TWI332588B - - Google Patents

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1332588 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種液晶投影系統，尤指一種利用三片反射式液晶板 作影像投影輸出的液晶投影系統者》 【先前技術】 按，傳統的CRT顯不器受限於體積大小及成本考量的限制，比較 Φ 難以作到大尺寸的顯示效果，而藉由液晶投影技術可使外觀體積實現 輕薄短小’且投影顯示效果絲毫不遜色於傳統的（:^丁顯示器。 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兩 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) 三原色，使該等三原色的光分別進入紅色、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。 請參考第一圖’係爲美國專利第6,454,416號所揭示的一種三片式 液晶投影系統之架構示意圖，其包含反射來自光源1〇的第一原色光％ 並透射第一及第二原色光Rs、Gs的分色鏡11 ;透射來自分色鏡u的 第二原色光Rs並將其偏極方向旋轉90·成爲RP光，且直接透射第三原 色光Gs的選色偏光板12;將來自選色偏光板12的第二原色光Rp和第 三原色光Gs分別透射傳送至第一液晶顯示板13與反射至第二液晶顯 TP060056-TW 5 1332588 示板Μ的第偏極光分色棱鏡μ (PBS，Polarization Beam Splitter); 將來自分色鏡11的第-原色光Bs反射至第三液晶顯示板16的第二偏 極光分色稜鏡17 ;以及組合由液晶顯示板13、14、16反射的三原色光 的雙色稜鏡18。在第一 pbs 15和雙色稜鏡18之間設置有一選色偏光 板19,而第二PBS 17和雙色稜鏡18之間設置有一波片或玻璃片2〇。 該選色偏光板19及波片或玻璃片2〇用於將入射之對應原色光的偏極 方向旋轉90 ’因此’最後入射雙色稜鏡18的三原色光的極性分別爲 〇!>、办、68。選色偏光板12、第一四815、選色偏光板19、雙色棱鏡 18、波片或玻璃片20與第二PBS 17係黏合在一起，以減少光路中的 反射。 然而’上述系統需在二偏極光分色稜鏡PBS 15、17及一雙色棱鏡 18之間額外增加光學元件，即選色偏光板19與波片/玻璃片2〇，以達 成偏光及分光的效果，但此會降低各稜鏡15、17、18黏合時之可靠度， 從而導致生產良率降低與生產成本提高。衆所周知，在液晶投影系統 中，每-舰必須有相當的可靠度才能使每個在液晶顯示板所形成的 影像準確地重疊’而稜鏡的黏合技術是製造上最爲困難的部分，因此， 任何在稜鏡組裝上的失誤，無論是來自組裝方式或是個別稜鏡的可靠 度’都將使得整個系統發生瑕疵，最終影響成像品質。 此外，該系統黏合介面的增多亦會造成對比度的下降，最終影響成 像品質。這是因爲在工作狀態下，稜鏡對光的吸收會造成溫升進而 在黏合介面附近產生應力，從而導致對比度的下降。 TP060056-TW 6 1332588 第二圖係爲美轉利第7辣，752號所揭示的另-種三>；式液晶投 *- 景’系統之架構示意圖，其包含三個PBS2卜22、23。各PBS之間設有 選色偏光板或波片24、25用以改變入射原色光之極性，因此也會降低 各PBS 21、22'23點合時之可靠度，並降低投影影像之對比度。此外， PBS 21與23 -側各另設有多個偏光板26、27，如此會使系統元件之 數目增加，亦使系統之組裝複雜化，並使成本增加。 φ 請參考第三圖，係爲美國專利第6,819,497號所揭示的又一種三片 式液晶投影系統之架構示意圖，其共包含了 4個pBS 31、32、33、34， 如此將會增加系統元件之數目，且使整個系統架構的體積變大及成本 增加。PBS 32、33、34係黏合成一體，其中，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，因此也會降 低PBS 32、33、34黏合時之可靠度。 此外’在該系統中’從光源36射出之三原色光Rs、Gs、Bs經由選 φ 色偏光板37後轉換爲Rs、GP、Bs入射第一 PBS 31。該三原色光Rs、 GP、BS中的雙原色光Rs與Bs經第一PBS 31反射並經選色偏光板30 、 轉換後變爲Rp與Bs入射第三PBS33,而單原色光GP穿透第一 PBS31 •. 入射至第二PBS32〇Rp光穿透第三PBS33入射至反射式液晶板39R， 經調變後變爲Rs光返回第三PBS33，再經第三PBS33反射至選色偏 光板38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PBS 33而入射第四 PBS 34;而GP光入射並穿透第二PBS 32後入射反射式液晶板39G，經 TP060056-TW 7 調嫒後變爲Gs域由第二咖32反射後人射至細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RP、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90%的利用率，其餘1〇%則會有干涉現象而產生色相 偏離現象’故該系統多以p偏極光進人第二、第三與第四pBs 32、、 34會降低原色光之姻鱗，而導致光色偏賴題的產生。 是以’由上可知，上述習知的液晶投影系統，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一種液晶投影系統，其偏極光分色稜鏡 與雙色稜鏡相合時顧增加第三種光學元件作爲鱗介f，以提 升稜鏡黏合時之可靠度。 本發明之另一目的在於提供一種液晶投影系統，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。 本發明之又一目的在於提供一種生產便利、組裝容易、成本較低之 液晶投影系統。 依據本發明之目的而提供之液晶投影系統，包含一射出白色光的光 源、一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、一設置於第一偏極光元 件輸入側的半波片、一分色元件、一影像調變裝置以及投射輸出光束 TP060056-TW 8 的一投影鏡頭《該分色鏡將該偏極化光源分離成—單原色光及一雙原 色光分別輸出至該第一及第二反射鏡。該單原色光經第一反射鏡反射 並經該半波片改變極化方向後輸出至該第一偏極光元件進行偏極分 光。該雙原色光經第二反射鏡反射後輸出至該第二偏極光元件進行偏 極分光。偏極分光後之雙原色光係被傳送到分色元件，以將該雙原色 光進行分離》該影像調變裝置係設置於該第一偏極光元件及該分色元 件的一侧，用於分別接收該雙原色光及該單原色光，用以分別將該雙 原色光及該單原色光調變成另一極性之色光反射輸出。一投影鏡頭， 设置於該第一偏極光元件的一侧，用以接收該調變後之雙原色光及單 原色光’並投射光束至螢幕顯示。 其中，該第一、第二偏極光元件及該分色元件係黏合成一 “L”形 稜鏡模組’且其間未設有其他光學元件。該分色鏡分離出的雙原色光 係均以S偏極光形式入射第二偏極光元件及分色元件。 與習知技術相比，本發明提供之液晶投影系統僅需二偏極光元件及 一分色元件’即可達敍接偏光及分光的效果，而無綱外增加光學 元件黏合於制，如此便可提升偏極光元件與分色元件相互黏合時之 可靠度，並提高投影影像之對比度。另，在本發明中，紅光r與藍光B 係均以S職光方式進人第二値光元件及分色鱗，故可提高原色 光使用效率，有效降低光色桃離的問題。再有，本發明藉由二偏極 光元件及-耗元倾“L”職賴組，即可達成直接偏光及 分光的效果’魏之間無其他光學元雜合制，且該“L”形棱鏡模

TP060056-TW 9 1332588 組除由傳統的6個等腰直角稜鏡組成外’亦可由5個甚或4個等腰直 、 角稜鏡組成，故本發明液晶投影系統亦具有生產便利、組裝容易、成 本較低之優點。 【實施方式】 . 請參考第四圖，係爲本發明液晶投影系統70之架構示意圖，包含 射出白色光的光源50、將白色光作偏極化處理的極化元件51、提供分 • 離光束的分色鏡％、提供光束反射的第一、第二反射鏡53、54、改變 入射光偏極方向的半波片55 (λ/2波片’又=632.8nm)、提供偏極分光 的第一偏極光元件56及第二偏極光元件57、提供分色處理的分色元件 58、將光作調變的影像調變裝置6〇，以及投射輸出光束的投影鏡頭59。 其中，該極化元件51係設於該光源50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)的一偏極光源Ws (s爲垂 直偏極光）。該極化元件51與該光源50共同構成一偏極化光源。另， # 本發明液晶投影系統70進一步包含第一與第二聚光透鏡61、62,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54，其係設於極化元件51 • 力輸出方向上，其巾該分色鏡52係將極化元件51所輸出的三原色偏 極光％分離出兩道光束，其一爲藉由設於分色鏡52±方的第一反射 鏡53反射輸出的單原色偏極光Gs，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Rs、Bs。 該第-偏極光元件56、第二偏極光元件57與分色元件58係黏合

TP060056-TW 10 1332588 成體而呈L形架構。該第一偏極光元件％係針對單原色偏極光 的偏極狀態(P極或S極)作^穿透或反射的偏極分光。該第二偏極光元 件57认於第-偏極光轉％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s極)作出穿透或反射的偏極分光。該分色 讀58係、設於第二偏極光元件57❾一側，其係將雙原色偏極光的其 一原色偏極光反射’另—原色偏極光則穿透。該第-偏極光元件56爲 客用的由兩個等腰直角複鏡561、S62之底邊黏合而成的偏極光分光稜 鏡PBS ’該第二偏極光元件57亦爲習用的由兩個等腰直角稜鏡571、 572之底邊黏合而成的偏極光分光稜鏡pBS。該分色元件％爲一習用 的由兩個等腰直角稜鏡581、582之底邊黏合而成的一雙色稜鏡 (Dichroic Prism) 〇 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60G、第二反 射式液晶板60B及第三反射式液晶板60R，其中第一反射式液晶板60G 係設於第一偏極光元件56 —側，而第二反射式液晶板60B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，其係用以將經影像調變裝置60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之一側，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與半波片55之間，而第二聚光透鏡62係設於第二反射鏡54與 TP060056-TW 11 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》 第五至第七圖係本發明液晶投影系統之具體實施例。 。月參考第五圖’其係本發明液晶投影系統第一實施例γ1之架構示 思圖。在本實施例巾’極化元件Μ輸出的偏極祕爲Ws。經由分色 鏡52將ws三原色偏極光中的絲Gs反射輸出至第—反射鏡53，紅藍 光心、：^則穿透輸出至第二反射鏡％。綠光&經第一反射鏡幻反射 輪出至第-聚絲鏡6卜經彙驗藉*半波片55改變極性爲綠光Gp， 射入第-偏極光元件56。該第-偏極光元件56爲一 pBS，係針對偏極 光中的p光穿透’而s光反射’故綠光Gp會經由該第一偏極光元件56 穿透輸出至第-反射式液晶板6〇(^綠光Gp藉由第—反射式液晶板 60G調變轉換成另—極性且帶有影像訊號的綠光&，折返輸出至第一 偏極光元件56，進而反射進入第二偏極光元件57。另，分色鏡52輸 出的紅藍光Rs、Bs係經第二反射鏡54之反射與第二聚光透鏡62之彙 聚後輸入至第二偏極光元件57。該第二偏極光元件57亦爲一 pBS，亦 針對偏極光巾的P光穿透，而s光反射，故紅藍光Rs、Bs被反射輪出 至分色元件58 〇分色元件58係爲一雙色稜鏡，其主要針對藍光反射， 紅光穿透，故紅藍光RS、BS中的藍光bs會反射至第二反射式液晶板 60B ’而紅光Rs則穿透進入第三反射式液晶板6〇R，從而使藍光％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反射輸出至分色元件58，而紅光私藉由第三反射式液晶板60R調 TP060056-TW 12 變轉換成另-雛骑有f彡像城離光Rp反機出至分色元件58 β 再由分色7L件58將紅縣Bp、Rp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S7將分色元件％輸出的紅藍光Bp、心 穿透輪出至投影鏡頭59，並將第—偏極光元件56輸出的綠光&一併 反射輸出至投纖頭59。最後，投影綱％輸丨包含有影像訊號的三 原色光束，投射至螢幕以顯示影像晝面。 上述實施例與第四圖基本架構之不同之處在於，第四圖中的“L” 形稜鏡組係共由6個尺寸相同之等腰直触餘合喊，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，其中第四圖中的 2個等腰直角稜鏡562、572在本實施例中係由一尺寸相當的大等腰直 角稜鏡567所替代，如此可節省稜鏡加工與組裝之成本。 配合第五圖，請參考第六圖，係爲本發明液晶投影系統第二實施例 72之架構示意圖。該實施例與第五圖所示之第一實施例的不同之處在 於，其“L”形棱鏡組由第五圖所示的5個等腰直角稜鏡進一步降爲由 4個等腰直角稜鏡黏合而成，從而進一步降低了稜鏡加工與組裝之成 本。其中’第五圖中的2個等腰直角稜鏡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。 配合第五圖，請參考第七圖’係爲本發明液晶投影系統第三實施例 73之架構示意圖。該實施例與第五圖所示之第一實施例的不同之處在 於’其分色元件係一尺寸較小之雙色棱鏡58,，如此可使該實施例之液 晶投影系統的架構更爲緊湊。 TP060056-TW 13 1332588 綜上所述，本發明液晶投影系統僅需：PBS56 w及一雙色稜鏡 58、58’，即可達成直接偏光及分光的效果，㈤無須額外增加光學元件 於各稜鏡中間，如此便可提升各稜鏡相互黏合時之可靠度，並提言浐 影影像之對比度。另，在本發明中，紅光R與藍光B係均以S偏極光 方式進入PBS S7與雙色稜鏡％、见，因S偏極光在舰可有效利用 99%，但P偏極光則只有90%的利用率’其餘1〇%則會有干涉現象而 產生色相偏離現象’故以Rs及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。再有，本發明藉由二卩則％、 57及一雙色稜鏡58、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，稜鏡之間無其他光學元件黏合其間，且該“L，，形棱 鏡模組除由傳統的6個尺寸相同之等腰直角稜鏡組成外，亦可由5個 甚或4個等腰直角稜鏡組成，故本發明液晶投影系統亦具有生產便利、 組裝容易、成本較低之優點。 乡示上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 請。惟，以上所述者僅爲本發明之較佳實施方式，舉凡熟習本案技術 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆涵蓋於後附之申 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。 第二圖係習知另一液晶投影系統之架構示意圖。 第三圖係習知又一液晶投影系統之架構示意圖。 TP060056-TW 14 1332588 第四圖係本發明液晶投影系統之架構示意圖。 第五圖係本發明液晶投影系統第—實施例之架構示意圖。 第六圖係本發日腺晶投影系统第二實補之架構示意圖。 第七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 第一'第二偏極光元件 56、57 分色元件 58、58， 投影鏡頭 59 影像調變裝置 60R、60G、60Β 第一、第二聚光透鏡 61'62 等腰直角稜鏡 561、562、571、572、5谷 1、582、567、578 液晶投影系統70 TP060056-TW 15

Claims (1)

1. 民國99年7月15日替胃 、申請專利範圍： ??年9月κ曰修正4:1 1 L Μ'"一 •一〜 1 · 一種液晶投影系統，包括有： —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； 一半波片，設置於該第一偏極光元件與該第一反射鏡之間，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； 刀色元件，設置於該第二偏極光元件的一側，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一側， 係分別接收並_單原色光及該雙原色光調變成另—極性後反射輸 出；以及 才又鏡頭、又置於該第二偏極光元件的一側，用以接收該調變後 之單原色S及雙原色光，並投射輸出至螢幕顯示； 1332588 民國99年7月15曰替換頁 其中’該第一、第二偏極光元件及該分色元件係結合成一體，且其 間未設有其他光學元件。 2·如申請專利範圍第1項所述之液晶投影系統，進一步包括一第一聚 光透鏡與一第二聚光透鏡，該第一聚光透鏡係設於第一反射鏡與第一偏 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1項所述之液晶投影系統，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。 4 .如申請專利範圍第！項所述之液晶投影系統，其中該第一偏極光元 件係爲一偏極光分色稜鏡。 5如申明專利範圍第4項所述之液晶投影系統，其中該第二偏極光元 件係爲一偏極光分色稜鏡。 6 ·如申請專利範圍第s項所述之液晶投影系統，其中該分色元件係爲 一雙色稜鏡。 7.如中請專利細第6項所述之液晶投料統，其愧分色元件的尺 寸係小於該第一與第二偏極光元件的尺寸。 8 ·如申請專利範圍第6項所述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—“L，，形架構销構係由6個等腰直角 棱鏡黏合而成。 9·如申請專利範圍第6項所述之液晶投影系統，其中該第一、第二偏 極光元件财耗树餘合成—“L，，形麴，雜構伽5辦腰直角 棱鏡黏合而成。 17 民國99年7月15日替換頁 10·如申請專利範圍第6項所述之液晶投影系統，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4個等腰直角 棱鏡黏合而成。 11 ·如申請專利範圍第1項所述之液晶投影系統，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。 12·如申請專利範圍第1項所述之液晶投影系統，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。 13 ·如申請專利範圍第1項所述之液晶投影系統，其中該偏極化光源係 爲·%* S極光源。 14 · 一種液晶投影系統，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； 一半波片，設置於該第一偏極光元件與該第一反射鏡之間，係用以 民國99年7月丨5日替換頁 改變入射光之極化方向； 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側，係接收並分離該雙 原色光； -影像調變裝置，言曼置於該第一偏極光元件及該分色元件的一側， 係分別接收並將該單原色光及該雙原色光調變成另一極性後反射輸 出；以及 一投影鏡頭，設置於該第二偏極光元件的一侧，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； 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；該分色鏡分離出的該雙原色光係均以s偏極光形式入射該第二偏 極光元件及該分色元件。 15 ·如申請專利範圍第14項所述之液晶投影系統，其中該第一、第二 偏極光7L件及該分色元件相互間未設有其他光學元件。 16.如申請專利範圍第M項所述之液晶投影系統，進一步包括一第一 聚光透鏡與一第二聚光透鏡，該第一聚光透鏡係設於第一反射鏡與半波 片之間，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。 17 ·如申請專利範圍第14項所述之液晶投影系統，其中該第一偏極光 70件係爲一偏極光分色稜鏡，該第二偏極光元件亦爲一偏極光分色稜 鏡，而該分色元件係爲一雙色稜鏡。 18·如申請專利範圍第14項所述之液晶投影系統，其中該影像調變裝 1332588 民國99年7月15日替換頁 置係包括有—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 及第三反射式液晶板則分別設置於該分色元件的兩側。 19·如申請專利範圍第14項所述之液晶投影系統，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。 20