反射式液晶投影機的製作方法
2023-05-18 22:18:41 1
專利名稱：反射式液晶投影機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種反射式液晶投影機的投影元件，特別是涉及一種反射式液晶投影機投影元件中的光路。
近年來的液晶顯示元件已經漸漸地廣泛應用於日常生活上，如液晶電視、手提電腦以及液晶投影機等。一般的反射式液晶投影機中分光元件的光路設計可以分為離軸式(Off axial)與軸上式(On line)的設計兩種。所謂離軸式的設計指其入射光源與出射光源不在同一直線上，而軸上式的設計則指其入射光源與出射光源在同一直線上。
請參照
圖1，其為離軸式液晶投影機中光路設計的示意圖。首先提供一入射光源100，入射光源100先經過偏振化成為S偏振型態。之後再由一偏振化分束器(簡稱PBS)將S偏振光反射進入彩色濾光稜鏡102中，進行分光的動作，經分光後投射至反射式液晶顯示板104上。接著再由反射式液晶顯示板104反射出一對應的P偏振光。此P偏振光會經過一合光器106加以合光，最後再透過投影物鏡108投影於螢幕上。
上述離軸式液晶投影機的光路設計中，由於以彩色濾光稜鏡102進行分光，並以合光器106進行合光，分光與合光的步驟是分開進行的，故可以產生對比較高的影像。雖然目前離軸式液晶投影機的技術趨於成熟，但由於光路不在同一直線上，且牽涉到對準與光程的問題，使得整個機構在調整上難度很高。此外離軸式液晶投影機仍有生產不易、生產成本高、所生產的光機高度較高(大約為6英寸)、鏡頭設計不易以及元件體積大等項缺點。
請參照圖2，其為PHILIPS稜鏡的光路設計示意圖。一經過偏振化後的光源200先經過一偏振化分束器(PBS)，將S偏振型態的入射光源200反射進入分光/合光元件中。
先就分光方面而言，當入射光源200中的S偏振光反射進入分光/合光元件之後，以PHILIPS稜鏡為例，其分光/合光元件由三個三角形的彩色濾光稜鏡202、彩色濾光稜鏡204以及彩色濾光稜鏡206所組成。其中，彩色濾光稜鏡202與彩色濾光稜鏡204之間具有一第一光學鍍膜208，彩色濾光稜鏡204與彩色濾光稜鏡206之間也具有一第二光學鍍膜210。第一光學鍍膜208具有可讓紅光、綠光透射，而藍光完全反射的功能。第二光學鍍膜210具有可讓綠光透射，而紅光完全反射的功能。
同樣請參照圖2，入射光源200會先進入彩色濾光稜鏡202中，入射光源200中的紅光、綠光會透過第一光學鍍膜208而進入彩色濾光稜鏡204，藍光則會被反射至藍色液晶顯示板212以將其啟動。紅光、綠光在透過第一光學鍍膜208進入彩色濾光稜鏡204之後，綠光會繼續透過第二光學鍍膜210，入射至綠色液晶顯示板214以將其啟動，而紅光則會被第二光學鍍膜210反射至紅色液晶顯示板216以將其啟動。
接著就合光方面而言，請參照圖3，在液晶顯示板啟動之後，分別由藍色液晶顯示板212、綠色液晶顯示板214以及紅色液晶顯示板216反射出P偏振型態的藍光、綠光以及紅光，依原路徑反射出分光元件，透過偏振化分光器218，之後再進入投影物鏡220中，最後投射至螢幕成像。
請參照圖4，其為彩色CONOR的光路設計示意圖。一光源300先經過一偏振化分束器，將入射光源300中的S偏振光反射進入彩色CONOR分光/合光元件中。
先就分光方面而言，當入射光源300中的S偏振光反射進入分光/合光元件之後，以彩色CONOR分光/合光元件為例，其分光/合光元件是由三個方形的彩色濾光稜鏡所組成，包括彩色濾光稜鏡302、304及306。彩色濾光稜鏡302具有讓紅光、藍光完全反射，而綠光透射的功能。彩色濾光稜鏡304具有可讓紅光透射，而藍光完全反射的功能。綠、紅、藍三色光分別被分光元件分至綠色液晶顯示板308、紅色液晶顯示板310、藍色液晶顯示板312上。接著就合光方面而言，在液晶顯示板啟動之後，分別由綠色液晶顯示板308、紅色液晶顯示板310以及藍色液晶顯示板312反射出P偏振型態的藍光、綠光以及紅光，反射出分光/合光元件，即完成合光的動作。
上述軸上式液晶投影機的光路設計雖然沒有離軸式元件的缺點，但是以目前分光元件的設計仍無法有效地將整體光機的體積縮小。
現今市面上所見的分光元件，不論是PHILIPS稜鏡、彩色CONER或彩色LINK都是被設計為平面式的分光，即入射光與出射光位於同一水平面上。且因為液晶投影機在OFF-SET時，投影物鏡會從原先分光/合光元件出射光的位置往上提升至一固定位置，因此在分光/合光元件如PHILIPS稜鏡及彩色CONER上方會預留一些空間，此空間並未被妥善的利用到，對於現今液晶投影機走向輕、薄、短、小的趨勢，無疑是一種有待改進的缺點。
因此本發明提出一種更為有效利用空間的分光合光元件，利用將分光/合光元件中的光路設計由平面式改為立體式，所謂立體式就是入射光與出射光並不位於同一水平面上的光路設計，使得分光/合光元件上方預留的空間能夠被更有效的利用。
本發明提出的反射式液晶投影機包括一入射光源、偏振化分光器以及彩色濾光稜鏡組。先以偏振化分光器將入射光源中的S偏振型態的光反射至彩色濾光稜鏡組中。彩色濾光稜鏡組包括第一彩色濾光稜鏡、第二彩色濾光稜鏡以及第三彩色濾光稜鏡。其中，第一彩色濾光稜鏡具有第一光學鍍膜，此第一光學鍍膜平面的法向矢量為(1，0，1)，可將入射光源分成兩個方向，一為反射紅光、藍光的方向，另一為透射綠光的方向。第二彩色濾光稜鏡設置於第一彩色濾光稜鏡的一側，即經過第一彩色濾光稜鏡反射紅光、藍光的光路徑上。此第二彩色濾光稜鏡具有一第二光學鍍膜，第二光學鍍膜平面的法向矢量為(1，1，0)，可將入射光源中的紅光反射至紅色液晶顯示板上，並讓藍光透射至藍色液晶顯示板。第三彩色濾光稜鏡，設置於第一彩色濾光稜鏡的上方，即透射綠光行進的路徑上。此第三彩色濾光稜鏡具有一第三光學鍍膜，此第三光學鍍膜平面的法向矢量與第一光學鍍膜的法向矢量同為(1，0，1)，可讓綠光繼續透射至綠色液晶顯示板。
為讓本發明的上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。其中，圖1為現有技術中離軸式液晶投影機的光路設計示意圖；圖2為PHILIPS稜鏡的光路設計示意圖；圖3為PHILIPS稜鏡的光路設計與其投影物鏡、偏振化分光器的結合示意圖；圖4為彩色CONOR的光路設計示意圖；圖5為依照本發明較佳實施例中立體式光路設計的示意圖。
首先，提供一入射光源400。入射光源400經過偏振化分束器，將入射光源400中的S偏振形態的光反射至分光元件中。
分光/合光元件為一彩色濾光稜鏡的組合，包括第一彩色濾光稜鏡、第二彩色濾光稜鏡以及第三彩色濾光稜鏡，其中第一、第二、第三彩色濾光稜鏡為立方體結構。其中，第一彩色濾光稜鏡402具有第一光學鍍膜404，此第一光學鍍膜404平面的法向矢量為(1，0，1)。入射光源400由第一彩色濾光稜鏡402的下方沿著(0，0，1)的方向進入第一彩色濾光稜鏡402，當入射光源400行進至第一光學鍍膜404時，第一光學鍍膜404可將入射光源400中的紅光、藍光反射而沿著(-1，0，0)的方向進入至第二彩色濾光稜鏡406。而綠光則沿著原方向(0，0，1)透過第一光學鍍膜404至第三彩色濾光稜鏡410。
入射光源400中的紅光、藍光被第一光學鍍膜404反射而沿著(-1，0，0)的方向行進，第二彩色濾光稜鏡406設置於第一彩色濾光稜鏡402的一側，即被第一光學鍍膜404反射的紅光、藍光的光路徑上。此第二彩色濾光稜鏡406具有一第二光學鍍膜408，此第二光學鍍膜408平面的法向矢量為(1，1，0)。第二光學鍍膜408可將被第一光學鍍膜404反射的紅光再反射而沿著(0，1，0)的方向投射至紅色液晶顯示板416上，並讓藍光透射至藍色液晶顯示板418。
由上述可知，經過分光/合光元件進行分光之後，綠光的行進方向為(0，0，1)，藍光的行進方向為(-1，0，0)，而紅光的行進方向為(0，1，0)，三種色光的路徑方向為三維的立體形式，而非二維的平面形式。
在第一彩色濾光稜鏡中402的綠光沿著原方向(0，0，1)透過第一光學鍍膜404至第三彩色濾光稜鏡410。此第三彩色濾光稜鏡410，即位於第一彩色濾光稜鏡402的上方，即透射後綠光行進的光路徑上。第三彩色濾光稜鏡具有一第三光學鍍膜412，此第三光學鍍膜412平面的法向矢量與第一光學鍍膜404的法向矢量可以同為(1，0，1)，可讓綠光繼續透射至綠色液晶顯示板414。
其中，綠光在第三彩色濾光稜鏡410中也可以經過第三光學鍍膜412反射至綠光液晶顯示板414上，此時的綠光液晶顯示板414必須設置在綠光反射後出射的路徑上。若綠光在第三彩色濾光稜鏡410中是透過第三光學鍍膜412，而反射至綠光液晶顯示板414上，第三彩色濾光稜鏡410，則可以由具相同功能的三角稜鏡替代，於體積上有所簡省。
最後，由綠色液晶顯示板414、藍色液晶顯示板418以及紅色液晶顯示板416，反射出一對應的P偏振型態綠、藍、紅光至投影物鏡中，最後再投影至螢幕。
本發明的特徵為用以分光的第一光學鍍膜與第二光學鍍膜為不平行的平面關係，使得入射光源行進的路徑立體化，而不局限於同一平面上，可有效節省所佔的面積。
本發明所使用的分光元件，其所佔面積只有兩個彩色濾光稜鏡的面積，而與現有技術中三個彩色濾光稜鏡的面積比較起來，減少了許多。且現有技術中如PHILIPS稜鏡及彩色CONER上方因投影物鏡提升所預留的空間，並沒有被有效地利用，本發明將第三個彩色濾光稜鏡設置於上方，既不影響元件的操作又可有效的利用此稜鏡上方的空間。
雖然本發明已以一較佳實施例進行了說明，然其並非用以限定本發明。本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，可以作各種變型與修改，因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種反射式液晶投影機，其特徵在於，包括一光源，以(0，0，1)的方向入射；一第一彩色濾光稜鏡，其具有一第一光學鍍膜，所述第一光學鍍膜平面的法向矢量為(1，0，1)，所述第一光學鍍膜可使綠光透射，紅光、藍光反射；一第二彩色濾光稜鏡，設置於所述第一彩色濾光稜鏡中藍光、紅光出射的一端，其中所述第二彩色濾光稜鏡具有一第二光學鍍膜，且所述第二光學鍍膜平面的法向矢量為(1，1，0)，所述第二光學鍍膜可使藍光透射，紅光反射；一第三彩色濾光稜鏡，設置於所述第一彩色濾光稜鏡中綠光出射的一端；一綠色液晶顯示板，設置於所述第三彩色濾光稜鏡中綠光出射的一端；一藍色液晶顯示板，設置於所述第二彩色濾光稜鏡中透射藍光出射的一端；以及一紅色液晶顯示板，設置於所述第二彩色濾光稜鏡中反射紅光出射的一端。
2.如權利要求1所述的反射式液晶投影機，其特徵在於，所述第三彩色濾光稜鏡具有一第三彩色濾光稜鏡可使綠光透射至該綠色液晶顯示板。
3.如權利要求1所述的反射式液晶投影機，其特徵在於，所述第三彩色濾光稜鏡具有一第三彩色濾光稜鏡可使綠光透射至該綠色液晶顯示板。
4.如權利要求1所述的反射式液晶投影機，其特徵在於，第一、第二、第三彩色濾光稜鏡為一立方體結構。
5.一種反射式液晶投影機，其特徵在於，包括一光源，以(0，0，1)的方向入射，該光源具有一第一原色光、一第二原色光，及一第三原色光；一第一彩色濾光稜鏡，其具有一第一光學鍍膜，所述第一光學鍍膜平面的法向矢量為(1，0，1)，所述第一光學鍍膜可使所述第一原色光透射，所述第二原色光、第三原色光反射；一第二彩色濾光稜鏡，設置於所述第一彩色濾光稜鏡中所述第二原色光、第三原色光出射的一端，所述第二彩色濾光稜鏡具有一第二光學鍍膜，所述第二光學鍍膜平面的法向矢量為(1，1，0)，所述第二光學鍍膜可使所述第二原色光透射，第三原色光反射；一第三彩色濾光稜鏡，設置於所述第一彩色濾光稜鏡中該第一原色光出射的一端；一綠色液晶顯示板，設置於所述第三彩色濾光稜鏡中所述第一原色光出射的一端；一藍色液晶顯示板，設置於所述第二彩色濾光稜鏡中透射的所述第二原色光出射的一端；以及一紅色液晶顯示板，設置於所述第二彩色濾光稜鏡中反射的所述第三原色光出射的一端。
6.如權利要求5所述的反射式液晶投影機，其特徵在於，所述第三彩色濾光稜鏡具有一第三彩色濾光稜鏡，可使所述第一原色光透射至所述第一原色光液晶顯示板。
7.如權利要求5所述的反射式液晶投影機，其特徵在於，所述第三彩色濾光稜鏡具有一第三彩色濾光稜鏡，可使所述第一原色光反射至所述第一原色光液晶顯示板。
8.如權利要求5所述的反射式液晶投影機，其特徵在於，第一、第二、第三彩色濾光稜鏡為一立方體結構。
全文摘要
一種反射式液晶投影機,包括入射光源與三個彩色濾光稜鏡。其中,第一彩色濾光稜鏡具有法向矢量為(1,0,1)的第一光學鍍膜,將入射光源分為兩個方向,一為反射紅光、藍光,另一為透射的綠光。第二彩色濾光稜鏡具有一法向矢量為(1,1,0)的第二光學鍍膜,將反射後的紅光再反射至紅色液晶顯示板上,並讓反射後的藍光透射至藍色液晶顯示板。第三彩色濾光稜鏡具有一法向矢量為(1,0,1)的第三光學鍍膜,使透射的綠光繼續透射至綠色液晶顯示板。
文檔編號G02B27/14GK1361442SQ00137419
公開日2002年7月31日 申請日期2000年12月27日 優先權日2000年12月27日
發明者林琦雄 申請人:臺達電子工業股份有限公司