專利名稱：彩色顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于彩色投影顯示裝置和彩色微型顯示裝置的改進。
隨著HDTV的發(fā)展，彩色投影顯示技術及其裝置正發(fā)揮十分重要的作用。彩色投影顯示裝置是利用光學系統(tǒng)和投影空間將由信息控制的彩色發(fā)光圖像放大并顯示在投影屏幕上的裝置。彩色顯示投影裝置通常由顯示彩色發(fā)光圖像的顯示器件、光學透鏡系統(tǒng)和投影屏幕等組成。其中顯示器件可僅由一個彩色顯示器件或紅、綠、藍三個單色顯示器件或一組彩色顯示器件或數(shù)組紅、綠、藍單色顯示器件構成。目前主要的彩色投影顯示方式有PRT(投影管)式、LCD(液晶顯示屏)式和DMD(數(shù)字微鏡器件)式。PRT彩色投影顯示方式又分為單管式和三管式，目前幾乎全采用三管式。LCD彩色投影顯示方式又分為單屏式和三屏式，DMD彩色投影顯示方式又分為單DMD式和三DMD式。投影屏幕的作用是提供一個光學傳輸表面，使顯示器件上發(fā)光圖像經(jīng)光學透鏡系統(tǒng)投射在投影屏幕上，形成畫面尺寸更大的彩色圖像。
近幾年來微顯示技術正突飛猛進地發(fā)展，彩色微型顯示裝置在計算機、通訊和娛樂等應用領域起著越來越重要的作用。由于肉眼無法分辨彩色微型顯示器件上極小的像素，因此需用一光學放大系統(tǒng)放大圖像。用于放大圖像的方法有投影成像和虛擬成像，虛擬成像可簡單地對彩色微型顯示器件放大而進行，使用者直接通過透鏡觀看。用于虛擬顯示的彩色微型顯示器件主要是AMLCD，特別是CMOS-AMLCD，其次是p-SiAMLCD，它們也分成單屏式和三屏式，另外還有DMD等，DMD也分成單DMD式和三DMD式。
但現(xiàn)有結構的彩色投影顯示裝置和彩色微型顯示裝置(以下有時統(tǒng)稱為顯示裝置)有以下缺點對于三PRT式、三液晶屏式和三DMD式顯示裝置而言，光學系統(tǒng)較復雜，成本高，同時紅、綠、藍三色發(fā)光圖像的會聚較難，圖像質量易受影響。對于單液晶屏式顯示裝置而言，雖然裝置簡化，但需要通過分色鏡等將紅、綠、藍光進行分色，并且要分別使其以一定角度正確照射在液晶屏中相應的紅、綠、藍色像素上，對光學系統(tǒng)的要求更加嚴格。對于單DMD式顯示裝置而言，裝置也簡化，但是需要采用機械方法使濾色輪保持恒定的轉速高速轉動，并且亮度顯著降低，圖像質量較差。
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的顯示裝置中存在的上述缺點。本發(fā)明的單屏式和單DMD式顯示裝置中采取以下方法1．用顯示單色圖像的單色顯示器件代替現(xiàn)有顯示裝置中顯示彩色圖像的顯示器件，在單色圖像中隱含有彩色圖像，2．在投影屏幕前增加一個彩色或雙色發(fā)光屏和一個光學透鏡系統(tǒng)，可實現(xiàn)這一目的。
下面進行詳細說明。
LCD彩色投影顯示方式分為三屏式和單屏式，三屏式原理是把來自光源的白色光通過分色鏡分成紅、綠、藍三色光，分別照射到各自對應的液晶屏上，在三塊液晶屏中像素分別經(jīng)紅、綠、藍三種基色信號調制，產(chǎn)生紅、綠、藍單色圖像，經(jīng)會聚和合成，最后投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。三屏式彩色投影顯示裝置復雜，圖像會聚較難。單屏式原理是把來自光源的白色光通過三個傾斜排列的分色鏡等分成紅、綠、藍三色光，分別使其以一定角度正確照射在液晶屏中相應的紅、綠、藍三類像素上，經(jīng)紅、綠、藍三種基色信號調制后，產(chǎn)生彩色圖像，此彩色圖像再投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。單屏式彩色投影顯示裝置雖然簡單，但對分色光學系統(tǒng)的要求更復雜和更嚴格。
本發(fā)明的單屏式彩色投影顯示裝置中主要采用藍色光源、一個液晶屏、第一光學投影系統(tǒng)、雙色發(fā)光屏、第二光學投影系統(tǒng)和投影屏幕等。藍色光源和一個液晶屏構成藍色顯示器件。在液晶屏中像素分為紅、綠、藍三類，它們分別對應于紅、綠、藍三種基色信號，在雙色發(fā)光屏上涂復有紅、綠色發(fā)光粉點，它們在藍光激發(fā)下分別發(fā)出紅、綠光，并分別對應于液晶屏中紅、綠兩類像素。其工作原理如下當光源發(fā)出的藍色光照射在液晶屏上時，紅、綠、藍三類像素分別受到紅、綠、藍基色信號調制，產(chǎn)生隱含有彩色圖像的藍色圖像，藍色圖像通過第一光學投影系統(tǒng)投射到雙色發(fā)光屏上，藍色圖像中受到紅、綠基色信號調制的藍色光分別激發(fā)雙色發(fā)光屏上相應的紅、綠色發(fā)光粉點，發(fā)出紅、綠色光，而藍色圖像中受到藍信號調制的藍色光直接反射或者透射，從而使藍色圖像轉換為彩色圖像，此彩色圖像再通過第二光學投影系統(tǒng)投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。由于不需要分色鏡等光學系統(tǒng)對紅、綠、藍三色光進行分色和合成，顯示裝置大為簡化，成本顯著下降，并且不存在彩色會聚的問題，彩色圖像質量得到顯著改善。與現(xiàn)有的單屏式彩色投影顯示裝置相比，本發(fā)明的單屏式彩色投影顯示裝置中液晶屏不僅可采用透射式，還可采用反射式，包括LCOS等。
DMD是最近出現(xiàn)并迅速發(fā)展的一種極有前途的新型顯示器件，DMD彩色投影顯示方式分為三DMD式和單DMD式。三DMD式原理類似于三屏式，即它把來自光源的白色光也通過分色鏡分成紅、綠、藍三色光，再分別照射到各自對應的DMD上，在三個DMD中微鏡(即像素)分別經(jīng)紅、綠、藍基色信號調制后，產(chǎn)生紅、綠、藍單色圖像，再經(jīng)會聚、合成，最后投射到投影屏幕上形成畫面尺寸更大的彩色圖像。三DMD式結構與三屏式類似，主要區(qū)別是三塊液晶屏被三個DMD代替。但在三屏式中液晶屏可用透射方式，也可用反射方式，在三DMD式中DMD只可用反射方式。三DMD式缺點和三液晶屏式大致相同。單DMD式采用一個DMD和具有紅、綠、藍光譜的白色光源，在光源和DMD間加入一個高速轉動的濾色輪。當濾色輪轉動時，它依次將白光轉換為紅、綠、藍色光。當濾色輪轉到紅色區(qū)域時，顯示紅色圖像，轉到綠色區(qū)域時，顯示綠色圖像，轉到藍色區(qū)域時，顯示藍色圖像。在濾色輪轉速足夠快的情況下，因人眼視覺暫留特性，形成彩色圖像。單DMD式采用場順序方法進行彩色顯示，因此亮度顯著降低，同時需要采用機械方法保證濾色輪以恒定的轉速高速轉動，圖像質量容易受到影響。與三DMD式相比，單DMD式圖像質量較差。
本發(fā)明的一種單DMD式彩色投影顯示裝置中主要采用一個DMD、紫外光源、第一光學投影系統(tǒng)、彩色發(fā)光屏、第二光學投影系統(tǒng)和投影屏幕等。紫外光源和DMD構成紫外色顯示器件。在DMD中微鏡分為紅、綠、藍三類，并分別對應于紅、綠、藍三種基色信號。彩色發(fā)光屏上涂復有紅、綠、藍色發(fā)光粉點，它們在紫外光激發(fā)下分別發(fā)出紅、綠、藍光，并分別對應于DMD中紅、綠、藍微鏡。其工作原理如下當光源發(fā)出的紫外光照射在DMD時，紅、綠、藍微鏡分別受到紅、綠、藍三種基色信號調制，產(chǎn)生隱含有彩色圖像的紫外色圖像，當紫外色圖像通過第一光學投影系統(tǒng)投射到彩色發(fā)光屏上時，在紫外色圖像中受到紅、綠、藍信號調制的紫外光分別激發(fā)彩色發(fā)光屏上相應的紅、綠、藍色發(fā)光粉點，使紫外色圖像轉換為彩色圖像，此彩色圖像再通過第二光學投影系統(tǒng)投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。由于不需要分色鏡或濾色輪等光學部件對紅、綠、藍三色光進行分色和合成，顯示裝置大為簡化，成本顯著下降，并且不存在彩色會聚問題，發(fā)光效率又高，因此彩色圖像質量獲得了顯著改善。
紫外光源可以是短波紫外光源，也可以是長波紫外光源，紫外光源還可以用紫色光源代替，相應地在彩色發(fā)光屏上要涂復不同發(fā)光材料的紅、綠、藍色發(fā)光粉點，以保證它們在不同波長的紫外光或紫色光激發(fā)下具有較高發(fā)光亮度。另外紫外光源也可用藍色光源代替，此時取代彩色發(fā)光屏而采用涂復有紅、綠色發(fā)光粉點的雙色發(fā)光屏。液晶屏通常由偏振片、液晶等材料組成，偏振片、液晶都是高分子材料。如果采用藍色光源，可以避免它們在紫外線作用下發(fā)生老化，增加壽命。液晶屏可用透射方式，也可用反射方式，為了增加開口率，在透射式液晶屏前可設置微透鏡陣列(MLA)。DMD只可用反射方式。
為了提高對比度，改進色純，在彩色或雙色發(fā)光屏上紅、綠、藍光透射或反射的位置上可相應地設置紅、綠、藍色微濾光膜。在彩色或雙色發(fā)光屏上涂復的紅、綠、藍色發(fā)光粉點中發(fā)光材料可以是無機發(fā)光材料，也可是有機發(fā)光材料。對于短波紫外光源，發(fā)光材料主要選用無機發(fā)光材料，例如三基色熒光燈用紅、綠、藍色發(fā)光材料。而對于長波紫外光源，無機發(fā)光材料主要選用熒光水銀燈用紅、綠、藍發(fā)光材料，有機發(fā)光材料主要選用紅、綠、藍熒光色素。對于藍色光源，紅、綠色發(fā)光材料主要選用有機發(fā)光材料，例如紅、綠熒光色素。
以上說明也適用于彩色微型顯示裝置，但在彩色微型顯示裝置中投影屏幕不再需要，第一投影光學系統(tǒng)的主要作用仍然是將在單色顯示器件中產(chǎn)生的隱含有彩色圖像的單色圖像投射在彩色或雙色發(fā)光屏上，而第二投影光學系統(tǒng)的作用也不再是通過投影來放大圖像，而僅僅是放大圖像，即通過它直接觀看圖像而獲得一個放大的虛擬彩色圖像。因此彩色投影顯示裝置中的第二投影光學系統(tǒng)在彩色微型顯示裝置中應稱作光學放大系統(tǒng)，相應地彩色投影裝置中的第一投影光學系統(tǒng)在微型彩色顯示裝置中應稱作投影光學系統(tǒng)。為了敘述方便，可分別將其統(tǒng)稱作第一光學透鏡系統(tǒng)和第二光學透鏡系統(tǒng)。
根據(jù)以上的分析可知(1)單色顯示器件的作用是產(chǎn)生隱含有彩色圖像的單色圖像，如果使單色圖像激發(fā)發(fā)光材料，則它將轉換成彩色圖像。單色顯示器件可以是紫外色顯示器件，它發(fā)出紫外色光，產(chǎn)生不可見的紫外色圖像，單色顯示器件也可以是紫色或藍色顯示器件，它發(fā)出紫色或藍色光，產(chǎn)生可見的紫色圖像或藍色圖像。(2)第一光學透鏡系統(tǒng)的主要作用是將在單色顯示器件中產(chǎn)生的隱含有彩色圖像的單色圖像投射在彩色或雙色發(fā)光屏上。根據(jù)需要，它可起放大圖像的作用。(3)彩色或雙色發(fā)光屏的作用是通過發(fā)光粉點中發(fā)光材料的光致發(fā)光將投射在其上的單色圖像轉換成彩色圖像。(4)第二光學透鏡系統(tǒng)的作用是放大圖像，在彩色投影顯示裝置中它起投影放大成像的作用，即將彩色或者雙色發(fā)光屏上彩色圖像投射在投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。它在微型彩色顯示裝置中起虛擬放大成像的作用，即通過它直接觀看彩色或雙色發(fā)光屏上彩色圖像而獲得一個放大的虛擬彩色圖像。
總之，本發(fā)明的彩色投影顯示裝置或彩色微型顯示裝置中至少包括單色顯示器件、第一光學透鏡系統(tǒng)、彩色或雙色發(fā)光屏、第二光學透鏡系統(tǒng)，在單色顯示器件中產(chǎn)生的隱含有彩色圖像的單色圖像經(jīng)第一光學透鏡系統(tǒng)投射在彩色或雙色發(fā)光屏上，激發(fā)發(fā)光材料而轉換成彩色圖像，此彩色圖像再經(jīng)第二光學透鏡系統(tǒng)放大，形成尺寸更大的彩色圖像。對于紫外色或紫色顯示器件，在彩色發(fā)光屏上涂復有紅、綠、藍色發(fā)光粉點，它們在紫外光或紫色光激發(fā)下分別發(fā)出紅、綠、藍色光。對于藍色顯示器件，在雙色發(fā)光屏上涂復有紅、綠色發(fā)光粉點，它們在藍色光激發(fā)下分別發(fā)出紅、綠色光。單色顯示器件由具有相同顏色的光源和液晶屏或數(shù)字微鏡器件組成。在彩色或雙色發(fā)光屏上涂復的發(fā)光粉點中發(fā)光材料可以是無機發(fā)光材料，也可以是有機發(fā)光材料。
本發(fā)明的顯示裝置僅使用一個單色顯示器件，光學系統(tǒng)簡單，不需要對紅、綠、藍三色光分色和合成，成本低，并且不存在會聚問題，亮度較高，圖像質量獲得較大改善，它不僅適用于背投式，而且適用于前投式。


圖1、圖2、圖4和圖5是本發(fā)明的顯示裝置結構圖。1A是鉛-汞囟化物燈，1B是碘化銦燈，1C是帶有藍色冷陰極熒光燈的背光源，2A是DMD，2B是反射式TFT-液晶屏，2C是透射式低溫多晶硅TFT-液晶屏，3A是第一投影透鏡系統(tǒng)，3B是投影透鏡系統(tǒng)，4A是彩色發(fā)光屏，4B是雙色發(fā)光屏，5A是第二投影透鏡系統(tǒng)，5B是放大透鏡系統(tǒng)，6是投影屏幕，⑥是虛擬圖像，F(xiàn)是濾光鏡，R、G、B分別是紅、綠、藍色發(fā)光粉點，R-CF、G-CF、B-CF分別是藍色微濾光膜，E是觀看者。圖3是現(xiàn)有的單DMD式彩色投影顯示裝置結構圖，1是白色金屬囟化物燈，4是投影屏幕，F(xiàn)W是濾色輪，M是馬達，其余同上。圖6是現(xiàn)有的單屏式彩色投影顯示裝置結構圖，2是非晶硅TFT-液晶屏，MLA是微透鏡陣列，M1、M2和M3是分色鏡，I是集光器，L是準直透鏡，R是反射鏡，其余同上。圖7是現(xiàn)有三屏式彩色投影顯示裝置結構圖，2R、2G、2B分別是紅、綠、藍多晶硅TFT-液晶屏，M1、M2、M3和M4是分色鏡，R1、R2是反射鏡。
下面以實例具體說明。
實例1在圖1的彩色投影顯示裝置中1A是鉛-汞囟化物燈，2A是DMD，3A是第一投影透鏡系統(tǒng)，4A是彩色發(fā)光屏，5A是第二投影透鏡系統(tǒng)，6是投影屏幕。DMD上有307200組微鏡，每組微鏡由紅、綠、藍各一個微鏡構成，紅、綠、藍微鏡按品字形排列，它們分別對應于紅、綠、藍基色信號。在彩色發(fā)光屏上涂復有307200組按品字形排列的紅、綠、藍色發(fā)光粉點(R、G、B)，它們分別與DMD上紅、綠、藍微鏡相對應。當鉛-汞囟化物燈發(fā)出的紫外光投射在DMD上時，紅、綠、藍微鏡受到紅、綠、藍基色信號調制，產(chǎn)生隱含有彩色圖像的紫外色圖像，紫外色圖像經(jīng)第一投影透鏡系統(tǒng)投射到彩色發(fā)光屏上，在紫外色圖像中經(jīng)紅、綠、藍基色信號調制的紫外光分別激發(fā)彩色發(fā)光屏上相應的紅、綠、藍色發(fā)光粉點，從而將隱含的彩色圖像轉換為可見的彩色發(fā)光圖像，此彩色發(fā)光圖像再經(jīng)第二投影透鏡系統(tǒng)投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。
實例2在圖2的彩色投影顯示裝置中1B是碘化銦燈，4B是雙色發(fā)光屏。在雙色發(fā)光屏上涂復有307200組按照品字形排列的紅色發(fā)光粉點(R)、綠色發(fā)光粉點(G)和藍色微濾光膜(B-CF)，它們分別與DMD上紅、綠、藍微鏡相對應。其余同實例1。當?shù)饣煙舭l(fā)出的藍色光投射在DMD上時，紅、綠、藍微鏡分別受到紅、綠、藍基色信號調制，產(chǎn)生隱含有彩色圖像的藍色圖像，此藍色圖像經(jīng)第一投影透鏡系統(tǒng)投射到雙色發(fā)光屏上，藍色圖像中經(jīng)紅、綠信號調制的藍色光分別激發(fā)雙色發(fā)光屏上相應的紅、綠色發(fā)光粉點，發(fā)出紅、綠光，而藍色圖像中經(jīng)藍色信號調制的藍光直接通過藍色微濾光膜，這樣隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像，此彩色圖像再經(jīng)第二投影透鏡系統(tǒng)投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。
實例3在圖4的彩色投影顯示裝置中1B是碘化銦燈，2B是反射式TFT-液晶屏，4B是雙色發(fā)光屏。在液晶屏上涂復有480000組像素，每組像素由按品字形排列的紅、綠、藍各一個像素構成，它們分別對應于紅、綠、藍基色信號。在雙色發(fā)光屏上涂復有480000組按品字形排列的紅色發(fā)光粉點(R)、綠色發(fā)光粉點(G)和藍色微濾光膜(B-CF)，它們分別與液晶屏上紅、綠、藍像素相對應，在R、G上分別設置紅色、綠色微濾光膜(R-CF、G-CF)。其余同實例1。當?shù)饣煙舭l(fā)出的藍色光投射在液晶屏上時，紅、綠、藍像素分別受到紅、綠、藍基色信號調制，產(chǎn)生隱含有彩色圖像的藍色圖像，此藍色圖像經(jīng)第一投影透鏡系統(tǒng)投射到雙色發(fā)光屏上，藍色圖像中經(jīng)紅、綠基色信號調制的藍色光分別激發(fā)雙色發(fā)光屏上相應的紅、綠色發(fā)光粉點，發(fā)出紅、綠光而通過紅、綠色微濾光膜，藍色圖像中經(jīng)藍色信號調制的藍光直接通過藍色微濾光膜，這樣隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像，此彩色圖像再經(jīng)第二投影透鏡系統(tǒng)投射到投影屏幕上，形成尺寸更大的彩色圖像。
實例4在圖5的微型彩色顯示裝置中1C是帶藍色冷陰極熒光燈的背光源，2C是透射式低溫多晶硅TFT-液晶屏，3B是投影透鏡系統(tǒng)，4B是雙色發(fā)光屏，5B是放大透鏡系統(tǒng)，⑥是虛擬圖像，E是觀看者。在液晶屏上涂復有76800組按品字形排列的紅、綠、藍像素，它們分別對應于紅、綠、藍基色信號。在彩色發(fā)光屏上也涂復有76800組按品字形排列的紅色發(fā)光粉點(R)、綠色發(fā)光粉點(G)和藍色微濾光膜(B-CF)，它們分別與液晶屏上紅、綠、藍像素相對應。當藍色冷陰極熒光燈發(fā)出的藍色光投射在液晶屏上時，紅、綠、藍像素分別受到紅、綠、藍基色信號調制，產(chǎn)生隱含有彩色圖像的藍色圖像，此藍色圖像經(jīng)投影透鏡系統(tǒng)投射到雙色發(fā)光屏上，藍色圖像中經(jīng)紅、綠信號調制的藍色光分別激發(fā)雙色發(fā)光屏上相應的紅、綠色發(fā)光粉點，發(fā)出紅、綠光，藍色圖像中經(jīng)藍色信號調制的藍光直接通過藍色微濾光膜，這樣隱含有彩色圖像的藍色圖像轉換為彩色圖像，通過放大透鏡系統(tǒng)觀看此圖像，就可看到一個放大的虛擬彩色圖像。
權利要求
1．一種新型彩色投影顯示裝置或者彩色微型顯示裝置，其特征是該裝置中至少包括單色顯示器件、第一光學透鏡系統(tǒng)、彩色或者雙色發(fā)光屏、第二光學透鏡系統(tǒng)，在單色顯示器件中產(chǎn)生的隱含有彩色圖像的單色圖像經(jīng)第一光學透鏡系統(tǒng)投射在彩色或雙色發(fā)光屏上，激發(fā)發(fā)光材料而轉換成彩色圖像，此彩色圖像再經(jīng)第二光學透鏡系統(tǒng)放大，形成尺寸更大的彩色圖像。
2．根據(jù)權利要求1的彩色投影顯示裝置或者彩色微型顯示裝置，其特征是單色顯示器件是紫外色或紫色顯示器件，在彩色發(fā)光屏上涂復有紅、綠、藍色發(fā)光粉點，它們在紫外光或紫色光激發(fā)下分別發(fā)出紅、綠、藍色光。
3．根據(jù)權利根要求1的彩色投影顯示裝置或者彩色微型顯示裝置，其特征是單 色顯示器件是藍色顯示器件，在雙色發(fā)光屏上涂復有紅、綠色發(fā)光粉點，它們在 藍色光激發(fā)下分別發(fā)出紅、綠色光。
4．根據(jù)權利要求2至3的彩色投影顯示裝置或者彩色微型顯示裝置，其特征是單色顯示器件由具有相同顏色的光源和液晶屏或數(shù)字微鏡器件組成。
5．根據(jù)權利要求2至3的彩色投影顯示裝置或者彩色微型顯示裝置，其特征是彩色或雙色發(fā)光屏上涂復的發(fā)光粉點中發(fā)光材料可以是無機發(fā)光材料，也可以是有機發(fā)光材料。
全文摘要
一種新型彩色投影顯示裝置或者彩色微型顯示裝置,該裝置中至少包括單色顯示器件、第一光學透鏡系統(tǒng)、彩色或雙色發(fā)光屏、第二光學透鏡系統(tǒng)等。單色顯示器件中產(chǎn)生的隱含有彩色圖像的單色圖像經(jīng)第一光學透鏡系統(tǒng)投射在彩色或雙色發(fā)光屏上,激發(fā)發(fā)光材料而轉換成彩色圖像,此彩色圖像再經(jīng)第二光學透鏡系統(tǒng)放大,形成尺寸更大的彩色圖像。本裝置具有色純好、亮度高、對比度好、圖像清晰和成本低等優(yōu)點,可用于投影顯示和虛擬顯示。
文檔編號G06T11/40GK1300997SQ99126949
公開日2001年6月27日 申請日期1999年12月19日 優(yōu)先權日1999年12月19日
發(fā)明者邱行中, 黎滌萍, 邱勵楠 申請人:邱勵楠