液晶投影系统的制作方法

专利名称：液晶投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶投影系统，特别是关于 一种利用三片反射 式液晶板作影像投影输出的液晶投影系统。
背景技术：
传统的CRT显示器受限于体积大小和成本考虑的限制，比较难 以作到大尺寸的显示效果，而利用液晶投影技术可使外观体积实现 轻薄短小，并且投影显示效果丝毫不逊色于传统的CRT显示器。液晶投影机内部架构按照内部的液晶板可分为单片式和三片式 两种。单片式的投影机分辨率低，亮度也低，但价格较便宜，而三 片式的投影机则具有高分辨率、高亮度的优点，但价格较贵。三片 式投影机的工作原理为将来自光源的白光分解为红(R)、绿(G)、 蓝(B)三原色，使该三原色光分别进入红色、绿色和蓝色的液晶 显示板，然后将从各液晶显示板反射的该三原色光重新组合并经由 一投影透镜投射到屏幕上。图1为美国专利第6,454,416号揭示的一种现有的三片式液晶投 影系统的架构示意图。该液晶投影系统包括反射来自光源10的第一 原色光Bs并透射第二和第三原色光Rs、 Gs的分色镜ll;.透射来自 分色镜11的第二原色光Rs并将其偏极方向旋转9(T成为Rp光，并
且直接透射第三原色光Gs的选色偏光板12;将来自选色偏光板12 的第二原色光Rp和第三原色光Gs分别透射传送至第一液晶显示板 13和反射至第二液晶显示板14的第一偏极光分色棱镜15 ( PBS, Polarization Beam Splitter);将来自分色镜11的第一原色光Bs反射 至第三液晶显示板16的第二偏极光分色棱镜17;以及组合由液晶 显示板13、 14、 16反射的三原色光的双色棱镜18。在第一PBS15 和双色棱镜18之间设有 一 选色偏光板19，而第二 PBS 17和双色棱 镜1 8之间设有 一 波片或玻璃片20。该选色偏光板19和波片或玻璃 片20用于将入射的对应原色光的偏极方向旋转90',因此，最后入 射双色棱镜18的三原色光的极性分别为GP、 RP、 Bs。选色偏光板 12、第一 PBS 15、选色偏光板49、双色棱镜18、波片或玻璃片20 和第二 PBS 17粘合在一起，以减少光路中的反射。然而，上述系统需在两个偏极光分色棱#: PBS 15 、 17和 一 双色 棱镜18之间额外增加光学组件，即选色偏光板19和波片/玻璃片 20，以达成偏光和分光的效果。这样会降低各棱镜15、 17、 18粘合 时的可靠度，从而导致生产良率降低和生产成本提高。众所周知， 在液晶投影系统中，每一棱镜必须有相当的可靠度才能使每个在液 晶显示板所形成的影像准确地重迭，而棱镜的粘合技术是制造上最 为困难的部分，因此，任何在棱镜组装上的失误，无论是来自组装 方式或是个别棱镜的可靠度，都将使得整个系统发生瑕疵，最终影 响成像品质。此外，该系统粘合界面的增多也会造成对比度的下降，最终影 响成像品质。这是因为在工作状态下，棱镜对光的吸收会造成温升，
从而在粘合界面附近产生应力，而导致对比度的下降。图2为美国专利第7,002,752号揭示的另一种现有的三片式液 晶投影系统的架构示意图。该液晶投影系统包括三个PBS 21、 22、 23。各PBS之间设有选色偏光板或波片24、 25用以改变入射原色 光的极性，因此也会降低各PBS 21、 22、 23粘合时的可靠度，并降 低投影影像的对比度。此外，PBS 21和23 —侧各另设有多个偏光 板26、 27,这样会使系统组件的数目增加，也使系统的组装复杂化， 并4吏成本增加。图3为美国专利第6,819,497号揭示的又一种现有的三片式液 晶投影系统的架构示意图。该液晶投影系统共包括了 4个PBS 31、 32、 33、 34,这样将会增加系统组件的数目，并且使整个系统架构 的体积变大和成本增加。PBS 32、 33、 34相互粘合成一体，其中， PBS 32和34之间设有一玻璃片35， PBS 33和34之间也设有一选 色偏光板38,因此也会降低PBS32、 33、 34粘合时的可靠度。此外，在该系统中，从光源36射出的三原色光Rs、 Gs、 Bs经 由选色偏光板37后转换为Rs、 Gp、 Bs入射第一 PBS 31。该三原色 光Rs、 Gp、 Bs中的双原色光Rs和Bs经第一 PBS 31反射并经选色 偏光板30转换后变为Rp和Bs入射第三PBS 33，而单原色光GP穿 透第一 PBS 31入射至第二 PBS 32。Rp光穿透第三PBS 33入射至反 射式液晶板39R,经调变后变为Rs光返回第三PBS 33，再经第三 PBS 33反射至选色偏光板38转换成Rp光入射第四PBS 34; Bs光经 第三PBS 33反射至反射式液晶板39B，经调变后变为Bp光返回并 穿透第三PBS 33而入射第四PBS 34;而Gp光入射并穿透第二 PBS32后入射反射式液晶板39G，经调变后变为Gs光通过第二 PBS 32 反射后入射至第四PBS 34。因此，入射第二、第三和第四PBS32、 33、 34的原色光分别为Gp; RP、 Bs;以及Rp、 BP、 Gs。而已知S偏 极光在PBS内的有效利用率为99%,但P偏极光则只有90%的利用 率，其余10%会有干涉现象而产生色相偏离现象，因此该系统多以 P偏极光进入第二、第三和第四PBS 32、 33、 34会降低原色光的使 用效率，而导致光色偏离问题的产生。

发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供 一种液晶投影系统，其组件，尤其是其分光合光模组，具有创新的 排配方式，以解.决现有技术存在的问题。
本发明的又一目的在于提供一种生产便利、组装容易、成本较 低的液晶投影系统。
为实现上述目的，本发明液晶投影系统包括一射出白色光的光 源、 一极化该白色光源以产生一偏极化光源的极化组件、 一分色镜、 第一和第二反射镜、第一和第二偏极光组件、 一设置在第一偏极光 组件输入侧的半波片、 一分色组件、 一影像调变模组以及投射输出 光束的一投影镜头。该分色镜将该偏极化光源分离成一单原色光和 一双原色光分别输出至该第一和第二反射镜。该单原色光经第一反 射镜反射并经该半波片改变极化方向后输出至该第一偏极光组件进 行偏极分光。该双原色光经第二反射镜反射后输出至该第二偏极光 组件进行偏极分光。偏极分光后的双原色光被传送到分色组件，以
分离该双原色光。该影像调变模组设置在该第一偏极光组件和该分 色组件的一侧，用于分别接收该双原色光和该单原色光，再分别将 该双原色光和该单原色光调变成另 一极性的色光反射输出。 一投影 镜头，设置在该第一偏极光组件的一侧，用以接收该调变后的双原 色光和单原色光，并投射光束至屏幕显示。其中，该第一、第二偏极光组件和该分色组件粘合成一 "L" 形棱镜模组，并且其间没有设置其它光学组件。该分色镜分离出的 双原色光均以S偏极光形式入射第二偏极光组件和分色组件。因此，和现有技术相比，本发明提供的液晶投影系统具有创新 的组件排配方式，仅需两个偏极光组件和一分色组件，就可实现直 接偏光和分光的效果，而无须额外增加光学组件粘合在其间。这样， 可提高偏极光组件和分色组件相互粘合时的可靠度，并提高投影影 像的对比度。另外，在本发明中，红光R和蓝光B均以S偏极光方 式进入第二偏极光组件和分色组件，因此可提高原色光使用效率， 有效降低光色相偏离的问题。此外，本发明利用两个偏极光组件和 一分色组件组成的一 "L"形棱镜模组，就可实现直接偏光和分光 的效果，棱镜之间并没有其它光学组件粘合其间，并且该"L"形 棱镜模组除由传统的6个等腰直角棱镜组成外，也可由5个甚至4 个等腰直角棱镜组成，因此本发明液晶投影系统也具有生产便利、 组装容易、成本较低的优点。以下结合附图和实施例对本发明作进 一 步的说明。


图1为现有的 一 液晶投影系统的架构示意图。图2为现有的另一液晶投影系统的架构示意图。图3为现有的又一液晶投影系统的架构示意图。图4为本发明液晶投影系统的架构示意图。图5为本发明液晶投影系统第 一 实施例的架构示意图。图6为本发明液晶投影系统第二实施例的架构示意图。图7为本发明液晶投影系统第三实施例的架构示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明和技术内容，现就结合

如下请参考图4,为本发明液晶投影系统70的架构示意图，该架构 由一光源模组、 一分光合光模组、 一影像调变模组及一投影镜头所 组成。该光源模组包括一射出白色光的光源50以及将白色光作偏极 化处理的极化组件51;该分光合光模组包含提供分离光束的分色镜 52、提供光束反射的第 一、第二反射镜53、 54 (在其它的实施例中， 这些反射镜可以用其它的反射组件，例如棱镜来取代)、改变入射光 偏极方向的半波片55(入/2波片，X=632.8nm)、提供偏极分光的 第 一偏极光组件56和第二偏极光组件57，以及提供分色处理的分 色组件58;该影像调变模组用于将输入的偏极光调变成含有影像讯 号的另 一极性偏极光并反射输出，包括反射式液晶板60G、 60B、 60R;该投影镜头59投射光束至屏幕(未图示)用以显示图像。其 中，光源模组的极化组件51设于光源50的输出光路路径上，用于 将白色的非偏极光源转换成具有三原色(R、 G、 B)的一偏极光源Ws (S为垂直偏极光)。该极化组件51和该光源50共同构成一偏极化光 源。此外，本发明液晶投影系统70的分光合光模组进一步包括第一 和第二聚光透镜61、 62,用以使光路维持收敛状态，让光能量平行 传递。上述说明中，分光合光模组的分色镜52和第二反射镜54设于 极化组件51的输出方向上，其中该分色镜52将极化组件51所输出 的三原色偏极光Ws分离出两道光束，其一为通过设于分色镜52上 方的第 一反射镜53反射输出的单原色偏极光Gs,另 一为通过设于 分色镜52左侧的第二反射镜54反射输出的双原色偏极光Rs、 Bs。该第一偏极光组件56、第二偏极光组件57和分色组件58粘合 成一体而呈"L"形架构。该第 一偏极光组件56针对单原色偏极光 的偏极状态(P极或S极)作出穿透或反射的偏极分光。该第二偏极 光组件57设于第一偏极光组件56下方并邻近投影镜头59，用于针 对双原色偏极光的偏极状态(P极或S极)作出穿透或反射的偏极分 光。该分色组件58设于第二偏极光组件57的 一侧，用于将双原色 偏极光的其一原色偏极光反射，另一原色偏极光则穿透。该第一偏 极光组件56为传统的由两个等腰直角棱镜561、 562的底边粘合而 成的偏极光分光棱镜PBS,该第二偏极光组件57也为传统的由两个 等腰直角棱镜571、 572的底边粘合而成的偏极光分光棱镜PBS。该 分色组件58是一传统的由两个等腰直角棱镜581、 582的底边粘合 而成的 一双色棱镜(Dichroic PHsm)。影像调变模组包括第一反射式液晶板60G、第二反射式液晶板 60B和第三反射式液晶板60R,其中第一反射式液晶板60G设于第
一偏极光组件56 —侧，而第二反射式液晶板60B和第三反射式液 晶板60R分别设于分色组件58的两侧。成像模组的投影镜头59设 于第二偏极光组件57 —侧，用以将经影像调变模组调变过的偏极光 投射至屏幕显示。另，该半波片55设于第一偏极光组件56的一侧，用来改变入 射光束的极性(P极或S极)。该第 一聚光透镜61设于第 一反射镜53 和半波片55之间，而第二聚光透镜62设于第二反射镜54和第二偏 极光组件57之间，用以使入射光束维持收敛状态，提高光利用率。图5 7为本发明液晶投影系统的具体实施例。图5为本发明液晶投影系统第一实施例71的架构示意图。在本 实施例中，极化组件51输出的偏极光为Ws。经由分色镜52将Ws 三原色偏极光中的绿光Gs反射输出至第一反射镜53,红蓝光Rs、 Bs则穿透输出至第二反射镜54。绿光Gs经第 一反射镜53反射输出 至第一聚光透镜61，经汇聚后通过半波片55改变极性为绿光Gp， 射入第一偏极光组件56。该第一偏极光组件56是一 PBS，针对偏 极光中的P光穿透，而S光反射，因此绿光Gp会经由该第一偏极 光组件56穿透输出至第一反射式液晶板60G。绿光Gp通过第一反 射式液晶板60G调变转换成另 一极性且带有影像讯号的绿光Gs,折 返输出至第一偏极光组件56，再反射进入第二偏极光组件57。另， 分色镜52输出的红蓝光Rs、Bs经第二反射镜54的反射和第二聚光 透镜62的汇聚后输入第二偏极光组件57。该第二偏极光组件57也 是一 PBS,针对偏极光中的P光穿透，而S光反射，因此红蓝光Rs、 Bs被反射输出至分色组件58。分色组件58是一双色棱镜，主要针
对蓝光反射，红光穿透，因此红蓝光Rs、 Bs中的蓝光Bs会反射至 第二反射式液晶板60B,而红光Rs则穿透进入第三反射式液晶板 60R，从而使蓝光Bs通过第二反射式液晶板60B调变转换成另 一极 性并带有影像讯号的蓝光Bp反射输出至分色组件58，而红光Rs通 过第三反射式液晶板60R调变转换成另 一极性并带有影像讯号的红 光Rp反射输出至分色组件58。再由分色组件58将红蓝光BP、 RP 分别反射、穿透输出至第二偏极光组件57,以使得第二偏极光组件 57将分色组件58输出的红蓝光Bp、 Rp穿透输出至投影镜头59，并 将第一偏极光组件56输出的绿光Gs —并反射输出至投影镜头59。 最后，投影镜头59输出包括影像讯号的三原色光束，投射至屏幕以 显示影像画面。上述实施例和图4基本架构的不同之处在于，图4中的"L，， 形棱镜组共由6个尺寸相同的等腰直角棱镜粘合而成，而本实施例 中的"L"形棱镜组则由5个等腰直角棱镜粘合而成，其中图4中 的2个等腰直角棱镜562、 572在本实施例中由一尺寸相当的大等腰 直角棱镜567所替代，这样可节约棱镜加工和组装的成本。配合图5，请参考图6，图6为本发明液晶投影系统第二实施例 72的架构示意图。该实施例和图5所示的第一实施例的不同之处在 于，其"L"形棱镜组由图5所示的5个等腰直角棱镜进一步降为 由4个等腰直角棱镜粘合而成，从而进一步降低了棱镜加工和组装 的成本。其中，图5中的2个等腰直角棱镜571、 581在本实施例中 由一尺寸相当的大等腰直角棱镜578所替代。配合图5,请参考图7,图7为本发明液晶投影系统第三实施例 73的架构示意图。该实施例和图5所示的第一实施例的不同之处在 于，其分色组件是一尺寸较小的双色棱镜58，，这样可使该实施例 的液晶投影系统的架构更为紧凑。综上所述，本发明液晶投影系统仅需两个PBS 56、 57和一双色 棱镜58、 58，，就可实现直接偏光和分光的效果，而无须额外增加 光学组件在各棱镜之间，从而可提高各棱镜相互粘合时的可靠度， 并提高投影影像的对比度。另外，在本发明中，红光R和蓝光B均 以S偏极光方式进入PBS 57和双色棱镜58、58，，因S偏极光在PBS 可有效利用99%,但P偏极光则只有90°/。的利用率，其余10%会有 干涉现象而产生色相偏离现象，因此以Rs和Bs偏极方式进入PBS 可提高原色光使用效率，有效降低光色相偏离的问题。此外，本发 明通过由两个PBS 56、 57和一双色棱镜58、 58，组成的一 "L"形 棱镜模组，就可实现直接偏光和分光的效果，棱镜之间并没有其它 光学组件粘合其间，并且该"L"形棱镜模组除由传统的6个尺寸 相同的等腰直角棱镜组成外，也可由5个甚至4个等腰直角棱镜组 成，因此本发明液晶投影系统也具有生产便利、组装容易、成本较 低的优点。以上所介绍的，仅仅是本发明的较佳实施例而已，不能以此来 限定本发明实施的范围，即本技术领域内的一般技术人员根据本发 明所作的均等的变化，例如将以上实施例中的各个器件进行组合。 以和本领域内技术人员熟知的改进，都应仍属于本发明专利涵盖的范围。
权利要求
1、 一种液晶投影系统，包括一光源模组、 一分光合光模组、一 影像调变模组以及一投影镜头，该光源模组提供一白色第一偏极化光束至该分光合光才莫组；该分光合光才莫组将该白色偏极化光束 进行分光处理后输出至影像调变模组；该影像调变模组将输入的 偏极光调变成含有影像讯号的另 一 偏极光后再输出至分光合光 模组；该分光合光模组将含有影像讯号的另 一偏极光结合后经由 该投影镜头输出；其特征在于该分光合光模组包含一分色镜、 一第一反射面、 一第二反射 面、 一半波片、 一第一偏极光组件、 一第二偏极光组件以及一分 色组件；该分色镜将来自光源模组的白色第 一偏极化光束分离成 一多波段第一偏极光和一第一波段第一偏极光；该第一反射面设 置在该分色镜的一输出侧，将该第一波段第一偏极光导引至该半 波片；该半波片将该第一波段第一偏极光转换成第一波段第二偏 极光后，该第一波段第二偏极光通过第一偏极光组件；该第二反 射面设置在该分色镜的另 一输出侧，将该多波段第一偏极光导引 至该第二偏极光组件，该多波段第一偏极光经由该第二偏极光组 件反射后入射该分色组件，该分色组件将该多波段第一偏极光分 离成一第二波段第 一偏极光和一第三波段第 一偏极光；该影像调变模组分别设置在该第 一偏极光组件和该分色组件 的侧部，分别将该第 一波段第二偏极光调变后输出第 一波段第一 偏极光至第 一 偏极光组件、将该第二波段第 一 偏极光调变后输出 第二波段第二偏极光至第二偏极光组件以及将该第三波段第一 偏极光调变后输出第三波段第二偏极光至第二偏极光组件，该第 一波段第 一 偏极光经由该第 一 偏极光组件反射后入射第二偏极 光组件；该投影镜头设置在该第二偏极光组件的一侧，将来自第二偏 极光组件的第一波段第一偏极光、第二波段第二偏极光及第三波 段第二偏极光光束投射至屏幕用以显示影像。
2、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该第一、第 二偏极光元件和该分色元件相互结合成一体，并且其间没有设置 其它光学元件。
3、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该分色镜分 离出的多波段第 一偏极光均以S偏极光的形式入射第二偏极光组 件和分色组件，且该第一反射面及第二反射面均由反射镜所构成。
4、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该分光合光 模组进一步包括一第一聚光透镜和一第二聚光透镜，该第一聚光 透镜设于第一反射面和第一偏极光组件之间，而该第二聚光透镜 设于第二反射面和第二偏极光组件之间。
5、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该半波片设 置在该第 一 偏极光组件和该第 一 反射面之间。
6、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该第一、第 二偏极光组件和该分色组件结合成一 "L"形架构。
7、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该第一偏极 光组件是一偏极光分色棱镜。
8、 如权利要求7所述的液晶投影系统，其特征在于该第二偏极 光组件是一偏极光分色棱镜。
9、 如权利要求8所述的液晶投影系统，其特征在于该分色组件 是一双色棱镜。
10、 如权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于该分色组件 的尺寸小于该第一和第二偏极光组件的尺寸。
11、 如权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于该第一、第 二偏极光组件和该分色组件结合成一 "L"形架构，该架构由6 个等腰直角棱镜粘合而成。
12、 如权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于该第一、第 二偏极光组件和该分色组件结合成一 "L"形架构，该架构由5 个等腰直角棱镜粘合而成。
13、 如权利要求9所述的液晶投影系统，其特征在于该第一、第 二偏极光组件和该分色组件结合成一 "L"形架构，该架构由4 个等腰直角棱镜粘合而成。
14、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该影像调变 模组包括一第 一反射式液晶板、 一第二反射式液晶板和一第三反 射式液晶板，该第 一 反射式液晶板设置在该第 一 偏极光组件一 侧，该第二反射式液晶板和该第三反射式液晶板则分别设置在该 分色组件的两侧。
15、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该光源模组 包括一白色光源以及一极化组件。
16、 如权利要求1所述的液晶投影系统，其特征在于该光源模组 提供单一 S极光源。
全文摘要
一种液晶投影系统，包括一光源、一极化组件、一分色镜、第一和第二反射镜、第一和第二偏极光组件、一半波片、一分色组件、一影像调变模组以及一投影镜头。该分色镜将经极化组件偏极后的光源分离成一单原色光和一双原色光分别输出至第一和第二反射镜。该单原色光经第一反射镜反射并经半波片改变极化方向后输出至第一偏极光组件。该双原色光经第二反射镜反射后输出至第二偏极光组件。偏极分光后的双原色光被传送到分色组件，以分离该双原色光。该影像调变模组设置在第一偏极光组件和分色组件的一侧，用于原色光的极性调变。该投影镜头设置在该第二偏极光组件的一侧。
文档编号G02F1/13GK101122686SQ200610111019
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者吴子龙, 林耿晖, 洪文郎, 熊坚智 申请人:亚洲光学股份有限公司