專利名稱：一種反射式液晶顯示光機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種液晶投影儀器。
背景技術(shù)：
近幾年來液晶投影技術(shù)得到了巨大發(fā)展，尤其是反射式液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于娛樂、辦公、教育等領(lǐng)域。這一技術(shù)提高了人們的生活質(zhì)量，帶動(dòng)了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
一般液晶投影系統(tǒng)由光源組件，光學(xué)引擎，投影鏡頭等元件組成。光源組件一般包括照明光源、準(zhǔn)直透鏡組(將照明光源發(fā)射的發(fā)散光變成平行光束)、濾光器(濾去光束中紅外和紫外光)、偏振片(將光源的自然偏振光變成線偏振光)。在光學(xué)引擎中，光源的光束被分成紅綠藍(lán)三色，三色光束分別被三個(gè)反射式液晶(例如，目前的LCOS芯片)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制；光學(xué)引擎再將三色光合為一束，投射到投影鏡頭并在屏幕上形成圖像。
公開日2002年1月9日，公開號(hào)為CN1330280A的中國(guó)發(fā)明專利“液晶顯示投影機(jī)”公開說明書中公開了一種含有斜方棱鏡三色合/分光引擎的液晶顯示投影機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括偏振分光鏡1、斜方棱鏡2、補(bǔ)償棱鏡3、投影鏡頭4和液晶5、6、7。光源組件100射出的光束經(jīng)光學(xué)引擎分光，調(diào)制，合光后，通過投影鏡頭4，投影到屏幕上。此種液晶顯示投影機(jī)的不足在于(1)該液晶顯示投影機(jī)的光學(xué)引擎對(duì)斜方棱鏡的鍍膜要求高，由于現(xiàn)有的鍍膜技術(shù)很難做出高質(zhì)量的分光棱鏡，使得斜方棱鏡的加工存在困難，特別是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在一定的困難；(2)該液晶顯示投影機(jī)的分/合光系統(tǒng)需要小焦距和有很大后截距的鏡頭。這對(duì)投影鏡頭的設(shè)計(jì)帶來很大的困難，也增加了鏡頭的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明人在2002年6月24日申請(qǐng)了發(fā)明專利“反射式液晶顯示機(jī)”，申請(qǐng)?zhí)枮?3137757.2，該發(fā)明申請(qǐng)中提到了一種如圖2所示的反射式液晶顯示光機(jī)，該光機(jī)的分/合光系統(tǒng)包括兩個(gè)偏振片、兩個(gè)寬波帶波片、偏振分光鏡、分色鏡及可分別調(diào)制紅、綠、藍(lán)三色光的三個(gè)反射式液晶；所述偏振分光鏡是一個(gè)由兩個(gè)三角棱鏡組成的棱鏡，在兩個(gè)三角棱鏡的公共膠合面上鍍有寬波長(zhǎng)偏振分光膜；所述分色鏡是一塊鍍有雙色分光膜的平面分色鏡。該光機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便于生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。但是也有一個(gè)對(duì)比度較難提高的缺點(diǎn)?，F(xiàn)有的普通偏振分光鏡對(duì)反射光有很好的消光比，透射光的消光比較差。消光比高則投影的對(duì)比度高。在實(shí)際應(yīng)用中，由于考慮平面分色鏡的鍍膜需要，往往將平面分色鏡用來分紅、藍(lán)光。也就是說綠光是被偏振分光鏡透射，紅、藍(lán)是被偏振分光鏡反射的。所以這種結(jié)構(gòu)的投影光機(jī)綠光的對(duì)比度相對(duì)不高。但是由于投影光機(jī)的大部分能量集中在綠光上(綠光的能量是紅藍(lán)光能量之和的數(shù)倍)，這樣就大大削弱光機(jī)整體的對(duì)比度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，技術(shù)要求低，對(duì)比度高的利于規(guī)模生產(chǎn)的液晶顯示投影機(jī)。
本發(fā)明的方案如下一種反射式液晶顯示光機(jī)，包括光源組件，分/合光系統(tǒng)和投影鏡頭，其特征在于所述分/合光系統(tǒng)包括起偏器、兩個(gè)寬波帶波片、偏振分光器件、鍍有雙色分光膜的平面分色鏡、檢偏器，以及可分別調(diào)制紅、綠、藍(lán)三色光的三個(gè)反射式液晶；從所述光源組件出射進(jìn)入分/合光系統(tǒng)的偏振光經(jīng)起偏器、第一寬波帶波片進(jìn)入偏振分光器件，從偏振分光器件反射的一路光束入射到第一反射式液晶上，從偏振分光器件透射的另一路光束經(jīng)所述分色鏡分光后，分別入射到另外兩個(gè)反射式液晶上；經(jīng)過三個(gè)反射式液晶調(diào)制后的反射光束沿原光路返回，經(jīng)所述偏振分光器件、第二寬波帶波片和檢偏器投射到所述的投影鏡頭。
本發(fā)明中所述偏振分光器件是由兩個(gè)三角棱鏡組成的偏振分光鏡，在兩個(gè)三角棱鏡的公共膠合面上鍍有寬波長(zhǎng)偏振分光膜或刻上具有偏振分光功能的光柵。
本發(fā)明中所述偏振分光器件還可以是具有偏振分光功能的光柵或在透明平板基底上鍍偏振分光膜的平面偏振分光鏡。
所述的寬波帶波片是一塊只對(duì)單基色起作用的波片，或者是一塊對(duì)兩種顏色的光起作用的波片。
所述的寬波帶波片是兩塊只對(duì)單基色起作用的波片疊加組成的。
所述分色鏡鍍的雙色分光膜中的雙色是紅、綠、藍(lán)三基色中的任意兩種顏色。
本發(fā)明中所述起偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光柵。
本發(fā)明中所述檢偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光柵。
本發(fā)明的分/合光系統(tǒng)所需的光學(xué)器件較少，對(duì)比度高，并且調(diào)試和定位方便。本發(fā)明的這一特點(diǎn)將降低投影機(jī)成本，使液晶顯示投影機(jī)更容易進(jìn)入家庭。


圖1為現(xiàn)有公開的液晶顯示投影機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為在前發(fā)明專利申請(qǐng)的液晶顯示投影機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本發(fā)明的組成和工作過程如圖3、圖4所示，本發(fā)明的光源組件包括照明光源、準(zhǔn)直透鏡組、濾光器和偏振片，在這兩個(gè)實(shí)施例中分/合光系統(tǒng)的偏振分光器件是由兩個(gè)三角棱鏡組成的偏振分光鏡，在兩個(gè)三角棱鏡的公共膠合面上鍍有寬波長(zhǎng)偏振分光膜或刻上具有偏振分光功能的光柵。起偏器和檢偏器采用偏振片或具有偏振分光功能的光柵。
根據(jù)從光源組件出射進(jìn)入分/合光系統(tǒng)是P偏振光還是S偏振光，可以有兩種情況1)若從光源組件出射的是P偏振光8。那么P偏振態(tài)的A、B、C(代表紅、綠、藍(lán)三色光的一種組合)三色光經(jīng)過起偏器9提純，然后入射到第一寬波帶波片10，將A顏色光的P偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)镾偏振光，其余兩種光仍然為P偏振光。然后這三束光入射到偏振分光鏡(PBS)11，A顏色偏振光經(jīng)過偏振分光鏡11被反射，B、C顏色偏振光經(jīng)過偏振分光鏡被直接透射。B、C兩種顏色的P偏振光從偏振分光鏡透射出來以后，經(jīng)過一個(gè)與偏振分光鏡表面成一定角度的鍍雙色分光膜的平面分色鏡12，將B、C顏色光中的一種反射，另外一種透射，實(shí)現(xiàn)B、C分光。這樣最終實(shí)現(xiàn)了A、B、C三色光的分光，也就是實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)三色的分光。三色光最終分別照在三個(gè)反射式液晶的表面。若經(jīng)過三個(gè)液晶5、6和7反射的光分別被液晶調(diào)制偏振態(tài)發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，那么經(jīng)液晶反射回來的A光(偏振態(tài)為P)直接從偏振分光鏡透射；經(jīng)液晶反射的B、C光(偏振態(tài)為S)經(jīng)分色鏡合光以后到達(dá)偏振分光鏡，被偏振分光鏡反射，這樣就實(shí)現(xiàn)了A、B、C三色光的合光，也就是實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)三色光的合光。合光后的光束經(jīng)過投影鏡頭投影，此時(shí)投影出來的亮態(tài)。
若經(jīng)過液晶反射的光被液晶調(diào)制偏振態(tài)沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，則通過投影鏡頭得到的是暗態(tài)。改變液晶上的調(diào)制電壓可以改變從液晶反射回來的光的偏轉(zhuǎn)角度，經(jīng)投影鏡頭投影就可以得到不同的灰度。為了進(jìn)一步提高性能，在投影鏡頭前加第二寬波帶波片13和檢偏器14。第二寬波帶波片的作用是把A、B、C三色光的偏振態(tài)變成一致，檢偏器的作用是再次對(duì)投影光進(jìn)行提純。
2)若從光源組件出射的是S偏振光8，那么S偏振態(tài)的A、B、C(代表紅、綠、藍(lán)三色光的一種組合)三色光經(jīng)過起偏器9后，入射到第一寬波帶波片10，將A、B兩種顏色光的S偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)镻偏振光，C光仍然為S偏振光。然后，這三束光入射到偏振分光鏡11，A、B顏色偏振光經(jīng)過偏振分光鏡被透射，C顏色偏振光經(jīng)過偏振分光鏡直接反射。同理A、B兩種顏色的P偏振光從偏振分光鏡出來以后，被分色鏡分光，將其中的一種反射，另外一種透射，實(shí)現(xiàn)A、B分光。最終實(shí)現(xiàn)了A、B、C三色光的分光，也就是實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)三色的分光。合光的原理與第1)種情況類似。
圖5和圖6所示實(shí)施例中的偏振分光器件采用具有偏振分光功能的光柵或在透明平板基底上鍍偏振分光膜的平面偏振分光鏡，起偏器和檢偏器采用偏振片或具有偏振分光功能的光柵。光機(jī)的工作過程與前述實(shí)施例中描述的工作過程相同。
采用具有偏振分光功能的光柵分/合光系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)(1)消光比不隨入射光角度的改變而改變；(2)散熱好，不存在由于熱用力引起玻璃雙折射的問題。這些優(yōu)點(diǎn)可以大大提高投影光機(jī)的對(duì)比度。
本發(fā)明中的寬波帶波片可采用美國(guó)ColorLink公司提供的ColorSelect波片。具有偏振分光功能的光柵可以是美國(guó)MOXTEK公司的的金屬線柵偏振片(WGP)。
權(quán)利要求
1.一種反射式液晶顯示光機(jī)，包括光源組件，分/合光系統(tǒng)和投影鏡頭，其特征在于所述分/合光系統(tǒng)包括起偏器、兩個(gè)寬波帶波片、偏振分光器件、鍍有雙色分光膜的平面分色鏡、檢偏器，以及可分別調(diào)制紅、綠、藍(lán)三色光的三個(gè)反射式液晶；從所述光源組件出射進(jìn)入分/合光系統(tǒng)的偏振光經(jīng)起偏器、第一寬波帶波片進(jìn)入偏振分光器件，從偏振分光器件反射的一路光束入射到第一反射式液晶上，從偏振分光器件透射的另一路光束經(jīng)所述分色鏡分光后，分別入射到另外兩個(gè)反射式液晶上；經(jīng)過三個(gè)反射式液晶調(diào)制后的反射光束沿原光路返回，經(jīng)所述偏振分光器件、第二寬波帶波片和檢偏器投射到所述的投影鏡頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述偏振分光器件是由兩個(gè)三角棱鏡組成的偏振分光鏡，在兩個(gè)三角棱鏡的公共膠合面上鍍有寬波長(zhǎng)偏振分光膜或刻上具有偏振分光功能的光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述偏振分光器件是具有偏振分光功能的光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述偏振分光器件是在透明平板基底上鍍偏振分光膜的平面偏振分光鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述的寬波帶波片是一塊只對(duì)單基色起作用的波片，或者是一塊對(duì)兩種顏色的光起作用的波片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述的寬波帶波片是兩塊只對(duì)單基色起作用的波片疊加組成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述分色鏡鍍的雙色分光膜中的雙色是紅、綠、藍(lán)三基色中的任意兩種顏色。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述起偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光柵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的反射式液晶顯示光機(jī)，其特征在于所述檢偏器是偏振片或具有偏振分光功能的光柵。
全文摘要
一種反射式液晶顯示光機(jī)，屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域。本發(fā)明公開了一種對(duì)比度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的反射式液晶顯示光機(jī)，包括光源組件，分/合光系統(tǒng)和投影鏡頭，分/合光系統(tǒng)包括起偏器、兩個(gè)寬波帶波片、偏振分光器件、鍍有雙色分光膜的平面分色鏡、檢偏器及可分別調(diào)制紅、綠、藍(lán)三色光的三個(gè)反射式液晶；從光源組件出射進(jìn)入分/合光系統(tǒng)的偏振光經(jīng)起偏器、第一寬波帶波片進(jìn)入偏振分光器件，從偏振分光器件反射的一路光束入射到第一反射式液晶上，從偏振分光器件透射的另一路光束經(jīng)分色鏡分光后，分別入射到另外兩個(gè)反射式液晶上；經(jīng)過三個(gè)反射式液晶調(diào)制后的反射光束沿原光路返回，經(jīng)偏振分光器件、第二寬波帶波片和檢偏器投射到投影鏡頭。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK1540392SQ20031010305
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者朱鈞, 張書練, 朱 鈞 申請(qǐng)人:清華大學(xué)