两片式液晶微显示引擎系统技术方案

本实用新型专利技术涉及两片式液晶微显示引擎系统，包括一个半导体固体三基色光源经过合光和偏振分束后，两个正交偏振光将分别照亮高速时序调制的一片液晶微显示面板；高速图像处理单元将输入实时图像分解成两组子或分割成两半图像按时序显示在各自的液晶微显示面板上；被两片液晶微显示面板同步调制的图像经过偏振和光学图像合成后经过同一投影物镜显示在屏幕上。本实用新型专利技术能无偏振损失地利用光源发射的全部光能，并可以利用图像的光学合成使显示分辨率提高一倍。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微显示光卩j擎投影显示领域,特别涉及分辨率和亮度 增益的两片式液晶微显示引擎系统。
技术介绍
目前市场上商用的液晶微显示投影系统主要包括单片式和三片式系统，前者结构筒单但亮度不够，后者结构较为复杂，成本也较高；而且两 者都存在偏振损失的问题，虽然可以通过偏振转换系统利用部分正交偏振 分量光，但往往偏振转换效率不到70%,而且系统更复杂，成本也更高。 所以液晶微显示系统的亮度往往不如数字光处理器(DLP)系统，结构也 较之复杂，限制了其进一步的推广应用。为了简化液晶微显示引擎的结构，降低系统成本，并能提高系统亮度， 不同形式的两片式结构被提出。较早的美国专利4500172提出一种两片式 反射显示引擎结构， 一个基元色始终显示在两个面板上，而另两个基元色 则各显示在一片面板上，这样利用两片式结构可以达到类似三片式的亮 度，但仍要求一个偏振光源输出基元色，像固体照明光源LED和普通投影 卤素灯等，仍存在偏振损失问题。后来美国专利5863125和5921650则描述 了另外一个两片式引擎结构，利用色轮调制得到不同颜色带宽的偏振光， 并通过偏振分光棱镜(PBS)分别照明一个面板，其中色轮调制中存在偏 振损失，而且色轮还存在滤色作用，光的利用率很低。而Sharp、 eLCOS 等在WO 00/7-376和美国专利6995738和美国专利7008064中提出一个类似 的两片式引擎结构，但它们都需要色选择性延迟片来根据颜色把一个线偏 振光分解为两个正交偏振光各自照明一个面板然后合成后通过投影物镜 到达屏幕，这个系统仍需要线偏振光光源，而且需要一个特殊的，成本较 高的色选择性延迟片。综上所述，已"R道的两片式引擎结构虽然可以利用不同颜色同时照亮 两片面板来不同程度提高亮度，但他们仍需要一个偏振光源，并需要一个 颜色管理元器件来分解偏振态，所以仍无法利用像固体照明光源LED和普 通投影卣素灯等目前较常用的非偏振光源的所有能量，达到类似于DLP微 显示引擎的效率，而且还需要一些特殊的颜色管理元器件或偏振转换系 统，成本也库交高。
技术实现思路
本技术的目的为了克服上述现有技术的缺陷及问题，提供一种新 的能利用非偏振光源的所有能量，使输出亮度增加一倍，并进一步能使显 示分辨率增加一倍的两片式液晶微显示引擎系统。本技术的技术方案为两片式液晶微显示引擎系统，包括一个能 输出红色非偏振光的光源、 一个能输出绿色非偏振光的光源、 一个能输出 蓝色非偏振光的光源和三个准直透镜组、 一个会聚透镜组、二个光束合光 棱镜、 一个偏振分光器件、两片能时序显示红、绿、蓝三基色子图像的高 速液晶微显示面板、 一个高速图像处理单元、 一个偏振合束器件、 一个投影物镜和屏幕，其特征在于每个基元色非偏振光的光源输出的光经一个 准直透镜组后入射到一个或二光束合光棱镜后，再经一个会聚透镜组合成 同轴三基色光，同轴三基色光再经偏振分光器件分成两个正交偏振光后， 各自照明一片能时序显示红、绿、蓝三基色子图像的高速液晶微显示面板； 高速图像处理单元将实时处理输入的视频图像，分解成两组或分割成两半 的红、绿、蓝三基色的子图像，与光源的三基色光同步地按时序分别显示 在两片高速液晶微显示面板上；经两片高速液晶微显示面板调制的子图像 通过偏振合束器件，合成组合图像，经过投影物镜后错开地或叠加显示在 屏幕上，所述的高速液晶微显示面板、高速图像处理单元中的"高速"需 要面板上的图像更新速度在每秒18 0帧以上。液晶微显示面板为反射式硅基液晶(LC0S)面板或透射式液晶(LCD) 面板。同轴三基色光经偏振分光器件分成两个正交偏振光后，其中 一束偏 振光直接或经反射镜后照明液晶微显示面板，另 一束偏振光经转接镜和两 个反射镜或经一个反射镜后照明液晶微显示面板。所述的非偏振照明光源为半导体固体照明光源。调整液晶微显示面板使屏幕上的两幅图像在对角方向刚好错开半个 像素。所述的偏振分光器件和偏振合束器件组合在一起。 所述的偏振分光器件为偏振分光片或偏振分光棱镜。 所述的偏振合束器件为偏振合束片或偏振合束棱镜。将使被高速时序调制的两个液晶微显示面板的图像在投影物镜的物 面上完全对接后投影到屏幕上，屏幕的显示图像像素将增加一倍。高速图像处理单元将实时图像分割成两组图像，每组图像分解成红、 绿、蓝三基色的子图像后，与光源三基色光同步地分别显示在两个高速时4序调制的液晶微显示面板上，被两个正交偏振光照明后，透射的正交偏振 光经偏振合束器件合成为同轴光由物镜投影到屏幕上，屏幕上的两幅图像在对角方向刚好错开半个像素。高速图像处理单元将实时图像分割成两半，每组图像分解成红、绿、 蓝三基色的子图像后，与光源三基色光同步地分别显示在两个高速时序调 制的液晶微显示面板上，两个半图像被正交偏振光同时照明后经过偏振合 束器件在屏幕上重新对接成整幅图像。本技术所述的偏振分光器件、液晶微显示面板、图像处理单元、 偏振合束器件、投影物镜和屏幕都可以从市场购买得到。本技术能无偏振损失地利用光源发射的全部光能，并可以利用图 像的光学合成使显示分辨率提高 一倍。附图说明图l为本技术的结构示意图。图2为第一种反射式液晶微显示引擎系统结构。图3为第二种反射式液晶微显示引擎系统结构。图4为第二种方案中两幅图像在对角方向错开半个像素示意图。图5为第三种反射式液晶微显示引擎系统结构。图6为第三种方案中实时图像分割成两半示意图。图7为第 一种透射式液晶微显示引擎系统结构。图8为第二种透射式液晶微显示引擎系统结构。图9为第三种透射式液晶微显示引擎系统结构。图中——iM板i在屏幕的图像 -面板ii在屏幕的图像具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步的描述。本技术包括包括一个能输出红色非偏振光的光源、一个能输出绿 色非偏振光的光源、 一个能输出蓝色非偏振光的光源和三个准直透镜组 (241， 242， 243 )、 一个会聚透镜组244、 二个光束合光棱镜(251 ， 252 )、 一个偏振分光器件、两片能时序显示红、绿、蓝三基色子图像的高速液晶 微显示面板、 一个高速图像处理单元50、 一个偏振合束器件、 一个投影物 镜60和屏幕70,每个基元色非偏振光的光源输出的光经一个准直透镜组后 入射到一个或二光束合光棱镜后，再经另一个会聚透镜组^4合成同轴三基色光，同轴三基色光再经偏振分光器件分成两个正交偏振光后，各自照 明一片能时序显示红、绿、蓝三基色子图像的高速液晶微显示面板；高速图像处理单元50将实时处理输入的视频图像，分解成两组或分割成两半的红、绿、蓝三基色的子图像，与光源的三基色光同步地按时序分别显示在两片高速液晶微显示面板上；经两片高速液晶微显示面板调制的子图像通 过偏振合束器件，合成组合图像，经过投影物镜后错开地或重叠显示在屏 幕70上。所述的非偏振照明光源为半导体固体照明光源。所述的偏振分光 器件和偏振合束器件组合在一起。液晶微显示面板为反射式硅基液晶 (LCOS)面板，也可以为透射式液晶(LCD)面板。在图1中，半导体固体照明光源输出的非偏振三基色光(红光LED21、 绿光LED22、蓝光LED23),经过三个准直透镜组(241 ， 242， 243 )、 二个 光束合光棱本文档来自技高网...

【技术保护点】
两片式液晶微显示引擎系统，包括一个能输出红色非偏振光的光源、一个能输出绿色非偏振光的光源、一个能输出蓝色非偏振光的光源和三个准直透镜组、一个会聚透镜组、二个光束合光棱镜、一个偏振分光器件、两片能时序显示红、绿、蓝三基色子图像的高速液晶微显示面板、一个高速图像处理单元、一个偏振合束器件、一个投影物镜和屏幕，其特征在于：每个基元色非偏振光的光源输出的光经一个准直透镜组后入射到一个或二光束合光棱镜后，再经一个会聚透镜组合成同轴三基色光，同轴三基色光再经偏振分光器件分成两个正交偏振光后，各自照明一片能时序显示红、绿、蓝三基色子图像的高速液晶微显示面板；高速图像处理单元将实时处理输入的视频图像，分解成两组或分割成两半的红、绿、蓝三基色的子图像，与光源的三基色光同步地按时序分别显示在两片高速液晶微显示面板上；经两片高速液晶微显示面板调制的子图像通过偏振合束器件，合成组合图像，经过投影物镜后错开地或叠加显示在屏幕上，所述的高速液晶微显示面板、高速图像处理单元中的“高速”需要面板上的图像更新速度在每秒１８０帧以上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟金会，茅昕，阮玉，曾文哲，戚涛，杨振刚，
申请(专利权)人：武汉盟信科技有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：83[]