專利名稱：背投顯示器的制作方法
背景本發(fā)明一般涉及背投顯示器，更具體地涉及利用偏振敏感分束器使投影系統(tǒng)光路折轉(zhuǎn)的背投顯示器。
諸如背投電視的背投顯示裝置是眾所周知的。這種系統(tǒng)通常包括視頻源、投影光學(xué)系統(tǒng)和顯示屏。最近，背投型顯示器已經(jīng)裝入作為成象源的液晶顯示(LCD)投影機。LCD投影機通常用于減小背投裝置的總尺寸。已經(jīng)建議，這種裝置不僅能夠用作電視，而且能夠用于包括計算機監(jiān)視器等的各種類型的顯示裝置中。
過去幾年，為減小背投裝置的總尺寸，尤其在深度方向上的尺寸已經(jīng)作了很多努力。深度減小對于在家庭中更小的房間內(nèi)使用，例如，同計算機監(jiān)視器情況一樣裝在桌面上，是很重要的。減小背投系統(tǒng)總深度的一種辦法是使用一個或多個反射鏡使從圖象投影機到顯示屏的光的光路折轉(zhuǎn)。在這種系統(tǒng)中，通過使投影光錐在投影裝置外殼內(nèi)的給定距離上來回改向，投影光錐在給定體積內(nèi)走過更長的距離。當光在至少一部分距離上兩次或多次走過時，光錐擴大，充滿所需顯示屏尺寸。一種特別的折轉(zhuǎn)光路使用偏振光通過有選擇地反射和透射光(與其偏振有關(guān))使光路折轉(zhuǎn)。
發(fā)明概要一般地，本發(fā)明涉及使用不同偏振狀態(tài)使光學(xué)投影路徑折轉(zhuǎn)的背投顯示系統(tǒng)。在一個實施例中，背投顯示器包括在第一平面方向上取向的具有高度和寬度的顯示屏。顯示器進一步包括在與第一平面形成一角度的第二平面方向上延伸的偏振敏感分束器。該偏振敏感分束器透射第一偏振狀態(tài)的光和反射第二偏振狀態(tài)的光。沿垂直于顯示屏的方向測量，顯示屏與偏振敏感分束器上最遠點之間的距離比顯示屏高度和寬度中較小的一個還要小。光源將光束投影在偏振敏感分束器上。第一偏振狀態(tài)的光透過偏振敏感分束器。偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器接收透過偏振敏感分束器的光并將其從第一偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙駹顟B(tài)。轉(zhuǎn)換后的光入射在偏振敏感分束器上并被其反射到顯示屏。
在一個實施例中，偏振敏感分束器反射一種線偏振狀態(tài)的光和反射另一種線偏振狀態(tài)的光。一種這樣分束器包括聚合物多層光學(xué)薄膜。在另一個實施例中，偏振敏感分束器反射一種類型的圓偏振光和透射另一種類型的圓偏振光。
本發(fā)明的一個實施例包括接收通過顯示屏的光的光傳感器。該光傳感器可以用于遙控顯示器的功能。
按照本發(fā)明的另一個實施例，背投顯示器包括沿具有至少15°錐角的光路投影光束的光源。偏振敏感分束器設(shè)置在光束的光路中，在整個入射角范圍上工作，基本上透射第一偏振狀態(tài)的入射光和反射第二偏振狀態(tài)的入射光。偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器接收透過偏振敏感分束器的光并將接收光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙駹顟B(tài)。轉(zhuǎn)換后的光被偏振敏感分束器反射到顯示屏。
在又一個實施例中，背投顯示器包括圖象源，它設(shè)置在顯示器的外殼中，以致于至少一部分圖象源處于偏振敏感分束器與相鄰部分外殼之間的空間中。
本發(fā)明的以上概要不希望描述本發(fā)明的每一種所示實施例或每一種實施方案。以下的附圖和詳細描述更具體地例舉這些實施例。
附圖簡述考慮到以下結(jié)合附圖的對本發(fā)明各種實施例的詳細描述，能夠比較全面地理解本發(fā)明，其中

圖1和1a是按照本發(fā)明一個實施例的背投顯示器的截面示意圖和解析圖。
圖2示出一種方式，它改善按照本發(fā)明一個實施例的背投顯示器的偏角性能。
圖3示出按照本發(fā)明一個實施例的折轉(zhuǎn)光路的優(yōu)點。
圖4示出按照本發(fā)明一個實施例的折轉(zhuǎn)光路的另一優(yōu)點。
圖5示出按照本發(fā)明一個實施例的折轉(zhuǎn)光路的又一優(yōu)點。
圖6示出本發(fā)明的第二實施例，它便于多個背投顯示器的垂直和水平拼接。
圖7示出按照本發(fā)明另一特定實施例的拼接背投顯示器的正視圖。
圖8示出本發(fā)明的又一實施例。
圖9示出本發(fā)明的又一實施例。
圖10示出本發(fā)明的另一實施例。
詳細描述本發(fā)明可應(yīng)用于許多不同背投顯示系統(tǒng)。圖1示出背投顯示系統(tǒng)的一個特定實施例，圖1a示出其解析圖。背投顯示器101包括圖象源103、偏振敏感分束器105、偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107和屏幕109。屏幕109一般具有高和寬尺寸，定向在平面內(nèi)。屏幕109可以是平面或者可以是其它一些形狀。例如，屏幕109可以為少許曲面。屏幕高與寬之間的關(guān)系通常由屏幕的縱橫比確定。雖然為了便于本發(fā)明的討論采用了術(shù)語高和寬，但是這些術(shù)語是相對于顯示器的取向，不應(yīng)當視為把本發(fā)明過分限制于特定取向。偏振敏感分束器105與屏幕109平面形成角度θs。
象圖1中所示這種背投系統(tǒng)的一般安排提供許多優(yōu)點。例如，屏幕109與偏振敏感分束器105上最遠點之間的水平距離d(沿正交于屏幕平面的方向測量)可以小于屏幕高和寬中的較小尺寸。背投系統(tǒng)還能夠容納各種元件上相對較大的入射角，具有基本上均勻的性能。另外，一部分圖象源可以設(shè)置在外殼111內(nèi)由偏振敏感分束器105與相鄰部分外殼111之間限定的空間110中?？梢圆捎镁酆衔锒鄬庸鈱W(xué)薄膜作為偏振敏感分束器105，在寬的入射角范圍上提供特別均勻的性能。
在圖1所示的實施例中，圖象源103定位在偏振敏感分束器105之后，用于將圖象投影顯示在屏幕109上。在圖所示的實施例中，投影圖象的光路依次包括偏振敏感分束器105(透射型)、偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107、偏振敏感分束器105(反射型)和屏幕109。正如以下更詳盡地描述的，偏振敏感分束器103用于透射一種偏振狀態(tài)的光和反射另一種偏振狀態(tài)的光。應(yīng)當注意偏振敏感分束器通常將透射和反射每一種偏振狀態(tài)光的至少一部分。然而，正如這里所采用的，一種狀態(tài)最好透過偏振敏感分束器，而另一種狀態(tài)最好被偏振敏感分束器反射。
圖象源103能夠用于產(chǎn)生基本上偏振的圖象(即，一束具有相似偏振的光線，當被投影在屏幕上時形成一幅圖象)。偏振圖象具有最好透過偏振敏感分束器105的偏振狀態(tài)Pt。被圖象源投影的圖象取決于使用背投顯示器的應(yīng)用類型。例如，在背投電視中，投影的圖象對應(yīng)于從天線、電纜和衛(wèi)星接收盤等接收的電視信號。在背投計算機監(jiān)視器中，圖象對應(yīng)于計算機的視頻輸出。在每一種情況中，背投顯示進一步包括聲頻再生設(shè)備，正如本領(lǐng)域所公知的。
通過偏振敏感分束器105后，圖象入射在偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107上。偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107將圖象的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換為反射偏振狀態(tài)Pr。經(jīng)過轉(zhuǎn)換的光束被偏振敏感分束器105反射到屏幕109上。圖象透過屏幕109，以供觀看。在說明的實施例中，圖象源定位在偏振敏感分束器105之后且屏幕109允許以更緊湊的方式構(gòu)造顯示裝置。本發(fā)明還便于一種構(gòu)造，其中背投顯示裝置的總高度比具有相對較小深度屏幕高度的兩倍還小。
在本發(fā)明的一個實施例中，采用線偏振。偏振敏感分束器105最好透射取向為第一方向的線偏振光以及最好反射取向基本上垂直于第一方向的線偏振光。圖象源可以包括例如輸出基本為線偏振圖象的投影機，如液晶顯示(LCD)投影機。由圖象源103產(chǎn)生的線偏振圖象被投影在具有偏振狀態(tài)Pt的偏振敏感分束器105上，它透過偏振敏感分束器105。透過偏振敏感分束器的偏振圖象入射在偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107上。當利用線偏振敏感分束器時，偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107可以包括一個延遲器和一個反射鏡。這一組合使圖象源的線偏振方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生具有線偏振Pr的光束，它被線偏振敏感分束器反射。因此，旋轉(zhuǎn)后的偏振圖象被線偏振敏感分束器反射到屏幕109上。
雖然描述了線偏振光源，應(yīng)當明白，可以采用非偏振光，如來自陰極射線管(CRT)的光。在這個實施例中，線偏振敏感分束器對投射光進一步起偏振器的作用。然而，在這種系統(tǒng)，大約50％的初始光將被分束器反射，對最終圖象的亮度將不起作用。
透過屏幕109的光以合適的視角被擴散?？梢圆捎枚喾N已知背投屏幕中的任何一種。例如，由日本Dai Nippon公司和美國Stewart公司提供的商品化背投顯示屏可適合于本發(fā)明。也可以采用由美國3M公司提供的玻珠顯示屏。一種顯示屏，尤其是適合于這種背投顯示系統(tǒng)使用的顯示屏包括一個使光漫射的漫射體。漫射體可以是塊體漫射體或表面漫射體?？梢哉{(diào)節(jié)顯示屏109的視角，以便適應(yīng)背投顯示的特定終端用戶應(yīng)用。例如，如果背投監(jiān)視器是垂直和水平拼接的，正如以下更詳盡描述的，可能需要相對較大的垂直和水平視角，以提供均勻亮度。也可以采用附加顯示屏元件，如leuticular和菲涅耳透鏡。顯示屏在對比度、增益和均勻性上也可以變化。鑒于顯示裝置的最終應(yīng)用通?？梢赃x擇所用顯示屏的類型。
如上所述，圖1所示的實施例可以按照明顯減小顯示器總尺寸的方式排列。顯示器的尺寸部分地取決于投影錐角θc(即從光源發(fā)散的光線錐的角寬度)。一般地，將錐角選擇為在光路的幾何約束下盡可能大，以便使系統(tǒng)的總尺寸減至最小。如果在折轉(zhuǎn)光路中將錐角選擇得太大，錐角內(nèi)的一部分光線在一次或多次折轉(zhuǎn)中會被系統(tǒng)元件所阻擋。對于給定的錐角，圖1的安排提供相對較長的光路，允許構(gòu)造具有小深度尺寸。
圖1的安排允許采用相對較大的錐角。例如可以采用大于10°的錐角，偏振敏感分束器在入射角的范圍上具有基本均勻的性能。范圍在15°至50°的錐角尤其適合于本發(fā)明并對于各種入射角提供相對均勻的性能?？紤]到投影機的尺寸、投影系統(tǒng)的高度和深度要求和/或各種光學(xué)元件的所需相對定位，可以選擇一種合適的錐角。顯示屏上投影圖象尺寸也是錐角的函數(shù)。
利用大于30°的錐角能夠?qū)崿F(xiàn)使總背投顯示器的深度和/或高度減至最小的設(shè)計。例如，范圍在30°至36°之間的錐角非常適合于這種背投顯示屏。在需要在多個單元彼此頂部上垂直拼接多個單元的地方，投影機與偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器的相對取向必須考慮進去。通常，如果不需要垂直拼接，通過改變圖象投影機、偏振敏感分束器和/或偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器的取向，能夠減小系統(tǒng)的深度。然而，這種變化會增大系統(tǒng)的總高度。
在許多情況下，還需要以在顯示屏109上提供法向錐角入射的方式給背投顯示器的各種元件定向。元件的角度取向可以用角度θpsbs(表示偏振敏感分束器105)、角度θpc(表示偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107)以及角度θls(表示光源103)來描述。角度如圖1所示，從垂直于顯示屏109平面的直線起測量。通過選擇各個元件的角度，以滿足關(guān)系2θpsbs＝θls+2θpc，能夠獲得顯示屏109上法向錐角入射。也可以調(diào)節(jié)顯示屏上的角度入射，以便在不同應(yīng)用中使觀看達到最佳。通過選擇顯示屏109與偏振敏感分束器105之間的角度θs，以滿足關(guān)系θs＝45°-θc/4，能夠以小深度尺寸構(gòu)造具有投影錐角θc的系統(tǒng)。
如上所述，當光透過顯示屏109時它使光漫射。這提供在寬的視角范圍上改善均勻亮度。顯示屏109背面也可以涂覆減反射(AR)涂層或者3級粗糙，以便減少不希望有的幻象。圖1中用光線線路113表示一種特定的不希望有的幻象的源。從圖象源出射的光透過偏振敏感分束器105，被偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器107轉(zhuǎn)換為反射偏振狀態(tài)Pr。光被偏振敏感分束器105反射到顯示屏109。一部分光會從顯示屏109的背表面被反射而不是透過顯示屏109。然后，這部分光再次從偏振敏感分束器105反射以及在點114處作為幻象從顯示屏出射。通過減少或阻止從顯示屏背面的反射，顯示屏109的粗糙或涂覆減反射(AR)涂層的背表面極大地減少或消除幻象。當顯示屏由多個元件制成時，通常需要把AR涂層設(shè)置在元件的最外層背表面(例如，最靠近偏振敏感分束器的表面)上。
如上所述，在特定的實施例中可以采用線偏振敏感分束器。聚合物多層光學(xué)薄膜尤其適合于這種系統(tǒng)使用。線偏振敏感分束器可以通過將這種薄膜層疊或者粘合到玻璃板或其它光學(xué)中性基板上而構(gòu)成。將多層光學(xué)薄膜層疊到玻璃上的合適的技術(shù)包括濕層疊滾壓處理、層疊熱壓處理和壓敏粘合(PSA)滾壓層疊處理?；鍛?yīng)當是基本上平整的，聚合物光學(xué)薄膜當層疊到基板上時同樣應(yīng)當是平整的。層疊到玻璃上的多層光學(xué)薄膜可由美國3M公司提供。其它的可能的層疊材料來源包括美國Lamination Technologies、Optical CoatingLaboratories公司、日本Nitto Denko公司、Sumitomo化學(xué)公司和San Rietz公司。當反射偏振薄膜被層疊到玻璃上時，可以將疊層的玻璃一側(cè)向著圖象源放置，有助于減少幻象，否則在背向顯示屏的偏振敏感分束器的玻璃-空氣界面上由反射導(dǎo)致幻象。
一種聚合物反射偏振薄膜由3M公司以雙亮度增強薄膜(DBEF)的名稱提供。其它的反射偏振薄膜在1995年3月10提交的題目為“光學(xué)薄膜”的美國專利申請08/402041和1996年2月29提交的題目為“光學(xué)薄膜”的美國專利申請08/610092中作了描述，這里將其內(nèi)容引作參考。正如這里所描述的，這種薄膜在寬的入射角范圍上具有高性能，尤其適合于本發(fā)明使用?？梢詫诰酆衔锒鄬庸鈱W(xué)薄膜的線偏振敏感分束器定向，以反射p偏振光和透射s偏振光或者反射s偏振光和透射p偏振光。選擇取向要考慮從圖象源輸出的光的偏振方向。通常，能夠構(gòu)造使用聚合物多層光學(xué)薄膜任何取向的投影系統(tǒng)。例如，能夠使用利用混合偏振狀態(tài)(例如p和s)的取向。
在圖1所示本發(fā)明的投影系統(tǒng)的實施例中，圖象源定位在偏振敏感分束器的上方。這一安排會減少可以透過顯示屏的過頂環(huán)境光的任何背反射。這一安排還提供對由光源產(chǎn)生的熱從內(nèi)部元件傳遞到外部的改善。然而，在垂直方向可以輕易地使總幾何圖倒置(見圖6)。以使整個系統(tǒng)繞垂直于顯示屏平面的軸旋轉(zhuǎn)90°的方式，也能夠?qū)︼@示屏定向。也可以使顯示屏傾斜，直至顯示屏位于基本水平的平面內(nèi)。可以將這種顯示屏裝入桌面中，例如，對于計算機監(jiān)視器應(yīng)用。
本發(fā)明借助于其設(shè)計和光路提供許多優(yōu)點，圖2-5示出這些設(shè)計和光路的例子。當采用線偏振敏感分束器時，一些優(yōu)點特別重要。例如，借助于光路和設(shè)計，線偏振敏感分束器可以發(fā)揮多種功能。
在利用線偏振光的系統(tǒng)中，可以采用偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器使光的偏振方向旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器包括反射鏡201和1/4波片延遲器203。適合于本發(fā)明使用的商用1/4波片延遲器可以由日本Nitto Denko公司提供。在圖2中，1/4波片延遲器設(shè)置在反射鏡上。然而，應(yīng)當明白，不需要物理接近。通常，延遲器可以位于透過偏振敏感分束器與被偏振敏感分束器反射之間的光路中任何地方，只要光路允許光兩次通過延遲器。
1/4波片延遲器/反射鏡組合使線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，利用從透射偏振狀態(tài)Pt(例如p或s偏振光)到反射偏振狀態(tài)Pr(例如s或p偏振光)。為了使性能達到最高，通常需要延遲器/反射鏡組合使基本上所有入射光的偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)相同的量。典型的延遲器對光的入射角是相當敏感的。例如，在歐洲專利申請EP 0783133中描述了這種延遲器的角度靈敏度。由于延遲器角度靈敏度的結(jié)果，反射光的偏振不是完全線偏振，而是少許橢圓偏振。因此，如果偏角延遲明顯地不同于法向入射延遲，在性能上將出現(xiàn)下降。
在本發(fā)明的實施例中，入射在延遲器上的最大角度保持最小。參考圖2，圖中示出對于兩種不同情況205A和205B的入射在延遲器上光的角度關(guān)系。每種情況代表通過其表面入射在延遲器上的角度。測量入射角從延遲器平面的法線207A和207B出發(fā)。在圖2中，對于每種情況，角度的范圍(即錐角θ1和θ2)是相同的。然而，在第一種情況205A中，錐角θ1的錐軸與法線207A重合。在第二種情況中，角度θ2的錐軸209從法線207B形成一個相對較大的角度θca。正如將會明白的，在第二種情況205B中，光入射在延遲器上的最大角度φ2顯著大于第一種情況205A的最大角度φ1。當錐軸的中心變?yōu)楦怪庇谘舆t器的表面時，最大偏軸角度減小。
如上所述，在圖1所示的系統(tǒng)的一個實施例中，入射在延遲器上錐角的中心非?？拷ㄏ颉Ｓ捎诋斎肷浣亲兇髸r延遲器的性能會劣化，通過減小最大角度可以實現(xiàn)性能的提高。因此，按照本發(fā)明的實施例，可以提高系統(tǒng)性能，同時簡化構(gòu)造和降低成本。
將分束器置于顯示屏附近的各種現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計所碰到的另一個問題涉及當光開始入射到屏幕上時的漏光。這個問題在第4969732號美國專利中作了一般描述。在采用偏振敏感分束器的地方，漏光將是分束器反射適當偏振光的效率的函數(shù)以及圖象源產(chǎn)生完全偏振光的能力的函數(shù)。即使在采用高效率的分束器時，如上述的基于聚合物多層光學(xué)薄膜的分束器時，高達10％的用于反射而偏振的光會通過偏振敏感分束器而漏出。如果通過偏振敏感分束器漏出的光到達屏幕，將會出現(xiàn)相當明顯的幻象。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的投影安排如何自然地禁止不適當透過偏振敏感分束器和/或不適當被偏振敏感分束器反射的光到達屏幕。在圖3中，光線301通常透過偏振敏感分束器303，被偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器305轉(zhuǎn)換，返回到偏振敏感分束器303并被其反射，以及透過顯示屏307。如果離開光源的一部分光不正確地偏振，它將被偏振敏感分束器303無害地反射到投影顯示器的后背，如光線309所表示的。同樣，在被偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器305轉(zhuǎn)換后，如果通過偏振敏感分束器303漏出的一部分光也被無害地透射到投影顯示器的背面。正如以上討論說明的，偏振敏感分束器303不僅實現(xiàn)其主要功能，而且阻止不希望有的光到達顯示屏。因此，能夠從顯示屏上減少或消除一定的雜散圖象，無需增加附加元件。
圖4示出通過本發(fā)明減少或消除潛在幻象的另一種源。在特定情況中，光線401可以從延遲器405的正面403反射。由于光線401并不穿過延遲器405，它基本上維持其透射偏振狀態(tài)Pt。通過在延遲器405的表面403上提供減反射(AR)涂層，可以減少或消除反射。然而，在本設(shè)計中，AR涂層并不是減少這一潛在的幻象，因為光線401將穿過偏振敏感分束器407到達系統(tǒng)的背面。因此，阻止不需要的幻象到達顯示屏。雖然不需要阻止雜散光到達顯示屏，但是，為了增加顯示屏上的亮度，在延遲器405的表面403上，AR涂層仍然是需要的。
光線409示出另一個潛在的不希望有的圖象。光線409穿過延遲器405，正如希望的。然而，在這種情況下，延遲器并不完全使光線409延遲。雖然光線基本上是線偏振的，但會存在例如少許橢圓性(即光線的少量分量為透射而偏振)或者以略微不同于90°的角度使偏振方向旋轉(zhuǎn)。用于透射的偏振光分量無害地穿過偏振敏感分束器407到系統(tǒng)的背面。
圖5示出會被無害地傳送到系統(tǒng)背面的另一種可能的雜散圖象。這一雜散光由被偏振敏感分束器501反射的正確偏振光產(chǎn)生。在本發(fā)明中，從偏振敏感分束器501反射的作為透射Pt而偏振的光被反射到系統(tǒng)的背面，并不到達顯示屏。對作為透射而正確偏振的光的反射可能是偏振敏感分束器501自身無效性的函數(shù)或者會從疊層表面反射。在任何一種情況中，光從系統(tǒng)無害地出射。根據(jù)偏振敏感分束器的構(gòu)造，在偏振敏感分束器的一個表面或兩個表面上涂覆AR涂層也是需要的。
如上所述，本發(fā)明尤其適合于拼接。背投系統(tǒng)通常可以水平拼接。然而，獲得緊湊深度所需的構(gòu)造會禁止垂直拼接。如6示出實現(xiàn)垂直拼接的本發(fā)明的一個實施例。應(yīng)當注意在圖6中，整個系統(tǒng)是以與從圖1所示安排的顛倒安排示出的。然而，應(yīng)當明白，水平和垂直取向都可以拼接。
圖6示出在垂直方向拼接的兩個顯示裝置601A和601B。雖然僅示出兩個顯示器，但是以相似的方式可以垂直拼接兩個以上的這種背投顯示裝置。拼接顯示裝置601A和601B的基本操作與以上描述相同。虛線603A和603B表示可以用于使設(shè)計進一步緊湊的區(qū)域?？梢岳迷搮^(qū)域使圖象源的路徑折轉(zhuǎn)，封裝與顯示器相關(guān)的電路等。此外，如上所述，線性偏振分束器可以與任何方向的線偏振光一起使用。因此，通過在投影顯示寬度方向(即垂直于圖6紙面的方向)上延伸投影機中的路徑，可以進一步使圖象源緊湊化。
提供圖6所示的外殼主要是演示拼接能力，根據(jù)所需的設(shè)計能夠被適當?shù)夭捎?。例如，可以將底部表面制成平面，如線段605所示，以適應(yīng)顯示器放置在平表面上。另一方面，可以提供一個在單獨使用時與顯示器底部相配的適配器?？梢圆捎脫沃潭ê椭纹唇影才呕蛘邔ν鈿ぷ鬟m當改進。應(yīng)當明白，各個側(cè)面上的外殼形狀可以不同于圖所示的截面。例如，外殼可以在線段607所表示的邊緣上向上延伸，在顯示裝置的頂部(或者在倒置幾何圖中為底部)中心形成一個凹槽。該凹槽(經(jīng)適當修改)可以用于與含有投影機的一部分相鄰顯示外殼相匹配。
圖7示出在垂直和水平兩個方向拼接的本發(fā)明的9個背投顯示單元的正視圖。正如將會明白的，按照本發(fā)明的背投顯示系統(tǒng)能夠在垂直和水平兩個方向上提供實際上無縫拼接。此外，在水平和/或垂直方向上可以將任何所需數(shù)目的這種系統(tǒng)拼接在一起。利用本領(lǐng)域熟知的控制電子電路和軟件，可以將多個單元拼接在一起，形成一幅整體圖象。
圖8示出按照本發(fā)明的背投顯示器801的另一特定實施例。在圖8中，圖象源802投影圓偏振圖象。投影機可以包括例如產(chǎn)生線偏振圖象的投影機803和將線偏振圖象轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振圖象的1/4波長延遲器805。雖然圖中示出的延遲器在投影透鏡外部，但是將會明白，可以將它提供在投影系統(tǒng)中。在另一種替代方案中，延遲器可以設(shè)置在偏振敏感分束器的面向投影機的表面上。
將圓偏振圖象入射在圓偏振敏感分束器807上。圓偏振敏感分束器807可以由膽甾偏振器，例如透射具有第一旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光和反射相反旋轉(zhuǎn)方向偏振的圓偏振光的偏振器組成。具有以上特性的膽甾偏振器在第5573324號美國專利中作了描述。
從圖象源802輸出的圓偏振圖象被旋轉(zhuǎn)偏振，它透過圓偏振敏感分束器807。該圖象再入射在偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器809上。偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器安排可以是平面反射鏡，它具有使圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向倒轉(zhuǎn)的功能。反射鏡也可以涂覆涂層，以增強反射。反射鏡將光背反射到圓偏振敏感分束器807?，F(xiàn)在光以旋轉(zhuǎn)方向偏振，該旋轉(zhuǎn)方向的光被圓偏振敏感分束器807反射到顯示屏811。顯示屏811可以是任何合適的背投顯示屏，如上所述的顯示屏。
圖9示出本發(fā)明的另一個實施例。在圖9中，通過引入一個附加反射鏡，在系統(tǒng)中引入額外折轉(zhuǎn)。在這一系統(tǒng)中，圖象源901將圖象投影在第一反射鏡903上。第一反射鏡903將圖象反射到偏振敏感分束器905，它將光透射到偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器907，如上所描述的。系統(tǒng)的整個操作與以上所述的各個實施例相似，通過適當改進以適應(yīng)額外折轉(zhuǎn)。例如，如果采用圓偏振分束器，從圖象源901出射的光的偏振旋轉(zhuǎn)方向與透過分束器的方向相反。以這種方式，來自第一反射鏡的反射包括使圖象首次穿過圓偏振敏感分束器905的合適旋轉(zhuǎn)方向。
在利用圓偏振敏感分束器的另一個實施例中，第一反射鏡903引入一個1/8波長延遲器。在這一實施例中，可以采用線偏振光源。線偏振光穿過1/8波長延遲器，從反射鏡反射并反向穿過1/8波長延遲器。以這一方式，線偏振光被轉(zhuǎn)換為圓偏振光，通過適當選擇初始線偏振方向，使之偏振以通過圓偏振敏感分束器。以類似方式，采用線偏振敏感分束器的系統(tǒng)在反射鏡903上能夠使用1/4波長延遲器，如果需要改變線偏振方向的話。
由于偏振敏感分束器對特定偏振的光是透射的，可以將其它光學(xué)元件放置在分束器之后。例如，可以將諸如電荷耦合器件(CCD)陣列或光電二極管的光檢測器放置在分束器之后，投影圖象光路外側(cè)，以檢測落在顯示屏上的光。這一安排可以用于把用戶的輸入提供給投影系統(tǒng)。例如，針對顯示屏的遙控器可以用于控制光標，選擇選項、改變頻道等。
圖10示出一個這種實施例。背投顯示器1001適合于在顯示器1001的顯示屏1005上顯示屏幕菜單1003。采用遙控定向裝置1007從屏幕菜單1003選擇選項。在圖所示的實施例中，遙控定向裝置包括激光定向器，它提供被選屏幕上位置的視覺指示。當來自遙控定向器的光穿過顯示屏1005時，它被顯示屏擴散。擴散光被光傳感器1009，如電荷耦合器件(CCD)陣列所檢測。光傳感器1009確定用戶經(jīng)遙控定向器所選的屏幕上位置，給顯示器的控制電路(圖中未示出)產(chǎn)生執(zhí)行所選功能的信號。在光傳感器上可以提供合適的濾光片，以濾除遠處光源。
正如圖10所示，光傳感器安排1009定位在偏振敏感分束器1011之后。因此，分束器1011起一個窗口作用，外部產(chǎn)生的光通過該窗口。光傳感器因此能夠定位在系統(tǒng)內(nèi)的任何地方，這里可以提供足夠的空間。此外，除了屏幕菜單/定向器結(jié)構(gòu)外，可以采用諸如紅外遙控器的常見遙控器。可以將紅外傳感器置于屏幕和偏振敏感分束器之后，檢測通常射向顯示屏的紅外信號。其操作與普通遙控器基本相同。這種類型的遙控功能尤其適合于適宜拼接的顯示裝置，它不具有外部紅外傳感器的位置。
在另一替代實施例中，可以將光傳感器定位在偏振敏感分束器與偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器之間的由虛線1013表示的區(qū)域中。應(yīng)當明白，可以將相對較薄的CCD陣列設(shè)置在這一區(qū)域中，將相應(yīng)的電路設(shè)置在系統(tǒng)內(nèi)的其它地方。
當背投顯示單元與計算機連接，作為計算機監(jiān)視器使用時，可以采用遠處光源控制監(jiān)視器上光標。例如，可以提供一個光傳感器，它對透過顯示屏的光源的位置敏感。然后將這一信息傳送給計算機，計算機控制光標在顯示屏上移動光點。也可以提供選擇功能的附加能力。以這種方式，可以遙控計算機的功能。
雖然已經(jīng)參考以上的例子描述了本發(fā)明，但是，不應(yīng)當將本發(fā)明局限于特定的例子。而是，本發(fā)明完全覆蓋所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種背投顯示器，其特征在于所述背投顯示器包括顯示屏，以第一平面的方向取向，具有高度和寬度；偏振敏感分束器，在與第一平面形成一角度的第二平面內(nèi)延伸，它透射第一偏振狀態(tài)的光而反射第二偏振狀態(tài)的光，沿垂直于第一平面的方向測量顯示屏與偏振敏感分束器上最遠點之間的距離比顯示屏高度和寬度中的最小尺寸還?。还庠?，將光束投影到偏振敏感分束器上，第一偏振狀態(tài)的光透過偏振敏感分束器；以及偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器，接收透過偏振敏感分束器的光并從第一偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換為第二偏振狀態(tài)，轉(zhuǎn)換后的光入射在偏振敏感分束器上并被其反射到顯示屏。
2.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于所述顯示屏包括一漫射體，使入射光漫射在顯示屏的背表面上，以所需視角透過所述顯示屏。
3.如權(quán)利要求2所述的背投顯示器，其特征在于所述顯示屏的背表面為不光滑表面，以減小入射在顯示屏背表面上光的反射。
4.如權(quán)利要求2所述的背投顯示器，其特征在于所述漫射體包括一體積漫射體。
5.如權(quán)利要求2所述的背投顯示器，其特征在于所述顯示屏包括玻珠顯示屏。
6.如權(quán)利要求2所述的背投顯示器，其特征在于所述顯示屏的背表面有一減反射涂層，以減少對入射在顯示屏背表面上光的反射。
7.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于所述的偏振敏感分束器包括反射一種線偏振狀態(tài)的光和透射另一種偏振狀態(tài)的光的線偏振敏感分束器。
8.如權(quán)利要求7所述的背投顯示器，其特征在于所述線偏振敏感分束器包括設(shè)置在玻璃基板上的聚合物多層光學(xué)薄膜。
9.如權(quán)利要求8所述的背投顯示器，其特征在于所述偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器包括一延遲器和一反射鏡，穿過延遲器后基本上被旋轉(zhuǎn)90°的以第一方向線偏振的光的偏振方向被反射鏡反射并第二次穿過延遲器。
10.如權(quán)利要求9所述的背投顯示器，其特征在于所述延遲器固定在反射鏡上。
11.如權(quán)利要求9所述的背投顯示器，其特征在于所述延遲器包括1/4波片延遲器。
12.如權(quán)利要求8所述的背投顯示器，其特征在于所述光源投影基本上以第一偏振狀態(tài)線偏振的圖象。
13.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于所述偏振敏感分束器包括圓偏振敏感分束器。
14.如權(quán)利要求13所述的背投顯示器，其特征在于所述圓偏振敏感分束器包括膽甾濾光片。
15.如權(quán)利要求14所述的背投顯示器，其特征在于所述第一偏振狀態(tài)為具有第一旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光，所述第二偏振狀態(tài)為具有相反旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光。
16.如權(quán)利要求14所述的背投顯示器，其特征在于所述偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器包括平面反射鏡，被所述平面反射鏡反射，改變圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向。
17.如權(quán)利要求16所述的背投顯示器，其特征在于進一步包括設(shè)置在所述反射鏡上的反射增強涂層。
18.如權(quán)利要求14所述的背投顯示器，其特征在于所述光源包括產(chǎn)生線偏振光圖象的LCD面板和將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光的延遲器。
19.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于所述顯示器的頂部和底部適合于接受其它背投顯示器的各自底部和頂部，以形成一個一體化拼接的顯示器。
20.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于所述光源以預(yù)定錐角將光投影在偏振敏感分束器上。
21.如權(quán)利要求20所述的背投顯示器，其特征在于第一平面與第二平面形成的角度等于45°減去預(yù)定錐角的四分之一。
22.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于所述光源投影由以一束預(yù)定錐角投射光線所組成的圖象。
23.如權(quán)利要求22所述的背投顯示器，其特征在于所述投影圖象的錐角在約10°至50°的范圍內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的背投顯示器，其特征在于所述投影圖象的錐角至少為30°。
25.如權(quán)利要求23所述的背投顯示器，其特征在于所述投影圖象的錐角在約30°至36°的范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求1所述的背投顯示器，其特征在于進一步包括從顯示器以外的點接收透過顯示屏的光而提供的光傳感器。
27.如權(quán)利要求26所述的背投顯示器，其特征在于所述光傳感器設(shè)置在偏振敏感分束器之后。
28.如權(quán)利要求26所述的背投顯示器，其特征在于所述背投顯示器響應(yīng)于光傳感器所檢測的光啟動特定功能。
29.一種背投顯示器，其特征在于所述顯示器包括光源，沿具有至少15°錐角的光路投射光束；偏振敏感分束器，設(shè)置在光束的光路中，在整個入射角范圍上工作，基本上透射第一偏振狀態(tài)的入射光和反射第二偏振狀態(tài)的入射光；以及偏振轉(zhuǎn)換器，接收透過偏振敏感分束器的光，將接收光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙駹顟B(tài)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換的光被偏振敏感分束器反射到顯示屏。
30.一種背投顯示器，其特征在于所述顯示器包括外殼；背投顯示屏；基本為平面的偏振敏感分束器，它透射第一偏振狀態(tài)的光和反射第二偏振狀態(tài)的光；設(shè)置在外殼內(nèi)并至少部分地占據(jù)限定在偏振敏感分束器與相鄰?fù)鈿け砻嬷g的空間的圖象源，所述圖象源將圖象射在偏振敏感分束器上，至少一部分投影圖象透過偏振敏感分束器；以及設(shè)置在外殼內(nèi)的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器，接收透過偏振敏感分束器的這部分圖象并將其轉(zhuǎn)換為第二偏振狀態(tài)，轉(zhuǎn)換后的圖象被偏振敏感分束器反射到顯示屏。
31.一種背投顯示器，其特征在于所述顯示器包括光源；定向在圖象源的光路中的聚合物多層光學(xué)薄膜，在寬的入射角范圍上透射第一偏振狀態(tài)的光和反射第二偏振狀態(tài)的光；以及偏振轉(zhuǎn)換器，接收透過多層光學(xué)薄膜的圖象并將接收圖象轉(zhuǎn)換為第二偏振狀態(tài)，被偏振轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為第二偏振狀態(tài)的圖象被多層光學(xué)薄膜反射到顯示屏。
32.一種將圖象投影到顯示屏上的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟將圖象投影到基本上為平面的偏振敏感分束器上，它透射第一偏振狀態(tài)的光和反射第二偏振狀態(tài)的光；使具有第一偏振狀態(tài)的圖象的光透過偏振敏感分束器；使透過偏振敏感分束器的光從第一偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙駹顟B(tài)；以及利用偏振敏感分束器將轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙駹顟B(tài)的光反射到顯示屏。
33.一種背投計算機監(jiān)視器，其特征在于所述監(jiān)視器包括具有高度和寬度尺寸的顯示屏；與計算機耦合的液晶投影機，接收視頻輸出信號和沿投影機與顯示屏之間的折轉(zhuǎn)光路投影對應(yīng)于視頻輸出信號的線偏振圖象，以預(yù)定錐角投影圖象，錐角選擇為基本上充滿顯示屏；以及線偏振敏感分束器，它透射第一偏振狀態(tài)的光和反射第二偏振狀態(tài)的光，設(shè)置在投影機與顯示屏之間的折轉(zhuǎn)光路中，首先接收第一偏振狀態(tài)的光，其次接收第二偏振狀態(tài)的光，這里所述監(jiān)視器的高度小于顯示屏高度的兩倍。
全文摘要
一種使用偏振敏感分束器(105)折轉(zhuǎn)背投光路的背投顯示器。折轉(zhuǎn)光路便于能夠作垂直和水平拼接的緊湊設(shè)計。圖象源產(chǎn)生具有透過分束器(105)的偏振的圖象。穿過分束器的光入射在偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換器(107)上,它將圖象的偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楸黄衩舾蟹质鞣瓷涞钠瘛＝?jīng)過轉(zhuǎn)換后的圖象被偏振敏感分束器(105)反射到顯示屏(109)上。圖象能夠透過顯示屏(109),以供觀看。
文檔編號G03B21/10GK1269892SQ98808888
公開日2000年10月11日 申請日期1998年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月9日
發(fā)明者G·T·博伊德, W·D·米勒 申請人:美國3M公司