彩色投影顯示裝置的製作方法
2023-05-02 12:20:56
專利名稱：彩色投影顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於彩色投影顯示裝置的改進。
隨著HDTV的發展，彩色投影顯示技術及其裝置正發揮十分重要的作用。彩色投影顯示裝置是利用光學系統和投影空間將由信息控制的彩色發光圖像放大並顯示在投影屏幕上的裝置。彩色顯示投影裝置通常由顯示彩色發光圖像的顯示器件、投影光學系統、投影空間和投影屏幕等組成。其中顯示器件可以僅由一個彩色顯示器件或紅、綠、藍三個單色顯示器件或者一組彩色顯示器件或數組紅、綠、藍單色顯示器件所構成。目前主要的彩色投影顯示方式有CRT(投影管)式、LCD(液晶顯示屏)式和DMD(數字微鏡器件)式。CRT彩色投影顯示方式分為單管式和三管式，目前幾乎全採用三管式。LCD彩色投影顯示方式分為單屏式和三屏式，DMD彩色投影顯示方式分為單DMD式和三DMD式。投影屏幕作用是提供一個光學傳輸表面，使顯示器件上發光圖像經投影光學系統投射在投影屏幕上，形成畫面尺寸更大的彩色圖像。
但現有結構的彩色投影顯示裝置存在以下缺點對於三CRT式、三液晶屏式和三DMD式的彩色投影顯示裝置而言，光學系統較複雜，成本高，同時紅、綠、藍三色發光圖像的會聚比較困難，圖像質量受到影響。對於單液晶屏式彩色投影顯示裝置而言，系統裝置雖簡化，但需要通過分色鏡等將紅、綠、藍光進行分色，並要使其分別以一定角度正確照射在液晶屏相應的紅、綠、藍色像素上，對光學系統的要求變得更加嚴格。對於單DMD式彩色投影顯示裝置而言，系統裝置也簡化，但需要採用機械方法使濾色輪保持恆定的轉速高速轉動，並且亮度顯著降低，圖像質量較差。
本發明的目的在於解決現有的彩色投影顯示裝置中存在的上述缺點。本發明的單屏式彩色投影顯示裝置和單DMD式彩色投影顯示裝置中採取1．用塗復有紅、綠色發光材料的雙色發光投影屏幕代替現有的彩色投影顯示裝置中非發光的投影屏幕，2．用隱含有彩色圖像的藍色或青色顯示器件代替現有的彩色投影顯示裝置中能顯示彩色發光圖像的顯示器件，可實現這一目的。
下面進行詳細說明。
LCD彩色投影顯示方式分為三屏式和單屏式，三屏式原理是把來自光源的白色光通過分色鏡分成紅、綠、藍三色光，分別照射到各自對應的液晶屏上，在三塊液晶屏中像素分別經紅、綠、藍三種基色信號調製，產生紅、綠、藍單色圖像，經會聚和合成，最後投射到投影屏幕上形成彩色圖像。三屏式彩色投影顯示裝置複雜，圖像會聚較難。單屏式原理是把來自光源的白色光通過分色鏡等分成紅、綠、藍三色光，並分別使其以一定的角度正確地照射在液晶屏中相應的紅、綠、藍三類像素上，經紅、綠、藍三種基色信號調製後，產生彩色圖像，再投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。單屏式彩色投影顯示裝置雖然簡單，但對分色光學系統的要求更複雜和更嚴格。
本發明的單屏式彩色投影顯示裝置採用一個液晶屏、藍色光源、投影光學系統和雙色發光投影屏幕等。在液晶屏中像素分為紅、綠、藍三類，它們分別對應於紅、綠、藍三種基色信號，在雙色發光投影屏幕上塗復有紅、綠色發光材料，它們分別在藍光激發下發出紅、綠光，並分別對應於液晶屏中紅、綠兩類像素。其工作原理如下當光源發出的藍光照射在液晶屏上時，三類像素分別受到紅、綠、藍基色信號調製，產生隱含有彩色圖像的藍色圖像，藍色圖像再通過投影光學系統投射到雙色發光投影屏幕上，受到紅、綠兩種信號調製的藍色光分別激發投影屏幕上相應的紅、綠色發光材料，受到藍信號調製的藍光直接反射或透射，從而使藍色圖像轉換為彩色圖像。由於不需要分色鏡等光學系統對紅、綠、藍三色光進行分色和合成，顯示裝置大為簡化，成本顯著下降，並且不存在彩色會聚問題，因此彩色圖像質量獲得了顯著改善。
DMD是最近出現並迅速發展的一種極有前途的新型顯示器件，DMD彩色投影顯示方式分為三DMD式和單DMD式。三DMD式原理類似於三屏式，即它把來自光源的白色光也通過分色鏡分成紅、綠、藍三色光，再分別照射到各自對應的DMD上，在三個DMD中微鏡(即像素)分別經紅、綠、藍基色信號調製後，產生紅、綠、藍單色圖像，再經會聚、合成，最後投射到投影屏幕上形成畫面尺寸更大的彩色圖像。三DMD式結構與三屏式類似，主要區別是三塊液晶屏被三個DMD代替。但在三屏式中液晶屏可用透射方式，也可用反射方式，在三DMD中DMD只可用反射方式。三DMD式缺點和三液晶屏式大致相同。單DMD式採用一個DMD和由紅、綠、藍光組成的白色光源，並在光源和DMD間加入一個高速轉動的濾色輪。當濾色輪轉動時，它依次將白光轉換為紅、綠、藍色光。當濾色輪轉到紅色區域時，顯示紅色圖像，轉到綠色區域時，顯示綠色圖像，轉到藍色區域時，顯示藍色圖像。在濾色輪轉速足夠快的情況下，因人眼視覺暫留特性，形成彩色圖像。單DMD式採用場順序方法進行彩色顯示，因此亮度顯著降低，同時需要採用機械方法保證濾色輪以恆定的轉速高速轉動，圖像質量容易受到影響。與三DMD式相比，單DMD式圖像質量較差。
本發明的單DMD式彩色投影顯示裝置採用一個DMD、藍色光源、投影光學系統和雙色發光投影屏幕等。與本發明的單屏式彩色投影顯示裝置相類似，在DMD中微鏡分為紅、綠、藍三類，它們分別與紅、綠、藍三種基色信號對應，在雙色發光投影屏幕上塗復紅、綠色發光材料，它們分別在藍光激發下發出紅、綠光，並分別對應於DMD中紅、綠兩類微鏡。其工作原理如下當光源發出的藍色光照射在DMD上時，三類微鏡分別受到紅、綠、藍三種基色信號調製，產生隱含有彩色發光圖像的藍色圖像，當它通過投影光學系統投射到雙色發光投影屏幕上時，受到紅、綠兩種信號調製的藍色光分別激發投影屏幕上相應的紅、綠色發光材料，受到藍信號調製的藍色光直接反射或透射，從而隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像。由於不需要對紅、綠、藍色光進行分色、合成，彩色投影顯示裝置大為簡化，會聚問題也不存在，彩色圖像質量獲得了顯著改善。
液晶屏一般由偏振片、液晶等材料組成，偏振片、液晶都是高分子材料。光源採用藍色光源，可避免它們在紫外線作用下產生老化，增加壽命。液晶屏可用光透射方式，也可用光反射方式，DMD只可用光反射方式。為了增加液晶屏開口率，在液晶屏前還可設置微透鏡陣列。
為了提高對比度，改進色純，在雙色發光投影屏幕上相應紅、綠、藍光透射或反射的位置可分別設置紅、綠、藍彩色濾光膜。為了增加綠色亮度，改善白平衡特性，藍色光源可用具有藍色和綠色發射光譜的青色光源代替。
塗復在雙色發光投影屏幕上的紅、綠色發光材料可以是有機發光材料，也可以是無機發光材料。紅色無機發光材料可採用錳激活的砷酸鎂、銀激活的硫化鋅-硫化鎘等，紅色有機發光材料可採用紅色螢光色素、紅色螢光染料等，綠色有機發光材料可採用綠色螢光色素、綠色螢光染料等，它們分別在藍光激發下發出較強的紅、綠光。
總之，本發明的彩色投影顯示裝置由隱含有彩色圖像的單色顯示器件、投影光學系統、投影空間和雙色發光投影屏幕等組成。單色顯示器件由藍色光源或具有藍色、綠色發射光譜的青色光源和液晶屏或數字微鏡器件組成，在雙色發光投影屏幕上塗復有紅、綠色發光材料，它們分別在藍、綠光或藍光激發下發出紅、綠光。紅、綠髮光材料可以是有機發光材料，也可以是無機發光材料。
本發明的彩色投影顯示裝置光學系統簡單，僅使用一個單色顯示器件，不需要對紅、綠、藍三色光分色和合成，顯示裝置大為簡化，成本低，並且也不存在會聚問題，亮度顯著提高，因此彩色圖像質量獲得了很大的改善。
圖1、圖2和圖5是本發明的彩色投影顯示裝置結構圖。1是碘化銦燈或碘化鉈-碘化銦燈，2是TFT液晶屏，2A是DMD，3是投影透鏡，4是投影空間，5是雙色發光投影屏幕，F是濾光鏡，R、G分別是紅、綠髮光點，B-CF是藍色微濾光膜。
圖3和圖4分別是現有的單屏式彩色投影顯示裝置和三屏式彩色投影顯示裝置結構圖，1是金屬囟化物燈，3是投影透鏡，4是投影空間，5是投影屏幕，F是濾光鏡。在圖3中2是非晶矽TFT-液晶屏，M1、M2和M3均是分色鏡，I是集光器，L是準直透鏡，R是反射鏡。在圖4中2R、2G、2B分別是紅、綠、藍多晶矽TFT-液晶屏，M1、M2、M3和M4是分色鏡，R1和R2是反射鏡。圖6是現有的單DMD式彩色投影顯示裝置結構圖，1是金屬囟化物燈，2是DMD，3是投影透鏡，4是投影空間，5是投影屏幕，F是濾光鏡，FW是濾色輪，M是馬達。
下面以實例具體說明。
實例1在圖1中彩色投影顯示裝置由碘化銦燈1、TFT液晶屏2、投影透鏡3、投影空間4和雙色發光投影屏幕5等組成。在液晶屏內有307200組像素，每組像素由紅、綠、藍色各一個像素構成，紅、綠、藍色像素按品字形排列，它們分別對應紅、綠、藍三種基色信號。在雙色發光投影屏幕上塗復有307200組發光點，每組發光點由紅、綠色各一個發光點組成，紅、綠髮光點(R、G)分別與液晶屏上紅、綠像素相對應，在兩組發光點之間是未塗復發光材料的區域，此區域與藍像素相對應，可讓藍光通過。當碘化銦燈發出的藍光投射在液晶屏上時，液晶屏上紅、綠、藍色像素受到紅、綠、藍三種基色信號調製，產生隱含有彩色圖像的藍色圖像，當它通過投影光學系統投射到雙色發光投影屏幕上時，經紅、綠兩種基色信號調製的藍色光分別激發屏幕上相應的紅、綠髮光點，發出紅、綠光而通過屏幕，經藍色調製信號調製的藍色光則直接通過屏幕，這樣隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像。
實例2在圖2的彩色投影顯示裝置中1是碘化鉈-碘化銦燈，2是雙色發光投影屏幕，在2上塗復有307200組發光點，每組發光點由紅、綠色各一個發光點組成，紅、綠髮光點(R、G)分別與液晶屏上紅、綠像素相對應，在與液晶屏上藍像素相對應的區域是藍色微濾光膜(B-CF)，紅色發光點、綠色發光點和藍色微濾光膜按品字形排列。其餘同實例1。當碘化鉈-碘化銦燈發出的由藍、綠光混合的青色光投射在液晶屏上時，液晶屏上紅、綠、藍色像素受到紅、綠、藍三種基色信號調製後，產生隱含有彩色圖像的青色圖像，當它通過投影光學系統投射到雙色發光投影屏幕上時，經紅、綠兩種基色信號調製的青色光分別激發屏幕上相應的紅、綠髮光點，發出紅、綠光而通過屏幕，經藍色基色信號調製的青色光通過藍色微濾光膜後，成為藍光而通過屏幕，這樣隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像。
實例3在圖5中2A為DMD，在DMD中有307200組微鏡，每組微鏡由按品字形排列的紅、綠、藍微鏡各一個構成，它們分別與紅、綠、藍基色信號相對應。每個微鏡尺寸為0.014mm×0.014mm，微鏡之間水平節距和垂直節距均為0.015mm。雙色發光投影屏幕上塗復有307200組發光點，每組發光點由紅、綠色各一個發光點構成，它們分別與DMD中紅、綠微鏡對應，在兩組發光點之間是未塗復發光材料的區域，此區域與藍像素對應，可讓藍光通過。其餘同實例1。當碘化銦燈發出的藍光投射在DMD上時，DMD上紅、綠、藍色微鏡受到紅、綠、藍三種基色信號的調製，產生隱含有彩色圖像的藍色圖像，當它通過投影光學系統投射到雙色發光投影屏幕上時，經紅、綠兩種基色信號調製的藍色光分別激發屏幕上相應的紅、綠髮光點，產生紅、綠光，通過屏幕，而經藍色基色信號調製的藍色光則直接通過屏幕，這樣隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像。
權利要求
1．一種新型彩色投影顯示裝置，其特徵是它由隱含有彩色圖像的單色顯示器件、投影光學系統、投影空間和雙色發光投影屏幕等組成。
2．根據權利要求1的彩色投影顯示裝置，其特徵是單色顯示器件由藍色光源和液晶屏或者數字微鏡器件組成，在雙色發光投影屏幕上塗復有紅、綠色發光材料，它們分別在藍光激發下發出紅、綠光。
3．根據權利要求1的彩色投影顯示裝置，其特徵是單色顯示器件由具有藍色和綠色發射光譜的青色光源和液晶屏或數字微鏡器件組成，在雙色發光投影屏幕上塗復有紅、綠色發光材料，它們分別在藍、綠光和藍光激發下發出紅、綠光。
4．根據權利要求2至3的彩色投影顯示裝置，其特徵是雙色發光投影屏幕上紅、綠髮光材料可以是有機發光材料，也可以是無機發光材料。
全文摘要
一種新型彩色投影顯示裝置,它由隱含有彩色圖像的藍色或青色顯示器件、投影光學系統、投影空間和雙色發光投影屏幕等組成,藍色、青色顯示器件分別由藍色、青色光源和LCD和DMD組成,在雙色發光投影屏幕上塗覆有紅、綠色發光材料。當隱含有彩色圖像的藍色或青色圖像通過投影光學系統投射在雙色發光投影屏幕上時,激發紅、綠髮光材料,形成彩色圖像。本裝置具有色純好、亮度高、結構簡單、圖像清晰和成本低等優點。
文檔編號H04N11/24GK1300164SQ9912456
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月11日 優先權日1999年12月11日
發明者邱行中, 黎滌萍, 邱勵楠 申請人:邱勵楠