專利名稱：快速時序分色切換模組及由其構成的投影顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種快速時序分色切換模組及由其構成的投影顯示裝置，尤指一種快速時序分色切換分色模組，以及包括有快速時序分色切換分色模組的投影顯示裝置。
時序性的顏色切換模組一般可分為機械式與電子式兩大類。前者使入射白光依次經機械切換的各色濾光鏡片而實現顏色切換。該裝置除了機械運動的缺點外，通常系統都較為復雜，其體積也較為龐大。后者則由電子電路與光閥開關組成成，因此，光閥的應答速度、模組的透光率、顏色的純度以及明暗的對比度，便成為品質好壞的關鍵。
現有的電子分色光閥模組，如在美國專利第4,232,948號中所述，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號美國專利中，利用染料偏光濾鏡接合快速液晶光閥的結構，仍有透光率與色純度不足的問題。
為此，近期發表了以偏振延遲器堆疊結構與一快速切換偏振的液晶光閥結合而成的具有高速率及飽和色度的紅、綠、藍三原色時序切換模組，其在第5,751,380號專利所揭示的裝置已經開發成產品行銷于世。
如
圖1所示，其為第4,232,948號美國專利所公開的模組。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)、藍色(B)的光閥單元，其分別由一單片的強介電性液晶(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、藍光束。
如圖2所示，為另一相關技術。其中，分色棱鏡90-95主要用來進行光合光，另外三片FLC面板70、72、74受到時序脈沖電源110的控制，依次將紅、綠、藍色光束切換射出。此模組的切換速度可達0.05msec。由于光學系統完全由介電材料干涉濾鏡處理，原則上紅、綠、藍光束的通光能量沒有任何損失，并且應答速度完全一致；其可能的缺點在于光學系統的對準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在于光束穿過FLC面板時，受到對比率的限制，因此目前需要解決的問題就是在FLC面板快速的應答的情況下，增加光閥模組的對比率。
本發明的主要目的在于提供一種快速時序分色切換模組及由其構成的投影顯示裝置，其可快速切換輸出具有高色純度及高色對比的不同波域的信號；所述的分色切換模組配合單片穿透式或反射式快速應答的顯像元件，與其他如微小反射鏡系統，構成一全彩的投影顯像系統。
本發明的目的是通過如下技術方案來實現的一種快速時序分色切換模組，它包括一個以上的次模組，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；一個該波域的偏光分光鏡；一因外加電場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作的次模組，當依次改變所述各次模組液晶面板的電場時，其依次將一個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，當所述入射光束為垂直偏振光時，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強介電性液晶面板。
所述的一個以上不同波域為紅、綠、藍三原色光的波域。
一種快速時序分色切換模組，其包括一用于將入射的光束分成一個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；一個以上用于將一個以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強介電性液晶面板，分別設置在一個以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強介電性液晶面板開或關，并使一個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以上的強介電性液晶面板。
所述的棱鏡模組包括六個分色棱鏡，各棱鏡為膠合在一起或分離狀態。
所述的電源為連續脈沖電源。
上述的強介電性液晶面板的數目為三個。
上述的一個以上不同的波域為紅、綠、藍三原色光的波域。
所述分色棱鏡由平行板組合。
一種快速時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；一個以上用于將一個以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強介電性液晶面板，其分別設置在一個以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強介電性液晶面板開或關，并使一個以上不同波域的光束依序自棱鏡模組中射出的電源，其分別連接到數個強介電性液晶面板；一用于投射顯像模組的信號的顯像模組，其接收上述被依序射出的一個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介電性液晶面板。
上述的一個以上不同的波域為紅、綠、藍三原色光的波域。
該顯示裝置中的棱鏡模組包括六個分色棱鏡。
該顯示裝置中的強介電性液晶面板的數目為三個。
該顯示裝置中的電源為連續脈沖電源。
本發明由于用以切換紅色、綠色、藍色光束的三片FLC面板為利用面板的反射結構，其對比遠大于使用穿透式面板；其結構比穿透式面板簡單，其各棱鏡中的分色鏡的性能較佳，制作簡單；由于在各FLC面板關閉時，光束可沿著原入射光路徑射回，因此不須使用吸收裝置。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1為現有技術的分色模組的架構示意圖。
圖2為另一現有技術的分色模組的架構示意圖。
圖3為本發明的一實施例的分色模組的架構示意圖。
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為本發明的另一實施例的分色模組的架構示意圖。
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為本發明的分色模組構成的一投影顯示裝置的架構示意圖。
圖18為本發明的分色模組構成的另一投影顯示裝置的架構示意圖。
圖19為本發明的分色模組所獲得的紅色、綠色及藍色光束的色純度的CIE座標示意圖。
如圖3所示，本發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。
當平行偏振的入射白光自棱鏡上方射入時，平行偏振的紅光Pr穿過棱鏡120與122而射入FLC面板140。當FLC面板140打開)時，平行偏振的紅光Pr(在圖中以實線表示)被反射并轉換成垂直偏振紅光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FLC面板140關閉時，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及藍色光束Pb經反射后，射向棱鏡124。其中，綠光經棱鏡124反射后穿過棱鏡126，射到FLC面板150上。當FLC面板150打開時，平行偏振的綠色光束Pg(在圖中以實線表示)轉換成垂直偏振的綠色光束Sg，經棱鏡模右下方的棱鏡130射出。當FLC面板150關閉時，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。
入射白光中的藍光Pb，經棱鏡120反射后通過棱鏡124，再穿過棱鏡128而射向FLC面板160。當FLC面板160打開時，平行偏振的藍光Pb(在圖中以實線表示)被反射并轉換成垂直偏振的藍光Sb，再經棱鏡128及130反射，而自棱鏡130射出。當FLC面板160關閉時，則藍光Pb(在圖中以虛線表示)維持原來的偏振，沿著Pb’方向，經棱鏡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、藍色的垂直偏振光束。
圖10所示為本發明的另一個實施例，該分色切換模組的結構與圖3的實施例類似，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結合，構成一時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結合，構成一時序全彩投影顯示裝置。
利用本發明的全彩投影系統紅、綠及藍色光束的色純度的CIE座標如圖19所示。其中，由符號[o]所形成的三角形區域為現有技術的色域，而符號[Δ]所形成的三角形區域為本發明的分色切換模組的色域。由圖中可看出，利用本發明的分色模組可得到較佳的色純度。
權利要求
1.一種快速時序分色切換模組，其特征在于它包括一個以上的次模組，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；一個該波域的偏光分光鏡；一因外加電場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作的次模組，當依次改變所述各次模組液晶面板的電場時，其依次將一個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，當所述入射光束為垂直偏振光時，則其依次切換光束成平行偏振光束。
2.如權利要求1所述的快速時序分色切換模組，其特征在于所述的液晶面板為三個強介電性液晶面板。
3.如權利要求1所述的快速時序分色切換模組，其特征在于所述的一個以上不同波域為紅、綠、藍三原色光的波域。
4.一種快速時序分色切換模組，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；一個以上用于將一個以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強介電性液晶面板，分別設置在一個以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強介電性液晶面板開或關，并使一個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以上的強介電性液晶面板。
5.如權利要求4所述的快速時序分色切換模組，其特征在于所述的棱鏡模組包括六個分色棱鏡，各棱鏡為膠合或分離。
6.如權利要求4所述的一種快速時序分色切換模組，其特征在于所述的電源為連續脈沖電源。
7.如權利要求4所述的快速時序分色切換模組，其特征在于所述的強介電性液晶面板的數目為三個。
8.如權利要求4所述的快速時序分色切換模組，其特征在于所述的一個以上不同的波域為紅、綠、藍三原色光的波域。
9.如權利要求5所述的快速時序分色切換模組，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；一個以上用于將一個以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強介電性液晶面板，其分別設置在一個以上不同波域的光束的棱鏡出射面上；一用于快速切換強介電性液晶面板開或關，并使一個以上不同波域的光束依序自棱鏡模組中射出的電源，其分別連接到數個強介電性液晶面板；一用于投射顯像模組的信號的顯像模組，其接收上述被依序射出的一個以上不同波域的光束。
11.如權利要求10所述的快速時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介電性液晶面板。
12.如權利要求10所述的快速時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介電性液晶面板。
13.如權利要求10所述的快速時序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的一個以上不同的波域為紅、綠、藍三原色光的波域。
14.如權利要求10所述的快速時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分色棱鏡。
15.如權利要求10所述的快速時序分色切換式投影顯示裝置，其特征在于所述的強介電性液晶面板的數目為三個。
16.如權利要求10所述的快速時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脈沖電源。
全文摘要
一種快速時序分色切換模組及由其構成的投影顯示裝置,其包括:一將入射的光束分成一個以上不同波域的光束,并從其中不同棱鏡射出的棱鏡模組;一個以上用于將一個以上不同波域的光束反射回棱鏡模組中的強介電性液晶面板;一快速切換強介電性液晶面板開或關的電源,本發明可快速切換輸出高色純度及高色對比的不同波域光束;分色切換模組加上單片穿透式或反射式快速應答顯示元件和其他反射鏡系統構成了全彩投影顯示系統。
文檔編號G02F1/13GK1368654SQ0110244
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月2日 優先權日2001年2月2日
發明者賀方涓, 林來誠 申請人:財團法人工業技術研究院