CN100424544C

CN100424544C - 采用在硅板液晶微显示lcos上集成彩色滤波片的光学投影系统

Info

Publication number: CN100424544C
Application number: CNB2005101026705A
Authority: CN
Inventors: 郭海成; 黄河楫
Original assignee: HONGKONG YAGAO PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: HONGKONG YAGAO PHOTOELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: CN1932581A

Abstract

本发明为采用在硅板液晶微显示LCOS上集成彩色滤波片的光学投影系统，本发明揭示了三种投影系统，分别为单光源的一面板光学投影系统、单光源双面板光学投影系统和双光源的双面板光学投影系统。这三种光学投影系统有一个共同点：都采用了CF-LCOS面板和辅助的光学器件构成，能够将LCOS微显示芯片上的图像投影到大屏幕上，将极大的简化光学投影系统。

Description

采用在硅板液晶微显示LCOS上集成彩色滤波片的光学投影系统

技术领域

本发明是采用硅板液晶微显示LCOS的光学投影系统，尤其是指采用在硅板液晶微显示LCOS上集成彩色滤波片(CF-LCOS)的光学投影系统。

背景技术

LCOS微显示技术是采用透明玻璃基板和硅片底板共同构成液晶显示。硅片底板包括有源驱动的底板，有一系列像素，每个像素上面有反射光束的金属镜片。集成电路和像素晶体管可以被制作在硅板上以控制LCOS像素液晶两端的电压。LCOS微显示在此模式下运行：控制通过液晶两端的电压以控制液晶的偏振态，以改变通过的光线的亮度。因此，像素显示通过控制每个像素两端的电压可以生成任意图像。

采用LCOS光学投影系统的一些设计是已经存在的，现有的LCOS光学投影系统可以分为两大种类：3面板系统和1面板系统。他们都有令人不满意之处。在3面板系统中，入射光被分为红、绿、蓝三种主要颜色。在3块面板系统形成图像后，图像被重新通过光学手段合成。光学系统是非常复杂和昂贵的。而且从3个面板系统出来的光线在像素上重叠形成图像，其制造工艺非常复杂。

在1面板系统中，通过时间分割来形成全色彩。在时间分割系统中，输入全色彩图像信号首先被分解成红绿蓝三个子图像信号，并且储存。三个子图像信号系统出来的图像以顺时的方式在LCOS面板上显示出来，即时间上，LCOS面板会显示红绿蓝等的图像。同时，入射光被过滤成为红绿蓝光来照射在LCOS面板上。红绿蓝图像被先后投影在显示屏上，通过快速投影，人眼会看见完整的全彩的图像。这种方法要求光源能够高速转换为红绿蓝光，另外输入图像也要很快的分解成红绿蓝三个子图像信号。因此，整套系统非常复杂，光的使用效率很低。总之，目前所存在的3面板系统和1面板系统都存在问题.

发明内容

本发明为了克服以上问题，采用在LCOS像素上集成了彩色滤波片，彩色滤波片是由吸收性颜料薄膜制成，采用微电子技术把红蓝绿颜色集成在像素上，我们称之为CF-LCOS面板。这种CF-LCOS面板将极大的简化光学投影系统。本发明揭示了三种光学投影系统，分别是单光源的一面板光学投影系统、单光源双面板光学投影系统和双光源的双面板光学投影系统。这三种光学投影系统有一个共同点：都采用了CF-LCOS面板。

本发明的光学投影系统由CF-LCOS面板和辅助的光学器件构成，能够将LCOS微显示芯片上的图像投影到大屏幕上。在本发明中，LCOS微显示将微型彩色滤波片直接集成到像素上。

因此，本发明的一个目的是提供一种单光源的一面板光学投影系统，其是通过以下方案实现：

一种单光源的一面板光学投影系统，其包括：

一个白色光源；

一个偏振光分光器(PBS)，以反射S-偏振光和透过P-偏振光；

一个硅板液晶微显示(CF-LCOS)，上面有彩色滤波片，直接集成在硅板液晶微显示上；

一个投影棱镜。

本发明的另一目的是提供一种单光源的双面板光学投影系统，其是通过以下方案实现：

一种单光源的双面板光学投影系统，其包括：

一个白色光源；

一套机制，将白光转换成偏振光；

一个偏振干涉滤波片(PIF)，该偏振干涉滤波片(PIF)可以把绿光偏振方向转变90度，而不改变其他光线的偏振方向；

一个偏振光分光器(PBS)，以反射S-偏振光和透过P-偏振光；

两个硅板液晶微显示(LCOS)，至少其中一个有彩色滤波片直接集成在硅板液晶微显示上(CF-LCOS)；

一个投影棱镜。

本发明的再一个目的是提供一种双光源的双面板光学投影系统，其是通过以下方案实现：

一种双光源的双面板光学投影系统，其包括：

一个光源，主要提供绿光；

一个光源，主要提供红光和蓝光；

两个偏振光分光器(PBS)，以反射S-偏振光和透过P-偏振光；

一个滤波片，该滤波片能够反射绿光和透过红光和蓝光，或者相反；

一个投影棱镜。

以下详细描述本发明：

在单光源的一面板光学投影系统中，只有一个CF-LCOS面板，集成了红、绿、蓝三色微型滤波片。红、绿、蓝分别标注以R、G、B，其波长根据通常人眼的红、绿、蓝三色的标准确定。投影光学系统包括白光光源、偏振光转换器、聚光镜片，偏振光分光器(PBS)、CF-LCOS面板，提高对比度的偏振片和投影棱镜，偏振光分光器(PBS)的作用是把P-偏振光和S-偏振光分开，通常是P-偏振光被透过，S-偏振光被反射。

在本发明单光源的一面板光学投影系统中使用的白光光源，比如灯泡或排列成距阵的发白光的发光二级管，用来照亮CF-LCOS面板。一种方案是把光源发出的光转换成一种偏振光，如S偏振光。可以用光学器件把光束均匀化。S偏振光被偏振光分光器(PBS)反射到CF-LCOS面板上，面板上含有红绿蓝的彩色滤波片。从CF-LCOS反射的光的偏振状态取决于CF-LCOS像素的电压。P偏振光被PBS通过，传输到投影棱镜，投影在显示屏上。可以增加一个过滤的偏振片，以传输P偏振光来提高输出的对比度。

在本发明单光源的双面板光学投影系统中，有两个LCOS面板被采用。一个是CF-LCOS面板，另一个是普通的LCOS面板，上面没有彩色过滤片。对于单光源的双面板投影系统，必须用偏振干涉滤波片(PIF)把光源分解成两束光线，一束是绿光，另外一束是由红光和蓝光组成。偏振干涉滤波片(PIF)的工作原理是把某一种颜色光的偏振角度旋转90度，而不影响其他颜色光。例如，绿光偏振干滤波片(PIF)可以把绿光的偏振角度加以旋转，而不影响红光和蓝光。通过偏振光分光器(PBS)后，绿光和红蓝光被分离成两束光。

在单光源的双面板光学投影系统中，白色光源先被转换成一种偏振光，如S偏振光。一个绿光偏振干涉滤波片(PIF)把绿光转换成P型偏振光。通过偏振光分光器(PBS)，绿光作为P型偏振光被通过，而红光和蓝光作为S型偏振光被反射到CF-LCOS面板上。该CF-LCOS面板上有红(R)和蓝色(B)的微型滤波片，用来调制红光和蓝光。另外一束绿光则被没有彩色滤波片的LCOS面板调制。一个普通的绿光滤波片可被用来提高绿光的纯度。通过同样的偏振光分光器(PBS)，调制后的绿光作为S型偏振光传输，而红光和蓝光变为P型偏振光传输，所以LCOS投影仪有红蓝绿三色图像。在输出点，可以用一个绿光偏振干涉滤波片(PIF)把绿光再次转换成P型偏振光。这个绿光偏振干涉滤波片，加上一个偏振片，可以用来提高显示对比度。

在本发明双光源的双面板光学投影系统中，一个光源是主色(如绿色)，另外一个光源是其他色(蓝色和红色的混合)。两个LCOS面板将被两个不同的光束分别照射。CF-LCOS面板被红蓝光照射，该CF-LCOS面板上有红和蓝色的微型滤波片，用来调制红光和蓝光。另外一个光路是普通的LCOS光学系统，用绿光照射。一个滤波片用于把两个LCOS面板出来的光线加以整合，通过棱镜投影到显示屏上。该滤波片可以反射绿光和透过红光和蓝光。

本发明的双光源的双面板光学投影系统中有两个子投影系统，为红光加蓝光系统，和绿光系统，有两个不同的光源和不同的LCOS面板。对于绿光系统，LCOS面板上没有彩色滤波器。对于红光和蓝光系统，光源和LCOS面板都有两种色彩。一个滤光片被用来把两个系统输出的光线整合，然后投影到显示屏上(图中未画出)。该滤波片能够反射绿光和透过红光和蓝光，是一种传统的多层薄膜干涉滤波片。从两个LCOS面板出来的光束必须是同样大小的，以确保一个好的图像重叠在显示屏上。

本发明三种光学投影系统中所提到的偏振光分光器(PBS)主要反射面具有4 5度入射角。

附图说明

图1：单光源的一面板光学投影系统

1.白光光源2.偏振光转换器+聚光镜片3.偏振光分光器(PBS)4.CF-LCOS面板5.偏振片6.投影棱镜

图2：单光源的双面板光学投影系统

1.白光光源2.偏振光转换器+聚光镜片3.绿光偏振干涉滤波片(PIF)4.偏振光分光器(PBS)5.CF-LCOS(R+B)面板6.LCOS面板7.绿光滤波片8.绿光偏振干涉滤波片(PIF)9.偏振片10.投影棱镜

图3：双光源的双面板光学投影系统

1.绿光光源.2.偏振光转换器+聚光镜片3.偏振光分光器(PBS)4.LCOS面板5.偏振片6.蓝光及红光光源7.偏振光转换器+聚光镜片8.偏振光分光器(PBS)9.CF-LCOS(B+R)面板10.偏振片11.反射式彩色滤波片12.投影棱镜

具体实施方式

实施例1

结合附图1说明单光源的一面板光学投影系统：

白光光源(1)，比如灯泡或弧光灯或排列成距阵的发白光的发光二级管，通过偏振光转换器+聚光镜片(2)将光源发出的光转换成一种偏振光，如S偏振光。S偏振光被偏振光分光器(PBS)(3)反射到CF-LCOS面板(4)上，该面板上含有红绿蓝的彩色滤波片。从CF-LCOS面板反射的光的偏振状态取决于CF-LCOS面板像素的电压。P偏振光被偏振光分光器(PBS)(3)通过，再通过一个过滤的偏振片(5)，以传输P偏振光来提高输出的对比度，再传输到投影棱镜(6)，投影在显示屏上。

实施例2

结合附图2说明单光源的双面板光学投影系统：

白光光源(1)，比如灯泡或弧光灯或排列成距阵的发白光的发光二级管，通过偏振光转换器+聚光镜片(2)将光源发出的光转换成一种偏振光，如S偏振光。一个绿光偏振干涉滤波片(PIF)(3)把绿光转换成P型偏振光，红光和蓝光则维持为S偏振光。红光和蓝光被偏振光分光器(PBS)(4)反射到CF-LCOS(R+B)面板(5)上，该面板上含有红蓝的彩色滤波片。绿光则被偏振光分光器(PBS)(4)透过到没有彩色滤波器的LCOS面板(6)上。一个普通的绿光滤波片(7)可放在LCOS面板(6)前用来提高绿光的纯度。从CF-LCOS(R+B)面板(5)和从LCOS面板(6)上反射的光的偏振状态取决于CF-LCOS(R+B)面板(5)和LCOS面板(6)像素的电压。从CF-LCOS(R+B)面板(5)反射的红光和蓝光为P偏振光被偏振光分光器(PBS)(4)通过。从LCOS面板(6)反射的绿光为S偏振光被偏振光分光器(4)反射。两道光束重叠。在输出点，用一个绿光偏振干涉滤波片(PIF)(8)把绿光再次转换成P型偏振光。再通过一个过滤的偏振片(9)，以传输P偏振光来提高输出的对比度，再传输到投影棱镜(10)，投影在显示屏上。

实施例3

结合附图3说明双光源的双面板光学投影系统：

实施例3中有两个子投影系统，分别为红光加蓝光系统，和绿光系统。绿光子系统有绿光光源(1)，比如灯泡或弧光灯或排列成距阵的发绿光的发光二级管，通过偏振光转换器+聚光镜片(2)将光源发出的光转换成一种偏振光，如S偏振光。S偏振光被偏振光分光器(PBS)(3)反射到LCOS面板(4)上，该面板上不含彩色滤波片。从LCOS面板(4)反射的光为P偏振光，P偏振光被偏振光分光器(PBS)(3)通过，再通过一个过滤的偏振片(5)，以传输P偏振光来提高输出的对比度。红光和蓝光子系统有红光和蓝光光源(6)，比如灯泡或弧光灯或排列成距阵的发红光和发蓝光的发光二级管，通过偏振光转换器+聚光镜片(7)将光源发出的光转换成一种偏振光，如S偏振光。S偏振光被偏振光分光器(PBS)(8)反射到CF-LCOS(B+R)面板(9)上，该面板上含有蓝红彩色滤波片。从CF-LCOS(B+R)面板(9)反射的光为P偏振光。P偏振光被偏振光分光器(PBS)(8)通过，再通过一个过滤的偏振片(10)，以传输P偏振光来提高输出的对比度。两个子投影系统的输出光束，用一个反射式彩色滤波片(11)来把两个系统输出的光线结合，再传输到投影棱镜(12)，然后投影到显示屏上。该反射式彩色滤波片(11)能够反射绿光和透过红光和蓝光，是一种传统的多层薄膜干涉滤波片。从两个LCOS面板出来的光束必须是同样大小的，以确保一个好的图像重叠在显示屏上。

Claims

1. 采用在硅板液晶微显示LCOS上集成彩色滤波片的光学投影系统，其特征是，其是一种单光源的一面板光学投影系统，在该投影系统中包括：

一个白色光源；

一个偏振光分光器(PBS)，以反射S-偏振光和透过P-偏振光；

一个吸收型彩色滤波硅板液晶微显示(CF-LCOS)，上面有吸收型彩色滤波片，直接集成在硅板液晶微显示上；

一个投影棱镜。

2. 根据权利要求1所述的光学投影系统，其特征是，还包括偏振光转换器和聚光镜片，将白光光源发出的光转换成一种偏振光。

3. 根据权利要求1或2所述的光学投影系统，其特征，是白色光源是灯泡或弧光灯或排列成距阵的发白光的发光二级管。

4. 根据权利要求3所述的光学投影系统，其特征是，还包括一个偏振片，以传输P偏振光来提高输出的对比度。

5. 采用在硅板液晶微显示LCOS上集成彩色滤波片的光学投影系统，其特征是，其是一种单光源的双面板光学投影系统，在该投影系统中包括：

一个白色光源；

一套机制，将白光转换成偏振光；

一个偏振光分光器(PBS)，以反射S-偏振光和透过P-偏振光；

两个硅板液晶微显示(LCOS)，至少其中一个是吸收型彩色滤波硅板液晶微显示(CF-LCOS)；

一个投影棱镜。

6. 根据权利要求5所述的光学投影系统，其特征是，白色光源是灯泡或弧光灯或排列成距阵的发白光的发光二级管。

7. 根据权利要求5或6所述的光学投影系统，其特征是，将白光转换成偏振光的一套机制是偏振光转换器和聚光镜片。

8. 根据权利要求7所述的光学投影系统，其特征是，还包括一个偏振干涉滤波片(PIF)，该偏振干涉滤波片(PIF)可以把绿光偏振方向转变90度，而不改变其他光线的偏振方向。

9. 根据权利要求8所述的光学投影系统，其特征是，还包括一个偏振片，以传输P偏振光来提高输出的对比度。

10. 采用在硅板液晶微显示LCOS上集成彩色滤波片的光学投影系统，其特征是，其是一种双光源的双面板光学投影系统，在该投影系统中包括：

一个光源，主要提供绿光；

一个光源，主要提供红光和蓝光；

两个偏振光分光器(PBS)，以反射S-偏振光和透过P-偏振光；

一个反射式彩色滤波片，该反射式彩色滤波片能够反射绿光和透过红光和蓝光，或者相反；

一个投影棱镜

11. 根据权利要求10所述的光学投影系统，其特征是，提供绿光的光源和提供红光和蓝光的光源是灯泡或弧光灯或排列成距阵的绿、红、蓝发光二级管。

12. 根据权利要求10或11所述的光学投影系统，其特征是，还包括两个偏振光转换器和聚光镜片，将光源发出的光转换成一种偏振光。

13. 根据权利要求12所述的光学投影系统，其特征是，还包括两个偏振片，以传输P偏振光来提高输出的对比度。