專利名稱：大屏幕三維立體液晶投影顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維(3D)投影顯示技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及大屏幕三維(3D)立體液晶投影偏振眼鏡顯示技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三維(3D)顯示是關(guān)系國家民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防安全的高新技術(shù)，各國都投入大量人力和資金進(jìn)行研究開發(fā)，以求取得技術(shù)上的優(yōu)勢。三維顯示分為配戴眼鏡與不戴眼鏡兩大類，后者正處在研制階段，前者技術(shù)相對成熟。現(xiàn)有技術(shù)的3D顯示產(chǎn)品主要屬于該類。在3D顯示產(chǎn)品中，采用偏振眼鏡的3D顯示是當(dāng)今主流產(chǎn)品，但由于受成本等的限制，目前主要應(yīng)用于娛樂(如迪士尼樂園的立體影院)、虛擬現(xiàn)實(shí)等特殊領(lǐng)域。已投入使用的偏振型3D立體顯示裝置，一般采用兩臺2D(二維)顯示器，每臺都含有一組偏振光分離器(PBS)、液晶光閥(LCD)和投影透鏡，兩臺2D顯示器共用一個投影屏幕，兩臺2D顯示器各顯示一種偏振光圖像，分別供配戴具有不同偏振光眼鏡的兩只眼觀看，即一臺顯示一種偏振光圖像供配戴同一種偏振光眼鏡的一只眼觀看，另一臺顯示另一種偏振光圖像供配戴同一種偏振光眼鏡的另一只眼觀看(見參考文獻(xiàn)田民波.電子顯示，北京，清華大學(xué)出版社，2001，第9章)。這種結(jié)構(gòu)液晶投影顯示裝置的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，這對于顯示視頻響應(yīng)速度不夠快的液晶來說，大大降低了技術(shù)難度，但不足的是，由于該投影顯示裝置需采用兩臺2D顯示器，因此裝置體積龐大，功耗大，生產(chǎn)成本與運(yùn)行成本高。正是這些問題的存在導(dǎo)致了這類投影顯示裝置不便推廣應(yīng)用。
專利號為US 5,982,538的美國專利公開了一種新結(jié)構(gòu)的3D液晶投影顯示裝置，該裝置除了含有一組偏振光分離器(PBS)、液晶光閥(LCD)、投影透鏡和投影屏幕外，特別設(shè)置了一個偏振光轉(zhuǎn)換開關(guān)。該液晶投影顯示裝置，一個時間段投影機(jī)投射一種偏振光圖像，供配戴同一種偏振光眼鏡的一只眼觀看，在電控偏振轉(zhuǎn)換開關(guān)控制下，另一個時段投影機(jī)切換至投射另一種偏振光圖像，供配戴同一種偏振光眼鏡的另一只眼觀看。該3D液晶投影顯示裝置由于只采用了一臺投影機(jī)，成本相對降低，但需配備電控偏振轉(zhuǎn)換開關(guān)。減少一臺投影機(jī)減少了成本，但新增加的電控偏振轉(zhuǎn)換開關(guān)又增加了成本，兩者相抵，成本降低不多，且存在要求投影機(jī)具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)(120Hz相對于常規(guī)60Hz)，這對于本來就存在顯示視頻困難的液晶顯示來說技術(shù)就更難了。該技術(shù)另一個不足地方是，只利用了光源一半的光，圖像亮度受限。其另一個問題是3D圖像對比度受制于偏振轉(zhuǎn)換開關(guān)的性能好壞。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種可以解決以下技術(shù)問題的大屏幕三維立體液晶投影顯示裝置1、減小三維立體液晶投影顯示裝置的體積和功耗，降低生產(chǎn)和運(yùn)行成本；2、降低投影機(jī)對快速響應(yīng)的要求，以適應(yīng)液晶顯示視頻的技術(shù)要求；3、提高三維立體液晶投影顯示的效率(亮度、功耗)。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題可通過具有以下技術(shù)方案的大屏幕三維立體液晶投影顯示裝置實(shí)現(xiàn)。
大屏幕立體液晶投影顯示裝置，主要包括偏振光分離器(PBS)、偏振光液晶光閥(LCD)、投影透鏡和投影屏幕，所述偏振光分離器為一組，它將來自光源的非偏振光分離為P偏振光和S偏振光，所述偏振光液晶光閥為兩組，兩組偏振光液晶光閥分別對應(yīng)控制由偏振光分離器分離出的P偏振光和S偏振光，兩組偏振光液晶光閥共同使用一個投影透鏡和一個投影屏幕。
上述所說的偏振光液晶光閥為反射性偏振光液晶光閥，主要由其構(gòu)成的投影光路為反射性偏振光投影光路。所說的反射性偏振光液晶光閥，由單色的紅色偏振光光閥(R)、綠色偏振光光閥(G)、藍(lán)色偏振光光閥(B)和一個分色棱鏡構(gòu)成，三個單色偏振光光閥依次設(shè)置在分色棱鏡的三個反射方向，即設(shè)置在分色棱鏡除偏振光入射方向外的三個棱鏡面。
上述所說的偏振光液晶光閥為透射性偏振光液晶光閥，透射性偏振光液晶光閥與偏振光分離器、反射鏡和棱鏡陣列構(gòu)成透射性偏振光投影光路，反射鏡將從透射性偏振光液晶光閥透射出來的偏振光以45°出射角反射至棱鏡陣列。所說的棱鏡陣列為將入射角為45°偏振光變?yōu)榇怪比肷涿嫱干涞匿忼X型棱鏡陣列。所說的透射性偏振光液晶光閥由將線性偏振光分離為單色偏振光的彩色分離器、單色光閥和分色棱鏡組成，單色光閥位于彩色分離器出射面與分色棱鏡入射面之間的光路上。所說的將線性偏振光分離為單色偏振光的彩色分離器，其單元光路由紅色光分離器、綠色光分離器、藍(lán)色光分離器和平面反射鏡組成。
LCD3-1和LCD3-2分別組成的集成光路分別顯示左眼圖像和右眼圖像，偏振態(tài)不同的左右眼圖像，須分別由配戴相應(yīng)偏光眼鏡的左眼觀看和右眼觀看。由于左右眼觀看到的圖像不同，從而在大腦中形成3D視覺效果。
本發(fā)明還采取了其他一些技術(shù)措施。
本發(fā)明的技術(shù)核心是采用兩組偏振光液晶光閥分別對應(yīng)控制由一組偏振光分離器分離出的P偏振光和S偏振光，兩組偏振光液晶光閥共同使用一個投影透鏡和一個投影屏幕，從而獲得了與現(xiàn)有技術(shù)用兩臺單獨(dú)投影機(jī)進(jìn)行圖像投影顯示一樣的亮度、分辨率、響應(yīng)時間以及對比度的圖像效果，又省去了一套投影機(jī)的投影光學(xué)元件(投影透鏡，光源，偏振光分離器等)，這對投影光學(xué)元件在制造成本中占相當(dāng)比例的投影機(jī)來說，大大降低了裝置成本，減小了裝置體積和重量，并節(jié)省了一半光源功耗。
本發(fā)明的大屏幕三維立體液晶投影顯示裝置性能同已有技術(shù)的大屏幕三維立體液晶投影顯示裝置((1)采用兩個投影機(jī)，(2)采用一個投影機(jī)和偏振轉(zhuǎn)換器，以下簡稱方法1和方法2)進(jìn)行比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)效果(1)高效率與方法1相比，獲得同樣的亮度，本發(fā)明由于僅采用一個光源燈泡，功耗僅為方法1的一半；在光源燈泡功耗相同的情況下，本發(fā)明能獲得二倍于方法1的亮度。即效率為方法1的二倍。與方法2相比，兩者效率相同。
(2)響應(yīng)速度要求低本發(fā)明的兩組LCD只要求具有二維(2D)顯示器一樣的響應(yīng)速度(60Hz)則可，不象方法2，其LCD需要具有二倍于2D顯示器的響應(yīng)速度(120Hz)，這對于在顯示視頻時響應(yīng)速度不夠快的液晶來說，大大降低了技術(shù)難度。
(3)技術(shù)相對簡單本發(fā)明相對于方法2，其光路構(gòu)成原件增加了一組LCD，不存在新的技術(shù)問題，而方法2需要設(shè)置偏振光轉(zhuǎn)換器，這是一個新器件，技術(shù)難度大，且若偏振光轉(zhuǎn)換器對比度不高，左右眼圖像會互相串?dāng)_。
(4)成本低本發(fā)明與方法1相比少了一組PBS，投影透鏡和燈泡，大大降低了制造成本，且具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。
(5)其他本發(fā)明適用于反射型投影顯示和透射型投影顯示，包括薄膜晶體管(TFT-LCD)、液晶光閥(LCLV)、硅上液晶(LCOS)、數(shù)字微鏡顯示(DMD)，而方法2僅適用于透射型投影顯示。
四

附圖1是本發(fā)明公開的三維立體投影顯示裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
附圖2是本發(fā)明中采用的反射型LCD顯示系統(tǒng)光路圖。
附圖3是本發(fā)明中采用的透射型LCD顯示系統(tǒng)光路圖。
附圖4是透射型LCD顯示系統(tǒng)光路圖中的棱鏡陣列原理圖。
附圖5是透射型LCD顯示系統(tǒng)光路圖中的透射LCD單元光路圖。
上述各附圖中的圖示標(biāo)號為1光源燈泡，2偏振光分離器PBS，3-1、3-2偏振光液晶光閥LCD，4投影透鏡，5投影屏，6偏振光眼鏡，7分色棱鏡，8紅色偏振光液晶光閥R，9綠色偏振光液晶光閥G，10藍(lán)色偏振光液晶光閥B，11-1、11-2透射型偏振光液晶光閥LCD，12-1、12-2反射鏡，13棱鏡陣列，14彩色分離器，15分色棱鏡，16紅色光閥，17，綠色光閥，18藍(lán)色光閥，19紅色光分離片，20綠色光分離片，21藍(lán)色光分離片，22平面反射鏡。
五具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的具體描述。有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練人員根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1三維立體投影顯示裝置的LCD顯示系統(tǒng)光路為反射型LCD顯示系統(tǒng)光路，三維立體投影顯示裝置的基本結(jié)構(gòu)和反射型LCD顯示系統(tǒng)光路如附圖1和附圖2所示。
可適應(yīng)大屏幕顯示的立體液晶投影顯示裝置，其三維立體液晶投影顯示光路由將來自光源1的非偏振光分離為P偏振光和S偏振光的一組偏振光分離器(PBS)2，兩組反射型偏振光液晶光閥LCD3-1、LCD3-2，投影透鏡4和投影屏幕5組成，兩組偏振光液晶光閥LCD3-1、LCD3-2分別對應(yīng)控制由偏振光分離器分離出的P偏振光和S偏振光，兩組偏振光液晶光閥共同使用一個投影透鏡和一個投影屏幕，經(jīng)兩組偏振光液晶光閥LCD3-1、LCD3-2投影顯示的P偏振光圖像和S偏振光圖像，分別供使用者配戴具有不同偏振光眼鏡6的兩只眼觀看，即由控制P偏振光的一組偏振光液晶光閥LCD3-1投影顯示的P偏振光圖像，供配戴P偏振光眼鏡的一只眼觀看，控制S偏振光的一組偏振光液晶光閥LCD3-2投影顯示的S偏振光圖像，供配戴S偏振光眼鏡的一只眼觀看。上述所說的反射性偏振光液晶光閥LCD3-1、LCD3-2，由單色的紅色偏振光光閥(R)8，綠色偏振光光閥(G)9，藍(lán)色偏振光光閥(B)10和一個分色棱鏡7構(gòu)成，三個單色偏振光光閥依次設(shè)置在分色棱鏡的三個反射方向，即設(shè)置在分色棱鏡除偏振光入射方向外的三個棱鏡面。由反射性偏振光液晶光閥構(gòu)成的投影光路為反射性偏振光投影光路。
可適用于反射型液晶顯示的液晶有LCOS(硅上液晶)、LCLV(液晶光閥)等在本實(shí)施例中，來自光源的非偏振光經(jīng)過PBS分離后，P偏振光進(jìn)入由LCD3-1組成的光路，S偏振光進(jìn)入由LCD3-2組成的光路，這對于單臺二維LCD投影機(jī)不用的S偏振光(占光源的一半)在這里被得到了利用。且兩組LCD3-1、LCD3-2共用投影透鏡和PBS。
實(shí)施例2三維立體投影顯示裝置的LCD投影顯示系統(tǒng)光路為透射型LCD投影顯示系統(tǒng)光路，三維立體投影顯示裝置的基本結(jié)構(gòu)、透射型LCD投影顯示系統(tǒng)光路和透射型LCD的單元光路如附圖1、附圖3、附圖4和附圖5所示。
可適應(yīng)大屏幕顯示的立體液晶投影顯示裝置，其三維立體液晶投影顯示光路由將來自光源1的非偏振光分離為P偏振光和S偏振光的一組偏振光分離器(PBS)2，主要由透射型偏振光液晶光閥LCD11-1、LCD11-2構(gòu)成的兩組集成光路，投影透鏡4和投影屏幕5組成，兩組透射型偏振光液晶光閥集成光路分別對應(yīng)控制由偏振光分離器分離出的P偏振光和S偏振光，兩組偏振光液晶光閥集成光路共同使用一個投影透鏡和一個投影屏幕，經(jīng)兩組偏振光液晶光閥LCD11-1、LCD11-2集成光路投影顯示的P偏振光圖像和S偏振光圖像，分別供使用者配戴具有不同偏振光眼鏡6的兩只眼觀看，即由控制P偏振光的一組偏振光液晶光閥LCD11-1集成光路投影顯示的P偏振光圖像，供配戴P偏振光眼鏡的一只眼觀看，控制S偏振光的一組偏振光液晶光閥LCD11-2集成光路投影顯示的S偏振光圖像，供配戴S偏振光眼鏡的一只眼觀看。
上述所說的反射性偏振光液晶光閥LCD11-1、LCD11-2集成光路，如附圖3所示，由透射性偏振光液晶光閥LCD11-1、LCD11-2，反射鏡12-1、12-2和棱鏡陣列13構(gòu)成，反射鏡為平面鏡，將從透射性偏振光液晶光閥透射出來的偏振光以45°反射角反射至棱鏡陣列。所說的棱鏡陣列13為鋸齒型棱鏡陣列，其入射鏡面為平面，出射鏡面為鋸齒面，以45°為入射角入射的偏振光經(jīng)鋸齒型棱鏡陣列變?yōu)橐源怪比肷涿娣较蚱叫型干渲镣队巴哥R。
所說的透射性偏振光液晶光閥的單元光路，由將線性偏振光分離為單色偏振光的彩色分離器14、分色棱鏡15和依次設(shè)置在分色棱鏡除偏振光透射方向以外的三個棱鏡面周圍的紅色光閥16、綠色光閥17及藍(lán)色光閥18組成，單色光閥位于彩色分離器出射面與分色棱鏡入射面之間的光路上。而所說的彩色分離器又由紅色光分離片19、綠色光分離片20、藍(lán)色光分離片21和平面反射鏡22組成，如附圖7所示。
在本實(shí)施例中，來自光源的非偏振光經(jīng)過PBS分離后，P偏振光進(jìn)入主要由LCD11-1組成的集成光路，S偏振光進(jìn)入主要由LCD11-2組成的集成光路，這對于單臺二維LCD投影機(jī)不用的S偏振光(占光源的一半)在這里被得到了利用。且兩組LCD11-1、LCD11-2共用投影透鏡和PBS。
權(quán)利要求
1.一種大屏幕立體液晶投影顯示裝置，主要包括偏振光分離器(2)、液晶光閥(3)、投影透鏡(5)和投影屏幕(6)，其特征在于將來自光源的非偏振光分離為P偏振光和S偏振光的偏振光分離器為一組，液晶光閥為兩組，兩組液晶光閥分別對應(yīng)控制由偏振光分離器分離出的P偏振光和S偏振光，兩組偏振光液晶光閥共同使用一個投影透鏡和一個投影屏幕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于所說的液晶光閥為反射性液晶光閥，其構(gòu)成的投影光路為反射性偏振光投影光路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于所說的反射性液晶光閥的光路由紅色光光閥(R)、綠色光光閥(G)和藍(lán)色光光閥(B)與一個分色棱鏡構(gòu)成，三個單色光光閥依次設(shè)置在分色棱鏡的三個反射方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于所說的液晶光閥為透射性液晶光閥，與偏振光分離器(2)、反射鏡(10)和棱鏡陣列(11)構(gòu)成透射性偏振光投影光路，反射鏡將從透射性液晶光閥透射出來的偏振光反射至棱鏡陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于從透射性液晶光閥透射出來的偏振光以45°入射角入射至反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于所說的棱鏡陣列為將入射角為45°偏振光變?yōu)榇怪比肷涿嫱干涞匿忼X型棱鏡陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于所說的透射性液晶光閥由將線性偏振光分離為單色偏振光的彩色分離器(13)、單色光閥和分色棱鏡(15)組成，單色光閥位于彩色分離器出射面與分色棱鏡入射面之間的光路上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大屏幕立體液晶投影顯示裝置，其特征在于所說的將線性偏振光分離為單色偏振光的彩色分離器，由紅色光分離片、綠色光分片、藍(lán)色光分離片和反射鏡組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大屏幕立體液晶投影顯示裝置，主要包括一組將來自光源的非偏振光分離為P偏振光和S偏振光的偏振光分離器(PBS)，分別對應(yīng)控制P偏振光和S偏振光的兩組偏振光液晶光閥LCD3－1、LCD3－2，兩組偏振光液晶光閥共同使用一個投影透鏡和一個投影屏幕。LCD3－1和LCD3－2分別組成的集成光路分別顯示左眼圖像和右眼圖像，偏振態(tài)不同的左右眼圖像分別由配戴相應(yīng)偏振光眼鏡的左眼觀看和右眼觀看，從而在大腦中形成3D視覺效果。本發(fā)明具有與現(xiàn)有技術(shù)采用兩臺單獨(dú)投影機(jī)進(jìn)行圖像投影顯示一樣的亮度、分辨率、響應(yīng)時間以及對比度的圖像效果，但又省去了一套投影機(jī)的投影光學(xué)元件因此，大大降低了裝置成本，減小了裝置體積和重量，并節(jié)省了一半光源功耗。
文檔編號G03B21/00GK1645186SQ20051002031
公開日2005年7月27日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者王瓊?cè)A 申請人:四川大學(xué)