CN1463557A - 投影显示装置 - Google Patents

Abstract

一种投影显示装置，其包括照射系统，它具有提供照射光束的光源和光导装置，以提供照射光束，一图象显示系统，它包括一个显示板，用来调节照射光束的图象信息，并在屏幕上投影图象，和设置在轮盘上的滤色器装置，以便为照亮显示板而透射照射光束的有色部分，在其毂处可旋转地安装，用来透射照射光束的有色部分以便照亮显示板。为了改进投影显示装置的效率，滤色器装置包括相邻的螺旋形滤光器部分，用来由照射光束的有色部分同时照亮显示板的部分，这样显示板的部分被照射光束的有色部分连续照亮。

Description

投影显示装置

技术领域

本发明涉及一种投影显示装置，该装置包括一种照射系统，该照射系统具有光源和用来提供照射光束的光导装置，设置在轮盘上的滤色器装置，该滤色器装置用来透射照射光束的有色的部分，以及一种具有显示板的图象显示系统，该图象显示系统用来调节带图象信息的照射光束的有色部分，并将图象投影在屏幕上。

背景技术

投影显示装置可用于前后图象投影系统。在后投影系统中，投影显示装置在漫射透明屏幕的后侧上投影代表电视或数字图形信息的图象，其前侧直对观看者。在前投影系统中，投影显示装置在反射屏的前侧上投影代表电视或数字图形信息的图象，该前侧也直对观看者。

这种投影显示装置从6,005,722号的美国专利可以知道。该已知的投影系统包括照射系统和图象显示系统，该图象显示系统有用来调节带图象信息的照射光束的图象显示板，该照射光束由照射系统供送。照射系统包括光源和用于形成照射光束的积分器系统。滤色轮盘包括红，绿和蓝色滤光器。滤色器占据滤色轮盘的角形段。滤色轮盘过滤来自照射系统的白光，从而产生有色的照射光束，该照射光束以轮盘的角速度成比例的速度将颜色由红变至绿，由绿变至蓝和由蓝变至红等。显示板根据入射在显示板上的照射光束的颜色的对应的图象信息调节有色的照射光束。反射偏光器可置于滤色轮盘和显示系统之间。反射偏光器透射在第一方向上有偏振现象的那部分照射光束，并且反射在第二方向上有第二偏振现象的那部分照射光束，该第二方向垂直于第一方向。而且，光回收装置可置于投影显示装置中，以便重新利用来自发射偏光器的反射光。二向色滤光器也可用于滤色轮盘。但是，在已知的投影装置中，二向色滤色轮盘的使用未改善投影显示装置的光效率。

发明内容

本发明的一个目的是提供具有增强光效率的投影显示装置。通过根据本发明的投影显示装置可达到这个目的，并且其特征是滤色器装置包括相邻的螺旋形滤光器部分，该滤光器部分用来通过照射光束的有色的部分同时照亮显示板的一些部分，从而照射光束的有色的部分使显示板的这些部分连续被照射。在如权利要求所述的装置中，照射光束的未使用的部分可反回到照射系统中。然后回收的光可回收到照射系统中并再次用在照射光束中。本发明是基于这样的认识，即带单个显示板的投影显示装置和滤色轮盘的已知构形使回收二向色滤光器的照射光束的反射部分成为可能，因为照射光束的该反射的部分有不能再次使用的不期望的颜色。在新的布置中，设置在轮盘上的滤光器部分以这种的方式布置，即显示板与有三个不同颜色部分的照射光束同时照射，而可使用对应于滤色器的一个有色部分的照射光束的过滤的部分，从而增加照射光束用于其他有色的部分的光输出。例如，红色滤光器透射照射光束的红色光并反射绿和蓝光。这可用来增加照射光束的绿色和蓝色部分的光强度。

在具体的优选实施例中，螺旋形部分从轮盘的第一半径向第二半径延伸，第二半径大于第一半径，其中第一和第二半径大小取决于显示板的尺寸。

在根据本发明的投影装置的进一步实施例中，滤色器部分有相同的形状。

在本实施例中，每种颜色的显示板的照射是相同的。在根据本发明的投影显示装置的进一步的实施例中，布置分别透射红，绿和蓝光的螺旋形滤光器部分。

根据本发明的发明的又一实施例的特征是布置滤光器部分，以便分别透射红，绿，蓝和白光。增加白色段使投影图象的亮度更高，代之以色饱和度降低。

根据本发明的发明的又一实施例的特征是在从红，绿，蓝和白的组中选出的颜色的螺旋形部分的径向上的横截面从轮盘的第一直径延伸到第二直径。本实施例允许在显示板用白光完全照射的时刻同步。这导致光源同步脉冲和颜色扫描的干扰的减少的可见性。如果施加UHP光源，将方波电流供给光源。这种光源的已知缺点是电弧的稳定性有时不能保持恒定。为了减少这种电弧的变化，电流脉冲叠加在光源的方形电流上。

根据本发明的投影显示装置的又一实施例的特征是投影显示装置提供有控制装置，用来给光源提供方波电流，以便给光源供送恒定电源，并用来在方波电流的极性每次变化时将电弧稳定性脉冲施加到方波电流上，控制装置布置成使电弧稳定性脉冲的发生与有选择的颜色的螺旋形部分的径向上的最大截面的照射光束的发生同步。为了减少干扰的可见性，电流脉冲与滤色轮盘的转动同步。

根据本发明的投影显示装置的又一实施例的特征是螺旋形部分包括二向色滤光器。二向色滤光器能使用光回收装置，该回收装置回收照射光束中没有从滤色器反射来的期望颜色的部分。

根据本发明的投影显示装置的又一实施例的特征是滤色轮盘包括胆甾基滤色器。众所周知，胆甾基滤色器本身从公开的国际申请WO00/34808中可以了解。在本申请中，也描述了制造胆甾基滤光器的方法。该方法也可用于制造滤色轮盘。

根据本发明的投影显示装置的又一实施例的特征是投影显示装置提供有透射图象显示板或反射图象显示板。

附图说明

本发明的这些和其它方面从下面描述的实施例变得明显，并参照这些实施进行阐明；在图中：

图1表示投影显示装置的一个实例，该装置有一个反射显示板和滤色轮盘；

图2表示透光棒的入射表面的第一实例；

图3表示透光棒的入射表面的第二实例；

图4表示用于第一布置中的滤色轮盘，其具有分别透射红，绿和蓝光的三个几何形状相同的滤光器部分；

图5表示滤色轮盘的第一实例，该滤色轮盘具有与用于照射显示板的一个窗口结合的三个几何形状相同的滤光器部分；

图6显示滤色轮盘的第二实例，该滤色轮盘具有分别透射红，绿，蓝和白光的四个几何形状相同的滤光器部分；

图7表示滤色轮盘的第三实例，该滤色轮盘具有以所述次序分别透射红，绿，蓝，红，绿和蓝光的六个几何形状相同的滤光器部分；

图8表示滤色轮盘的第四实例，该滤色轮盘具有六个几何形状相同的滤光器部分，其三个相邻的滤光器部分分别透射红，绿和蓝光，且三个相邻的滤光器部分透射白光；

图9表示滤色轮盘的第五实例，该滤色轮盘有透射红，绿和蓝光的四个不同的螺旋形部分；以及

图10分别表示滤色轮盘，光源输出的光、流经光源的电流和光源的电压的图。

具体实施方式

图1表示第一图象投影装置1的一个实例，该第一图象投影装置包括用来提供照射或照明光束的照射系统3和用来调节照射光束的图象显示系统5。该照射系统3包括一个光源7，一个反射器9，一个聚光透镜11和一个光导装置13，例如，一个透光材料的棒。光源与控制单元8电连接。反射器9确保由光源7在背离照射系统的方向上发出的较大部分的光到达图象显示系统5。照射系统3产生的照射光束入射在图象显示系统5上。图象显示系统5包括反射显示板27，偏振光束-分离(PBS)棱镜23，中继透镜15，17，19，镜子21和投影透镜33。第一投影装置1还包括控制装置35和连接到电马达驱动器31的滤色轮盘29。控制装置35以公知方式经过电马达驱动器31与滤色轮盘29同步，同时将图象信息发送给反射图象显示板27。滤色轮盘29位于光棒13的出口窗和图象显示系统5之间。矩形窗30位于滤色轮盘29和图象显示系统5之间，用来结合在滤色轮盘29上的螺旋形滤色器图案提供照射光束的三个矩形的同时扫描反射显示板27的。而且，投影装置1包括反射偏光器，例如可由Moxtec订购的线制的栅格偏光器18。反射显示板27是，例如，在硅(LCOS)显示板上的反射液晶。

在操作中，来自光源7和反射器9的光经透镜11和射入表面耦合到光棒13中，并且经射出表面离开与光棒的耦合。光棒的射入表面的前视图如图2所示。

图2显示光棒13的射入表面。除去围绕光棒13的纵轴线的环形开孔41，射入表面覆盖有反射层39。图3给出了光棒13的替代的射入表面的前视图。代替在反射层39中的一个中央开孔41，反射层被分成两个部分43，45；以射入表面的中心为中心的第一环形部分43与光棒13的纵轴线同轴，而第二环形部分45覆盖射入表面的其余部分。通过形成射入表面中的开孔的未覆盖部分47，反射层的第二部分45与第一部分43分离开，用于使来自光源7和反射器9的光进入光棒13。对两种类型的光棒13的进入侧，反射层中的开孔的面积和反射层的面积之比最好大于5∶1。该比例依赖于，例如，白炽光源的弧长，并且通过优化投影装置1的光输出可由本领域技术人员实验找到。光棒13在射出表面处形成照射光束。照射光束入射在滤色轮盘29的二向色滤光器部分。滤色轮盘29包括透射红，绿和蓝光同时反射青绿色，红紫色和黄色的三个滤光器部分。滤色轮盘29的二向色滤光器部分将具有不合适颜色的照射光束的不期望部分反射回光棒13的射出表面。在光棒13内部，通过射入表面处的反射层39，将大部分该反射光反射并可再次利用。在第一投影装置1中，无期望特性的照射光束部分这样被回收，并可再次用于LCOS板27的照射。

滤色轮盘29的二向色滤光器部分将照射光束中有期望颜色的部分透射给反射偏光器28。反射偏光器28仅透射朝向PBS棱镜23的第一方向有偏振现象的那部分光束，而将朝向垂直于第一方向的第二方向有偏振现象的那部分光束经滤色轮盘29反射回光棒13。通过光棒13内部的多次反射，照射光束的反射的部分被去偏振，并且通过射入表面处的反射层29反射，并可再次用于照射LCOS板27。在该布置中，照射光束中无期望特性的那部分被回收，然后可再次用于照射LCOS显示板27。为了改进回收效率，方波板32可置于滤色轮盘29和反射偏光器28之间，用来将照射光束的反射的部分的偏振旋转到第一偏振方向。中继透镜15，17，19将照射光束的期望部分导向PBS棱镜23的进入侧。PBS棱镜23的光束-分离层25在朝向LCOS板27的第一方向上反射有偏振现象的那部分照射光束。LCOS板27将该光束反射回到PBS棱镜23，并且旋转照射光束的偏振方向，使其与和照射光束的即时颜色部分相关的图象信息一致。偏振光束-分离层25将反射的调节照射光束的第一部分向投影透镜33透射，并且将反射的照射光束的第二部分反射回到光棒13。借助出于简化目的由单个投影透镜33表示的投影透镜系统，由图象板27调节的照射光束的一部分投影在屏幕(未示出)上。

图4和5显示滤色轮盘中所用的滤光器图案。在该滤色轮盘中，每个滤色器占据圆形滤光轮盘的螺旋形部分。

不同的连续螺旋形滤色器部分之间的相交处可由下列公式描述：

              Rx＝D0+α(Φ+ΦX)    (1)其中

Rx代表两个滤色器之间的相交处和滤色轮盘的毂之间的距离；

D0代表照射窗的最靠近毂的一侧和滤色轮盘的毂之间的距离；

α代表预定的恒定角；

Φ代表滤色轮盘的旋转角；并且

ΦX代表相交处的相位。

图4表示滤色轮盘29的第一实例，该滤色轮盘29有透射红、绿和蓝光的二向色滤色器50，51，52。滤色轮盘的三个螺旋形部分对每种颜色来说是相同的。通过使用公式(1)并将每个相交处相位设置成0°，120°和240°，可找到滤光器部分50，51，52的相交处55，56，57。

图5显示一种滤色器装置，该装置包括滤色轮盘29和矩形照射窗53。在操作中，旋转的螺旋形二向色滤色器和矩形照射窗30的布置提供扫描一条或多条显示板27的线的照射光束部分，这样不同组的线分别被照射光束的红，绿和蓝色的条形部分同时照亮。

图6显示滤色轮盘60的另一实例，它可用于参考图1描述的投影显示装置中。滤色器60设有具备红61，绿62，蓝63和白色部分64的四个螺旋形二向色滤色器。根据公式1的计算，每个相交处的相位分别是0°，90°，180°和270°。白色滤光器部分64的增加使投影图象具有更高的亮度，换以色饱和度降低。

图7显示滤色轮盘70的第三实例。该滤色轮盘70可用于参考图1描述的投影显示装置中。滤色器70设有分别具备红，绿和蓝色的六个螺旋形二向色滤色器。通过公式1的计算，每个相交的相位分别是0°，60°，120°，180°，240°和300°。与具有三个螺旋形部分的轮盘的结构相比较，滤色轮盘的这个结构在显示板处提供对色棒性部分的双倍扫描频率，而不增加轮盘的速度。

图8显示滤色轮盘80的第四实例。该滤色轮盘80可用于参考图1描述的投影显示装置中。滤色器80设有六个螺旋形二向色滤色器。三个连续的滤光器部分分别有红，绿和蓝色，并且三个连续滤光器部分形成具有白色的单个连续段。该实施例使在施加于UHP光源的方波电流上叠加的电弧稳脉冲，在显示板完全用白光照亮时同步。

在投影显示装置1中，光源7由控制单元8控制。控制单元通过光源产生替代电流，并通过光源7产生替代电压。图10中的图表101，102，103分别显示光源7上的电压，经过光源7的电流，和由光源发出的光量，所有这些都是时间的函数，并且在控制单元8的控制下。而且，图表104显示过滤照射光束的滤色轮盘的颜色。在图10中，R+G+B表明用于过滤照射光束的有红，绿和蓝色的滤色轮盘的螺旋形部分，W表明用于透射照射光束的具有白色的部分的滤色轮盘的白色部分。为了改进电源7的电弧稳定性，众所周知，叠加电流脉冲Ipk正是为经过光源7的电流极性改变。光源7发出的光量与光源7中的散失成正比。在投影显示装置中，增加的光源的光输出，这归因于与旋转滤色器图案结合的电流脉冲，可增加干扰的人工效应。为了减少干扰的可见性，电流脉冲应与滤色轮盘的旋转同步，以便在滤色轮盘的白色段W完全被照射光束照亮的时刻，电流脉冲叠加到方波电流上。结果，在电流脉冲Ipk的间隔期间显示板用白光照亮。此时，在照射光束中出现白色螺旋形部分84，85，86的径向D2-D1上的最大截面。

图9显示滤色轮盘90的第五实例，该滤色轮盘90有分别透射红，绿和蓝光的四个不同的螺旋形部分91，92，93，94。

而且，滤色轮盘可包括胆甾基滤色器。这是有利的，因为使用胆甾基滤色器是一种相对便宜的制造滤色轮盘29的方法。胆甾基滤光器本身已知引自专利文件WO 00/34808。该申请公开了制造有图案的滤色器的方法。该方法包括这些步骤：a)提供一层胆甾基规则的材料，该材料包括若干可转化的化合物，它能在其未转化和其转化状态中，决定将胆甾基规则的材料确定铺砌到不同程度，其中所述合成物的转化可通过辐射感应，b)根据期望的螺旋图案辐射该层，这样在该层的辐射部分中至少部分可转化的化合物被转化，c)使胆甾基规则的材料聚合和/或交联以形成三维聚合物。可转化的化合物最好包括异构化的手征性化合物。聚合和/或交联最好通过使用电子-光束放射或光化放射的照射受感应。

Claims (11)

1.一种投影显示装置，其包括：

照射系统，其具有光源和光导装置，用于提供照射光束；

设置在轮盘上的滤色器装置，用于透射照射光束的有色的部分，从而照亮显示板；和

图象显示系统，其具有显示板，用来调节带图象信息的照射光束的有色的部分，并在屏幕上投影图象，其特征在于，滤色器装置包括相邻的螺旋形滤光器部分，用于由照射光束的有色部分同时照亮显示板的一些部分，从而，显示板的这些部分被照射光束的有色的部分连续照射。

2.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，螺旋形部分从轮盘的第一半径伸展到第二半径，该第二半径大于第一半径，其中第一和第二半径大小取决于显示板的尺寸。

3.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，螺旋形滤光器部分有相同的形状。

4.如权利要求1、2或3所述的投影显示装置，其特征在于，螺旋形滤光器部分布置成分别透射红、绿和蓝光。

5.如权利要求1、2或3所述的投影显示装置，其特征在于，螺旋形滤光器部分布置成分别透射红，绿、蓝和白光。

6.如权利要求2所述的投影显示装置，其特征在于，从红、绿、蓝和白的组中选出的颜色的螺旋形部分的径向横截面从轮盘的第一半径向第二半径延伸。

7.如权利要求6所述的投影显示装置，其特征在于，投影显示装置设有控制装置，用来给光源提供方波电流，以便给光源提供恒定电源，并且将电弧稳定脉冲施加到方波电流上，以便每次改变方波电流的极性，控制装置布置成使电弧稳定脉冲的发生与在有所选颜色的螺旋形部分的径向上最大横截面的照射光束的发生同步。

8.如前述权利要求中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，螺旋形滤光器部分包括二向色滤光器。

9.如权利要求8所述的投影显示装置，其特征在于，投影显示装置包括光回收装置，用来重新利用来自二向色滤光器的光。

10.如权利要求1所述的投影显示装置，其特征在于，滤色轮盘包括二向色滤色器。

11.如前述权利要求中任一项所述的投影显示装置，其特征在于，投影显示装置设有透射图象显示板或反射图象显示板。

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