CN101382726A

CN101382726A - 投影装置

Info

Publication number: CN101382726A
Application number: CNA2007101497596A
Authority: CN
Inventors: 官大双; 白东尼; 林佳德
Original assignee: LIANCHENG PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: Himax Display Inc
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-11

Abstract

本发明公开了一种投影装置，其包括照明系统、反射式光阀、投影镜头以及彩色滤光元件。其中，照明系统具有光源，用以提供照明光束，而反射式光阀配置于照明光束的传递路径上。此反射式光阀具有呈阵列排列的多个像素，以将照明光束转换成影像光束，而投影镜头则配置于影像光束的传递路径上。彩色滤光元件是配置于光源与反射式光阀之间，且位于照明光束的传递路径上。此外，彩色滤光元件包括透明基板以及配置于透明基板的第一表面上的彩色滤光阵列。此彩色滤光阵列包括多个滤光图案，且各滤光图案分别对应上述像素其中之一。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种投影装置。

背景技术

近年来，体积庞大且笨重的阴极射线管(cathode ray tube，CRT)投影机，已逐渐被液晶投影机及数字光源处理(digital light processing，DLP)投影机等产品所取代。这些产品具有轻薄且可携性高的特性，并可直接与数字产品连结以将影像投影显示出来。在各家厂商不断地推出便宜且具有竞争性的产品，并增加产品附加功能的情况下，这些产品除了使用于公司、学校及其他公众场所外，甚至已经有逐渐扩展至一般家庭的趋势。

一般而言，为了提高投影机在价格上的竞争力，市面上的投影机大多是采用单片光阀(light valve)的设计，而此种架构的投影机通常需使用循序性滤光元件(如色轮)，将白光依序分成红光、蓝光与绿光。请参照图1A与图1B，其分别绘示已知一种采用单片反射式光阀的投影装置的示意图，以及图1A中色轮的示意图。已知投影装置100中，光源110所提供的白光112通过准直光学件(collimation optics)115后，会被反射镜120反射至色轮130。色轮130包括红色滤光片132、绿色滤光片134与蓝色滤光片136，而随着色轮130的转动，可将白光112依序过滤成红光、绿光与蓝光。接着，反射式光阀140则配合红光、绿光与蓝光产生的时间而呈现出不同的状态，进而将被二向色镜(dichroic mirror)135反射的红光、绿光与蓝光分别转换成红色影像光、绿色影像光与蓝色影像光。之后，投影镜头150会将红色、绿色与蓝色影像光投影于屏幕上，以在屏幕上形成全彩影像。

然而，由于反射式光阀140是配合红光、绿光与蓝光产生的时间而呈现不同的状态，在配合上难免会有些许误差。举例来说，随着色轮130的转动，当白光112通过色轮130后的颜色由红色转变成绿色时，反射式光阀140应立即切换状态，但实际上反射式光阀140切换状态的时间可能会提早或延后，因而导致所谓的虹光效应(rainbow effect)，影响显示品质。此外，由于同一时间仅有一种颜色的影像光投射在屏幕上，所以光利用效率较差，导致影像的亮度偏低。另外，色轮130为动件，其在可靠度方面较固定件差，所以较容易发生故障。

图2是已知一种投影装置的照明系统与光阀的示意图。请参照图2，光源200所提供的白光202通过准直光学件(collimation optics)204后会形成准直白光206。接着，滤光器302将准直白光206过滤成三个空间分离(spatiallyseparated)且带宽(bandwidth)不同的红光304R、绿光304G与蓝光304B。可转换的光学系统(switchable optics system)308用于使红光304R、绿光304G与蓝光304B分别聚焦于光阀212的显示表面214A、214B、214C上。

更详细地说，光阀212的显示表面可区分为三个区块(即显示表面214A、214B、214C)，而可转换的光学系统308可作三阶段的循环(three-stage cycle)切换。当切换至第一阶段时，可转换的光学系统308可使红光304R、绿光304G与蓝光304B分别投射于显示表面214C、显示表面214A与显示表面214B上；当切换至第二阶段时，可转换的光学系统308可使红光304R、绿光304G与蓝光304B分别投射于显示表面214A、显示表面214B与显示表面214C上；当切换至第三阶段时，可转换的光学系统308可使红光304R、绿光304G与蓝光304B分别投射于显示表面214B、显示表面214C与显示表面214A上。

上述架构中，由于在同一时间同时有三种颜色的光投射在光阀212上，所以可提高光利用效率。然而，由于上述架构的作动机制较为复杂，因此生产成本较高。而且，可转换的光学系统308为动件，其在可靠度方面较固定件差，所以较容易发生故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种投影装置，以改善虹光效应，并提高显示品质。

本发明的另一目的是提供一种投影装置，以增加产品可靠度。

为达上述或是其他目的，本发明提出一种投影装置，其包括照明系统、反射式光阀、投影镜头以及彩色滤光元件。其中，照明系统具有光源，用以提供照明光束，而反射式光阀配置于照明光束的传递路径上。此反射式光阀具有呈阵列排列的多个像素，以将照明光束转换成影像光束，而投影镜头则配置于影像光束的传递路径上。彩色滤光元件是配置于光源与反射式光阀之间，且位于照明光束的传递路径上。此外，彩色滤光元件包括透明基板以及配置于透明基板的第一表面上的彩色滤光阵列。此彩色滤光阵列包括多个滤光图案，且各滤光图案分别对应上述像素其中之一。

在本发明一实施例中，上述的滤光图案包括多个第一色滤光图案、多个第二色滤光图案以及多个第三色滤光图案。

在本发明一实施例中，上述的彩色滤光元件还包括抗反射层，配置于透明基板的第二表面上，且第二表面与第一表面相对。

在本发明一实施例中，上述的滤光图案的材料为无机材料(inorganicmaterial)。

在本发明一实施例中，上述的滤光图案是由二向色膜(dichroic film)堆叠而成或是由色素材料(pigment material)形成。

在本发明一实施例中，上述的各滤光图案与各像素的形状为相似形。

在本发明一实施例中，上述的照明系统更具有聚光元件，配置于彩色滤光元件与反射式光阀之间。此聚光元件适于将通过彩色滤光元件的各滤光图案的光聚焦于对应的像素上。

在本发明一实施例中，上述的投影装置还包括分光元件，配置于彩色滤光元件、反射式光阀与投影镜头之间。

在本发明一实施例中，上述的反射式光阀包括数字微镜装置(digitalmicro-mirror device，DMD)或单晶硅液晶显示面板(liquid crystal on siliconpanel，LCOS panel)。

本发明另提出一种投影装置，其包括照明系统、反射式光阀、投影镜头以及彩色滤光元件。其中，照明系统具有光源，用以提供照明光束。反射式光阀是配置于照明光束的传递路径上，此反射式光阀具有呈阵列排列的多个像素，以将照明光束转换成影像光束。投影镜头是配置于影像光束的传递路径上，而彩色滤光元件配置于反射式光阀与投影镜头之间，且位于影像光束的传递路径上。此彩色滤光元件包括透明基板以及配置于透明基板的第一表面上的彩色滤光阵列。此彩色滤光阵列包括多个滤光图案，且各滤光图案分别对应上述像素其中之一。

在本发明一实施例中，上述的滤光图案的材料为无机材料。

在本发明一实施例中，上述的滤光图案是由二向色膜堆叠而成或是由色素材料形成。

在本发明一实施例中，上述的反射式光阀包括数字微镜装置或单晶硅液晶显示面板。

本发明的彩色滤光元件可在同一时间内将白光过滤成多种不同颜色的光，且这些光是同时投射在对应的像素上，所以可有效改善虹光效应，并增加光利用效率。此外，由于彩色滤光元件是固定件，所以产品可靠度较高。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A是已知一种采用单片反射式光阀的投影装置的示意图。

图1B是图1A中色轮的示意图。

图2是已知一种投影装置的照明系统与光阀的示意图。

图3是本发明一实施例的投影装置的示意图。

图4A是图3的反射式光阀的局部上视图。

图4B是图3的彩色滤光元件的局部上视图。

图5是本发明另一实施例的投影装置的示意图。

附图标记说明

100、400、400’：投影装置 110、200、412：光源

112、202：白光 115、204、414：准直光学件

120、416：反射镜 130：色轮

132：红色滤光片 134：绿色滤光片

135：二向色镜 136：蓝色滤光片

140、420：反射式光阀 150、430：投影镜头

206：准直白光 212：光阀

214A、214B、214C：显示表面 302：滤光器

304R：红光 304G：绿光

304B：蓝光 308：可转换的光学系统

410：照明系统 413：照明光束

413’：影像光束 422：像素

440：彩色滤光元件 442：透明基板

442a：第一表面 442b：第二表面

444：彩色滤光阵列 445：滤光图案

450：分光元件 R：第一色滤光图案

G：第二色滤光图案 B：第三色滤光图案

具体实施方式

图3是本发明一实施例的投影装置的示意图，图4A是图3的反射式光阀的局部上视图，而图4B是图3的彩色滤光元件的局部上视图。请参照图3、图4A与图4B，本实施例的400投影装置包括照明系统410、反射式光阀420、投影镜头430以及彩色滤光元件440。其中，照明系统410具有光源412，用以提供照明光束413，而反射式光阀420配置于照明光束413的传递路径上。此反射式光阀420具有呈阵列排列的多个像素422，以将照明光束413转换成影像光束413’，而投影镜头430则配置于影像光束413’的传递路径上。彩色滤光元件440是配置于光源412与反射式光阀420之间，且位于照明光束413的传递路径上。此外，彩色滤光元件440包括透明基板442以及配置于透明基板442的第一表面442a上的彩色滤光阵列444。此彩色滤光阵列444包括多个滤光图案445，且各滤光图案445分别对应上述像素422其中之一。更详细地说，滤光图案445与像素422的数量相同，且每个滤光图案445是对应到不同的像素422，而通过各滤光图案445的光会投射到与此滤光图案445相对应的像素422。

上述的投影装置400中，透明基板442例如是玻璃基板。滤光图案445可具有多种颜色，而在本实施例中是以三种颜色为例，即第一色滤光图案R、第二色滤光图案G以及第三色滤光图案B。其中，第一色滤光图案的颜色例如是红色，第二色滤光图案G的颜色例如是绿色，而第三色滤光图案B的颜色例如是蓝色。需注意的是，图4B中所绘示的不同颜色滤光图案的排列方式仅为举例之用，本发明并不对其作限定。此外，滤光图案445可由二向色膜堆叠而成，或是由色素材料形成。另外，为了使滤光图案445较不容易劣化，滤光图案445的材料可选用无机材料。

承上述，照明系统410例如更具有多种光学元件，如图3中所绘示的准直光学件414及反射镜416等。熟悉此项技艺者当知照明系统410内尚可包括其他相关的光学元件，在此将不对其作介绍。

在本实施例中，光源412所提供的照明光束413通过准直光学件414后会变成准直的照明光束，而反射镜416会将照明光束413反射至彩色滤光元件440。接着，彩色滤光元件440的滤光图案445会将照明光束413过滤成红光、绿光与蓝光，而通过滤光图案445的光会投射在与滤光图案445相对应的像素422上。这些像素422会根据所欲显示出的影像资料将投射于其上的光转换成与此影像资料相对应的影像光束413’并将其反射至投影镜头430，而投影镜头430则会将影像光束413’投影在屏幕上，以在屏幕上形成影像。

承上述，在本实施例中例如是通过配置于彩色滤光元件440、反射式光阀420与投影镜头430之间的分光元件450，将通过彩色滤光元件440后的光反射至反射式光阀420。此分光元件450可为二向色镜或是内部全反射棱镜(total internal reflection prism，TIR prism)。此外，反射式光阀420可为数字微镜装置或单晶硅液晶显示面板。

本发明一实施例中，为了避免照明光束413入射彩色滤光元件440的透明基板442时产生反射的现象，可在透明基板442相对于第一表面442a的第二表面442b上设置抗反射(anti reflection，AR)层(未绘示)。其中，抗反射层的材料包括氮化钛(titanium nitride)、氮化硅(silicon oxide)、氮氧化硅(siliconoxynitride)、富硅氮化物(silicon rich nitride)。

值得一提的是，为了使彩色滤光元件440的各滤光图案445的制作更为容易，可将各滤光图案445的尺寸作大，亦即彩色滤光元件440的各滤光图案445可大于反射式光阀420的各像素422的尺寸。在此情况下，需通过配置于彩色滤光元件440与反射式光阀420之间的聚光元件(未绘示)将通过彩色滤光元件440的各滤光图案445的光聚焦于对应的像素422上。

由于本实施例的彩色滤光元件440可在同一时间内将光源412所提供的白光过滤成红光、蓝光与绿光，且这些不同颜色的光是同时投射在对应的像素422上，所以除了可有效改善采用循序性滤光元件的已知技术容易产生的虹光效应外，还可增加光利用效率，以提高投射于屏幕上的影像亮度及对比。此外，由于彩色滤光元件440是固定件，相较于已知技术中所使用的滤光元件为动件，本实施例的彩色滤光元件440的可靠度较佳。而且，由于本实施例的投影装置400的结构较为简单，所以可降低生产成本。

图5是本发明另一实施例的投影装置的示意图。由于图5与图3相似，所以在图5与图3中相同的标号代表相同的元件。请参照图5，本实施例的投影装置400’包括照明系统410、反射式光阀420、投影镜头430以及彩色滤光元件440。其中，照明系统410具有光源412，用以提供照明光束413。反射式光阀420是配置于照明光束413的传递路径上，此反射式光阀420具有呈阵列排列的多个像素422(如图4A所示)，以将照明光束413转换成影像光束413’。投影镜头430是配置于影像光束413’的传递路径上，而彩色滤光元件440则是配置于反射式光阀420与投影镜头430之间，且位于影像光束413’的传递路径上。此彩色滤光元件440包括透明基板442以及配置于透明基板442的第一表面442a上的彩色滤光阵列444。此彩色滤光阵列444包括多个滤光图案445(如图4B所示)，且各滤光图案445分别对应上述像素422其中之一。更详细地说，滤光图案445与像素422的数量相同，且每个滤光图案445是对应到不同的像素422，而被各像素422所反射的光会投射到与此像素422相对应的滤光图案445。

本实施例的投影装置400’与图3所绘示的投影装置400的最大差别在于投影装置400’的彩色滤光元件440是配置于反射式光阀420与投影镜头430之间。换言之，在本实施例中是先通过反射式光阀420将照明光束413转换成影像光束413’后，再通过彩色滤光元件440将影像光束413’调制成所需的颜色，以使投射于屏幕上的影像的颜色与预期相符。

关于本实施例的投影装置400’的优点、滤光图案445的颜色、材料、形成方式以及各元件的详细说明与上述实施例相似，在此将不再重述。

综上所述，本发明的投影装置至少具有下列优点：

1.本发明的彩色滤光元件可在同一时间内将白光过滤成多种不同颜色的光，且这些光是同时投射在对应的像素上，所以可有效改善虹光效应，并增加光利用效率，以提高投射于屏幕上的影像亮度及对比。

2.由于彩色滤光元件是固定件，而已知技术中所使用滤光元件为动件，因此本发明的彩色滤光元件的具有较佳的可靠度。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种投影装置，包括:

照明系统，具有光源，适于提供照明光束；

反射式光阀，配置于该照明光束的传递路径上，该反射式光阀具有呈阵列排列的多个像素，以将该照明光束转换成影像光束；

投影镜头，配置于该影像光束的传递路径上；

彩色滤光元件，配置于该光源与该反射式光阀之间，且位于该照明光束的传递路径上，其中该彩色滤光元件包括:

透明基板；以及

彩色滤光阵列，配置于该透明基板的第一表面上，其中该彩色滤光阵列包括多个滤光图案，且各该滤光图案分别对应该像素其中之一。

2.如权利要求1所述的投影装置，其中该滤光图案包括多个第一色滤光图案、多个第二色滤光图案以及多个第三色滤光图案。

3.如权利要求1所述的投影装置，其中该彩色滤光元件还包括抗反射层，配置于该透明基板的第二表面上，且该第二表面与该第一表面相对。

4.如权利要求1所述的投影装置，其中该滤光图案的材料为无机材料。

5.如权利要求1所述的投影装置，其中该滤光图案是由二向色膜堆叠而成或是由色素材料形成。

6.如权利要求1所述的投影装置，其中各该滤光图案与各该像素的形状

为相似形。

7.如权利要求6所述的投影装置，其中该照明系统更具有聚光元件，配置于该彩色滤光元件与该反射式光阀之间，该聚光元件适于将通过该彩色滤光元件的各该滤光图案的光聚焦于对应的像素上。

8.如权利要求1所述的投影装置，还包括分光元件，配置于该彩色滤光元件、该反射式光阀与该投影镜头之间。

9.如权利要求1所述的投影装置，其中该反射式光阀包括数字微镜装置或单晶硅液晶显示面板。

10.一种投影装置，包括:

照明系统，具有光源，适于提供照明光束；

投影镜头，配置于该影像光束的传递路径上；

彩色滤光元件，配置于该反射式光阀与该投影镜头之间，且位于该影像光束的传递路径上，其中该彩色滤光元件包括:

透明基板；以及

彩色滤光阵列，配置于该透明基板的第一表面上，该彩色滤光阵列包括多个滤光图案，且各该滤光图案分别对应该像素其中之一。

11.如权利要求10所述的投影装置，其中该滤光图案包括多个第一色滤光图案、多个第二色滤光图案以及多个第三色滤光图案。

12.如权利要求10所述的投影装置，其中该彩色滤光元件还包括抗反射层，配置于该透明基板的第二表面上，且该第二表面与该第一表面相对。

13.如权利要求10所述的投影装置，其中该滤光图案的材料为无机材料。

14.如权利要求10所述的投影装置，其中该滤光图案是由二向色膜堆叠而成或是由色素材料形成。

15.如权利要求10所述的投影装置，其中该反射式光阀包括数字微镜装置或单晶硅液晶显示面板。