专利名称：快速时序分色切换模组及由其构成的投影显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种快速时序分色切换模组及由其构成的投影显示装置，尤指一种快速时序分色切换分色模组，以及包括有快速时序分色切换分色模组的投影显示装置。
时序性的颜色切换模组一般可分为机械式与电子式两大类。前者使入射白光依次经机械切换的各色滤光镜片而实现颜色切换。该装置除了机械运动的缺点外，通常系统都较为复杂，其体积也较为庞大。后者则由电子电路与光阀开关组成成，因此，光阀的应答速度、模组的透光率、颜色的纯度以及明暗的对比度，便成为品质好坏的关键。
现有的电子分色光阀模组，如在美国专利第4,232,948号中所述，以液晶光阀切换偏振性能，使之与一多层具双折射性能的延迟器结合来选择通过的光波色域。其透光率、切换速度与色纯度均不理想。另外，在第5,347,378号美国专利中，利用染料偏光滤镜接合快速液晶光阀的结构，仍有透光率与色纯度不足的问题。
为此，近期发表了以偏振延迟器堆叠结构与一快速切换偏振的液晶光阀结合而成的具有高速率及饱和色度的红、绿、蓝三原色时序切换模组，其在第5,751,380号专利所揭示的装置已经开发成产品行销于世。
如
图1所示，其为第4,232,948号美国专利所公开的模组。其中10及20分别为垂直方向放置的可见光域偏光片；1、2、3分别为红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的光阀单元，其分别由一单片的强介电性液晶(FLC)面板100、200、300及前置PRS11、13、15与后置PRS12、14、16组合而成。将一时序脉冲400分别连接在FLC面板100、200及300，便可依次获得偏振的红、绿、蓝光束。
如图2所示，为另一相关技术。其中，分色棱镜90-95主要用来进行光合光，另外三片FLC面板70、72、74受到时序脉冲电源110的控制，依次将红、绿、蓝色光束切换射出。此模组的切换速度可达0.05msec。由于光学系统完全由介电材料干涉滤镜处理，原则上红、绿、蓝光束的通光能量没有任何损失，并且应答速度完全一致；其可能的缺点在于光学系统的对准性难度与光束的有效收集率上。
前述两种FLC面板模组的共同缺点在于光束穿过FLC面板时，受到对比率的限制，因此目前需要解决的问题就是在FLC面板快速的应答的情况下，增加光阀模组的对比率。
本发明的主要目的在于提供一种快速时序分色切换模组及由其构成的投影显示装置，其可快速切换输出具有高色纯度及高色对比的不同波域的信号；所述的分色切换模组配合单片穿透式或反射式快速应答的显像元件，与其他如微小反射镜系统，构成一全彩的投影显像系统。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的一种快速时序分色切换模组，它包括一个以上的次模组，其依次连接一可使一波域平行偏振光穿过，而其他波域平行偏振光被反射的滤光镜；一个该波域的偏光分光镜；一因外加电场变化而改变反射光束偏振的液晶面板；另一组放置在前一次模组旁的、可使第二选择波域运作的次模组，当依次改变所述各次模组液晶面板的电场时，其依次将一个以上不同波域的平行偏振光，在与其入射垂直的方向依次以垂直偏振的光束射出，当所述入射光束为垂直偏振光时，则其依次切换光束成平行偏振光束。
所述的液晶面板为三个强介电性液晶面板。
所述的一个以上不同波域为红、绿、蓝三原色光的波域。
一种快速时序分色切换模组，其包括一用于将入射的光束分成一个以上不同波域的光束并从其中的不同棱镜射出的棱镜模组；一个以上用于将一个以上不同波域的光束反射回棱镜模组中的强介电性液晶面板，分别设置在一个以上不同波域的光束的棱镜出射面上；一用于快速切换强介电性液晶面板开或关，并使一个以上不同波域的光束依序自棱镜模组中射出的电源，该电源分别连接到一个以上的强介电性液晶面板。
所述的棱镜模组包括六个分色棱镜，各棱镜为胶合在一起或分离状态。
所述的电源为连续脉冲电源。
上述的强介电性液晶面板的数目为三个。
上述的一个以上不同的波域为红、绿、蓝三原色光的波域。
所述分色棱镜由平行板组合。
一种快速时序分色切换式投影显示装置，其包括一将入射光束分成一个以上不同波域的光束并从其中不同棱镜射出的棱镜模组；一个以上用于将一个以上不同波域的光束反射回棱镜模组中的强介电性液晶面板，其分别设置在一个以上不同波域的光束的棱镜出射面上；一用于快速切换强介电性液晶面板开或关，并使一个以上不同波域的光束依序自棱镜模组中射出的电源，其分别连接到数个强介电性液晶面板；一用于投射显像模组的信号的显像模组，其接收上述被依序射出的一个以上不同波域的光束。
该显示装置中的显像模组为单片的穿透式液晶光阀或强介电性液晶面板。
该显示装置中的显像模组为单片的反射式液晶面板或强介电性液晶面板。
上述的一个以上不同的波域为红、绿、蓝三原色光的波域。
该显示装置中的棱镜模组包括六个分色棱镜。
该显示装置中的强介电性液晶面板的数目为三个。
该显示装置中的电源为连续脉冲电源。
本发明由于用以切换红色、绿色、蓝色光束的三片FLC面板为利用面板的反射结构，其对比远大于使用穿透式面板；其结构比穿透式面板简单，其各棱镜中的分色镜的性能较佳，制作简单；由于在各FLC面板关闭时，光束可沿着原入射光路径射回，因此不须使用吸收装置。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为现有技术的分色模组的架构示意图。
图2为另一现有技术的分色模组的架构示意图。
图3为本发明的一实施例的分色模组的架构示意图。
图4为图3的种镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之一。
图5为图3的种镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之二。
图6为图3的种镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之三。
图7为图3的种镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之四。
图8为图3的种镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之五。
图9为图3的种镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之六。
图10为本发明的另一实施例的分色模组的架构示意图。
图11为图10的棱镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之一。
图12为图10的棱镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之二。
图13为图10的棱镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之三。
图14为图10的棱镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之四。
图15为图10的棱镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之五。
图16为图10的棱镜模组的各棱镜中的分色滤镜的光谱特性图之六。
图17为本发明的分色模组构成的一投影显示装置的架构示意图。
图18为本发明的分色模组构成的另一投影显示装置的架构示意图。
图19为本发明的分色模组所获得的红色、绿色及蓝色光束的色纯度的CIE座标示意图。
如图3所示，本发明由六颗颜色选择棱镜120、122、124、126、128、130组合而成。其中，分色棱镜120的光谱如图4所示；分色棱镜122的光谱如图5所示分色棱镜124的光谱如图6所示；分色棱镜126的光谱如图7所示；分色棱镜128的光谱如图8所示；分色种镜130的光谱如图9所示。
当平行偏振的入射白光自棱镜上方射入时，平行偏振的红光Pr穿过棱镜120与122而射入FLC面板140。当FLC面板140打开)时，平行偏振的红光Pr(在图中以实线表示)被反射并转换成垂直偏振红光Sr，而被棱镜124反射穿过棱镜126及130，并自模组左下方的棱镜130射出。当FLC面板140关闭时，平行偏振光Pr(在图中以虚线表示)的偏振不变化，反射穿过棱镜122及120，而依Pr’的路径从原入射方向离开棱镜模组。
入射至棱镜120的平行偏振白光中的绿色光束Pg及蓝色光束Pb经反射后，射向棱镜124。其中，绿光经棱镜124反射后穿过棱镜126，射到FLC面板150上。当FLC面板150打开时，平行偏振的绿色光束Pg(在图中以实线表示)转换成垂直偏振的绿色光束Sg，经棱镜模右下方的棱镜130射出。当FLC面板150关闭时，入射的绿色光束Pg(在图中以虚线表示)则维持其平行偏振，并沿着Pg’光路径，穿过棱镜126，再先后由棱镜124及120反射，而从入射光Ip方向从棱镜模组射出。
入射白光中的蓝光Pb，经棱镜120反射后通过棱镜124，再穿过棱镜128而射向FLC面板160。当FLC面板160打开时，平行偏振的蓝光Pb(在图中以实线表示)被反射并转换成垂直偏振的蓝光Sb，再经棱镜128及130反射，而自棱镜130射出。当FLC面板160关闭时，则蓝光Pb(在图中以虚线表示)维持原来的偏振，沿着Pb’方向，经棱镜128及124，再由棱镜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，将一快速脉冲电压连接在FLC面板140、150、160上，便可依次自棱镜130的右方射出红色、绿色、蓝色的垂直偏振光束。
图10所示为本发明的另一个实施例，该分色切换模组的结构与图3的实施例类似，但其入射光束为垂直偏振的白光Is。其中，分色棱镜220的光谱如图11所示；分色棱镜222的光谱如图12所示；分色棱镜224的光谱如图13所示；分色棱镜226的光谱如图14所示；分色棱镜228的光谱如图15所示；分色棱镜230的光谱如图16所示。
如图17所示，本发明的分色切换模组可与一穿透式液晶成像模组170及投影物镜组180结合，构成一时序全彩投影显示装置；或如图18所示，与一反射式液晶呈像模组190及投影物镜180结合，构成一时序全彩投影显示装置。
利用本发明的全彩投影系统红、绿及蓝色光束的色纯度的CIE座标如图19所示。其中，由符号[o]所形成的三角形区域为现有技术的色域，而符号[Δ]所形成的三角形区域为本发明的分色切换模组的色域。由图中可看出，利用本发明的分色模组可得到较佳的色纯度。
权利要求
1.一种快速时序分色切换模组，其特征在于它包括一个以上的次模组，其依次连接一可使一波域平行偏振光穿过，而其他波域平行偏振光被反射的滤光镜；一个该波域的偏光分光镜；一因外加电场变化而改变反射光束偏振的液晶面板；另一组放置在前一次模组旁的、可使第二选择波域运作的次模组，当依次改变所述各次模组液晶面板的电场时，其依次将一个以上不同波域的平行偏振光，在与其入射垂直的方向依次以垂直偏振的光束射出，当所述入射光束为垂直偏振光时，则其依次切换光束成平行偏振光束。
2.如权利要求1所述的快速时序分色切换模组，其特征在于所述的液晶面板为三个强介电性液晶面板。
3.如权利要求1所述的快速时序分色切换模组，其特征在于所述的一个以上不同波域为红、绿、蓝三原色光的波域。
4.一种快速时序分色切换模组，其特征在于其包括一用于将入射的光束分成一个以上不同波域的光束并从其中的不同棱镜射出的棱镜模组；一个以上用于将一个以上不同波域的光束反射回棱镜模组中的强介电性液晶面板，分别设置在一个以上不同波域的光束的棱镜出射面上；一用于快速切换强介电性液晶面板开或关，并使一个以上不同波域的光束依序自棱镜模组中射出的电源，该电源分别连接到一个以上的强介电性液晶面板。
5.如权利要求4所述的快速时序分色切换模组，其特征在于所述的棱镜模组包括六个分色棱镜，各棱镜为胶合或分离。
6.如权利要求4所述的一种快速时序分色切换模组，其特征在于所述的电源为连续脉冲电源。
7.如权利要求4所述的快速时序分色切换模组，其特征在于所述的强介电性液晶面板的数目为三个。
8.如权利要求4所述的快速时序分色切换模组，其特征在于所述的一个以上不同的波域为红、绿、蓝三原色光的波域。
9.如权利要求5所述的快速时序分色切换模组，其特征在于所述分色棱镜为平行板组合。
10.一种快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于其包括一将入射光束分成一个以上不同波域的光束并从其中不同棱镜射出的棱镜模组；一个以上用于将一个以上不同波域的光束反射回棱镜模组中的强介电性液晶面板，其分别设置在一个以上不同波域的光束的棱镜出射面上；一用于快速切换强介电性液晶面板开或关，并使一个以上不同波域的光束依序自棱镜模组中射出的电源，其分别连接到数个强介电性液晶面板；一用于投射显像模组的信号的显像模组，其接收上述被依序射出的一个以上不同波域的光束。
11.如权利要求10所述的快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于所述的显像模组为单片的穿透式液晶光阀或强介电性液晶面板。
12.如权利要求10所述的快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于所述的显像模组为单片的反射式液晶面板或强介电性液晶面板。
13.如权利要求10所述的快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于所述的一个以上不同的波域为红、绿、蓝三原色光的波域。
14.如权利要求10所述的快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于所述的棱镜模组包括六个分色棱镜。
15.如权利要求10所述的快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于所述的强介电性液晶面板的数目为三个。
16.如权利要求10所述的快速时序分色切换式投影显示装置，其特征在于所述的电源为连续脉冲电源。
全文摘要
一种快速时序分色切换模组及由其构成的投影显示装置,其包括:一将入射的光束分成一个以上不同波域的光束,并从其中不同棱镜射出的棱镜模组;一个以上用于将一个以上不同波域的光束反射回棱镜模组中的强介电性液晶面板;一快速切换强介电性液晶面板开或关的电源,本发明可快速切换输出高色纯度及高色对比的不同波域光束;分色切换模组加上单片穿透式或反射式快速应答显示元件和其他反射镜系统构成了全彩投影显示系统。
文档编号G02F1/13GK1368654SQ0110244
公开日2002年9月11日 申请日期2001年2月2日 优先权日2001年2月2日
发明者贺方涓, 林来诚 申请人:财团法人工业技术研究院