專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別是一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，針對(duì)高清晰度電視(HDTV)的應(yīng)用，發(fā)展起了許多新型的顯示技術(shù)，如等離子體顯示(PDP)技術(shù)、薄膜晶體管(TFT)顯示技術(shù)、數(shù)字微反射鏡顯示(DMD)技術(shù)、以及硅基液晶反射式(LCOS)顯示技術(shù)等等。中國(guó)專(zhuān)利02213756.0將LCOS技術(shù)與光學(xué)薄膜微濾光片技術(shù)結(jié)合在一起，組成了彩色LCOS器件，提供了一種單芯片彩色顯示的新方案，具有分辨率高、成本低、光學(xué)效率高、圖像質(zhì)量好、容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代的主流顯示技術(shù)。
但上述這些顯示技術(shù)均為平面顯示技術(shù)，不具有三維立體視覺(jué)效果。對(duì)顯示技術(shù)發(fā)展的進(jìn)一步要求是研制出具有立體視覺(jué)的顯示裝置來(lái)。為此，世界上有許多科研人員對(duì)此開(kāi)展了研究。如，美國(guó)專(zhuān)利US6,351,280提出了在液晶顯示板的表面貼上微偏振片條，觀看者帶上用偏振片制作的眼鏡，可使左右眼看到不同的圖像，而形成立體視覺(jué)的方法。但至今為止，這些立體顯示技術(shù)都較復(fù)雜，實(shí)用性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種三維彩包立體投影顯示裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)彩色立體顯示，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光學(xué)效率高、成本低、實(shí)用性強(qiáng)、容易推廣等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型進(jìn)一步的目的在于提供一種二維六基色的彩色投影顯示裝置，它能夠提供更豐富、生動(dòng)、逼真的顯示顏色，從而提高圖像質(zhì)量。
本實(shí)用新型再進(jìn)一步的目的在于提供一種可在三維立體彩色投影顯示和二維六基色彩色投影顯示之間互相切換的顯示裝置。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，包括兩片帶有微型分色光學(xué)濾光片列陣的硅基液晶反射式彩色微顯示芯片和偏振分光棱鏡組等部件。這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片分別輸入相應(yīng)不同視角的立體圖像信息，再分別置于偏振分光棱鏡組的s和p方向線偏振光的出口位置，當(dāng)照明的白色自然光照到該偏振分光棱鏡組時(shí)，被該偏振分光棱鏡組分成兩束偏振方向互相正交的線偏振光(s偏振光和p偏振光)分別投射到這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片上，經(jīng)這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片調(diào)制后，改變其偏振方向(s偏振光轉(zhuǎn)為p偏振光，p偏振光轉(zhuǎn)為s偏振光)并帶上各自的彩色圖像信息，再經(jīng)由該偏振分光棱鏡組合成為一束光，被投影物鏡投射成像。由于該成像光是由兩束正交的線偏振光組成的，當(dāng)觀看者帶上用偏振片制作的眼鏡時(shí)，該眼鏡的兩個(gè)鏡片分別是兩個(gè)偏振方向相互垂直的偏振片，即s和p光偏振片，可使兩只眼睛分別只看到一個(gè)相應(yīng)偏振方向的圖像，即一個(gè)眼睛只能看到其中一片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片上的圖像，從而可以獲得立體視覺(jué)。
當(dāng)在這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片中輸入的圖像是相同的時(shí)候，該套裝置也可以切換成非立體視覺(jué)的二維投影顯示裝置，使觀看者不必帶上偏振片眼鏡就能觀看，而且可以比常規(guī)的投影顯示裝置具有更大的色度。特別是當(dāng)這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片的一片是帶有常規(guī)的紅綠藍(lán)三基色微型分色濾光片列陣，而另一片則帶有青黃品紅的三基色微型分色濾光片列陣，則可以形成一個(gè)六基色的彩色顯示系統(tǒng)，使顯示的圖像具有更寬的色度范圍，可以呈現(xiàn)出更豐富、更生動(dòng)、更逼真的色彩來(lái)。
另外，在投射到各硅基液晶反射式彩色微顯示芯片上的照明光，除一部分被該芯片調(diào)制后作投影顯示用外，其余部分因沒(méi)有改變偏振方向，而被按原光路反射回照明系統(tǒng)，通過(guò)一定的裝置可以將該部分光再次反射回來(lái)，加以重復(fù)利用，從而有效地提高光的利用效率。(參見(jiàn)專(zhuān)利02217355.2)
圖1為本實(shí)用新型的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置的原理示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本實(shí)用新型。
圖1是本實(shí)用新型的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置的原理示意圖。偏振分光棱鏡組11是由四個(gè)分別在直角面鍍有偏振分光膜1的直角棱鏡，按X形狀排列膠合而成的。兩片帶有微型分色光學(xué)濾光片列陣的硅基液晶反射式彩色微顯示芯片2和3分別置于該偏振分光棱鏡組11的p方向和s方向線偏振光的出口位置處(如圖所示)，并分別輸入相應(yīng)不同視角的立體圖像信息，當(dāng)照明的白色自然光5照到偏振分光棱鏡組11后，被該偏振分光棱鏡組分成兩束偏振方向互相正交的s方向線偏振光6和p方向線偏振光7，這兩束光分別都經(jīng)過(guò)兩次偏振分光膜1以保證其消光比，然后分別照射到硅基液晶反射式彩色微顯示芯片3和2上，被該兩片芯片分別調(diào)制后，將部分帶有彩色圖像信息的線偏振光反射，其偏振方向轉(zhuǎn)變90°，即光線8和9，再次通過(guò)偏振分光棱鏡組11，均分別經(jīng)過(guò)兩次偏振分光膜1(透過(guò)或反射)以保證消光比(即對(duì)比度)，并被其合成成一束光線10后，經(jīng)投影物鏡4放大成像后作投影顯示用。由于投影圖像的一部分光是來(lái)自芯片3上的p偏振光圖像，而另一部分光是來(lái)自芯片2上的s偏振光圖像，因此，觀看者可以帶上一副用偏振片制作的眼鏡，該眼鏡的兩個(gè)鏡片上分別是兩片偏振方向相互垂直的偏振片，即s和p光偏振片，使兩個(gè)眼睛分別只能看到s偏振光圖像和p偏振光圖像，從而可以形成立體視覺(jué)。
當(dāng)兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片2和3上輸入的圖像信息是完全相同的時(shí)候，通過(guò)調(diào)整該兩片顯示芯片的相對(duì)位置，可使其兩個(gè)投影圖像完全重合，此時(shí)，觀看者不必帶眼鏡就可觀看到該二維平面顯示圖像。由于該投影顯示裝置不需要預(yù)起偏器件，因而可以有效地提高系統(tǒng)的光學(xué)效率。而且，采用兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片，可以使顯示的色彩的色階灰度更豐富，特別是當(dāng)這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片的其中一片帶有紅綠藍(lán)的三基色的微型分色濾光片列陣，而另一片則帶有青黃品紅的三基色微型分色濾光片列陣，則可以構(gòu)成一個(gè)六基色的彩色顯示系統(tǒng)，使顯示的圖像具有更寬的色度范圍，可以呈現(xiàn)出更豐富、更生動(dòng)、更逼真的色彩來(lái)。本發(fā)明的這套投影顯示裝置通過(guò)控制輸入到硅基液晶反射式彩色微顯示芯片2和3上的圖像信息，可以使投影顯示圖像在二維六基色平面顯示和三維立體顯示間方便地自由切換。
在投射到各硅基液晶反射式彩色微顯示芯片上的照明光，除一部分被該芯片調(diào)制后改變了其偏振方向，去作投影顯示用外，其余部分(包括被微型分色濾光片列陣反射回去的光，和沒(méi)有被液晶改變偏振方向的光)因沒(méi)有改變偏振方向，而被按原光路反射回照明系統(tǒng)，通過(guò)一定的裝置可以將該部分光再次反射回來(lái)，加以重復(fù)利用，從而可有效地提高光的利用效率(參見(jiàn)專(zhuān)利02217355.2)，提高投影顯示圖像的亮度。
圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。它的偏振分光棱鏡組11是由四個(gè)常規(guī)的偏振分光棱鏡12按“米”字型排列膠合起來(lái)組合而成的(如圖2所示)。它的工作原理與圖1所示的按“X”狀排列組合而成的偏振分光棱鏡組完全相同。它的好處是采用常規(guī)的商品偏振分光棱鏡組合，有利于降低成本和規(guī)?；a(chǎn)。
在圖2所示的裝置中，適當(dāng)增加一些波片，可再進(jìn)一步地改善圖像的對(duì)比度。例如，在硅基液晶反射式彩色微顯示芯片的前表面上貼上一片四分之一波片，可有效地改善在有一定錐度角光線入射時(shí)引起的對(duì)比度下降情況(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利US5,327,270)。在各偏振分光棱鏡間插入一些二分之一波片也能有效地進(jìn)一步改善像質(zhì)。
圖3是對(duì)圖2所示的裝置進(jìn)行改善后的又一個(gè)實(shí)施例的示意圖。它的偏振分光棱鏡組11仍是由四個(gè)常規(guī)的偏振分光棱鏡12按“米”字型排列組合而成的，只是在各常規(guī)的偏振分光棱鏡12相結(jié)合的交界面上各貼有一片二分之一波片13。該二分之一波片的作用可使線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°(即可使s偏振光轉(zhuǎn)換成p偏振光，或使p偏振光轉(zhuǎn)換成s偏振光)。這樣，可使每一路入射到各硅基液晶反射式彩色微顯示芯片上的光線，以及從各硅基液晶反射式彩色微顯示芯片出射到投影物鏡的成像光線，均經(jīng)過(guò)一次透射和一次反射通過(guò)偏振分光膜(如圖3所示)，因而可使兩路成像光束基本平衡，且使兩路成像光束合成后的投影光束的消光比達(dá)到最佳。
本實(shí)用新型具有如下有益效果1.可以方便、簡(jiǎn)單、低成本地實(shí)現(xiàn)彩色立體顯示。
2.可以實(shí)現(xiàn)多基色的彩色顯示。
3.可以方便地在三維立體彩色顯示模式和二維多基色的彩色顯示模式間自由切換。
權(quán)利要求1.一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，包括兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片和偏振分光棱鏡組等部件，其特征在于a)所用的硅基液晶反射式彩色微顯示芯片均帶有微型分色濾光片列陣。b)兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片分別置于偏振分光棱鏡組的s方向線偏振光和p方向線偏振光的出口位置，并使得照明光線被偏振分光棱鏡組分出的s方向線偏振光和p方向線偏振光分別投射到這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片上。c)被兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片調(diào)制后反射出的，帶有圖像信息的兩束光，其偏振方向分別旋轉(zhuǎn)90度，再被偏振分光棱鏡組合成一束光束射出。d)調(diào)整這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片的相對(duì)位置，使合成后兩束帶有圖像信息的光束，各對(duì)應(yīng)象素對(duì)準(zhǔn)并重合。
2.如權(quán)利要求1所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的硅基液晶反射式彩色微顯示芯片帶有三種或三種以上顏色的微型分色濾光片列陣。
3.如權(quán)利要求1所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片均帶有紅、綠、藍(lán)三基色微型分色濾光片列陣。
4.如權(quán)利要求1所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片的一片帶有紅、綠、藍(lán)三基色微型分色濾光片列陣，而另一片則帶有青、黃、品紅三基色微型分色濾光片列陣。
5.如權(quán)利要求1所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片均帶有青、黃、品紅三基色微型分色濾光片列陣。
6.如權(quán)利要求1所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的偏振分光棱鏡是由四個(gè)在其直角面上鍍有偏振分光膜的直角棱鏡按“X”形狀排列而成的組合偏振分光棱鏡組。
7.如權(quán)利要求1所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的偏振分光棱鏡是由四個(gè)偏振分光棱鏡按“米”字形排列而成的組合偏振分光棱鏡組。
8.如權(quán)利要求7所述的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，其特征在于所用的由四個(gè)偏振分光棱鏡按“米”字形排列而成的組合偏振分光棱鏡組中，各偏振分光棱鏡相接觸的全部或者部分結(jié)合面上貼有二分之一波片。
9.如權(quán)利要求1所述的彩色三維/二維可切換的投影顯示裝置，其特征在于所用的兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片的表面上貼有四分之一波片。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置，它使用兩片帶有微分色濾光片列陣的硅基液晶反射式顯示器件，分別位于一個(gè)偏振分光棱鏡(組)的兩邊，可以同時(shí)投射出兩種偏振方向互相正交的線偏振光投影圖像，觀察者只要帶上一副用偏振片制作的眼鏡，就可使兩個(gè)眼睛分別看到不同的投影圖像，從而產(chǎn)生三維立體視覺(jué)。另外通過(guò)控制輸入到兩片微顯示芯片上的圖像信息，可以使這兩幅投影圖像相同并重合，這套裝置就切換為二維多基色的彩色投影顯示。
文檔編號(hào)G02F1/13GK2646733SQ0320972
公開(kāi)日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者邵劍心, 樊斌 申請(qǐng)人:邵劍心, 樊斌