專利名稱：小型化投影顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及光學(xué)投影裝置領(lǐng)域，更具體而言，涉及小型化投影顯示器。
背景技術(shù)：
最近，在提高發(fā)光二極管(LED)的亮度方面取得了很大進(jìn)展。因此，可以預(yù)期LED將具有充足的亮度，并且價(jià)格足夠低廉，以充當(dāng)正面和背面投影顯示器中的光源。這些新的、更亮的LED將適用于具有大色域和高對比度的高質(zhì)量視頻的投影。LED的使用還將實(shí)現(xiàn)針對便攜式應(yīng)用的正面投影顯示器。
因此，業(yè)內(nèi)需要一種結(jié)合有現(xiàn)有LED技術(shù)的投影裝置。
發(fā)明內(nèi)容
公開了一種投影裝置。所述投影裝置包括用于產(chǎn)生已知波長的光的多個(gè)LED，與每一所述LED相關(guān)的、用于接收來自每一所述LED的光的光路，每一光路包括1/4波長延遲器，第一光學(xué)選擇裝置，其允許施加于其上的光中滿足已知要求的光，例如具有正確的偏振的光通過，所述第一光學(xué)選擇裝置還反射取向不位于所述已知方向內(nèi)的光，以及第二光學(xué)選擇裝置，其向施加于其上的光提供與所述第一已知方向基本正交的取向，以及相互連通的LCD屏板和再組合立方體，其中，從至少一個(gè)光路接收的光的取向基本正交于從其他光路接收的光的取向。
圖1示出了常規(guī)HTPS(高溫多晶硅)投影裝置的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的便攜式投影裝置的示范性實(shí)施例的截面圖；圖3示出了圖2所示的投影裝置的分解圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的便攜式投影裝置的第二示范性實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖的作用僅在于對本發(fā)明的原理舉例說明，而不是意在限定本發(fā)明的范圍。采用這里的附圖所示的以及在所附的具體實(shí)施方式
中描述的實(shí)施例作為示范性實(shí)施例，而不應(yīng)將其視作實(shí)踐本發(fā)明的唯一方式。并且，采用相同的附圖標(biāo)記表示類似的元件，其中，可能在適當(dāng)?shù)那闆r下對所述參考數(shù)字附以參考符號。
圖1示出了以UHP燈(未示出)作為光源的常規(guī)3屏板HTPS投影儀100。在這一常規(guī)投影儀中，通過位于燈(未示出)和第一二向色濾光器120之間的兩個(gè)蠅眼(fly-eye)透鏡110混合，即合并來自氣體放電燈(未示出)的由光線102表示的光。二向色濾光器120將所述光劃分為藍(lán)色和紅色+綠色組成部分，其中，使藍(lán)光朝向反射鏡155反射。使紅色+綠色成分朝向透鏡125透射。之后，二向色反射鏡125將分割紅色+綠色光成分，其中，使綠光朝向X立方體140反射，使紅光朝向反射鏡130透射。采用二向色或普通平反射鏡125、130和155將三個(gè)光譜光部分中的每者引導(dǎo)至對應(yīng)的透射型微顯示器液晶屏150。微顯示器液晶屏150通常以高溫多晶硅型為基礎(chǔ)。其他用于透鏡裝置的技術(shù)包括1屏板LCos(硅上液晶)和1屏板DMD(數(shù)字微反射鏡裝置)。
在穿越所述屏板之后，通過包括二向色濾光器140和145的再組合立方體使三個(gè)光譜部分重新結(jié)合。將作為光學(xué)選擇裝置的偏振器或檢偏器置于屏板的正面或后面，從而盡量選擇具有界定良好的偏振態(tài)的光。偏振器和檢偏器實(shí)質(zhì)上是相同的部件，其特性在于，在理想情況下對具有已知偏振方向的光，例如，水平方向的光是100％透明的，同時(shí)100％阻擋或反射具有正交偏振方向的光，例如垂直光。屏板150前面的偏振器確保只有已知偏振方向的光抵達(dá)LCD屏板。因而，只有來自被視為“開啟”的像素的光可以通過所述偏振器或檢偏器，并繼續(xù)傳輸至投影屏幕。更具體地說，LCD屏板通過以像素為單位有選擇地改變偏振方向而工作。因此，處于亮態(tài)的像素將改變偏振方向，而處于暗態(tài)的像素則不改變偏振方向。如果提供只有一個(gè)偏振方向的光束，那么修改LCD屏板之后的“輸出光”，從而使檢偏器現(xiàn)在只阻擋來自“暗像素”的光。使來自“亮像素”的光通過，并投射到屏幕上。
圖2示出了本發(fā)明的第一示范性實(shí)施例。在這一示范性3屏板系統(tǒng)中，三個(gè)獨(dú)立的光源202、204和206具有不相耦合的光路。在優(yōu)選實(shí)施例中，光源202、204和206為發(fā)光二極管(LED)，每者產(chǎn)生已知波長的光。所產(chǎn)生的光優(yōu)選與光色波長紅、綠、藍(lán)有關(guān)。
由相關(guān)準(zhǔn)直器212、214和216收集由LED 202、204和206產(chǎn)生的光，并使其準(zhǔn)直。準(zhǔn)直器212、214和216可以具有復(fù)合拋物面集中器(CPC)或其他類似集中器的形式，以盡可能地收集由相應(yīng)LED產(chǎn)生的光，并使其聚焦。在圖2所示的任選實(shí)施例中，將積分器222、224和226結(jié)合到光路當(dāng)中，從而利用其確保由相關(guān)LED 202、204和206生成的光對屏板232、234和236的基本均勻的照射。積分器222、224和226可以是通過全內(nèi)反射(TIR)傳輸光的玻璃或塑料(例如，PMMA)桿，或者是具有反射側(cè)壁的空心通道。其可以是直的，或者具有錐體形狀。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在這一任選實(shí)施例中，積分器越長，對相應(yīng)屏板的照射就越均勻。
屏板232、234和236位于相應(yīng)積分器的末端，用于形成投射到屏幕上的圖像。由于LCD屏板是通過有選擇地阻擋光來工作的，因此由投射到屏板上的光的均勻性決定全白畫面在屏幕上的均勻性。如圖所示，采用棱鏡242和246作為引導(dǎo)裝置，從而將光202和206分別引導(dǎo)至對應(yīng)的屏板232和236上。
采用再組合立方體240將三個(gè)獨(dú)立屏板的圖像結(jié)合為通過投影透鏡250投射的單個(gè)彩色圖像。
圖3示出了圖2所示的投影儀的分解圖，其用于更為清晰地說明本發(fā)明中增加傳輸至再組合立方體240的光的原理。一般來講，偏振器吸收一半的光，因?yàn)橛晒庠窗l(fā)出的光是無偏振的。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在準(zhǔn)直器和積分器之間設(shè)置與反射偏振器結(jié)合的寬帶1/4波長延遲器對于增加傳輸至再組合立方體240的光是有利的。
更具體地說，在圖示的任選實(shí)施例中，參考與LED 202相關(guān)的光路，在LED 212和積分器222之間采用與反射偏振器218結(jié)合的寬帶1/4波長延遲器213。在這種情況下，偏振器218透射水平偏振光(由附圖所在平面內(nèi)的箭頭方向所示)，將非水平偏振光，例如垂直偏振光，反射回光源202。由于反射光兩次穿過1/4波長延遲器213，因而其偏振方向發(fā)生了改變，從而使所述光能夠穿過反射偏振器214。通過這種方式，能夠重復(fù)利用所述光的大約25個(gè)百分點(diǎn)(25％)，否則這部分光將損失掉。理想情況下，反射偏振器218沒有吸收損耗。例如，可以采用3M Company生產(chǎn)的VikuitiTMDBEF(雙重亮度增強(qiáng)片)作為圖示的反射偏振器。
圖中還示出了棱鏡242，其用于將所述偏振光引導(dǎo)至偏振器243，其具有與偏振器218相同的偏振，并且基本允許所述光100％地透射到屏板232上。之后，將穿過屏板232的光提供至檢偏器245，檢偏器245的偏振方向與偏振器243的偏振方向正交。由大圈里面套小圈表示偏振器245的正交偏振，其表示與附圖所在平面垂直的偏振。因此，在這一圖示的情況下，在施加至再組合立方體240時(shí)，由LED 202發(fā)出的光垂直偏振。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，由LED 206發(fā)出的光所穿越的光路與相對于由LED 202發(fā)出的光描述的光路類似，因而不再對其詳細(xì)說明。
就從LED 204發(fā)出的光而言，將所述光施加至1/4波長延遲器223以及垂直偏振器228和263。之后，將所述垂直偏振光施加至LCD234，進(jìn)而施加至水平偏振器265。因此，將水平偏振光施加至了再組合立方體240。
為了緊湊起見，可以通過光學(xué)粘合劑將所述光學(xué)部件組合起來，或者使其通過流體耦合，所述流體的折射率與所述光學(xué)部件的折射率緊密匹配?？梢哉J(rèn)識到，棱鏡242、246表現(xiàn)出了高折射率(例如，SF1玻璃，n＝1.72)，以確保所有進(jìn)入棱鏡的光均通過TIR反射，而不會泄漏出來。另一方面，棱鏡242和246可以是與用來反射光的介質(zhì)反射鏡結(jié)合的低折射率玻璃。
圖4示出了本發(fā)明的第二示范性實(shí)施例。在這一示范性實(shí)施例中，光源202、204和206基本位于再組合立方體240的前向平面內(nèi)。在這種情況下，通過添加棱鏡405和415使來自光源204的光朝再組合立方體240定向(重定向)。本發(fā)明的這一實(shí)施例的操作與參考圖3描述的實(shí)施例的操作的類似之處在于，將水平偏振光提供給LCD234，而將垂直偏振光提供給LCD 232和236，這里不必再對其詳細(xì)討論。
盡管未示出，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以將匹配的偏振裝置(例如，218、243)置于準(zhǔn)直器222的同一側(cè)。在這種情況下，單個(gè)偏振器提供了雙重功能(1)僅令具有正確的偏振方向的光朝向LCD屏板232透射，(2)反射“其他光”，其目的在于對所述光循環(huán)利用。
盡管已經(jīng)圖示、描述、強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例當(dāng)中的、本發(fā)明的根本新穎特征，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所公開的裝置的形式和細(xì)節(jié)方面，乃至其操作方面對所描述的設(shè)備做出各種省略、替換和修改。例如，盡管已經(jīng)相對于水平和垂直偏振描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，可以分別采用垂直和水平偏振。因此，這里明確指出，以基本相同的方式執(zhí)行基本相同的功能，以獲取相同的結(jié)果的元件的所有組合均落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。將所描述的某一實(shí)施例的元件替換到另一實(shí)施例中也完全是本發(fā)明的目的，也為本發(fā)明所構(gòu)思。
權(quán)利要求
1.一種投影裝置，包括多個(gè)LED(202，204，206)，每個(gè)產(chǎn)生已知波長的光；與每一所述LED相關(guān)的、用于接收來自每一所述LED的光的光路，每一光路包括1/4波長延遲器(213，223，233)；第一光學(xué)選擇裝置(243，253，263)，其為施加于其上的光提供已知方向的取向，所述第一光學(xué)選擇裝置還反射取向不位于所述已知方向的光；LCD屏板(232，234，236)；以及第二光學(xué)選擇裝置(245，255，265)，其方向基本與所述第一方向正交；以及與所述光路中的每者連通的再組合立方體(240)，其用于重新組合從每一所述光路接收的光，其中，從至少一個(gè)光路接收的光的取向與從其余光路接收的光的取向基本正交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影裝置，還包括位于相關(guān)LED(202，204，206)和光路之間的準(zhǔn)直器(212，214，216)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，所述光路還包括積分器(222，224，226)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投影裝置，其中，所述積分器位于所述1/4波長延遲器和所述第一光學(xué)取向裝置之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投影裝置，其中，所述積分器位于所述第一光學(xué)選擇裝置和所述LCD屏板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，所述光路中的選定光路還包括位于所述LED和所述LCD屏板之間的導(dǎo)向裝置(242，252)，其用于使光朝向相關(guān)的屏板定向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的投影裝置，其中，所述導(dǎo)向裝置(242，252)選自下述集合具有高折射率的棱鏡和具有低折射率玻璃的棱鏡與介質(zhì)反射鏡的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影裝置，其中，所述LED選自由紅色、綠色和藍(lán)色LED構(gòu)成的集合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影裝置，還包括位于所述第一和第二光學(xué)取向裝置之間的第三光學(xué)選擇裝置(218，228，238)，其用于提供與所述第一光學(xué)取向裝置基本相同的光學(xué)取向。
10.一種投影裝置，包括紅色、藍(lán)色和綠色LED(202，206，204)；與所述紅色和藍(lán)色LED中的每個(gè)相關(guān)的光路，所述光路包括1/4波長延遲器(213，233)；第一光學(xué)選擇裝置(243，253)，其用于向施加于其上的光提供第一取向；導(dǎo)向裝置(242，252)；第二光學(xué)選擇裝置(245，255)，其為施加于其上的光提供與所述第一取向基本正交的第二取向；與所述綠色LED相關(guān)的光路，所述光路包括1/4波長延遲器(223)；向施加于其上的光提供第二取向的光學(xué)選擇裝置(263)；向施加于其上的光提供第一取向的光學(xué)選擇裝置(265)；以及與每一所述光路相關(guān)的LCD屏板(232，234，236)；以及與每一所述LCD屏板連通的再組合裝置(240)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，還包括位于每一所述光路中的準(zhǔn)直器(212，214，216)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，還包括位于每一所述光路中的積分器(222，224，226)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中，每一所述光路還包括第三光學(xué)選擇裝置(218，228，238)，其用于為施加于其上的光提供與所述第一光學(xué)選擇裝置的取向基本類似的取向。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影裝置，其中，與所述綠光相關(guān)的光路還包括導(dǎo)向裝置(405，415)。
15.一種用于提供包括紅色、藍(lán)色和綠色LED(202，206，204)的小型化投影裝置的方法，所述方法包括的步驟有為所述紅色LED提供第一光路，為所述藍(lán)色LED提供第二光路，其中，每一光路包括用于延遲施加于其上的光的1/4波長延遲器(213，233)；第一光學(xué)選擇裝置(243，253)，其用于向施加于其上的光提供第一取向；導(dǎo)向裝置(242，252)，其用于改變所述光路中的光的方向；第二光學(xué)選擇裝置(245，255)，其為施加于其上的光提供第二取向，所述第二取向與所述第一取向基本正交；提供與所述綠色LED相關(guān)的光路，其中，所述光路包括1/4波長延遲器(223)；向施加于其上的光提供第二取向的光學(xué)選擇裝置(263)；向施加于其上的光提供第一取向的光學(xué)選擇裝置(265)；以及為每一所述光路提供LCD屏板(232，234，236)；以及與每一所述LCD屏板連通的再組合裝置(240)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括以下步驟為每一所述光路提供準(zhǔn)直器(212，214，216)。
17.根據(jù)權(quán)利要求150所述的方法，還包括以下步驟為每一所述光路提供積分器(222，224，226)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，每一所述光路還包括以下步驟提供第三光學(xué)選擇裝置(218，228，238)，其用于為施加于其上的光與所述第一光學(xué)選擇裝置基本類似的。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，與所述綠光相關(guān)的光路還包括以下步驟提供導(dǎo)向裝置(405，415)。
全文摘要
公開了一種投影裝置。所述投影裝置包括每者產(chǎn)生已知波長的光的多個(gè)LED(202，204，206)，與每一所述LED相關(guān)的、接收來自每一所述LED的光的光路，每一光路包括1/4波長延遲器(213，223，233)，為施加于其上的光提供已知方向的取向的第一光學(xué)選擇裝置(243，253，263)，所述第一個(gè)選擇裝置還反射取向不位于所述已知方向內(nèi)的光，LCD屏板(232，234，236)，以及用于向施加于其上的光提供與所述第一已知方向基本正交的取向的第二光學(xué)選擇裝置(245，255，265)，以及與每一所述光路連通的，用于重新組合從每一所述光路接收的光的再組合立方體(240)，其中，從所述至少一個(gè)光路接收的光的取向與從其余光路接收的光的取向基本正交。
文檔編號H01L33/00GK101065975SQ200580040905
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者M·P·C·M·克里津, B·A·索泰斯, O·H·威廉森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司