專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諸如電視接收機、影像投影機等的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
作為電視接收機、影像投影機等圖像顯示裝置，在屏幕上放映出圖像的投影顯示器正 在普及。這樣的投影顯示器中一般使用燈光光源，但燈光光源存在壽命短、色彩再現(xiàn)區(qū)域 受到限制，同時光利用效率低的問題。
為了解決上述問題，作為圖像顯示裝置的光源嘗試使用激光光源。激光光源與燈光光 源相比壽命長，指向性強，因此容易提高光利用效率。另外，激光光源表現(xiàn)出單色性，因 此色彩再現(xiàn)區(qū)域大，能顯示鮮明的圖像。
但是，在使用激光光源的顯示器(以下稱為"激光顯示器")中，由于激光的干涉性高 而產(chǎn)生的斑點噪聲成為問題。斑點噪聲是指激光在屏幕上散射時，由于散射光相互之間干 涉而產(chǎn)生的、觀察者的眼睛能捕捉到的細微的顆粒狀的噪聲。斑點噪聲是具有由觀察者的 眼睛的F (焦距比數(shù)，F(xiàn)-number)和激光光源的波長決定的尺寸的顆粒隨機被配置的噪 聲，它妨礙觀察者捕捉屏幕上的圖像，引起嚴重的圖像劣化。
曰本專利公開公報特開2002—268003號提出了通過使用激光光源和微透鏡陣列來提 高二維光調(diào)制元件的實際開口率，通過光利用效率的高效化減少衍射光的方案，但并未進 行旨在解決當(dāng)使用激光時的斑點噪聲等問題的研究。
另外，在使用激光圖像的圖像顯示裝置中，雖然有利用光源面積小、指向性強的激光 光源的特性以取得高的光利用效率的提案，但并沒有利用小型二維光調(diào)制元件同時實現(xiàn)斑 點噪聲消除和高的光利用效率的提案。
并且，使用作為點光源的激光光源，由于產(chǎn)生基于光束聚光的能量密度的增大，所以 會產(chǎn)生以往的光源中不成為問題的因聚光造成的激光光源的耐光性降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可利用小型二維光調(diào)制元件實現(xiàn)斑點噪聲的降低及光利 用效率的提高且可靠性高的圖像顯示裝置。本發(fā)明所涉及的圖像顯示裝置包括激光光源；空間光調(diào)制元件，調(diào)制從上述激光光 源射出的激光；顯示面，顯示上述被調(diào)制的光；光學(xué)像素開口擴大部件，將上述激光導(dǎo)入 上述空間光調(diào)制元件的各像素的開口部，并且進行上述激光的亮度分散；以及顯示像素開 口擴大部，對與上述顯示面上顯示的圖像的各像素相對應(yīng)的由上述空間光調(diào)制元件的各像 素的開口部調(diào)制的光進行光學(xué)性的擴大，其中，通過上述光學(xué)像素開口擴大部件及顯示像 素開口擴大部，控制上述顯示面上顯示的圖像的各像素的部分區(qū)域的亮度使其低于像素全 體區(qū)域的亮度平均值的3倍。
在上述圖像顯示裝置中，通過將從激光光源射出的激光導(dǎo)入空間光調(diào)制元件的各像 素，并且進行激光的亮度分散，提高各像素的實際丌口率，從而提高激光的利用效率，同 時增強耐光性。并且，由于能夠緩和顯示面上顯示的圖像的各像素的亮度集中，所以能夠 降低觀眾的斑點噪聲的感知程度。


圖1是表示本發(fā)明的實施例1中的圖像顯示裝置的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。 圖2是表示由斑點噪聲造成的像素內(nèi)的亮度波動的圖。
圖3是表示構(gòu)成光學(xué)像素開口擴大部件的微透鏡陣列所包含的微透鏡的概要結(jié)構(gòu)的模 式圖。
圖4是表示構(gòu)成光學(xué)像素開口擴大部件的微透鏡陣列所包含的微透鏡的另一種概要結(jié) 構(gòu)的模式圖。
圖5是表示構(gòu)成光學(xué)像素開口擴大部件的微透鏡陣列所包含的微透鏡的另一種概要結(jié) 構(gòu)的模式圖。
圖6是表示構(gòu)成光學(xué)像素開口擴大部件的微透鏡陣列所包含的微透鏡的另一種概要結(jié) 構(gòu)的模式圖。
圖7是表示構(gòu)成光學(xué)像素開口擴大部件的微透鏡陣列所包含的微透鏡的另一種概要結(jié) 構(gòu)的模式圖。
圖8(A)是表示顯示像素開口擴大部的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。圖8(B)是表示圖8(A)的顯 示像素開口擴大部的動作的圖。圖8(C)是表示圖8(A)的顯示像素開口擴大部進行的像素擴 大的情形的圖。
圖9(A)是表示顯示像素開口擴大部的另一種概要結(jié)構(gòu)的模式圖。圖9(B)是表示圖9(A) 的顯示像素開口擴大部的動作的圖。圖9(C)是表示圖9(A)的顯示像素開口擴大部進行的像素擴大的情形的圖。
圖IO(A)是表示顯示像素開口擴大部的另一種概要結(jié)構(gòu)的模式圖。圖IO(B)是表示圖 IO(A)的顯示像素開口擴大部的動作的圖。圖IO(C)是表示圖IO(A)的顯示像素開口擴大部 進行的像素擴大的情形的圖。
圖ll(A)是表示顯示像素開口擴大部的另一種概要結(jié)構(gòu)的模式圖。圖ll(B)是表示圖 ll(A)的顯示像素開口擴大部的動作的圖。圖ll(C)是表示圖ll(A)的顯示像素開口擴大部 進行的像素擴大的情形的圖。
圖12是表示本發(fā)明的實施例2中的圖像顯示裝置的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖13是表示本發(fā)明的實施例3中的圖像顯示裝置的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。另外，對相同部分標(biāo)注相同符號，附圖中 標(biāo)注相同符號的部分有時省略說明。
(實施例1)
圖1是表示本發(fā)明的實施例1中的圖像顯示裝置100的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。本實施例 中的圖像顯示裝置100是有關(guān)使用了激光光源的投影顯示器(激光顯示器)的裝置。
在本實施例的圖像顯示裝置100中，如圖1所示，從RGB三色激光光源la lc射 出的光被導(dǎo)入對二維光調(diào)制元件6進行照明的照明光學(xué)系統(tǒng)2。照明光學(xué)系統(tǒng)2包含光束 偏振控制裝置3、光積分器(optical integrator)4和投影光學(xué)系統(tǒng)5，將激光光源la lc 的光均勻化，對二維光調(diào)制元件6進行照明。投影光學(xué)系統(tǒng)5包含反射鏡(mirror)51和場 透鏡(field lens)52。 二維光調(diào)制元件6進行RGB各色的調(diào)制，被調(diào)制后的各色的光通過 分色棱鏡(dichroicprism)9合波。被合波后的光通過投影光學(xué)系統(tǒng)8在屏幕(顯示面)10 上擴大，從而顯示彩色圖像。
并且，在本實施例的圖像顯示裝置100中，二維光調(diào)制元件6中設(shè)置有后述的光學(xué)像
素開口擴大部件，實現(xiàn)了二維光調(diào)制元件6的像素的光學(xué)開口率的提高。另外，分色棱鏡
9與投影光學(xué)系統(tǒng)8之間配置有后述的顯示像素開口擴大部7，將利用分色棱鏡9合波的
光通過顯示像素開口擴大部7投影在屏幕10上，由此提高了屏幕10上的顯示像素內(nèi)的亮
度的均勻性。以下對上述光學(xué)像素開口擴大部件及顯示像素開口擴大部7進行說明。
二維光調(diào)制元件6是通過縮小像素間距從而能進行高精細圖像顯示的小型的二維光調(diào)
6制元件，此小型化的結(jié)果，需要提高各像素的光學(xué)開口率。例如，二維光調(diào)制元件6中包 含各像素的像素開口率低于80%的元件。在此，像素開口率表示在二維光調(diào)制元件的像素 內(nèi)用于顯示的光被調(diào)制的區(qū)域(開口部)的面積比例，使用以下式表示。
像素開口率=1個像素中的用于顯示的有效面積/1個像素全部區(qū)域的面積
未用于顯示的區(qū)域(遮光部)由各像素的電極的金屬布線或分別控制各個像素的元件 等占據(jù)。在像素間距縮小的小型且高精細的二維光調(diào)制元件中，像素開口率降低。因此， 如上所述，在二維光調(diào)制元件6中設(shè)置有光學(xué)像素開口擴大部件，將對二維光調(diào)制元件6 進行照明的光導(dǎo)入各像素的開口部，增加在各開口部被調(diào)制的光量。
另一方面，在屏幕10上，利用投影光學(xué)系統(tǒng)8將二維光調(diào)制元件6的各像素的開口 部擴大后進行顯示。在此，顯示像素開口擴大部7控制屏幕IO上顯示的像素內(nèi)的部分亮 度使其低于像素全體的亮度平均值的3倍。 一般而言，激光光源與燈光光源等不同，具有 非常小的光源面積，因而聚光特性和干涉性優(yōu)良。因此，導(dǎo)致亮度集中于二維光調(diào)制元件 的像素的開口部的一部分。對此，在本實施例中，通過緩和在二維光調(diào)制元件6的像素的 開口部上的亮度集中，以此抑制屏幕10上的像素內(nèi)的亮度集中，同時通過提高在二維光 調(diào)制元件6的像素的丌口部被調(diào)制的光量，實現(xiàn)光利用效率的提高。
迄今為止，進行與觀眾對斑點噪聲的感知有關(guān)的研究的結(jié)果是，作為圖像噪聲，已知 觀眾強烈地感知亮區(qū)的噪聲(亮點)。斑點噪聲由于干涉性而產(chǎn)生隨機的亮區(qū)和暗區(qū)的波 動圖案，該亮區(qū)的波動圖案的噪聲被強烈地感知。斑點噪聲造成的圖像亮度的波動與亮度 具有比例關(guān)系，在亮度高的情況下，斑點噪聲造成的波動的振幅增大。因此，如果顯示面 的像素內(nèi)存在亮度高的部分，則斑點噪聲造成的波動振幅增大，出現(xiàn)成為亮點的高亮度的 噪聲。因此，例如圖2所示，用符號a表示的高亮度部分的亮點使觀眾感到刺眼。
如果觀眾觀察像素內(nèi)產(chǎn)生了亮度集中的顯示面，由于出現(xiàn)高亮度的亮點噪聲，觀眾強 烈地感覺到斑點噪聲，降低了圖像品位。對此，在本實施例中，通過控制顯示面的像素中 的亮度集中，消除亮度高、振幅大的斑點噪聲的波動圖案，使觀眾感覺不到斑點噪聲。由 于燈光光源等不產(chǎn)生斑點噪聲，像素內(nèi)的亮度集中不是特別的問題，因此，為了提高光利 用效率，盡量使亮度集中于二維光調(diào)制元件的開口部的一部分的結(jié)構(gòu)，但在使用激光光源 的情況下，上述亮度集中則成為問題。
顯示面的像素內(nèi)的部分亮度是指像素的任意區(qū)域內(nèi)的亮度平均。在本實施例中，被控 制成無論取出像素內(nèi)的任意部分，該部分亮度均低于像素全體的亮度平均值的3倍。作為 計算部分亮度的任意區(qū)域，可取出像素面積的10 30%的面積。顯示面的像素的部分亮度和亮度平均值可使用CCD照相機等對顯示面進行拍攝，根
據(jù)其受光量求出。在本實施例中，特別是讓顯示了發(fā)光度高的綠色時的部分亮度低于像素
全體的亮度平均值的3倍。較為理想的是，讓激光光源的顏色分別單色顯示時的部分亮度 低于像素全體的亮度平均值的3倍。在使用CCD照相機等進行拍攝時，雖然有時也拍攝 到波紋或斑點等千涉圖案，但是通過去除干涉圖案或?qū)⑵渥鳛樽銐蚓毜膱D案來進行測 定，以便不至于構(gòu)成亮度計算的噪聲。此外，除了使用CCD照相機等進行拍攝之外，還 可以使用具有比顯示像素更精細的受光部的檢波器(detector)進行測定。在對激光進行時間 性地控制時，則測定也應(yīng)以在時間上被平均化的方式進行。
顯示面中的像素內(nèi)的部分亮度如果低于像素的亮度平均值的3倍，則可抑制斑點噪聲 的亮區(qū)圖案的刺眼性，但較為理想的是低于2倍，更為理想的是低于1.5倍。如低于1.5 倍，觀眾便感覺不到局部的刺眼。
此外，較為理想的是，顯示面中的像素內(nèi)的部分亮度低于亮度平均值的1/3的區(qū)域不 足像素面積的20%。通過減小各像素內(nèi)形成暗區(qū)的部位的面積，也能防止像素內(nèi)一部分區(qū) 域的亮度增高。
接下來，對光學(xué)像素開口擴大部件的具體結(jié)構(gòu)進行說明。光學(xué)像素開口擴大部件包括 將與二維光調(diào)制元件6的各像素的開口部一一對應(yīng)的微透鏡以陣列狀排列多個的微透鏡陣 列，設(shè)置在二維光調(diào)制元件6的投影光學(xué)系統(tǒng)5 —側(cè)。圖4 7表示構(gòu)成光學(xué)像素開口擴 大部件的微透鏡陣列所包含的微透鏡的結(jié)構(gòu)。圖4 7所示的微透鏡63b 63e通過將照射 到二維光調(diào)制元件6的光導(dǎo)入像素的開口部61，防止由遮光部62遮擋而使照射光的光量 損失。
圖3所示的微透鏡63a適于使來自燈光光源等的發(fā)散光盡量不被遮光部62遮擋，由 球面或非球面透鏡構(gòu)成，并使透鏡的焦點與開口部61的中央一致。因此，在激光光源的 情況下，聚光點集中于一點，入射光的亮度不分散，開口部61內(nèi)的強度分布變得不均勻。
對此，在本實施例中，如圖4 7所示的微透鏡63b 63e進行亮度分散。特別是，微
透鏡63b 63e較為理想的是，微透鏡的聚光點離散地或連續(xù)地排列。從激光光源射出的
光是從點光源射出的具有指向性的光，可進行入射到微透鏡的光的角度控制。在圖4 7
的微透鏡63b 63e中，通過使來自激光光源的出射光大致平行地入射，可通過微透鏡的
形狀設(shè)計開口部61的強度分布。在本實施例中，通過使微透鏡63b 63e的聚光點離散地
或連續(xù)地排列，在開口部61內(nèi)強度大致均勻，可抑制開口部61內(nèi)的亮度集中。聚光點離
散或連續(xù)排列的微透鏡可抑制二維光調(diào)制元件6內(nèi)的亮度集中，可防止使用激光光源時產(chǎn)生的由于光束聚光處能量密度增大而導(dǎo)致二維光調(diào)制元件6劣化的情況。本實施例的聚光 點，是指將校準(zhǔn)光入射到微透鏡時光會聚的點。本實施例的具有二維光調(diào)制元件和激光光 源的圖像顯示裝置，僅由此便可得以實現(xiàn)，其中二維光調(diào)制元件具有包括聚光點離散或連 續(xù)排列的微透鏡的光學(xué)像素開口擴大部件。
圖4的微透鏡63b，其內(nèi)周部具有曲率半徑大，具有大致平坦的形狀，外周部呈具有
折射力的形狀，聚光點在內(nèi)周部和外周部離散排列。內(nèi)周部沒有折射力，聚光點為無限遠 的情況也包含在聚光點離散排列的狀態(tài)中。
圖5的微透鏡63c具有圓錐透鏡形狀，聚光點從內(nèi)周到外周連續(xù)排列，避開遮光部62 角度的光線可在各像素產(chǎn)生。
圖6的微透鏡63d，內(nèi)周部具有負的折射力，外周部具有正的折射力，從內(nèi)周部產(chǎn)生 不被遮光部62阻擋的程度的發(fā)散光束，從外周部產(chǎn)生聚光光束。內(nèi)周部在入射面一方向 上具有聚光點，外周部在+方向上具有聚光點，離散地具有聚光點。
圖7的微透鏡63e，內(nèi)周部和外周部的曲率半徑不同，內(nèi)周部的曲率半徑小，聚光點 接近入射面一側(cè)。聚光點在內(nèi)周部和外周部離散地排列。另外，作為與微透鏡63b、 63d 及63e類似的結(jié)構(gòu)，也可以采用通過具有3種以上的曲率、或曲率連續(xù)變化，形成兩個以 上的聚光點的結(jié)構(gòu)。另外，聚光點不必與像素開口的中心軸一致，透鏡形狀也可以不是中 心軸對稱的形狀。
在圖4 7中，微透鏡63b 63e的入射側(cè)的層雖然沒有圖示，但是由具有與微透鏡構(gòu) 成材料不同折射率的層構(gòu)成，使微透鏡具有折射力。另外，當(dāng)構(gòu)成入射側(cè)的層比微透鏡的 折射率高時，產(chǎn)生與圖4 7相反的折射力，但通過反轉(zhuǎn)圖4 7的微透鏡形狀，可取得與 圖4 7相同的效果。
在本實施例中，較為理想的是，聚光點間的距離比像素間距長。通過使聚光點間的距 離比像素間距長，開口部61的亮度集中點被分散，用投影光學(xué)系統(tǒng)8在屏幕10上擴大顯 示時也能以始終不產(chǎn)生亮度集中的狀態(tài)進行顯示。圖4 6表示聚光點間的距離D的例子。 聚光點間的距離D比像素間距P更長。像素間距P是相鄰像素的中心間的距離。D在存 在兩個聚光點時是兩點間的距離，3個以上時取最長的聚光點間的距離。在微透鏡63c那 樣聚光點連續(xù)的情況下，也取最長的聚光端點間的距離。另外，在像微透鏡63d的內(nèi)周部 那樣具有負的折射力時，將一方向的焦點位置作為一個聚光點來取D。
本實施例的微透鏡的聚光點，較為理想的是，透鏡外周部比透鏡內(nèi)周部離透鏡入射面 更遠。具體而言，較為理想的是，如微透鏡63c及63d那樣內(nèi)周部的聚光點接近微透鏡入射面，外周部的聚光點位于離入射面較遠處。聚光點為3點以上時，較為理想的是，如微 透鏡63c那樣隨著朝向外周部的方向，聚光點依次遠離微透鏡入射面。用投影透鏡擴大顯 示二維調(diào)制的像時，受投影光學(xué)系統(tǒng)阻擋(遮擋)就不會被顯示。如果通過微透鏡對光線 賦予過大的角度，則會受投影光學(xué)系統(tǒng)阻擋，光利用效率會降低。通過使來自透鏡外周部 的聚光點置于遠處，可將用微透鏡賦予的光線角度分布抑制為最小限度，取得結(jié)合投影光 學(xué)系統(tǒng)的高的光利用效率。
特別是，本實施例的微透鏡的聚光點的分布，較為理想的是，對于藍色激光波長(400 500nm)的聚光點分布比長波長(綠色或紅色的500 700nm)更寬。具體而言，如設(shè)對 于藍色激光的微透鏡的聚光點間的距離為Db、對于綠色激光及紅色激光的聚光點間距離 為Dg、 Dr，則滿足
Db>Dg，并且，Db>Dr。
在使用高輸出的激光的圖像顯示裝置中，尤其對RGB中最短波長的藍色激光；擴大 聚光點分布，不讓產(chǎn)生功率集中。藍色激光與其他色彩的激光相比聚光性高，能量也高， 因此產(chǎn)生伴隨熱及化學(xué)反應(yīng)的附著引起的二維光調(diào)制元件的劣化。在本實施例的微透鏡 中，對于藍色激光的聚光點分布比綠色及紅色激光更寬，由此可防止由藍色激光導(dǎo)致的劣 化。
接下來對顯示像素開口擴大部7進行說明。本實施例的圖像顯示裝置100，較為理想 的是，在屏幕10與二維光調(diào)制元件6之間具有顯示像素開口擴大部7。在圖像顯示裝置 100中，二維光調(diào)制元件6的光通過分色棱鏡9合波后，插入顯示像素開口擴大部7。另 外，顯示像素開口擴大部7也可以集成于投影光學(xué)系統(tǒng)8中。顯示像素開口擴大部7通過 將屏幕10上顯示的像素的開口部占據(jù)的面積比增大至大于二維光調(diào)制元件6的像素的開 口率而進行顯示，從而提高顯示像素的亮度均勻性。
圖8(A) 11(C)是用于說明顯示像素開口擴大部7的圖，圖8(A)、圖9(A)、圖10(A) 及圖11(A)是表示顯示像素開口擴大部7的概要結(jié)構(gòu)的圖，圖8(B)、圖9(B)、圖10(B)及 圖ll(B)是表示顯示像素開口擴大部7的動作的圖，圖8(C)、圖9(C)、圖IO(C)及圖11(C) 是表示顯示像素開口擴大部7進行的像素擴大的情形的圖。
顯示像素開口擴大部7，利用晶體的雙折射性(birefringentproperty)，就入射光相對 于晶體的光學(xué)軸的角度或位置，根據(jù)是尋常光線還是異常光線而賦予不同的移動，將屏幕 10的像素的開口部占據(jù)的面積比增大至大于二維光調(diào)制元件6的像素的開口部比例后，使 入射光在屏幕IO上顯示。用顯示像素開口擴大部7擴大的開口部的面積可大于l個像素，
10但較為理想的是擴大為兩個像素以下的面積。在擴大為大于兩個像素的情況下，圖像的分 辨率降低，顯示模糊的圖像。較為理想的是，將屏幕10上顯示的開口部的面積比設(shè)定為1 個像素全部區(qū)域的面積的80 200%。
另外，在圖8(A) 11(C)中雖然以使用雙折射材料為例進行了說明，但顯示像素開口 擴大部7只要是能將在屏幕10上的開口部的面積比增大到大于二維光調(diào)制元件6的開口 率即可，例如也可以采用投影光學(xué)系統(tǒng)8的焦點及像差的設(shè)定、使用比焦點深度更厚的屏 幕、在二維光調(diào)制元件6與屏幕IO之間設(shè)置可動部，通過時間性地移動開口部使人感知 到的開口部的面積比看起來比時間積算更大等手段。特別是，在具有上述光學(xué)像素開口擴 大部件的小型二維光調(diào)制元件中，由于亮度容易集中于開口中心部，所以較為理想的是錯 開開口中心部自身的、如圖8(A) 11(C)的顯示像素開口擴大部7那樣利用雙折射性產(chǎn)生 不同的角度和位置移動的裝置和利用可動部時間性地錯開中心部的裝置。另外，關(guān)于開口 中心部的錯開量，較為理想的是，屏幕上的開口中心部的像的位置間隔為屏幕上的像素間 距的10 90%。如小于10%，則開口中心部的錯開量不夠大，不能充分緩和亮度的集中， 另外如大于90%，則產(chǎn)生圖像的分辨率的降低。
顯示像素開口擴大部7，較為理想的是，與利用偏振光的二維光調(diào)制元件6相結(jié)合， 如圖8(A) 11(C)那樣利用雙折射性。通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，無需可動裝置便可實現(xiàn)開口 中心部的在屏幕IO上的位置錯開。圖8(A) 11(C)的雙折射板對相對于其光學(xué)軸的尋常光 線和異常光線表現(xiàn)出不同的折射率。作為雙折射板的材料，可使用水晶、藍寶石、LiNbOs 等光學(xué)晶體。
特別是，較為理想的是，顯示像素開口擴大部7將直線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或隨機 偏振光后射出。使用激光光源時產(chǎn)生的斑點噪聲是干涉噪聲，由于垂直的偏振光之間不干 涉，所以通過將直線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或隨機偏振光后照射至屏幕10，可降低斑點噪 聲。本實施例的圖像顯示裝置100的激光光源la lc射出的光為直線偏振光，因此較為 理想的是轉(zhuǎn)換為圓偏振光或隨機偏振光后進行顯示。特別是在背投型圖像顯示裝置中，投 影光學(xué)系統(tǒng)和框體部具有反射鏡，反射率根據(jù)偏振方向而異，因此通過采用圓偏振光或隨 機偏振光，能夠以不取決于偏振方向的均勻反射率，將光導(dǎo)入顯示面。
在圖10(A) (C)的顯示像素開口擴大部73中包含有A/4波長板73d，其出射光為圓 偏振光。較為理想的是，A/4波長板73d可對應(yīng)圖像顯示裝置IOO中使用的所有激光波長， 在本實施例中使用高分子液晶材料。另外，射出的圓偏振光稍微扁平也是可以的。
另一方面，在圖8(A) (C)的顯示像素開口擴大部71、圖9(A) (C)的顯示像素開口擴大部72及圖11(A) (C)的顯示像素開口擴大部74中，由于將激光轉(zhuǎn)換為隨機偏振光， 因此使用具有楔形角的雙折射4反。本實施例的具有楔形角的雙折射板，是指相對于光軸， 其中一側(cè)的面傾斜的雙折射板，楔形角方向是指傾斜角度的方向。雙折射板的晶體光學(xué)軸 在與入射光垂直的面內(nèi)(xy面)，雙折射板的厚度根據(jù)光線通過的位置而異，因此根據(jù)光 線通過位置產(chǎn)生不同的偏振光，射出隨機偏振光。另外，利用楔形角，讓尋常光線和異常 光線以不同的角度射出，從而擴大顯示像素開口。具有楔形角的雙折射板與補償楔形角的 板作為一組使用(例如，圖11(A)的雙折射板74a及74b)，但至少其中一方(例如，圖 ll(A)的雙折射板74a及74b中的其中一方)具有雙折射性便可。由于至少其中一方具有 雙折射性，因此可實現(xiàn)隨機偏振化和光線的角度的分離。 一方為無雙折射性的一般的玻璃 材料，這是用于實現(xiàn)低成本化的較為理想的方式。另外，較為理想的是，補償楔形角的板 也由具有雙折射性的相同材料構(gòu)成， 一組具有楔形角的材料的光學(xué)軸相互垂直。例如，圖 8(A)的雙折射板71a及71b由相同材料構(gòu)成，光學(xué)軸指向xy面內(nèi)的45°方向和135°方向。 通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，能使分離為尋常光線和異常光線的角度相對于入射光線對稱，使顯 示像素開口擴大的控制變得容易。另外，較為理想的是，入射光最初入射的第1片雙折射 板的光學(xué)軸指向相對于入射的直線偏振光的方向成45°的方向。通過取45°方向，可均等 地分離光線。
圖8(A)所示的顯示像素開口擴大部71包括具有楔形角的4片雙折射板71a 71d，利 用4片雙折射板71a 71d的楔形角分離像素的x軸方向和y軸方向的角度，由此擴大顯 示像素的開口部。另外，將激光的直線偏振光轉(zhuǎn)換為隨機偏振光射出。雙折射板71a及71b 的組和雙折射板71c及71d的組，在其每個組內(nèi)，是用相同的雙折射材料構(gòu)成、具有相互 垂直的光學(xué)軸、楔形角(wedgeangle)為相互補償?shù)年P(guān)系的組合。另夕卜，雙折射板71a及71b 的組和雙折射板71c及71d的組的楔形角方向相互垂直。也就是說，雙折射板71a及71b 為x剖面方向，雙折射板71c及71d為y剖面方向。通過采用這樣的關(guān)系，雙折射板71a 及71b在x軸方向上進行角度分離，雙折射板71c及71d在y軸方向上進行角度分離，顯 示像素的開口部中心被錯開后進行顯示。圖8(A)的顯示像素開口擴大部71是能夠進行角 度分離和復(fù)雜的隨機偏振化的較為理想的方式。
圖8(B)中用箭頭表示4片雙折射板71a 71d的光學(xué)軸方向和入射的偏振方向。雙折
射板71a 71d的光學(xué)軸在xy面內(nèi)(垂直于入射光的面內(nèi))，當(dāng)x軸方向的直線偏振光入
射了時，雙折射板71a面向45。方向，雙折射板71b面向135°方向，雙折射板71c面向0°
方向，雙折射板71d面向90°方向。雙折射板71a及71b的組和雙折射板71c及71d的組在各個組內(nèi)具有垂直的光學(xué)軸，是分離的角度對稱的較為理想的形態(tài)。
圖9(A)所示的顯示像素開口擴大部72包括兩片平行的雙折射板72a及72b，和兩片 具有楔形角的雙折射板72c及72d。具有楔形角的雙折射板72c及72d進行x軸方向的角 度分離和出射光線的隨機偏振化。平行的雙折射板72a及72b在傾斜于入射光方向(z軸) 的方向上具有光學(xué)軸，使尋常光線和異常光線的位置移動后射出。尋常光線直線前進，異 常光線位置移動后射出。移動方向從雙折射板72a及72b的光學(xué)軸方向，雙折射板72a 向xy面的斜上方向移動后射出，雙折射板72b向xy面的斜下方向移動后射出。移動距離 由光學(xué)軸的傾斜度、對尋常光及非常光的折射率和雙折射板72a及72b的厚度決定，可進 行控制。
在圖9(B)中，圖中用箭頭表示雙折射板72a 72d的光學(xué)軸的例子。例如，當(dāng)x軸方 向的直線偏振光入射時，雙折射板72a在x軸45°、 z軸45°方向上，雙折射板72b在x 軸45°、 z軸45。方向上具有光學(xué)軸。兩片平行的雙折射板72a及72b，通過讓它們在xy 面具有不同角度的光學(xué)軸，可將光線分離到適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 圖IO(A)所示的顯示像素開口擴大部73包括3片平行的雙折射板73a、 73b及73c， 以及久/4板73d。
A/4板73d進行來自雙折射板73a、 73b及73c的出射光的圓偏振化。 雙折射板73a、 73b及73c在x軸方向和y軸方向上進行入射光的位置移動，錯開屏幕10 的開口部中心的位置。第1、 2片雙折射板73a及73b與圖9(A)的顯示像素開口擴大部72 的雙折射板72a及72b相同，第3片雙折射板73c的光學(xué)軸通過在xz面內(nèi)具有傾斜度， 進行x軸方向的位置移動。例如，第3片雙折射板73c的光學(xué)軸在x軸一180°、 z軸45。 方向。
圖11(A)的顯示像素開口擴大部74包括兩片雙折射板74a及74c，以及兩片各向同性 材料板74b及74d。雙折射板74a及74b通過在x軸方向上具有楔形角，進行向x軸方向 的角度分離和隨機偏振化，雙折射板74c及74d通過在y軸方向上具有楔形角，進行向y 軸方向的角度分離和隨機偏振化，錯開屏幕10的開口部中心的位置。兩片各向同性材料 板74b及74d可使用一般的玻璃材料，因此是能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化的較為理想的例子。較為 理想的是，各向同性材料板74b及74d為了防止反射損失等，與雙折射板74a及74c的 折射率大致相等。另外，顯示像素開口擴大部74的兩片雙折射板74a及74c的楔形角垂 直，是實現(xiàn)兩個軸的角度分離和復(fù)雜的隨機偏振的較為理想的方式。
形成上述顯示像素開口擴大部7的雙折射板和A/4板可用折射率與雙折射板材料等相 同的透明粘結(jié)劑粘合。較為理想的是，在顯示像素開口擴大部7的入射射出面進行防止所
13使用的激光光源波長的反射的涂覆。
在本實施例的圖像顯示裝置100中，較為理想的是，在至少一個激光光源la lc和 二維光調(diào)制元件6之間設(shè)有時間性地控制激光的光束偏振方向的光束偏振控制部3。在圖 像顯示裝置100中，激光光源la lc和光積分器4之間設(shè)置有光束偏振控制部3。雖然 通過光學(xué)像素開口擴大部件可以將光會聚于二維光調(diào)制元件6的聚光點，但通過利用光束 偏振控制部3，使入射至光學(xué)像素開口擴大部件的微透鏡的入射光角度時間性地變化，由 此使聚光位置隨時間而變化，可進一歩防止開口部的亮度集中。作為光束偏振控制部3， 可使用可動反射鏡、可動透鏡、可動擴散板等，但只要能使光束的偏振方向時間性地變化， 也可使用其他元件。
(實施例2)
接下來，對本發(fā)明的實施例2進行說明。圖12是表示本發(fā)明的實施例2中的圖像顯 示裝置的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。本實施例的圖像顯示裝賈200與上述實施例1的圖像顯示裝 置100相同，是有關(guān)使用了激光光源的投影顯示器(激光顯示器)的裝置，但與上述實施 例1的不同之處在于采用l個二維光調(diào)制元件。
在本實施例的圖像顯示裝置200中，如圖12所示，對于來自RGB三色的激光光源 la lc的三色的光，使用l個二維光調(diào)制元件6，在照明光學(xué)系統(tǒng)2內(nèi)利用分色鏡21對 三色進行合波后，經(jīng)過透鏡22、反射鏡等導(dǎo)入光束偏振控制部3，經(jīng)過光積分器4、投影 光學(xué)系統(tǒng)5對具有光學(xué)像素開口擴大部件的二維光調(diào)制元件6進行照明。RGB的激光光 源la lc依次射出激光，時分二維光調(diào)制元件6后使用。從二維光調(diào)制元件6射出的光 通過具備顯示像素開口擴大部7的投影光學(xué)系統(tǒng)8在屏幕10上被擴大。
(實施方式3)
接下來，對本發(fā)明的實施例3進行說明。圖13是表示本發(fā)明的實施例3中的圖像顯 示裝置的概要結(jié)構(gòu)的模式圖。本實施例的圖像顯示裝置200a是將上述實施例2的圖像顯 示裝置適用于背投型投影顯示器(激光顯示器)的裝置。
在本實施例的圖像顯示裝置200a中，如圖13所示，從投影光學(xué)系統(tǒng)8射出的光經(jīng)過 背面反射鏡12后顯示在透過型屏幕11上。投影光學(xué)系統(tǒng)8除包含透鏡群以外還包含使光 路轉(zhuǎn)向的反射鏡81。
顯示像素開口擴大部7可以是與轉(zhuǎn)向反射鏡81 —體化的反射型元件，例如可以使用
14將轉(zhuǎn)向反射鏡作為可動反射鏡，時間性地錯開開口部中心進行顯示的元件。較為理想的例 子是如利用雙折射性的圖8(A) 11(C)的顯示像素開口擴大部71 74那樣入射直線偏振 光，將出射光轉(zhuǎn)換為圓偏振光或隨機偏振光的元件。在背投型的情況下，如圖13所示具 有背面反射鏡和轉(zhuǎn)向反射鏡，因此將直線偏振性轉(zhuǎn)換為圓偏振或隨機偏振后，能夠以不取 決于偏振方向的均勻反射率將光導(dǎo)入顯示面，所以更為理想。
除了在光學(xué)系統(tǒng)中具備顯示像素開口擴大部7之外，還可以使作為顯示面的透過型屏 幕ll具有該功能。在結(jié)構(gòu)上，使透過型屏幕ll的擴散層具有兩個以上并且分離。觀眾感 知的開口部經(jīng)過多層擴散，每l個像素的面積比經(jīng)擴大后被顯示。擴散層的間隔為lOO!im 以上，較為理想的是200nm以上，更為理想的是500!im以上。隨著間隔的增大，開口部 擴大的效果增大。但是，如果過度地隔開間隔，則圖像分辨率下降，透過型屏幕11的總 厚度增厚，導(dǎo)致大型化，因此間隔為5mm以下為宜。另外，透過型屏幕11的整體厚度為 lmm以上較為理想。通過使用這樣的透過型屏幕，表現(xiàn)出顯示像素開口擴大效果，增大 開口部的面積比，從而緩和亮度集中。
在上述實施例1 3中，可以使用到單色的激光光源的圖像顯示裝置，也可以使用到 三色以上的激光光源的圖像形成裝置。
在上述實施例1 3中，各色的激光光源可以由發(fā)出大致相同波長的光的多個激光元 件構(gòu)成，也可以由單個元件構(gòu)成。
在上述實施例1 3中，雖然將二維光調(diào)制元件的像通過投影光學(xué)系統(tǒng)擴大后顯示在 顯示面上，但也可以不擴大像，將來自二維光調(diào)制元件的出射光直接顯示在顯示面上。另 外，二維光調(diào)制元件不僅可以是透過型，也可以是反射型元件，但較為理想的是利用使用 了液晶的偏振的元件。結(jié)合激光光源的直線偏振性，可進行高效的調(diào)制。另外，對二維光 調(diào)制元件進行照明的照明光學(xué)系統(tǒng)并不限定于上述實施例，只要能使用來自激光光源的光 對二維光調(diào)制元件進行照明便可。例如，在液晶顯示器中，含有二維光調(diào)制元件的液晶顯 示面板構(gòu)成顯示面，在液晶顯示面板內(nèi)二維光調(diào)制元件被來自激光光源的光照明。
在上述實施例1 3中，雖然使用在屏幕上顯示圖像的結(jié)構(gòu)進行了說明，但也可以是 在屏幕之外顯示二維圖像的情況。即，只要觀眾能感知二維圖像，任何地方都可作為顯示 面。例如，可以用于在墻壁、液體、其他網(wǎng)膜上直接顯示的情況。
根據(jù)上述實施例1 3，使用激光光源，可提供色彩鮮亮、光利用效率高、并且消除了
顯示面上的刺眼感覺的圖像顯示裝置。
根據(jù)上述的各個實施例對本發(fā)明進行以下概括。即，本發(fā)明所涉及的圖像顯示裝置包括激光光源；空間光調(diào)制元件，調(diào)制從上述激光光源射出的激光；顯示面，顯示上述被 調(diào)制的光；光學(xué)像素開口擴大部件，將上述激光導(dǎo)入上述空間光調(diào)制元件的各像素的開口 部，并進行上述激光的亮度分散；以及顯示像素開口擴大部，對與上述顯示面上顯示的圖 像的各像素相對應(yīng)的由上述空間光調(diào)制元件的各像素的開口部調(diào)制的光進行光學(xué)性的擴 大，其中，通過上述光學(xué)像素開口擴大部件及顯示像素開口擴大部，控制上述顯示面上顯 示的圖像的各像素中一部分區(qū)域的亮度使其低于像素全體區(qū)域的亮度平均值的3倍。
在上述圖像顯示裝置中，通過將從激光光源射出的激光導(dǎo)入空間光調(diào)制元件的各像素 并進行激光的亮度分散，從而提高各像素的實際開口率，以此提高激光的利用效率，同時 增強耐光性。并且，由于能夠緩和顯示面上顯示的圖像的各像素的亮度集中，所以能夠降 低觀眾的對斑點噪聲的感知程度。
較為理想的是，上述光學(xué)像素開口擴大部件是將多個微透鏡排列成陣列狀的微透鏡陣 列，上述多個微透鏡與上述空間光調(diào)制元件的各像素一一對應(yīng)地被設(shè)置并向?qū)?yīng)的像素開 口部導(dǎo)入上述激光，其中，上述微透鏡具有多個聚光點，由上述微透鏡聚光的激光的多個 聚光點處于離散或連續(xù)的位置。在此情況下，緩和了各像素開口部上的激光造成的亮度集 中，其結(jié)果，緩和了顯示在顯示面上的圖像的各像素上的亮度集中。
較為理想的是，上述多個聚光點中相距最遠的聚光點間的距離比上述空間光調(diào)制元件 的相鄰像素間的距離更長。
在此情況下，分散了各像素開口部上的激光造成的亮度集中點，其結(jié)果，緩和了顯示 在顯示面上的圖像的各像素上的亮度集中。
較為理想的是，上述多個聚光點，隨著上述微透鏡的入射面中上述激光的入射位置從 上述入射面的中心部移向外周部，位于遠離上述入射面的位置。
在此情況下，由于能夠降低由微透鏡造成的激光的射出角度的變動幅度，所以減少了 向顯示面投影時損失的光量，提高了激光的利用效率。
較為理想的是，從上述激光光源射出的激光包含藍色激光、綠色激光及紅色激光，上 述多個聚光點中相距最遠的聚光點間的距離，因上述藍色激光、綠色激光及紅色激光而各 不相同，上述藍色激光的聚光點間的距離Db、上述綠色激光的聚光點間的距離Dg及上述 紅色激光的聚光點間的距離Dr之間滿足以下關(guān)系式Db〉Dg，且，Db>Dr。
在此情況下，將對于藍色激光的聚光點分布擴大為比綠色激光及紅色激光更寬，由此 可防止由藍色激光導(dǎo)致的空間光調(diào)制元件的劣化。
較為理想的是，上述空間光調(diào)制元件的各像素的開口率低于80%。在此情況下，即使在利用了能進行高精細的圖像顯示的小型二維光調(diào)制元件的情況 下，也能提高各像素的實際開口率，從而提高激光的利用效率。
較為理想的是，上述顯示像素開口擴大部將上述被調(diào)制的光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。較為理 想的是，上述顯示像素開口擴大部將上述被調(diào)制的光轉(zhuǎn)換為隨機偏振光。
在此情況下，通過將激光的直線偏振轉(zhuǎn)換為圓偏振、隨機偏振，減少相互干涉的光， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)斑點噪聲的降低。 '
較為理想的是，上述顯示像素開口擴大部包含至少一個具有楔形角的雙折射板，通過 將上述被調(diào)制的光入射至上述雙折射板分離為具有相互不同的射出角度的兩個光，從而擴 大上述被調(diào)制的光。
在此情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)隨機偏振化，并能有效擴大由空間光調(diào)制元件的各像素的開口 部調(diào)制的光。
較為理想的是，上述顯示像素開口擴大部包含具有相互垂直的楔形角的兩個雙折射板。
在此情況下，能夠產(chǎn)生兩個軸的光線分離和復(fù)雜的隨機偏振的光。
較為理想的是，還包括被設(shè)置在上述激光光源和上述空間光調(diào)制元件之間，使從上述 激光光源射出的激光的光束偏振方向隨時間而變化的偏振方向可變部。
在此情況下，激光射入至空間光調(diào)制元件的角度時間性地變化，因此被聚光到空間光 調(diào)制元件的各像素的開口部的光的入射角度也時間性地變化。因此，在各像素的開口部中， 激光聚光的位置時間性地變化，更加緩和了在各像素的開口部上的激光造成的亮度集中。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的圖像顯示裝置使用小型的二維光調(diào)制元件，能夠?qū)崿F(xiàn)斑點噪聲的消除和光利 用效率的提高，因此可適合用于影像投影裝置、電視接收機、液晶面板等的影像顯示裝置等。
1權(quán)利要求
1. 一種圖像顯示裝置，其特征在于包括激光光源；空間光調(diào)制元件，調(diào)制從所述激光光源射出的激光；顯示面，顯示所述被調(diào)制的光；光學(xué)像素開口擴大部件，將所述激光導(dǎo)入所述空間光調(diào)制元件的各像素的開口部，并進行所述激光的亮度分散；顯示像素開口擴大部，對與所述顯示面上顯示的圖像的各像素相對應(yīng)的由所述空間光調(diào)制元件的各像素的開口部調(diào)制的光進行光學(xué)性的擴大，其中，通過所述光學(xué)像素開口擴大部件及顯示像素開口擴大部，控制所述顯示面上顯示的圖像的各像素的部分區(qū)域的亮度使其低于像素全體區(qū)域的亮度平均值的3倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述光學(xué)像素開口擴大部件是 將多個微透鏡排列成陣列狀的微透鏡陣列，所述多個微透鏡與所述空間光調(diào)制元件的各像 素一一對應(yīng)地被設(shè)置并向?qū)?yīng)的像素開口部導(dǎo)入所述激光，其中，所述微透鏡具有多個聚光點，由所述微透鏡聚光的激光的多個聚光點處于離散或連續(xù)的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述多個聚光點中相距最遠的聚光點間的距離比所述空間光調(diào)制元件的相鄰像素間的距離更長。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述多個聚光點，隨著所述微透鏡的入射面中所述激光的入射位置從所述入射面的中心部移向外周部，位于遠離所述入 射面的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于從所述激光光源射出的激光包含藍色激光、綠色激光及紅色激光， 所述多個聚光點中相距最遠的聚光點間的距離，因所述藍色激光、綠色激光及紅色激 光而各不相同，所述藍色激光的聚光點間的距離Db、所述綠色激光的聚光點間的距離Dg及所述紅色 激光的聚光點間的距離Dr之間滿足以下關(guān)系式Db>Dg，且，Db>Dr。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述空間光調(diào)制元件的各像素的開口率低于80。/^。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述顯示像素開口擴大部將所述被調(diào)制了的光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述顯示像素開口擴大部將所述被調(diào)制了的光轉(zhuǎn)換為隨機偏振光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述顯示像素開口擴大部包含至少一個具有楔形角的雙折射板，通過將所述被調(diào)制的光入射至所述雙折射板分離為 具有相互不同的射出角度的兩個光，從而擴大所述被調(diào)制的光。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述顯示像素開口擴大部包含具有相互垂直的楔形角的兩個雙折射板。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項所述的圖像顯示裝置，其特征在于還包括被設(shè)置 在所述激光光源和所述空間光調(diào)制元件之間，使從所述激光光源射出的激光的光束偏振方 向隨時間而變化的偏振方向可變部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像顯示裝置，包括激光光源；空間光調(diào)制元件，調(diào)制從上述激光光源射出的激光；顯示面，顯示上述被調(diào)制的光；光學(xué)像素開口擴大部件，將上述激光導(dǎo)入上述空間光調(diào)制元件的各像素的開口部，并進行上述激光的亮度分散；以及顯示像素開口擴大部，對與上述顯示面上顯示的圖像的各像素對應(yīng)的由上述空間光調(diào)制元件的各像素的開口部調(diào)制的光進行光學(xué)性的擴大，其中，通過上述光學(xué)像素開口擴大部件及顯示像素開口擴大部，控制上述顯示面上顯示的圖像的各像素的一部分區(qū)域的亮度使其低于像素全體區(qū)域的亮度平均值的3倍，由此實現(xiàn)斑點噪聲的降低和光利用效率的提高。
文檔編號G02B27/18GK101449196SQ20078001822
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者伊藤達男, 山本和久, 水島哲郎, 笠澄研一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社