專利名稱：光移動裝置和光顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光移動裝置，這種裝置可以用于將出現(xiàn)于光輸出信號所對準(zhǔn)的位置物理上移動、轉(zhuǎn)移或改變到頭戴式顯示器(HMD)或投射型顯示系統(tǒng)(即，投影儀)中的另外位置，本發(fā)明也涉及包括這種光移動裝置的光顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)包括一對襯底和夾在襯底之間的液晶層。多個(gè)像素電極在兩襯底之一上有規(guī)則地排列成列和行(即，成矩陣)。代表圖像信號的驅(qū)動電壓施加到每個(gè)像素電極上。液晶層的光學(xué)性質(zhì)按照所施加的該電壓逐像素地變化。因此，圖像，字符等可以在LCD上顯示。
為襯底上的各像素電極施加不同驅(qū)動電壓的方法獨(dú)立地包括“簡單矩陣尋址”方法和“有源矩陣尋址”方法。
在有源矩陣尋址方法中，為襯底上各像素電極提供了多個(gè)開關(guān)元件。其上包括這些開關(guān)元件的襯底通常稱為“有源矩陣襯底”。在有源矩陣襯底上，每個(gè)上述開關(guān)元件選擇性地接通或關(guān)斷以將其相關(guān)的像素電極和其相關(guān)的信號線電學(xué)上連接或斷開。金屬-絕緣體-金屬(MIM)元件或薄膜晶體管(TFT)可以有效地用作這種開關(guān)元件。
在其關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)元件需要具有盡可能高的電阻。但是，如果處于關(guān)斷狀態(tài)的開關(guān)元件暴露在強(qiáng)輻射中，那么開關(guān)元件的電阻減小而產(chǎn)生漏電流。結(jié)果，已存儲在其相關(guān)像素電極中的電荷部分丟失。并且，如果是那樣，適當(dāng)電平的驅(qū)動電壓不能施加到像素電極上。當(dāng)然，LCD不能如預(yù)期的那樣進(jìn)行顯示操作。例如，即使在其黑像顯示模式，LCD無意中釋放一些光來減小其合成的對比度系數(shù)。
透射型LCD中，在有源襯底上或在通過液晶層與有源矩陣襯底相對的反襯底上提供一種不透明層來解決這些問題，這種不透明的層通常稱為“黑色基質(zhì)(black matrix)”。但是，提供了黑色基質(zhì)時(shí)，像素的孔徑比(即，總的透射面積與整個(gè)顯示面積之比)反而減小。為了通過減小黑色基質(zhì)的總面積以充分地增加精度，開關(guān)元件或互連線的尺寸須減小。但是，如果是那樣，驅(qū)動力可能減小或?qū)懭腚娮杩赡茉龃?。此外，考慮到LCD實(shí)際制造工藝中的各種限制，目前進(jìn)一步減小開關(guān)元件或互連線的尺寸是困難的。
在美國專利號4,984,091中公開了一種為了增加屏幕分辨率通過利用黑色基質(zhì)上的非顯示區(qū)將圖像光學(xué)上移動或轉(zhuǎn)移一段大約等于像素間距的距離的技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù)，當(dāng)像素移動時(shí)，顯示的圖像也被移動到相應(yīng)于所移動的像素的位置。因此，像素的表觀數(shù)量增加，所以，即使是低分辨率顯示板也可以顯示分辨率與高分辨顯示板可以比擬的圖像。
美國專利號6,061,103中公開了一種用光移動裝置將代表三原色紅(R)，綠(G)和藍(lán)(B)(在此處將分別稱為“R，G和B像素”)的三種像素中的每一組依次進(jìn)行光學(xué)轉(zhuǎn)移，并顯示由三類移動的像素所代表的三種圖像成分組成的疊加的合成圖像的方法。在該方法中，用時(shí)間順序技術(shù)將R，G和B像素顯示在對應(yīng)于一個(gè)像素的區(qū)域。因此，在不降低顯示板上像素間距的條件下，表觀分辨率可提高到原來的三倍。
美國專利號6,061,103也公開了一種作為用于光學(xué)上轉(zhuǎn)移圖像的裝置的光移動裝置，該裝置包括液晶盒和雙折射元件的組合。雙折射元件用將入射光折射到依賴于入射光偏振方向的不同方向上的材料制成。因此，如果液晶盒已經(jīng)改變了將進(jìn)入雙折射元件的光的偏振方向，那么離開雙折射元件的光的光軸(即光的傳播方向)可被移動。
圖1示出一種已知的光移動裝置。如圖1所示，這種光移動裝置包括在入射光傳播方向順序排列的液晶盒7和雙折射元件11。液晶盒7可以從使入射的線偏振光的電矢量平面(在此指“偏振平面”)旋轉(zhuǎn)90的狀態(tài)切換到原樣透過入射的線偏振光而完全不旋轉(zhuǎn)其偏振面的狀態(tài)，或反之亦然。雙折射元件11可以按照入射的線偏振光的偏振平面的方向移動入射光。
在圖1所示的實(shí)例中，將進(jìn)入液晶盒7的光的電矢量的方向(即，偏振方向)是從紙面向外。液晶盒7使用了一種具有正折射系數(shù)各向異性為Δε的扭曲向列模式的液晶材料(在此指“TN模式液晶材料”)。因此，當(dāng)電壓未施加到液晶盒7的液晶層上時(shí)(該狀態(tài)指“電壓-關(guān)斷狀態(tài)”)，其液晶分子扭曲了90度。由于液晶分子的旋光性質(zhì)，入射光的偏振平面旋轉(zhuǎn)了90度。另一方面，當(dāng)?shù)扔诨蚋哂陬A(yù)定電平的電壓施加到液晶盒7的液晶層上時(shí)(該狀態(tài)指“電壓-接通狀態(tài)”)，液晶分子的取向方向沿所產(chǎn)生的電場方向?qū)?zhǔn)。因此，入射光從液晶盒7出射時(shí)，液晶分子沒有旋轉(zhuǎn)其偏振平面。也就是說，出射光的偏振平面仍然與紙面垂直。那么，雙折射元件11直接透過偏振平面與紙面垂直的光，但是對于偏振平面與紙面平行的光進(jìn)行折射，或移動。
在圖1所示的光移動裝置中，依賴于施加到其上的電壓的大小，液晶盒7需要適當(dāng)?shù)夭⒖焖俚貜耐ㄟ^或透過第一線偏振光的狀態(tài)切換到允許偏振平面與第一線偏振光的偏振平面垂直的第二線偏振光通過的狀態(tài)，或反之亦然。
如上所述，由TN模式液晶材料制成的液晶盒中，當(dāng)電壓未施加在TN模式的液晶材料上時(shí)，入射的線偏振光從液晶盒出射時(shí)仍為線偏振光，但其偏振平面已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了90度。但是，當(dāng)電壓施加在TN模式液晶材料上時(shí)，液晶分子的取向方向快速改變來響應(yīng)所產(chǎn)生的電場。結(jié)果，液晶層很快進(jìn)入不改變?nèi)肷涔馄穹较虻臓顟B(tài)。如果停止已經(jīng)施加在TN模式液晶材料上的電壓，液晶分子恢復(fù)其初始態(tài)(即，已弛豫)，但響應(yīng)速度不那么快。
因此，依賴于施加到液晶層上的電壓是從低電平(通常為0V)增加到高電平(通常為10V)還是從高電平降低到低電平，液晶分子的取向方向以不同的速度改變。也就是說，液晶分子在這兩種情形下具有不同的響應(yīng)速度。為了估計(jì)這種響應(yīng)速度，一對偏光器可以放置在液晶層的前面和后面，并使它們的軸相互垂直，液晶層的透射率隨時(shí)間的變化可被測量。圖2的曲線說明當(dāng)施加在液晶層上的電壓由低電平增加到高電平預(yù)定的時(shí)間后，如果施加在那里的電壓由高電平降低到低電平，液晶層的透射率如何變化。此處液晶層的透射率由其最大值降到0所需的時(shí)間被稱為“液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd”，而透射率由0增加到最大值所需的時(shí)間稱為“液晶上升響應(yīng)時(shí)間τr”。如圖2所示，液晶上升響應(yīng)時(shí)間τr相對比較短，但液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd相對較長。如果液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd較長，那時(shí)圖像不能與顯示板上顯示的圖像成分的切換同步地移動。在完全描述該問題之前，將描述顯示板的圖像切換速率。
通常，顯示板用隔行掃描或逐行掃描技術(shù)驅(qū)動。在隔行掃描中，奇數(shù)標(biāo)記和偶數(shù)標(biāo)記的行按照逐域(field)的方式交替選擇。也就是說，如果選擇了奇數(shù)標(biāo)記的行作為圖像的一域(或子幀)，那么選擇偶數(shù)標(biāo)記的行作為圖像的下一域。這樣，將通過奇數(shù)標(biāo)記域與偶數(shù)標(biāo)記域的相互結(jié)合而獲得的一幅完整圖像(或圖片)呈現(xiàn)在顯示器上。按照這種方法，每個(gè)域通常選為約16.6ms(即，刷新速率約為60Hz)。另一方面在逐行掃描中，無論所選的行是奇數(shù)標(biāo)記的還是偶數(shù)標(biāo)記的，圖像的多個(gè)行依次按順序選擇。與隔行掃描方法一樣，每個(gè)域通常也選為約16.6ms(即，刷新速率約為60Hz)。無論采用的掃描方法是隔行的還是逐行的，此處所用的“一個(gè)域周期”指圖像的一個(gè)垂直同步周期。在LCD中，一個(gè)域周期相應(yīng)于包括空白間隔的掃描周期。
按照以上確認(rèn)的美國專利號6,061,103公開的方法，對于R，G和B像素移動到的三個(gè)位置，一個(gè)域周期分解為三個(gè)子域周期，一幅圖像的三個(gè)不同成分(此處簡單指“圖像子域”或“子域”)從而在那三個(gè)子域周期中按順序出現(xiàn)在顯示板上。這樣，一個(gè)子域周期約是5ms。因此，光移動裝置需要在約5ms的短時(shí)間間隔中光學(xué)上轉(zhuǎn)移這些圖像成分(或子域)。此外，用光移動裝置對子域的移動應(yīng)該與顯示板上相同子域的切換同時(shí)(或同步)。因此，一旦顯示板上的子域被切換，光移動裝置必須改變其狀態(tài)以響應(yīng)施加在液晶盒上的電壓。
然而實(shí)際上，對于目前能獲得的任何液晶盒足夠快地改變其狀態(tài)以響應(yīng)施加在其上的電壓是困難的。用TN模式液晶材料制成的液晶盒中，例如，如圖2所示，其液晶上升響應(yīng)時(shí)間τr相對比較短，但其液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd通常約高于為10+ms，比約5ms的子域周期長的多。
響應(yīng)時(shí)間的這種不同是由以下原因引起的。具體地，如圖2中所示，施加于液晶層的電壓引起透射率的增加使得在施加外能(即，電壓)時(shí)液晶分子的取向方向沿一個(gè)方向?qū)?zhǔn)。另一方面，停止施加于液晶層的電壓引起透射率的減小使得液晶分子自己恢復(fù)到其原始取向狀態(tài)。
如果所采用的液晶材料具有這樣長的下降響應(yīng)時(shí)間τd，那么也就不能適當(dāng)?shù)厍袚Q偏振方向。該問題將參照圖1來進(jìn)一步描述。如圖1所示，如果施加到液晶盒7的液晶層上的電壓是從接通態(tài)轉(zhuǎn)變到關(guān)斷態(tài)，那么從液晶盒7出射的光的偏振平面旋轉(zhuǎn)了90度。結(jié)果，離開雙折射元件11的光的光軸從位置B移動到位置A。這樣，如果液晶材料的下降響應(yīng)時(shí)間τd太長，那么在液晶分子下降時(shí)線偏振光變成橢圓偏振光。因此，相同的圖像成分在位置A和B都顯示，在該間隔中將出現(xiàn)鬼像。結(jié)果圖像的分辨率降低。
同樣，如果液晶材料的上升響應(yīng)時(shí)間τr和下降響應(yīng)時(shí)間τd之間存在較大的差別，那么圖像從位置光A向位置B的光移動過程中產(chǎn)生的鬼像強(qiáng)度變得與從位置B到位置A的移動中產(chǎn)生的不同。結(jié)果，產(chǎn)生了明顯感覺到的閃爍。
日本公開出版號1-191123中公開了一種包括右旋和左旋TN模式液晶材料組合的光快門。這種光快門可以相對高的速率激活，但不能用作光移動裝置。原因如下。光移動裝置需要將多個(gè)圖像子域之一與顯示板上那些子域的切換同步地依次移動，而光快門不能連續(xù)顯示子域，因?yàn)樵谄涔ぷ髦泄饪扉T暫時(shí)機(jī)械地阻擋了光路。也就是說，在其子域周期中，光快門暫時(shí)地中止那些子域之一的顯示。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種光移動裝置和包括這種光移動裝置的光顯示系統(tǒng)，即使液晶材料對取消其上施加電壓的響應(yīng)不是很快，該光移動裝置可以基本上消除鬼像。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種光移動置裝優(yōu)選地包括至少一個(gè)移動部分，該移動部分周期性地轉(zhuǎn)移照射到其上的入射線偏振光的光軸。該移動部分優(yōu)選地包括第一液晶盒，第二液晶盒和雙折射元件。第一液晶盒優(yōu)選地將入射光的偏振方向由第一方向改變到第二方向，或反之亦然，來響應(yīng)施加到第一液晶盒的液晶層上的第一電壓，在此第一和第二方向相互垂直。第二液晶盒優(yōu)選地將透過第一液晶盒的液晶層的光的偏振方向由第一方向改變到第二方向，或反之亦然來響應(yīng)施加到第二液晶盒的液晶層上的第二電壓。雙折射元件優(yōu)選地移動透過第二液晶盒的光的光軸。第二液晶盒的液晶層優(yōu)選地補(bǔ)償入射線偏振光透過第一液晶盒的液晶層時(shí)引起的偏振擾動。
根據(jù)本發(fā)明該優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置中，即使由于第一液晶的液晶層的波長色散產(chǎn)生了橢圓偏振成分，第二液晶盒的液晶層改變該偏振狀態(tài)(包括偏振面的旋轉(zhuǎn))，從而消除了不需要的橢圓偏振成分。這是因?yàn)榈诙壕Ш械囊壕拥姆胖檬沟闷渑c第一液晶盒的液晶層之間滿足適當(dāng)?shù)年P(guān)系。也就是說，第一液晶盒中液晶分子的取向方向和第二液晶盒中液晶分子的取向方向之間形成的角度處于預(yù)定范圍之中。因此，在很寬的可見輻射范圍沒有橢圓偏振成分的所期望的線偏振光入射到雙折射元件上并且沒有鬼像產(chǎn)生。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二液晶盒優(yōu)選地放置使得第一液晶盒的液晶層中間部分的指向矢與第二液晶盒的液晶層中間部分的指向矢相互垂直。
在該具體優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二液晶盒的液晶層可以用具有互為反向的光旋轉(zhuǎn)方向的兩種不同類型的TN模式液晶材料制成。
作為選擇，第一和第二液晶盒的液晶層可以用ECB模式液晶材料制成。當(dāng)ECB模式液晶材料的兩個(gè)液晶層相互平行放置時(shí)，這些液晶層中的液晶分子的取向方向(或指向矢)可用所施加電壓的電平控制。也就是說，通過選擇性地對每個(gè)液晶層施加高電壓或低電壓，入射的線偏振光要么按原樣要么在液晶層改變了其偏振態(tài)后通過液晶層。
在本發(fā)明的另外一種優(yōu)選實(shí)施例中，第一液晶盒的液晶層中間部分的指向矢與第二液晶盒的液晶層中間部分的指向矢之間優(yōu)選地規(guī)定42到45度的角度。將該角度分成兩相等部分的平分線優(yōu)選地與進(jìn)入第一液晶盒的入射光的偏振方向之間規(guī)定約45度的角度。
在該具體優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二液晶盒的兩個(gè)液晶層中至少有一個(gè)優(yōu)選地用ECB模式液晶材料制成。
更具體地，當(dāng)電壓未施加到液晶層上時(shí)，用ECB模式液晶材料制成的至少一個(gè)液晶層優(yōu)選地具有220nm到280nm的滯后。介于220nm到280nm的滯后值大約為可見輻射區(qū)中心波長的一半。因此，其上未施加電壓時(shí)，ECB模式液晶層對于具有該波長(即綠光)的入射光線起半波片的作用。因此，當(dāng)液晶分子的取向方向(或指向矢)按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例來確定時(shí)，可以適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)入射光的偏振面。
在本發(fā)明的再一種優(yōu)選實(shí)施例中，光移動裝置可以進(jìn)一步包括至少再多一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能與該移動部分相同的移動部分。在這種其中光移動裝置包括多個(gè)移動部分的優(yōu)選實(shí)施例中，圖像(或像素)可被移動到按行排列的三個(gè)或更多的位置。并且，如果適當(dāng)?shù)乜刂埔苿硬糠值囊苿臃较?，圖像(或像素)也可以在虛擬平面(例如在投射平面)內(nèi)二維地移動。
根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的一種光移動裝置組件優(yōu)選地包括根據(jù)上述本發(fā)明的任一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置；和分別向第一和第二液晶盒施加第一和第二電壓的驅(qū)動電路。當(dāng)這種光移動裝置組件和顯示板(例如，一種LCD板)結(jié)合時(shí)，合成的光顯示系統(tǒng)可以顯示分辨率顯著提高的優(yōu)質(zhì)圖像。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，驅(qū)動電路優(yōu)選地只將第一和第二電壓之一與待移動圖像成分的切換同步地從低電平增加到高電平。通過控制待施加在液晶層上的電壓與子域的切換同步。
在該具體優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)子域切換時(shí)，驅(qū)動電路優(yōu)選地將第一和第二電壓都增加到高電平，然后在子域期間將第一和第二電壓都降低到低電平。
根據(jù)本發(fā)明再一優(yōu)選實(shí)施例的一種光顯示系統(tǒng)優(yōu)選地包括在其上顯示圖像的顯示板；和根據(jù)上述本發(fā)明的任一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置。當(dāng)圖像在顯示板上顯示時(shí)，光移動裝置將從顯示板出去的光優(yōu)選地移動。本發(fā)明的光顯示系統(tǒng)包括本發(fā)明的光移動裝置，并可以顯示分辨率顯著提高且?guī)缀醪划a(chǎn)生任何鬼像的優(yōu)質(zhì)圖像。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，光顯示系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)選地包括分別向第一和第二液晶盒施加第一和第二電壓的驅(qū)動電路。
在該具體優(yōu)選實(shí)施例中，驅(qū)動電路優(yōu)選地只將第一和第二電壓之一從低電平增加到高電平。
作為選擇，驅(qū)動電路可以將第一和第二電壓都增加到高電平，然后在顯示在顯示板上的圖像切換到另一圖像之前將兩電壓都降低到低電平。
在再一優(yōu)選實(shí)施例中，從顯示板出射并進(jìn)入光移動裝置的光優(yōu)選是線偏振光。如果入射到本發(fā)明的光移動裝置上的光是橢圓偏振光，即使本發(fā)明的光移動裝置也不能完全消除鬼像。基于那樣的原因，入射到光移動裝置上的光是優(yōu)選在很寬的可見輻射區(qū)幾乎沒有橢圓偏振成分的線偏振光。
在又一優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)圖像被移動時(shí)，用時(shí)間分割技術(shù)將圖像的每個(gè)像素優(yōu)選地分為預(yù)定數(shù)目的彩色像素，然后優(yōu)選地將彩色像素按時(shí)間順序依次疊加。按這種方式，全色圖像可以作為時(shí)間順序圖像顯示。
根據(jù)本發(fā)明的再一優(yōu)選實(shí)施例的另一種光顯示系統(tǒng)優(yōu)選地包括光源，顯示板，光控制裝置和光學(xué)系統(tǒng)。光源優(yōu)選地發(fā)射光。顯示板優(yōu)選地包括多個(gè)像素區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可以調(diào)制照射到其上的光。光控制裝置優(yōu)選地將從光源發(fā)射的光會聚到與光波長相關(guān)的多個(gè)像素區(qū)域之一上。光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選地通過將經(jīng)顯示板調(diào)制的光投射到投射平面上，在其上形成圖像。光顯示系統(tǒng)優(yōu)選進(jìn)一步包括用于從代表圖像幀的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生代表多個(gè)子幀的數(shù)據(jù)并按時(shí)間順序依次在顯示板上顯示多個(gè)子幀的電路。光顯示系統(tǒng)優(yōu)選進(jìn)一步包括根據(jù)上述本發(fā)明的任一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置。光移動裝置在投影平面上優(yōu)選地光學(xué)上轉(zhuǎn)移顯示在顯示板上的多個(gè)子幀中被選擇的子幀。投影平面上相同的區(qū)域優(yōu)選地用落在相互不同波長范圍并被顯示板的相互不同像素區(qū)域調(diào)制的光線依次輻照。
本發(fā)明的再一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明上述任一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置的方法。該方法優(yōu)先包括以下步驟在將要移動的一對圖像成分被待切換時(shí)，只將第一和第二電壓之一從低電平增加到高電平；在子域切換時(shí)，只將第一和第二電壓之一從低電平增加到高電平；在另一子域切換時(shí)，只將第一和第二電壓的另一個(gè)從低電平增加到高電平；在子域期間將第一和第二電壓都從高電平降低到低電平。
本發(fā)明的其它特性，元件，工藝，步驟，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳述中將更加清晰。


圖1示意地說明一種包括液晶盒和雙折射元件組合的常規(guī)光移動裝置。
圖2的曲線說明當(dāng)一對偏光器與插入其中的液晶盒如平行的尼科耳棱鏡布置時(shí)液晶層的透射率如何隨時(shí)間(或施加電壓)而變化。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施例中任一個(gè)的光移動裝置組件的基本結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖4A到4C示意地說明根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置中液晶盒的工作。
圖5A到5C示意地說明根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例的另一種光移動裝置中液晶盒的工作。
圖6A為根據(jù)本發(fā)明第一具體優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖6B為根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖7A到7D說明第一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置如何工作。
圖8A和8B示意地說明圖6B中所示的光移動裝置如何提高圖像的分辨率，其中圖8A說明光移動裝置沒有運(yùn)行時(shí)的圖像；而圖8B說明光移動裝置運(yùn)行時(shí)的圖像。
圖9示意地說明根據(jù)本發(fā)明第二具體優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)。
圖10為說明用于第二優(yōu)選實(shí)施例的LCD板的橫截面圖。
圖11示出根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置的橫截面圖。
圖12示意地說明光學(xué)上如何移動圖像。
圖13為說明本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例中施加到各液晶盒上的電壓波形如何變化的時(shí)間圖。
圖14為說明本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例中施加到各液晶盒上的電壓波形如何變化的時(shí)間圖。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置中一對液晶盒的兩液晶層的指向矢和入射光的偏振方向之間的關(guān)系。
圖16示意地說明一種用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的具體實(shí)例中的光移動裝置的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置包括至少一個(gè)移動部分，該部分周期性地轉(zhuǎn)移入射到該移動部分上的入射的線偏振光的光軸。如圖3所示，移動部分包括第一液晶盒7，第二液晶盒8和雙折射元件11。第一液晶盒7可以將入射光的偏振方向從相互垂直的兩個(gè)方向中的一個(gè)轉(zhuǎn)變到另外一個(gè)，轉(zhuǎn)變的方向依賴于驅(qū)動電路6施加到第一液晶盒7上的電壓是高還是低。正如第一液晶盒7，第二液晶盒8也可以將入射光的偏振方向從相互垂直的兩個(gè)方向中的一個(gè)轉(zhuǎn)變到另外一個(gè)，轉(zhuǎn)變的方向依賴于驅(qū)動電路6施加到第二液晶盒8上的電壓是高還是低。
第一液晶盒7，第二液晶盒8和雙折射元件11的排列使得入射光以這種順序透過。第一和第二液晶盒7和8的放置使得第一液晶盒7的液晶層75a中間部分的指向矢(即代表液晶分子取向方向的矢量)和第二液晶盒8的液晶層75b中間部分的指向矢相互垂直。如此處所用，液晶層“中間部分”指大約位于液晶層厚度中心的部分。
在現(xiàn)有技術(shù)中，光移動裝置包括一個(gè)液晶盒和一個(gè)雙折射元件。那樣，因?yàn)橐壕Ш械囊壕泳哂胁ㄩL依賴關(guān)系或色散，從液晶盒出射的光既具有水平偏振成分，也具有垂直偏振成分，因此，可能產(chǎn)生鬼像。與之相比，根據(jù)本發(fā)明的這種優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置中，一對其指向矢相互垂直的液晶盒7和8放置在雙折射元件11的前面。因此，在兩液晶層之一中產(chǎn)生的不需要的偏振成分通過另外一液晶層產(chǎn)生的偏振成分來消除。按這種方式，偏振的這種擾亂可被補(bǔ)償。結(jié)果，可以得到所期望的線偏振光，并且基本上可以消除鬼像。
當(dāng)驅(qū)動電路6施加的電壓同時(shí)從高電平降到低電平，那些不需要的偏振成分在液晶分子狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中也可以被消除。
以下，參照圖4A到4C及下表1將描述那些不需要的偏振成分被消除的原因。圖4A到4C說明右旋TN液晶層75a和左旋TN液晶層75b放置在雙折射元件(在圖4A到4C中未示出)之前的一種結(jié)構(gòu)。從顯示板出射的線偏振光按這種順序透過兩液晶層75a和75b，然后入射到雙折射元件(在圖4A到4C中未示出)上。
表1

首先，描述圖4A所示的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，施加在兩液晶層75a和75b的電壓是低電壓，并且兩液晶層75a和75b處于關(guān)狀態(tài)。那么，由第一液晶層75a產(chǎn)生的相差是+π，而由第二液晶層75b產(chǎn)生的相差是-π。因此，透過這兩個(gè)液晶層75a和75b的偏振光的總相差為0。因此，假設(shè)從其左側(cè)進(jìn)入第一液晶層75a的偏振光具有水平偏振平面，剛從第二液晶層75b出射的偏振光也具有水平偏振面。
如此處所用，依賴于液晶層上所施加的電壓是高電壓還是低電壓，穿過液晶層的光可以處于兩種相互不同的狀態(tài)之一(即，處于一種狀態(tài)的出射光的偏振平面與處于另一種狀態(tài)的出射光的偏振平面相互垂直)的情況下，被施加高電壓并準(zhǔn)備輸出預(yù)定的線偏振光的液晶層(或液晶盒)看作是“處于開狀態(tài)”。另一方面，如果施加在液晶層上的電壓大小(或絕對值)比使液晶層開所需要施加的電壓小得多，且如果具有偏振平面與從開狀態(tài)液晶層出射的偏振光的偏振平面基本上垂直的偏振平面的偏振光從液晶層出射，該液晶層(或液晶盒)此處看作是“處于關(guān)狀態(tài)”。
為將液晶層“關(guān)”，施加在液晶層上的低電壓可以降到0伏?；蛘撸壕右部梢酝ㄟ^施加一個(gè)非零電壓(例如2.5伏)作為補(bǔ)償電壓來“關(guān)”。
如此處所用，施加的“高電壓”是足夠高以使液晶層“開”的電壓，而施加的“低電壓”是足夠低以使液晶層“關(guān)”的電壓。如果使用具有正的折射系數(shù)各向異性Δε的TN模式的液晶材料，那么，當(dāng)液晶層處于“開狀態(tài)”時(shí)，液晶分子沿電場方向?qū)?zhǔn)，但是當(dāng)液晶層處于“關(guān)狀態(tài)”時(shí)，液晶分子扭曲了90度。另一方面，如果使用具有負(fù)的折射系數(shù)各向異性Δε的TN模式的液晶材料，那么，當(dāng)液晶層處于“開狀態(tài)”時(shí)，液晶分子扭曲了90度，但是當(dāng)液晶層處于“關(guān)狀態(tài)”時(shí)，液晶分子沿一個(gè)方向?qū)?zhǔn)。在以下的優(yōu)選實(shí)施例中，將用具有正的折射系數(shù)各向異性Δε的液晶材料來描述本發(fā)明。但是，應(yīng)該理解，即使使用具有負(fù)的折射系數(shù)各向異性Δε的液晶材料，本發(fā)明也可以實(shí)現(xiàn)。
其次，如圖4B所示，當(dāng)施加到第二液晶層75b上的電壓從低增加到高時(shí)，第二液晶層75b從關(guān)狀態(tài)切換到開狀態(tài)。如上所述，液晶上升響應(yīng)時(shí)間τ r太短而不會形成不需要的鬼像。這樣，由第一液晶層75a產(chǎn)生的相差是+π，但是由第二液晶層75b產(chǎn)生的相差是0。因此，透過這兩個(gè)液晶層75a和75b的偏振光的總相差是+π。因而，如果從其左側(cè)進(jìn)入第一液晶層75a的偏振光具有水平偏振面，那么，從第二液晶層75b出射的偏振光具有垂直的偏振面。
其后，當(dāng)施加到第一液晶層75a的電壓從低增加到高時(shí)，如圖4C所示，第一液晶層75a從關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到開狀態(tài)。液晶上升響應(yīng)時(shí)間τr也太短而不會形成不需要的鬼像。這樣，由第一液晶層75a產(chǎn)生的相差是0，由第二液晶層75b產(chǎn)生的相差也是0。因此，透過這兩個(gè)液晶層75a和75b的偏振光的總相差是0。因而，如果從其左側(cè)進(jìn)入第一液晶層75a的偏振光具有水平偏振面，那么，從第二液晶層75b出射的偏振光也具有水平的偏振面之后，施加到第一和第二液晶層75a和75b的電壓都從高降到低。然后，兩液晶層75a和75b從圖4C所示的狀態(tài)(即開狀態(tài))改變到圖4A所示的狀態(tài)(即，關(guān)狀態(tài))。這樣，這兩個(gè)液晶層75a和75b之一的液晶分子形成了液晶層75a或75b之中另外一個(gè)的鏡像。因此，即使從第一液晶層75a出射的偏振光是橢圓偏振光，當(dāng)其通過第二液晶層75b時(shí)橢圓偏振光轉(zhuǎn)變成了線偏振光。換而言之，即使在“液晶分子下降階段”由第一液晶層75a產(chǎn)生的相差從0相對緩慢變化到π，由第二液晶層75b產(chǎn)生的相差從0到-π變化。結(jié)果，由這兩個(gè)液晶層75a和75b產(chǎn)生的總相差總是為0，偏振狀態(tài)基本上沒有改變。
因此，即使液晶層75a和75b從圖4C所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到圖4A所示的狀態(tài)所需的時(shí)間相對比較長(即，即使液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd相當(dāng)長)，在該狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程期間，線偏振光從第二液晶層75b連續(xù)出射。也就是說，從第二液晶層75b出射的偏振光的偏振方向完全沒有從進(jìn)入第一液晶層75a的偏振光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd與偏振光的偏振平面的光旋轉(zhuǎn)無關(guān)。只有當(dāng)液晶層75a和75b從圖4A所示的狀態(tài)變到圖4B所示的狀態(tài)和從圖4B所示的狀態(tài)變到圖4C所示的狀態(tài)時(shí)，偏振平面旋轉(zhuǎn)90度。這兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速度都由液晶的上升響應(yīng)時(shí)間τr確定。
按這種方式，根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例，液晶分子從開狀態(tài)轉(zhuǎn)變到關(guān)狀態(tài)(即，使液晶分子“下落”)而完全沒有引起圖像的移動，或圖像顯示在預(yù)定的位置，因?yàn)檫@種狀態(tài)轉(zhuǎn)換通常需要相對較長的時(shí)間。也就是說，當(dāng)液晶分子正在下降時(shí)，假定出射光完全沒有改變其偏振方向。因此，光移動裝置的移動頻率可以增加，而完全不受液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd的影響。結(jié)果，即使液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd相對比較長，不會產(chǎn)生鬼像或閃爍。
本發(fā)明的前述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對TN模式液晶材料進(jìn)行了描述。但是，如果本發(fā)明用于ECB模式的液晶材料，也可以得到相似的效果。在下文中，參照圖5A到5C和下表2將描述使用ECB模式的液晶材料時(shí)怎樣消除不需要的偏振成分。
表2.

在圖5A到5C所示的實(shí)例中，其中ECB模式液晶分子取向45度的第一液晶層85a和其中ECB模式液晶分子取向-45度的第二液晶層85b放置在雙折射元件(在圖5A到5C中未示出)的前面。這種光移動裝置的基本結(jié)構(gòu)和圖3所示的一樣。
首先，在圖5A所示的狀態(tài)中，施加在兩液晶層85a和85b上的電壓是低電壓，并且液晶層85a和85b處于關(guān)狀態(tài)。那么，由第一液晶層85a產(chǎn)生的相差是+π，而由第二液晶層85b產(chǎn)生的相差是-π。因此，透過兩液晶層85a和85b的偏振光的總相差是0。因而，假設(shè)從第一液晶層85a左側(cè)進(jìn)入的偏振光具有水平偏振面，剛從第二液晶層85b出射的偏振光也具有水平的偏振面。
其次，當(dāng)施加在第二液晶層85b上的電壓從低增加到高時(shí)，如圖5B所示，第二液晶層85b從關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到開狀態(tài)。如上所述，液晶上升響應(yīng)時(shí)間τr太短而不會形成不需要的鬼像。這樣，由第一液晶層85a產(chǎn)生的相差是+π，但是由第二液晶層85b產(chǎn)生的相差是0。因此，透過這兩個(gè)液晶層85a和85b的偏振光的總相差是+π。因而，如果從其左側(cè)進(jìn)入第一液晶層85a的偏振光具有水平偏振面，那么，從第二液晶層85b出射的偏振光具有垂直的偏振面。
其后，當(dāng)施加到第一液晶層85a的電壓從低增加到高時(shí)，如圖5C所示，第一液晶層85a從關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到開狀態(tài)。液晶上升響應(yīng)時(shí)間τr也太短而不會形成不需要的鬼像。這樣，由第一液晶層85a產(chǎn)生的相差是0，由第二液晶層85b產(chǎn)生的相差也是0。因此，透過這兩個(gè)液晶層85a和85b的偏振光的總相差是0。因而，如果從其左側(cè)進(jìn)入第一液晶層85a的偏振光具有水平偏振面，那么，從第二液晶層85b出射的偏振光也具有水平偏振面。
之后，施加到第一和第二液晶層85a和85b的電壓都從高降到低。那么，兩液晶層85a和85b從圖5C所示的狀態(tài)(即開狀態(tài))轉(zhuǎn)變到圖5A所示的狀態(tài)(即關(guān)狀態(tài))。這樣，雖然液晶層的下降響應(yīng)時(shí)間τd相對比較長，這兩個(gè)液晶層85a和85b之一的液晶分子形成液晶層85a和85b之中另外一個(gè)的鏡像。因此，即使從第一液晶層85a出射的偏振光是橢圓偏振光，當(dāng)其通過第二液晶層85b時(shí)不需要的偏振成分被消除，并且橢圓偏振光轉(zhuǎn)變成線偏振光。換而言之，在“液晶分子下降期間”，由第一液晶層85a產(chǎn)生的相差相對緩慢地從0到+π變化，而由第二液晶層85b產(chǎn)生的相差從0到-π變化。結(jié)果，由這兩個(gè)液晶層85a和85b產(chǎn)生的總相差總是為0，偏振狀態(tài)基本上沒有改變。
因此，即使液晶層85a和85b從圖5C所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到圖5A所示的狀態(tài)所需的時(shí)間相對比較長(即，即使液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd相對比較長)，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，線偏振光從第二液晶層85b連續(xù)出射。也就是說，從第二液晶層85b出射的偏振光的偏振方向完全沒有從進(jìn)入第一液晶層85a的偏振光的偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，液晶的下降響應(yīng)時(shí)間τd與偏振光偏振平面的光旋轉(zhuǎn)無關(guān)。
按這種方式，即使用了ECB模式液晶材料，光移動裝置的移動頻率可以增加，而不受液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd的影響。結(jié)果，即使液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd相對比較長，不會產(chǎn)生鬼像或閃爍。
應(yīng)該指出在上述兩個(gè)具體實(shí)例中的每一個(gè)中，兩液晶層都從開切換為關(guān)的時(shí)間應(yīng)該優(yōu)選地恰好在下一次兩液晶層之一從關(guān)切換為開之前。換而言之，兩液晶層之一由關(guān)轉(zhuǎn)換為開之前，兩液晶層將必須完全地轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)。而這需要液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd來完成這種的狀態(tài)轉(zhuǎn)換?；谶@些原因，在兩液晶層都變?yōu)殚_之后，施加在兩液晶層上的電壓優(yōu)選地立刻從高降低到低。
也應(yīng)該指出，在兩液晶層從開狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)狀態(tài)時(shí)，無圖像可以被移動。因此，如果每一次子域切換時(shí)需要移動圖像，那么，兩液晶層從開變?yōu)殛P(guān)的轉(zhuǎn)換間隔優(yōu)選地完全包括在一子域周期中。
下面，將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明光顯示系統(tǒng)的具體優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。
實(shí)施例1圖6示意地說明根據(jù)本發(fā)明第一具體優(yōu)選實(shí)施例的一種光顯示系統(tǒng)。如圖6A所示，光顯示系統(tǒng)包括背光1，LCD 2，光移動裝置3和觀察光學(xué)系統(tǒng)4。背光1是照明透射型LCD 2的光源。LCD 2從驅(qū)動電路5接收驅(qū)動信號和視頻信號，并且可以顯示具有由視頻信號代表的內(nèi)容的圖像。提供觀察光學(xué)系統(tǒng)4是為了光學(xué)上放大顯示在LCD 2上的圖像。觀察者可以通過光移動裝置3和觀察光學(xué)系統(tǒng)4觀看顯示在LCD 2上的圖像。
在圖6A所示的具體優(yōu)選實(shí)施例中，使用一種需要背光的透射型液晶顯示器。或者，只要圖像可以在其上顯示，顯示器也可以一種反射型液晶顯示器或一種自發(fā)射顯示板，如有機(jī)EL顯示器或等離子顯示板(PDP)。
光移動裝置3的工作是由另外一個(gè)單獨(dú)為光學(xué)移動裝置3提供的驅(qū)動電路6來控制。與LCD 2上視頻信號的顯示同步，驅(qū)動電路6為光移動裝置3提供一驅(qū)動信號。驅(qū)動電路6包括為光移動裝置3中包括的液晶盒施加具有多電平的電壓(即，高和低)的電壓施加部分。
在圖6A所示的光顯示系統(tǒng)中，背光1，LCD 2，觀察光學(xué)系統(tǒng)4和驅(qū)動電路5都與傳統(tǒng)的光顯示系統(tǒng)的相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)相同。因此，該優(yōu)選實(shí)施例中的光顯示系統(tǒng)的特征在于光移動裝置3的結(jié)構(gòu)和工作。
圖6B示意地說明光移動裝置3的結(jié)構(gòu)。如圖6B所示，光移動裝置3包括用于縱向移動圖像的第一移動部分100和用于橫向移動圖像的第二移動部分200。
第一移動部分100包括兩個(gè)液晶盒7和8及一個(gè)雙折射元件11。同樣地，第二移動部分200也包括兩個(gè)液晶盒9和10及一個(gè)雙折射元件12。每個(gè)液晶盒7，8，9和10包括液晶層；一對分別提供在液晶層光入射和出射面上的透明電極(未示出)；一對將這些部件夾在其中的透明襯底。雖然圖6B中所示的液晶盒7和8及雙折射元件11在水平方向彼此分開，液晶盒7和8及雙折射元件11可以用一種粘接劑粘在一起，例如，使第一移動部分100作為一個(gè)整體元件工作。同樣的說明適用于第二移動部分200。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)液晶盒7，8，9和10的液晶層用TN模式的液晶材料制成。因此，依賴于施加到其上的電壓是高電壓還是低電壓，液晶層由將入射光偏振面旋轉(zhuǎn)了90度的第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到基本上原樣傳輸入射光而不旋轉(zhuǎn)其偏振面的第二狀態(tài)，反之亦然。
但是，可以用于液晶盒7，8，9，10的液晶材料不限于TN模式的液晶材料?；蛘?，只要當(dāng)兩液晶層都由開狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)狀態(tài)時(shí)，由兩液晶層之一產(chǎn)生的不需要的偏振成分被另外一液晶層消除，則可以使用其它任何類型的液晶材料。例如，一種ECB模式的液晶材料可以正常使用。
雙折射元件11具有相對于其光入射側(cè)規(guī)定預(yù)定傾角的“光軸”。在包括入射光傳播方向和雙折射元件11的光軸的平面(此處指“主平面”)上，雙折射元件11可以將入射光分為正常光線和異常光線。因此，如果進(jìn)入雙折射元件11的入射光的偏振方向垂直于主平面，那么，對于雙折射元件11入射光是正常光線并直接傳播穿過主平面。另一方面，如果進(jìn)入雙折射元件11的入射光的偏振方向平行于主平面，那么，對于雙折射元件11入射光是反常光線，在主平面內(nèi)受到折射。
雙折射元件用單軸晶體材料(例如石英)制成。但是，雙折射元件11的材料不限于石英，而可以是任何其它的單軸晶體材料。其它優(yōu)選材料的實(shí)例包括鈮酸鋰，方解石，云母，金紅石(TiO2)和鈉硝石(NaNO3)。如果顯示系統(tǒng)的總重量應(yīng)該減小到象頭戴式顯示器(HMD)中的那樣，優(yōu)選使用具有相對較大的折射系數(shù)各向異性Δn的鈮酸鋰或金紅石。如果雙折射元件11是用這種高Δn材料制成，由厚度減小的雙折射元件11實(shí)現(xiàn)了最小所需圖像移動。因此，這種材料可以用來有效地降低顯示系統(tǒng)的總尺寸或重量。
如果施加在液晶盒7和8上的電壓發(fā)生變化，入射光的偏振方向可以從垂直于雙折射元件11的主平面轉(zhuǎn)換到平行于雙折射元件11的主平面，反之亦然。按這種方式入射光可以在雙折射元件11的主平面內(nèi)移動。結(jié)果，顯示在LCD 2上的圖像可以垂直于入射光的光軸移動。
第二移動部分200的結(jié)構(gòu)也與第一移動部分100的相同。這兩個(gè)移動部分100和200之間的唯一不同是，放置第二移動部分200使得其相對于第一移動部分100在入射光的光軸上規(guī)定了一旋轉(zhuǎn)90度的角度。因此，第二移動部分200的像素移動方向垂直于第一移動部分100的像素移動方向。使用按這樣的位置放置的第一和第二移動部分100和200，在相同的(虛)平面上可以將圖像選擇性地移動到相互不同的四個(gè)位置之一。
此后，參照圖7A到7D和下表3將描述根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置如何工作。表3

首先，如圖7A所示，液晶盒10變?yōu)殚_時(shí)，液晶盒7，8和9變?yōu)殛P(guān)。這樣，出現(xiàn)在顯示板上的圖像的任意一個(gè)像素被認(rèn)為出現(xiàn)在虛平面上的A位置。
其次，如圖7B所示，液晶盒8和9變?yōu)殚_而液晶盒10保持開，以將像素移到位置B。通過將液晶盒8和9的關(guān)狀態(tài)變?yōu)殚_圖像移動。因此，這種移動可以與圖像子域的切換同步地相對快速地完成。
其后，在當(dāng)前子域仍在顯示時(shí)，將液晶盒9和10的開狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)狀態(tài)。液晶材料對于這些液晶盒9和10變?yōu)殛P(guān)的響應(yīng)慢。但是，因?yàn)橐壕Ш?和10分別由右旋和左旋晶體材料制成，進(jìn)入雙折射元件12的偏振光的偏振方向與入射到液晶盒9的初始偏振方向相同。因此，像素位置保持在B。
此后，如圖7C所示，液晶盒8保持開而液晶盒10變?yōu)殚_，以將像素移動到位置C。通過將液晶盒10的關(guān)狀態(tài)變?yōu)殚_圖像移動。因此，這種移動可以與圖像子域的切換同步地相對快速地完成。
之后，如圖7D所示，液晶盒7和9變?yōu)殚_而其它的兩個(gè)液晶盒8和10保持開，以將像素移動到位置D。然后，在當(dāng)前子域仍在顯示時(shí)，將液晶盒7，8，9和10的開狀態(tài)全部變?yōu)殛P(guān)。即使如此，進(jìn)入雙折射元件12的偏振光的偏振方向與入射到液晶盒9的偏振光的初始偏振方向相同。因此，像素位置保持在位置D。
隨后，通過將液晶盒10的關(guān)狀態(tài)變?yōu)殚_將圖像從位置D移動到位置A，這種移動可以與將圖像移動到位置B，C，或D一樣快速地完成。
圖13示出如上所述的施加到液晶盒7，8，9和10上使液晶盒7，8，9和10運(yùn)行的電壓波形。在圖13中，子域A，B，C和D分別對應(yīng)于圖7A，7B，7C和7D中的位置A，B，C和D。也就是說，在子域周期A中，像素出現(xiàn)在圖7A中的位置A。在下一子域周期B中，像素出現(xiàn)在圖7B中的位置B。
如從圖13中可以看出，施加在液晶盒7和8上的電壓同時(shí)由高降到低。同樣地，施加在液晶盒9和10上的電壓也同時(shí)由高降到低。
施加到液晶盒9和10上的電壓由高降到低的第一次包括在子域周期B中，恰好在施加到液晶盒10上的電壓下一次從低增加到高之前。如果施加在液晶盒9和10上的電壓由高電平降到低電平，經(jīng)過液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd后，其液晶層將變到完全關(guān)。也就是說，經(jīng)過液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd之前，其液晶層不是完全的關(guān)。但是，基于上述原因，圖像子域B在該子域周期B期間沒有移動，也就不會產(chǎn)生鬼像。
應(yīng)該指出，根據(jù)上述優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)的背光可以用一種擇向發(fā)射的照明光源取代，而觀察光學(xué)系統(tǒng)可以用投影透鏡取代。那樣，光顯示系統(tǒng)可以作為一種投射型顯示系統(tǒng)。即使這樣，分辨率仍可以用本發(fā)明的光移動裝置和上述的HMD來提高。
圖8A說明其上沒有運(yùn)行上述移動操作的光移動裝置的像素的總體結(jié)果的排列，而圖8B說明其上運(yùn)行的移動操作的光移動裝置的像素的總體結(jié)果的排列。如從圖8A和8B中可以看出，通過使用本發(fā)明的光移動裝置，LCD 2的有效像素的數(shù)量可以增加4倍。
實(shí)施例2以下，參照圖9將描述根據(jù)本發(fā)明第二具體優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)。
根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的光移動系統(tǒng)中，從光源501發(fā)射的光(包括至少R，G和B成分)用拋物柱面鏡502反射，使其準(zhǔn)直成基本平行的光束，然后入射到復(fù)眼透鏡503。復(fù)眼透鏡503用來均勻照明LCD板504。提供一光圈505來選擇性地通過從復(fù)眼透鏡503出射的光束，從而調(diào)節(jié)入射到LCD板504上的照度的平行度。光圈505具有一矩形開口，其形狀的設(shè)計(jì)使得其與像素形狀相匹配。穿過光圈505的光束穿過透鏡506，然后用二向色鏡507R，507G和507B將其分為R，G和B光線。LCD板504用經(jīng)透鏡506和508基本上準(zhǔn)直的光束來照射。但是，光束經(jīng)二向色鏡507R，507G和507B分的R，G和B光線以相互不同的角度入射到LCD板504上。在該優(yōu)選實(shí)施例中，具有768×1024點(diǎn)分辨率的0.9英寸的板用作LCD板504。
圖10為說明R，G和B光線如何入射到LCD板504上的橫截面圖。如圖10所示，微透鏡陣列509放置在LCD板504的光入射側(cè)。為代表三原色紅，綠和藍(lán)的三種像素(即一組R，G和B像素)的每一種提供了微透鏡509。R，G和B光線以相互不同的角度入射到每個(gè)微透鏡509上，然后由微透鏡509聚焦到與其相關(guān)的像素上。因?yàn)檫@三種像素獨(dú)立驅(qū)動，R，G和B光線獨(dú)立地受到調(diào)制。
返回參照圖9，已經(jīng)透過LCD板504，因而被LCD板504調(diào)制的光束穿過光移動裝置510，然后入射到投影透鏡511。結(jié)果，穿過投影透鏡511的光束在屏幕(未示出)上形成圖像。光移動裝置510周期性地移動屏幕上的圖像。
其次，參照圖11將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明該第二優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置510。如圖11所示，光移動裝置510包括第一移動部分100和第二移動部分200。第一和第二移動部分100和200的結(jié)構(gòu)與已經(jīng)描述的第一優(yōu)選實(shí)施例的相同。但是，在該第二優(yōu)選實(shí)施例中，放置第一和第二移動部分100和200使得第一移動部分100的移動方向與第二移動部分200的移動方向平行。在這種的排列中，圖像可以移動到包括在與入射光光軸垂直的平面上的排列在相同直線上的三個(gè)互不相同的位置A，B，C。
圖12示意地說明用圖11所示的光移動裝置如何縱向移動子幀。用光移動裝置510將組成一幅完整圖像的多個(gè)子幀沿一個(gè)方向(即，圖12中說明的實(shí)例中縱向移動，但是也可以橫向移動)逐像素地順序移動。因此，用時(shí)間順序技術(shù)將屏幕上相同的像素區(qū)域用代表圖像的藍(lán)，綠，紅，藍(lán)，綠和紅部分等的光線按順序照射。具有這樣排列的光顯示系統(tǒng)只用一塊LCD板504，但仍能達(dá)到幾乎與具有三塊LCD板的投射型顯示系統(tǒng)一樣高的分辨率。
其后，參照圖11和下表4將描述施加到根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的液晶盒7，8，9和10上的電壓。
表4

首先，當(dāng)液晶盒8變?yōu)殚_時(shí)，液晶盒7，9和10變?yōu)殛P(guān)。這樣，顯示在LCD板504上的圖像的任意一個(gè)像素被認(rèn)為是出現(xiàn)在如圖11所示的位置A。
其次，液晶盒7和9保持關(guān)，液晶盒8保持開，而液晶盒10變?yōu)殚_，以將像素移動到位置B。也就是說，該圖像移動是通過將關(guān)狀態(tài)液晶盒10變?yōu)殚_來實(shí)現(xiàn)。
其后，將液晶盒7和9變?yōu)殚_而其它的兩個(gè)液晶盒8和10保持開，將像素移動到位置C。也就是說，該圖像移動是通過將關(guān)狀態(tài)液晶盒7和9變?yōu)殚_來實(shí)現(xiàn)。
之后，在下一次子域切換之前(即，在當(dāng)前子域仍然顯示時(shí))，開狀態(tài)液晶盒7，8，9和10全部變?yōu)殛P(guān)。液晶材料對于這些液晶盒7，8，9和10變?yōu)殛P(guān)的響應(yīng)慢。但是，因?yàn)槊恳粚σ壕Ш?，8和9，10分別由右旋和左旋液晶材料制成，進(jìn)入雙折射元件12的偏振光的偏振方向與入射到液晶盒7上的初始偏振方向的相同。因此，像素位置保持在C。
只通過將液晶盒8變?yōu)殚_，圖像的位置可以從C移動到A。因此，將圖像移動到位置A可以和將圖像移動到位置B或C一樣快速地實(shí)現(xiàn)。
如上所述，根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例，只通過與圖像子域的切換同步地足夠快地將關(guān)態(tài)液晶盒變?yōu)殚_，可以將像素從位置A移動到位置B，然后移動到位置C。因此，可以顯示沒有產(chǎn)生鬼像或閃爍的優(yōu)質(zhì)圖像。
圖14示出如上所示的施加到液晶盒7，8，9和10上使液晶盒7，8，9和10工作的電壓波形。在圖14中，子域A，B和C分別對應(yīng)于圖11中的位置A，B和C。也就是說，在子域周期A中，像素出現(xiàn)在圖11中所示的位置A。在下一子域周期B中，像素出現(xiàn)在圖11中所示的位置B。
如從圖14中可以看出，施加在液晶盒7和8上的電壓同時(shí)由高降到低。同樣地，施加在液晶盒9和10上的電壓也同時(shí)由高降到低。
施加到液晶盒7，8，9和10上的電壓由高降到低的時(shí)間包括在子域周期C中，恰好在施加在液晶盒8上的電壓下一次從低增加到高之前。如果施加在液晶盒7，8，9和10上的電壓由高降到低，在液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd過后，液晶層將變?yōu)橥耆年P(guān)。也就是說，在經(jīng)過液晶下降響應(yīng)時(shí)間τd之前，液晶層不是完全的關(guān)。但是，基于上述原因，圖像子域C在該子域周期C期間沒有移動，也就不會產(chǎn)生鬼像。
根據(jù)上述第二優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)是一種將圖像投射到屏幕上的投射型顯示系統(tǒng)。但是，如果用觀察光學(xué)系統(tǒng)取代投影透鏡511來獲得放大的觀察虛象，則本發(fā)明也可以在HMD中使用。
在第一優(yōu)選實(shí)施例中像素移動到四個(gè)位置，而在第二優(yōu)選實(shí)施例中像素移動到三個(gè)位置。但是，本發(fā)明絕不限于這些具體優(yōu)選實(shí)施例。作為選擇，本發(fā)明適用于用其它方式的移動，例如，圖像在排列成直線的兩個(gè)或四個(gè)位置之間移動。
在上述第一和第二優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)液晶盒7，8，9和10在其相關(guān)的子域周期中切換。但是，依賴于液晶材料的響應(yīng)速度，液晶盒7，8，9和/或10可以在之前或之后的子域周期中變?yōu)殚_或關(guān)以使在其相關(guān)的子域周期期間液晶盒7，8，9和10的切換很好地均衡。
實(shí)施例3此后，將描述本發(fā)明的第三具體優(yōu)選實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的該第三優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置基本具有圖3所示的結(jié)構(gòu)，恰好與上述第一優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置相似。
參照圖15將描述根據(jù)該第三優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置的更詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖15示出進(jìn)入光移動裝置的線偏振光的偏振方向平行于X-Y坐標(biāo)系的X軸的情況。圖15中，D1表示第一液晶盒7的液晶層75a中間部分的指向矢。D2表示第二液晶盒8的液晶層75b中間部分的指向矢。θ12表示在液晶層75a和75b上未施加電壓時(shí)指向矢D1和D2之間限定的夾角。S表示在液晶層75a和75b上未施加電壓時(shí)將角θ12平分成相等的兩部分的平分線。而θs表示平分線S和入射偏振光的偏振方向(即，X軸)之間限定的夾角。在該實(shí)施例中，角θ12限定介于42度到45度的范圍，而角θs限定在約45度。更優(yōu)選地，角度θ12介于在42度到44度。如此處所用，“約45度”的角度是介于44度到46度之間。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，兩液晶盒的兩液晶層中至少之一是用ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式的液晶材料制成。ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式通過限定一對將向列液晶層夾在其中的襯底的對準(zhǔn)方向相互平行來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)其上未施加電壓時(shí)，兩液晶層的指向矢平行于襯底的對準(zhǔn)方向。因此，限定兩液晶盒相對于入射光的偏振方向的的位置使得兩液晶層的指向矢D1和D2限定如上所述的角度。如果兩液晶盒都是用ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式的液晶材料制成，液晶層上未施加電壓時(shí)達(dá)到的效果與將兩個(gè)半波片一個(gè)疊加于另一個(gè)之上完成的效果相似。
當(dāng)ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式的液晶層按這種方法使用時(shí)，每個(gè)液晶層優(yōu)選地具有220nm到280nm的滯后。滯后值約是550nm的一半，550nm基本上是可見輻射范圍的中心波長。因此，液晶層上未施加電壓時(shí)，每個(gè)液晶盒對于波長約為550nm的入射的線偏振光的作用就象半波片，因而，旋轉(zhuǎn)了入射光的偏振平面。旋轉(zhuǎn)的角度是入射光的偏振方向和液晶層指向矢之間確定的角度的兩倍。
此后，將描述在第一和第二液晶盒7和8的液晶層75a和75b用ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式的液晶材料制成，并且其滯后在220nm到280nm范圍的情況下，其上電壓未施加時(shí)，光移動裝置如何工作。
這樣，當(dāng)施加到兩液晶盒7和8上的電壓為關(guān)時(shí)，為了與平分線S基本對準(zhǔn)，第一液晶盒7對圖15所示的入射的線偏振光的偏振方向沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了約45度。但嚴(yán)格地說，由于其液晶層引起波長色散，透過第一液晶盒7的光不是完全的線性偏振而是有點(diǎn)橢圓偏振。該現(xiàn)象在下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述。
假設(shè)波長為550nm的光入射到滯后為550nm一半的275nm的液晶層上。這樣，第一液晶盒7的指向矢D1與X軸之間限定22.5度的夾角，并且限定入射光(具有550nm的波長)的偏振方向平行于X軸。那么，第一液晶盒7將入射光的偏振方向旋轉(zhuǎn)了45度(＝22.5×2)。但是，如果入射光的波長不等于550nm，由于液晶層引起的波長色散，其偏振方向不按這種方式旋轉(zhuǎn)。
假如入射光的波長是λnm，液晶層的滯后是R(λ)nm，并且入射光透過液晶層時(shí)引起的相差為φ(λ)，則相差φ(λ)由R(λ)/λ給出。應(yīng)該指出液晶層的滯后R和相差φ是波長λ的函數(shù)。
如果波長為550nm的光入射到滯后為275nm的液晶層上，那么，φ(550)＝275/550＝1/2＝0.5。因此，液晶層的作用就象半-波片。但是，如果波長為450nm的光(即，藍(lán)光)入射到液晶層，那么，φ(450)＝275/450≈0.61。另一方面，如果波長為650nm的光(即，紅光)入射到液晶層，那么，φ(650)＝275/650≈0.42。如可以看出，如果藍(lán)光或紅光入射，產(chǎn)生相差且液晶層不能起半波片的作用。結(jié)果，線偏振光一定程度上轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振光。
但是，根據(jù)這種優(yōu)選實(shí)施例的布置，當(dāng)光透過第二液晶盒8時(shí)，在很寬的波長范圍，出射光的偏振方向與垂直于入射的偏振光方向的Y軸對準(zhǔn)。原因如下。具體地，兩液晶層75a和75b的指向矢D1和D2之間限定的夾角θ12介于42度到45度的范圍，進(jìn)入第二液晶盒8的有點(diǎn)橢圓偏振的光又轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，而波長色散的不需要的效果基本上消除。更具體地，如果波長為450nm或650nm的藍(lán)光或紅光入射到第一液晶盒7，一度產(chǎn)生不等于1/2的相差。但是，借助第二液晶盒8相差基本上等于波長為550nm的綠光產(chǎn)生的相差。
因此，如果用根據(jù)本發(fā)明該優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置，無論紅，綠和藍(lán)光中的哪一種光入射到光移動裝置，能實(shí)現(xiàn)分辨率明顯增高和幾乎不產(chǎn)生任何鬼像的圖像移動。
以下，參照附圖將描述根據(jù)本發(fā)明的一種光顯示系統(tǒng)的具體優(yōu)選實(shí)施例。
如圖6A所示，該第三優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)也包括背光1，LCD 2，光移動裝置3和觀察光學(xué)系統(tǒng)4。背光1是照明透射型LCD 2的光源。LCD 2從驅(qū)動電路5接收驅(qū)動信號和視頻信號，并且可以顯示由視頻信號代表內(nèi)容的圖像。提供觀察光學(xué)系統(tǒng)4是為了光學(xué)上放大顯示在LCD 2上的圖像。觀察者可以通過光移動裝置3和觀察光學(xué)系統(tǒng)4觀看顯示在LCD 2上的圖像。
在圖6A所示的具體優(yōu)選實(shí)施例中，使用了一種需要背光的透射型液晶顯示器。作為選擇，只要圖像可以在其上顯示，顯示器也可以是一種反射型的液晶顯示器或自發(fā)射顯示板，如有機(jī)EL顯示器或等離子顯示板(PDP)。
光移動裝置3的工作由單獨(dú)為其提供的另一驅(qū)動電路6來控制。與LCD 2上視頻信號的顯示同步地驅(qū)動電路6為光移動裝置3提供一驅(qū)動信號。驅(qū)動電路6包括為光移動裝置3中包括的液晶盒施加具有多電平(即，高和低)的電壓的電壓施加部分。
在圖6A所示的光顯示系統(tǒng)中，背光1，LCD 2，觀察光學(xué)系統(tǒng)4和驅(qū)動電路5都具有與傳統(tǒng)的光顯示系統(tǒng)的相應(yīng)部分相同的結(jié)構(gòu)。因此，該優(yōu)選實(shí)施例中的光顯示系統(tǒng)的特征在于光移動裝置3的結(jié)構(gòu)和工作。
該第三優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置3與圖3所示的結(jié)構(gòu)基本相同。但是在該光移動裝置3中，其兩個(gè)液晶層都用ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式的液晶材料制成。其上未施加電壓時(shí)，兩液晶層的每一個(gè)具有220nm到280nm的滯后。液晶盒7和8的排列使得其指向矢與入射光偏振方向之間限定如圖15所示的夾角。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，液晶盒7和8的液晶層用ECB模式的液晶材料制成。但是，只要入射光透過多個(gè)液晶層時(shí)，入射光的偏振方向或者旋轉(zhuǎn)了大約90度或者完全沒有旋轉(zhuǎn)，也可以使用其它類型的液晶材料。
雙折射元件11具有限定相對于其光入射側(cè)預(yù)定傾角的光軸。在“主平面”上，雙折射元件11可以將入射光分為正常光線和異常光線。因此，如果進(jìn)入雙折射元件11的入射光的偏振方向垂直于主平面，那么，對于雙折射元件11入射光是正常光線，并直接穿過主平面?zhèn)鞑?。另一方面，如果進(jìn)入雙折射元件11的入射光的偏振方向平行于主平面，那么，對于雙折射元件11入射光是異常光線，在主平面內(nèi)受到折射。
雙折射元件用單軸晶體材料(例如，石英)制成。但是，雙折射元件11的材料不限于石英，而可以是任何其它的單軸晶體材料。其它優(yōu)選材料的實(shí)例包括鈮酸鋰，方解石，云母，金紅石(TiO2)和鈉硝石(NaNO3)。如果顯示系統(tǒng)的總重量應(yīng)該減小到象頭戴式顯示器(HMD)中的那樣，優(yōu)選使用具有相對較大的折射系數(shù)各向異性Δn的鈮酸鈮鋰或金紅石。當(dāng)雙折射元件11是用這種高Δn材料制成時(shí)，由厚度減小的雙折射元件11實(shí)現(xiàn)了最小所需圖像移動。因此，這種材料可以用來有效地降低顯示系統(tǒng)的總尺寸或總重量。
如果施加在液晶盒7和8的液晶層上的電壓發(fā)生變化，入射光的偏振方向可以從垂直于雙折射元件11的主平面變?yōu)槠叫杏陔p折射元件11的主平面，反之亦然。按這樣的方式，入射光可以在雙折射元件11的主平面內(nèi)移動。結(jié)果，顯示在LCD 2上的圖像可以垂直于入射光的光軸移動。
應(yīng)該指出，根據(jù)上述優(yōu)選實(shí)施例的光顯示系統(tǒng)的背光可以用一種擇向發(fā)射的照明光源取代，而觀察光學(xué)系統(tǒng)可以用投影透鏡取代。那么，光顯示系統(tǒng)也可以作為一種投射型的顯示系統(tǒng)。即使這樣，分辨率仍可以用本發(fā)明的光移動裝置和上述的HMD來提高。
以下將描述本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的具體實(shí)例和對比實(shí)例。
實(shí)例在該具體實(shí)例中，用了如圖16所示的包括兩液晶盒7和8及雙折射元件11的光移動裝置。每一液晶盒7和是的用ECB(橫向?qū)?zhǔn))模式的液晶材料制造，并且其放置使得液晶盒7和8中的液晶分子的取向方向滿足圖15所示的關(guān)系。石英片用作雙折射元件11。
使用具有這種結(jié)構(gòu)的光移動裝置，并且施加到液晶盒7和8上的電壓的開/關(guān)狀態(tài)受到控制，因而選擇性地將出射光從一個(gè)像素移動到位置A或位置B。
其上未施加電壓時(shí)，液晶盒7和8的液晶層具有275nm的滯后。液晶盒7中液晶分子的取向方向(即指向矢D1)與入射的線偏振光的偏振方向限定約為23度，而液晶盒8中液晶分子的取向方向(即指向矢D2)與入射的線偏振光的偏振方向限定成約67度的夾角。
對使用這種光移動裝置產(chǎn)生鬼像的百分比做了估計(jì)。結(jié)果示于下表5中表5

如從表5所示的結(jié)果中可以看出，在該具體實(shí)例中，幾乎沒有入射光到達(dá)位置B。
對比實(shí)例在該對比實(shí)例中，所用光移動裝置包括圖1所示的液晶盒7和雙折射元件11。液晶盒7用TN模式的液晶材料制成，其上未施加電壓時(shí)，其液晶層具有約480nm的滯后。在液晶盒7的兩襯底之一的光入射側(cè)，液晶分子的取向方向基本上平行于入射的線偏振光的偏振方向。
對使用這種光移動裝置產(chǎn)生鬼像的百分比做了估計(jì)。結(jié)果示于下表6中表6

如從表6所示結(jié)果中可以看出，在包括一個(gè)TN模式液晶盒7的光移動裝置中，由于液晶層的波長色散，5％的波長為450nm的入射光到達(dá)位置B，并產(chǎn)生鬼像。同樣地，5％的波長為650nm的入射光到達(dá)位置B，也產(chǎn)生了鬼像。結(jié)果，只能得到低分辨率的圖像。
根據(jù)上述本發(fā)明的任一不同的優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置基本上可以消除鬼像，而在傳統(tǒng)的光顯示系統(tǒng)中由于其液晶層的波長色散，常常產(chǎn)生鬼像。因此，包括根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的光移動裝置的光顯示系統(tǒng)可以顯示分辨率顯著提高的優(yōu)質(zhì)圖像。
雖然，本發(fā)明對其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很顯然所公開包括的本發(fā)明在許多方面可以修改，并且可以假設(shè)許多不同于上述的優(yōu)選實(shí)施例。因此，通過所附權(quán)利要求來覆蓋符合本發(fā)明實(shí)際精神和范圍的所有修改。
權(quán)利要求
1.一種光移動裝置，包括至少一個(gè)移動部分，該移動部分周期性轉(zhuǎn)移入射到移動部分上的入射的線偏振光的光軸，其中該移動部分包括第一液晶盒，響應(yīng)施加到第一液晶盒的液晶層上的第一電壓，該液晶盒將入射光的偏振方向從第一方向改變到第二方向，或反之亦然，第一和第二方向相互垂直；第二液晶盒，響應(yīng)施加到第二液晶盒的液晶層上的第二電壓，該液晶盒將透過第一液晶盒液晶層的光的偏振方向從第一方向改變到第二方向，或反之亦然，和透射透過第二液晶盒的光的雙折射元件，其中第二液晶盒的液晶層補(bǔ)償入射的線偏振光透過第一液晶盒液晶層時(shí)產(chǎn)生的偏振擾動。
2.權(quán)利要求1的光移動裝置，其中第一和第二液晶盒的放置使得第一液晶盒的液晶層中間部分的指向矢和第二液晶盒的液晶層中間部分的指向矢相互垂直。
3.權(quán)利要求2的光移動裝置，其中第一和第二液晶盒的液晶層用具有相互相反光旋轉(zhuǎn)方向的TN模式的液晶材料制成。
4.權(quán)利要求2的光移動裝置，其中第一和第二液晶盒的液晶層用ECB模式的液晶材料制成。
5.權(quán)利要求1的光移動裝置，其中第一液晶盒的液晶層中間部分的指向矢和第二液晶盒的液晶層的中間部分的指向矢之間確定42度到45度的角度，并且其中將該角度分成兩相等部分的平分線與進(jìn)入第一液晶盒的入射光的偏振方向確定約45度的角度。
6.權(quán)利要求5的光移動裝置，其中第一和第二液晶盒的兩液晶層中的至少一個(gè)是用ECB模式的液晶材料制成。
7.權(quán)利要求6的光移動裝置，其中至少一個(gè)用BCB模式的液晶材料制成的液晶層當(dāng)其上未施加電壓時(shí)具有220nm到280nm的滯后。
8.權(quán)利要求1的光移動裝置，進(jìn)一步包括至少再多一個(gè)具有與上述移動部分相同的結(jié)構(gòu)和功能的移動部分。
9.一種光移動裝置組件，包括如權(quán)利要求1所述的光移動裝置；和分別為第一和第二液晶盒施加第一和第二電壓的驅(qū)動電路。
10.權(quán)利要求9的光移動裝置組件，其中驅(qū)動電路與子域轉(zhuǎn)換同步地只將第一和第二電壓之一從低電平增加到高電平。
11.權(quán)利要求10的光移動裝置組件，其中當(dāng)子域被轉(zhuǎn)換時(shí)，驅(qū)動電路將第一和第二電壓都增加到高電平，然后在子域期間將第一和第二電壓都降低到低電平。
12.一種光顯示系統(tǒng)包括在其上顯示圖像的顯示板；和如權(quán)利要求1所述的光移動裝置，其中當(dāng)圖像在顯示板上顯示時(shí)，光移動裝置移動從顯示板出射的光。
13.權(quán)利要求12的光顯示系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于分別為第一和第二液晶盒施加第一和第二電壓的驅(qū)動電路。
14.權(quán)利要求13的光顯示系統(tǒng)，其中驅(qū)動電路只將第一和第二電壓之一從低電平增加到高電平。
15.權(quán)利要求13的光顯示系統(tǒng)，其中驅(qū)動電路將第一和第二電壓都增加到高電平，然后在顯示在顯示板上的圖像被切換到另一圖像之前將第一和第二電壓都降低到低電平。
16.權(quán)利要求12的光顯示系統(tǒng)，其中從顯示板出射然后進(jìn)入光移動裝置的光是線偏振光。
17.權(quán)利要求12的光顯示系統(tǒng)，其中當(dāng)圖像移動時(shí)，圖像的每個(gè)像素按時(shí)間分割技術(shù)分為預(yù)定數(shù)目的彩色像素，然后彩色像素按時(shí)間順序依次疊加。
18.一種光顯示系統(tǒng)，包括發(fā)射光的光源；包括多個(gè)像素區(qū)域的顯示板，每個(gè)像素區(qū)域可以調(diào)制入射到其上的光；用于將從光源發(fā)射的光會聚到與光波長相關(guān)的多個(gè)像素區(qū)域之一上的光控制裝置；和用于將已經(jīng)過顯示板調(diào)制的光投射到投射平面上在其上形成圖像的光學(xué)系統(tǒng)，其中光顯示系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于從代表圖像一幀的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生代表多個(gè)子幀的數(shù)據(jù)并按時(shí)間順序依次在顯示板上顯示多個(gè)子幀的電路；和如權(quán)利要求1所述的光移動裝置，該移動裝置用于在投影平面上光學(xué)上轉(zhuǎn)移顯示在顯示板上的多個(gè)子幀中被選擇的子幀，并且其中在投影平面上相同的區(qū)域用落在互不相同的波長范圍內(nèi)并被顯示板的互不相同的像素區(qū)域調(diào)制的光線連續(xù)輻照。
19.一種驅(qū)動如權(quán)利要求1所述的光移動裝置的方法，該方法包括以下步驟在子域切換時(shí)，只將第一和第二電壓之一從低電平增加到高電平；在另一子域切換時(shí)，只將第一和第二電壓中的另一個(gè)從低電平增加到高電平；在子域期間將第一和第二電壓都從高電平降低到低電平。
全文摘要
一種光移裝置包括至少一個(gè)移動部分,該移動部分周期性轉(zhuǎn)移入射的線偏振光的光軸。移動部分包括第一和第二液晶單元及雙折射元件。每個(gè)液晶單元響應(yīng)施加到液晶單元上的電壓,將入射光的偏振方向從第一方向改變到第二方向,或反之亦然。第一和第二方向相互垂直。雙折射元件隨著入射到其上的光的偏振方向改變其折射系數(shù)。第一和第二單元及雙折射元件的排列使得入射光按這種順序透過。第二液晶單元的液晶層補(bǔ)償入射的線偏振光透過第一液晶單元的液晶層時(shí)產(chǎn)生的偏振擾動。
文檔編號G02F1/1347GK1423151SQ0215280
公開日2003年6月11日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者久米康仁, 栗原直, 中西浩 申請人:夏普公司