專利名稱：液晶投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用垂直對準(zhǔn)液晶裝置的液晶投影儀。更具體地說，本發(fā)明涉及一種能一起改善對比度和響應(yīng)速度的液晶投影儀。
背景技術(shù)：
迄今為止，已經(jīng)知道了采用例如透射式液晶面板，通過對光源發(fā)出的光進(jìn)行光調(diào)制，形成圖像光束，并在例如屏上投影所形成的圖像的圖像投影儀。采用這種液晶投影儀，用液晶面板結(jié)合紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三基色光束實現(xiàn)光調(diào)制，并且通過該光調(diào)制形成的各光束被合成在一起，以輸出全彩色圖像。
用于消除圖像影像中的不規(guī)則性并通過展寬液晶面板視角而改善對比度的液晶投影儀已經(jīng)在日本專利2001-42314中提出。在此公開文本中的液晶投影儀包括燈102，其在反射器102a的焦點位置具有光發(fā)射單元102b，如圖1所示。從燈102發(fā)射的光束，從燈的開口部分向前發(fā)射，該光束基本平行于反射器102a的光軸。
在燈102的下游側(cè)臺，設(shè)置有排列成例如方形陣列的多個透鏡構(gòu)件組成的多透鏡陣列103，以及另一多透鏡陣列104。多透鏡陣列103的透鏡構(gòu)件的包絡(luò)線，與例如由扭曲向列液晶形成、并包括液晶面板部分110，113，119的液晶面板的被照射區(qū)域的形狀和高寬比相同，稍后將對該液晶面板進(jìn)行說明。另一多透鏡陣列104由多個透鏡構(gòu)件組成，其設(shè)置為與多透鏡陣列103的透鏡構(gòu)件相對。由多透鏡陣列103、104采集的光束，通過光偏振部件105轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定偏振方向的偏振光束。也就是，從燈102發(fā)射的非偏振光，即P偏振光加S偏振光，通過光偏振部件105并從而被轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定光偏振方向的光束，例如，P偏振光，以與液晶面板部分110，113，119相匹配。同時，省略對光偏振部件105的說明。
通過光偏振部件105被轉(zhuǎn)換成例如P偏振光束的光，射到設(shè)置在光偏振部件105旁的平凸透鏡106。構(gòu)建該平凸透鏡106是用于采集來自光偏振部件105的光束以有效照明液晶面板。
從平凸透鏡106發(fā)射的光束，即白色光，最初射向用于透射紅色光束R的二向色鏡107。二向色鏡透射紅色光束R并反射綠色光束G和藍(lán)色光束B。通過二向色鏡107透射的紅色光束R，其前進(jìn)方向被反射鏡108轉(zhuǎn)向例如90°，并經(jīng)由平凸透鏡109入射到液晶面板部分110。
另一方面，被二向色鏡107反射的綠色光束G和藍(lán)色光束B，通過用于透射藍(lán)色光束B的二向色鏡104被彼此分離。也就是，綠色光束G被二向色鏡104反射，并通過平凸透鏡112入射到液晶面板部分113。藍(lán)色光束B從二向色鏡104透射，并沿直線前進(jìn)，通過中繼透鏡114、反射鏡115、中繼透鏡116、反射鏡117和平凸透鏡118，到達(dá)液晶面板部分119。
通過由液晶面板部分110，113和119進(jìn)行光調(diào)制的各種顏色的光束，入射到交叉棱鏡120，交叉棱鏡120是通過將復(fù)合玻璃棱鏡接合在一起而形成的。在玻璃棱鏡的連接面上形成具有預(yù)設(shè)光學(xué)特性的干涉濾色器121a、121b。例如，設(shè)置干涉濾色器121a用來反射紅色光束R并透射綠色光束G，而設(shè)置干涉濾色器121b用來反射藍(lán)色光束B并透射綠色光束G。因此，紅色光束R被干涉濾色器121a反射，而藍(lán)色光束B被干涉濾色器121b反射，從而兩種光束到達(dá)投影透鏡122，在那里各光束被合成在唯一的光軸上。
利用上述液晶投影儀100，會出現(xiàn)與視角有關(guān)的對比度下降的問題。這個與視角有關(guān)的問題，可以歸因于組成液晶面板的扭曲向列液晶分子的扭曲，如圖2所示。在該圖中，示出了設(shè)置在偏光片130，133之間的常白液晶面板132的液晶分子陣列。在每個取向膜132a，132b中的實線箭頭示出對準(zhǔn)的處理方向。如果驅(qū)動電壓施加至上述構(gòu)造的液晶面板132，液晶分子從所示狀態(tài)豎立，從而切斷任意入射光束。在取向膜132a，132b的每個的界面，液晶分子的對準(zhǔn)方向相對于對準(zhǔn)處理方向具有預(yù)定角度。該預(yù)定角度在術(shù)語中稱為預(yù)傾角。該預(yù)定角度是在施加驅(qū)動電壓時為了引導(dǎo)液晶分子的驅(qū)動方向而對準(zhǔn)的進(jìn)程方向的分子初始對準(zhǔn)角度。通過向液晶面板132施加電壓以使液晶分子豎立，可以顯示黑色電平。然而，由于預(yù)傾角的上述效果，與視角相關(guān)的光阻斷特性劣化，而產(chǎn)生黑色白化現(xiàn)象，導(dǎo)致對比度下降。
因此，在傳統(tǒng)液晶投影儀100中，在偏光片130和液晶面板132之間設(shè)置相位差膜131，以改善對比度，如圖3所示。圖3所示的液晶面板132中，設(shè)置在光入射側(cè)的第一偏光片130具有偏振軸，也就是，例如沿z軸的偏振方向。因此，經(jīng)過偏光片130的光束到達(dá)相位差膜131。相位差膜131被設(shè)置成使得相位延遲軸或快軸與偏光片130的光偏振軸相交。此外，相位差膜131設(shè)置為圍繞包括在相位差膜130的平面內(nèi)并平行于偏光片130的光偏振軸延伸的旋轉(zhuǎn)軸按預(yù)定傾角設(shè)置。至于液晶面板132，取向膜132a的對準(zhǔn)處理方向為x軸方向，而取向膜132b的對準(zhǔn)處理方向為y軸方向，如圖2所示。液晶分子以必須的預(yù)傾角取向，如圖中與取向膜132a，132b關(guān)聯(lián)的粗線條所示。因此，在偏光片130的光偏振軸與液晶分子的對準(zhǔn)方向之間，存在與上述預(yù)設(shè)預(yù)傾角對應(yīng)的角度差。相位差膜131校正該角度差，使得穿過偏光片130的光束的相位與具有預(yù)傾角的取向膜130a的液晶分子陣列一致。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明解決的問題同時，上述傳統(tǒng)液晶投影儀使用扭曲向列液晶作為液晶裝置。在最近出現(xiàn)的液晶投影儀中，垂直對準(zhǔn)液晶裝置開始被使用。使用垂直對準(zhǔn)液晶裝置，可以獲得極高的對比度。然而，當(dāng)將垂直對準(zhǔn)液晶裝置安裝到液晶投影儀上時，會出現(xiàn)液晶分子的對準(zhǔn)方向被所謂橫向電場干擾的現(xiàn)象，該橫向電場在平行于基板表面的方向變得最強，從而導(dǎo)致透射率下降。
為了盡可能抑制橫向電場，提出了所謂的逐場反向驅(qū)動系統(tǒng)，其中每兩個相鄰場的電極電位相反。為實現(xiàn)該驅(qū)動，液晶裝置的每個像素必須具有足夠的像素電位電容，以使得像素電位足夠保持一個場周期。因此，在安裝垂直對準(zhǔn)液晶裝置時，液晶裝置必須被設(shè)計并構(gòu)造為能增強像素電位電容的反射液晶裝置。然而，這使液晶投影儀的設(shè)計和構(gòu)建受到約束。
另一方面，從易于制造的觀點考慮，透射液晶裝置是用于液晶投影儀的主流液晶裝置，并且試圖將其設(shè)計并構(gòu)造為垂直對準(zhǔn)液晶裝置。為了抑制由橫向電場引起的對液晶分子對準(zhǔn)的其他干擾，以得到高性能，期望使用已經(jīng)在直視液晶裝置實現(xiàn)的施加傾斜電場的方法，或?qū)?zhǔn)控制方法，諸如在像素中設(shè)置傾斜部分。在這兩種方法中，都要犧牲顯示面中的開口率(孔徑)，使得這些方法不能應(yīng)用于高清晰度的液晶裝置。
本發(fā)明還提出了用于控制垂直對準(zhǔn)液晶分子的預(yù)傾角的方法，該方法抑制了由橫向電場引起的對液晶分子對準(zhǔn)的其他干擾，并改善液晶面板132的透射率以及液晶分子的響應(yīng)速度。然而，會出現(xiàn)不能實現(xiàn)高對比度的問題，而高對比度是垂直對準(zhǔn)液晶裝置的突出優(yōu)點，從而很難實行其上安裝垂直對準(zhǔn)液晶裝置的透射液晶投影儀。
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，并提供一種其上安裝有垂直對準(zhǔn)液晶裝置的透射液晶投影儀，其中液晶面板的透射率和響應(yīng)速度可以改善，并且保持高對比度。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種液晶投影儀，其包括偏光控制器件和相位差器件。偏光控制器件包括分別設(shè)置在液晶裝置的光入射側(cè)和光發(fā)射側(cè)的第一偏光片和第二偏光片。第一偏光片透射照明光學(xué)系統(tǒng)采集的光束中的第一偏振光成分，并將透射的第一偏振光成分發(fā)送到液晶裝置。第二偏光片透射從液晶裝置發(fā)射的光束中的第二偏振光成分，以將透射的第二偏振光成分發(fā)送到投影透鏡。相位差器件由設(shè)置在第一偏光片和液晶裝置之間，或第二偏光片和液晶裝置之間的光學(xué)各向異性裝置形成。相位差器件的光學(xué)各向異性裝置相對于液晶裝置中的液晶分子的對準(zhǔn)方向傾斜一角度。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，提供一種液晶投影儀，其包括光源，用于將從光源發(fā)射的光束聚集在理想光路上的照明光學(xué)系統(tǒng)，用于通過以垂直對準(zhǔn)狀態(tài)排列的液晶分子對由照明光學(xué)系統(tǒng)收集的光束進(jìn)行光調(diào)制的液晶裝置，以及用于將液晶裝置光調(diào)制的光束投影至放大比例的投影透鏡。液晶投影儀包括偏光控制器件和相位差器件。偏光控制器件包括分別設(shè)置在液晶裝置的光入射側(cè)和光發(fā)射側(cè)的第一偏光片和第二偏光片。第一偏光片透射照明光學(xué)系統(tǒng)采集的光束中的第一偏振光成分，并將透射的第一偏振光成分發(fā)送到液晶裝置。第二偏光片透射從液晶裝置發(fā)射的光束中的第二偏振光成分，以將透射的第二偏振光成分發(fā)送到投影透鏡。相位差器件由設(shè)置在第一偏光片和液晶裝置之間，或第二偏光片和液晶裝置之間的光學(xué)各向異性裝置形成。相位差器件的光學(xué)各向異性裝置相對于液晶裝置中的液晶分子的對準(zhǔn)方向傾斜一角度。
根據(jù)本發(fā)明，使用以下液晶投影儀，其中光學(xué)各向異性裝置以與液晶分子的預(yù)傾角α相關(guān)的一定角度安裝在液晶面板5中。通過這樣做，可以保持高對比度，同時改善液晶面板的透射率以及響應(yīng)速度。
本發(fā)明的其他目的和具體優(yōu)點，可以通過以下對其優(yōu)選實施例的解釋，特別是結(jié)合附圖的解釋，而變得更加明確。


圖1是傳統(tǒng)液晶投影儀的側(cè)視圖。
圖2是示出組成液晶面板的扭曲向列液晶分子的構(gòu)造的透視圖。
圖3是示出設(shè)置在偏光片和液晶面板之間的相位差膜的構(gòu)造的透視圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀的構(gòu)造的側(cè)視圖。
圖5是示出用于根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀的液晶面板的透視圖。
圖6是示出本發(fā)明的液晶投影儀中從光入射側(cè)偏光片至光發(fā)射側(cè)偏光片的構(gòu)造的透視圖。
圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀的對比度特性圖。
圖8是示出穿過液晶裝置的基板施加用于單行反轉(zhuǎn)驅(qū)動的電場的狀態(tài)下的示圖。
圖9示出通過將光學(xué)各向異性裝置設(shè)置為角度傾斜而獲得的顯示狀態(tài)。
圖10A和10B是液晶分子在小預(yù)傾角α的情況下的對比度特性圖。
圖11A和11B一方面示出液晶裝置的對比度特性、透射率和響應(yīng)速度的關(guān)系，另一方面示出與預(yù)傾角α之間的關(guān)系。
圖12A和12B是示出將光學(xué)各向異性裝置夾在一對傾斜介質(zhì)片之間的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖13A和13B是分別示出用于改變光學(xué)各向異性裝置的旋轉(zhuǎn)角β的補償板傾斜機構(gòu)的前視圖和側(cè)視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的三板型液晶投影儀的實施例進(jìn)行說明，其中三塊用于紅色、綠色和藍(lán)色光束的透射液晶面板用于投影全彩色圖像。
液晶投影儀1將圖像投影到外部屏上。參照圖4，液晶投影儀1沿從光源11發(fā)射的光路，按順序包括發(fā)射光束的光源11，截止濾光片12，第一反射(fold-back)鏡13，第一和第二多透鏡陣列14，15，PS合成樹脂片16，第一聚光透鏡17和第一二向色鏡20。截止濾光片截斷可見光范圍外的光，并且第一反射鏡13反射入射其上的光束。第一和第二多透鏡陣列14，15中的每一個例如由具有外形封裝并且高寬比大致與液晶面板25的有效開口區(qū)域相同的多個透鏡構(gòu)件的方形陣列形成。PS合成樹脂片16使來自第二多透鏡陣列15的光束沿預(yù)設(shè)光偏振方向發(fā)生偏振，并且第一聚光透鏡17采集經(jīng)過PS合成樹脂片16的光束。第一二向色鏡20根據(jù)不同波長譜帶分離光束。
光源11用于發(fā)射投影全彩色圖像所必需的白光，該白光由紅色、綠色和藍(lán)色三基色光組成。光源11包括發(fā)射白光的光發(fā)射構(gòu)件11a，以及用于反射從光發(fā)射構(gòu)件11a發(fā)射的光的反射器11b。光源11的光發(fā)射構(gòu)件11a，例如，是放電燈，其中封入包括水銀成分的氣體，例如超高壓水銀燈。光源11的反射器11b是凹透鏡，其鏡面形成為具有高周邊效率。反射器11b形成為對稱旋轉(zhuǎn)表面，諸如旋轉(zhuǎn)拋物面或橢球面。
截止濾光片12是平面鏡，用于反射并從而去除包括在從光源11發(fā)射的白光中的紫外線區(qū)域的光。例如截止濾光片12是玻璃基板，其上形成涂層以反射紫外線區(qū)域的光。截止濾光片允許除了紫外線區(qū)域的光經(jīng)過。
第一多透鏡陣列14被設(shè)計為在與第二多透鏡陣列15聯(lián)合的情況下，將入射在第一多透鏡陣列14上的光轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)液晶面板25的有效區(qū)域的形狀的光束，以均勻照明液晶面板25的有效區(qū)域，如以下解釋，并從而確保均勻照度分布。第一多透鏡陣列14通過將多個小透鏡設(shè)置在一個陣列中而形成。由第一反射鏡13反射的光被透鏡裝置采集，以形成多個小尺寸點光源。來自各個點光源的照明光束被第二多透鏡陣列15合成。
聚光透鏡17是凸透鏡，其用于調(diào)節(jié)光斑直徑，使得由PS合成樹脂片16控制在預(yù)定偏振方向的光有效照明液晶面板25的有效開口區(qū)域。
第一二向色鏡20是波長選擇鏡，其例如由玻璃基板組成，其主表面通過所謂二向色涂覆，涂覆了多層介電膜。第一二向色鏡20將入射光束分離為紅色光束和其他顏色的光束，使紅色光束被反射，并透射其他顏色的光束，即綠色光束和藍(lán)色光束。
具體地說，第一二向色鏡20設(shè)置在從聚光透鏡17入射的光的光路上，相對于垂直方向傾斜45°，以從聚光透鏡17入射的光束中透射綠色光束和藍(lán)色光束，并沿基本垂直的方向反射紅色光束，從而將紅色光束的方向改變90°。
液晶投影儀1沿由第一二向色鏡20分離的紅色光束的光路，按順序還包括第二反射鏡22，第一場鏡23R，第一光入射側(cè)偏振片24R，第一液晶面板25R，以及第一光發(fā)射側(cè)偏振片26R。第二反射鏡對光束全反射，并且第一場鏡23R采集該光束。第一光入射側(cè)偏振片24R僅透射預(yù)定方向偏振的光成分，第一液晶面板25R對光束進(jìn)行空間調(diào)制。第一光發(fā)射側(cè)偏振片26R僅透射預(yù)定偏振方向的光成分。
第二反射鏡22是全反射鏡，向垂直方向反射由第一二向色鏡20反射的光束，將光方向改變90°。第二反射鏡設(shè)置在反射的紅色光束的光路上，相對于垂直方向45°設(shè)置。因此，第二反射鏡22向第一場鏡23R反射紅色光束。
第一場鏡23R是與聚光透鏡17一起形成照明光學(xué)系統(tǒng)的光采集透鏡。第一場鏡將從第二反射鏡22反射回的紅色光，向第一光入射側(cè)偏振片24R輸出，同時采集第一液晶面板25R上的光。
第一光入射側(cè)偏振片24R設(shè)計為僅透射具有預(yù)定偏振方向的紅色光束的光成分。紅色光束被從第一場鏡23R輸出。第一光入射側(cè)偏振片24R被設(shè)置為使得光軸或光透射方向相對于在第一液晶面板25R的光入射側(cè)基板表面上的液晶分子的對準(zhǔn)方向成45°角。
第一液晶面板25R是采用垂直對準(zhǔn)液晶分子的透射面板，并且其由未示出的兩片透明基板組成，在兩片透明基板之間封裝了垂直排列的液晶分子。當(dāng)液晶分子狀態(tài)響應(yīng)輸入的與紅色圖像信息關(guān)聯(lián)的圖像信號而改變時，第一液晶面板25R對經(jīng)由第一光入射側(cè)偏振片24R入射的紅色光束進(jìn)行空間調(diào)制，以透射該進(jìn)行空間調(diào)制的紅色光束。因為投影的圖像基本為矩形，其沿水平方向的圖像尺寸長于沿垂直方向的圖像尺寸，第一液晶面板25R具有相應(yīng)形狀的光入射表面，即大致為矩形。
第一光發(fā)射側(cè)偏振片26R僅透射具有垂直于第一光入射側(cè)偏振片24R的偏振方向的光偏振方向的紅色光束的光成分。紅色光束被第一液晶面板25R調(diào)制。第一光發(fā)射側(cè)偏振片26R被設(shè)置為使得光透射軸(光透射方向)相對于在第一液晶面板25R的光發(fā)射側(cè)基板表面上的液晶分子的對準(zhǔn)方向成45°角。簡言之，第一光發(fā)射側(cè)偏振片26R和第一光入射側(cè)偏振片24R被設(shè)置為具有正交尼科耳關(guān)系，即第一光發(fā)射側(cè)偏振片被設(shè)置為使得其光透射軸垂直于第一光入射側(cè)偏振片24R的光透射軸。
液晶投影儀1還包括第二二向色鏡31，其用于沿其他顏色的光束，即由第一二向色鏡20的分離而獲得的藍(lán)色光束和綠色光束的光路，根據(jù)波長譜帶來分離入射光束。
第二二向色鏡31將入射光束分離為藍(lán)色光束和其他顏色的光束，即綠色光束。
第二二向色鏡31相對于從第一二向色鏡20入射光的光路，被設(shè)置為相對于垂直方向偏離45°，這樣，第二二向色鏡從第一二向色鏡20入射的光透射藍(lán)色光束，沿基本平行方向朝向圖像投影單元2反射綠色光束，從而將綠色光束的方向改變90°。
液晶投影儀1沿由第二二向色鏡31分離獲得的綠色光束的光路，按順序包括第二場鏡23G，第二光入射側(cè)偏光片24G，第二液晶面板25G和第二光發(fā)射側(cè)偏光片26G。第二場鏡采集光，并且第二光入射側(cè)偏光片僅透射具有預(yù)設(shè)光偏振方向的光成分。第二液晶面板25G空間調(diào)制所述光，并且第二光發(fā)射側(cè)偏光片26G僅透射具有預(yù)設(shè)偏振方向的光成分。
第二場鏡23G是與聚光透鏡17一起形成照明光學(xué)系統(tǒng)的光會聚透鏡。第二場鏡將由第二二向色鏡31反射的綠色光束，朝向第二光入射側(cè)偏光片24G輸出，同時采集第二液晶面板25G上的光。
第二光入射側(cè)偏光片24G是僅透射從第二場鏡23G輸出的綠色光束中的具有預(yù)設(shè)偏振方向的光成分的偏光片。第二光入射側(cè)偏振片24G設(shè)置為使得光透射軸方向相對于在第二液晶面板25G的光入射側(cè)基板表面上的液晶分子的對準(zhǔn)方向成45°角。
第二液晶面板25G是采用垂直對準(zhǔn)液晶分子的透射面板。該透射面板由兩片透明基板，以及封裝在兩片透明基板之間限定的空間中的垂直對準(zhǔn)液晶分子組成。隨著液晶分子狀態(tài)響應(yīng)輸入的與綠色圖像信息關(guān)聯(lián)的圖像信號而改變，使用第二液晶面板25G對經(jīng)由第二光入射側(cè)偏振片24G入射的綠色光束進(jìn)行空間調(diào)制，以透射進(jìn)行空間調(diào)制的綠色光束。因為投影的圖像基本為矩形，因而第二光入射側(cè)偏光片24G具有相應(yīng)形狀的光入射表面，即基本為矩形。
第二光發(fā)射側(cè)偏光片26G僅透射具有垂直于第二光入射側(cè)偏振片24G的偏振方向的光偏振方向的綠色光束的光成分。綠色光束被第二液晶面板25G調(diào)制。第二光發(fā)射側(cè)偏光片26G設(shè)置為使得光透射軸相對于在第二液晶面板25G的光發(fā)射側(cè)基板表面上的液晶分子的對準(zhǔn)方向成45°角。第二光發(fā)射側(cè)偏振片26G和第二光入射側(cè)偏振片24G被設(shè)置為具有正交尼科耳關(guān)系，即第二光發(fā)射側(cè)偏振片26G設(shè)置為使得其光透射軸垂直于第二光入射側(cè)偏振片24G的光透射軸。
液晶投影儀1沿由第二二向色鏡31分離的藍(lán)色光束的光路，還包括第一中繼透鏡33，用于調(diào)節(jié)光程長；第三反射鏡34，用于全反射入射光束；以及第二中繼透鏡35，用于校正光程長。所述液晶投影儀還包括第四反射鏡36，用于全反射入射光束；第三場鏡23B，用于采集光束；以及第三光入射偏光片24B，用于僅透射入射光束中具有預(yù)設(shè)偏振方向的光成分。液晶投影儀還包括第三液晶面板25B，用于對入射光束進(jìn)行空間調(diào)制；以及第三光發(fā)射側(cè)偏光片26B，用于僅透射入射光束中具有預(yù)設(shè)偏振方向中的光成分。
第一中繼透鏡33用于與第二中繼透鏡35結(jié)合來調(diào)節(jié)光程長，并將由第二二向色鏡31分離的藍(lán)色光束導(dǎo)向第三反射鏡34。
第三反射鏡34沿水平方向反射來自第一中繼透鏡33的光束，以將其方向改變90°。具體地說，第三反射鏡設(shè)置為相對于來自第一中繼透鏡33的藍(lán)色光束的光路，相對于垂直方向傾斜45°。因此，第三反射鏡34將來自第一中繼透鏡33的光朝向第二中繼透鏡35反射。
第二中繼透鏡35用于與第一中繼透鏡33結(jié)合來調(diào)節(jié)光程長，并將被第三二向色鏡34反射的藍(lán)色光束朝第四反射鏡36反射。
應(yīng)該注意到藍(lán)色光束到第三液晶面板25B的光程長于紅色光束到第一中繼透鏡25R的光程或綠色光束到第二液晶面板25G的光程。因此，第一中繼透鏡33和第二中繼透鏡35補償該光程長差值，以適當(dāng)?shù)匦Ｕ龝墼诘谌壕姘?5B上的藍(lán)色光束。
第四反射鏡36是全反射鏡，用于沿垂直方向反射來自第二中繼透鏡35的光，以將其方向改變90°，并且第四反射鏡36設(shè)置為相對于來自第二中繼透鏡35的藍(lán)色光的光路，相對于垂直方向偏離45°。這樣，第四反射鏡36將來自第二中繼透鏡35的藍(lán)色光束朝第三場鏡23B反射。
第三場鏡23B是聚光透鏡，其與聚光透鏡17結(jié)合構(gòu)成照明光學(xué)系統(tǒng)。第三場鏡將由第四反射鏡36反射的藍(lán)色光束朝向第三光入射偏光片24B反射，同時采集第三液晶面板25B上的光束。
第三光入射偏光片24B是僅透射從第三場鏡23B輸出的藍(lán)色光束中的具有預(yù)設(shè)偏振方向的光成分的偏光片。第三光入射偏光片24B設(shè)置為使得光透射軸相對于在第三液晶面板25B的光入射側(cè)基板表面上的液晶分子的對準(zhǔn)方向成45°角。
第三液晶面板25B是采用垂直對準(zhǔn)液晶分子的透射面板。第三液晶面板由未示出的兩片透明基板，以及封裝在兩片透明基板之間限定的空間中的垂直對準(zhǔn)液晶分子組成。隨著液晶分子狀態(tài)響應(yīng)輸入的與藍(lán)色圖像信息關(guān)聯(lián)的圖像信號而改變，第三液晶面板25B對經(jīng)由第三光入射偏振片24B入射的藍(lán)色光束進(jìn)行空間調(diào)制并透射該藍(lán)色光束。因為投影的圖像基本為矩形，第三液晶面板25B具有相應(yīng)形狀的光入射表面，即基本為矩形的光入射表面。
第三光發(fā)射側(cè)偏光片26B僅透射具有垂直于第三光入射偏光片24B的偏振方向的藍(lán)色光束的光成分。藍(lán)色光束被第三液晶面板25B調(diào)制。第三光發(fā)射側(cè)偏光片26B被設(shè)置為使得光偏振軸相對于在第三液晶面板25B的光發(fā)射側(cè)基板表面上的液晶分子的對準(zhǔn)方向成45°角。簡言之，第三光發(fā)射側(cè)偏振片26B和第三光入射側(cè)偏振片24B設(shè)置為具有正交尼科耳關(guān)系，即第三光發(fā)射側(cè)偏振片26B被設(shè)置為使得其光透射軸垂直于第三光入射側(cè)偏振片24B的光透射軸。
液晶投影儀1在紅色、綠色和藍(lán)色光束的光路交叉位置處還包括光合成棱鏡38和投影透鏡41，所述紅色、綠色和藍(lán)色光束分別被第一至第三液晶面板25R，25G和25B空間調(diào)制，并分別由光發(fā)射側(cè)偏光片26R，26G和26B透射。光合成棱鏡38合成紅色、綠色和藍(lán)色光束，并且投影透鏡41將由光合成棱鏡38合成的光束朝向屏投影。
在光合成棱鏡38上，入射從第一液晶面板25R發(fā)射并從第一光發(fā)射側(cè)偏振片26R透射的紅色光束，從第二液晶面板25G發(fā)射并從第二光發(fā)射側(cè)偏振片26G透射的綠色光束，以及從第三液晶面板25B發(fā)射并從第三光發(fā)射側(cè)偏振片26B透射藍(lán)色光束。光合成棱鏡38合成入射的紅色、綠色和藍(lán)色光束，以從光發(fā)射表面38T發(fā)射合成光束。
投影透鏡41將從光合成棱鏡38的光發(fā)射表面38T發(fā)射的合成光，以放大的比例投影到屏上。
現(xiàn)在進(jìn)一步詳細(xì)說明液晶面板25R，25G和25B。
圖5示出液晶面板25的透視圖。參照圖5，通過將光入射側(cè)液晶基板41a和光發(fā)射側(cè)液晶基板41b堆疊在一起形成液晶面板25。來自光入射側(cè)偏光片24的入射光Li入射到光入射側(cè)液晶基板41a上。在基板41a，41b之間限定的空間中，具有密封的垂直對準(zhǔn)液晶分子。用于施加電壓到液晶裝置的電壓印板(voltage impression)42的部分被連接到光發(fā)射側(cè)液晶基板41b。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀從光入射側(cè)偏光片24至光發(fā)射側(cè)偏光片26的詳細(xì)構(gòu)造。在光入射側(cè)液晶基板41a和光發(fā)射側(cè)液晶基板41b之間，夾有排列成陣列的垂直對準(zhǔn)液晶分子25a，其被均勻取向，相對于基板表面的垂直線Y1具有一定傾斜角α。該角度α以下文中指預(yù)傾角。在本實施例中，假設(shè)將預(yù)傾角α設(shè)定為12°以賦予強取向控制力，液晶分子不會受到任何橫向電場的對準(zhǔn)干擾。
同時，如果要在單行反向驅(qū)動時產(chǎn)生反抗橫向電場的取向控制力，20°的預(yù)傾角α就足夠了。因此，預(yù)傾角α被設(shè)置為在1°至20°范圍內(nèi)。
在液晶投影儀1中，根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)各向異性裝置45被設(shè)置在光入射側(cè)偏光片24和液晶面板25之間，并具有預(yù)設(shè)的傾斜角β，以改善例如對比度，如圖6所示。該光學(xué)各向異性裝置45是例如由聚苯乙烯聚合物、基于聚合物的丙烯酸、基于聚合物異丁烯酸、丙烯腈聚合物或甲基丙烯腈聚合物形成的負(fù)單軸相位片。該光學(xué)各向異性裝置45可以形成為便于用作投影儀的無機介電材料的多層膜，例如，Ti2O5或SiO2。
因為光學(xué)各向異性裝置被設(shè)置得相對于入射光束傾斜，考慮到此，其它由反射引起的光損失必須被最小化，可以在該光學(xué)各向異性裝置45的表面上涂覆抗反射膜。在這種情況下，涂覆抗反射膜的光學(xué)各向異性裝置45的反射率優(yōu)選為1％或更小，尤其優(yōu)選為0.5％或更小。
如上所述構(gòu)造的光學(xué)各向異性裝置45，被設(shè)置為垂直于液晶分子的對準(zhǔn)方向，即以光學(xué)各向異性裝置45的光軸P1為旋轉(zhuǎn)中心，使光學(xué)各向異性裝置從平行于液晶基板41的平面旋轉(zhuǎn)β角，如圖6中示例所示。此時旋轉(zhuǎn)方向大致與液晶分子的預(yù)傾方向相同。
如果延遲值(Δnd)為-427nm的光學(xué)各向異性裝置45被設(shè)置為對于預(yù)傾角α＝12°的情況下β＝14°，對于極角為10°或更大的方向，可以實現(xiàn)2000∶1或更大的對比度，如圖7A所示。此外，視角特性可以更接近理想狀態(tài)。在不存在光學(xué)各向異性裝置45的情況下，對于極角高達(dá)20°，具有2000∶1的對比度的區(qū)域與中心適當(dāng)偏離，如圖7B所示。即，可以看出，因為液晶分子以預(yù)傾角α傾斜，前側(cè)對比度適當(dāng)降低，同時視角特性劣化，除非如果液晶分子的傾斜通過光學(xué)各向異性裝置45的傾斜去除。同時，當(dāng)通過計算找到圖7B的趨勢后，液晶分子的Δnd被設(shè)置為427nm。雖然希望光學(xué)各向異性裝置的Δnd和液晶分子的Δnd幅值相同而極性相反，但±50nm級別的誤差是可校正的。在采用透射垂直對準(zhǔn)液晶裝置的情況下，Δnd值被設(shè)計為在300nm至500nm范圍內(nèi)。還可以對紅色光束、綠色光束和藍(lán)色光束中的每一個來優(yōu)化Δnd值。
同時，在根據(jù)本發(fā)明的液晶投影儀1被用作透射三片液晶投影儀的情況下，液晶分子的預(yù)傾角α在大多數(shù)情況被設(shè)置為12°。通過以上述傾斜角設(shè)置光學(xué)各向異性裝置45，在施加電場進(jìn)行單行反向驅(qū)動的情況下，如圖8所示，通過將光學(xué)各向異性裝置45設(shè)置為按如上所述傾斜，可以在液晶基板41上獲得最佳顯示狀態(tài)，諸如圖9所示。
即使液晶分子具有小預(yù)傾角α，也可獲得上述對比度特性。對于α＝2°，對比度特性如圖10A所示。光學(xué)各向異性裝置45可以以傾斜角度設(shè)置，從而可以獲得具有寬視角的理想對比度，如圖10B所示。
因此，光學(xué)各向異性裝置45設(shè)置在光入射側(cè)偏光片24和液晶面板25之間，并且被傾斜旋轉(zhuǎn)角β，該旋轉(zhuǎn)角β大致與液晶面板25中的液晶分子的預(yù)傾角α大致相等，由此可以進(jìn)一步改善對比度。
圖11A和11B示出相對于預(yù)傾角α，液晶分子的對比度特性，透射率和響應(yīng)速度之間的關(guān)系。采用垂直對準(zhǔn)液晶分子，通過在用光學(xué)各向異性裝置45光補償之前，將預(yù)傾角α設(shè)置為較小的值，可以使對比度較高，如圖11A所示。然而，如果在單行反向驅(qū)動時，預(yù)傾角α被設(shè)置為較小的值，由于生成疇域(domain)，透射率劇烈下降并且響應(yīng)速度也下降，如圖11B所示。
另一方面，如果預(yù)傾角α被設(shè)置為較大的值，至透射率為90％級別的程度，響應(yīng)速度隨之改善。然而，在光學(xué)補償之前，如圖11A所示，對比度劇烈降低。
通過設(shè)置具有根據(jù)本發(fā)明控制的傾斜角的光學(xué)各向異性裝置45，光學(xué)補償后的對比度可以設(shè)為2000∶1或更高，如圖11A所示，因此對比度被改善。尤其是，根據(jù)本發(fā)明，隨著液晶裝置的透射率和響應(yīng)速度被設(shè)為較佳狀態(tài)，可以有效改善對比度。簡言之，可以實現(xiàn)在運動圖像特性方面得到改善的高質(zhì)量液晶投影儀。
尤其是，對于液晶投影儀1，由無機材料組成的蒸發(fā)膜可以用作液晶的前述取向膜。而且，不需要對光學(xué)各向異性裝置45進(jìn)行空間軸傾斜處理，并且因此光學(xué)各向異性裝置可以由多層無機氧化物膜形成。這里，所有的投影儀構(gòu)件，除了液晶之外，可以由無機材料形成，從而改善耐氣候性。
此外，對于耐氣候性被改善并且相結(jié)合地實現(xiàn)高對比度以及改善的視角特性的液晶投影儀1，可以擴展入射光的擴展角，從而實現(xiàn)具有較高亮度的投影儀。
在上述實施例中，已經(jīng)說明了預(yù)傾角α和旋轉(zhuǎn)角β大致相等的情況。本發(fā)明不限于這種情況，光學(xué)各向異性裝置45的旋轉(zhuǎn)角β可以是與預(yù)傾角α相關(guān)的條件下的任何角。光學(xué)各向異性裝置45還可以以這樣的角度傾斜，使得垂直于液晶面板25中的液晶分子對準(zhǔn)方向的方向成為光學(xué)各向異性裝置的旋轉(zhuǎn)軸。
旋轉(zhuǎn)角度β還與液晶面板25的折射率n1相關(guān)，并且與距離液晶面板25和光學(xué)各向異性裝置45一樣遠(yuǎn)的介質(zhì)的折射率n2相關(guān)。根據(jù)斯捏爾定律，預(yù)傾角α和旋轉(zhuǎn)角β可以用下式(1)表示n1sinaα＝n2sinβ (1)在上述圖6所示的結(jié)構(gòu)中，距離液晶面板25和光學(xué)各向異性裝置45一樣遠(yuǎn)的介質(zhì)是空氣。因此，用1替代n2，并且用普通光的折射率n0替代液晶分子的折射率n1，可以看出對于預(yù)傾角α＝12°，在β＝14°的情況下可以改善對比度特性。
以同樣的方式，當(dāng)距離液晶面板25和光學(xué)各向異性裝置45一樣遠(yuǎn)的介質(zhì)的折射率不同于空氣的情況下，用于改善例如對比度特性的最佳旋轉(zhuǎn)角β可以通過將介質(zhì)的折射率代入公式(1)來確定。
圖12A示出其中光學(xué)各向異性裝置45夾在傾斜介質(zhì)片51之間的方式。在圖12A的結(jié)構(gòu)中，光學(xué)各向異性裝置45的旋轉(zhuǎn)角β在一開始時固定。依靠與光學(xué)各向異性裝置45一樣遠(yuǎn)的介質(zhì)51的折射率n2，旋轉(zhuǎn)角β可以從公式(1)得出?？梢哉{(diào)節(jié)介質(zhì)51的傾斜角度以從公式(1)得出的旋轉(zhuǎn)角β。
圖12B示出一開始就具有傾斜軸的光學(xué)各向異性裝置45，其直接安裝在液晶面板25上。圖12所示的光學(xué)各向異性裝置45的軸，依靠其折射率，被控制為旋轉(zhuǎn)角β。因此，在該結(jié)構(gòu)中，也可以同樣改善例如對比度特性。
采用本發(fā)明的液晶投影儀1，不限于上述實施例。例如，光學(xué)各向異性裝置45的旋轉(zhuǎn)軸β可以自由改變。
圖13A和13B示出用于改變光學(xué)各向異性裝置45的旋轉(zhuǎn)角β的補償板傾斜機構(gòu)7。該補償板傾斜機構(gòu)7包括光學(xué)補償板安裝單元71、傾斜軸72、旋轉(zhuǎn)環(huán)73和支撐74。光學(xué)補償板安裝單元將光學(xué)各向異性裝置45固定。傾斜軸72允許光學(xué)補償板固定單元71沿圖13B中箭頭P指示的方向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)環(huán)73允許光學(xué)補償板固定單元71沿圖13A中箭頭Q指示的方向旋轉(zhuǎn)，并且支撐74設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)73的周圍。
因此，通過沿圖13B中箭頭P指示的方向或沿圖13A中箭頭Q指示的方向，自由旋轉(zhuǎn)光學(xué)各向異性裝置45，可以更精確地調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角β。更具體地，如果想要根據(jù)液晶投影儀1的實際使用情況，校正預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)角β，在光學(xué)各向異性裝置45被安裝在該補償板傾斜結(jié)構(gòu)7上的情況下，可以容易地進(jìn)行這種校正。
另一方面，很可能生產(chǎn)線上的各個液晶投影儀的液晶面板25中的液晶分子的預(yù)傾角α只是輕微地不同，并且很可能光學(xué)各向異性裝置45的最佳旋轉(zhuǎn)角β也以相應(yīng)的方式輕微地不同。然而，在光學(xué)各向異性裝置45被安裝在補償板傾斜機構(gòu)7上的情況下，當(dāng)設(shè)置在生產(chǎn)臺時旋轉(zhuǎn)角β可以被優(yōu)化，并且當(dāng)設(shè)置在生產(chǎn)臺時，可隨后根據(jù)本發(fā)明對旋轉(zhuǎn)角β一點點地調(diào)節(jié)。
應(yīng)該注意，采用本發(fā)明的液晶投影儀1，不限于采用垂直對準(zhǔn)液晶裝置的情況，并且也可以被用于均勻取向的電氣控制雙折射系統(tǒng)。
采用本發(fā)明的液晶投影儀1，不限于光學(xué)各向異性裝置45設(shè)置在光入射偏光片24和液晶面板25之間的情況，并且光學(xué)各向異性裝置45當(dāng)然可以設(shè)置在光發(fā)射側(cè)偏光片26和液晶面板25之間。
雖然到目前為止已經(jīng)參照優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，本發(fā)明不限于這些實施例的特定結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解本發(fā)明可包括例如在本發(fā)明的范圍和原理的范圍內(nèi)由本領(lǐng)域技術(shù)人員輕易實現(xiàn)的各種改變或修正。
權(quán)利要求
1.一種液晶投影儀，其包括光源，用于將從所述光源發(fā)射的光束聚集在理想光路上的照明光學(xué)系統(tǒng)，用于通過以垂直對準(zhǔn)狀態(tài)排列的液晶分子對由所述照明光學(xué)系統(tǒng)收集的光束進(jìn)行光調(diào)制的液晶裝置，以及用于將所述液晶裝置光調(diào)制的所述光束投影至放大比例的投影透鏡，所述液晶投影儀包括偏光控制器件，其包括分別設(shè)置在所述液晶裝置的光入射側(cè)和光發(fā)射側(cè)的第一偏光片和第二偏光片；所述第一偏光片透射所述照明光學(xué)系統(tǒng)收集的所述光束中的第一偏振光成分，并將透射的第一偏振光成分發(fā)送到所述液晶裝置；所述第二偏光片透射從所述液晶裝置發(fā)射的所述光束中的第二偏振光成分，并將透射的第二偏振光成分發(fā)送到投影透鏡；以及相位差器件，其由設(shè)置在所述第一偏光片和所述液晶裝置之間、或所述第二偏光片和所述液晶裝置之間的光學(xué)各向異性裝置形成；所述相位差器件的所述光學(xué)各向異性裝置相對于所述液晶裝置中的液晶分子的對準(zhǔn)方向傾斜一角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶投影儀，其中，所述相位差器件的所述光學(xué)各向異性裝置被傾斜一角度，所述角度與從所述液晶裝置到所述光學(xué)各向異性裝置的介質(zhì)的折射率相關(guān)，并且和所述液晶裝置的折射率相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶投影儀，其中，所述液晶裝置中的液晶分子被均勻取向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶投影儀，其中，所述相位差器件的所述光學(xué)各向異性裝置相對于與所述液晶裝置中的液晶分子的對準(zhǔn)方向垂直的方向傾斜一角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶投影儀，其中，還包括用于調(diào)節(jié)所述相位差器件的所述光學(xué)各向異性裝置的傾斜角的器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種透射液晶投影儀，其安裝有垂直對準(zhǔn)液晶構(gòu)件，并在液晶面板(25)的入射側(cè)和發(fā)射側(cè)分別具有入射側(cè)偏振片(24)和發(fā)射側(cè)偏振片(26)。由照明光學(xué)系統(tǒng)聚光的光束中的第一偏振成分通過入射側(cè)偏振片(24)，并被導(dǎo)向液晶面板(25)。光學(xué)各向異性組件(45)，被設(shè)置在入射側(cè)偏振片(24)和液晶面板(25)之間或在發(fā)射側(cè)偏振片(26)和液晶面板(25)之間，其中，該光學(xué)各向異性組件相對于液晶面板(25)中的液晶分子的對準(zhǔn)方向以相應(yīng)的特定角度(預(yù)傾角)傾斜。結(jié)果，可以保持高對比度，并增強液晶面板的透射率。
文檔編號G03B21/00GK1977213SQ20058002138
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者白坂康弘, 犬飼仁, 谷野友哉 申請人:索尼株式會社