[发明专利]液晶显示器件显示系统用的照明系统

说明书

本发明涉及能将一束光分成两束正交的偏振子光束并将上述子光束重新组合用的光学系统，它包括能从上述光束中得到第一及第二束子光束的装置，其中每束子光束都是线性偏振光，两束子光束的偏振方向是彼此正交的;而且还包括一个能使上述子光束之一的偏振方向在90°角范围内旋转的装置。

本发明还涉及液晶显示器的投影显示系统用的照明系统，它包括光源、用来将上述光源发出的光会聚成光束用的装置以及上述光学系统。

在液晶显示器件投影显示装置用的照明系统中，线性偏振光是从非偏振光源得到的，而且一般是通过滤光来产生出线性偏振光束的，然后将此偏振光束射向光调制装置。由于这种滤光作用的结果，最好也只能使光源的光输出的一半得到利用。然而投影显示系统正在朝着具有愈来愈高的亮度的系统前进，以便能够在正常照亮的房间内使用。显然，使光源输出的一半不能利用的系统是低效率的。

其中只有两正交的光束之一得到利用的液晶器件显示系统的实例，在由Seiko    Epson公司提出的设计中出现过，它在1986年5月12日出版的“Electronics”第47页描述过。该系统使用的是吸收偏振片，此偏振片能够吸收无用的偏振光束，而且在典型情况下也只能透过光源提供的40%的光。

利用光源提供的全部光的途径之一，在美国专利No.4，127，322中进行了描述，所描准的是液晶显示器件的投影电视系统。该系统利用了六个电子束编址的液晶显示器件，其中的三个液晶显示器件是为从偏振分束器出来的每一束偏振光使用的。这种系统的用途则因此而受到其费用和复杂性的限制。

利用液晶显示器投影电视系统中照明系统的全部光的另一种途径，出现在日本专利申请No.61-122626中，其中所需偏振方向的光被传给受光调制的液晶显示器件。而另一偏振方向的光分量，由辅助反射镜向后反射回光源，并被光源的反光镜再次进行反射。返回来的光两次通过1/4波片，以使其偏振方向旋转90°并因而与主光束具有相同的偏振。旋转后的光束随后再被传给受光调制的液晶显示器件。然而这种办法要受到以下事实的损害，即光必需通过许多空气-玻璃界面和反光镜，其结果是使该系统成为低效率的。

本发明的目的在于液晶显示器件投影显示系统用的照明系统，其中非所需偏振态的光被转换成为所需偏振态的光，并且使用最低数目的空气-玻璃界面和反射表面的高效率方式与其进行组合。

本发明提供一种光学系统，与开始的一段相对应，其特征在于：

棱镜装置，所述的棱镜装置至少包括第一、第二和第三个表面;以及

用于将所述第一及第二个偏振子光束射向上述棱镜装置用的第一及第二个装置;所述第一个装置可将所述第一个子光束射向所述棱镜装置的所述第二个表面，这样，所述第一个子光束由所述第二个表面经受全反射而射向上述棱镜装置的所述第三个表面，而且经第三个表面射出上述棱镜装置;所述的第二个装置可将上述第二个子光束经过上述偏振旋转装置射向上述棱镜装置的第二个表面，以使上述第二个子光束被折射进入上述棱镜装置及射向所述第三个表面，而且经第三个表面射出上述棱镜装置。

本光学系统能将空气-玻璃界面的个数和反射表面的个数减至最小，从而提供一高效率的光学系统。

本发明的另一方面涉及的是一种新的改进了的照明系统，其特征在于如上文叙述的光学系统。

为了更好地理解本发明，现参照下列附图对本发明作详细描述，其中，

图1表示用来将第一光束与偏振方向被转换为第一光束方向的第二光束组合的棱镜的几何形状;

图2表示将棱镜与偏振分束器和反射镜结合在一起以构成液晶显示器投影电视系统用的照明系统;以及

图3表示此照明系统的第二个实施例，其中光的分束、反射和组合用的元件，被合并成了两个邻接在一起的棱镜，以使该系统的效率达到最大。

一个普通的棱镜，可以用来将来自同一光源或不同光源的两束光进行组合。图1表示的普通棱镜10，标有表面A、B、C和角度ωA、ωB、ωC。如果光（束1）以θA角入射在表面A上，那么它将根据Snell折射定律以θ′A角折射进入棱镜，此光束将以θ′B角入射在表面B上，θ′B可由下式给出：θ′B＝ωC+θ′A（1）假如角度θ′B大于或者等于棱镜的临界角，那么光束就会在B表面上经受全反射（TIR）。临界角被定义为：光束在其入射表面上发生全反射时，其相对于法线的最小入射角。如果光束经受全反射，那么它将以角度θ′C入射在表面C上，θ′c可由下式给出：

θ′c＝ωA-θ′B（2）

而且该光束将以角度θC折射出该棱镜，而θC可利用Snell折射定律计算出来。