一種改進的液晶投影裝置分光系統的製作方法

2023-09-11 22:39:45

專利名稱：一種改進的液晶投影裝置分光系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液晶投影裝置分光系統的改進，特別是指一種具有特定拋光處理以減少雜散光分光系統。
反射式液晶投影機是一已廣為風行之產品，其主要的光學機構包含了所謂光學分光系統。對反射式液晶投影機而言，其分光系統一般是以所謂偏極分光鏡[PBS(Polarization Beam Splitter)]與反射式扭轉向列液晶面板(Reflective Twisted Nematic LCD Panel)等光學元件所組成，再配合以離軸(off-axis)或同軸(on-axis)光路設計。其中，採用同軸光路設計雖較有利於設計與製造，但其缺點則在於較不易達成高度對比的效果。


圖1是用以說明公知分光系統光路原理的橫剖面圖，該光路系統以4組偏極偏光鏡與紅、藍、綠三原色反射式向列液晶面板所組成，並採用同軸光路設計。由
圖1可知，該分光系統10包含4組偏極分光鏡11、12、13、與14、4組偏極濾光器(polarizer filter)15、16、17、與18、一綠色反射式向列液晶面板20、一藍色反射式向列液晶面板21、一紅色反射式向列液晶面板22、以及一偏極器19。其中，每一偏分光鏡皆分別包含二分色稜鏡，亦即，偏分光鏡11包含分色稜鏡111與112、偏分光鏡12包含分色稜鏡121與122、偏分光鏡13包含分色稜鏡131與132、以及偏分光鏡14則包含分色稜鏡141與142。
分光系統10的光源1可產生一處於S偏極態的偏極光束2，偏極光束2在分光系統10中受到三色液晶面板20、21、與22的反射，此三液晶面板則接受待投射影像信號，所以，離開分光系統光束即依此而投射出該信號所代表待投射影像。
偏極濾光器15、16、17、與18是由相位遲滯器(retarder)組合而成，其可過濾特定色彩偏光束，其中，偏濾光器15與18可使通過其間紅色與藍色光束偏狀態不變，並使通過其間綠色光束偏狀態從S態轉換成P態，而偏濾光器16與17則可使通過其間藍色光束偏狀態不變，並使通過其間紅色光束偏狀態從S態轉換成P態。
如
圖1所示，當偏光束2抵達分色稜鏡111與112介面時，處於S態紅藍光分量2a會被反射而朝偏濾光器16行進，而處於P態綠光分量2b則透射分色稜鏡112而進入偏分光鏡12。
綠光分量2b通過分色稜鏡121與122介面，接著並受到綠色液晶面板20反射而由P態轉換成S態綠光束3b，綠光束3b繼續進入偏分光鏡14，並受到分色稜鏡141與142介面反射而繼續通過偏濾光器18，故通過其間綠光束3b可由S態轉換成P態，最後並通過P態偏器19，因而形成投射影像綠光分量4b。
同理，偏濾光器16可使通過其間紅藍光分量2a會被分成維持S偏態藍光束21a、與從S態轉換成P態紅光束21b。其中，紅光束21b穿過分色稜鏡131與132介面，並受到紅色液晶面板22反射而轉為S態紅光束22b，並接著通過偏濾光器17，故通過其間紅光束22b將由S態轉換成P態，並接著透射出偏分光鏡14、偏濾光器18、與偏器19，因而成為投射影像紅光分量23b。
另外，藍光束21a則分別受到分色稜鏡131與132介面與藍色液晶面板21反射，因而轉換成一進入偏分光鏡14P態藍光束22a，接著並透射偏濾光器17、分光菱141與142、偏濾光器18、及偏極器19，因而成為投射影像藍光分量23a。
至此，將以上紅藍綠三股處於P態光分量23b、23a、與4b疊合即成為此LCD投影機投射影像。
以上所描述公知分光系統10所產生投射影像往往無法具備振佳的對比效果，其對比所以降低的原因如下1.偏分光鏡(PBS)中二分色稜鏡介面與本身材料無法做到理想狀態，故仍有部分P態偏光亦會反射於二分色稜鏡介面上，例如，少部分的P態綠光分量2b仍會與S態的紅藍光分量2a一起反射。
2.偏極濾光器對其入射光分量偏化轉換效率不甚佳，導致P態綠光分量2b雜有部分S態綠光分量而受到分色稜鏡121與122介面反射；同理，P態紅光束21b亦雜有S態紅光分量，因而影響最終投射影像對比。
3.單向性液晶面板(homotropic LCD panel)並不容易製造，一般而言，向列式液晶面板只對某一波長範圍有振佳的偏極效果，若入射各液晶面板各色光分量本身已雜有其他色彩光分量，亦會影響最終影像對比。
4.向列式液晶面板對其入射光束偏狀態轉換並不完全，故會增加充斥分光系統雜散光量。
所以，公知的分光系統10事實上充斥著各種原因所造成雜散光分量，這些各種色彩光分量有振大部分會受到分光系統10中各分色稜鏡周壁或其間介面反射，最後並通過偏器19而成為投射影像一部分，因而影響其對比的效果。
本實用新型的目的在於提供一種具有較佳對比效果液晶投影裝置的分光系統。本實用新型的分光系統接受液晶投影裝置光源、與待投射影像信號，並輸出一待投射影像，其包含多個偏極濾光器(polarizerfilter)，用以轉換特定色彩光束偏化狀態；多個偏分光鏡(PolarizationBeam Splitter)，配置於偏濾光器所在光路位置上，每一偏分光鏡皆包含一對分色稜鏡，用以將入射偏分光鏡各種色彩的偏化光束加以分光；以及3組液晶面板，分別用以反射三種不同色彩偏化光束，並同時改變其偏狀態。其中，此分光系統特徵在於偏分光鏡各分色稜鏡未為光路經過周壁中，至少有一周壁是一拋光表面，故分光系統中入射至拋光表面雜散光絕大部分可透射出拋光表面，如此即可大為降低分光系統雜散光，減少輸出光線雜訊，因而可增進輸出影像對比效果。
附圖的簡要說明
圖1說明公知的分光系統光路原理的橫剖面圖。
圖2用以說明
圖1分光系統的漏光來源，並用以顯示本實用新型的實施例中，一液晶投影裝置分光系統的改進。
圖號編號1～光源2～偏極光束2a～紅藍光分量2b～綠光分量3b～綠光束4b～綠光分量10～分光系統
11，12，13，14～偏極分光鏡15，16，17，18～偏極濾光器19～偏極器20，21，22～液晶面板21a～藍光束21b～紅光束22a～藍光束22b～紅光束23a～藍光分量23b～紅光分量31-36～雜散光束41，42～雜散光束51，52，53～分色稜鏡周壁111，112～分色稜鏡113～介面121，122～分色稜鏡123～介面131，132～分色稜鏡141，142～分色稜鏡實施例圖2的橫剖面圖是用以說明
圖1分光系統的漏光來源，並用以顯示本實用新型的一實施例中，一液晶投影裝置分光系統的改進。
本實用新型所提供液晶投影裝置分光系統的改進主要是設法降低公知分光系統中雜散光產生，其一實施例亦如
圖1所示。該分光系統10包含4組偏極分光鏡11、12、13、與14、4組偏濾光器15、16、17、與18、一綠色反射式向列液晶面板20、一藍色反射式向列液晶面板21、一紅色反射式向列液晶面板22、以及一偏器19。其中，每一偏分光鏡皆分別包含二分色稜鏡，亦即，偏分光鏡11包含分色稜鏡111與112、偏極分光鏡12包含分色稜鏡121與122、偏分光鏡13包含分色稜鏡131與132、以及偏分光鏡14則包含分色稜鏡141與142。其它光路的設計與系統操作原理亦如同前述用以說明
圖1技術內容。
如圖2所示，根據本實用新型的一實施例，其用以改進分光系統10特徵在於各分色稜鏡未為光路經過周壁諸如周壁51、52、與53等皆為一經過拋光表面，故可使大部分射向該等周壁雜散光線皆可輕易透射出分光系統10。
亦如圖2所示，事實上，即如前述公知技術，分光系統10包含多種產生雜散光來源，其中，雜散光束31～36產生是因為偏分光鏡(PBS)中二分色稜鏡介面與本身材料無法做到理想狀態，故導致在該介面處有部分偏光分量會被反射或透射。例如，雜散光束31產生由於處於P態綠光束2b受到介面123反射而射向偏分光鏡12周壁52，雜散光束33則由於少部分S態綠光束3b透射介面123、並受到介面113反射而射向偏分光鏡11周壁51所致。其中，又以綠光束所造成雜散光束31與32等具有較強光強度，雜散光33等次之，雜散光34～36則較弱，所以，負責處理綠光偏分光鏡12各周壁相較於偏分光鏡11與14各周壁會接受到較強雜散光。由於壁51、52、與53等皆一拋光表面，故射向該等周壁雜散光其透射率將遠大於射率，故可充分達成使這些雜散光散逸出分光系統10目的。其中，又以包含周壁52偏分光鏡12諸周壁的拋光面具有較為顯著的雜散光消除效果。
除了雜散光31～36之外，由於偏分光鏡材料本身色散效果與液晶面板材料缺陷，亦會造成諸如圖2所示雜散光束41與42等，而由於周壁51、52、與53等皆一拋光表面，故這些雜散光亦可輕易地透射出分光系統10。
所以，本實用新型的重點在於，將分光系統中光路未經過各分色稜鏡的周壁加以拋光，如此，分光系統中所產生雜散光大部分皆可在一次或多次反射之後順利地從該等周壁透射出分光系統，如此即可減少分光系統輸出光束所包含的雜散光量，因而大為增進輸出影像的對比效果。
此外，周壁51、52、與53等表面亦可塗覆一層反射鍍膜(未顯示)，如此，以透射出周壁51、52、與53等雜散光即不致因為受到分光系統10外構件的反射而又進入分光系統10中，而且，其它任何來自分光系統10外雜散光源亦不至於經過周壁51、52、與53等而透射入分光系統中。
以上藉由實施例所做描述，是為方便說明本實用新型的內容，而非將本實用新型狹義地限制於該實施例。凡未背離本實用新型的精神所做的任何變更，皆屬本實用新型申請專利的範圍。
權利要求1.一種液晶投影裝置的分光系統，該分光系統接受該液晶投影裝置光源、與待投射影像信號，並輸出一待投射影像，該分光系統包含多個偏極濾光器(polarizer filter)，用以轉換特定色彩光束偏極化狀態；多個偏極分光鏡[PBS(Polarization Beam Splitter)]，配置於該偏極濾光器所在光路位置上，每一偏極分光鏡皆包含一對分色稜鏡，用以將入射該偏極分光鏡各種色彩的偏極化光束加以分光；以及3組液晶面板，分別用以反射三種前述不同色彩偏極化光束，並同時改變其偏極狀態；其中，該分光系統特徵在於該偏極分光鏡各分色稜鏡未為光路經過周壁中，至少有一周壁是一拋光表面，使該分光系統中入射至該拋光表面雜散光絕大部分可透射出該拋光表面。
2.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述經過拋光周壁表面並另塗覆有一反射鍍膜，該鍍膜可反射所有自該分光系統以外入射至該周壁光線。
3.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述分光系統光源所射出光束是一S態偏極光束。
4.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述分光系統輸出光束是一P態偏極光束。
5.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，該分光系統是將入射光束分成3股分別代表3種基礎色彩光束，並進而將該3股光束入射至前述3組液晶面板以便成像。
6.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述各偏極濾光器是一相位遲滯器(retarder)組合。
7.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述分光系統共設有4組偏極濾光器，其中2組可轉換前述3種基礎色彩中一種色彩的偏極狀態，另外2組則可轉換前述3種基礎色彩中另一種色彩的偏極狀態。
8.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述分光系統包含4組偏極分光鏡，
9.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，該液晶面板是一反射式扭轉向列液晶面板(Twisted Nematic LCD panel)。
10.如權利要求1所述的液晶投影裝置分光系統，其中，前述分光系統進一步在光路最後設有一偏極器，以增進該分光系統所產生投射影像對比效果。
專利摘要一種具有較佳對比效果的液晶投影裝置的分光系統,此分光系統包含多個偏極濾光器;多個偏極分光鏡,配置於偏極濾光器所在光路位置上,每一偏極分光鏡皆包含一對分色稜鏡;以及3組液晶面板。其中,此分光系統特徵在於:偏分光鏡之各分色稜鏡未為光路經過周壁中,至少有一周壁是一拋光表面,故分光系統中入射至拋光表面雜散光絕大部分可透射出拋光表面,如此振可大為降低分光系統雜散光,減少輸出光線雜訊,因而可提供輸出影像對比效果。
文檔編號G02B27/28GK2505864SQ0120024
公開日2002年8月14日 申請日期2001年2月22日 優先權日2001年2月22日
發明者潘瑞文 申請人:臺達電子工業股份有限公司