TW200841111A - Off-axis projection system - Google Patents

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TW200841111A
TW200841111A TW096145036A TW96145036A TW200841111A TW 200841111 A TW200841111 A TW 200841111A TW 096145036 A TW096145036 A TW 096145036A TW 96145036 A TW96145036 A TW 96145036A TW 200841111 A TW200841111 A TW 200841111A
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projection
panel
pss
light
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TW096145036A
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Akihiro Mochizuki
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Nano Loa Inc
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Description

200841111 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一液晶投影系統，特定言之係關於一利用 偏振屏蔽層列型液晶顯示（PSS-LCD)面板以達到具有高效 能顯示品質且極低價之投影系統的離軸入射光液晶投影系 - 統。 . 【先前技術】 1.2.本發明之背景-第一需求 < 用於電視（TV)應用之液晶顯示（LCD)設備近來崛起之發 展顯著。同時，此種用於TV的LCD之新型應用所需要之顯 示效能比從前用於LCD者要更高。高黏滯層列型液晶材料 可能實現用於TV應用所需之高影像品質。具體言之，使 用液晶顯示面板做為形成影像面板之投影顯示系統在‘效 能中展現顯著之成本效能。在投影顯示系統當中，一利用 液晶顯示（LCD)面板之背投影系統廣泛地使用於大型螢幕 投影電視機，例如具有60吋與更大之螢幕尺寸者。就每單 ( 位螢幕尺寸之製造成本而論，例如電視機之每對角英吋成 本，光學放大之螢幕係使用一小型LCD面板之投影顯示器 最大的好處之一。由於投影電視機之光學放大倍率，以 LCD面板為基礎之投影電視機能夠比直視型平面電視機 _(例如電漿顯示面板（PDP)與直視型大型LCD面板電視機） 具有更低之製造成本。 儘管以LCD面板為基礎之投影電視機就顯著之成本好處 而論具有如此出色之處，其緩慢之光學響應（具體言之， 127083.doc 200841111 灰階間之緩慢響應）使得投影系統無法佔有大型螢幕電視 之主要市場。具體言之，大型螢幕電視之影像速度與螢幕 對角尺寸成比例。比較對角4吋及對角40吋之螢幕，4〇吋 螢幕比4吋螢幕需要快上1 〇倍之影像速度。因為電視影像 係由各個圖框所形成。通常各個圖框在6〇赫茲（Hz)之圖框 速率的情況下具有16.7微秒（ms)之時間週期。不論螢幕對 角尺寸為何’各個圖框必須在1 6 · 7微秒内顯示一圖框榮 幕。因此，如圖1所繪示，一架飛機必須在16 7微秒之單 一圖框内行進約4吋之距離。反之，一架飛機需要在4〇忖 螢幕之16·7微秒的單一圖框内行進約4〇吋之距離。此種4 忖與40吋之螢幕影像的差異造成其對於光學響應（具體言 之’對於灰階間光學響應）之需求有顯著之差異。 就維持充分佳之全動畫（full motion)影像品質而論，對 於大型投影顯示器而言更快速之光學響應是關鍵需求。 1.3本發明之背景-第二需求 如上所論述，製造成本好處是以LCD為基礎之投影顯示 器主要之優點。顯而易見的是，若沒有充分佳之影像品質 (具體言之，充分快速之灰階間光學響應的全動畫視訊影 像）’即使製造成本顯著地低廉亦無法使投影顯示系統成 為消費者最喜愛之電視機。因此，以LCD面板為基礎之投 影顯示器最需要的是充分快速之光學響應，具體言之是充 分快速之灰階間光學響應。 1.4本發明之背景-第三需求 一旦在以LCD面板為基礎之投影顯示系統中建立起充分 127083.doc 200841111 快速之光學響應，下一個需求相較於其他競爭技術（例如 電漿電視（PDP-TV)、直視型大型螢幕LCD-TV)係具有進— 步之成本優勢的。 ( 目珂習知以LCD面板為基礎之背投影電視機係由三片 LCD面板所組成：一片用於綠光，一片用於紅光，而另_ 片用於藍光。各個LCD面板產生各個原色影像並將各個影 像轉換至投影螢幕上，從而產生全彩視訊影像。因此，此 種習知以LCD為基礎之投影系統f要三片L(：d面板，以及 與其相當之光學組件，例如偏振分光器、半透反鏡⑽ 心⑽)與影像轉換系統。由於精準之缝光束處理偏振 分光器係非常昂貴的。再者，由於在非常高解析度的系統 中之RGB光束轉換，其影像轉換f要非常嚴密之光學調 校。此等因素增加了以LCD為基礎之投影系統的製造成 反之右單LCD面板提供充分快速，具體言之提供 ί分快速之灰階間光學響應，將可去除許多例如偏振分光 為、+透反鏡之昂貴光學組件，從而降低製造成本。再 免複雜之影像轉録序，高度期望製造成本能遠低 於目剛可達到之成本。 【發明内容】 2.所欲解決之技術問題 、如上所述’必須解決兩個獨立之技術問題，以克服 以LCD面板為基礎之背投 月1 ^ 負不系統之問題。第一枯併戸弓
題係建立充分快速之光學響 H 塑雁穿# ，、體S之在灰階間之光學 曰^。弟一技術問題係去除 貝J尤予組件並在投影螢幕 127083.doc 200841111 上維持充分佳的影像品質。 2· 1用於投影系統之充分快速的光學響應 與直視型LCD不同的是，大部分以LCD面板為基礎之投 影顯示器比直視型LCD具有更快速之光學響應。投影顯示 器之操作溫度比直視型LCD容許更高之環境溫度。此些微 ' 提高之溫度有助於具有更快速之光學響應。背投影LCD系 • 統之一般環境溫度為60°C。此提高之溫度比在室溫時容許 將近兩倍更快速之光學響應。甚至此兩倍快速之光學響應 { 對於全動晝視訊影像而言（具體言之，對於灰階間光學響 應而言）仍不夠好。習知以向列為基礎之LCD的一般灰階 間光學響應為20微秒。有時其超過25微秒。由於常用於以 LCD為基礎之背投影系統的高溫多晶矽薄膜電晶體（TFT) 之施加電壓限制，最大施加電壓限制為5 V。此限制之施 加電壓亦使得習知以向列為基礎之LCD投影系統的光學響 應受到限制。由於所需之極面解析度的TFT ’局溫多晶石夕 TFT是驅動液晶介質最有希望之背板。因此，最需要以高 ( 溫多晶矽TFT所提供之低驅動電壓實現更加快速之光學響 應。 „ 2.2去除昂貴光學組件
此第二需求之解決方案更加複雜。如於1.4所論述，更 加快速之光學響應的LCD面板將去除三片式LCD面板之解 決方案，從而使得可能去除投影系統中許多昂貴之光學組 件。然而，只要應用習知的光學系統，仍需要昂貴的偏振 分光器與昂貴的半透反鏡。引進充分快速之光學響應LCD 127083.doc 200841111 面板，單一LCD面板之光學系統將可能藉由場序彩色（field sequential color)方法實現。在包含LCD面板之光學組件當 中’隶叩貴者為偏振分光器。再者，只要使用偏振分光 器’因偏振分光器所需之入射角之故，可應用之光學設計 幾乎是固定的。此受限之光學系統設計自由度亦限制了以 LCD為基礎之背投影系統的整體光學設計。因此，去除偏 振分光器係解決第二個技術問題最重要的需求。 3 ·解決技術問題之方法 研究以解決上述技術問題。研究兩項主要問題。一項問 題是達到充分快速之光學響應的方法，該光學響應包含充 分佳而足以實現具有單一 LCD面板之場序彩色系統的灰階 間光學響應。另一問題是去除偏振分光器與半透反鏡，其 為最昂貴之光學元件且限制以LCD為基礎之背投影電視系 統之設計自由度。 3 · 1獲得充分快速之光學響應 由於在背投影電視機上具有相當飽和自然色彩之全動畫 視訊影像重製之需求，就與高溫多晶矽TFT之相容性而 論，最需要的不僅是快速的光學響應還有連續灰階能力。 使用單片式（monolithic)矽晶圓，配合使用二元型快速光學 響應LCD(例如鐵電液晶顯示器或flcd)，所謂的數位灰階 係可適用的。然而單片式矽晶圓僅提供反射式投影系統。 由於矽晶圓之可見光波長的非透射效能，反射式投影系統 係此解決方案唯一可能之方法。再者，即使單晶矽能夠非 常快速地對各個像素元件定址以驅動各個像素之液晶，數 127083.doc 200841111 位灰階仍需要極快速之信號處理。同樣地，FLCD受限之 光學響應（甚至數位灰階）需要遞色（dithering)及/或額外進 一步之灰階建立，以達到自然色彩飽和度之需求。 事實上，目前數位灰階無法達到充分快速、飽和與低價 之背投影系統解決方案。因此，顯然所謂的類比灰階或目 W習知具有極快速光學響應之LCD相容的灰階係達到此具 體需求唯一可能之解決方案。 美國專利申請案第20040196428號所介紹之PSS_LCD技 術疋目别唯一可能實現充分快速之類比灰階響應之方式。 再者，PSS-LCD技術完全相容於目前習知以向列為基礎之 LCD，其意謂著例如LCD驅動器1〇之電子元件與信號控制 處理器係完全相容於市售者。此事實顯示，由於共享習知 之電子設計，至少電子元件部分係充分低價的，包含高溫 多晶石夕TFT背板。由於PSS-LCD相容於習知以向列為基礎 之LCD，所以甚至單片式矽背板或矽基液晶（LC〇s)背板本 身亦係可適用的。因此，PSS-LCD不僅實現充分快速之灰 1¾間光學響應’亦實現用於單一面板之背投影電視系統充 分低價的解決方案。 3.2去除昂貴之光學組件 發明人考慮到此等昂貴光學組件之固有需求。如圖2所 繚示，對於習知LCD面板可容許之入射光角度是最顯著之 限制。例如，使用連續白光源，圖2顯示對於LCD面板可 各許之入射光角度。圖3顯示對於使用RGB LED或雷射光 束光源之LCD面板可能之入射光束系統。很清楚的是兩種 127083.doc -10. 200841111 方式皆仍需要偏振分光器與半透反鏡來引入充分佳之入射 光至LCD面板。圖4繪示LCos之情況或反射slcd面板之 情況。此情況亦很清楚的是最需要者為偏振分光器與半透 反鏡。 圖2、3與4顯示LCD面板受限之入射角（其係垂直於[CD 面板之入射角）造成此受限之入射光束角度需求，從而產 生昂貴之光學元件的需要。因此，顯然來自光源之入射光 束可如圖5所纷示般以離軸到達LCD面板，而去除投影系 統中〒貝之光學元件例如偏振分光器、半透反鏡。然而顯 而易見’當前習知LCD之光通量對入射光角度的強烈相依 性已為吾人所熟知。簡言之，離軸入射至習知Lcd面板並 不提供充分佳之光通量。由於螢幕亮度之喪失，此對於投 影顯示器應用係致命的問題。 此外’本專利申請案之發明人所發明之PSS-LCD技術很 清楚的是提供了解決此具體技術需求之非常實際的解決方 案。圖6繪示PSS-LCD之光通量的入射角相依性。如圖6所 示，很清楚的是，對於離轴入射光束（例如相對於LCD面 板法線呈30度），PSS_LCD提供超過80%之光通量，這意 謂著PSS-LCD面板不限制垂直於面板之入射光束角度。具 體言之’圖5所示之深離軸容許度能夠去除偏振分光器與 半透反鏡之使用。從圖6中，很清楚的是，甚至入射角係 相對於LCD面板法線呈20度，仍獲得將近90%之光通量。 入射光角度與光通量具有此消彼長之關係。入射光角度之 較大的離軸角度提供較低之光通量。然而，因入射光角度 127083.doc 11 200841111 而減少之光通量與習知LCD顯示器相較之下非常小。例 如’比起習知TN-LCD面板之1〇度離軸入射光角度，習知 TN-LCD面板對小於面板法線角度之_半減少光通量。 本發明可適用性之進一步的範圍將顯見於下文中所給予 之詳細說明中。然而’應'了解在指出本發明之較佳具體實 施例時的詳細說明與特定範例僅係以說明圖解之方式給 予，因在本發明之精神與範圍内之各種改變與修改將為熟 習技術者自此詳細說明中所顯見。
【實施方式】 將多照隨附圖式詳細說明本發明 在下文中，按需要 於下文說明中，表示一數量比例或比率之，，與，，部分”係 以質量為基礎的，惟有另外特定註明者除外。 使用PSS-LCD之極廣視角效能與RGB原色投影光源時， 一離軸入射光束角度投影系統在不喪失顯著之光通量的情 況下加以實現。圖5代表本發明之概念。如圖5所繪示，其 為一 PSS-LCD面板就光通量之視角相依性而論之實際測量 結果，PSS-LCD面板具有極廣㈣，&維持對一離軸：： 光1充分佳之光通量。使用此PSS_LCD面板之具體特徵屬 性時’-極離軸人射光之光㈣統在不使用昂貴與複雜之 光學設計之情況下即可運作於實際投影系統中，如圖5所 示。使用RGB原色光源時，各個原色光源以36〇出之1子圖 框速率（相等於120 Hz之總圖框速率）按時間循序發射，^ 像是紅色、藍色與綠色。當紅色光發射時段啟用時，紅^ 入射光首先撞擊到一反射鏡，之後紅色光束方向以小於 127083.doc 12 200841111 度之非常窄的入射角度改變朝向一PSS-LCD面板，如圖5 所繪示。此入射光於PSS_LCD面板中行進並射出至投影透 鏡。在下-時間序列中，藍色原色光重覆與紅色原色光相 同之程序。圖7顯示按時間循序之時序的範例之一。圖了顯 不120 Hz之總圖框速率，或36〇 Hz之子圖框速率。在第一 子圖框中，〇微秒至2.6微秒中有〇 2微秒的消隱週期，紅色 光具有射出物。同步此發射時，PSS-LCD面板敞開接受此 紅色入射光。總光通量為此敞開區域與光發射之結果。按 連貫的子圖框，Μ光發射為下一_。在此具體子圖框上 之總光通量與在紅色子圖框中者相同。本發明最為顯著之 特徵屬性為PSS-LCD面板之光通量的量。雖目前既存之 LCD面板技術能實現相同類型之光學系統，但由於光通量 之強烈視角相依性，沒有任何目前既存iLCD面板技術能 夠於此種離軸入射光光學系統中具有實際上可接受之光通 量。另一能實現本具體發明之要素為PSS_LCD面板之極快 速光學響應。廣視角或充分廣角之光通量為實現本發明最 為必要者，然而，符合超過300 Hzi總圖框速率的極快速 光學響應亦為本發明之不可或缺的因素。場序彩色系統的 缺點之一在於其色裂問題。由於RGB循序彩色發射，視人 眼與場序彩色影像上之影像之間的相關移動而定，緩慢之 圖框速率有時提供清楚敏銳的單一彩色影像。為避免場序 彩色顯示器上之色裂問題，吾人熟知最需要的是至少12〇 Hz之總圖框速率。12〇 Hz之總圖框速率需要36〇 的子圖 框。此在各個子圖框上需要小於2微秒之光學響應時間。 127083.doc 200841111
在已知的L C D技術當中，有些L C D例如光學補償幫曲液晶 顯示器（OCB-LCD)提供2微秒之光學響應時間。然而，2微 秒之響應時間僅於0至1類型響應之間或非灰階響應上實 現。至今除了 PSS-LCD之外，無已知的LCD在其灰階間響 應上具有短於5微秒之響應時間。已知鐵電液晶顯示器或 F L C D具有極快速之光學響應而滿足用於場序彩色顯示哭 之充分快速的光學響應。然而，FLCD無能力顯示連續灰 階或類比灰階。在一場序彩色顯示器上，若無類比灰階能 力，則需要以所謂的數位灰階來建立灰階。再者，由於直 平衡之需求’ FLCD在圖框的'半週期内喪失光通量。 此對於一投影機應用係關鍵性之問題。 已知於數位灰階中有數種 顯示面板或PDP之數個子圖框之組合。將一個全圖框分割 為8個子圖框時，各個經分割之子圖框於其光強度中具有 不同的光通量（例如1:2:4:8:16:32:64:128，如圖8所示）。與 PDP不同的是，LCD不自行發光，因此需要照明光源。 LCD之主要功能為光學切換遮光器。因此，在此類型 之數位灰階方法中，LCD所需之光學響應時間為32·4微 秒’如圖8所示。此所需之光學響應是在總圖框速率為120 Hz 或子圖框速率為36G Hz之情況而言。若需要更快速之圖框 速率來避免任何色裂問題，則需要18〇出或24〇 Hz之總圖 框速率。在總圖框i亲案糸 逯羊為18〇出時，液晶顯示器響應需要 t於7微秒在總圖框速率為謂時，則需要短於5微 移。FLCD亚不涵蓋如此快速之光學響應。至今，包含 127083.doc -14· 200841111 PSS-LCD在内並無任何LCD技術實現此種程度之快速光學 響應。因此，PDP類型之數位灰階並不適用於lcd。另一 種數位灰階為所謂的遞色方法。此基本上為空間分割之灰 階。遞色方法不使用例如上述PDP類型之數位灰階的時域 分割，而是使用空間分割。如圖9所繪示，於一個完整像 素中的8個經分割之子像素使256階具有不同的光學強度。 8個經分割之各個子像素區域必須具有不同區域例如 1.2.4.8.16:32:64:128以建立256個灰階，如同pdp類型數位 灰在呀域中所建立者。遞色數位灰階在空間域中建立充 分佳之灰階。此種數位灰階方法之問題在於其需要極精細 之子像素結構與太過複雜之電極結構。例如，總全像素尺 寸為20x20微米之情況下，最小線寬為〇 〇8微米，如圖1〇 所示。使用目前微影領域中已知技術是不可能實現此極小 之線寬的。甚至以某種新穎技術實現了此線寬，使用一般 波長為0.56微米之可見光源的光學顯示設備仍無法控制光 強度，此係歸因於無法與光波長相比過小之尺寸進行互 動。因此，很清楚的是遞色方法無法提供數位灰階之解決 方案。另一數位灰階方法為所謂的脈寬調變。此方法與 PDP類型之數位灰階在時域使用上具有一些相似之處。脈 寬調變與PDP類型數位灰階方法之最大的差異在於累積光 學光通量之使用，如圖10所繪示。由於LCD之主要功能為 光學切換遮光器，如圖10所示之時域分割響應能實現數位 灰階。甚至此方法需要10微秒之最小光學響應以在總圖框 速率為120 Hz下獲得每彩色灰階8位元。藉由犧牲需要快速 127083.doc 200841111 光子θ應例如1 〇、20與40微秒之較低灰階，此方法能夠使 用極快速光學響應LCD技術例如FLCD與PSS_LCD來實現 數位灰P白。然@，由於不良之灰階重製，此方法亦係不可 接又的，具體a之係對於灰階需求之充分佳的影像品質而 言。 、脈寬調變與遞色方法之組合可提供可接受的影像品質做 為數位灰階。然而，此組合提供龐大之成本㈣。如上所 解釋，遞色方法的缺點之一係其複雜的像素結構與過多的 驅動電極需求。因為各個子像素皆需要其本身之驅動電子 電路。例如，總像素數量為1280x76^983,0^像素之寬螢 幕擴展型圖形陣列（WXGA)於遞色數位灰階方法時需要 983,040><8 = 7,864,320像素。部分地使用脈寬數位灰階時， 例如2位元使用脈寬調變而6位元使用遞色，所需之光學響 應日守間與子像素數量的規格分別為14微秒與5,898,240像 素。此等數字比分別使用各個方法更佳，然而1 ·4微秒對 於大多數LCD技術而言仍然太快，而子像素之數量在其像 素尺寸與成本問題兩者上皆具有技術限制。因此，很清楚 的是數位灰階方法提供任何使用LCD技術之實際解決方 案。反之，類比灰階在像素數量上不具有任何問題，惟仍 茜要非常快速之光學響應時間例如短於1微秒除外。PSS_ LCD具有充分快速的光學響應，包含灰階響應。 從圖7很顯然的是越快的光學響應提供越亮之光通量。 由於光通量之上升與下降過程，總光通量相依於液晶面板 之響應規範（response profile)與透射率（或反射率）兩者。透 127083.doc -16- 200841111 射率（或反射率）包含光通量之入射光角度相依性。因此， 寬廣之入射角光通量與快速之光學響應兩者為實現本發明 之兩個主要因素。 總結來說，非常快速的灰階間光學響應與具有PSS-LCD 技術之極廣視角是在此具體發明中技術需求與經濟需求兩 者唯一可能之解決方案。 在下文中，將參照特定範例詳細說明本發明。
範例 範例1 (本發明） 所謂的LCOS或矽基液晶（Liquid Crystal on Silicon)面板 係以PSS-LCD技術備製，且其使用專為具有視訊圖形陣列 (VGA)像素解析度（64〇χ48〇)之扭轉向列式（tn)液晶顯示器 設計之反射式m。石夕背板之對角尺寸為〇•則。小型 〇·55吋之矽染料以中性清潔劑清潔並以純水沖淨。矽背板 之頂面大部分被鋁銅合金所覆蓋，因此不適用鹼性清潔 片J在、、、屯水冲淨並乾餘之後，石夕背板亦以紫外線（岡清潔 機清潔以為乾洗。所備_夕里 # ^ 、、 吓1有I之另一基板為銦錫氧化物（ITO) 塗層之玻璃基板，其對角尺寸 』円尺寸為0.65吋。此ΙΤΟ塗層之玻 璃基板為一無任何像素化之單 早純IT0塗層者。此ITO塗層玻 璃係使用ΡΗ值為11之強鹼、、主、知十， 《強鹼U劑加以清潔之後並以 沖淨。 在分別清潔過後 (P〇ly-imide)加以塗 兩者之基板頂面由旋塗機以聚亞醯 佈在乂無塵烤箱加工處理過後，矽 胺 染 127083.doc 200841111 料與ITO基板之聚亞醯胺塗層厚度分別為4〇〇 A與300 A。 聚亞醯胺加工處理後，其頂面以拋光機加以拋光。使用一 UV與感熱類型之黏著劑以用於此[cos面板層壓。於ITO 玻璃基板的周圍區域施配混合矽微粒之黏著劑。所使用之 矽微粒具有0.9微米之平均直徑尺寸。經由此混合矽微粒 之黏著劑層壓之後，塗佈UV與感熱黏著劑，於是備製一 空的反射式面板。 使用一具有熱能應用方法之真空裝置將一由自製混合料 所製作之PSS液晶材料填充進入此空的面板中。填充之最 大溫度為100°C。在填充程序過後，填充洞由UV黏著劑加 以削去。 使用此備製之反射式PSS-LCD面板所備製之反射式光學 系統如圖5所示。備製之光學組件為：（丨）反射式pss_lcd 面板·，（2)尺寸為20 mmxl5 mmxl.l mm之反射鏡；（3)rgb 選擇性波長雷射；（4)直徑尺寸為25 mm之凹面透鏡；以及 (5)—對偏光鏡。RGB LED燈亦可用做光源。為達到確認 本發明之功能的目的，在此使用RGB選擇性波長光源。 備製之PSS-LCOS面板係使用為具有一修改之TN-LCD所 设计之標準驅動單元加以驅動。為確認場序彩色影像之建 立，圖框速率從原本60 Hz的總速率改變為12〇 Hz的總速 率。此改變非常簡單，只要隨著時脈速率之變化來改變信 號日才序。使用一個人電腦做為信號源。為確認本發明之場 序彩色系統之基本效能’全紅影像、全綠影像、全藍影像 與王白影像首先輸入至P S S - L C Ο S面板中。之後，確句、混 127083.doc -18- 200841111 ^影像：例如黃色、粉紅色、藍綠色之彩色影像。之後， 取後’4不從白色至黑色影像的連續漸層。使用圖5所示之 裝置時’在不顯示色裂問題的情況下確認此等原色、混色 與連續漸層之彩色影像。 接下來，依照PSS-LCOS面板之入射角測量光效率。表i 總結了測量纟士旲。士本— J里、、口果如表1所不，本發明以40度之離軸之入 射角實現超過80%的光效率。 [表1]範例1之光效率（本發明） 表1 __ Φ (度） _ 光效率(％) 0 ~~~ 100 10 98 20 94 30 90 40 86 50 82 60 80 70 77 範例2 (對照） 使用與範例1所述（圖5)完全相同之光學裝置，而僅以TN 類型之LCOS面板代替反射式Lcd面板。 首先’於TN類型之LCOS面板應用相同之時序信號，其 總圖框速率為120 Hz。使用應用於4.1之PSS-LCOS面板的 相同彩色圖案’投射之螢幕色彩由CA-210系統（Konica-Minolta)加以測量。由於τΝ-LCD之響應緩慢，無法獲得純 原色。對於R、G與B原色信號輸入，獲得混色影像，而非 127083.doc -19- 200841111 獲得原色。對於混色信號輸入而言，所獲得之螢幕影像色 彩與輸入信號色彩非常不同。 使用白色信號時，依照ΤΝ-LCOS面板之入射光角測量光 效率。表2總結了測量結果。比較表1與表2顯示出pss-LCOS面板與ΤΝ-LCOS面板之間在光效率上的明顯差異。 [表2]範例2之光效率（對照） 表2 Φ (度） 光效率(％) 0 100 10 81 20 73 30 40 40 21 50 氺 60 本 70 氺 *:無法測量 範例3 (本發明：不同設置） 所謂的LCOS或矽基液晶面板係以pss丄CD技術備製， 且其使用專為具有VGA像素解析度（64〇x480)之扭轉向列 式（TN)液晶顯示器設計之反射式矽背板。矽背板之對角尺 寸為0·55对。小型〇·55吋之矽染料以中性清潔劑清潔並以 純水沖淨。砍背板之頂面大部分被鋁銅合金所覆蓋，因此 不適用驗性清潔劑。在純水沖淨並乾燥之後，矽背板亦以 uv清潔機清潔以為乾洗。所備製之另一基板為ΙΤ〇塗層之 玻璃基板’其對角尺寸為〇·65吋。此ΙΤ〇塗層玻璃基板為 127083.doc -20- 200841111 一無任何像素化之單純ITO塗層者。此IT〇塗層玻璃係使用 ΡΗ值為11之強鹼清潔劑加以清潔，之後並以純水沖淨。 在分別清潔過後，兩者之基板頂面由旋塗機以聚亞酿胺 加以塗佈。在經無塵烤箱加工處理過後，矽染料與I丁〇基 板之聚亞醯胺塗層厚度分別為4〇〇 Α與30〇 Α。聚亞醯胺= 工處理後，其頂面以拋光機加以拋光。使用一 uv與感熱 類型之黏著劑以用於此LCOS面板層壓。於IT〇玻璃基板的 週邊區域施配混合矽微粒之黏著劑。所使用之矽微粒具有 0.9微米之平均直徑尺寸。經由此混合矽微粒之黏著劑層 壓之後，塗佈UV與感熱黏著劑，於是備製一空的反射式 面板。 使用具有熱能應用方法之真空裝置將一由自製混合料 所製作之PSS液晶材料填充進入此空的面板中。填充之最 大溫度為loot：。在填充程序過後，填充洞由υν黏著劑加 以削去。 使用此備製之反射式PSS-LCD面板而備製如圖U所示之 反射式光學系統。備製之光學組件為：反射式pss-LCd 面板，（2)尺寸為15 mmxl5 mmx3 mm之散光器；（3) RGB 選擇性波長雷射；（4)直徑尺寸為25 mm之凹面透鏡。RGB LED燈亦可用做光源。為達到確認本發明之功能的目的， 在此使用RGB選擇性波長光源。 備製之PSS-LCOS面板係使用為具有一修改之TN_LCD所 设計之標準驅動單元加以驅動。為確認場序彩色影像之建 立’圖框速率從原本60 Hz的總速率改變為12〇 Hz的總速 127083.doc -21 - 200841111 率。此改變非常㈣，只要隨著時脈速率之變化來改變信 號時序。使用—個人電腦做為信號源。為確認本發明之場 序彩色系統之基本效能’全紅影像、全綠影像、全藍影像 與全白影像首先輸人至PSS_L⑽面板中。之後，綠認混 色影像例如黃色、粉紅色、藍綠色之彩色影像。之後，最 後顯示從白色至黑色影像的連續漸層。使用圖"所示之裝 置時’在不顯示色裂問題的情況下確認此等原色、混色與 連續漸層彩色影像。
接下來，依照PSS-LCOS面板之入射角測量光效率。表3 總結了測量結果。如表3所示，本發明以4〇度之離轴之入 射角實現超過80%的光效率。 [表3 ]範例3之光效率（本發明） 表3 光效率(％) ~~Ϊ00~~ 97 93 89 85 82 80 76 Φ (度） —0 10 20 30 40 50 60 70 範例4 (對照） 使用與範例3所述（圖14)完全相同之光學裝置，而僅以 TN類型之LCOS面板代替反射式LCD面板。 首先’於TN類型之LCOS面板應用相同之時序信號，其 127083.doc -22- 200841111 總圖框速率為120 Hz。使用應用於4.1之PSS-LCOS面板的 相同彩色圖案，投射之螢幕色彩由CA-210系統（Konica-Minolta)加以測量。由於tn-LCD之響應緩慢，無法獲得純 原色。對於R、G與B原色信號輸入，獲得混色影像，而非 獲得原色。對於混色信號輸入而言，所獲得之螢幕影像色 彩與輸入信號色彩非常不同。 使用白色#號時’依照TN-LCOS面板之入射光角測量光 效率。表4總結了測量結果。比較表3與表4顯示出pss_ LCOS面板與TN-LCOS面板之間在光效率上的明顯差異。 [表4]範例4之光效率（對照）
表4 Φ (度） 光效率(％) 0 100 10 78 20 69 30 37 40 20 50 * 60 70 *
*:無法测量 工業之應用性 本發明以非常高之光效率實現有效率 μ… 兄’政手的離軸投影顯示系 、、、。本赉明之此技術性成就亦實現極簡易且 ^ 本之才又 二光學組件之最小需求的簡易光學系統亦給予 更局之光學設計自由度。首先，由於設計自由度實現了 極小容量之投影系統。 、 127083.doc -23- 200841111
需要之光學組件， 本郎省之間的高度相容性實現高光 學組件而達到成本節省兩者。減少 表面反射，此為光喪失或光效率之 本發明之離軸光學系統能夠減少所 從而得到甚至更高之光效率。
請專利範圍之範圍内。 將顯見的是本發明可以多種方 背離本發明之精神與範圍，且 見之修改係意圖包含於下列申 【圖式簡單說明】 圖1顯示相依於螢幕對角尺寸之影像速度。 圖2顯示對於用於三面板式投影系統之習知LCD面板的 入射光角度。 圖3顯不對於用於單面板投影系統之習知[CD面板的入 射光角度。 圖4顯示對於習知的LC〇s顯示面板之入射光角度。 圖5顯示離軸入射光角度系統。 圖6顯示PSS-LCD面板之光通量的入射光角度相依性。 圖7顯示120 Hz的總圖框速率之時序圖。 圖8顯示用於數位灰階方法之子圖框系統。 圖9顯示八分割式子像素系統。 圖10顯示以脈寬調變之數位灰階。 圖11顯示用於離軸光學系統之不同的光學裝置。 127083.doc -24- 200841111 圖12顯示用於判斷表丨中範例1之光效率的入射光角度與 測量光角度之間的關係（本發明）。 圖13顯示用於判斷表2中範例2之光效率的入射光角度與 測量光角度之間的關係（對照）。 圖14顯示用於判斷表3中範例3之光效率的入射光角度與 - 測量光角度之間的關係（本發明）。 -圖1 5顯示用於判斷表4中範例4之光效率的入射光角度與 測量光角度之間的關係（對照）。
127083.doc 25-

Claims (1)

  1. 200841111 十、申請專利範圍： 1 · 一種投影顯示系統， ’其包括：
    PSS_LCD技術。 其包括至少一對基板及一設置於該 一離軸入射光源。 示系統，其中該液晶顯示面板使用 示系統，其中該離軸之入射角超過 3·如請求項1之投影顯示系統， 10度。 4. 一種投影顯示系統，其包括一液晶顯示面板，該液晶顯 不面板包括至少一對基板及一設置於該至少一對基板之 間的液晶材料；以及 一投影構件，其包括一離軸入射光源， 其中該投影系統包括：一反射式PSS-LCD面板；反射 鏡，紅色、藍色與綠色選擇性波長光源；凹面透鏡；及 一對偏光鏡。 5·如請求項4之投影顯示系統，其中該投影系統不使用偏 振分光器。 6·如請求項1之投影顯示系統，其中該投影系統具有紅 色、綠色以及藍色原色光源。 7·如請求項3之投影顯示系統，其中該離軸之入射角以超 過離軸角之10度經引導至一反射式PSS-LCD面板。 127083.doc
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