)光像素電極115和綠光像素電極116形成在玻璃板124上。
每種顏色的全息透鏡的中心被設(shè)置成與對應(yīng)的顏色像素電極中心大致重合。輻照光的藍(lán)光和綠光的顏色分散通過利用藍(lán)光(BL)和綠光(GL)之間大約5°入射角之差和全息PDLC 100的波長分布來實現(xiàn)。
在“白色”顯示的情況下，在各個顏色像素電極115、116上被顏色分散和會聚的輻照光具有旋轉(zhuǎn)90°的入射偏振方向，并作為S-偏振光被反射。因此，在這種情況下，反射光大致垂直藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101被發(fā)射，而沒有被藍(lán)光全息層和綠光全息層衍射。
該反射光入射到特定波長范圍線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置(多層相差濾光片)120上，例如Color Link制造的“Color Select”，如圖9所示。特定波長范圍線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置120為通過堆疊相差板形成的光學(xué)元件，并將特定波長范圍的線性偏振方向只旋轉(zhuǎn)90°(在這種情況下，藍(lán)光和綠光)。也即，特定波長范圍線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置120將通過藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101調(diào)制的S-偏振光轉(zhuǎn)換成P-偏振光。
因而被轉(zhuǎn)換成P-偏振光的藍(lán)光和綠光穿過偏振光束分束器140，隨后穿過紅光線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置121和用于透射P-偏振光的起偏板150，并入射到投射光學(xué)系統(tǒng)70上。偏振光束分束器140被構(gòu)建成透射P-偏振光并反射S-偏振光。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的藍(lán)光和綠光在屏幕上形成圖像，未示出。
同時，穿過用于藍(lán)光反射的分色鏡40和用于綠光反射的分色鏡41的紅光被鏡子30反射，隨后被用于透射P-偏振光的起偏板130探測，并入射到特定波長范圍線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置120上。特定波長范圍線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置120對于紅光不具有偏振光旋轉(zhuǎn)功能。因此，紅光保持原狀穿過特定波長范圍線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置120。紅光隨后穿過偏振光束分束器140并入射到紅光反射液晶空間光調(diào)制器102上。
對于被紅光反射液晶空間光調(diào)制器102反射的調(diào)制光，對應(yīng)于“白色”顯示的S-偏振光被偏振光束分束器140反射并入射到紅光線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置121上。該調(diào)制光具有通過紅光線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置121旋轉(zhuǎn)90°的偏振方向并成為P-偏振光。該調(diào)制光被起偏板150探測并入射到投射光學(xué)系統(tǒng)70上。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的紅光在屏幕上形成圖像，未示出。以這種方式，彩色圖像顯示在屏幕上。
在該圖像顯示裝置中，如圖13所示，藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的像素結(jié)構(gòu)優(yōu)選地與圖14所示的紅光反射液晶空間光調(diào)制器102的像素結(jié)構(gòu)相同。在紅光反射液晶空間光調(diào)制器102中，對應(yīng)一個藍(lán)光像素125和一個綠光像素126的一對基本像素被作為一個像素來等同地驅(qū)動。
藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的液晶層厚度和紅光反射液晶空間光調(diào)制器102的液晶層厚度根據(jù)所要調(diào)制的顏色光的不同被優(yōu)化。
第四實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第四實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于雙板投射型圖像顯示裝置的示例將被加以描述。
在第四實施例中的雙板投射型圖像顯示裝置具有作為空間光調(diào)制器的反射液晶空間光調(diào)制器101、102；作為顏色組合裝置的偏振光束分束器140；作為所述兩個反射液晶空間光調(diào)制器101、102的顏色分散裝置的分色鏡40、41；以及作為一個反射液晶空間光調(diào)制器的顏色分散和會聚裝置的全息PDLC(透射偏振選擇全息光學(xué)元件)111，如圖15所示。
在該雙板投射型圖像顯示裝置中，從作為輻照光源的UHP燈光源10發(fā)射的輻照光入射在輻照光學(xué)系統(tǒng)20上，輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有例如光束截面形狀校正、強(qiáng)度平衡以及擴(kuò)張角控制等功能。
輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有稱作P-S偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換裝置21，偏振轉(zhuǎn)換裝置21具有以50％或更高的效率將非偏振光束均勻地轉(zhuǎn)換成P-偏振光或者S-偏振光的功能。這種輻照光學(xué)系統(tǒng)20包括多個聚光透鏡和偏振轉(zhuǎn)換裝置21。
在圖15所示的圖像顯示裝置中，穿過輻照光學(xué)系統(tǒng)20的輻照光已被轉(zhuǎn)換成偏振光，其電學(xué)矢量主要在垂直圖15頁面方向振動，也即，被轉(zhuǎn)換成P-偏振光并傳輸至用于藍(lán)光反射的分色鏡40、用于綠光反射的分色鏡41，在輻照光入射到輻照光學(xué)系統(tǒng)20之后其入射到所述分色鏡上。
該輻照光被用于藍(lán)光反射的分色鏡40和用于綠光反射的分色鏡41反射并以不同的入射角入射到全息PDLC 111上。
該圖像顯示裝置中使用的全息PDLC 111通過在一對玻璃板之間插入PDLC來制作，該PDLC為光聚合作用之前的聚合物、向列液晶、引發(fā)劑和顏料的混合物。本實施例中使用的全息PDLC 111的制作方法和功能基本上與第三實施例中的全息PDLC 111相似。然而，在本實施例中，全息PDLC111被構(gòu)建以衍射S-偏振光。
具體地，對于S-偏振分量，全息PDLC 111用作相調(diào)制全息圖，S-偏振分量為異常光線。也即，在全息PDLC 111中，如圖16所示，輸出光110的P-偏振分量，其為尋常光線，由于未被衍射而透射，相反，輸出光110的作為異常光線的S-偏振分量被衍射并大致垂直地從全息PDLC 111發(fā)射出來。
全息PDLC 111的P-偏振光的衍射效率依賴于入射角和波長，如圖17所示。根據(jù)這一特性，當(dāng)入射角為46°±8°時，具有中心波長550nm的綠光可以實現(xiàn)50％或更高的衍射效率，當(dāng)入射角為41°±7.5°時，具有中心波長440nm的藍(lán)光可以實現(xiàn)50％或更高的衍射效率。以這種方式，藍(lán)光和綠光在全息PDLC 111上實現(xiàn)最優(yōu)衍射效率的入射角不同。因此，入射在全息PDLC 111上的輻照光的角度在藍(lán)光和綠光之間變化。
在本實施例中使用的全息PDLC 111中，全息層具有4μm的厚度、0.06的折射率調(diào)制度、532nm的曝光波長、0°的物體光入射角、以及45°的參考光入射角。
實際上，全息PDLC 111具有由藍(lán)光/綠光全息層組成的單一結(jié)構(gòu)，并與藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101構(gòu)成一體，如圖12所示。全息PDLC111具有只在一個方向具有會聚能力的柱面透鏡的功能，使得輻照光會聚在藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的藍(lán)光像素電極115和綠光像素電極116上。
每種顏色的全息透鏡的中心被設(shè)置成與對應(yīng)的顏色像素電極中心大致重合。輻照光的藍(lán)光和綠光的顏色分散通過利用藍(lán)光(BL)和綠光(GL)之間大約5°入射角之差和全息PDLC 111的波長分布來實現(xiàn)。
在“白色”顯示的情況下，在各個顏色像素電極115、116上被顏色分散和會聚的輻照光具有旋轉(zhuǎn)90°的入射偏振方向，并作為S-偏振光被反射。因此，在這種情況下，反射光大致垂直藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101被發(fā)射，而沒有被藍(lán)光全息層和綠光全息層衍射。
該反射光穿過用于透射P-偏振光并反射S-偏振光的偏振光束分束器140，隨后穿過紅光線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置121和用于透射P-偏振光的起偏板150，并入射到投射光學(xué)系統(tǒng)70上。偏振光束分束器140被構(gòu)建成透射P-偏振光并反射S-偏振光。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的藍(lán)光和綠光在屏幕上形成圖像，未示出。
同時，從獨立于UHP燈光源10設(shè)置的LED光源11發(fā)出的紅光穿過會聚透鏡22，隨后穿過偏振光束分束器140，并入射到紅光反射液晶空間光調(diào)制器102上。對于被紅光反射液晶空間光調(diào)制器102反射的調(diào)制光，對應(yīng)于“白色”顯示的S-偏振光被偏振光束分束器140反射，且具有通過紅光線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置121旋轉(zhuǎn)90°的偏振方向，并成為P-偏振光。該調(diào)制光被起偏板150探測并入射到投射光學(xué)系統(tǒng)70上。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的紅光在屏幕上形成圖像，未示出。以這種方式，彩色圖像顯示在屏幕上。
在該圖像顯示裝置中，如圖13所示，藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的像素結(jié)構(gòu)優(yōu)選地與圖14所示的紅光反射液晶空間光調(diào)制器102的像素結(jié)構(gòu)相同。在紅光反射液晶空間光調(diào)制器102中，對應(yīng)一個藍(lán)光像素125和一個綠光像素126的一對基本像素被作為一個像素來等同地驅(qū)動。
藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的液晶層厚度和紅光反射液晶空間光調(diào)制器102的液晶層厚度根據(jù)所要調(diào)制的顏色光的不同被優(yōu)化。
第五實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第五實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于雙板投射型圖像顯示裝置的示例將被加以描述。
在第五實施例中的雙板投射型圖像顯示裝置具有作為空間光調(diào)制器的反射液晶空間光調(diào)制器101、102；作為顏色組合裝置的偏振光束分束器141；作為所述兩個反射液晶空間光調(diào)制器101、102的顏色分散裝置的全息PDLC122；以及作為一個反射液晶空間光調(diào)制器101的顏色分散和會聚裝置的全息PDLC 112，如圖18所示。
首先，從作為輻照光源的UHP燈光源10發(fā)射的輻照光入射在輻照光學(xué)系統(tǒng)20上，輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有例如光束截面形狀校正、強(qiáng)度平衡以及擴(kuò)張角控制等功能。
輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有稱作P-S偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換裝置21，偏振轉(zhuǎn)換裝置21具有以50％或更高的效率將非偏振光束均勻地轉(zhuǎn)換成P-偏振光或者S-偏振光的功能。這種輻照光學(xué)系統(tǒng)20包括多個聚光透鏡和偏振轉(zhuǎn)換裝置21。
在本實施例中，穿過輻照光學(xué)系統(tǒng)20的輻照光已被轉(zhuǎn)換成偏振光，其電學(xué)矢量主要在垂直圖18頁面方向振動，也即，被轉(zhuǎn)換成P-偏振光并傳輸至鏡子30，在輻照光入射到輻照光學(xué)系統(tǒng)20之后其入射到鏡子30上。
輻照光被用于透射P-偏振光的起偏板151探測，然后只有紅光被紅光線性偏振旋轉(zhuǎn)裝置(多層相差濾光片)121轉(zhuǎn)換成S-偏振光，并入射到全息PDLC(透射偏振選擇全息光學(xué)元件)122上。與上述第三實施例的全息PDLC100相同，全息PDLC 122只衍射P-偏振光并透射S-偏振光。因此，藍(lán)光和綠光被全息PDLC 122衍射，而紅光保持原狀穿過全息PDLC 122。
全息PDLC 122衍射的藍(lán)光和綠光穿過耦合(coupling)棱鏡160的入射位置并入射到與耦合棱鏡160光學(xué)連接的全息PDLC 112上。此外，與上述第三實施例的全息PDLC 100相同，全息PDLC 112只衍射P-偏振光并透射S-偏振光。
本實施例的全息PDLC 112具有堆疊的雙層結(jié)構(gòu)，其中藍(lán)光全息層113和綠光全息層114作為兩層與玻璃板100c、100d設(shè)置在一起，并且全息PDLC 112與藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101構(gòu)建成一體，如圖19所示。全息PDLC 112具有只在一個方向具有會聚能力的柱面透鏡的功能，使得輻照光會聚在藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的藍(lán)光像素電極115和綠光像素電極116上。每種顏色的全息透鏡的中心被設(shè)置成與對應(yīng)的顏色像素電極中心大致重合。
藍(lán)光像素電極115和綠光像素電極116形成在玻璃板127上。液晶層128形成在電極115、116上。而且，玻璃板129設(shè)置在其上。
在“白色”顯示的情況下，在各個顏色像素電極115、116上被顏色分散和會聚的輻照光具有旋轉(zhuǎn)90°的入射偏振方向，并作為S-偏振光被反射。因此，在這種情況下，反射光大致垂直藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101被發(fā)射，而沒有被藍(lán)光全息層113和綠光全息層114衍射。
該調(diào)制光，即被藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101反射的S-偏振光再次穿過耦合棱鏡160并具有通過1/2波片被旋轉(zhuǎn)了90°的偏振方向，以成為P-偏振光，如圖18所示。接著，該調(diào)制光穿過用于透射P-偏振光并反射S-偏振光的偏振光束分束器141，并入射到投射光學(xué)系統(tǒng)70上。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的藍(lán)光和綠光在屏幕上形成圖像，未示出。
同時，紅光，即穿過全息PDLC 122的S-偏振光，被鏡子30反射，隨后被1/2波片170轉(zhuǎn)換成P-偏振光，并偏振光束分束器141上。接著，紅光穿過偏振光束分束器141的偏振光分散膜并入射到紅光反射液晶空間光調(diào)制器102上。對于被紅光反射液晶空間光調(diào)制器102反射的調(diào)制光，對應(yīng)于“白色”顯示的S-偏振光被偏振光束分束器141的偏振光分散膜反射并與藍(lán)光和綠光組合。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的紅光在屏幕上形成圖像，未示出。以這種方式，彩色圖像顯示在屏幕上。
在該圖像顯示裝置中，如圖13所示，藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的像素結(jié)構(gòu)優(yōu)選地與圖14所示的紅光反射液晶空間光調(diào)制器102的像素結(jié)構(gòu)相同。在紅光反射液晶空間光調(diào)制器102中，對應(yīng)一個藍(lán)光像素125和一個綠光像素126的一對基本像素被作為一個像素來等同地驅(qū)動。
藍(lán)光/綠光反射液晶空間光調(diào)制器101的液晶層厚度和紅光反射液晶空間光調(diào)制器102的液晶層厚度根據(jù)所要調(diào)制的顏色光的不同被優(yōu)化。
第六實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第六實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于單板投射型圖像顯示裝置的示例將被加以描述。
在第六實施例中的單板投射型圖像顯示裝置具有作為一個反射液晶空間光調(diào)制器118的顏色分散和會聚裝置的全息PDLC(透射偏振選擇全息光學(xué)元件)117，如圖20所示。
在該圖像顯示裝置中，從作為輻照光源的UHP燈光源10發(fā)射的輻照光入射在輻照光學(xué)系統(tǒng)20上，輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有例如光束截面形狀校正、強(qiáng)度平衡以及擴(kuò)張角控制等功能。
輻照光學(xué)系統(tǒng)20具有稱作P-S偏振轉(zhuǎn)換器的偏振轉(zhuǎn)換裝置21，偏振轉(zhuǎn)換裝置21具有以50％或更高的效率將非偏振光束均勻地轉(zhuǎn)換成P-偏振光或者S-偏振光的功能。這種輻照光學(xué)系統(tǒng)20包括多個聚光透鏡和偏振轉(zhuǎn)換裝置21。
在本實施例中，穿過輻照光學(xué)系統(tǒng)20的輻照光已被轉(zhuǎn)換成偏振光，其電學(xué)矢量主要在垂直圖20頁面方向振動，也即，被轉(zhuǎn)換成P-偏振光并傳輸至分色鏡43、41和40，在輻照光入射到輻照光學(xué)系統(tǒng)20之后其入射到所述分色鏡上。
當(dāng)該輻照光依次通過用于紅光反射的分色鏡43、用于綠光反射的分色鏡41和用于藍(lán)光反射的分色鏡時，它的紅光分量、綠光分量和藍(lán)光分量被反射。輻照光的這些紅光分量、綠光分量和藍(lán)光分量入射到色盤(colorwheel)180。色盤180加以時間區(qū)分地切換紅光和藍(lán)綠色(藍(lán)色+綠色)光。通過色盤180的彩色光以不同的入射角分別入射到全息PDLC 117上。
與上述第三實施例中使用的全息PDLC 100相同，在本實施例中使用的全息PDLC 117的結(jié)構(gòu)適于衍射P-偏振光而不衍射S-偏振光。全息PDLC 117具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中R、G、B光的全息層131、132、133作為三層與玻璃板134、135、136堆疊在一起，并且全息PDLC 117與反射液晶空間光調(diào)制器118構(gòu)建成一體，如圖21和22所示。
全息PDLC 117具有只在一個方向具有會聚能力的柱面透鏡的功能，使得輻照光會聚在反射液晶空間光調(diào)制器118的每種顏色對應(yīng)的基本像素上。
在色盤180選擇輻照光的紅光分量并使其入射到全息PDLC 117上的情況下，則輻照光只被全息PDLC 117的紅光全息層131衍射并會聚到反射液晶空間光調(diào)制器118的所有基本像素電極119a、119b上，如圖21所示。在圖像顯示中，由于兩個相鄰基本像素電極119a、119b被用作一個像素電極119，所以這些相鄰的兩個像素電極119a、119b被作為一個像素電極119等同地驅(qū)動。
此外，在反射液晶空間光調(diào)制器118中，像素電極119形成在玻璃板137上。液晶層138設(shè)置在像素電極119上。全息PDLC 117設(shè)置在其上方，且玻璃板139設(shè)置在全息PDLC 117和液晶層138之間。
接著，在色盤180選擇輻照光的藍(lán)光分量和綠光分量并使其入射到全息PDLC 117上的情況下，則輻照光的這些顏色分量分別被藍(lán)光全息層133和綠光全息層132衍射并會聚到全息PDLC 117的對應(yīng)的基本像素電極119a、119b上，如圖22所示。
在反射液晶空間光調(diào)制器118中，用于紅光調(diào)制的一對基本像素電極和在藍(lán)光和綠光調(diào)制中用于藍(lán)光調(diào)制的基本像素電極及用于綠光調(diào)制的基本像素電極，也即，總共四個像素電極作為一個像素被驅(qū)動以實現(xiàn)彩色圖像顯示。對于這總共四個像素電極，用于紅光調(diào)制的兩個基本像素電極稍后將用作用于藍(lán)光調(diào)制的基本像素電極和用于綠光調(diào)制的基本像素電極。因此，可以考慮在物理上具有兩個像素電極。
在全息PDLC 117中，由于堆疊有全息層131至133，所以被頂層的紅光全息層131和綠光全息層132衍射的衍射光再次被底層的藍(lán)光全息層133衍射。因此，輻照光的一部分未輻照反射液晶空間光調(diào)制器118。
為了避免上述問題，需要使所投射的輻照光的擴(kuò)展角足夠窄，例如大約為±3°，并且需要使每種顏色的光的波長范圍足夠窄，例如大約為±20nm。而且，需要減小每個全息層的可允許的衍射角。因而，在本實施例中，輻照光被設(shè)定為使用耦合棱鏡160以例如65°的足夠大的角度入射到全息層上。
在“白色”顯示的情況下，在各個顏色像素電極119a、119b上被顏色分散和會聚的輻照光具有旋轉(zhuǎn)了90°的入射偏振方向，并作為S-偏振光被反射。因此，在這種情況下，反射光大致垂直反射液晶空間光調(diào)制器118被發(fā)射，而沒有被各種顏色光的全息層(R、G、B)衍射。
該反射光再次穿過耦合棱鏡160，隨后被用于透射S-偏振光的起偏板150探測到，并入射到投射光學(xué)系統(tǒng)70上，如圖20所示。入射在投射光學(xué)系統(tǒng)70上的反射光在屏幕上形成圖像，未示出。以這種方式，彩色圖像被顯示在屏幕上。
第七實施例如根據(jù)本發(fā)明圖像顯示裝置的第七實施例，本發(fā)明被應(yīng)用于虛像顯示裝置的示例將被加以描述。
該虛像顯示裝置具有作為兩個空間光調(diào)制器的EL圖像顯示單元101、102；分色鏡60；以及目鏡透鏡190，如圖23所示。
在該圖像顯示裝置中，來自用于紅光發(fā)射的EL圖像顯示元件101的顯像光和來自用于藍(lán)光/綠光發(fā)射的EL圖像顯示元件102的顯像光通過用于紅光反射的分色鏡60被組合，隨后通過目鏡透鏡190，并在眼睛191形成虛像顯示。
在該圖像顯示裝置中，如圖3所示，用于藍(lán)光/綠光發(fā)射的EL圖像顯示元件102具有一種像素結(jié)構(gòu)使得在箭頭X方向上基本像素節(jié)距為如圖4所示的用于紅光發(fā)射的EL圖像顯示元件101的像素結(jié)構(gòu)中的基本像素節(jié)距的1/2，并且每個像素的面積大約為用于紅光發(fā)射的EL圖像顯示元件101的像素結(jié)構(gòu)中的像素面積的一半。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置通過使用一個或兩個空間光調(diào)制器實現(xiàn)彩色圖像顯示。因此，可以減少所用的空間光調(diào)制器的數(shù)目并可以使裝置小型化。而且，可以很容易地調(diào)整空間光調(diào)制器的位置并且可以很容易地實現(xiàn)空間光調(diào)制器位置精確對準(zhǔn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置可以避免由于投射型圖像顯示裝置要求的投射光學(xué)系統(tǒng)反聚焦的增加而造成的投射光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)的增加，并且因此能夠降低制造成本。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，即使使用具有相對低的響應(yīng)速度的空間光調(diào)制器時，由于空間光調(diào)制器具有雙板結(jié)構(gòu)，所以所顯示的圖像的分辨率不會明顯降低并可以實現(xiàn)具有高的光利用效率而不存在顏色分散問題的彩色圖像顯示。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，如果使用具有相對高的響應(yīng)速度并能夠在不產(chǎn)生顏色分散的情況下實現(xiàn)雙色切換顯示的空間光調(diào)制器，則可以利用單板結(jié)構(gòu)實現(xiàn)具有高的光利用效率的彩色圖像顯示。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，通過將對應(yīng)物理上形成在一個空間光調(diào)制器中的兩個基本顏色像素的顏色光分散并會聚到所述兩個基本顏色像素上，可以實現(xiàn)高效圖像顯示元件。
此外，通過使用偏振選擇全息光學(xué)元件，該偏振選擇全息光學(xué)元件使用例如液晶材料等各向異性材料作為全息光學(xué)元件，可以實現(xiàn)更有效的彩色圖像顯示。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，當(dāng)使用兩個空間光調(diào)制器時，通過使用具有一個顏色像素用于調(diào)制一個波長范圍的空間光調(diào)制器作為用于紅光調(diào)制的空間光調(diào)制器并使用具有一個顏色像素用于調(diào)制兩個不同波長范圍的空間光調(diào)制器作為用于藍(lán)光和綠光調(diào)制的空間光調(diào)制器，可以實現(xiàn)具有良好的彩色平衡功能的高效彩色圖像顯示。
當(dāng)使用一個空間光調(diào)制器時，通過使用時間區(qū)分濾色片發(fā)射的兩種顏色的光束作為紅光和藍(lán)綠色光并且利用這些光輻照空間光調(diào)制器，可以實現(xiàn)具有良好的彩色平衡功能的高效彩色圖像顯示。
在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，當(dāng)使用兩個空間光調(diào)制器時，通過使用主要發(fā)射紅光的第二光源并且利用該第二光源輻照具有一個顏色像素用于調(diào)制一個波長范圍的空間光調(diào)制器，可以實現(xiàn)具有良好的彩色平衡功能的高效彩色圖像顯示。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，包括輻照光源，用于發(fā)射輻照光；第一空間光調(diào)制器，輻照光的第一波長范圍分量入射到其上，并且其根據(jù)對應(yīng)第一波長范圍分量的像素調(diào)制第一波長范圍分量；顏色分散和會聚裝置，用于分散不同于輻照光第一波長范圍的第二和第三波長范圍分量并會聚各個波長范圍分量；第二空間光調(diào)制器，通過顏色分散和會聚裝置第二和第三波長范圍分量會聚在第二空間光調(diào)制器上并入射到對應(yīng)第二和第三范圍分量的不同像素位置，并且第二空間光調(diào)制器根據(jù)對應(yīng)各個波長范圍分量的像素調(diào)制各個波長范圍分量；以及顏色組合裝置，用于組合第一和第二空間光調(diào)制器發(fā)射的調(diào)制光。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中第一和第二空間光調(diào)制器為反射空間光調(diào)制器。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為具有介電多層膜的顏色組合鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為偏振光束分束器。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為全息光學(xué)元件。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中第一空間光調(diào)制器中的像素為用于紅光調(diào)制的像素，而第二空間光調(diào)制器的像素為用于藍(lán)光調(diào)制的像素和用于綠光調(diào)制的像素。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中顏色分散和會聚裝置包括具有介電多層膜的顏色分散鏡和設(shè)置在第二空間光調(diào)制器中的顯微鏡頭陣列。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中輻照光源包括多個具有不同發(fā)射波長范圍的光源，并且從至少一個光源發(fā)射的輻照光只輻照第一和第二空間光調(diào)制器中的一個。
9.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，還包括顏色分散裝置，用于將輻照光分散成第一波長范圍分量及包括第二和第三波長范圍分量的范圍分量，使得第一波長范圍分量入射到第一空間光調(diào)制器上，并使包括第二和第三波長范圍分量的范圍分量入射到顏色分散和會聚裝置上。
10.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中第一和第二空間光調(diào)制器具有同等的像素結(jié)構(gòu)和顯示區(qū)域。
11.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中第一空間光調(diào)制器中的像素數(shù)目為第二空間光調(diào)制器中像素數(shù)目的1/2，并且其顯示面積與第二空間光調(diào)制器的顯示面積相等。
12.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中顏色分散和會聚裝置為全息光學(xué)元件。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，其中全息光學(xué)元件為包括液晶材料的偏振選擇全息光學(xué)元件。
14.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，其中入射到全息光學(xué)元件上的輻照光為P-偏振光。
15.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，其中對于P-偏振光，全息光學(xué)元件具有50％或更高的衍射效率，而對于S-偏振光具有10％或更低的衍射效率。
16.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，其中在全息光學(xué)元件中，兩種類型的全息透鏡，也即，用于綠光衍射的全息透鏡和用于藍(lán)光衍射的全息透鏡，通過堆疊多個全息層或通過對于一個全息層的多次曝光來形成。
17.如權(quán)利要求12所述的圖像顯示裝置，還包括由全息光學(xué)元件組成的顏色分散裝置，來自輻照光源的輻照光入射到該顏色分散裝置上，其中顏色分散裝置衍射輻照光的第二和第三波長范圍分量藍(lán)光和綠光中的一種以及輻照光的第一波長范圍分量紅光，而不衍射另一種，從而將藍(lán)光和綠光與紅光分離，而且顏色分散裝置使得紅光入射到第一空間光調(diào)制器上并使藍(lán)光和綠光入射到作為顏色分散和會聚裝置的全息光學(xué)元件上。
18.如權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其中第二空間光調(diào)制器在對應(yīng)第二和第三波長范圍分量的不同像素中具有對應(yīng)每一波長范圍的濾色片。
19.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中第一和第二空間光調(diào)制器為反射空間光調(diào)制器。
20.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為具有介電多層膜的顏色組合鏡。
21.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為偏振光束分束器。
22.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為全息光學(xué)元件。
23.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中第一空間光調(diào)制器中的像素為用于紅光調(diào)制的像素，而第二空間光調(diào)制器的像素為用于藍(lán)光調(diào)制的像素和用于綠光調(diào)制的像素。
24.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中輻照光源包括多個具有不同發(fā)射波長范圍的光源，并且從至少一個光源發(fā)射的輻照光只輻照第一和第二空間光調(diào)制器中的一個。
25.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，還包括顏色分散裝置，用于將輻照光分散成第一波長范圍分量及包括第二和第三波長范圍分量的范圍分量，使得第一波長范圍分量入射到第一空間光調(diào)制器上，并使包括第二和第三波長范圍分量的范圍分量入射到顏色分散和會聚裝置上。
26.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中第一和第二空間光調(diào)制器具有同等的像素結(jié)構(gòu)和顯示區(qū)域。
27.如權(quán)利要求18所述的圖像顯示裝置，其中第一空間光調(diào)制器中的像素數(shù)目為第二空間光調(diào)制器中像素數(shù)目的1/2，并且其顯示面積與第二空間光調(diào)制器的顯示面積相等。
28.一種圖像顯示裝置，包括輻照光源，用于發(fā)射輻照光；時間區(qū)分濾色片，輻照光入射到該時間區(qū)分濾色片上，并且該時間區(qū)分濾色片依次并交替地傳輸輻照光的兩個不同波長范圍分量；顏色分散和會聚裝置，用于會聚作為第一波長范圍分量穿過時間區(qū)分濾色片的一個波長范圍分量，并用于將穿過時間區(qū)分濾色片的其他波長范圍分量分散成第二和第三波長范圍分量且會聚各個波長范圍分量；以及空間光調(diào)制器，用于當(dāng)?shù)谝徊ㄩL范圍分量通過顏色分散和會聚裝置入射到該空間光調(diào)制器上時根據(jù)對應(yīng)第一波長范圍分量的像素調(diào)制第一波長范圍分量，并且用于當(dāng)?shù)诙偷谌ㄩL范圍分量入射到對應(yīng)第二和第三波長范圍分量的不同像素位置時根據(jù)對應(yīng)所述各個波長范圍分量的像素調(diào)制第二和第三波長范圍分量。
29.如權(quán)利要求28所述的圖像顯示裝置，其中通過時間區(qū)分濾色片傳輸?shù)膬蓚€波長范圍分量為紅光和藍(lán)綠色光。
30.如權(quán)利要求28所述的圖像顯示裝置，其中空間光調(diào)制器為反射空間光調(diào)制器。
31.如權(quán)利要求28所述的圖像顯示裝置，其中輻照光源包括多個具有不同發(fā)射波長范圍的光源，并且從至少一個光源發(fā)射的輻照光只輻照所述空間光調(diào)制器中的一個。
32.如權(quán)利要求28所述的圖像顯示裝置，還包括顏色分散裝置，用于將輻照光的不同波長范圍分量分散到第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器。
33.如權(quán)利要求28所述的圖像顯示裝置，其中顏色分散和會聚裝置為全息光學(xué)元件。
34.如權(quán)利要求33所述的圖像顯示裝置，其中全息光學(xué)元件為包括液晶材料的偏振選擇全息光學(xué)元件。
35.如權(quán)利要求33所述的圖像顯示裝置，其中入射到全息光學(xué)元件上的輻照光為P-偏振光。
36.如權(quán)利要求33所述的圖像顯示裝置，其中對于P-偏振光，全息光學(xué)元件具有50％或更高的衍射效率，而對于S-偏振光具有10％或更低的衍射效率。
37.如權(quán)利要求33所述的圖像顯示裝置，其中在全息光學(xué)元件中，三種類型的全息透鏡，也即，用于紅光衍射的全息透鏡、用于綠光衍射的全息透鏡和用于藍(lán)光衍射的全息透鏡，通過堆疊多個全息層或通過對于一個全息層的多次曝光來形成。
38.如權(quán)利要求37所述的圖像顯示裝置，其中用于紅光衍射的一個所述全息透鏡的面積為用于綠光衍射的一個所述全息透鏡和用于藍(lán)光衍射的所述全息透鏡的面積的1/2。
39.一種圖像顯示裝置，包括第一空間光調(diào)制器，用于根據(jù)對應(yīng)第一波長范圍分量的像素調(diào)制第一波長范圍分量光并發(fā)射該調(diào)制光；第二空間光調(diào)制器，用于根據(jù)對應(yīng)第二和第三波長范圍分量的像素調(diào)制不同于第一波長范圍的第二和第三波長范圍分量光并發(fā)射該些調(diào)制光；以及顏色組合裝置，用于組合第一和第二空間光調(diào)制器發(fā)射的調(diào)制光。
40.如權(quán)利要求39所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為具有介電多層膜的顏色組合鏡。
41.如權(quán)利要求39所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為偏振光束分束器。
42.如權(quán)利要求39所述的圖像顯示裝置，其中顏色組合裝置為全息光學(xué)元件。
43.如權(quán)利要求39所述的圖像顯示裝置，其中第一和第二空間光調(diào)制器具有同等的像素結(jié)構(gòu)和顯示區(qū)域。
44.如權(quán)利要求39所述的圖像顯示裝置，其中第一空間光調(diào)制器的像素數(shù)目為第二空間光調(diào)制器中像素數(shù)目的1/2，并且其顯示面積與第二空間光調(diào)制器的顯示面積相等。
全文摘要
本發(fā)明提供利用兩個空間光調(diào)制器彩色顯示圖像的圖像顯示裝置，其包括第一空間光調(diào)制器(52)，用于調(diào)制來自輻照光源(10)的輻照光第一波長波段分量；分色鏡(40，41)和透鏡陣列(51)，用于分散輻照光第二和第三波長波段分量并將其會聚；第二空間光調(diào)制器(50)，用于調(diào)制第二和第三波長波段分量；以及分色鏡(60)，用于組合第一和第二空間光調(diào)制器輸出的調(diào)制光。
文檔編號G02B5/18GK1545639SQ0281629
公開日2004年11月10日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者武川洋, 田中義禮, 禮 申請人:索尼株式會社