DE20104612U1

DE20104612U1 - Strahlteilersystem für ein LCD-Projektionsgerät

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Publication number: DE20104612U1
Application number: DE20104612U
Authority: DE
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2011-03-17
Also published as: US20020105602A1; JP3082367U; TW483532U

Description

TERMEER STEINMEISTER & PARTNER GbR

PATENTANWÄLTE-EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dr. Nicolaus ter Meer, Dipl.-Chem. Helmut Steinmeister, Dipl.-Ing.

Peter Urner, Dipl.-Phys. ManfredWiebusch

Gebhard Merkle, Dipl.-Ing. (FH)

Bernhard P. Wagner, Dipl.-Phys.

Mauerkircherstrasse 45 Artur-Ladebeck-Strasse 51

D-81679 MÜNCHEN D-33617BIELEFELD

Case: Q0827 Ur/Js/bt

1 6, Harz 2001

DELTA ELECTRONICS, INC.

31-1, Shien Pan Road, Kuei San Industrial Zone,

Taoyan County,
Taiwan, R.O.C.

Strahlteilersystem für ein LCD-Projektionsgerät

Priorität: 06. Februar 2001, Taiwan, Nr. 90201821

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Strahlteilersystem für ein LCD-Projektionsgerät, das ein spezielles Filterdesign aufweist, um Dispersionsstreustrahlung in ihm zu beseitigen.

Reflektive LCD(liquid crystal display = Flüssigkristalldisplay) -Projektoren sind gebräuchliche Erzeugnisse, deren optischer Hauptmechanismus ein optisches Strahlteilersystem enthält. Insoweit es um das Strahlteilersystem eines reflektiven LCD-Projektors geht, besteht dieses aus optischen Bauteilen wie einem polarisierenden Strahlteiler (PBS = polarizing light beam splitter) und einer reflektiven TN(twisted nematic)-LCD-Tafel usw., wobei ein Lichtpfaddesign entweder außerhalb einer Achse oder auf einer Achse vorliegt. Dabei

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ist zwar das Lichtpfaddesign für auf der Achse hinsichtlich der Konstruktion und der Herstellung von Vorteil, jedoch ist es schwierig, hohen Kontrast zu erzielen.

Fig.l ist eine Schnittansicht eines Lichtpfadprinzips bei einem bekannten Strahlteilersystem. Dieses Strahlteilersystem verfügt über vier PBS-Sätze und reflektive LCD-Tafeln mit drei Grundfarben, rot, blau und grün, und es verwendet ein Lichtpfaddesign für auf der Achse. Wie es in Fig.l dargestellt ist, enthält das Strahlteilersystem 10 vier PBS-Sätze 11, 12, 13 und 14, vier Sätze von Polarisationsfiltern

15, 16, 17 und 18, eine reflektive LCD-Tafel 21 für blau, eine reflektive LCD-Tafel 22 für rot und einen Polarisator 19. Jedes PBS enthält zwei Prismensätze, d.h., dass der PBS 11 Prismen 111 und 112 enthält, der PBS 12 Prismen 121 und 122 enthält, der PBS 13 Prismen 131 und 132 enthält und der PBS 14 Prismen 141 und 142 enthält.

Die Lichtquelle 1 des Strahlteilersystems 10 erzeugt einen polarisierten Lichtstrahl 2 im Polarisationszustand S. Der von den drei LCD-Tafeln 20, 21 und 22 reflektierte polarisierende Lichtstrahl 2 empfängt das Signal eines zu projizierenden Bilds, weswegen der das Strahlteilersystem verlassende Strahl ein Bild projiziert, das durch das Signal repräsentiert ist.

Die aus Phasenverzögerern bestehende Polarisationsfilter 15,

16, 17 und 18 können eine spezielle Farbe des polarisierten Lichtstrahls filtern. Die Polarisationsfilter 15 und 18 können dafür sorgen, dass die durch sie laufenden roten und blauen Strahlen denselben Polarisationszustand beibehalten, während sie dafür sorgen, dass der sie durchlaufende grüne Strahl vom Polarisationszustand S in den Zustand P übergeht. Die Polarisationsfilter 16 und 17 können den sie durchlaufenden blauen Strahl im selben Polarisationszustand erhal-

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ten, während sie dafür sorgen, dass der sie durchlaufende rote Strahl vom Polarisationszustand S in den Zustand P übergeht.

Wie es in Fig.l dargestellt ist, erreicht der polarisierte Strahl die Grenzfläche der Farbteilerlinsen 111 und 112, und dabei wird der Rot-Blau-Strahl (Strahl R/B) 2a, der sich im Zustand S befindet, reflektiert und zum Polarisationsfilter 16 durchgelassen. Die grüne Strahlkomponente 2b, die sich im Zustand P befindet, durchläuft die Prismen 112 und tritt in den PBS 12 ein.

Die grüne Strahlkomponente 2b ist vom Zustand P in den Zustand S übergegangen, nachdem sie die Grenzfläche der Prismen 121 und 122 durchlaufen hat und durch die LCD-Tafel 20 reflektiert wurde. Der grüne Strahl 3b durchläuft den PBS 14, wird dann an der Grenzfläche der Prismen 141 und 142 reflektiert und durchläuft schließlich das Polarisationsfilter 18. Auf diese Weise geht der grüne Strahl 3b vom Zustand S in den Zustand P über, und er durchläuft schließlich den Polarisator 19, um dadurch eine grüne Strahlkomponente 4b (Strahlkomponente G) des Projektionsbilds zu erzeugen.

Auf dieselbe Weise kann das Polarisationsfilter 16 den R/B-Strahl 2a in einen blauen Strahl 21a im Zustand S und einen roten Strahl 21b erzeugen, der vom Zustand S in den Zustand P überführt ist. Der rote Strahl 21b ist in einen roten Strahl 2b im Zustand S übergegangen, nachdem er die Grenzfläche der Prismen 131 und 132 durchlaufen hat und an der LCD-Tafel 22 für rot reflektiert wurde. Der rote Strahl 2b geht vom Zustand S in den Zustand P über, während er das Polarisationsfilter 17 durchläuft, und danach durchstrahlt er den Polarisator 19 und erzeugt eine rote Strahlkomponente 23b des Projektionsbilds.

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Außerdem ist der blaue Strahl 21a in einen blauen Strahl 22a im Zustand P übergegangen, der in den PBS 14 eintritt, nachdem er an der Grenzfläche der Prismen 131 und 132 und an der LCD-Tafel 121 für blau reflektiert wurde. Anschließend durchläuft er das Polarisationsfilter 17, die Prismen 141 und 142, das Polarisationsfilter 18 und den Polarisator 19, um schließlich zu einem blauen Strahl 23a des Projektionsbilds zu werden.

Demgemäß werden die drei Strahlkomponenten 23b, 23a und 4b für rot, blau und grün im Zustand P kombiniert, um ein Projektionsbild des LCD-Projektors zu erzeugen.

Dieses bekannte Strahlteilersystem 10 kann aus den folgenden Gründen kein Projektionsbild mit hervorragendem Kontrast erzeugen:

1. Die Grenzfläche der zwei Prismen des PBS und das Material derselben können keinen idealen Zustand erreichen, weswegen an der Grenzfläche der zwei Prismen immer noch Lichtstrahlen im Polarisationszustand P reflektiert werden. Z.B. werden einige wenige Komponenten 2b des grünen Strahls im Zustand P gemeinsam mit der R/B-Strahlkomponente 2a im Zustand S reflektiert.

2. Das Polarisationsfilter weist schlechtes Polarisations-Transmissionsvermögen zum Durchlassen der einfallenden polarisierten Lichtstrahlkomponente auf, so dass die grüne Strahlkomponente 2b im Zustand P mit einem Teil der grünen Strahlkomponente im Zustand S gemischt wird und sie durch die Grenzfläche der Prismen 121 und 122 gemeinsam reflektiert werden. Auf diese Weise wird auch der rote Strahl 21b im Zustand P mit der roten Strahlkomponente im Zustand S vermischt, und all diese Effekte beeinträchtigen den Kontrast des schließlich erzielten Projektionsbilds.

3. Eine homöotrope LCD-Tafel ist nicht einfach herzustellen. Im allgemeinen verfügt eine nematische LCD-Tafel nur für

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Wellenlängen innerhalb eines bestimmten Bereichs über einen vollkommenen Polarisationseffekt. Wenn die einfallende Farbstrahlkomponente, die jede der LCD-Tafeln durchläuft mit anderen Farbstrahlkomponenten vermischt ist, beeinträchtigt dies den Kontrast des endgültigen Bilds.

4. Eine nematische LCD-Tafel kann den Polarisationszustand des einfallenden Strahls nicht vollständig durchlassen, wodurch Streulicht zunimmt, wie es im gesamten Strahlteilersystem auftritt.

Demgemäß existieren im bekannten Strahlteilersystem 10 Streulichtkomponenten, die aus verschiedenen Gründen vorhanden sind. Die meisten dieser Strahlkomponenten in den verschiedenen Farben werden von allen Umfangswänden und der Grenzfläche zwischen den Prismen reflektiert und schließlich durch einen Polarisator 19 hindurchgestrahlt, um zu einem Teil eines Projektionsbilds zu werden. Daher beeinträchtigen dieser Streulichtkomponenten den Kontrast.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlteilersystem für ein LCD-Projektionsgerät zu schaffen, das zu Projektionsbildern mit hervorragendem Kontrast führt.

Diese Aufgabe ist durch das Strahlteilersystem gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Durch die Verwendung einer Filtereinrichtung an einer PBS-Umfangswand können Lichtstrahlen einer speziellen Farbe ausgefiltert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Vermischung mit Lichtstrahlen anderer Farben gesenkt ist. Im Ergebnis ist die Reinheit verschiedener Farben im Ausgangslicht verbessert, wodurch auch der Kontrast verbessert ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig.l ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des Lichtpfadprinzips bei einem bekannten Strahlteilersystem.

Fig.2 ist eine Schnittansicht der Streulichtquelle des Strahlteilersystems gemäß Fig.l, und sie veranschaulicht eine Verbesserung des Strahlteilersystems für ein LCD-Projektionsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie es in Fig.2 dargestellt ist, treten im Strahlteilersystem zwei Arten von Mängeln auf, nämlich ein Mangel aufgrund des Zustands der Grenzfläche 115 zwischen dem zwei Prismen 111 und 112 sowie ein Mangel des Materials dieser zwei Prismen selbst. Wegen dieser Mängel erfährt ein Teil des grünen Lichtstrahls im Zustand P eine Reflektion an der Grenzfläche 115, wodurch Vermischung mit den roten und blauen Lichtstrahlkomponenten 2a erfolgt, wobei sich ein sogenannter grüner Streulichtstrahl 31 ergibt. Dieser grüne Streulichtstrahl 31 im Zustand P läuft durch das Polarisationsfilter 16 weiter und gelangt dann in die LCD-Tafel 22 und wird schließlich zu einem Teil des Ausgangslichtstrahls. Außerdem durchstrahlt ein Teil R/B(rot- und -blau)-Lichtstrahlen die Grenzfläche 115, um zu einem sogenannten R/B-Streulichtstrahl 32 zu werden. Die R/B-Streulichtstrahl im Zustand P läuft dann durch den PBS 12 und dann in die LCD-Tafel 20 und wird schließlich ebenfalls zu einem Teil des Ausgangslichtstrahls. Die vorstehend genannten Streulichtstrahlen 31 und 32 beeinträchtigen den Kontrast des Ausgangsbilds, wie es schließlich durch das Strahlteilersystem 10 erhalten wird, beträchtlich.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein verbessertes Strahlteilersystem 10 mit den folgenden Eigenschaften: Im PBS 11 ist eine Umfangswand 113, durch die der Lichtstrahl 2a läuft, mit einem Beschichtungsfilm 116 beschichtet, der den grünen Lichtstrahl ausfiltern kann. Auch eine andere

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Umfangswand 114 desselben PBS 11, durch die der Lichtstrahl 2b läuft, ist mit einem Filter 117 versehen. Dieses Filter 117 lässt nur grünes Licht durch, wodurch es den größten Teil des grünen Streulichts 31 und des R/B-Streulichts 32 ausfiltern kann. Unter diesen Strahlen ist der grüne Streulichtstrahl 31 derjenige, der das Polarisationsfilter 16 durchläuft, da dieser Lichtstrahl eine Reflektion an der Grenzfläche 115 erfährt. Auch ist der R/B-Streulichtstrahl 32 ein solcher, der den PBS 12 durchläuft, da dieser Lichtstrahl durch die Grenzfläche 115 läuft. Daher besteht das charakteristische Merkmal des Beschichtungsfilms 116 darin, dass er grünes Licht absorbieren kann, während das charakteristische Merkmal des Filters 117 dasjenige ist, dass es grünes Licht durchlassen kann.

Darüber hinaus kann der o.g. Beschichtungsfilm 116 durch ein Filter ersetzt werden, während das o.g. Filter 117 durch einen Beschichtungsfilm ersetzt werden kann. So besteht beim Ausführungsbeispiel der Erfindung keine Beschränkung auf die Verwendung eines Filters oder eines Beschichtungsfilms, solange der o.g. Effekt erzielt wird.

Allgemein gesagt, erzeugt der erste PBS-Satz, durch den Lichtpfad des Strahteilersystems geht, viel mehr Streulichtstrahlen. Jedoch kann, ähnlich wie beim obigen Ausführungsbeispiel, für andere PBS im Strahlteilersystem eine ähnliche Anordnung verwendet werden, so dass z.B. alle PBS 12, 13, 14 beim vorstehenden Ausführungsbeispiel über geeignete Filter oder Beschichtungsfilme in Zuordnung zur Farbe des durch sie laufenden Lichtstrahls aufweisen können.

Daher besteht der entscheidende Punkt der Erfindung darin, an der Umfangswand, durch die der Lichtpfad des PBS geht, ein Filter oder einen Beschichtungsfilm für eine spezielle Farbe anzubringen, um das Streulicht der speziellen Farbe

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oder anderer Farben als der speziellen Farbe auszufiltern. Auf diese Weise nimmt die Leuchtstärke des Streulichts im Ausgangslichtstrahl des Strahlteilersystems ab, wodurch der Bildkontrast stark verbessert wird.

Claims

1. Strahlteilersystem für ein LCD-Projektionsgerät, das Licht von der Lichtquelle des LCD-Projektionsgeräts und ein Signal eines zu projizierenden Bilds empfängt, und das ein zu projizierendes Bild ausgibt, mit:

- mehreren Polarisationsfiltern zum Umwandeln des Polarisationszustands eines Strahls einer speziellen Farbe;

- mehreren polarisierenden Strahlteilern (PBS), die im Lichtpfad, in dem sich das Polarisationsfilter befindet, angeordnet sind, wobei jeder PBS ein Paar von Prismen aufweist, um den einfallenden farbigen polarisierten Lichtstrahl aufzuteilen; und

- drei LCD-Tafeln zum Reflektieren der genannten polarisierten Lichtstrahlen mit drei verschiedenen Farben unter gleichzeitiger Umwandlung ihres Polarisationszustands;

dadurch gekennzeichnet, dass an einer Umfangswand des ersten PBS-Satzes, durch die der Lichtpfad des Strahlteilersystems geht, ein Filter oder ein Beschichtungsfilm, der einen Lichtstrahl spezieller Farbe ausfiltern kann, vorhanden ist, und an einer anderen Umfangswand desselben PBS-Satzes ein anderes Filter oder ein anderer Beschichtungsfilm vorhanden ist, der nur einen Lichtstrahl dieser speziellen Farbe durchlässt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter oder der Beschichtungsfilm für die spezielle Farbe ein Filter oder ein Beschichtungsfilm für eine der Farben rot, blau oder grün ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Lichtquelle des Strahlteilersystems einfallende Lichtstrahl ein solcher im Polarisationszustand 5 ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangslichtstrahl des Strahlteilersystems ein solcher im Polarisationszustand P ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es den einfallenden Lichtstrahl in drei Lichtstrahlen einer jeweiligen Grundfarbe aufteilt und dafür sorgt, dass diese drei Lichtstrahlen auf die drei LCD-Tafeln fallen, um Bilder zu erzeugen.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Polarisationsfilter aus einer Phasenverzögerer- Kombination besteht.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mit vier Sätzen von Polarisationsfiltern versehen ist, von denen zwei einen Polarisationszustand der Grundfarben umwandeln können und die anderen beiden einen anderen Polarisationszustand der drei Grundfarben umwandeln können.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es vier Sätze polarisierender Strahlteiler aufweist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LCD-Tafel eine reflektive verdrillt-nematische LCD-Tafel ist.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Lichtpfads ein Lichtstrahlpolarisator vorhanden ist, um den durch das Strahlteilersystem erzeugten Kontrast des projizierten Bilds zu verbessern.