CN1847971B - 液晶投影显示器 - Google Patents

Abstract

一种液晶投影显示器，包括光源、色轮、极化光束分离器、第一空间光调节器、第二空间光调节器以及投影透镜。此光源适于发出白光，此白光通过色轮转换为色光，此色光再通过极化光束分离器而分光为具有不同偏振方向的第一色光与第二色光，并使第一与第二色光沿不同的方向离开极化光束分离器。第一与第二色光分别通过第一与第二空间光调节器进行调制，并被反射回极化光束分离器。投影透镜设置于极化光束分离器之后已调制的第一与第二色光的光径上，并投影第一与第二色光而形成影像。

Description

液晶投影显示器

技术领域

本发明涉及一种投影显示装置，且特别是涉及一种液晶投影显示器。

背景技术

随着视讯技术的发展，液晶(liquid crystal)显示技术已经渐渐地广泛应用于日常生活中，如液晶电视、笔记本电脑(Notebook)或桌上型计算机的液晶屏幕(Liquid Crystal Display，LCD)，以及液晶投影机等。其中，液晶投影机为大尺寸屏幕显示的重要技术之一。液晶投影机的结构主要可分为照明部分、分色合色部分以及成像部分。

图1为公知的三片式反射式液晶投影***的示意图，而图2为公知的单片式反射式液晶投影***的示意图。如图1所示，三片式反射式液晶投影***100包括光源110，透镜阵列(lens array)120，偏振转换***(Polarization Conversion System，PCS)130，两个双色镜(dichroicmirror)140a、140b，多个反射镜150a、150b、150c，多个极化光束分离器(Polarization Beam Splitter，PBS)170R、170G、170B，多个反射式液晶面板160R、160G、160B，合光棱镜180以及投影透镜(projectorlens)190。

其中，光源110所发出的白光W通过透镜阵列120后，可更为均匀、集中且平行地入射偏振转换***130。同时，白光W经偏振转换***130的作用后，可被转换为单一偏振方向的白光W而入射双色镜140a。其中，白光W所含的红光R可穿透双色镜140a，再经过反射镜150a的反射而进入极化光束分离器170R。极化光束分离器170R会将红光R反射至反射式液晶面板160R，此时红光R会经过反射式液晶面板160R的调制而带有影像信息，并反射回极化光束分离器170R。调制后的红光R会穿透极化光束分离器170R，并且在合光棱镜180中与调制后的绿光G以及蓝光B进行合光，再通过投影透镜190而投影形成影像。公知的偏振转换***130虽可将光线的偏振方向转换以减少光能的损耗，然而由于偏振转换***130的转换效率只有60％～70％或更低，因此造成光线的使用效率不高。

另外，如图2所示，单片式反射式液晶投影***200包括光源210、色轮220、积分柱(integral rod)230、偏振片240、极化光束分离器250、反射式液晶面板260以及投影透镜270。光源210发出白光W后，通过色轮220连续分出R、G或B色光，再通过积分柱230、偏振片240、极化光束分离器250以及反射式液晶面板260对色光进行调制，最后通过投影透镜270将各色光的影像投影，并通过影像的积分效果完成全彩显示。单片式反射式液晶投影***200中，需要得到特定偏振方向的光线进入到极化光束分离器250以及反射式液晶面板260中，以进一步对光线进行调制。因此通过偏振片240使得具有某一偏振方向的光线通过，而另一偏振方向的光线则不能通过，但是却造成其光线的利用效率不高。

承上所述，由于三片式反射式液晶投影***中的分光与合光过程过于繁复，所以会导致光量的流失而影响到液晶投影机的亮度与其它光学表现。此外，三片式反射式液晶投影***的体积过于庞大，也不利于装置小型化的发展趋势。另外，在单片式反射式液晶投影***中，由于只有约一半的光线能通过偏振片，因此大幅降低了整个***的光线利用效率。

发明内容

本发明的目的就是提供一种液晶投影显示器，其适于提供较高的光线利用效率，且可实现装置小型化的设计。

本发明提出一种液晶投影显示器，包括光源、色轮、极化光束分离器、第一空间光调节器(spatial light modulator)、第二空间光调节器以及投影透镜。此光源适于发出白光。色轮设置于白光的光径上，用以将白光转换为色光。极化光束分离器设置于色光的光径上，用以将色光分光为具有不同偏振方向的第一色光与第二色光，并使第一色光与第二色光沿不同的方向离开此极化光束分离器。第一空间光调节器设置于第一色光的光径上，用以调制第一色光且将其反射回极化光束分离器。第二空间光调节器设置于第二色光的光径上，用以调制第二色光且将其反射回极化光束分离器。投影透镜设置于极化光束分离器之后已调制的第一色光与第二色光的光径上，用以投影第一色光与第二色光而形成影像。

依照本发明的较佳实施例所述的液晶投影显示器，上述色轮例如具有红色滤光片、绿色滤光片与蓝色滤光片。第一空间光调节器例如是反射式液晶面板。第二空间光调节器例如是反射式液晶面板。液晶投影显示器例如还包括不可见光滤镜，设置于光源与色轮间的白光的光径上，用以滤除白光中不可见光部分。

此外，液晶投影显示器例如还包括积分柱，其设置于光源与极化光束分离器间白光或色光的光径上。液晶投影显示器还可包括至少一个汇聚透镜，其设置于色轮与极化光束分离器间色光的光径上。液晶投影显示器也还可包括多个透镜，其设置于光源与极化光束分离器间白光或色光的光径上。

综上所述，在本发明之液晶投影显示器中，由于所采用的光学元件的数量较少，因此可简化整个光学***，进而实现装置小型化的设计。此外，由于不需使用偏振片，因此可提升光线的使用效率，进而改善液晶投影显示器的显示质量及亮度。

为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为公知的三片式反射式液晶投影***的示意图。

图2为公知的单片式反射式液晶投影***的示意图。

图3为本发明第一实施例之液晶投影显示器的示意图。

图4为色光入射极化光束分离器的示意图。

图5为P偏振方向的色光入射极化光束分离器以及空间光调节器的示意图。

图6为S偏振方向的色光入射极化光束分离器以及空间光调节器的示意图。

图7为未偏极化的光线入射极化光束分离器以及空间光调节器的示意图。

图8为本发明第二实施例之液晶投影显示器的示意图。

主要元件标记说明

100：三片式反射式液晶投影***

110：光源

120：透镜阵列

130：偏振转换***

140a、140b：双色镜

150a、150b、150c：反射镜

160R、160G、160B：反射式液晶面板

170R、170G、170B：极化光束分离器

180：合光棱镜

190：投影透镜

200：单片式反射式液晶投影***

210：光源

220：色轮

230：积分柱

240：偏振片

250：极化光束分离器

260：反射式液晶面板

270：投影透镜

300、400：本发明之液晶投影显示器

310：光源

312：灯泡

314：反射罩

320：色轮

320R：红色滤光片

320G：绿色滤光片

320B：蓝色滤光片

330：极化光束分离器

340、350：空间光调节器

360：投影透镜

370：不可见光滤镜

380：积分柱

385：透镜

390：汇聚透镜

P_R：具有P偏振方向的红光

P_G：具有P偏振方向的绿光

P_B：具有P偏振方向的蓝光

S_R：具有S偏振方向的红光

S_G：具有S偏振方向的绿光

S_B：具有S偏振方向的蓝光

S、P：偏振方向

R、G、B：色光

W：白光

W’：滤除不可见光部分的白光

具体实施方式

[第一实施例]

图3为本发明第一实施例之液晶投影显示器的示意图。请参照图3，此液晶投影显示器300主要包括光源310、色轮320、极化光束分离器330、两个空间光调节器340、350以及投影透镜360。

如图3所示，光源310例如包括灯泡312与反射罩314，灯泡312所发出的白光W经反射罩314的集中后向外射出。色轮320设置于白光W的光径上，用以将白光W转换为例如红、绿或蓝等色光。在本发明之一较佳实施例中，此色轮320例如具有红色滤光片320R、绿色滤光片320G与蓝色滤光片320B。当白光W通过色轮320时，入射红色滤光片320R的部分则为红光R通过，其它绿光G以及蓝光B的形成方式也与此相似。同时，红色滤光片320R、绿色滤光片320G与蓝色滤光片320B所占的面积可彼此相同或不同，当视设计所需而调整。

极化光束分离器330设置于红、绿或蓝等色光的光径上，用以将红、绿或蓝等色光中之一色光分光为具有不同偏振方向的色光S与另一色光P，并使色光S与色光P沿不同的方向离开极化光束分离器330。

空间光调节器340设置于色光S的光径上，用以调制色光S且将其反射回极化光束分离器330，而空间光调节器350设置于色光P的光径上，用以调制色光P且将其反射回极化光束分离器330。在本发明之一较佳实施例中，空间光调节器340与350例如为反射式液晶面板，其可将光线进行调制并使光线承载影像信息。反射式液晶面板例如是单晶硅反射式液晶面板(Liquid Crystal on Silicon panel，LCOSpanel)。

投影透镜360设置于极化光束分离器330之后已调制的色光S与色光P的光径上，用以投影色光S与色光P而形成影像。

如图3所示，在本发明之一较佳实施例中，此液晶投影显示器300例如还包括不可见光滤镜370、积分柱380以及汇聚透镜390等光学元件。其中，不可见光滤镜370例如设置于光源310与色轮320间的白光W的光径上，其适于滤除白光W中不可见光部分(如紫外线与红外线等)。积分柱380设置于色轮320与极化光束分离器330之间红、绿或蓝等色光的光径上，当然积分柱380也可设置于光源310与色轮320之间白光W的光径上。积分柱380的作用是将入射的光线均匀、集中且互相平行地射出。汇聚透镜390例如设置于色轮320与极化光束分离器330之间红、绿或蓝等色光的光径上。

请继续参照图3，光源310发出的白光W在液晶投影显示器300中，通过上述各光学元件的处理，最后可投影出影像。在本发明之一较佳实施例中，首先，光源310发出的白光W通过不可见光滤镜370滤除白光W中不可见光部分(如紫外线与远红外线等)以得到白光W’。接着，白光W’通过色轮320上的红色滤光片320R、绿色滤光片320G或蓝色滤光片320B的作用，以将白光W’分光得到红、绿或蓝等色光。此色光会再通过积分柱380以及汇聚透镜390后入射极化光束分离器330。

图4为色光入射极化光束分离器的示意图.如图4所示，当红、绿或蓝光入射极化光束分离器330时，其分别具有S偏振方向与P偏振方向的部分会因偏振方向的不同而有反射或穿透的现象.

图5为P偏振方向的色光入射极化光束分离器以及空间光调节器的示意图，而图6为S偏振方向的色光入射极化光束分离器以及空间光调节器的示意图。如图5所示，具有P偏振方向的红光P_R、绿光P_G或蓝光P_B在进入极化光束分离器330后，可通过此极化光束分离器330而入射空间光调节器350。P偏振方向的红光P_R、绿光P_G或蓝光P_B在被空间光调节器350反射后，其光的偏振方向也会转变成S偏振方向，也就是具有P偏振方向的红光、绿光与蓝光(P_R、P_G与P_B)会被空间光调节器350改变成具有S偏振方向的红光、绿光与蓝光(S_R、S_G与S_B)，并承载影像信息。接着，具有S偏振方向的红光、绿光与蓝光(S_R、S_G与S_B)在被反射回极化光束分离器330后，就会被极化光束分离器330所反射。

如图6所示，具有S偏振方向的红光S_R、绿光S_G或蓝光S_B在进入极化光束分离器330后，被极化光束分离器330反射而入射空间光调节器340。具有S偏振方向的红光S_R、绿光S_G或蓝光S_B在被空间光调节器340反射后，其光的偏振方向也会转变成P偏振方向，也就是具有S偏振方向的红光、绿光与蓝光(S_R、S_G与S_B)会被空间光调节器340改变成具有P偏振方向的红光、绿光与蓝光(P_R、P_G与P_B)，并承载影像信息。接着，具有P偏振方向的红光、绿光与蓝光(P_R、P_G与P_B)在被反射回极化光束分离器330后，即可通过此极化光束分离器330。

图7为未偏极化的光线入射极化光束分离器以及空间光调节器的示意图。如图7所示，当未经偏极化而同时包含S与P偏振方向的光线入射极化光束分离器330后，如同前述搭配图5及图6所描述的现象，S偏振方向与P偏振方向的光线可分别通过空间光调节器340、350进行调制，而成为承载影像信息的P偏振方向与S偏振方向的光线。

请继续参照图3与图7，红、绿或蓝等色光在经过极化光束分离器330以及两个空间光调节器340、350的分光、调制与合光后，会形成带有影像数据的色光，此色光会再通过投影透镜360将其投影即可形成单色影像。同时，通过色轮320与空间光调节器340、350的搭配，即可依序投影出红、绿或蓝等单色影像，并通过各色影像的积分效果而达到全彩显示的目的。

[第二实施例]

图8为本发明第二实施例之液晶投影显示器的示意图。请参照图8，此液晶投影显示器400与液晶投影显示器300中类似或相同的光学元件以相同标号进行标记，其包括光源310、色轮320、极化光束分离器330、空间光调节器340、350以及投影透镜360。在本发明第二实施例中，液晶投影显示器400例如还包括不可见光滤镜370、多个透镜385以及汇聚透镜390等光学元件。其中，多个透镜385设置于光源310与极化光束分离器330之间白光或色光的光径上。上述光学元件的设置与作用原理与第一实施例中所述的光学元件的作用原理类似或相同，在此不予以赘述。

在本实施例中，光源310所发出的光线通过不可见光滤镜370滤除不可见光部份后(紫外光或红外光)，先通过多个透镜385以及汇聚透镜390进行聚光后，再通过色轮320形成红、绿或蓝等色光。此色光再继续进入极化光束分离器330以及空间光调节器340、350，经调制形成带有影像数据的光线后，通过投影透镜360的投影而形成影像。

综上所述，本发明之液晶投影显示器具有下列优点：

(1)光学***架构简单，适于缩小光学***的体积以提升液晶投影显示器在使用上的便利性并节省成本.

(2)由于不需使用偏振片或偏振转换***，而可完全利用光源所提供的光线中具有两种不同偏振方向的部分，所以可降低光线的损失。因此，本发明之液晶投影显示器与公知的液晶投影***相比可以增加光的输出量达40％以上。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所述技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种液晶投影显示器，其特征在于包括：

光源，适于发出白光；

色轮，设置于上述白光的光径上，用以将上述白光转换为色光；

极化光束分离器，设置于上述色光的光径上，用以将上述色光分光为具有不同偏振方向的第一色光与第二色光，并使该第一色光与该第二色光沿不同的方向离开该极化光束分离器；

第一空间光调节器，设置于上述第一色光的光径上，用以调制上述第一色光且将其反射回上述极化光束分离器；

第二空间光调节器，设置于上述第二色光的光径上，用以调制上述第二色光且将其反射回上述极化光束分离器；以及

投影透镜，设置于上述极化光束分离器之后已调制的上述第一色光与上述第二色光的光径上，用以投影上述第一色光与上述第二色光而形成影像。

2.根据权利要求1所述的液晶投影显示器，其特征在于上述色轮具有红色滤光片、绿色滤光片与蓝色滤光片。

3.根据权利要求1所述的液晶投影显示器，其特征在于上述第一空间光调节器包括反射式液晶面板。

4.根据权利要求1所述的液晶投影显示器，其特征在于上述第二空间光调节器包括反射式液晶面板。

5.根据权利要求1所述的液晶投影显示器，其特征在于还包括不可见光滤镜，设置于上述光源与上述色轮间上述白光的光径上，用以滤除上述白光中不可见光部分。

6.根据权利要求1所述的液晶投影显示器，其特征在于还包括积分柱，设置于上述光源与上述极化光束分离器间上述白光或上述色光的光径上。

7.根据权利要求1或6所述的液晶投影显示器，其特征在于还包括至少一个汇聚透镜，设置于上述色轮与上述极化光束分离器间上述色光的光径上。

8.根据权利要求1所述的液晶投影显示器，其特征在于还包括多个透镜，设置于上述光源与上述极化光束分离器间上述白光或上述色光的光径上。

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