TW200417810A - 3-panel transmissive projection system - Google Patents

Description

200417810 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種三面板透射投影系統。特別地，本發 明係關於一種應用反射式偏光片之三面板透射投影系統， 用以在該投影系統中偏光及分析操作。 【先前技術】 諸如在例如美國專利申請案編號2〇〇2/〇〇15135中所描述 之投影系統通常係使用一種反射式LCD陣列，其具有一單 一偏光光束分離器。然而，藉由將來自該光源及該等顯示 面板的光線路徑與在該等顯示面板與該等投射透鏡之間的 光線路徑相結合，該等光線路徑並無法個別地最佳化。 該高溫（HT)聚合膜技術使用微小型LCD面板來提供高明 亮度。然而，結合微小化及高度光輸出會在該光線路徑中 造成極度高光線密度，因此限制該等LCD面板及偏光膜之 平均預期壽命。Ητ聚合膜投影系統之製造商係持續地改良 該等LCD面板之平均預期壽命。然而，對該等偏光膜之平 均預期壽命之改良幾乎係已經停止。因此，該町聚合膜投 影系統之平均預期壽命係受限於該等偏光膜之壽命。 【發明内容】 士本發：之一目的係提供一種具有結合已改良的平均預期 壽命之高明亮度能力的投影系統。 之 本發明之另-目的係提供—種透射式投影系統，像是透 射式HT多_LCDs，以便確保在該光源與該（等）顯示面板 間的先線路徑及在該（等）顯示面板與該等投影透鏡之間

O:\88\88280.DOC 200417810 的，線路徑係完全地分隔，因此可以個別地最佳化，導致 較高系統效率及較高明亮度。 β本發明之特別優點係為藉由使用微小化透射顯示面板， 提供-種具有高明亮度及長平均預期壽命的低成本投影系 統。 U Θ之特別特徵係關於提供偏光片’該等偏光片係用 於該分析操作及用以該投影系統之偏光操作。 根據本發明之—第—方面，該目的係、利用—種用以將影 像投影在-投影表面上的投影系統來達成，該投影系統係 包含： (a) —光源，用以提供光線； (b) —光學元件，用以聚集及聚焦該光束，藉此產生一光 束； (c) 一第一反射式偏光片，用以偏光該光束，藉此產生一 偏光光束； 其特徵為該投影系統尚包含： (d) —透射式顯示面板，用以接收該偏光光束及用以使用 該偏光光束’藉此編碼影像資訊在該偏光光束上，然後產 生一編碼光束； (e) 控制裝置，用以控制該透射式顯示面板之每個像素以 控制該偏光光束之使用；及 (f) 一第二反射式偏光片，用以拒絕該編碼光束之非所要 的偏光及用以將該編碼光束之所要求的偏光傳送到該投 影表面上。

O:\88\88280.DOC -6 - 200417810 在該上下文中，該術語影像係架構成一視訊順序之訊 框、-靜止照片或-靜止數位圖晝或任何上述之組合。 根據本發明之第-方面的第二反射式偏光片係定位在相 對於該編瑪光束大約30度到6〇度之間的範圍内的入射角 上，像是35度、45度或55度的入射角。藉由將作用為一分 析器（analyZer)之第二反射式偏光片定位在大約為衫度的角 度上’可以避免從該第二反射式偏光片彈回到該顯示面板 之光線所產生的殘影。 本發明之投影系統係藉由將從該光源到該投影表面之光 線路徑以兩層結構的方式摺疊來實現。藉由㈣該光線路 徑，該投影系統有利地提供一種非常輕巧之投影系統。 該透射式顯示面板係包含—電光媒體，像是液晶或電 漿、或電致變色元件或電泳元件、發光元件、有機或無機 發光元件、聚合物發光元件，或任何上述之組合。任何類 型的顯示元件都可以供該透射式顯示面板使用，只要該等 顯示基材係為透明或不透明。透射式顯示面板類型的靈活 性係提供投影系統能夠根據客戶I求或規格的各種變化來 設計。 用以控制根據本發明之第一方面之透射式顯示面板之每 個像素的裝置係藉由使用任何熟悉該項技藝者所已知的處 理™技術來A現。用以控制每個像素之裝置可以併入於該 透射式顯示面板基材上，藉此減少所要求空間及最佳化該 製造成本。 汶第_反射式偏光片包含一 M〇xtekTM光束分離器。藉由

O:\88\88280.DOC 200417810 使用-MoxteP光束分_於該㈣系狀分析摔作，可 以獲得絕佳明亮度、低成本及長平均預期壽命。該一tm 光束分離器能夠移除該等偏光膜之缺點。 【實施方式】 在下列各種實施例的描述中，參考構成其—部份之該等 附圖:及其中實現本發明之各種實施例係以說明方式來加 以表不。應了解的是可以栋用f 少 疋」从便用其他貫施例，而結構及功能 修改係在不背離本發明之範圍的情形下完成。 圖1說明一投影系統，該系統之整體係以參考數字1〇來標 註’用以將影像投影在-投影表面12上。該投影系統10包 含一光源14，其提供要被傳送通過該投影系統1〇之光線。 該投影表面12形成於任何類型的表面上，像是白色牆壁或 投影機螢幕。 該光源14提供光源至一光學元件16，用以聚集及聚焦該 光線，藉此提供一光束。該光學元件16可以利用一柱狀積 分器（Integrator)實施，該光學元件16包含一第一端18，用 以接收該光線，及一第二端20，用以提供該聚集及聚焦光 線。一小型彩色分隔稜鏡2 2設置在鄰近該第二端2 〇處。該 彩色分隔稜鏡22之入口表面24實質上等於該第二端20之表 面。該彩色分隔稜鏡22將該光線分隔成分別為紅色、藍色 及綠色光線，這實質上會反射到該彩色分隔稜鏡22之分隔 出口平面上。為了簡化起見，圖1只說明某一色彩之某一光 線路徑。 該彩色光線26離開該彩色分隔稜鏡22係導向通過一第一

O:\88\88280.DOC 200417810 透鏡28，該透鏡將該彩色光線26聚焦在一第一偏光片上， 該偏光片對於彩色光線之非所要的偏光係呈透射而對於所 要求的偏光則呈反射’即反射一偏光光束3 2。在本發明之 一另外實施例中，該第一偏光片30對於彩色光線之非所要 的偏光係反射的而對於所要求的偏光係透射的。然而，這 很明顯地需要改變該設計及從該光源到該投影表面之光線 路徑。 此外，該第一偏光片30對於該彩色光線之所要求及非所 要求的偏光可以都是反射的。該彩色光線之所要求偏光係 導向某一方向，而該非所要的偏光則導向另一方向。 該偏光光束32係透過一第二及第三透鏡34聚焦而將該偏 光光束傳送到一透射式顯示面板36，該面板會調變該偏光 光束以在其上編碼影像資訊。該透射式顯示面板3 6係利用 一處理器來控制，該處理器控制該透射式顯示面板36之每 個像素。 该透射式顯示面板36可以利用數種方法來實現。經由範 例具有不透明基材之透射式顯示面板係使用一電光媒 體，像是液晶或電漿、電致發光或電泳元件、發光元件、 有機或無機發光元件、聚合物發光元件，或任何上述的組 合。 在本發明之較佳實施例中，該透射式顯示面板36使用液 晶顯示陣列。 士上面所描述，該彩色分隔稜鏡22設置在鄰近該光學元 ^以在该光學7°件16上形成延伸。因此，該彩色分

O:\88\88280.DOC 200417810 隔稜鏡可以製作的非常小。然而，這t要該彩色光線能夠 被擴展在橫斷面上以匹配該透射式顯示面板36。該彩色光 線之擴展係利用該第二透鏡34來執行。 為簡化起見，圖1說明一單一透射式顯示面板36。應了解 每個利用該彩色分隔稜鏡22所分隔之彩色光線傳送到—特 定透射式顯示面板。 該透射式顯示面板產生一編碼光束％，該光束傳送到一 第一偏光片40，該偏光片係以一分析器（analyze〇操作，用 以拒絶來自该光線路徑之編碼光線之非所要的偏光。 該第二偏光片40對於該編碼光束之非所要偏光係呈透 射，而對於該編碼光束之所要求偏光則呈反射。在本發明 之另一實施例中，該第二偏光片可以對於彩色光線之非所 需偏光呈反射，而對於所要求偏光係為透射的。然而，這 很明顯係|求改變該設計及從該光源到該投影表面之光學 路徑。 如芩考e亥第一偏光片3〇所描述，該第二偏光片4〇對於該 編碼光束之所要求及非所要求的偏光可以都呈反射。該編 碼光束之所要求偏光係導向某一方向，而該非所需的偏光 係導向另一方向。 在本發明之較佳實施例中，該第一及第二偏光片30、40 可以利用一M〇xtekTM光束分離器實施。然而，該第一及第 二偏光片30、40可以利用各種偏光片來實現，像是線格式 e_gnd)偏光片、膽固醇型偏光片、干涉薄膜、全像式結 構、雙折射薄膜之堆疊、光束分離器、鏡或上述之組合。

O:\88\88280.DOC 200417810 該偏光及編碼光線42係接收至一重組稜鏡44中，該稜鏡 聚集來自每個彩色光線路徑之每個偏光及編碼光線，例如 該紅色、綠色及藍色光線路徑。該重組光線形成一完整影 像’以透過一投影透鏡46被投影在該投影表面12上。 該等兩稜鏡22及44可以利用各種方式來實現。然而，在 本發明之較佳實施例中，該等稜鏡22及44係利用一第一及 第二二色性立方體（dichroic cube)來實施。 圖2說明一投影系統，該系統係以參考數字5〇標註其整 體。對照於圖1，圖2說明三道光線路徑：一紅色光線路徑 5 1 a、一綠色光線路徑5 1 b，及一藍色光線路徑5 1 c。 參考圖1所描述之投影系統10之與圖2之元件相同的元件 係以相同的參考數字標記。 該光源14提供該投影系統5〇之光線，而在將該光線導到 一办色分隔稜鏡22之前，該光學元件16聚焦及聚集來自該 光源14之光線。該彩色分隔稜鏡說明於圖2中，如標註以參 考數字22a、22b及22c之稜鏡。該稜鏡22a提供該紅色光線， 透過該紅色光線路徑51a到一第一透射式顯示面板36a。該 稜鏡22b提供該綠色光線，透過該綠色光線路徑5ib到一第 一透射式顯示面板361^該稜鏡22c提供該藍色光線，透過 該藍色光線路徑51c到一第一透射式顯示面板36c。 每個透射式顯示面板36a、36b、36c係根據該特定影像之 產生來調變該光線。該等透射式顯示面板36&、地及…係 利用-或更多處理器來控制，該等處理器係控制該等透射 式顯示面板36a、36b及36c之每個像素。

O:\88\88280.DOC -11 - 200417810 5亥專編碼光線·編碼红光、端民终出 12 ΛΑ ^ % 、兩碼綠先，及編碼藍光係透 過透鏡組仏、521)、52£；及54^541)及54(：來增強。該等透 鏡組係允許使用非常小的二色性立方體做為該彩色重組棱 鏡44 〇 如參考圖1所描述，現在已重組之光線係透過一投影透鏡 46，投影在該投影表面上。 該投影系統50係使用用於該偏光及分析操作之偏光片而 被摺疊成兩層組態，類似於參考圖1所作的描述。 【圖式簡單說明】 本發明之上述及額外目的、特徵及優點可參考該等附 圖，從本發明之較佳實施例之下列說明及非限制詳細描述 中更加了解，其中·· 圖1係在本發明之較佳實施例中，該等元件及某一色彩之 光線路徑的示意圖；及 圖2係本發明之較佳實施例之該等元件及紅色、綠色及該 色之光線路徑（為簡化起見係以未摺疊顯示）的詳細圖示。 【圖式代表符號說明】 10 投影系統 12 投影表面 14 光源 16 光學元件 18 一第一端 20 一第二端 22 彩色分隔稜鏡 DOC -12 - 200417810 22a 紅光分隔稜鏡 22b 綠光分隔稜鏡 22c 藍光分隔棱鏡 24 入口表面 26 彩色光線 28 一第一透鏡 30 一第一偏光片 32 一偏光光束 34 一第二及第三透鏡 36 透射式顯示面板 36a 一第一透射式顯示面板 36b 一第二透射式顯示面板 36c 一第三透射式顯示面板 38 編碼光束 40 一第二偏光片 42 偏光及編碼光線 44 重組稜鏡 46 投影透鏡 50 投影系統 51a 紅光光線路徑 51b 綠光光線路徑 51c 藍光光線路徑 52a、52b、52c 透鏡組 54a、54b、54c 透鏡組 O:\88\88280.DOC -13-

Claims (1)

1. 200417810 拾、申請專利範圍： 1 · 一種投影系統，用以將一影像投影在一投影表面（12)上， 該投影系統包含： (a) —光源（14)，用以提供光線； (b) —光學元件（16)，用以聚集及聚焦該光線，藉此提供 一光束（26); (c) 一第一反射式偏光片（30)，用以偏光該光束（26)，藉此 產生一偏光光束（32); 其特徵為該投影系統尚包含·· (d) —透射式顯示面板（36)，用以接收該偏光光束（32)及用 以使用該偏光光束（32)，藉此編碼影像資訊在該偏光 光束上，然後產生一編碼光束（38); (e) 控制裝置，用以控制該透射式顯示面板之每個像素以 控制該偏光光束（38)之使用；及 (0—第二反射式偏光片（40)，用以拒絕該編碼光束（38)之 非所要的偏光，及用以將該編碼光束（38)之所要求的 偏光傳送到該投影表面（12)上。 2.如申請專利範圍第1項之投影系統，其中該第一及第二反 射式偏光片包含線格式（wire-grid)偏光片、膽固醇型偏光 片、干涉薄膜、全像式結構、雙折射薄膜之堆疊、光束 分離器、鏡或上述任何之組合。 3·如申請專利範圍第1或2項之投影系統，其中該第二反射 式偏光片（40)係定位在相對於該編碼光束大約30度到60 度之間的範圍内的入射角上，像是35度、45度或55度的 O:\88\88280.DOC 200417810 入射角。 4·如申請專利範圍第1、2或3項之投影系統，其中該投影系 統係利用以兩層結構的方式摺疊從該光源（14)到該投影 表面（12)之光線路徑來實現。 5.如申晴專利範圍第1、2、3或4項之投影系統，其中該透 射式顯示面板（36)包含一電光媒體，像是像是液晶或電 漿、電致發光或電泳元件、發光元件、有機或無機發光 元件、聚合物發光元件，或任何上述的組合。 6·如申請專利範圍第1、2、3、4或5項之投影系統，其中用 以控制該透射式顯示面板（36)之每個像素的裝置係藉由 使用一處理器來實現。 7·如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項之投影系統，其 中用以控制每個像素之裝置可以併入到該透射式顯示面 板基材上。 8·如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6或7項之投影系統， 尚包含一光學元件（16)，用以聚集來自該光源（14)之光線 及具有一出口表面（20)，其鄰近於一彩色分隔稜鏡（22)， 該稜鏡具有一出口表面（24)，該表面實質上係等於該出口 表面（20)。 9.如申請專利範圍第8項之投影系統，其中該彩色分隔稜鏡 (22)適用於將該光源（14)所提供之光線分隔成紅光、綠光 及藍光。 1〇·如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8或9項之投影 糸統’其中该透射式顯不面板（3 6)包含分別為^一第^一 O:\88\88280.DOC -2- 200417810 11 12. 13. 14. 15. (36a)、第二（36b)及第三（36c)透射式顯示面板單元。 如申請專利範圍第8、9或10項之投影系統，其中該彩色 分隔稜鏡（22)係調適用以將紅光、綠光及藍光傳送到該第 一（36a)、第二（36b)及第三（36(〇透射式顯示面板單元。 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11 項之投影系統，尚包含一重組棱鏡（44)，用以將編碼光束 重新組合成一單一編碼光束。 如申请專利範圍第12項之投影系統，其中該重組稜鏡（44) 適用於接收來自該第一（36a)、第二（36b)及第三（36c)透射 式顯示面板單元之編碼紅光、綠光及藍光，而該重組稜 鏡（44)係將該編碼紅光、綠光及藍光重新組合成一單一編 碼光束’以透過一投影透鏡（46)被投影在該投影表面（12) 上。 如申請專利範圍第1丨、12或13項之投影系統，尚包含聚 焦透鏡（52a、52b、52c及54a)，用以在該彩色重組稜鏡（44) 之前聚焦該編碼光線。 如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、 12、13或14項之投影系統，尚包含放大透鏡（26、34)，用 以讓一偏光光束可以覆蓋該透射式顯示面板（36)之整個 表面。 O:\88\88280.DOC