EP1314323A1 - Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides - Google Patents

Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides

Info

Publication number
EP1314323A1
EP1314323A1 EP01963091A EP01963091A EP1314323A1 EP 1314323 A1 EP1314323 A1 EP 1314323A1 EP 01963091 A EP01963091 A EP 01963091A EP 01963091 A EP01963091 A EP 01963091A EP 1314323 A1 EP1314323 A1 EP 1314323A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
display device
liquid crystal
light
elementary
assigned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01963091A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Jacques Sacre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THOMSON LICENSING
Original Assignee
Thomson Licensing SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson Licensing SAS filed Critical Thomson Licensing SAS
Publication of EP1314323A1 publication Critical patent/EP1314323A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/102—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources
    • G02B27/1046—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with transmissive spatial light modulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/141—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using dichroic mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators

Definitions

  • the invention relates to a liquid crystal color display device of the type which includes:
  • liquid crystal matrix equipped with optical means for focusing, on liquid crystals assigned respectively to each of the fundamental colors, the corresponding complementary light beams, electronic means being provided for acting on the liquid crystals and modulating the light emitted by these, according to the desired intensities,
  • Color display devices of this type are known, commonly called “spatiochromatic projectors", in which the white light emitted by the source is formed in a parallel beam directed on three dichroic mirrors having different inclinations relative to the mean direction. of the white light beam.
  • the three dichroic mirrors make it possible to produce three complementary beams of light corresponding to the fundamental colors B, G and R. These three beams have slightly different directions of incidence on the liquid crystal matrix so that the focusing of each elementary beam takes place at different points where there are liquid crystals assigned to the fundamental colors. It is recalled that the liquid crystals are not self-luminous and that they must be lit to constitute luminous points.
  • each horizontal line of the liquid crystal matrix therefore comprises a succession of liquid crystals, also designated as pixels, assigned B, V, R; B, V, R; ....
  • B, V, R of the matrix will correspond, on the screen where the projection takes place, a single elementary point whose color will depend on the intensity of each pixel B, V, R elementary corresponding.
  • a liquid crystal color display device which makes it possible to improve the resolution of the image projected on the screen and the rendering of colors, without however complicating manufacture.
  • a liquid crystal color display device of the type defined above, is characterized in that it comprises:
  • - optical separation means for forming, from the polychromatic light source, at least two elementary sources having ranges of different wavelengths which however contain a mixture of the fundamental colors B, V, R, these elementary sources being geometrically spread,
  • At least two optical channels each comprising a liquid crystal matrix, one of the channels being assigned to the only fundamental color V, the other channel (s) being assigned (s) to the other two fundamental colors B and R .
  • liquid crystal matrices assigned to each channel are identical, with the same number of pixels, so that the resolution on channel V (green) is twice the resolution for the other two.
  • fundamental colors B and R which share the pixels of the other matrix.
  • the optical separation means for forming the two elementary sources comprise a means for deflecting light as a function of the wavelength, in particular a grating, and preferably a corrective prism, placed at the output of the light source.
  • a means for deflecting light as a function of the wavelength in particular a grating, and preferably a corrective prism, placed at the output of the light source.
  • Two light guides receive part of the scattered beam, each guide outputting an elementary source whose wavelength range differs from that of the other elementary source.
  • a first elementary source can correspond to a lower wavelength range, for example the lower part of the visible spectrum from 420 nm to 550 nm
  • the other elementary source corresponds to a higher wavelength range, for example the upper part of the visible spectrum from 550 nm to 680 nm.
  • An optical division means is provided on the output of the two light guides to produce two optical channels, one assigned to the only green color V, the other to the blue colors B and red R.
  • the division means can be constituted by a dichroic filter with reflection of B and R and with transmission of V, or conversely by a dichroic filter with transmission of B and R and with reflection of V.
  • the two optical channels are arranged at 90 ° as are the two arrays assigned to each of these channels.
  • the dichroic filter is inclined at 45 ° on the optical axis.
  • the merger of the two channels is then performed using a dichroic recombination mirror or a semi-transparent mirror inclined at 45 °.
  • the outputs of the two light guides correspond to the two complementary sources and are spaced a few millimeters apart, these sources making it possible to illuminate the liquid crystal matrices from two distinct angles so that the beams are focused on two neighboring pixels; in the case of the green way the two neighboring pixels are illuminated by two beams of green light while in the case of the red and blue way, the two neighboring pixels are assigned respectively to red and to blue.
  • a Fresnel lens is placed between the optical division means and the liquid crystal matrices.
  • a simple mirror is provided between the Fresnel lens and the liquid crystal matrices to fold the beam preferably at 90 °.
  • the invention consists, apart from the arrangements set out above, of a certain number of other arrangements which will be more explicitly discussed below in connection with an example described with reference to the attached drawings, but which n 'is in no way limiting.
  • Figure 1 of these drawings is an overall diagram of a liquid crystal color display device according to the invention.
  • Figure 2 is an enlarged diagram of part of the liquid crystal matrix with microlenses, for green.
  • FIG 3 finally, similarly shows in Figure 2 the liquid crystal matrix with microlenses for blue and red.
  • a liquid crystal display device A we can see a liquid crystal display device A.
  • This device comprises a white light source 1, formed for example by an electric arc, equipped with an ellipsoidal reflector 2.
  • the light from the source 1 is a mixture of the three fundamental colors: blue B, green V and red R.
  • Optical separation means S are provided to form, at from the white light source 1, two elementary sources 1a, 1b having different wavelength ranges.
  • the two elementary sources 1a, 1b are separated geometrically.
  • the optical separation means S comprise a network 3, for example of 220 t / mm (lines / millimeter), which deflects the light differently according to the wavelength.
  • a network 3 for example of 220 t / mm (lines / millimeter), which deflects the light differently according to the wavelength.
  • a plane P distant from the grating there is spreading of light in a direction orthogonal to the direction of propagation.
  • three zones B, V and R have been represented.
  • the separation of the wavelengths is not brutal but progressive, in particular in the case of a continuous spectrum.
  • a prism 4 is advantageously provided, disposed between the network 3 and the source 1, which allows good correction and the maintenance of the optical axis in the axis of the lamp 1.
  • Two light guides 5a, 5b joined together are arranged on either side of the optical axis of the lamp 1, with one face on this axis.
  • Each guide 5a, 5b can be formed by a trunk of a pyramid made of glass or transparent plastic, with parallel bases perpendicular to the direction of the optical axis; the small base faces the network 3.
  • the entry faces of the guides 5a, 5b are located in the plane P.
  • the guide 5a located above according to the representation in FIG.
  • each guide 5a, 5b is equipped at the outlet with a condenser 6a, 6b forming the elementary source 1a, 1b.
  • the centers of the two sources 1a, 1b are spaced perpendicular to the optical axis of the lamp 1.
  • the light emitted by each elementary source 1a, 1b contains a mixture of the fundamental colors.
  • An F1 gradient dichroic filter is placed after the guides
  • the mean direction of the light rays coming from sources 1a, 1b in the vicinity of one end of the filter F1 forms an angle ⁇ 1 with this filter while towards the other end, the angle of the mean direction of the rays with the filter F1 is equal to ⁇ 2.
  • the filter F1 is designed so that the cut-off frequency, in the wavelengths, is the same or substantially the same for the two angles ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • the F1 gradient dichroic filter is provided, for example, to ensure the transmission of green V, and the reflection of blue B and red R.
  • the diagram in Fig.1 corresponds to such a dichroic filter F1.
  • the gradient dichroic filter could be provided with reflection for V and with transmission for B and R.
  • the filter F1 gives rise to two optical channels Cv and Crb each comprising a liquid crystal matrix Mv, Mrb.
  • the channel Cv, with its matrix Mv is assigned to the only fundamental color V, while the other channel Crb with its matrix Mrb is assigned to the other two fundamental colors R and B.
  • the channel Cv comprises, following the filter F1, a Fresnel lens L, for example of plastic material, perpendicular to the optical axis of the source 1 and giving a parallel beam of light.
  • a Fresnel lens L for example of plastic material
  • a simple mirror 7 inclined at 45 ° on the optical axis, for a deflection at 90 °.
  • the liquid crystal matrix Mv is arranged following the mirror 7, at right angles to the lens L.
  • the matrix Mv comprises liquid crystals or elementary pixels 8a, 8b, 9a, 9b ... transmissive elements arranged in the same plane perpendicular to the mean direction of light. Lines of pixels parallel and similar to that shown in Fig.2 follow one another in a direction perpendicular to the plane of Fig.2.
  • the pixels are associated in pairs 8a, 8b ... each pixel of a pair corresponding to one of the elementary sources 1a, 1b.
  • An image of the source 1a; 1b is formed on the corresponding pixels 8a, 9a; 8b, 9b ...
  • the liquid crystal matrix (LCD matrix) is equipped with a transparent blade 10 made of plastic or glass, on one face of which microlenses 11 are formed, made up of convex cylindrical surfaces with generatrices perpendicular to the plane of FIG. 2.
  • the same microlens 11 receives, from two different angles, two parallel beams coming from sources 1a, 1b. The difference in the angles of incidence comes from the geometric spacing of the sources 1a, 1b.
  • Each beam of different inclination will be focused on a respective pixel.
  • the matrix Mv two pixels of a pair 8a, 8b will be lit in green V (with however slight differences in the average wavelengths), which is indicated in FIG. 2 by the letter V assigned to each pixel.
  • the matrix Mrb is preferably identical to the matrix Mv, with the same number of pixels.
  • the parallel beam of blue light B comes from 1a and its inclination is different from that of the beam of red light R which comes from 1b.
  • the focusing of the blue light beam B occurs for example on the pixels 8a, 9a, ... affected by the letter B while the focusing of the red light beam R occurs on the pixels 8b, 9b, ... affected of the letter R.
  • the number of B points and R points will be half the number of V points.
  • Electronic means E are provided for controlling each elementary pixel 8a, 8b, 9a, 9b ... as a function of the desired light intensity for this pixel in response to the illumination provided by the microlenses 10.
  • the two complementary sources 1a, 1b spaced a few millimeters apart, formed by the outputs of the light guides 5a, 5b make it possible to illuminate the liquid crystals from two distinct angles so that the energy coming from a source 1a is focused on a pixel 8a and the energy coming from the other source 1b is focused on the neighboring pixel 8b, this diagram repeating every two pixels on the same line.
  • a filter with polarizer 12 is placed to reduce stray light.
  • the second channel Crb is deflected at right angles by the filter F1 relative to the optical axis of the source 1.
  • This channel Crb also includes a Fresnel lens L followed by a simple mirror 7 inclined at 45 ° to return the following light an axis parallel to that of the source 1 on the matrix Mrb arranged at right angles to the matrix Mv.
  • the mirror 14 can be aligned with the filter F1.
  • the mirror 14 can also advantageously be a dichroic recombination mirror.
  • a wide angle lens 15 for example of F / D ratio substantially 1.6 which projects onto a screen 16 the elementary points of the image obtained by fusion of the modulated pixels V, B and R .
  • the screen 16 can be translucent, for observation of the image on the side opposite to the objective 15.
  • the dichroic filter F1 lets through the component V of the beams coming from sources 1a and 1b. These beams reach the liquid crystal matrix Mv from two slightly different angles. Each beam is focused on an associated liquid crystal. Each liquid crystal or pixel 8a, 8b, ... of the matrix Mv thus lit, emits or transmits a green light whose intensity is modulated by the command supplied by the electrical means E relative to the pixel considered.
  • the B component of the beam from source 1a is reflected by the dichroic filter F1. It is the same for the R component of the beam from the source 1b.
  • the two beams B and R are directed onto the liquid crystal matrix Mrb at slightly different angles.
  • the beam B will be focused, for example, on the liquid crystals 8a, 9a ... of the matrix Mrb, while the beam R will be focused, for example, on the liquid crystals 8b, 9b ... of the matrix Mrb.
  • the elementary pixels B and R will have a light intensity which will depend on the instructions provided by the electronic means E.
  • each colored point of the image projected on the screen 16 results from the fusion of two pixels V, for example 8a, 8b of the matrix Mv and a pixel B and a pixel R, for example respectively 8a, 8b of the matrix Mrb.
  • the two matrices Mv and Mrb are identical and constituted for example by LCD XGA matrices (1024 x 768), that is to say 1024 pixels in the horizontal direction and 768 pixels in the vertical direction.
  • the system uses two guides 5a, 5b which perform spectral separation and integration.
  • the separation is carried out by physically limiting the entry of the two guides such that one transmits the lower part of the visible spectrum from 550 nm to 420 nm and the other the upper part from 680 nm to 550 nm.
  • the guides 5a, 5b integrate the spectra concerned, the output of the guides carrying out the angular separation intended for spatio-chromatism.
  • Two objectives, or condensers, 6a, 6b are used at the output of the guides to form the image of this output in the plane of the LCDs.
  • a projector with two transmissive LCDs Mv, Mrb, one of which is intended for green V and the other for blue B and red R the separation is done by a mirror or filter F1 at 45 ° and the recombination likewise by a mirror 14, the two mirrors being in alignment the one from the other, and the LCDs at 45 ° to these mirrors and 90 ° to each other.
  • a projection objective 15 of sufficient opening is provided to admit the extent of the beam generated by the lighting system.
  • the projection device makes it possible to improve the overall resolution compared to a projector in which the three fundamental colors B, G and R are decomposed according to a single line of pixels of a single matrix.
  • color rendering is better because green, to which the eye is most sensitive, benefits from a higher efficiency coefficient.
  • the aperture of the projection objective 15 is smaller, this objective is therefore cheaper and easier to achieve.
  • the spectral separation is improved and pollution of one channel by another is avoided in the case where mirrors are used.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'affichage en couleurs à cristaux liquides comprenant : une source (1) de lumière blanche ; des moyens pour former, des faisceaux de lumière complémentaires B, V et R ; au moins une matrice à cristaux liquides équipée de moyens optiques pour focaliser, sur des cristaux liquides affectés à chacune des couleurs fondamentales, les faisceaux B, V, R modulant la lumière émise par les cristaux liquides ; et un système optique (15) pour projeter sur un écran les images des cristaux liquides en les fusionnant par points élémentaires. Le dispositif comprend des moyens de séparation optique (S) formant deux sources élémentaires (1a,1b) contenant un mélange des couleurs B, V, R, ces sources (1a,1b) étant écartées et au moins deux voies optiques (Cv,Crb) comportant une matrice LCD (Mv, Mrb), l'une des voies (Cv) étant affectée à la seule couleur V, la ou les autre voie (s) étant affectée(s) aux deux autres couleurs B et R.

Description

DISPOSITIF D'AFFICHAGE EN COULEURS A CRISTAUX LIQUIDES.
L'invention est relative à un dispositif d'affichage en couleurs à cristaux liquides du genre de ceux qui comprennent :
- une source de lumière polychromatique, notamment blanche ;
- des moyens pour former, à partir de cette source de lumière, des faisceaux de lumière complémentaires dont les plages de longueurs d'onde sont différentes et correspondent respectivement aux trois couleurs fondamentales bleu B, vert V et rouge R;
- au moins une matrice à cristaux liquides équipée de moyens optiques pour focaliser, sur des cristaux liquides affectés respectivement à chacune des couleurs fondamentales, les faisceaux complémentaires de lumière correspondants, des moyens électroniques étant prévus pour agir sur les cristaux liquides et moduler la lumière émise par ceux-ci, selon les intensités souhaitées,
- et un système optique pour projeter sur un écran les images des cristaux liquides en les fusionnant par points élémentaires.
On connaît des dispositifs d'affichage en couleurs de ce type, appelés communément "projecteurs spatiochromatiques", dans lesquels la lumière blanche émise par la source est formée suivant un faisceau parallèle dirigé sur trois miroirs dichroïques présentant des inclinaisons différentes par rapport à la direction moyenne du faisceau de lumière blanche. Les trois miroirs dichroïques permettent de réaliser trois faisceaux complémentaires de lumière correspondant aux couleurs fondamentales B, V et R . Ces trois faisceaux ont des directions d'incidence légèrement différentes sur la matrice à cristaux liquides de sorte que la focalisation de chaque faisceau élémentaire s'effectue en des points différents où se trouvent des cristaux liquides affectés aux couleurs fondamentales. On rappelle que les cristaux liquides ne sont pas auto-lumineux et qu'ils doivent être éclairés pour constituer des points lumineux. Dans un tel dispositif, chaque ligne horizontale de la matrice de cristaux liquides comporte donc une succession de cristaux liquides, également désignés comme pixels , affectés B, V, R ; B, V, R; .... A trois pixels élémentaires B, V, R de la matrice va correspondre, sur l'écran où la projection a lieu, un seul point élémentaire dont la couleur dépendra de l'intensité de chaque pixel B, V, R élémentaire correspondant.
Il apparaît donc immédiatement que la définition dans le sens horizontal de l'image projetée sur l'écran est réduite. Par exemple, si la matrice à cristaux liquides comporte 999 pixels selon une ligne horizontale, il n'y aura que 999/3 = 333 points colorés sur une ligne horizontale projetée sur l'écran.
On pourrait penser à améliorer la définition horizontale en augmentant le nombre de pixels par ligne horizontale de la matrice à cristaux liquides. Toutefois, il peut en résulter un déséquilibre vertical/horizontal, et des problèmes d'ouverture optique concernant les moyens prévus avec la matrice à cristaux liquides pour former l'image des faisceaux sur les pixels.
En outre, on sait que la sensibilité de l'œil humain n'est pas uniforme pour toutes les fréquences et qu'elle est maximale pour le vert.
Il serait donc souhaitable de prendre en compte cette donnée pour améliorer le rendu des couleurs.
L'invention a ainsi pour but, surtout, de fournir un dispositif d'affichage en couleurs à cristaux liquides qui permet d'améliorer la résolution de l'image projetée sur l'écran et le rendu des couleurs, sans pour autant compliquer la fabrication de la matrice à cristaux liquides. Selon l'invention, un dispositif d'affichage en couleurs à cristaux liquides, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait qu'il comprend :
- des moyens de séparation optique pour former, à partir de la source de lumière polychromatique, au moins deux sources élémentaires ayant des plages de longueurs d'onde différentes qui contiennent cependant un mélange des couleurs fondamentales B, V, R, ces sources élémentaires étant écartées géométriquement,
- et au moins deux voies optiques comportant chacune une matrice à cristaux liquides, l'une des voies étant affectée à la seule couleur fondamentale V, la ou les autre voie (s) étant affectée(s) aux deux autres couleurs fondamentales B et R.
De préférence, seulement deux voies optiques sont prévues et les matrices à cristaux liquides affectées à chaque voie sont identiques, avec un même nombre de pixels, de sorte que la résolution sur la voie V (vert) est double de la résolution pour les deux autres couleurs fondamentales B et R qui se partagent les pixels de l'autre matrice.
Avantageusement, les moyens de séparation optique pour former les deux sources élémentaires comprennent un moyen de déviation de la lumière en fonction de la longueur d'onde, en particulier un réseau , et de préférence un prisme correctif, placé en sortie de la source de lumière blanche. Deux guides de lumière reçoivent une partie du faisceau dispersé, chaque guide donnant en sortie une source élémentaire dont la plage de longueurs d'onde diffère de celle de l'autre source élémentaire. Une première source élémentaire peut correspondre à une plage de longueurs d'onde inférieure, par exemple la partie basse du spectre visible de 420 nm à 550 nm, l'autre source élémentaire correspond à une plage de longueurs d'onde supérieure, par exemple la partie haute du spectre visible de 550 nm à 680 nm.
Un moyen de division optique est prévu sur la sortie des deux guides de lumière pour réaliser deux voies optiques l'une affectée à la seule couleur verte V, l'autre aux couleurs bleue B et rouge R. Le moyen de division peut être constitué par un filtre dichroïque à réflexion de B et R et à transmission de V, ou inversement par un filtre dichroïque à transmission de B et R et à réflexion de V.
De préférence, les deux voies optiques sont disposées à 90° de même que les deux matrices affectées à chacune de ces voies. Le filtre dichroïque est incliné à 45° sur l'axe optique. La fusion des deux voies est ensuite réalisée à l'aide d'un miroir dichroïque de recombinaison ou d'un miroir semi-transparent incliné à 45°.
Les sorties des deux guides de lumière correspondent aux deux sources complémentaires et sont espacées de quelques millimètres, ces sources permettant d'éclairer les matrices à cristaux liquides sous deux angles distincts de sorte que les faisceaux sont focalisés sur deux pixels voisins ; dans le cas de la voie verte les deux pixels voisins sont éclairés par deux faisceaux de lumière verte tandis que dans le cas de la voie rouge et bleue, les deux pixels voisins sont affectés respectivement au rouge et au bleu.
De préférence une lentille de Fresnel est disposée entre les moyens de division optique et les matrices à cristaux liquides. De préférence également un miroir simple est prévu entre la lentille de Fresnel et les matrices à cristaux liquides pour replier le faisceau de préférence à 90°. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple décrit avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui n'est nullement limitatif.
La figure 1 , de ces dessins, est un schéma d'ensemble d'un dispositif d'affichage en couleurs à cristaux liquides selon l'invention.
La figure 2 est un schéma à plus grande échelle d'une partie de la matrice à cristaux liquides avec microlentilles, pour le vert.
La figure 3, enfin, montre semblablement à la figure 2 la matrice à cristaux liquides avec microlentilles pour le bleu et le rouge. En se reportant à Fig. 1 , on peut voir un dispositif A d'affichage en couleurs à cristaux liquides.
Ce dispositif comprend une source de lumière blanche 1 , formée par exemple par un arc électrique, équipée d'un réflecteur ellipsoïdal 2. La lumière de la source 1 est un mélange des trois couleurs fondamentales : bleu B , vert V et rouge R.
Des moyens de séparation optique S sont prévus pour former, à partir de la source de lumière blanche 1 , deux sources élémentaires 1a, 1b ayant des plages de longueurs d'onde différentes. Les deux sources élémentaires 1a, 1b sont écartées géométriquement.
Les moyens de séparation optique S comprennent un réseau 3, par exemple de 220 t/mm (traits/millimètre), qui dévie différemment la lumière selon la longueur d'onde . Dans un plan P distant du réseau, il y a étalement de la lumière suivant une direction orthogonale à la direction de propagation . Schématiquement, et pour simplifier, trois zones B , V et R ont été représentées. En réalité la séparation des longueurs d'ondes n'est pas brutale mais progressive, en particulier dans le cas d'un spectre continu.
Pour éviter les aberrations générées par le réseau 3 (coma chromatique), on prévoit avantageusement un prisme 4, disposé entre le réseau 3 et la source 1 , qui permet une bonne correction et le maintien de l'axe optique dans l'axe de la lampe 1. Deux guides de lumière 5a, 5b accolés sont disposés de part et d'autre de l'axe optique de la lampe 1 , avec une face sur cet axe. Chaque guide 5a, 5b peut être formé par un tronc de pyramide en verre ou en matière plastique transparente, à bases parallèles perpendiculaires à la direction de l'axe optique ; la petite base est tournée vers le réseau 3. Les faces d'entrée des guides 5a, 5b sont situées dans le plan P. Le guide 5a, situé au-dessus selon la représentation de Fig.1 , recueille essentiellement les longueurs d'ondes allant du vert au bleu, par exemple de 550 nm à 420 nm, tandis que le guide 5b reçoit essentiellement les longueurs d'onde allant du vert au rouge, par exemple de 550 nm à 680 nm . Chaque guide 5a, 5b est équipé en sortie d'un condenseur 6a, 6b formant la source élémentaire 1a, 1b. Les centres des deux sources 1a, 1 b sont espacés perpendiculairement à l'axe optique de la lampe 1. La lumière émise par chaque source élémentaire 1a, 1b contient un mélange des couleurs fondamentales. Un filtre dichroïque à gradient F1 est disposé à la suite des guides
5a, 5b, en étant incliné d'un angle de 45° par rapport à l'axe optique. La direction moyenne des rayons lumineux provenant des sources 1a, 1 b au voisinage d' une extrémité du filtre F1 forme un angle α1 avec ce filtre tandis que vers l'autre extrémité, l'angle de la direction moyenne des rayons avec le filtre F1 est égal à α2. Le filtre F1 est conçu de manière à ce que la fréquence de coupure, dans les longueurs d'ondes, soit la même ou sensiblement la même pour les deux angles α1 et α2.
Le filtre dichroïque à gradient F1 est prévu, par exemple, pour assurer la transmission du vert V, et la réflexion du bleu B et du rouge R. Le schéma de Fig.1 correspond à un tel filtre dichroïque F1. En variante, le filtre dichroïque à gradient pourrait être prévu à réflexion pour V et à transmission pour B et R.
Le filtre F1 donne naissance à deux voies optiques Cv et Crb comportant chacune une matrice à cristaux liquides Mv, Mrb. La voie Cv, avec sa matrice Mv est affectée à la seule couleur fondamentale V, tandis que l'autre voie Crb avec sa matrice Mrb est affectée aux deux autres couleurs fondamentales R et B.
La voie Cv comporte à la suite du filtre F1 une lentille de Fresnel L, par exemple en matière plastique, perpendiculaire à l'axe optique de la source 1 et donnant un faisceau de lumière parallèle. A la suite de la lentille de Fresnel L est disposé un miroir simple 7, incliné à 45° sur l'axe optique, pour une déviation à 90°.
La matrice à cristaux liquides Mv est disposée à la suite du miroir 7, à angle droit par rapport à la lentille L.
Comme visible sur Fig.2, la matrice Mv comporte des cristaux liquides ou pixels élémentaires 8a, 8b, 9a, 9b...transmissifs disposés dans un même plan perpendiculaire à la direction moyenne de la lumière. Des lignes de pixels parallèles et semblables à celle représentée sur Fig.2 se succèdent dans une direction perpendiculaire au plan de Fig.2 . Les pixels sont associés par paires 8a, 8b... chaque pixel d'une paire correspondant à l'une des sources élémentaires 1a, 1b. Une image de la source 1a ; 1b est formée sur les pixels correspondants 8a , 9a ; 8b , 9b... A cette fin, la matrice à cristaux liquides (matrice LCD) est équipée d'une lame transparente 10 en matière plastique ou verre, sur une face de laquelle sont formées des microlentilles 11 constituées de surfaces cylindriques convexes avec génératrices perpendiculaires au plan de Fig. 2. Une même microlentille 11 reçoit, sous deux angles différents, deux faisceaux parallèles provenant des sources 1a, 1 b. La différence des angles d'incidence provient de l'écartement géométrique des sources 1a, 1b. Chaque faisceau d'inclinaison différente va être focalisé sur un pixel respectif. Dans le cas de la matrice Mv, deux pixels d'une paire 8a, 8b seront éclairés en vert V ( avec cependant de légères différences dans les longueurs d'onde moyennes ), ce qui est indiqué sur Fig. 2 par la lettre V affectée à chaque pixel .
La matrice Mrb est de préférence identique à la matrice Mv , avec même nombre de pixels. Le faisceau parallèle de lumière bleue B provient de 1a et son inclinaison est différente de celle du faisceau de lumière rouge R qui provient de 1b. La focalisation du faisceau de lumière bleue B se produit par exemple sur les pixels 8a, 9a, ... affectés de la lettre B tandis que la focalisation du faisceau de lumière rouge R se produit sur les pixels 8b, 9b, ...affectés de la lettre R. Le nombre de points B et de points R sera deux fois moins important que le nombre de points V.
Des moyens électroniques E sont prévus pour commander chaque pixel élémentaire 8a, 8b, 9a, 9b... en fonction de l'intensité lumineuse souhaitée pour ce pixel en réponse à l'éclairement assuré par les microlentilles 10.
En résumé, les deux sources complémentaires 1a, 1b espacées de quelques millimètres, constituées par les sorties des guides de lumière 5a, 5b permettent d'éclairer les cristaux liquides sous deux angles distincts de sorte que l'énergie provenant d'une source 1a est focalisée sur un pixel 8a et l'énergie provenant de l'autre source 1b est focalisée sur le pixel voisin 8b, ce schéma se répétant tous les deux pixels sur une même ligne. Juste avant la matrice à cristaux liquides Mv ou Mrb, est placé un filtre avec polariseur 12 pour réduire la lumière parasite. Un filtre analyseur
13 est placé en sortie de la matrice à cristaux liquides.
La deuxième voie Crb est déviée à angle droit par le filtre F1 relativement à l'axe optique de la source 1. Cette voie Crb comporte également une lentille de Fresnel L suivie d'un miroir simple 7 incliné à 45° pour renvoyer la lumière suivant un axe parallèle à celui de la source 1 sur la matrice Mrb disposée à angle droit par rapport à la matrice Mv.
La fusion des faisceaux émis par les cristaux liquides des matrices Mv et Mrb est assurée par un miroir semi-transparent 14 incliné à
45° suivant la bissectrice des plans des deux matrices Mv et Mrb. Le miroir
14 peut être aligné avec le filtre F1. Le miroir 14 peut aussi être avantageusement un miroir dichroïque de recombinaison.
A la suite du miroir 14 est prévu un objectif grand angle 15 (par exemple de rapport F/D sensiblement 1 ,6) qui projette sur un écran 16 les points élémentaires de l'image obtenus par fusion des pixels V, B et R modulés. L'écran 16 peut être translucide, pour observation de l'image du côté opposé à l'objectif 15.
Le fonctionnement du projecteur résulte des explications qui précèdent.
A travers le guide de lumière 5a se propage un faisceau lumineux constitué essentiellement de B et V tandis qu'à travers le guide de lumière
5b se propage un faisceau composé essentiellement de V et R. Les deux sources élémentaires 1a et 1b espacées géométriquement émettent des faisceaux lumineux dont les plages de longueur d'onde diffèrent.
Le filtre dichroïque F1 laisse passer la composante V des faisceaux issus des sources 1a et 1b. Ces faisceaux parviennent sur la matrice Mv à cristaux liquides sous deux angles légèrement différents. Chaque faisceau est focalisé sur un cristal liquide associé. Chaque cristal liquide ou pixel 8a, 8b,... de la matrice Mv ainsi éclairé, émet ou transmet une lumière verte dont l'intensité est modulée par la commande fournie par les moyens électriques E relativement au pixel considéré .
La composante B du faisceau issu de la source 1a est réfléchie par le filtre dichroïque F1. Il en est de même pour la composante R du faisceau issu de la source 1b. Les deux faisceaux B et R sont dirigés sur la matrice à cristaux liquides Mrb suivant des angles légèrement différents. Le faisceau B sera focalisé, par exemple, sur les cristaux liquides 8a, 9a... de la matrice Mrb , tandis que le faisceau R sera focalisé, par exemple, sur les cristaux liquides 8b, 9b... de la matrice Mrb. Les pixels élémentaires B et R auront une intensité lumineuse qui dépendra des instructions fournies par les moyens électroniques E.
Il y a ensuite fusion des points lumineux formés par les pixels de la matrice Mb et par les pixels de la matrice Mrb. L'objectif 15 projette les points élémentaires fusionnés sur l'écran 16. L'ensemble est prévu pour que chaque point coloré de l'image projetée sur l'écran 16 résulte de la fusion de deux pixels V, par exemple 8a, 8b de la matrice Mv et d'un pixel B et d'un pixel R, par exemple respectivement 8a, 8b de la matrice Mrb.
De préférence, les deux matrices Mv et Mrb sont identiques et constituées par exemple par des matrices LCD XGA (1024 x 768), c'est-à- dire 1024 pixels suivant la direction horizontale et 768 pixels dans la direction verticale.
Le système utilise deux guides 5a, 5b qui réalisent la séparation spectrale et l'intégration. La séparation est réalisée par la limitation physique de l'entrée des deux guides tel que l'un transmet la partie basse du spectre visible de 550 nm à 420 nm et l'autre la partie haute de 680 nm à 550 nm. Les guides 5a, 5b intègrent les spectres concernés, la sortie des guides réalisant la séparation angulaire destinée au spatio-chromatisme.
Deux objectifs, ou condenseurs, 6a, 6b sont utilisés en sortie des guides pour former l'image de cette sortie dans le plan des LCD.
Dans un projecteur avec deux LCD transmissifs Mv, Mrb, dont l'un est destiné au vert V et l'autre au bleu B et au rouge R, la séparation se fait par un miroir ou filtre F1 à 45° et la recombinaison de même par un miroir 14, les deux miroirs étant dans l'alignement l'un de l'autre, et les LCD à 45° par rapport à ces miroirs et à 90° l'un par rapport à l'autre. Un objectif de projection 15 d'une ouverture suffisante est prévu pour admettre l'étendue du faisceau généré par le système d'éclairement.
Le dispositif de projection selon l'invention permet d'améliorer la résolution globale par rapport à un projecteur dans lequel les trois couleurs fondamentales B, V et R sont décomposées suivant une seule ligne de pixels d'une seule matrice. En outre, le rendu des couleurs est meilleur car le vert, auquel l'œil est le plus sensible, bénéficie d'un coefficient de rendement plus élevé.
L'ouverture de l'objectif de projection 15 est plus faible, cet objectif est donc moins cher et plus facile à réaliser. La séparation spectrale est améliorée et on évite la pollution d'une voie par une autre dans le cas où des miroirs sont utilisés.
Les pertes, relativement à un projecteur spatiochromatique à deux miroirs, sont réduites car la distance de sortie après la lentille est plus courte.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'affichage en couleurs à cristaux liquides comprenant : - une source (1) de lumière polychromatique, notamment blanche ;
- des moyens pour former, à partir de cette source de lumière, des faisceaux de lumière complémentaires dont les plages de longueurs d'onde sont différentes et correspondent respectivement aux trois couleurs fondamentales bleu B, vert V et rouge R;
- au moins une matrice à cristaux liquides équipée de moyens optiques pour focaliser, sur des cristaux liquides affectés respectivement à chacune des couleurs fondamentales, les faisceaux complémentaires (B,V,R) de lumière correspondants, des moyens électroniques (E) étant prévus pour agir sur les cristaux liquides et moduler la lumière émise par ceux-ci, selon les intensités souhaitées,
- et un système optique (15) pour projeter sur un écran les images des cristaux liquides en les fusionnant par points élémentaires, caractérisé par le fait qu'il comprend : - des moyens de séparation optique (S) pour former, à partir de la source de lumière polychromatique, au moins deux sources élémentaires (1a, 1b) ayant des plages de longueurs d'onde différentes qui contiennent cependant un mélange des couleurs fondamentales B, V, R, ces sources élémentaires (1a, 1b) étant écartées géométriquement, - et au moins deux voies optiques (Cv.Crb) comportant chacune une matrice à cristaux liquides (Mv, Mrb), l'une des voies (Cv) étant affectée à la seule couleur fondamentale V, la ou les autre voie (s) étant affectée(s) aux deux autres couleurs fondamentales B et R.
2. Dispositif d'affichage selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que seulement deux voies optiques (Cv.Crb) sont prévues.
3. Dispositif d'affichage selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que les matrices à cristaux liquides (Mv, Mrb) affectées à chaque voie sont identiques, avec un même nombre de pixels, de sorte que la résolution sur la voie V (vert) est double de la résolution pour les deux autres couleurs fondamentales B et R qui se partagent les pixels de l'autre matrice.
4. Dispositif d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de séparation optique (S) comprennent un moyen de déviation de la lumière en fonction de la longueur d'onde, en particulier un réseau (3).
5. Dispositif d'affichage selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'un prisme correctif (4) est placé en sortie de la source de lumière (1).
6. Dispositif d'affichage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que deux guides de lumière (5a, 5b) reçoivent une partie du faisceau, chaque guide (5a, 5b) donnant en sortie une source élémentaire (1a, 1 b) dont la plage de longueurs d'onde diffère de celle de l'autre source élémentaire.
7. Dispositif d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une première source élémentaire (1a) correspond à une plage de longueurs d'onde inférieure , l'autre source élémentaire (1 b) correspond à une plage de longueurs d'onde supérieure.
8. Dispositif d'affichage selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la première source élémentaire (1a) correspond à la partie basse du spectre visible de 420 nm à 550 nm , et l'autre source élémentaire (1b) correspond à la partie haute du spectre visible de 550 nm à 680 nm.
9. Dispositif d'affichage selon la revendication 6 , caractérisé par le fait qu'un moyen de division optique (F1) est prévu sur la sortie des deux guides de lumière pour réaliser deux voies optiques l'une (Cv) affectée à la seule couleur verte V, l'autre (Crb) aux couleurs bleue B et rouge R.
10. Dispositif d'affichage selon la revendication 9, caractérisé par le fait le moyen de division est constitué par un filtre dichroïque (F1) à réflexion de B et R et à transmission de V, ou inversement.
11. Dispositif d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux voies optiques (Cv, Crb) sont disposées à 90° de même que les deux matrices (Mv, Mrb) affectées à chacune de ces voies, la fusion des deux voies étant réalisée à l'aide d'un miroir semi-transparent (14) ou d'un miroir dichroïque de recombinaison incliné à 45°.
12. Dispositif d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que pour la voie verte (Cv) deux pixels (8a, 8b) voisins sont éclairés par deux faisceaux de lumière verte V tandis que dans le cas de la voie rouge et bleue (Crb), deux pixels voisins (8a, 8b) sont affectés respectivement au rouge R et au bleu B.
13. Dispositif d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu' une lentille de Fresnel (L) est disposée entre les moyens de division optique (F1) et les matrices à cristaux liquides.
14. Dispositif d'affichage selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'un miroir simple (7) est prévu entre la lentille de Fresnel (L) et les matrices à cristaux liquides (Mv, Mrb) pour replier le faisceau de préférence à 90°.
15. Dispositif d'affichage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la source de lumière (1) est équipée d'un réflecteur ellipsoïdal (2).
EP01963091A 2000-09-01 2001-08-10 Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides Withdrawn EP1314323A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0011184A FR2813675B1 (fr) 2000-09-01 2000-09-01 Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides
FR0011184 2000-09-01
PCT/FR2001/002596 WO2002019725A1 (fr) 2000-09-01 2001-08-10 Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1314323A1 true EP1314323A1 (fr) 2003-05-28

Family

ID=8853896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01963091A Withdrawn EP1314323A1 (fr) 2000-09-01 2001-08-10 Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20030179322A1 (fr)
EP (1) EP1314323A1 (fr)
JP (1) JP2004507796A (fr)
CN (1) CN1212021C (fr)
AU (1) AU2001284134A1 (fr)
FR (1) FR2813675B1 (fr)
WO (1) WO2002019725A1 (fr)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2414127A (en) 2004-05-12 2005-11-16 Sharp Kk Time sequential colour projection
US7198373B2 (en) * 2005-05-03 2007-04-03 Eastman Kodak Company Display apparatus using LCD panel
US20060250581A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 Eastman Kodak Company Display apparatus using LCD panel
US20090009726A1 (en) * 2007-07-03 2009-01-08 United Microdisplay Optronics Corp. Multi-primary-color digital light splitting and combining system and method, and digital projector
FR2969282B1 (fr) * 2010-12-21 2014-07-18 Horiba Jobin Yvon Sas Dispositif et procede de visualisation et de mesure de diffusion raman
CN103885184B (zh) * 2014-04-10 2016-04-27 北京理工大学 一种投影式平面波导头盔显示器
KR102439106B1 (ko) * 2017-09-05 2022-09-05 현대자동차주식회사 차량의 리어 램프 장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3089171B2 (ja) * 1994-12-05 2000-09-18 シャープ株式会社 カラー液晶表示装置
JPH10301077A (ja) * 1997-04-28 1998-11-13 Fujitsu Ltd 液晶表示装置
JP3610789B2 (ja) * 1998-10-28 2005-01-19 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびそれを用いた投写型表示装置
US6513934B1 (en) * 1999-02-17 2003-02-04 Canon Kabushiki Kaisha Projection apparatus and observation apparatus
US6191893B1 (en) * 1999-06-04 2001-02-20 Philips Electronics North America Corporation Color projection display system with improved hue variation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0219725A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20030179322A1 (en) 2003-09-25
WO2002019725A1 (fr) 2002-03-07
JP2004507796A (ja) 2004-03-11
CN1451240A (zh) 2003-10-22
FR2813675A1 (fr) 2002-03-08
CN1212021C (zh) 2005-07-20
AU2001284134A1 (en) 2002-03-13
FR2813675B1 (fr) 2002-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0383646B1 (fr) Dispositif de visualisation à haute définition, en couleur
EP0605699B1 (fr) Projecteur d'images en couleurs
US7719738B2 (en) Method and apparatus for reducing laser speckle
EP0633702B1 (fr) Dispositif de visualisation couleurs
EP0717911B1 (fr) Dispositif de visualisation en couleurs
EP0829745A1 (fr) Système de contrÔle de faisceau lumineux
EP0740477A1 (fr) Dispositif de séparation de polarisation et application à un système d'éclairement d'un écran à cristal liquide
EP0677230B1 (fr) Dispositif de visualisation couleurs et procede de realisation
FR2813126A1 (fr) Dispositif de projection pour afficher des images electroniques
EP1314323A1 (fr) Dispositif d'affichage en couleurs a cristaux liquides
FR2787591A1 (fr) Appareil de projection a laser donnant une image de grandes dimensions
EP0677970B1 (fr) Boíte à lumière pour valve optique
US6050689A (en) Projection type display apparatus
KR20000073448A (ko) 반사형 칼라 프로젝터
EP0937273B1 (fr) Dispositif compact d'illumination
EP2106667B1 (fr) Procede d'affichage d'images par projection, a deux etages de modulation, dont l'un par modulation d'ouverture
FR2667404A1 (fr) Dispositif generateur de plusieurs faisceaux de lumiere.
EP0740169A1 (fr) Dispositif d'éclairement
CN102859434A (zh) 投射型显示装置
JP3543552B2 (ja) 投写型表示装置
FR2760856A1 (fr) Dispositif d'eclairement
FR2707444A1 (fr) Projecteur vidéo à cristaux liquides.
EP0026129A1 (fr) Dispositif de projection d'images en couleurs sur un écran; et système de visualisation comprenant un tel dispositif
WO1996019900A1 (fr) Projecteur video a cristaux liquides
JPH10142598A (ja) カラー液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20030120

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE FR GB

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: THOMSON LICENSING

17Q First examination report despatched

Effective date: 20061121

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20070301