单面板投影显示系统的前置滤色镜.pdf

单面板LCD投影系统(50)包括位于照明系统(54)与多色LCD(56)之间的前置滤色镜(52)，它用于整形照明系统(54)提供的照射光谱，以便增大相对的面板透光度并减少LCD配用的色分量滤色镜(58R、58G、58B)的热吸收。选用的前置滤色镜(52)用来消除或明显减小照射光中实质上无助于产生纯基色的某些波段的强度。

1.  一种液晶显示投影系统，其特征在于包括：
附连的矩阵滤色镜对应于多个显示基色的透光性液晶显示单元；
把照射光导向液晶显示单元的光源；和
位于光源与液晶显示单元之间的隔波前置滤色镜，用于基本上消除照射光中至少一种非显示基色的光。

2.  如权利要求1的投影系统，其中至少一种非显示基色的光对应于在575纳米与590纳米之间的光波长。

3.  如权利要求1的投影系统，其中至少一种非显示基色的光对应于在495纳米与505纳米之间的光波长。

4.  如权利要求1的投影系统，其中隔波前置滤色镜基本上消除照射光中两种非显示基色的光。

5.  如权利要求4的投影系统，其中隔波前置滤色镜包括两块分离的分别用于两种非显示基色的光的光学基片。

5.  如权利要求4的投影系统，其中两种非显示基色的光之一对应于在575纳米与590纳米之间的光波长。

6.  如权利要求4的投影系统，其中两种非显示基色的光之一对应于在495纳米与505纳米之间的光波长。

7.  如权利要求4的投影系统，其中两种非显示基色的光对应于约500纳米与约585纳米的光波长。

8.  如权利要求1的投影系统，其中来自光源的照射光以倾斜的入射角入射于隔波前置滤色镜，而隔波前置滤色镜把至少一种非显示基色的光反射离开液晶显示单元。

9.  如权利要求8的投影系统，其中隔波前置滤色镜基本上消除照射光中两种非显示基色的光，并且包括两块分离的分别用于两种非显示基色的光的光学基片，这两块分离的基片各自具有独立的倾斜的入射角。

10.  如权利要求1的投影系统，其中隔波前置滤色镜吸收至少一种离开液晶显示单元的非显示基色的光。

11.  如权利要求1的投影系统，其中所述多个显示基色对应于红绿蓝色。

12.  如权利要求1的投影系统，其特征在于还被包括在彩电背投影系统内。

13.  一种液晶显示投影系统，其特征在于包括：
附连的矩阵滤色镜对应于多个显示基色的透光性液晶显示单元；
把照射光导向液晶显示单元的光源；和
位于光源与液晶单元之间的前置滤色镜，用于基本上消除照射光中至少一种非显示基色的光。

14.  如权利要求13的投影系统，其中前置滤色镜通过较佳地将显示基色传到液晶单元，基本上消除了照射光中至少一种非显示基色的光。

15.  如权利要求13的投影系统，其中前置滤色镜包括一隔波前置滤色镜，用于基本上消除照射光中波长在两种显示基色波长之间的某一光。

16.  如权利要求13的投影系统，其中前置滤色镜包括一隔波前置滤色镜，用于基本上消除照射光中各自波长在一对不同显示基色波长之间的两种光。

17.  如权利要求13的投影系统，其中来自光源的照射光以倾斜的入射角入射于前置滤色镜，而前置滤色镜把至少一种非显示基色的光反射离开液晶单元。

18.  如权利要求13的投影系统，其中前置滤色镜吸收至少一种非显示基色的光离开液晶单元。

19.  如权利要求13的投影系统，其特征在于它被包括在彩电背投影系统内。

20.  在一种具有附连的矩阵滤色镜对应于多个显示基色的透光性液晶显示单元和将照射光导向液晶单元的光源的液晶显示投影系统中，一种增大显示亮度的方法，其特征在于所述方法包括：
对在光源与液晶单元之间传播的照射光作前置滤色，以便基本上消除照射光中至少一种非显示基色的光。

21.  如权利要求20的方法，其中前置滤色包括将显示基色优先传到液晶单元。

22.  如权利要求20的方法，其中前置滤色包括基本上消除照射光中波长在两显示基色波长之间的一光。

23.  如权利要求20的方法，其中前置滤色包括基本上消除照射光中各自波长在一对不同显示基色波长之间的两种光。

24.  一种液晶显示投影系统，其特征在于包括：
附连的矩阵滤色镜对应于多个显示基色的透光性液晶显示单元；
把图像照射光导向液晶显示单元的光源；
接收来自液晶显示单元的图像照射光以呈现显示图像的显示屏；和
定位成基本上消除图像照射广中至少一种非显示基色的光的隔波滤色镜。

25.  如权利要求24的投影系统，其中隔波滤色镜位于光源与液晶显示单元之间。

26.  如权利要求24的投影系统，其中隔波滤色镜位于液晶显示单元与显示屏之间。

单面板投影显示系统的前置滤色镜
发明背景与内容
图1示出普通原有技术的廉价型单面板LCD投影系统10，它应用强制法形成色彩。带光源14的照明系统12均匀照射多色液晶显示器(LCD)16，后者具有对应于红绿蓝基色分量的埋置型滤色镜18R、18G与18B，滤色镜18R、18G与18B在LCD16各个子像素(未示出)上对准。如本领域所知，各子像素可被独立寻址，使LCD16的液晶分子被驱动至一定的倾角而改变透光强度，如借助合适的偏光镜，可改变红绿蓝子像素强度而产生基本上全色图像。示意表示的投影光学元件20对显示屏22投射彩色图像。
这种强制法的问题是透光率低，尤其在滤色镜具有高彰度(鲜纯度)以便得到良好的(即纯的)基色时，或是为提高透光率而使牺牲彰度(得到不纯的基色)。此外，该法还因滤色镜吸光而造成LCD面板内发热。一般而言，红色分量滤色镜18R吸收绿光是必然的。同样地，蓝色分量滤色镜18B主要通过蓝光，绿色滤色镜18G主要通过绿光。因此，色分量滤色镜18R、18G与18B吸收了大部分照射光(即总量的2/3)。简化光谱图大致地示出光源14提供的多色(白)光的光谱30和通过投影系统10产生的各个红绿蓝色分量得到的光谱32、34与36。
本发明解决了所有这三个问题，方法是在光源与LCD面板之间设置一前置滤色镜，以对照射光谱整形而提高相对面板的透光度并减少LCD埋置式滤色镜内的热吸收。
本发明包括单面板LCD投影系统，它包括位于照明系统与多色LCD之间的前置滤色镜，LCD具有附联的偏光镜与检偏镜。前置滤色镜用于对照明系统提供的照射光谱整形，以便增大相对的面板透光度而减少LCD配用的色分量滤色镜(如红绿蓝)的吸热。
选用的的前置滤色镜用来消除或明显减少照射光中实质上无助于生成纯基色的某些波段的强度。增设前置滤色镜的结果是能使LCD色分量滤色镜褪彰，改进投影系统的总透光度。在一实施例中，前置滤色镜能在这种光照射LCD之前消除LCD色分量滤色镜最高吸光的波段，因而很少在LCD中发热。
通过结合附图对较佳实施例的详述，本发明的其它目的与优点就很清楚了。
附图简介
图1示出应用强制法产生色彩的普通原有技术最廉型单面板LCD投影系统。
图2示出本发明在照明系统与多色液晶显示器(LCD)之间设置具有前置滤色镜的单面板LCD投影系统。
图3曲线示出普通色分量滤色镜的透射系数与可同本发明的前置滤色镜组合使用的褪彰的色分量滤色镜的透射系数。
图4曲线示出双隔波(notch)前置滤色镜一实施例相对照射光谱的透光。
图5曲线示出投影显示系统带有与不带有本发明前置滤色镜时的白色(全通即最大透光)状态。
图6曲线示出投影显示系统带有与不带有本发明前置滤色镜时的R、G与B值(一起描绘)。
图7是一CIE色度图，绘出投影显示系统带有与不带有本发明前置滤色镜时相对HPTV彩色标准的彩色特性。
图8把具有反射型三波段前置滤色镜的单面板LCD投影系统简化示为本发明另一实施例。
图9把在凹基板上具有反射型三波段前置滤色镜的单面板LCD投影系统简化示为本发明又一实施例。
图10把具有偏振转换系统(PCS)的单面板LCD投影系统简化示为本发明另一实施例。
图11简化示出具有透光光学延迟堆迭双隔波前置滤色镜的单面板LCD投影系统的再一个实施例。
图12简化示出包括位于多色液晶显示器(LCD)后面的双隔波滤色镜的单面板LCD投影系统。
较佳实施例的详细描述
图2简化示出一单面板LCD投影系统50，包括位于照明系统54与包含有关偏光镜和检偏镜(未示出)的多色LCD56之间的前置滤色镜52。照明系统54包括光源55，LCD56包括对应于红绿蓝基色分量的埋置式滤色镜58R、58G与58B。前置滤色镜52用来整形照明系统54提供的照射光谱而增大相对的面板透光度，由此减少配用于LCD56的基色分量滤色镜58的吸热。示意表示的投影光学元件60对显示屏62透射彩色图像。
选用前置滤色镜52以消除或明显减小照射光中实质上无助于产生纯基色的某些波段的强度。前置滤色镜52的滤光结果，可以使LCD滤色镜58褪彰，改善投影系统50的总透光度。在一实施例中，前置滤色镜52可在这种光照射LCD56之前消除基色分量滤色镜58最高吸光的波段，使LCD56很难发热。
前置滤色镜52把来自照明系统54源的光谱整形为不同的红绿蓝子波段，因而它被配置成围绕位于可见光谱(一般定为400～700nm)的约500与590nm区域的两个隔波器具有陡的透光边缘。增大前置滤色镜隔波段宽，可随意改善红绿蓝基色的色纯度。提供给具有色“隔波”66与68的LCD56地多色光简化谱图64，示出前置滤色镜52分别对青、黄色分量的滤光或阻断作用。
图3的实线70R、70G与70B表示普通色分量滤色镜58R、58G与58B的透射系数，虚线72R、72G与72B表示可与前置滤色镜52组合使用的褪彰色分量滤色镜58R、58G与58B的透射系数。注意，与普通的透光率70R、70G与70B相比，褪彰色分量滤色镜58R、58G与58B的透光率要高得多。但若不用前置滤色镜52，则本发明支持的褪彰滤色镜将具有差得多的彰度值。
图4的曲线示出双隔波前置滤色镜52一实施例相对照射光一实施例的光谱82的透光度80。谱84代表透光度80与谱82之间的乘积，对应于照射光通过双隔波前置滤色镜52的结果。谱84示出对应于前置滤色镜52透射系数中在相应隔波88A与88B的局部波段明显减小的光强86A与86B。
图5的曲线对示例的原有技术投影10(实线表示)和本发明的投影系统50(由“+”号及虚线表示)示出一种白色(全通，即最大透光度)状态。图6的曲线示出示例的原有技术投影10(由曲线90表示，总地为非实线)与本发明投影系统50(曲线92表示，为实线)的红绿蓝三种透光率。图5和6的曲线是照射(源)光谱与各个红绿蓝滤光作用相乘的结果，对投影系统50包括了隔波滤色镜透光度。例如，用一使用2nm取样点的模型对每个光谱位置作逐点相乘。
用普通的滤色LCD16投影时，大多数照射光被滤色镜矩阵18吸收。即使运用高透光型滤色镜18，LCD面板16也只能让通过入射偏光滤色镜的光的16％通过。这一透光度表征着工作于扭绞的丝状模式的LCD面板16的特性，其中液晶单元夹在入射偏光镜与出射检偏镜之间。
参照图1的原有技术投影系统10，照射光谱独立地通过红绿蓝滤色镜，然后在屏上(或在直接显示中利用人的肉眼)组合成全色图像。数学表示为
               发光体×(R+G+B)＝屏谱
为了描绘电视信号，通过对子频道谱分光而能观察到的基色可以表示为：
               发光体×R
               发光体×G，和
               发光体×B
每个滤色镜18R、18B与18G在理论上都能变暗，直到得出足够的色纯度，使SMPTE(运动图像与电视工程师学会)对HDTV规定的红绿蓝基色能透射到显示屏22上。例如，用于滤色镜18的染料或颜料在制造期间以更稠的方式浓缩或分层，以便允许如此高彰度的基色，但这种纯度将伴随着透射系数的严重损失。这种色增强型滤色镜同样存在照射光度明显吸收的问题，造成滤色镜层18和整个LCD16发热。
很难消除LCD16玻璃基片的这一热量，因为玻璃不是良好的热导体，因此仍存在某些剩余的问题。美国专利NO.5,582,216描述了用TAC(三乙酰纤维素)制作的塑料膜来减小或消除显示为图像作品的热量。在这方面，位于LCD56前面的前置滤色镜52和较轻的滤色镜58都有助于减少LCD56发热。下面的表1对具有前置滤色镜52与较轻滤色镜58的这种投影系统50和原有技术投影系统10(有普通滤色镜但没有前置滤色镜)作了比较。图7是一CIE色度图，绘出了系统50和原有技术系统10(用“方格”数据点表示)相对于HDTV标准彩色参数(用“x”数据点表示)的色特性。
                表1