專利名稱：投影式顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在屏幕上放大顯示圖像的投影式顯示裝置，該裝置使用通過透射或散射調(diào)制圖像的液晶光閥，本發(fā)明特別涉及液晶光閥。
作為放大顯示液晶光閥圖像的液晶投影器的課題，往往要求高效率和高亮度。在現(xiàn)有液晶光閥中，采用由偏振光元件調(diào)制偏振光的方式，由于光束的一半未被利用，因而光束的利用率大大降低。近來，正開發(fā)稱為高分子分散型液晶(PSLCPolymer Dispersed Liquid Crystal)的一種將液晶分散在高分子中的新型液晶模式的光調(diào)制材料，它調(diào)制入射光的散射度，而不必使用偏振光元件。
圖4是表示使用常規(guī)液晶模式的投影式顯示裝置的構(gòu)成圖。圖5是表示有源矩陣型液晶光閥的構(gòu)成圖。圖4中，1是光源，2是從光源1發(fā)射的照明光束，3是有源矩陣型液晶光閥的主光閥，4是聚光透鏡，5是未使用的光，6是用于消除未使用光5的光闌，7是投影放大顯示圖像的投影透鏡，8是屏幕，9是用于驅(qū)動(dòng)主光閥3的控制電路。
在圖5中，10是有源矩陣襯底，11是對(duì)置電極，12是開關(guān)元件，13是對(duì)應(yīng)于顯示圖像的像素的透明電極，它以矩陣形式與開關(guān)元件12一起配置在有源矩陣襯底10上，14是形成在對(duì)置電極11上的公用透明電極，15是按照外加電壓狀態(tài)透射或散射光束的高分子分散型液晶，它被夾持在相對(duì)的有源矩陣襯底10和對(duì)置電極11之間，16是支承有源矩陣襯底10和對(duì)置電極11的墊片。
下面說明其運(yùn)作。用從光源1以平行光取出的照明光束2照射主光閥3，根據(jù)從控制電路9輸入的信號(hào)，在作為有源矩陣型液晶光閥的主光閥3表面上顯示圖像，相應(yīng)于顯示圖像的濃淡，在主光閥上透射或散射入射的照明光束2。
由主光閥3透射而不是散射出的垂直于顯示面的光束(圖4中的實(shí)線)，通過聚光透鏡4在光闌6上聚光，通過光闌6之后入射到投影透鏡7。由主光閥3散射并通過聚光透鏡4的光束中的未使用光(虛線)，被光闌6遮斷，不能入射到投影透鏡7。即光闌6有選擇地遮斷未使用光(散射光)，只有被主光閥3透射而不是散射出的大體垂直于顯示面的光束才被選擇輸入投影透鏡7，從而提高了對(duì)比度。使從投影透鏡7射出的光束在屏幕8上放大成像，以供欣賞。
像上述現(xiàn)有投影式顯示裝置的構(gòu)成，由于光闌6的開口直徑較小，因而可提高投影圖像的對(duì)比度，但是，在這種情況下，由于照明光束2的平行度不夠理想，因此透射光的一部分被光闌6所遮斷，因而存在大大降低投影圖像亮度的問題。
另一方面，通過加厚高分子分散型液晶15，增大主光閥3的散射度可提高投影圖像的對(duì)比度，但是，在這種情況下，高分子分散型液晶15的驅(qū)動(dòng)電壓與液晶層厚度成比例的增加。通過在有源矩陣襯底10上的開關(guān)元件12，高分子分散型液晶15按照在透明電極13上輸入的信號(hào)電壓進(jìn)行工作，但是，一旦高分子分散型液晶15的驅(qū)動(dòng)電壓升高，由于在開關(guān)元件12上未外加足夠的電壓，高分子分散型液晶15就處于非理想的透射狀態(tài)，結(jié)果出現(xiàn)了降低投影圖像亮度的問題。
此外，為保證預(yù)定的高分子分散型液晶15的層厚，在主光閥3中使用墊片16，但是該墊片16作為連接有源矩陣襯底10和對(duì)置電極11的部分，一般要透射未散射的照明光束2。因此，特別是在黑顯示時(shí)由墊片16部分產(chǎn)生光漏，也存在損害投影圖像放映質(zhì)量的問題。
本發(fā)明的目的就是為解決如上所述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種既不會(huì)過多降低圖像亮度，又能獲得高的視覺對(duì)比度的投影式顯示裝置。
本發(fā)明的投影式顯示裝置配置有具有被來自光源的光束照射的、按照根據(jù)第一控制信號(hào)形成的顯示圖像透射或散射光束的主光閥，和根據(jù)第二控制信號(hào)透射或散射光束的輔助光閥的液晶光閥；在通過配置在由聚光透鏡使透過該液晶光閥的光束聚光的位置上的光闌后，放大投影的投影透鏡；通過該投影透鏡使放大投影的光束成像的屏幕；以及產(chǎn)生第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)的控制電路。
并且，主光閥設(shè)置在輔助光閥的前方，由主光閥透射或散射的光束照射在輔助光閥上。
或者，主光閥設(shè)置在輔助光閥的后方，由輔助光閥透射或散射的光束照射在主光閥上。
此外，在主光閥一側(cè)的玻璃襯底和在輔助光閥一側(cè)的玻璃襯底是公用的。
并且，主光閥為以矩陣形式設(shè)置開關(guān)元件和透明電極的有源矩陣型液晶光閥。
輔助光閥為以矩陣形式設(shè)置開關(guān)元件和透明電極的有源矩陣型液晶光閥。
或者，輔助光閥為單元件型液晶光閥。
或者，輔助光閥為上下帶狀透明電極相互垂直的簡單矩陣型液晶光閥。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的投影式顯示裝置的構(gòu)成示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的投影式顯示裝置中所用的單元件型液晶光閥的構(gòu)成示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的投影式顯示裝置中所用的簡單矩陣型液晶光閥的示意圖。
圖4是現(xiàn)有投影式顯示裝置的構(gòu)成示意圖。
圖5是有源矩陣型液晶光閥的構(gòu)成示意圖。
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的投影式顯示裝置的構(gòu)成示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的投影式顯示裝置所用的單元件型液晶光閥的構(gòu)成示意圖。在圖1中，1-9是與上述現(xiàn)有裝置相同的部分，故省略其說明。17是單元件型液晶光閥類的輔助光閥。
在圖2中，14-16是與圖5中的部件相同的部分，也省略其說明。18是形成公用透明電極14的玻璃襯底，利用墊片16，在2個(gè)玻璃襯底間夾著高分子分散型液晶15，相應(yīng)于外部信號(hào)，整個(gè)輔助光閥從透射狀態(tài)到散射狀態(tài)之間變化。
下面，說明該投影型顯示裝置的運(yùn)作。用從光源1以平行光束取出的照明光束2照射主光閥3，根據(jù)從控制電路9輸入的信號(hào)，在主光閥3表面上顯示圖像，相應(yīng)于顯示圖像的濃淡，在主光閥上透射或散射入射的照明光束2。該透射或散射光束再入射到輔助光閥17。
按照來自相應(yīng)于投影環(huán)境亮度和圖像平均亮度的控制電路9的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，入射到輔助光閥17的所有入射光束進(jìn)一步被透射或散射。
在投影環(huán)境明亮，由外來光決定屏幕8上的黑水平時(shí)，投影式顯示裝置本身的對(duì)比度在20以上就足夠了，屏幕8上的圖像對(duì)比度變?yōu)橛赏队皥D像的最大亮度決定。此時(shí)，輔助光閥17一般處于透射狀態(tài)，按原來的狀態(tài)射出由主光閥3調(diào)制的光束。
另一方面，投影環(huán)境很暗時(shí)，為了從視覺上提高投影圖像的放映質(zhì)量，特別是在黑顯示時(shí)降低黑水平亮度、同時(shí)減少局部光漏很重要。因而用相應(yīng)于圖像平均亮度的亮度信號(hào)驅(qū)動(dòng)輔助光閥17，進(jìn)一步調(diào)制由主光閥3調(diào)制的整個(gè)光束。例如，由主光閥3單獨(dú)獲得的對(duì)比度為20時(shí)，驅(qū)動(dòng)輔助光閥17，以使黑顯示時(shí)的透射率變?yōu)榘罪@示時(shí)的十分之一。此時(shí)，在投影圖像的各幀內(nèi)的對(duì)比度仍為20，但是可使黑顯示時(shí)的亮度為白顯示時(shí)的二百分之一。還在這種情況下，由于兩層光閥的墊片基本上不重合，即使在最壞的情況下，也能將由墊片引起的局部光漏的亮度限制在十分之一內(nèi)。結(jié)果，白顯示時(shí)投影圖像的亮度仍大體相同，但黑顯示時(shí)的圖像放映質(zhì)量得到了大幅度的改善。
再者，與圖4所示現(xiàn)有投影式顯示裝置相同，由聚光透鏡4將從輔助光閥17射出的光束在光闌6上聚光，經(jīng)投影透鏡7后在屏幕8上放大成像。
實(shí)施例2下面，說明本發(fā)明實(shí)施例2的投影式顯示裝置，本發(fā)明的投影式顯示裝置的構(gòu)成與圖1相同，作為輔助光閥17，采用簡單矩陣型液晶光閥。圖3是表示用于本發(fā)明實(shí)施例2的投影式顯示裝置的簡單矩陣型液晶光閥的視圖。
圖3中，15-18是與圖2中的部件相同的部分，故省略其說明。19是形成在玻璃襯底18上的帶狀透明電極，在相互垂直的上下帶狀透明電極19之間，均勻地夾持著所填充的高分子分散型液晶15，在上下帶狀透明電極19的交叉部分沿縱向外加電場，按照來自外部的信號(hào)，該部分作為像素的功能，使像素在透射狀態(tài)與散射狀態(tài)間變化。
按照控制電路9發(fā)出的相應(yīng)于投影環(huán)境亮度和圖像信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以像素單位進(jìn)一步透射或散射入射到輔助光閥17上的光束。
在投影環(huán)境明亮、屏幕上的黑水平由外來光決定時(shí)，與實(shí)施例1相同，輔助光閥17一般處于透射狀態(tài)，由主光閥3所調(diào)制的光束以原來的狀態(tài)射出。
另一方面，在投影環(huán)境很暗的場合，用相應(yīng)于圖像信號(hào)的亮度信號(hào)驅(qū)動(dòng)輔助光閥17，進(jìn)一步調(diào)制由主光閥3調(diào)制的光束。例如，對(duì)使用對(duì)比度為20的有源矩陣型液晶光閥作為主光閥，使用對(duì)比度為10的簡單矩陣型液晶光閥作為輔助光閥，二次調(diào)制驅(qū)動(dòng)像素的情況進(jìn)行說明。此時(shí)，輔助光閥17的各像素在亮度信號(hào)超過10％時(shí)處于透射狀態(tài)，在10％以下時(shí)為散射狀態(tài)。按照這樣的驅(qū)動(dòng)，可使投影式顯示裝置本身的投影圖像對(duì)比度達(dá)到200。而且此時(shí)，由于兩級(jí)光閥的墊片基本上不重合，因此，在最壞的情況下也能將由墊片引起的光漏的亮度控制在十分之一內(nèi)。結(jié)果，白顯示時(shí)的投影圖像的亮度仍大體相同，但對(duì)比度和圖像放映質(zhì)量得到大幅度改善。
再者，在前述驅(qū)動(dòng)操作中亮度信號(hào)為10％以下時(shí)，投影圖像的亮度不連續(xù)地降低，投影圖像變?yōu)樗^的“黑潰”狀態(tài)。為改善這種情況，在上述實(shí)施例中，在亮度信號(hào)為10％以下時(shí)，對(duì)于輔助光閥變?yōu)樯⑸錉顟B(tài)的像素，以主光閥3對(duì)應(yīng)的像素透射率變?yōu)樯鲜鰧?shí)施例10倍的方式驅(qū)動(dòng)，從而即使亮度信號(hào)為10％以下，投影圖像的亮度變化也是連續(xù)的，獲得不會(huì)產(chǎn)生“黑潰”的良好放映質(zhì)量的投影圖像。
實(shí)施例3下面，說明本發(fā)明實(shí)施例3的投影式顯示裝置。實(shí)施例3的投影式顯示裝置的構(gòu)成與圖1相同，但作為輔助光閥17，采用與主光閥3相同的如圖5所示的有源矩陣型液晶光閥。
按照從控制電路9發(fā)出的與投影環(huán)境的亮度和圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用像素單位進(jìn)一步地透射或散射入射到輔助光閥17的光束。
在投影環(huán)境明亮、屏幕上的黑水平由外來光決定時(shí)，與實(shí)施例1相同，輔助光閥17的有源矩陣型液晶光閥一般處于透射狀態(tài)，由作為主光閥3的有源矩陣型液晶光閥調(diào)制的光束按原來的狀態(tài)射出。
另一方面，在投影環(huán)境很暗時(shí)，用與主光閥相同的圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)輔助光閥17，由主光閥3調(diào)制的全部光束被進(jìn)一步調(diào)制。例如，對(duì)主光閥3和輔助光閥17使用同一對(duì)比度為20的有源矩陣型液晶光閥的情況進(jìn)行說明。這里，用相當(dāng)于表示成為圖像透射率的平方根的亮度信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩光閥。例如，在獲得投影圖像最大亮度的50％的亮度時(shí)，以變?yōu)樽畲笸干渎实?1％的方式驅(qū)動(dòng)兩光閥。按照這樣的驅(qū)動(dòng)方式，圖像的亮度變化不會(huì)出現(xiàn)異常，但是投影式顯示裝置本身的投影圖像對(duì)比度可達(dá)到400。并且此時(shí)，由于兩層光閥的墊片基本上不重合，即使在最壞的情況下，由墊片引起的局部光漏的亮度也限于二十分之一的亮度之內(nèi)。結(jié)果，白顯示時(shí)的投影圖像的亮度，基本上與原來的相同，但可大幅度地改善對(duì)比度和圖像放映質(zhì)量。
在上述實(shí)施例中，按照投影環(huán)境的亮度和圖像信號(hào)，在透射狀態(tài)或散射狀態(tài)中所用的輔助光閥17設(shè)置在主光閥3的后方，但是，將其設(shè)置在主光閥3前方時(shí)，也可獲得同樣的效果。并且，雖然在上述實(shí)施例中，說明了未按顏色區(qū)分光束、使用一組主光閥3和輔助光閥17的情況，但是，也可以按顏色區(qū)分光束，對(duì)應(yīng)各顏色光束使用各主光閥3，如果在至少一支光束中，對(duì)應(yīng)于主光閥3設(shè)置輔助光閥17，也可獲得同樣的效果。
并且，在上述實(shí)施例中，說明了在空間上分開設(shè)置主光閥3和輔助光閥17的情況，但是，也可使兩層光閥在光學(xué)上緊貼，也可獲得兩樣的效果。此外，兩層光閥緊貼，主光閥3一側(cè)的玻璃襯底和輔助光閥17一側(cè)的玻璃襯底共用，也可獲得同樣的效果。
權(quán)利要求
1一種投影式顯示裝置，其特征在于包括發(fā)射光束的光源；液晶光閥，它包括被來自該光源的光束照射并與按照第一控制信號(hào)形成的顯示圖像對(duì)應(yīng)地透射或散射光束的主光閥和按照第二控制信號(hào)透射或散射光束的輔助光閥；配置在用聚光透鏡對(duì)透過該液晶光閥的光束聚光的位置上的光闌；放大投影通過該光闌光束的投影透鏡；通過該投影透鏡使放大投影的光束成像的屏幕；以及產(chǎn)生第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)的控制電路。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影式顯示裝置，其特征在于主光閥設(shè)置在輔助光閥的前方，由主光閥透射或散射的光束照射在輔助光閥上。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影式顯示裝置，其特征在于主光閥設(shè)置在輔助光閥的后方，由輔助光閥透射或散射的光束照射在主光閥上。
4根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的投影式顯示裝置，其特征在于在主光閥一方的玻璃襯底和在輔助光閥一方的玻璃襯底是公用的。
5根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的投影式顯示裝置，其特征在于主光閥為以矩陣形式設(shè)置開關(guān)元件和透明電極的有源矩陣型液晶光閥。
6根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的投影式顯示裝置，其特征在于輔助光閥為以矩陣形式設(shè)置開關(guān)元件和透明電極的有源矩陣型液晶光閥。
7根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的投影式顯示裝置，其特征在于輔助光閥為單元件型液晶光閥。
8根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的投影式顯示裝置，其特征在于輔助光閥為上下帶狀透明電極相互垂直的單純矩陣型液晶光閥。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高投影圖像的對(duì)比度，同時(shí)不過多降低投射圖像亮度的投影式顯示裝置。該裝置具有與按照來自控制電路9的控制信號(hào)形成的顯示圖像對(duì)應(yīng)地透射或散射來自光源1的照明光束2的主光閥3；和按照控制電路9發(fā)出的控制信號(hào)透射或散射由主光閥3透射或散射的照明光束2的輔助光閥17。在通過由聚光透鏡4對(duì)透過此輔助光閥17的照明光束2聚光的光闌6后，用投影透鏡7放大投影，在屏幕8上成像。
文檔編號(hào)G09F19/18GK1164083SQ9611450
公開日1997年11月5日 申請日期1996年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月4日
發(fā)明者村井博之, 中西邦文 申請人:株式會(huì)社先進(jìn)展示