| 姓名 |
高嘉宏(Chia-Hung Kao)
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畢業系所 |
光電科學研究所碩士在職專班 |
| 論文名稱 |
薄型側投影顯示器之研究分析
(The research and analysis of thin side projection display)
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| 摘要(中) |
摘要
為了因應數位視訊時代、運用網際網路與資訊世界溝通，並提供大尺寸、畫質清晰、性能優異的影音產品，是未來影像娛樂與廣播事業與消費者之間最重要的橋樑。在目前大尺寸顯示器的激烈競爭中，投影顯示器以其優越性能與最符合消費大眾之需求，被視為未來數位電視的明日之星。在投影顯示技術中，整合光學、機構、電子、熱流之系統整合，充分展現其技術之複雜性與挑戰性。
本文的研究在於創新一種有別於以往側投影顯示器的機箱架構，使其能不只具有傳統側投影顯示器的優越條件外，還有效的縮減投影顯示器的機箱厚度，使機箱的厚度尺寸(19公分)比傳統的側投影顯示器 (35公分) 薄了約40%以上。 |
| 摘要(英) |
A new technique, which based on polarization optics application, can be used to reduce the depth of the rear projection display housing. In traditional, the light path of the projection image in the display housing was using two mirrors to reduce the dimension of it. In traditional method, the light path cannot pass through or reflect from the screen before the focus plan. Beside, the view angle of the projection lens cannot be increased unlimited. So, the depth of the display housing cannot be reduced efficiently in traditional structure.
In this research, we will create a new structure, which based on polarization optics method to reduce the rear projection display housing efficiently. The depth of the display housing can be reduced from 35 cm in traditional structure to 19 cm in new structure. It will be reduced at least 40%. It will be a great help to reduce the current rear projection display housing.
In the last chapter, we will also use a new technique, which based on the moiré technique and wavelet transform to do auto alignment for R/G/B panels. This technique is also a real time, online inspection and economic technique for align the R/G/B panels in LCD projector production line. |
| 關鍵字(中) |
★ 面板校準
★ 投影顯示器
★ 顯示器 |
關鍵字(英) |
★ panel alignment
★ display
★ projection |
| 論文目次 |
摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅰ
ABSTRACT‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅱ
目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅲ
圖目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅵ
表目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅸ
第一章 緒論
1-1. 研究背景與文獻回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
1-2. 研究的方法‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2
1-3. 研究的目的‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2
1-4. 本研究之貢獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3
1-5. 論文架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3
第二章 系統架構
2-1. 前言‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4
2-2. 側投影顯示器的組成要素‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4
2-3. 光學引擎的種類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5
2-4. LCOS與其他技術的比較與優點‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8
2-5. 光學元件介紹‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9
第三章 原理
3-1. 照明系統設計之基本概念‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧15
3-2. 側投影顯示器機箱設計之基本概念‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧19
3-3. 改良型螢幕設計之基本概念‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧19
第四章 設計實例
4-1. 光引擎的規格設定‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧21
4-2. 光學引擎設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧24
4-2-1. Zemax 初階設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧24
4-2-2. TracePro 分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧35
4-2-3. 成像系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧43
4-3. 側投影顯示器機箱設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧47
4-3-1. 傳統式的側投影顯示器機箱設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧47
4-3-2. 具有穿透及極化反射裝置的螢幕設計‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧50
4-3-3. 光學引擎、反射鏡面組及螢幕間的組合‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧54
第五章 結果與討論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧55
第六章 利用Moiré 原理做 R、G、B panel auto alignment‧‧‧‧‧‧‧‧59
6-1. Moiré原理‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧60
6-2. 實驗過程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧61
6-3. 實驗結果與討論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧66
第七章 結論及未來展望‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧68
參考資料‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧69
附錄 投稿Optical Engineering期刊文章‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧70
圖目錄
圖2-1 側投影顯示器架構圖……………………………………….…….….………4
圖2-2 LCD動作圖示…………………………………………….…….……..……5
圖2-3 穿透式LCD光學引擎的架構………………………………….….….……6
圖2-4 DMD結構圖……………………………………….……………….……….6
圖2-5 DLP光學引擎架構圖……………………………………………….………7
圖2-6 LCOS結構示意圖…………………………………………………………..7
圖2-7 LCOS光學引擎結構圖……………………………………………………..8
圖2-8 DMD、LCOS與穿透式LCD的結構比較…………………………………..9
圖2-9 Lens array module的作用圖……………………………………………......9
圖2-10 PBS prism的作用圖……………………………………………….………10
圖2-11 Half wave film的作用圖…………….………………….…….………….10
圖2-12 PS-converter的作用圖…………………………………………………...10
圖2-13 Fold mirror的作用圖………………………………………………...…...11
圖2-14 Fold mirror的頻譜圖…………………………………………………......11
圖2-15 Dichroic mirror 的作用圖……………………………………….…..…...11
圖2-16 Dichroic mirror的頻譜圖……………………………………….…..……12
圖2-17 Polarizer plate的作用圖……………………………………….………....12
圖2-18 Polarizer plate的作用圖……………………………………….……..…..12
圖2-19 LCOS panel的作用圖…………………………………………………....13
圖2-20 UV-IR cutter的作用圖…………………………………………………....13
圖2-21 UV-IR cutter的頻譜圖…………………………………………………...14
圖3-1 Lens array module的原理……………………………………………...….16
圖3-2 Condenser lens的原理………………………………………………….....16
圖3-3 Field lens的原理……………………………………………….………....17
圖3-4 白畫面與暗畫面時LCOS的動作……………………………….……….18
圖4-1 燈源…………………………………………………………….……….…25
圖4-2 燈源+極化轉換器及光均勻化模組…………………………….………...27
圖4-3 照明系統未優化前的架構……………………………………….….……28
圖4-4 光引擎光路及光偏振方向示意圖……………………………….….……29
圖4-5 Field lens表面上的光塊分佈……………………………..……….…...…30
圖4-6 Field lens的焦距示意圖………………………………………….….……31
圖4-7 通過Condenser lens中心的主光束…………………………….…………32
圖4-8 通過Condenser lens邊緣的副光束…………………………………….…33
圖4-9 設計完成後的3D layout圖……………………………………….………34
圖4-10 光引擎架構圖………………………………………………….…………..35
圖4-11 Ray Trace後的結果………………………………………………………36
圖4-12 光線在PS converter內的光路徑…………………………………..……..37
圖4-13 光線在PBS & Dichroic prism內的光路…………………………………..38
圖4-14 光塊大小分析圖………………………………..……………………...…..39
圖4-15 Panel上的光均勻度分析圖……………………………………..……….40
圖4-16 Panel上X軸方向的光均勻度分析圖…………………………….…….41
圖4-17 投影出白畫面時的光路圖…………………………………………...…....42
圖4-18 投影鏡頭表面的光能量分佈圖…………………………………………...43
圖4-19 投影距離與影像大小示意圖………………………………………….......45
圖4-20 鏡頭架構示意圖……………………………………………………….......46
圖4-21 投影鏡頭的MTF分析圖…………………………………………………..46
圖4-22 鏡頭投影距離、投影尺寸、垂直張角及後焦示意圖……………………48
圖4-23 顯示器機箱尺寸側視圖……………………………………………...……49
圖4-24 利用1/4λ retarder film改變光偏振方向………………………….……51
圖4-25 Screen及Reflecting polarizer部分結構圖…………………….…….…52
圖4-26 高對比螢幕結構示意圖………………………………………………..…53
圖4-27 投影光路與光偏振方向示意圖…………………………………….….…54
圖5-1 利用傳統光路與新的光路所設計出的電視機箱比較………………....…55
圖5-2 改良型架構模擬示意圖(螢幕部分)………………………...…………..…56
圖5-3 新的結構設計對sensor的影響………………………………………..…..57
圖5-4 一般傳統的結構對sensor的影響…………………………………………57
圖6-1 兩光柵有角度差時……………………………………………………..…..60
圖6-2 兩光柵平行時…………………………………………………………..…..60
圖6-3 疊紋放大圖………………………………………………………………....61
圖6-4 實驗儀器架設圖…………………………………………………………....62
圖6-5 Panel校準流程圖…………………………………………………………65
圖6-6 當紅色與綠色panel間有角度差時的Moiré條紋畫面……………..……..67
圖6-7 一維原始訊號處理前與處理後…………………………………………….67
表目錄
表4-1 供設計用的已知條件…………………………………….……..………..…21
表4-2 照明系統的設計目標………………………………………………….....…22
表4-3 投影鏡頭的規格…………………………………………………...……..…24
表4-4 優化完成後的設計數據………………………………………….…..……..34
表4-5 投影鏡頭的實際效能表………………………………………………....….44
表4-6 投影鏡頭已知條件……………………………………………………...…..48
表4-7 高對比螢幕設計數據………………………………………………...……..53
表5-1 新型架構與一般傳統架構的比較…………………………….…..…….….58
表6-1 實驗數據………………………………………………………….….…...…67
表6-2 傳統式的調整與利用Moiré條紋調整的比較……………………...…...…68 |
| 參考文獻 |
1. Diagram from Texas Instrument DLPTM web resources.
2. Diagram from JVC D-ILATM web resources
3. JVC website “http://www.jvc.co.jp “
4. S. Mallat, ``A Theory for Multiresolution Signal Decomposition: The Wavelet Representation', Proc. IEEE Trans on Pattern Anal. and Math. intel., Vol. 11, No 7, 1989.
5. Colorlink website “http://www.colorlink.com”
6. Samsung Techwin website “http://www.samsuntecwin.com”
7. Zemax Development Corporation, “ZEMAX optical design program user’s guide”, March 2004.
8. Lambda Research Corporation, “TracePro User’s Manual Release 3.0”, Dec 2002.
9. 彭賜光 “液晶投影顯示器X cube機構與R-G-B三組LCD之校準研究”, 中央大學光電所碩士論文.
10. Rhong-Seng Chang, Chien-Yue Chen and Ching-Huang Lin, “Calibration Research of R-G-B LCD and LCD X-cube”, May 2003 |
| 指導教授 |
張榮森(Rhong-Seng Chang)
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審核日期 |
2005-6-29 |
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