專利名稱：一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學領(lǐng)域，特別是一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置及其方法。
背景技術(shù)：
近年來，針對高清晰度電視(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。中國專利02213756.0將LCOS技術(shù)與光學薄膜微濾光片技術(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、光學效率高、圖像質(zhì)量好、容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，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效果。對顯示技術(shù)發(fā)展的進一步要求是研制出具有立體視覺的顯示裝置來。為此，世界上有許多科研人員對此開展了研究。如，美國專利6,351,280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，而形成立體視覺的方法。但至今為止，這些立體顯示技術(shù)都較復雜，實用性不強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種彩色三維立體投影顯示裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)彩色立體顯示，具有結(jié)構(gòu)簡單、光學效率高、成本低、實用性強、容易推廣等特點。
本發(fā)明進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、逼真的顯示顏色，從而提高圖像質(zhì)量。
本發(fā)明再進一步的目的在于提供一種可在彩色三維立體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。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(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的p和s方向線偏振光的出口位置，當照明的白色自然光照到偏振分光棱鏡時，被該偏振分光棱鏡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)過這兩片顯示芯片調(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，經(jīng)由偏振分光棱鏡合成為一束光，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，當觀看者帶上用偏振片制作的眼鏡時，該眼鏡的兩個鏡片上分別有兩個相互垂直的偏振片，即s和p光偏振片，可使兩只眼睛分別只看到一個相應(yīng)偏振方向的圖像，一個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。
當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，該套裝置也可以切換成非立體視覺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、更逼真的色彩來。
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，其余部分因沒有改變偏振方向，而被按原光路反射回照明系統(tǒng)，通過一定的裝置可以將該部分光再次反射回來，加以重復利用，從而有效地提高光的利用效率(參見專利02217355.2)。


圖1為本發(fā)明的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置的原理示意圖。
圖2為本發(fā)明的一個實施例的示意圖。
圖3為本發(fā)明的另一個實施例的示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖詳細闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1是本發(fā)明的三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置的原理示意圖。兩片帶有微型分色光學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1的兩個相鄰面上，分別輸入相應(yīng)不同視角的立體圖像信息，當照明的白色自然光5照到偏振分光棱鏡1后，被偏振分光棱鏡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，分別照射到硅基液晶反射式彩色微顯示芯片3和2上，被該芯片調(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，再次通過偏振分光棱鏡1，并被其合成為一束光線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自芯片3上的p偏振光圖像，而另一部分光是來自芯片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，該眼鏡的兩個鏡片上分別有兩個相互垂直的偏振片，即s和p光偏振片，使兩個眼睛分別只能看到s偏振光圖像和p偏振光圖像，從而可以形成立體視覺。
當兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片2和3上的圖像信息是完全相同的時候，通過調(diào)整該兩片顯示芯片的相對位置，可使其兩個投影圖像完全重合，此時，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起偏器件，因而可以有效地提高系統(tǒng)的光學效率。而且，采用兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片芯片，可以使顯示的色彩的色階灰度更豐富，特別是當這兩片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片芯片的其中一片帶有紅綠藍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、更逼真的色彩來。本發(fā)明的投影顯示裝置通過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，和沒有被液晶改變偏振方向的光)因沒有改變偏振方向，而被按原光路反射回照明系統(tǒng)，通過一定的裝置可以將該部分光再次反射回來，加以重復利用，從而可有效地提高光的利用效率(參見專利02217355.2)，提高投影顯示圖像的亮度。
對于現(xiàn)有的常規(guī)偏振分光棱鏡，其透射光和反射光的消光比是不同的，通常其透射光的消光比(可大于1000∶1)遠遠大于其反射光的消光比(約幾十比一)。因此，對于本發(fā)明的具體實施來說，圖1所示的裝置，其投出的圖像的對比度會較低，需要作進一步的改善。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的示意圖。它的偏振分光棱鏡組11是一個由四個鍍在直角棱鏡的一個直角面上的偏振分光膜，按“X”狀排列組合而成的組合偏振分光棱鏡組。它完全等同于由四個常規(guī)的偏振分光棱鏡按“米”字型排列組合而成的組合偏振分光棱鏡。對于每一片硅基液晶反射式彩色微顯示芯片來說，入射到其上的照明光線和其出射出的成像光線均經(jīng)過了兩次偏振分光膜，因而其消光比可大大提高，有效地提高了投影圖像的對比度，改善像質(zhì)。
在圖2所示的裝置中，適當增加一些波片，可再進一步地改善圖像的對比度。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引起的對比度下降情況(參見美國專利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一步改善像質(zhì)。
圖3是對圖2所示的裝置進行改善后的又一個實施例的示意圖。它的偏振分光棱鏡組是由四個常規(guī)的偏振分光棱鏡1按“米”字型排列組合而成的組合偏振分光棱鏡，在各常規(guī)的偏振分光棱鏡1相結(jié)合的交界面上各貼有一片二分之一波片12。該二分之一波片的作用可使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)過一次透射和一次反射通過偏振分光膜，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到最佳。
本發(fā)明具有如下有益效果1.可以方便、簡單、低成本地實現(xiàn)彩色立體顯示。
2.可以實現(xiàn)多基色的彩色顯示。
3.可以方便地在彩色三維立體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及其方法，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或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偏振分光棱鏡或偏振分光棱鏡組分出的s方向線偏振光和p方向線偏別置于偏振分光棱鏡的p和s方向線偏振光的出口位置，并使得照明光線被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，再被偏振分光棱鏡或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位置，使合成后兩束帶有圖像信息的光束，各對應(yīng)象素對準并重合。
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偏振分光棱鏡按“米”字形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。
8.如權(quán)利要求4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偏振分光棱鏡按“米”字形排列而成的組合偏振分光棱鏡中組中，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表面上貼有四分之一波片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維/二維可切換的彩色投影顯示裝置及其方法，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，就可使兩個眼睛分別看到不同的投影圖像，從而產(chǎn)生三維立體視覺。這套裝置還可切換為二維多基色的彩色投影顯示。
文檔編號G02B27/26GK1570704SQ03141689
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者邵劍心, 樊斌 申請人:邵劍心, 樊斌