TW200810567A - LCD projector system with improved image performance - Google Patents

Description

200810567 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種液晶投織統，尤指—種侧三狀射式液晶板 作影像投影輸出的可提升影像效能之液晶投影系統。 【先前技術】 液晶投影機内部架構依其内部的液晶板可分爲單片式及三片式雨 種。單片式的投影機解析度低，亮度也低，但價格較便宜，而三片式 的投影機則具有高解析度、高亮度之優點，但價格較貴。三片式投影 機的工作原理爲：將來自光源的白光分解爲紅（r)、綠（G)、藍（b) 二原色’使該等二原色的光分別進人紅色、綠色和藍色的液晶顯示板， 然後將從所述各液晶顯示板反射的該等三原色的光重新組合並經由一 投影透鏡投射到螢幕上。 習知三片式液晶投影機，徒光源開始至螢幕之間，依序通常包含

Integrator(鏡片陣列）、PBS (Polarization Beam Splitter)陣列、Condense Lens(聚光鏡）、Dichroic Mirror(雙色鏡）、Reflecting Mirror(折射鏡）、 X-cube(雙色稜鏡）、Pr〇jecti〇n Lens(投影鏡頭)等光學元件。Integrat〇r 將光源分佈重新整理，使光源的能量分佈均勻，且將圓形照明分佈轉 換成LCD面板的長方形；PBS陣列將不同極化方向的光做轉換，以提 升光源能量之利用效率；Condense Lens使光路維持收斂狀態，使光能 量平行傅遞；Dichroic Mirror是光學鍍膜産品，能將白光分離成r、g、 B三種不同頻譜的色光；Reflecting Mirror反射光使光路改變；X-cube 5 200810567 將經過LCD調變後的R、G、B三色光合併；最後經由pr〇jecti〇n _ 將影像放大投影至螢幕上。

請參考第一圖，係爲美國專利第6,819,497號所揭示的一種三片式 液晶投影系統之架構示意圖，其包含一光源36、4個偏極光分色稜鏡 PBS 3卜32、33、34，以及反射式液晶板39R、39G、39B。其中，pBS 32、33、34係黏合成一體，光源36與PBS 31之間設有一選色偏光板 37 ’ PBS 32與34之間設有一玻璃片35，PBS 33與34之間亦設有一選 色偏光板38。 在該系統中，從光源36射出之三原色光Rs、Gs、Bs經由選色偏光 板37後轉換爲1^、（}15、;^入射第一剛31。該三原色光私、4、氏 中的雙原色光Rs與Bs經第一 PBS 3i反射並經選色偏光板3〇轉換後變 爲RP與BS入射第三PBS 33，而單原色光Gp穿透第一 pBs 31入射至 第二PBS 32。RP光穿透第三 33入射至反射式液晶板概，經調變 後變爲Rs光返回第三PBS 33，再經第三pBS 33反射至選色偏光板兇 轉換成RP光入射第四PBS 34; Bs光經第三pBS 33反射至反射式液晶板 39B，經調變後變爲Bp光返回並穿透第三 %而入射第曰咖％ 而GP光入射並牙透第二pBS %後入射反射式液晶板挪，經調變後 變爲Gs光藉由第二PBS 32反射後入射至第四PBS 34。因此，入射第 二、第三與第四PBS 32、33、34的原色光分別爲Gp; Rp、Bs;以及R?、 BP、Gs。而已知S偏極光在pBS内的有效利用率爲99%，但p偏極光 則只有。的利用率，其餘丨酬會有干涉現象而產生色相偏離現象， 6 200810567 故該系統多以p偏極光進入第二、第三與第四PBS 32、33、34會降低 原色光之使用效率，而導致光色偏離問題的產生並辟對比度。 此外該系統共包含了 4個偏極光分色稜鏡pbs 31、32、33、34， 且進-步設有選色偏光板37、38與玻璃片35，如此將增加系統元件之 數目，而使整個系統架構的體積變大及成本增加。 疋以’由上可知，上述習知之液晶投影系統，在實際使用上，顯然 仍具有不便與缺失存在，而可待加以改善者。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供—種可提升影像效能之液晶投影系 統，其可提高原色光使用效率，防止投影影像光色相偏離現象的産生 並改善對比度。 本發明之另-目的在於提供—種生產便利、組裝料、成本較低的 可提升影像效能之液晶投影系統。 依據本發明之目的而提供的可提升影像效能之液晶投n统，包含 射出白色光的光源、-極化該白色光源以産生一偏極化光源的極化 元件、一分色鏡、第一及第二反射鏡、第一及第二偏極光元件、一設 置於第-偏極光元件輸出側辭波片、—分色元件、—影像調變裝置 以及技射輸is光束的—鄕麵。該分色鏡將該偏極化絲分離成一 單原色光及-雙原色光分別輪出至該第—及第二反射鏡。該單原色光 經第一反射鏡反射並經-第_聚光透鏡彙聚後人射該第—偏極光元件 7 200810567 進行偏極分光，並輸出至影像調變裝置進行極性調變。偏極並調變後 之該單原色光_半波片改變極化方向後以原極化狀態人射該第二偏 極光元件。該雙原色光轉二反射鏡反射並經H光透鏡囊聚後 輸出至該第二偏極光元件進行偏齡光。偏極分級之魏色光係被 G至】刀色元件，以將δ亥雙原色光進行分離。該影像調變裝置係設置 於該第-偏極光元件及該分色元件_部，用於分別接收該單原色光 及錢原色光並將解原色光及該雙原色光分糊變成另—極性之色 光反射輸出。-投影鏡頭，設置於該第二偏極光元件的—侧，用以接 收該調變後之色光及單原色光，並投射光束至螢幕顯示。 與習知技術相比，在本發明中，該分色鏡分離出的單原色光係均以 s偏極光形式人射第-偏極光元件與第二偏極光元件；該分色鏡分離出 的雙原色光亦係以S偏極光形式入射第二偏極光元件與分色元件。故， 本發明可顯紐高原色光之制鱗，有贿低光色械離的問題並 改善對比，從而提升投影影像效能。另，本發明藉由二偏極光元件及 分色兀件組成的- L形稜鏡模組，即可達成直接偏光及分光的效 果，稜鏡之間除-半波片外並無其他光學元件黏合制，如此可降低 系統成本並提升綠可毅。財，該“L，，形稜鏡模組_傳統的6 個等大的等腰直減鏡組餅，亦可纟4辦大的等腰直肖稜鏡與丄 個較大的等腰直臟鏡組成，或亦可由4個等大的等腰直驗鏡與2 個較小的等腰直角稜鏡喊。故，本發.晶投料統亦具有生產便 利、組裝容易、成本較低之優點。 8 200810567 【實施方式】 請參考第二圖，係爲本發明可提升影像效能之液晶投影系統7〇之 架構示賴，包含射出白色光的光源5G、將白色光飾極化處理的極 化元件5卜提供分離光束的分色鏡a、提供光束反射的第―、第二反 射鏡53、54、改變入射光偏極方向的半波片％ (又/2波片，又 =632.8nm)、提供偏極分光的第—偏極光元件％及第二偏極光元件 57、提供分色處理的分色元件58、將光作輕的影像調魏置·、 60G、6GB ’以及投射輸出光束的投影鏡頭$。其巾，該極化元件& 係設於該光源5〇的輸出光路路徑上，其係將白色的非偏極光源轉換成 具有三原色(R、G、B)的—雜絲Ws (s錢直雜光）。該極化元 ㈣與該光源5〇共同構成一偏極化光源。另，本發日月可提升影像效 能之液晶投職統70進-步包含第—與第二聚光透鏡6卜纪，用以使 光路維持收斂狀態，讓光能量平行傳遞。 上述說明中，該分色鏡52及第二反射鏡Μ，其係設於極化元件W 的輸出方向上’其中該分色鏡52係將極化元件51所輸出的三原色偏 極光ws分離出兩道光束，其一爲藉由設於分色鏡52上方的第一反射 鏡53反射輸出的單原色偏極光&，另一爲藉由設於分色鏡^左側的 第二反射鏡54反射輸出的雙原色偏極光&、Bs。 該第一偏極光元件56、第二偏極光元件57與分色元件58係黏合 成-體而呈“L”形_。該第—偏極光元件％係針對單原色偏極光 的偏極狀態(p贼s _出穿透或反射的偏極分光。該第二偏極光元 9 200810567 件57設於第一偏極光元件56下方並鄰近投影鏡頭$，其係針對雙原 色偏極光的偏極狀態(P極或8極)作出穿透或反射的偏極分光。該分色 兀件58係設於第二偏極光元件57的右側，其係將雙原色偏極光的其 一原色偏極光反射，另一原色偏極光則穿透。該第一、第二偏極光元 件56、57爲習用的由兩個等腰直角稜鏡之底邊黏合而成的-偏極光分 光稜鏡PBS。該分色元件58爲一習用的亦由兩個等腰直角稜鏡之底邊 黏合而成的一雙色稜鏡(Dichr〇icPrism)。 該影像調變裝置60係將輸入的偏極光調變成含有影像訊號的另 一極性偏極光並反射輸出，其包括有第一反射式液晶板6〇6、第二反 射式液晶板60B及第三反射式液晶板6〇R，其中第一反射式液晶板6〇G 係設於第一偏極光元件56 一側，而第二反射式液晶板6〇B及第三反射 式液晶板60R係分別設於分色元件58的兩側。該投影鏡頭59係設於 第二偏極光元件57—側，其係用以將調變過的偏極光投射至螢幕顯示。 另’該半波片55係設於第一偏極光元件56與第二偏極光元件57 之間’其係用來改變入射光束的極性(p極或S極）。該第一聚光透鏡61 係設於第一反射鏡53與第一偏極光元件56之間，而第二聚光透鏡62 係設於第二反射鏡54與第二偏極光元件57之間，其係用以使入射光 束維持收斂狀態，提升光利用率。 第三及第四圖係本發明可提升影像效能之液晶投影系統之不同具 體貫施例。 請參考第三圖，其係本發明可提升影像效能之液晶投影系統第二實 200810567 施例71之架構示意圖。在本實施彳丨ψ 果她例中，極化疋件51輸出的偏極光係 爲Ws。經由分色鏡52將Ws : ©耷德搞伞由从从τ s 一原邑偏極先中的綠光Gs反射輸出至第 -反射鏡53，紅藍光Rs、Bs則穿透輸出至第二反射鏡％。綠光^經 第-反射鏡53反射輸出至第_聚光透鏡61，經彙聚後射人第一偏極光 元件价該第-偏極光元件％爲一 pBS,係針對偏極光中的p光穿透， 而S光反射，故綠光Gs會經由該第一偏極光元件％反射輸出至第一 反射式液晶板6GG。綠光Gs藉由第—反射式液晶板6QG調變轉換成另 -極性且帶有影像城的綠光Gp，進_步穿透人射至雜# %。該半 波片55將綠光Gp改變極化方向後以其原極化狀態&入射該第二偏極 光το件57。該第二偏極光元件57亦爲一 pBS，亦針對偏極光中的p光 穿透，而S光反射，故綠光&被反射輸出至投影鏡頭分。 另，分色鏡52輸出的紅藍光Rs、Bs係經第二反射鏡54之反射與 第一來光透鏡62之彙聚後輸入至第二偏極光元件57，經反射後輸出至 分色元件58。分色元件58係爲一雙色稜鏡，其主要針對藍光反射，紅 光牙透’故紅監光RS、BS中的藍光bs會反射至第二反射式液晶板6〇B， 而紅光Rs則穿透進入第三反射式液晶板60R，從而使藍光氏藉由第二 反射式液晶板60B調變轉換成另一極性且帶有影像訊號的藍光Bp反射 輪出至分色元件58,而紅光Rs藉由第三反射式液晶板6〇R調變轉換成 另極性且f有影像訊號的紅光RP反射輸出至分色元件58。再由分色 兀件58將紅藍光Bp、^分別反射、穿透輸出至第二偏極光元件57， 俾使得第二偏極光元件57將分色元件58輸出的紅藍光BP、RP穿透輸 出至投影鏡頭59，並將經第一偏極光元件56與半波片55輸出的綠光 11 200810567

Gs —併反射輸出至投影鏡頭59。最後，投影鏡頭分輸出包含有影像 訊號的二原色光束BP、Gs、RP，投射至螢幕以顯示影像晝面。 上述貫施例與第二圖基本架構的不同之處在於，第二圖中的“L” 形稜鏡組係共由6個尺寸相同之等腰直角稜鏡黏合而成，而本實施例 中的“L”形稜鏡組則由5個等腰直角稜鏡黏合而成，其中第二圖中的 2個等腰直角棱鏡571、581在本實施例中係由一尺寸相當的大等腰直 角稜鏡578所替代，如此可節省稜鏡加工與組裝之成本。 配合第二圖，請參考第四圖，其係爲本發明可提升影像效能之液晶 投影系統第二貫施例72之架構示意圖。該實施例與第二圖所示之基本 架構的不同之處在於，其分色元件係一尺寸較小之雙色稜鏡58，，如此 可使該實施例之液晶投影系統的架構更爲緊湊。 綜上所述，在本發明中，分色鏡％分離出的雙原色光紅光r與藍 光B係均以S偏極光方式入射第二偏極光元件57與雙色稜鏡％、％，； 該分色鏡52分離出的單原色統光G亦細s偏極光形式人射第一與 第二偏極光元件56、57。因S偏極光在PBS可有效獅99%，但p偏 極光則只有9〇%的率，其餘·則會杆涉現象而產生色相偏離 現象，故以Rs、Gs、Bs偏極方式進入PBS可提高原色光使用效率， 有效降低光色相偏離的問題並改善触，從而提升投影影像效能。另， 本發明藉由二偏極光元件56、57及一分色元件58或58,組成的一“l” 形稜鏡模組，即可達成直接偏光及分光的效果，魏之間除半波片％ 之外亚無其他光學元件齡制，如此可降低魏成本並提升系統可 12 200810567 罪度。再有’該“L”形稜鏡模組除由傳統的石個等尺寸的等腰直角棱 鏡組成外，亦可由4個等大的等腰直角棱鏡與1個較大的等腰直角稜 鏡組成，或亦可由4辨大的等腰直角稜鏡與2個較小的等腰直角棱 鏡組成。故，本發明液晶投影系統7〇、71及72亦具有生產便利、組 裝容易、成本較低之優點。 綜上所述’本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 請。惟’以上所述者僅穌發明之較佳實施方式，舉凡翻本案技術 之人士援依本發明之精神所狀較修飾·化，㈣蓋於後附之申 請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第一圖係習知一液晶投影系統之架構示意圖。 第二圖係本發明液晶投影系統之架構示意圖。 弟一圖係本發明液aa投影糸統第二實施例之架構示意圖。 第四圖係本發明液晶投影系統第三實施例之架構示意圖。 【主要元件符號說明】 光源 50 極化元件 51 分色鏡 52 第一、第二反射鏡 53、54 半波片 55 弟一、第二偏極光元件56、57 13 200810567 分色元件 58、58’ 投影鏡頭 59 影像調變裝置60R、60G、60B 第一、第二聚光透鏡 61、62 等腰直角稜鏡571、581、578 液晶投影系統70、71、72 14

Claims (1)

1. 200810567 十、申請專利範圍： 1 · 一種可提升影像效能之液晶投影系統，包括有： 一偏極化光源， 一分色鏡，係接收該偏極化光源，並將該偏極化光源分離成一雙原 色光及一單原色光輸出； 一第一反射鏡，設置於該分色鏡之一輸出側，係接收該單原色光並 將之進行反射輸出； 一第二反射鏡，設置於該分色鏡之另一輸出側，係接收該雙原色光 並將之進行反射輸出； 一半波片，設置於該第一反射鏡的輸出光路上，係用以改變入射光 之極化方向； 一第一偏極光元件，設置於該第一反射鏡之輸出側，係接收該單原 色光並將該單原色光作偏極分光； 一第二偏極光元件，設置於該第二反射鏡之輸出側，係接收該雙原 色光並將該雙原色光作偏極分光； 一分色元件，設置於該第二偏極光元件的一侧，係接收並分離該雙 原色光； -影像調變裝置，設置於該第_偏極光元件及該分色元件的側部， 係分別接收並將該單原色紐該雙原色光調變成另—極性後反射輸 出；以及 W鏡頭’設置於該第二偏極光元件的_側，用以接收該調變後 之單原色光及雙原色光，並投射輸出至螢幕顯示； 15 200810567 其中，该分色鏡分離出的該雙原色光及該單原色光係均以s偏極 光形式分別入射該第一偏極光元件及該第二偏極光元件。 2·如申請專利範圍第i項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，進 -步包括-第-聚光透鏡與一第二聚光透鏡，該第一聚光透鏡係設 於第-反射鏡與第-偏極光元件之間，而該第二聚光透鏡係設於第 二反射鏡與第二偏極光元件之間。 3. 如申請專利範圍第i項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該第-、第二偏極光元件及該分色元件健合成一體。 4. 如申明專利範圍第3項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中该第-、第二偏極光元件及該分色元件絲合成—“l”形架 構。 5如I專利補第1項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該半波片係叹置於該第一偏極光元件與該第二偏極光元件之 間，用以改變入射單原色光之極化方向。 6·如申請專利範圍第！項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該第-偏極光元件係爲一偏極光分色稜鏡。 7·如申請專利範圍第6項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該第二偏極光元件係爲-偏極光分色稜鏡。 8 ·如帽專利範圍第7類述之可提升_谈之液晶投影系統，其 中該分色元件係爲一雙色稜鏡。 9.如申請專利範圍第8項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該分色元件的尺寸係小於該第一與第二偏極光元件的尺寸。 16 200810567 ίο ·如申請專利範圍第8項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該第一、第二偏極光元件及該分色元件係結合成一 “L”形架 構，該架構係由6個等腰直角稜鏡黏合而成。 11 ·如申請專利範圍第8項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該弟一、第二偏極光元件及該分色元件係結合成一 “L”形架 構，該架構係由5個等腰直角稜鏡黏合而成。 12·如申請專利範圍第1項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該影像調變裝置係包括有一第一反射式液晶板、一第二反射式液 晶板及一第三反射式液晶板，該第一反射式液晶板係設置於該第一 偏極光元件一側，該第二反射式液晶板及該第三反射式液晶板則分 別設置於該分色元件的兩側。 13 ·如申請專利範圍第1項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該偏極化光源係由一白色光源經由一極化元件轉換所得。 14 ·如申請專利範圍第丨項所述之可提升影像效能之液晶投影系統，其 中該偏極化光源係爲單一 S極光源。 15 · —種可提升影像效能之液晶投影系統，包括有： 一偏極化光源； 一分色鏡，係接收該偏極化光源，並將該偏極化光源分離成一雙原 色光及一單原色光輸出； -第-反射鏡，設置於該分色鏡之-輸出側，係接收該單原色光並 將之進行反射輸出； -第二反射鏡，設置於該分色鏡之另-輪出側，係接收該雙原色光 17 200810567 並將之進行反射輸出； 一第-偏極光元件，設置於該第—反射鏡之輸_，係接收該單原 色光並將該單原色光作偏極分光； -第二偏極光元件，設置於該第二反射鏡之輸出側，係、接收該雙原 色光並將該雙原色光作偏極分光； 一半波片，設置於該第-與第二偏極光元件之間，铜以改變入射 單原色光之極化方向； -分色7C件’設置於該第二偏極光元件的_側，係接收並分離該雙 原色光； 一影像調變裝置，設置於該第-偏極光元件及該分色元件的側部， 係分別接收並將該單原色光及該雙原色光機成另—紐後反射輸 出；以及 一投影綱，設置於該第二偏極光元件的_側，践接收該調變後 之單原色光及雙原色光，並投射輸出至螢幕顯示； 其中，該第一、第二偏極光元件及該分色元件係結合成一“l，，形 架構。 16 .如申請專利範圍帛15項所述之可提升影像效能之液晶投影系統， 其中該分色鏡分離出的該雙原色光及該單原色光係均以s偏極光 形式分別入射該第一偏極光元件及該第二偏極光元件。 17 .如申請專利範圍第15項所述之可提升影像效能之液晶投影系統， 進—步包括-第-聚光透鏡與-第二聚光透鏡，該第一聚光透鏡係 故於第-反射鏡與第-偏極光元狀間，哺第二聚光透鏡係設於 18 200810567 弟一反射鏡與弟二偏極光元件之間。 18 · 如申請侧細第丨5酬述之可提相像魏之液晶投影系統， 其中該第-偏極光元件係爲—偏極光分色稜鏡，該第二偏極光元件 亦爲-偏極光分色稜鏡，而該分色元件係爲—雙色棱鏡。 19 · 如申請專利範11第15項所述之可提升影像效能之液晶投影系統， 其中該影像調變裝置係包括有一第一反射式液晶板、一第二反射式 液晶板及一第三反射式液晶板，該第一反射式液晶板係設置於該第 一偏極光元件一侧，該第二及第三反射式液晶板則分別設置於該分 色元件的兩側。 20 · 如申請專利範圍第15項所述之可提升影像效能之液晶投影系统， 其中該偏極化光源係爲單一 S極光源，該偏極化光源係由一白色 光源經由一極化元件轉換所得。 19