CN1294316A

CN1294316A - 彩色投影显示装置

Info

Publication number: CN1294316A
Application number: CN 99121166
Authority: CN
Inventors: 邱行中; 黎涤萍; 邱励楠
Original assignee: 邱励楠
Priority date: 1999-10-31
Filing date: 1999-10-31
Publication date: 2001-05-09

Abstract

一种彩色投影显示装置,它由隐含彩色图像的单色显示器件、投影光学系统、投影空间和彩色发光投影屏幕组成。单色显示器件由紫外或者紫色光源和LCD或DMD组成,LCD或DMD中有红、绿、蓝三组像素,它们分别对应于红、绿、蓝三组调制信号。在彩色发光投影屏幕上涂覆有红、绿、蓝三组发光材料,它们分别对应于单色显示器件中红、绿、蓝三组像素。这种装置具有色纯好、亮度高、结构简单、图像清晰和成本低等优点。

Description

彩色投影显示装置

本发明是关于彩色投影显示装置的改进。

随着HDTV的发展，彩色投影显示技术及其装置正发挥十分重要的作用。彩色投影显示装置是利用光学系统和投影空间将由信息控制的彩色发光图像放大并显示在投影屏幕上的装置。彩色显示投影装置通常由显示彩色发光图像的显示器件、投影光学系统、投影空间和投影屏幕所组成。其中显示器件可以仅由一个彩色显示器件或红、绿、蓝三个单色显示器件或者一组彩色显示器件或数组红、绿、蓝单色显示器件所构成。目前主要的彩色投影显示方式有CRT(投影管)式、LCD(液晶显示屏)式和DMD(数字微镜器件)式。CRT彩色投影显示方式分为单管式和三管式，目前几乎金采用三管式。LCD彩色投影显示方式分为单屏式和三屏式，DMD彩色投影显示方式分为单DMD式和三DMD式。投影屏幕作用是提供一个光学传输表面，使显示器件上发光图像经投影光学系统投射在投影屏幕上，形成一个投影式图像。

但现有结构的彩色投影显示装置存在以下缺点：1．投影屏幕的作用仅是使光线反射或透射，观看投影屏幕上图像的最佳视角范围受到限制，即对着屏幕观看图像最亮和最清晰，随着视角增加，图像逐渐变暗和模糊。而为了提高亮度增益和扩大视角范围，投影屏幕的结构比较复杂。2．对于三CRT式、三液晶屏式和三DMD式的彩色投影显示装置而言，光学系统较复杂，成本高，同时红、绿、蓝三色发光图像的会聚比较困难，图像质量受到影响。对于单液晶屏式彩色投影显示装置而言，系统装置虽得到简化，但需要通过分色镜等将红、绿、蓝光进行分色，并要使其分别以一定角度正确照射在液晶屏相应的红、绿、蓝色像素上，对光学系统的要求变得更加严格。对于单DMD式彩色投影显示装置而言，系统装置也得到简化，但需要采用机械方法使滤色轮保持严格的转速高速转动，并且亮度显著降低，图像质量较差。

本发明的目的在于解决现有彩色投影显示装置中存在的上述缺点。为实现这目的，本发明采取下列方法：1．将非发光的投影屏幕替换为涂复有红、绿、蓝三组发光材料的投影屏幕，即彩色发光投影屏幕。2．将显示彩色发光图像的显示器件替换为隐含有彩色图像的单色显示器件，即紫外色显示器件或紫色显示器件。这样不仅使系统装置大为简化，并且使彩色图像质量获得较大的改善。

下面进行详细说明。

LCD彩色投影显示方式分为三屏式和单屏式，三屏式原理是把来自光源的白色光通过分光镜分成红、绿、蓝三色光，再分别照射到各自对应的液晶屏上，在三块液晶屏中像素分别经红、绿、蓝三组调制信号调制，形成调制的单色光，经会聚、合成，最后投射到投影屏幕上形成彩色图像。三屏式彩色投影显示装置复杂，图像会聚困难。单屏式原理是把来自光源的白色光通过分光镜等光学系统分解成红、绿、蓝三色光，并分别使其以一定的角度正确地照射在液晶屏中相应的红、绿、蓝色三组像素上，经红、绿、蓝三组调制信号调制后，再投射到投影屏幕上形成彩色图像。单屏式彩色投影显示装置虽然简单，但对分色光学系统的要求更复杂和严格。

根据本发明，可以采用一个液晶屏和一个紫外光源，液晶屏中像素分为红、绿、蓝三组，它们分别对应红、绿、蓝三组调制信号。同时将非发光的投影屏幕改为彩色发光投影屏幕，其上涂复有红、绿、蓝三组发光材料，它们分别对应于液晶屏中红、绿、蓝三组像素。当紫外光直接照射在液晶屏上时，三组像素分别受到红、绿、蓝调制信号调制，成为隐含有彩色图像的紫外色单色图像，当紫外色单色图像通过投影光学系统被投射到彩色发光投影屏幕上时，受到红、绿、蓝三组信号调制的紫外光分别激发投影屏幕上相应的红、绿、蓝三组发光材料，从而将隐含的彩色图像转换为可见的彩色发光图像。这样不再需要分光镜等对红、绿、蓝三色光进行分色和合成，显示装置大为简化，成本显著下降。由于投影屏幕上发光材料被激发而发光时，光线向各个方向传播，视角不再受到限制，并且不存在会聚问题，因此彩色图像质量获得了显著改善。

DMD是最近出现并迅速发展的一种极有前途的新型显示器件，DMD彩色投影显示方式也分为三DMD式和单DMD式。三DMD式原理类似于三屏式，即它把来自光源的白色光也通过分光镜分成红、绿、蓝三色光，分别照射到各自对应的DMD上，在三个DMD中微镜分别经红、绿、蓝调制信号调制后，形成调制的单色光，经会聚、合成，最后投射到投影屏幕上形成彩色图像。三DMD式结构与三屏式也类似，主要不同是三块液晶屏需用三个DMD代替。但在三屏式中，液晶屏可用透射方式，也可用反射方式。在三DMD中，DMD只可用反射方式。三DMD式缺点和三液晶屏式大致相同。单DMD式原理如下：它采用一个DMD和由红、绿、蓝光组成的白色光源，而在光源和DMD之间加入一个匀速转动的滤色轮。当滤色轮转动时，它依次将白光转换为红、绿、蓝单色光。滤色轮转到红色区域时，显示红色图像，转到绿色区域时，显示绿色图像，转到蓝色区域时，显示蓝色图像。在滤色轮转速足够快的情况下，因人眼的视觉暂留特性，在投影屏幕上就会形成彩色图像。单DMD式采用场顺序的方法进行彩色显示，因此亮度显著降低，同时需要采用机械方法保证滤色轮以稳定的转速快速转动，图像质量容易受到影响。与三DMD式相比，单DMD式图像质量较差。

根据本发明，如果采用一个DMD和一个紫外光源，DMD中微镜分为红、绿、蓝三组，它们分别对应于红、绿、蓝调制信号。同时将非发光的投影屏幕改为彩色发光投影屏幕，其上涂复红、绿、蓝三组发光材料，它们分别与红、绿、蓝三组微镜相对应。当紫外光照射在DMD上时，三组微镜分别受到红、绿、蓝三组调制信号调制，成为隐含有彩色发光图像的紫外色单色图像，当它通过投影光学系统投射到彩色发光投影屏幕上时，受到红、绿、蓝三组信号调制的紫外光分别激发投影屏幕上相应的红、绿、蓝三组发光材料，从而将隐含的彩色图像转换为可见的彩色发光图像。这样不需对红、绿、蓝色光进行分色和合成，使彩色投影显示装置大为简化，会聚问题也不再存在。而屏幕上发光材料被激发而发光时，光线向各个方向传播，视角不再受到限制，彩色图像质量获得了较大改善。

在LCD式彩色投影显示装置中，液晶屏由偏振片、液晶和其它材料组成，偏振片、液晶都是高分子材料，它们在紫外线作用下容易产生老化，性能改变，因此光源应采用紫色光源或尽量接近可见光波长的长波紫外光源。而在DMD式彩色投影显示装置中，光源可根据需要，采用紫外光源、紫色光源。

总之，本发明的彩色投影显示装置由隐含彩色图像的单色(紫外色或紫色)显示器件、投影光学系统、投影空间和彩色发光投影屏幕组成。单色显示器件由液晶显示屏或数字微镜器件以及紫外光源或紫色光源组成。彩色发光投影屏幕上涂复有红、绿、蓝三组发光材料，它们在紫外光或者紫色光激发下发光。本发明的彩色投影显示装置不需要对红、绿、蓝三色光进行分色和合成，并且可只使用一个单色显示器件，因此显示装置大为简化，会聚问题也不复存在。另外采用了彩色发光投影屏幕，当彩色发光投影屏幕上发光材料受到激发而发光时，光线向各个方向传播，视角不再受到限制，因此彩色图像质量获得了很大的改善。

下面以实例具体说明。

实例1

在图1中，彩色投影显示装置由铅-汞囟化物灯1、10cm非晶硅TFT液晶屏2、投影透镜3、投影空间4和彩色发光投影屏幕5所组成。在液晶屏内形成307200组像素，每组像素由红、绿、蓝各一个像素构成，红、绿、蓝色像素按品字形排列，它们分别对应于红、绿、蓝色调制信号。彩色发光投影屏幕上也涂复307200组红、绿、蓝色发光点，它们也按品字形排列，并且分别与液晶屏上红、绿、蓝色像素相对应。当铅-汞囟化物灯发出的紫外光通过液晶屏时，液晶屏上红、绿、蓝色像素受到红、绿、蓝三组调制信号的调制，产生隐含有彩色图像的紫外色单色图像，然后它通过投影光学系统投射到彩色发光投影屏幕上，被红、绿、蓝三组调制信号调制的紫外色单色图像分别激发投影屏幕上相应的红、绿、蓝三组发光材料，从而将隐含的彩色图像转换为可见的彩色发光图像。

实例2

在图4中，2A为2．5cm DMD，其余同实例1。在DMD中有307200组微镜，每组微镜由按品字形排列的红、绿、蓝微镜各一个所构成，它们分别与红、绿、蓝调制信号相对应。每个微镜尺寸为0．014mm×0．014mm，微镜之间水平节距和垂直节距均为0．015mm。彩色发光投影屏幕上涂复有307200组发光点，每组发光点由红、绿、蓝色各一个发光点所构成，它们分别与DMD中红、绿、蓝微镜对应。当铅-汞囟化物灯发出的紫外光照射在DMD时，DMD上红、绿、蓝微镜受到红、绿、蓝三组调制信号调制，产生隐含有彩色图像的紫外色单色图像，接着红、绿、蓝三组调制信号调制的紫外色单色图像通过投影光学系统投射到彩色发光投影屏幕上，分别激发投影屏幕上相应的红、绿、蓝三组发光材料，从而将隐含的彩色图像转换为可见的彩色发光图像。

图1和图4是本发明的彩色投影显示装置结构图。1是紫外线铅-汞囟化物灯，2是非晶硅TFT液晶屏，2A是DMD，3是投影透镜，4是投影空间，5是彩色发光投影屏幕，F是滤光镜。

图2和图3分别是现有单屏式彩色投影显示装置和三屏式彩色投影显示装置结构图，1是金属囟化物灯，3是投影透镜，4是投影空间，5是投影屏幕。在图2中，2是非晶硅TFT-液晶屏，M1、M2和M3均是分色镜，I是集光器，L是准直透镜，R是反射镜。在图3中2R、2G、2B分别是红、绿、蓝多晶硅TFT-液晶屏，M1、M2、M3和M4均是分色镜，R1、R2均是反射镜，F是滤光镜。

图5是现有单DMD式彩色投影显示装置结构图，1是金属囟化物灯，2是DMD，3是投影透镜，4是投影空间，5是投影屏幕，M是马达，FW是滤色轮。

Claims

1．一种彩色投影显示装置，其特征是它由隐含有彩色图像的单色(紫外色或紫色)显示器件、投影光学系统、投影空间和彩色发光投影屏幕组成。

2．根据权利要求1的彩色投影显示装置，其特征是单色显示器件由液晶显示屏和紫外光源或紫色光源组成。

3．根据权利要求1的彩色投影显示装置，其特征是单色显示器件由数字微镜器件和紫外光源或紫色光源组成。

4．根据权利要求2至3中彩色投影显示装置，其特征是彩色发光投影屏幕上涂复有红、绿、蓝三组发光材料，它们在紫外光或紫色光激发下发光。