TWI227791B

TWI227791B - Reflective projection display system

Info

Publication number: TWI227791B
Application number: TW092127692A
Authority: TW
Inventors: Sean Chang
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-02-11
Also published as: JP2005115312A; TW200513679A; US6840634B1

Description

1227791 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種反射式投影顯示系統，尤其是關於一種使用反射式微鏡片之投影顯示系統。二、【先前技術】近年來，藉由反射式微鏡片投影成像在諸如背投電視等大尺寸顯示器上的技術備受重視，且正積極發展著。此一技術主要是起源於1 9 8 7年德州儀器公司所開發出的數位光處理技術（Digital light processing technology)，其成像原理敘述如下。

請參見圖1，照明裝置}丨輸出均勻的入射光線丨1]L進入由一棱鏡121及122組成之稜鏡組（prism assembly) 12，經反射後投射至數位微鏡元件（D i g丨t a 1 M i c r o m i r r o r

Device ; DMD) 13上數以萬計的微鏡片（未顯示）。這些位为數位Μ鏡元件1 3上的微鏡片都有獨立的驅動電極與轉向轴1在一党怨模式（bright state mode)下，這些微鏡片會將入射光線1 1 la反射，經稜鏡121及122後進入投影鏡豆 1 4 1並水焦於屏幕（未顯示）上，·相對地，在一暗態模式下，這些微鏡片會受電壓驅動電極而傾斜一特定"角度^^

將入射光線1 1 1 a偏射，使其通過稜鏡組丨2後即偏離投5 頭1 4 1的光轴1 $。然而，就此一習知投影顯示系統i而言，由於暗熊 =射光線lllc係從稜鏡組12之上方出射，故為、了確1 =鏡頭141絕對不會接收到偏射光線mc而影 ' 又不系統1的對比度，稜鏡組12與投影鏡頭141之間必須^.·、貝持

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因此’在近年來消費性市場對於投影顯示系統在大尺寸螢幕上所能展現的影像品質要求愈來愈嚴格，以及期望技術成本能夠降低的情況下，有必要尋求能夠同時提升投影顯示系統的對比度以及縮小投影顯示系統整體厚度的解決方案。為了能夠根本解決前述習知技術中的問題點，本發明提出一種使用反射式微鏡元件之投影顯示系統，其能在維持投影顯示系統高亮度及高對比度的前提下，將投影顯示系統的背焦距離縮至最短，且同時縮小了投影顯示系統的整體厚度。三、【發明内容】本發明係為解決習知投影顯示系統無法同時提高對比度及縮小系統厚度的問題點而提出。

1227791 五、發明說明（3) 本發明之其具有南對比本發明之統，其具有最本發明提線且在本面板、鏡片，特定角將該光一第二軸方向此第一模線投射本板及該層。本板之前微鏡面收，該一第一發明提一投影實施樣各該等度範圍線朝該模式下反射。外，本式下反至該屏發明之投影裝發明之係被該板之該第二模目的在於，提供一種反射式投影顯示系統，度。另一目的在於小之系統厚度供之反射式模式下將該供之反射式提供一種反射式投影顯示系裝置及一稜態中，本發微鏡片具有内擺動，該反射式投影將該光線朝發明之投影射自該反射幕上。稜鏡組具有置之間，相投影顯示系統，係用以接收一光光線投射至一屏幕上。投影顯示系統包含一反射式微鏡鏡組。明之反射式微鏡面板具有複數微一旋轉軸，且繞著該旋轉轴在一反射式微鏡面板在該第一模式下顯示系統之光軸方向反射，且在遠離該反射式投影顯示系統之光裝置具有一投影鏡頭，其接收該式微鏡面板之該光線，且將該光複數棱鏡’置於該反射式微鏡面鄰之該專棱鏡之間存在空氣失一特徵在於，該光線在到達該反射式微鏡面稜鏡組反射，該第一模式下反射自該反射式光線係直接通過該稜鏡組後被該投影鏡頭接式下反射自該反射式微鏡面板之該光線係在

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罪近該反射式微鏡面板之該等稜鏡與相鄰之該等空氣夾層之界面上發生全反射。本發明之另一特徵在於，該反射式微鏡面板在該屏幕之橫向方向上的跨距小於該反射式微鏡面板在該屏幕之縱向方向上的跨距，且該等微鏡片之旋轉軸係與該屏幕之縱向方向平行。本發明具有下列優點：第一、縮短投影顯示系統之背焦；第二、確保暗態模式下之偏射光線及雜散光線不會進入投影鏡頭中’進而提昇投影顯示系統的對比度；第三、有效縮減投影顯示系統之整體體積及厚度。四、【實施方式】請參見圖2A及圖2B，本發明第一實施例之反射式投影顯示系統2包含一照明裝置21、一棱鏡組22、一投影裝置 23及一反射式微鏡面板24。稜鏡組22係置於照明裝置2 1、投影裝置2 3及反射式微鏡面板2 4之間。以下係逐一說明本實施例之反射式投影顯示系統2之各個元件。本實施例之照明裝置2 1包含有一光源2 11、一燈罩 212、一光導管（light guide)213、一中繼透鏡（relay lens)214及一聚光透鏡2 15。光源211、燈罩212及光導管 2 1 3的配置關係恰可使光源2 11所輸出之光線進入光導管 213且在經過中繼透鏡2 14及聚光透鏡215後進入稜鏡組 22。本實施例之稜鏡組2 2包含三個内部全反射（totally internal reflection ;TIR)棱鏡 221、222 及 2 23，稜鏡

第9頁 1227791 五、發明說明（5) 221及稜鏡222之間存在有一道空氣夾層（air gap) 224，而稜鏡22>及稜鏡222與稜鏡223之間亦存在有一道空氣夾層2 2 5。棱鏡2 2 3係靠近反射式微鏡面板2 4配置，且在周圍設有光吸收介質2 2 6。本實施例之投影裝置23包括一投影鏡頭231及一鏡筒 232。投影鏡頭2 31係接收自反射式微鏡面板24反射且通過稜鏡組22之光線26b並將光線26b順著光軸27之方向投影在屏幕2 5上，而鏡筒2 3 2係用來阻隔投影顯示系統外其他的雜散光線進入投影鏡頭2 3 1。本實施例之反射式微鏡面板2 4上係具有複數可變傾角之微鏡片241，反射式微鏡面板24及微鏡片241之詳細配置如圖3所示。各個微鏡片2 4 1係繞著一旋轉軸2 4 2在一特定角度範圍内旋轉。接著，將說明本實施例之反射式投影顯示系統2的投影原理。在亮態模式下，請參見圖2A，照明裝置21所輪出之光線2 6在進入棱鏡組2 2之後會先被稜鏡2 2 1反射而到達反射式微鏡面板2 4上。然後，經由反射式微鏡面板2 4上之微鏡片241所反射之光線26b係依序通過稜鏡2 23、空氣夾層 225、棱鏡221、空氣夾層224及棱鏡222後進入投影鏡頭 23卜在暗態模式下，請參見圖2 B，照明裝置2 1所輸出之光線2 6在進入棱鏡組2 2之後同樣會先被稜鏡2 2 1反射而到達反射式微鏡面板2 4上。然而’此时反射式彳政鏡面板2 4上的

第10頁 1227791 五、發明說明（6) 微鏡片241係已繞著旋轉軸2 42旋轉了一特定角度，而使得入射光線26a反射至靠近於反射式微鏡面板24之稜鏡22 3與二氣失層225共用之界面上’並使得反射光線26c在棱鏡 2 2 3内部進行内部全反射。接著，這些在稜鏡2 2 3内部進行内部全反射的光線將由稜鏡2 23周圍設置的光吸收介質226 吸收，俾任何反射光線2 6 c除偏離光軸2 7之外更完全不會進入投影鏡頭2 3 1。

在本實施例中，由於暗態模式下經由反射式微鏡面板 2 4上的微鏡片2 4 1所反射的光線2 6 c可完全被導離投影裝置 2 3之投影鏡頭2 3 1，因此投影鏡頭2 3 1與稜鏡組2 2中的稜鏡 222之間的距離ld可以縮減至相當小。另外，鏡筒23 2的多养只需要考慮亮態模式下的成像需求即可，而不需要加入額外的週邊裝置來避開暗態模式下的偏射光線，因此可有效提昇整個投影顯示系統2的對比度及亮度。

此外，也正因為暗態模式下經由反射式微鏡面板2 4上的微鏡片2 4 1所反射的光線2 6 c可完全被導離投影裝置2 3之投景彡鏡頭2 3 1，且投影鏡頭2 3 1可以靠近稜鏡組2 2中的稜鏡 2 2 2配置，吾人可在不影響整個投影顯示系統2對比度的情況下同時採用孔徑0p小的投影鏡頭23 1及厚度Lp較小的棱鏡組22，以降低投影鏡頭及稜鏡組的製造成本以及讓投影鏡頭及稜鏡組的設計更加容易。詳言之，請參見圖3，本貫施例採用一長度為L1寬度為L 2之呈長方形的反射式微鏡面板24，舉例來說，L1與L2的比例可以是4比3或是16比 9 ’可採用正方形的微鏡片2 4 1。配置上，反射式微鏡面板

第11頁 1227791 五、發明說明（7) 24之短邊24a係與屏幕25之橫向方向（視覺的左右方）251呈光學平行，反射式微鏡面板24之長邊24b係與屏幕25之縱向方向（視覺的上下方）252呈光學平行，且微鏡片241之旋轉軸24 2係與屏幕2 5之縱向方向2 5 2呈光學平行。在此情況下，微鏡片2 4 1之旋轉軸2 4 2恰與反射式微鏡面板2 4之長邊 2 4b平行。如此一來，反射式微鏡面板24在屏幕25之橫向方向251上便具有一最短跨距L2，進而依據此一反射式微鏡面板24的最短跨距L2，相對應地採用孔徑0P小的投影鏡頭2 3 1以及厚度LP小的棱鏡組2 2，以進一步縮小投影顯示系統2之背焦距離LB且讓整個投影顯示系統2具有較小的體積而達到降低製造成本以及讓投影鏡頭及稜鏡的設計更加容易的目的。舉例而言，請再次參照圖2 A及2 B，依本實施例所採用之稜鏡組22的厚度LP為1 5 · 1 45 7mm，相較於圖1所示之習知者（2 5 · 3 1 mm )縮小了約1 · 6 7倍，而投影顯示系統2的背焦距離、為18· 2 5 3 1 mm，相較於圖1所示之習知者（ 48.543 1 mm )縮小了約2. 6 6倍。顯然地，本發明利用三片式内部全反射稜鏡組2 2及上述反射式微鏡面板2 4之配置方式，將暗態模式下反射自反射式微鏡面板24上微鏡片241之光線26c導離投影鏡頭231，讓投影鏡頭231及稜鏡組22之間的距離Ld 可以達到最短之配置距離，因而可以不必擔心投影鏡頭 2 3 1會收到偏射光線，故可採用孔徑0 p小的投影鏡頭2 3 1及厚度LP小的稜鏡組2 2，進而有效地縮減投影顯示系統的背焦距離LB，且有效地縮減整個投影顯示系統2的厚度LT。

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另一方面’在本發明第二實施例中，除了反射式微鏡面$反24配置成如圖4所示之外，反射式投影顯示系統2其他各部元件係與前述者同，在此不再贅述。本實施例仍採用一長度為L1寬度為L2之呈長方形的反射式微鏡面板24，li ，L2的比例可以是4比3或是16比9，不同於第一實施例的是採用菱形的微鏡片24 1 a。本實施例中，反射式微鏡面板 24之短邊24a係與屏幕25之橫向方向251呈光學平行，亦即反射式微鏡面板24在屏幕25之橫向方向251上的跨距L2小於其在屏幕2 5縱向方向252上的跨距L1，且微鏡片241b之旋轉軸242b與屏幕25之縱向方向252呈光學平行。換言之，基於本發明之概念，只要微鏡片24丨b之配置滿足其旋轉軸242b與屏幕25縱向方向252呈光學平行，則本發明之反射式微鏡面板之微鏡片可以是任何形狀，例如是長方形、圓形、橢圓形。綜上，本發明已藉由上述之實施例及變化例來詳加描述。然而，熟習該項技術者當了解的是，本發明之所有的實施例在此僅為例示性而非為限制性，亦即，在不脫離本發明實質精神及範圍之内，上述所述及之反射式投影顯示系統的其他變化例及修正例均為本發明所涵蓋。因此，本發明係由後附之申請專利範圍所加以界定。

第13 i 1227791 圖式簡單說明五、【圖式簡單説明】習知技術之反射式投影顯示圖1係一示意圖，顯示系統圖2 A係一示意圖 ’顯示本發明第一實施例之反射式投影顯示糸統在亮態模式下的 w的投影；圖2 B係一示意圖，_ - , ,, ,, , _ ”、、員不本發明第一實施例之反射式投影顯示系統在暗態模式下& & 、 Γ的投影；圖3係一示意圖，_ ;丄 4不本發明第一實施例之反射式投影顯示系統中的反射式微拉π _ . 做鏡面板與屏幕之間的配置關係，及圖4係不思圖’顯示本發明第二實施例之反射式投影顯示系統中的反射式微鏡面板與屏幕之間的配置關係。元件符號說明 I、 2 反射式投影顯示系統 II、 2 1 照明裝置 12、 22 稜鏡組 13、 24反射式微鏡面板 15、27 光軸 2 4 a短邊 24b長邊 241、 241a微鏡片 242、 2 42a旋轉軸 III、 111a、111c、26、26a、26b、26c 光線

第14頁 1227791 2 23 稜鏡圖式簡單說明 2 11 光源 2 1 2 燈罩 213 光導管 2 1 4 中繼透鏡 2 1 5 聚光透鏡 121 > 122 >221、111 224、2 2 5 空氣夾層 2 2 6光吸收介質 23 投影裝置 1 4 1、2 3 1投影鏡頭 142、2 32 鏡筒 25 屏幕 2 5 1 橫向方向 2 5 2 縱向方向

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Claims

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1 · 一種反射式投影顯示系統，其接收一光線且在一第一模式下將該光線投射至一屏幕上，該反射式投影顯示系統包含：反射式Μ鏡面板，具有複數微鏡片，各該等微鏡片具有一旋轉軸，且繞著該旋轉軸在一特定角度範圍内擺動，該反射式微鏡面板在該第一模式下將該光線朝該反射式投影顯示系統之光軸方向反射，且在一第二模式下將該光線朝运離该反射式投影顯示系統之光軸方向反射；一投影裝置，具有一投影鏡頭，其接收該第一模式下反射自該反射式微鏡面板之該光線，且將該光線投射至該鲁屏幕上；及一稜鏡組，置於該反射式微鏡面板及該投影裝置之間，該稜鏡組具有一第一稜鏡、一第二稜鏡及一第三稜鏡，該第一稜鏡與該第二稜鏡之間存在一第一空氣夾層且該第一稜鏡與該第三稜鏡之間存在一第二空氣夾層、該第二稜鏡與該第三稜鏡之間存在該第二空氣夾層，該第三稜鏡靠近該反射式微鏡面板配置；其中’该光線在到達該反射式微鏡面板之前係被該第 =稜鏡反射，該第一模式下反射自該反射式微鏡面板之該光線係直接通過該稜鏡組後被該投影鏡頭接收，該第二模_ 式下反射自該反射式微鏡面板之該光線係在該第三稜鏡與 σ亥弟一空氣夾層之界面上發生全反射；且其中，該反射式微鏡面板在該屏幕之橫向方向上的跨距小於該反射式微鏡面板在該屏幕之縱向方向上的跨距，

第16頁 1227791 項之反該反射項之反鏡與該第三稜項之反六、申請專利範圍且該等微鏡片之旋轉車由係與行。 2 ·如申晴專利範圍第1 中該專微鏡片之旋轉車由係與學平行。 N 3 ·如申請專利範圍第j 中該第二模式下在該第三稜發生全反射之該光線係在該 4. 如申請專利範圍第1 中該第三稜鏡周圍設有光吸 5. 如申請專利範圍第1 中該投影裝置更具有一鏡筒 6 ·如申請專利範圍第1 中該等微鏡片之形狀係選自中之一。該屏幕之縱向方向呈光學平射式投影顯示系統，其式微鏡面披之長邊呈光射式投影I員示系統，其第二空氣爽層之界面上鏡内發生内部全反射。射式投影顯示系統，其收物質。項之反射式4又衫顯示系統，盆〇項之反射式投影顯示系統，其矩形、菱形、圓形及橢圓形其射式投影顯示系統線之光源。射式投影顯示系統中繼透鏡。，其接收一光線且在一更其 7 ·如申請專利範圍第1項之反包含一照明裝置，具有一輸出該光 8 ·如申請專利範圍第7項之反中該照明裝置更具有一光導管及一 9. 一種反射式投影顯不糸統第一模式下將該光線投射至一屏幕上，該反射式投影顯示系統包含：一反射式微鏡面板’具有複數微鏡片，各該等微鏡片具有一旋轉軸，且繞著該旋轉軸在一特定角度範圍内擺

第17頁 1227791 六動式光反屏該鏡線鏡反距且行其相近其申請專利範圍，該反射式微鏡面板在該第一模式下將該光線朝該反射投影顯示系統之光軸方向反射，且在一第二模式下將該線朝遠離該反射式投影顯示系統之光軸方向反射； μ 一投影裝置，具有一投影鏡頭，其接收該第一模式下射自該反射式微鏡面板之該光線，且將該光線投射至該幕上；及一稜鏡組，具有複數赫镑，晉％ = u i y ., „ ，致杬鏡置於邊反射式微鏡面板及才又衫裝置之間，相郇之該等稜鏡之間存在空氣夾層；其中，該光線在到4言亥反射式微㉟面^ 組反射’該第-模式下反射自該反射式微鏡面係直接通過該稜鏡組後被該投影鏡頭接反3 反射自該反射式微鏡面板之該光㈣= :板稜鏡與相鄰之該等空氣夾層之界面上發生全其中，该反射式微鏡面板在該屏幕之橫向小於該反射式微鏡面板在: 内上的跨钤笼妈籽ΰ，攸仕3聲秦之縱向方向上的跨距， :Α兄疋轉軸係與該屏幕之縱向方向呈光學平 1:如申請專利範圍第9項之中該第二模式下扃查、仅Ί肩不糸統，鄰之該等空氣夾層式微鏡面板之該等稜鏡與該反射式微鏡面板之兮=:::之該光線係在靠 11.如申往皇^ °亥4枚鏡内發生内部全反射。中該等微鏡片之旋=81第9項之反射式投影顯示系統，轉軸係與該反射式微鏡面板之長邊呈 1227791 六、申請專利範圍光學平行。申請專利範圍第9項之反射式投影顯示系統，反射式微鏡面板之該等稜鏡周圍設有光吸收物 12·如其中靠近該質。 13·如申請專利範圍第9項之反射式投影顯示系統其中該投影裝置更具有一鏡筒。申請專利範圍第9項之反射式投影顯示系統，鏡片之形狀係選自矩形、菱形、圓形及橢圓形 1 4.如其中該等微其中之一 15. 如申請專利範圍第9項之反射式投影顯示系統，更包含一照明裝置，具有一輸出該光線之光源。 16. 如申請專利範圍第1 5項之反射式投影顯示系統其中該照明裝置更具有一光導管及一中繼透鏡。

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