專利名稱：反射式液晶投影儀和圖像再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射式液晶投影儀和圖像再現(xiàn)裝置，例如移動(dòng)電話終端、數(shù) 字照相機(jī)、視頻攝像機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)或玩具，其中反射式液晶面板 用作光閥。
背景技術(shù)：
盡管，作為液晶投影儀(其中液晶面板用作光閥的投影儀)，有采用透 射式液晶面板的投影儀和采用反射式液晶面板的投影儀， 一般兩種類型的液
晶投影儀通常安裝并使用在房間等中。如專利文件l(日本專利申請公開No. 昭63-118125 )或?qū)＠募? (日本專利申請公開No.平4-60538 ),例如金 屬由化物燈、高壓汞燈或氤燈的燈被用作光源。
然而，當(dāng)燈用作光源時(shí)，存在如下問題(a)光源部分的孔徑變大并且 投影儀的整個(gè)尺寸變大，(b)需要冷卻裝置例如風(fēng)扇并且投影儀的整個(gè)尺寸 變得較大，(c)由風(fēng)扇等引起噪音而刺耳并且電力消耗高，(d)不必要和有 害波長區(qū)域內(nèi)的光被輻射，導(dǎo)致使用有機(jī)物質(zhì)的液晶面板的可靠性可能被損 壞，(e)光源不能以高的速度開啟和關(guān)閉并且難于調(diào)整光量，(f)由于斷開 連接或燈的壽命而需要經(jīng)常更換燈，等等。
因此， 一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為，采用燈以外的發(fā)光裝置(發(fā)光元件)作為液晶投 影儀的光源。
具體地，專利文件3 (日本專利申請公開No. 2005-116799)和非專利文 件1 ( G. Harbers， M. Keuper, S. Paolini; "Performance of High Power LED Illuminators in Color Sequential Projection Displays", IDW '03 p. 1585 to p.1588 )公開了發(fā)光二極管(LED)用作光源。
此外，專利文件4(JP-T-2005-526288 )公開了激光器用作光源，從而對 于每個(gè)像素在光柵圖案中控制激光器的泵浦(pumping),由激光器發(fā)出的激
光束通過由兩個(gè)掃描鏡構(gòu)成的掃描器在光柵圖案上掃描，以在光柵圖案上顯 示二維圖像。對于激光器，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了固態(tài)激光器，例如半導(dǎo)體激光器，所謂的LD
和由半導(dǎo)體激光器泵浦的固態(tài)激光器(DPSSL:二極管泵浦的固態(tài)激光器)， 關(guān)于尺寸，半導(dǎo)體激光器可以形成為其一邊的長度大約為幾百^t米，對于固 態(tài)激光器的非線性光學(xué)晶體一起，尺寸在100mW的輸出等級可以為大約幾毫米。
此外，與金屬卣化物燈等相比，半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器具有長的壽 命，基本不需要更換，并且發(fā)光效率高，產(chǎn)生熱量少并且易于冷卻。
此外，半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器可以被構(gòu)造為根據(jù)晶體的類型和成分 發(fā)出在紅色、綠色和藍(lán)色的波長范圍內(nèi)對于顯示優(yōu)化的波長的光，從而增強(qiáng) 顏色純度并且不發(fā)出對于顯示不需要的光例如紅外線和紫外線。
而且，半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器可以即時(shí)進(jìn)行打開/關(guān)閉切換從而易于 控制發(fā)光量。

發(fā)明內(nèi)容
如果如專利文件3 (日本專利申請公開No. 2005-116799)和非專利文件 1 ( G. Harbers, M. Keuper, S. Paolini; "Performance of High Power LED Illuminators in Color Sequential Projection Displays", IDW ，03 p. 1585 to p.l588)所公開的，LED用作液晶投影儀的光源，那么與燈用作光源的情況 相比，光源部分可以在尺寸上減小并且投影儀的整個(gè)尺寸可以減小。然而， 整個(gè)投影儀的尺寸減小的限度為投影儀可以放在"手的掌心"上的尺寸，難 于在小尺寸的裝置比如移動(dòng)電話終端中構(gòu)造投影儀。
而且，如專利文件3 (日本專利申請公開No. 2005-116799)中也指出， LED以大的發(fā)散角發(fā)出光，當(dāng)它用作液晶投影儀的光源時(shí)，與液晶面板的顯 示區(qū)域相比，光束擴(kuò)展(Etendue)變得過大。結(jié)果，光的應(yīng)用效率降低。
相反，半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器本身可以在尺寸上減小，此外，當(dāng)與 LED相比時(shí)，發(fā)出的光的發(fā)散角可以很小，并且光的利用效率可以顯著地提 高。
這是因?yàn)?，?dāng)與LED相比時(shí)，由于激光器光源變得較接近于點(diǎn)光源， 光束擴(kuò)展的優(yōu)化變得簡單并且光利用效率提高，因此，當(dāng)與LED用作光源 的可選的情況相比，為實(shí)現(xiàn)投影儀的基本相等的光量，所需要的光源的發(fā)光 量可以減小。因此，當(dāng)激光器用作光源時(shí)，冷卻裝置可以簡化或者可以去掉。
然而，如專利文件4 (JP-T-2005-526288 )所公開的，對于通過掃描器引 起激光束光柵掃描的方法，盡管黑色顯示通過關(guān)閉激光束來實(shí)現(xiàn)，在激光束 以高速調(diào)制時(shí)難以將激光束瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆话l(fā)光的狀態(tài)(將光量變?yōu)榱?。 因此，該方法有圖像對比度下降的缺點(diǎn)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是使以下成為可能使整個(gè)投影儀特別是反射 式液晶投影儀小型化，以達(dá)到它可以構(gòu)造于小尺寸裝置例如移動(dòng)電話終端中 的程度，并實(shí)現(xiàn)光利用效率的增強(qiáng)和圖像對比度的增強(qiáng)，這些對投影儀是必 要的。
本發(fā)明的反射式液晶投影儀構(gòu)造為紅色、綠色和藍(lán)色的三種顏色的單板 型的投影儀，以解決上述問題，該反射式液晶投影儀包括
光源部分，具有第一激光器、第二激光器和第三激光器，每個(gè)激光器由 半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器形成，并構(gòu)造為分別發(fā)射紅色、綠色和藍(lán)色的激 光束；反射式液晶面板，包括在入射出射側(cè)基板與反射側(cè)基板之間形成并且 形成紅色、綠色和藍(lán)色的像素的液晶層，形成在入射出射側(cè)基板上并由大量 微透鏡形成的微透鏡陣列，以及對應(yīng)于反射側(cè)基板上的像素形成的反射層；
光束漫射及成形光學(xué)裝置(light beam diffusing and shaping optical device ),構(gòu)造為通過光的衍射和折射使從光源部分發(fā)出的激光束漫射和成 形，從而激光束被引入到反射式液晶面板的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的液晶層 的相應(yīng)的像素；
透鏡系統(tǒng)，構(gòu)造為將被所述光束漫射及成形光學(xué)裝置漫射和成形的各色 的激光束轉(zhuǎn)變成基本平行的光束；
光學(xué)裝置，構(gòu)造為透射或反射被透鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基本平行的光束的各色 的激光束，從而將來自入射出射側(cè)基板的各色的激光束引入到反射式液晶面 板并且進(jìn)一步通過微透鏡將各色的激光束引入到液晶層；以及
投影透鏡，構(gòu)造為投影各色的圖像光束，該光束在透射通過液晶層之后 被反射層反射、再次透射通過液晶層、通過微透鏡從入射出射側(cè)基板射出并 被光學(xué)裝置反射或透射通過光學(xué)裝置。
在具有上述構(gòu)造的反射式液晶投影儀中，從光源部分的第一激光器、第 二激光器和第三激光器發(fā)出的紅色、綠色和藍(lán)色激光束被衍射型或折射型的 光束漫射及成形光學(xué)裝置漫射并成形，從而激光器光束被引入到單個(gè)反射式液晶面板的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上液晶層的相應(yīng)的像素。因此，包括紅色、 綠色和藍(lán)色的多色圖像被投影在外部屏幕上。
此外，第一激光器、第二激光器和第三激光器的每個(gè)都是半導(dǎo)體激光器 或固態(tài)激光器并能顯著地小型化，衍射型或折射型的光束漫射及成形光學(xué)裝 置也可以充分地小型化。因此，整個(gè)投影儀可以顯著地小型化并可以構(gòu)造于 小尺寸裝置例如移動(dòng)電話終端中。
此外，由于激光用作照明光，提高了光利用效率。此外，黑色顯示不是 通過關(guān)斷各色的激光束來實(shí)現(xiàn)，而是通過液晶驅(qū)動(dòng)電路截?cái)嘤杉t色、綠色和 藍(lán)色像素構(gòu)成的液晶層的相應(yīng)顯示單元來實(shí)現(xiàn)。因此，圖像對比度不會下降。
此外，與專利文件4中公開的激光掃描系統(tǒng)不同，由液晶面板調(diào)制的圖 像光由投影透鏡以放大的比例投影為發(fā)散的光。因此，屏幕圖像提供較少的 閃爍的感覺，具有獲得液晶獨(dú)有的"平穩(wěn)"的圖像的優(yōu)勢。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，特別在反射式液晶投影儀中，整個(gè)投影儀可以 小型化到可以構(gòu)造于小尺寸裝置例如移動(dòng)電話終端中的程度，并且可以實(shí)現(xiàn) 投影儀本質(zhì)上需要的光利用效率的提高和圖像對比度的改善。


圖1是示出單板型的反射式液晶投影儀的第一實(shí)例的視圖。
圖2是圖解通過反射光學(xué)裝置漫射和成形的方式的視圖。
圖3是示出反射式液晶面板的實(shí)例的視圖。
圖4是示出反射式液晶面板的另一實(shí)例的視圖。
圖5是示出像素的陣列圖案的實(shí)例的視圖。
圖6是圖解用于對比的透射型的情況和反射型的情況的視圖。
圖7是示出單板型的反射式液晶投影儀的第二實(shí)例的視圖。
圖8是圖解折射光學(xué)裝置的漫射和成形的方式的視圖。
圖9是示出反射式液晶面板的反射側(cè)基板的實(shí)例的視圖。
圖10是圖解反射側(cè)基板的制造方法的實(shí)例的視圖。
圖11是示出雙板型的反射式液晶投影儀的實(shí)例的視圖。
圖12是示出三板型的反射式液晶投影儀的實(shí)例的視圖。
圖13是示出作為本發(fā)明圖像再現(xiàn)裝置的實(shí)例的移動(dòng)電話終端的視圖。
具體實(shí)施例方式
作為第一實(shí)施例，描述對于紅色、綠色和藍(lán)色的三種顏色使用單個(gè)反射 式液晶面板的單板型的情況。
(l-l.第一實(shí)例圖l到6)
圖1示出其中衍射光學(xué)裝置用作光束漫射及成形光學(xué)裝置的作為單板 型的反射式液晶投影儀的第 一 實(shí)例的情況。
為了使方向明確，X方向、Y方向和Z方向如附圖中所示定義。在圖1 中，Y方向是垂直于附圖的平面的方向。
<光源部分>
在本實(shí)例中，紅色激光器IIR、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器IIB設(shè)置 并排列在X方向上。
對于每個(gè)紅色激光器IIR和藍(lán)色激光器11B,使用半導(dǎo)體激光器。例如， 對于紅色激光器11R,使用InGaAsP基類型或InAlGaP基類型的激光器；對 于藍(lán)色激光器11B,使用GaN基類型或InGaN類型的激光器。
另一方面，由于目前還沒有實(shí)現(xiàn)發(fā)出綠色激光的半導(dǎo)體激光器，對于綠 色激光器11G,使用由半導(dǎo)體激光器泵浦的固態(tài)激光器，所謂的DPSS (二 極管泵浦固態(tài))激光器，例如YV04+KTP(KTiOP04)、晶體PPLN(周期極 化的LiNb03)、 PP (周期極化,periodically poled ) MgO.LN ( Li Nb03)等。
紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器IIB的振蕩模式可以是 多模(multi-mode )。盡管如此，為了實(shí)現(xiàn)相對溫度變化的模式穩(wěn)定性或偏振 穩(wěn)定性，有時(shí)試圖對于半導(dǎo)體激光器通過窄條寬(stripe width )實(shí)現(xiàn)橫向模 式穩(wěn)定，對于固態(tài)激光器通過周期性偏振反轉(zhuǎn)(周期性極化)實(shí)現(xiàn)偏振穩(wěn)定。 按照本發(fā)明，根據(jù)下文描述的光束漫射及成形光學(xué)裝置(衍射光學(xué)裝置或折 射光學(xué)裝置)對入射光束的形狀的非靈敏性(insensitivity)，多模半導(dǎo)體激 光器或固態(tài)激光器可以用于紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器 11B。
自然地，可以使用單模的半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器。通常，在半導(dǎo)體 激光器的情況下，通過使還采用多模振蕩而不是進(jìn)行模式控制成為可能，提 高了可以使用的半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)率并降低了生產(chǎn)成本。
作為實(shí)例，振蕩頻率為635nm到640nm的InAlGaP基半導(dǎo)體激光器用于紅色激光器11R,振蕩頻率為445nrn的AlGaN基半導(dǎo)體激光器用于藍(lán)色 激光器IIB。在兩種半導(dǎo)體激光器中，輸出為100mW,垂直方向上光的發(fā) 散角為30度(FWHM),水平方向上光的發(fā)散角為IO度，橫向模式是單模， 縱向模式是多模。
對于綠色激光器IIG,使用由808nm的半導(dǎo)體激光器泵浦的具有532nm 的振蕩波長并采用YV04+KTP二次諧波的固態(tài)激光器。輸出是100mW,橫 向模式是單模，縱向模式是多模。
盡管為了控制被下文中描述的衍射光學(xué)裝置21漫射和成形的激光束 2R、 2G和2B到場透鏡31的入射角，激光束1R、 1G和1B的平行性是重 要的，但是控制平行性以使之落在X方向和Y方向上一度以內(nèi)。具體地， 當(dāng)激光束祐:振蕩時(shí)，它們被所謂的有源對準(zhǔn)方法(active alignment method ) 控制以滿足如上所述的平行性。
從紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器IIB發(fā)出的紅色激光 束1R、綠色激光束1G和藍(lán)色激光束1B例如分別透射通過入/2板(半波長 板)13R、 13G和13B,并被引入到衍射光學(xué)裝置21。
由于激光器內(nèi)部電場的變化，從半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器發(fā)出的激光 束的偏振方向?qū)γ總€(gè)裝置并不必然是固定，偏振方向還被裝置的組裝精度分 散。然而，通過在此方式插入X/2板13R、 13G和13B并調(diào)整其旋轉(zhuǎn)的位置， 入射到下文中描述的反射式液晶面板40的各色的激光束3R、 3G和3B的偏 振方向可以與反射式液晶面板40的偏振軸一致。
合適的相差膜或相差板可以用于代替入/2板校準(zhǔn)偏振方向。例如，通常 使用的由AlGaAs基半導(dǎo)體激光器泵浦的采用YV04+KTP二次諧波類型的固 態(tài)激光器對于每個(gè)裝置改變偏振方向，并在多數(shù)情況下具有大約10的偏振 比(polarization ratio )。在此情況下，偏振比可以通過采用合適的相差膜被 設(shè)置為高的以補(bǔ)償和優(yōu)化延遲值(retardation value )。
通過由X/2板、相差膜或如此的類似物調(diào)整偏振軸，反射式液晶面板40 消除了對偏振板的需要并可以減小光的損失，并可以防止粘附到偏振板上的 灰塵的陰影^皮投影的情況。
<衍射光學(xué)裝置作為光束漫射成形光學(xué)裝置〉
在本實(shí)施例中，盡管從作為反射式液晶投影儀的光源的半導(dǎo)體激光器或 固態(tài)激光器發(fā)出的激光束被衍射型或折射型的光束漫射及成形光學(xué)裝置漫射和成形從而覆蓋反射式液晶面板的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域，圖l的實(shí)例圖解 了衍射光學(xué)裝置用作光束漫射及成形光學(xué)裝置的情況。
衍射光學(xué)裝置(Diffractive optical device, DOE)本身被稱為"漫射體 (Diffuser)"或"束成形器(Beam Shaper)"。
例如，參考文件1 (Adam Fedor; Digital Optical Corp. "Binary Optic Diffbser Design")公開了光束被"漫射體，，或"束成形器，，漫射和成形，參 考文件2 ( Yasushi IKEDA "Diffraction Type Lens"; OPTRONICS 2005, NO.3, pp.175 to 178)公開了 "衍射型透鏡"等的制造方法。
"漫射體"將入射光束的單獨(dú)的點(diǎn)處的光衍射到輸出平面(Output Plane) 上的單獨(dú)的點(diǎn)，從而入射光束的某一點(diǎn)處的光被衍射到輸出平面上的大量的 點(diǎn)(1:N映射(mapping))。"束成形器"將入射光束的單獨(dú)的點(diǎn)處的光衍射 到輸出平面上單獨(dú)的點(diǎn)，從而入射光束的某一點(diǎn)處的光被衍射到輸出平面上 的某一點(diǎn)(1:1映射)。
在圖1的實(shí)例中，作為衍射光學(xué)裝置21,透射型的用于紅色的衍射光學(xué) 裝置21R、用于綠色的衍射光學(xué)裝置21G和用于藍(lán)色的衍射光學(xué)裝置21B 設(shè)置并排列在紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器11B的陣列方 向上。
用于紅色的衍射光學(xué)裝置21R漫射和成形從紅色激光器11R發(fā)出的紅色 激光束1R，從而在反射式液晶面板40的反射區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上，該光束以 下文描述的方式進(jìn)入反射式液晶面板40的液晶層41的紅色的像素(用于顯 示紅色的子像素)，如激光束2R和3R所示。
類似地，用于綠色的衍射光學(xué)裝置21G漫射和成形從綠色激光器11G 發(fā)出的綠色激光束1G,從而在反射式液晶面板40的反射區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上， 該光束進(jìn)入反射式液晶面板40的液晶層41的綠色的像素(用于顯示綠色的 子像素)，如激光束2G和3G所示；用于藍(lán)色的衍射光學(xué)裝置21B漫射和成 形從藍(lán)色激光器IIB發(fā)出的藍(lán)色激光束1B，從而在反射式液晶面板40的反 射區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上，該光束進(jìn)入反射式液晶面板40的液晶層41的藍(lán)色的 像素(用于顯示藍(lán)色的子像素)，如激光束2B和3B所示。
換句話說，例如，如果用于紅色的衍射光學(xué)裝置21R、用于綠色的書亍射 光學(xué)裝置21G和用于藍(lán)色的衍射光學(xué)裝置21B都由漫射體形成，如圖2所 示(應(yīng)該注意，在圖2中省略了圖1中示出的場透鏡31的光的折射和圖1
12中示出的偏振束分離器)，用于某一顏色的衍射光學(xué)裝置21a將入射到衍射 圖案形成部分21c的激光束la以如上所述的映射衍射到反射式液晶面板40 的包括處于各角落的點(diǎn)P1、 P2、 P3和P4的顯示區(qū)域43的整個(gè)區(qū)域，整個(gè) 衍射光學(xué)裝置21通常構(gòu)造成來自衍射光學(xué)裝置21R、 21G和21B的各種顏 色的衍射光束漫射成點(diǎn)并均勻化，從而點(diǎn)在顯示區(qū)域43上互相重疊并照射 顯示區(qū)域43。
從激光器發(fā)出的激光束通常具有高斯形狀，其中對于激光束難以均勻地 照射在反射式液晶面板40上。然而，通過由衍射光學(xué)裝置21漫射和成形激 光束從而以此方式照射在反射式液晶面板40上，可以在反射式液晶面板40 上得到均勻的亮度分布。
優(yōu)選地，用于每種顏色的衍射光學(xué)裝置21R、 21G和21B以整體的形式 在一個(gè)透明基板上形成。由此，與其中衍射光學(xué)裝置21R、 21G和21B在它 們分別形成之后定位和設(shè)置的情形相比，可以容易地并精確地進(jìn)行衍射光學(xué) 裝置21R、 21G和21B的定位并使整個(gè)衍射光學(xué)裝置21小型化。
可以在基于每種顏色的激光束1R、 1G和1B的束直徑或束形狀、將要 得到的屏幕上的亮度分布等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬之后，制造如上所述的衍射光學(xué) 裝置21。
在圖1的實(shí)例中，滿足以下各式 tan"d/D (1) tany =(丄一五,sin-)/D (2) tan a = p/D ( 3 )
這里，
E:激光器11R、 11G和11B與衍射光學(xué)裝置21之間的距離， p:激光束1G的束直徑， L:激光束1G與激光束1R或1B之間的距離， (3:激光束1R或1B相對于激光束1G的平行性(傾斜角度)， 6:激光束2G的擴(kuò)散角， D:衍射光學(xué)裝置21與場透鏡31之間的距離， d:場透鏡31上的激光束2G的漫射距離， 到反射式液晶面板40的光的入射角， a:反射式液晶面板40上的光的發(fā)散角
13所有的數(shù)值都是空氣中轉(zhuǎn)換數(shù)值。
平行性(入射角)卩在如上所述的一度以內(nèi)。擴(kuò)散角^等于或小于大約 15度，入射角^為大約7到9度。
此外，由于激光器11R、 IIG和11B的都被認(rèn)為是準(zhǔn)點(diǎn)光源，光的發(fā)散 角"可以為足夠的小比如士l?；蚋?。
因此，與燈用作光源的情況相比，屏幕上的照射光量可以顯著地增加， 即使對于單板型的反射式液晶投影儀，光利用效率也可以提高到大約30%。 因此，激光器輸出可以減小，由每個(gè)激光器的熱產(chǎn)生可以得到抑制。此前還 不存在具有如此高效率的反射式液晶面板。
<衍射光學(xué)裝置與反射式液晶面板之間的光學(xué)系統(tǒng)>
如圖l所示，場透鏡31設(shè)置在衍射光學(xué)裝置21的前方，從而由用于紅 色的衍射光學(xué)裝置21R漫射和成形的紅色激光束2R、由用于綠色的衍射光 學(xué)裝置21G漫射和成形的綠色激光束2G和由用于藍(lán)色的衍射光學(xué)裝置21B 漫射和成形的藍(lán)色激光束2B分別地轉(zhuǎn)換成基本彼此平行的激光束3R、 3G 和3B。
此外，偏振束分離器33設(shè)置在場透鏡31的前方，從而由場透鏡31轉(zhuǎn) 換成基本平行的光的激光束3R、 3G和3B透射通過偏振束分離器33并進(jìn)入 反射式液晶面才反40。
<反射式液晶面4反>
在反射式液晶面板40中，液晶層41在入射出射側(cè)基板50與反射側(cè)基 板(背板)60之間形成，微透鏡陣列在入射出射側(cè)基板50上形成而反射層 在反射側(cè)基板60上形成。
作為實(shí)例，如圖3或4所示，入射出射側(cè)基板50構(gòu)造為使得其中排列 有大量微透鏡51a的微透鏡陣列51由透明樹脂等在由石英等制成的透明基 板上形成，由透明的導(dǎo)電材料例如ITO (銦錫氧化物)制成的相對的公共電 極45在背面?zhèn)壬闲纬伞?br> 反射側(cè)基板60構(gòu)造為在圖3和4中省略的有源矩陣型(active matrix type)的液晶驅(qū)動(dòng)電路在支撐基板的一個(gè)表面?zhèn)壬喜捎帽∧ぞw管(TFT) 形成，支撐基板由石英、單晶硅等制成，大量成組的反射層61R、 61G和 61B以陣列在液晶驅(qū)動(dòng)電路上形成，而由透明導(dǎo)電材料例如ITO制成的大 量成組的像素電極47R、 47G和47B以陣列在正面?zhèn)壬闲纬?。由于反射式液晶面?0、入射出射側(cè)基板50和反射側(cè)基板60以這樣的 方式設(shè)置，其間形成小的間隙且相對的公共電極45與像素電極47R、 47G 和47B 4皮此相對，液晶注入在它們之間以形成液晶層41, 乂人而形成用于紅 色的像素(用于紅色顯示的子像素)Pr、用于綠色的像素(用于綠色顯示的 子像素)Pg和用于藍(lán)色的像素(用于藍(lán)色顯示的子像素)Pb。液晶模式可 以是反射式液晶的通常的模式例如ECB模式。
在此情況下，如從激光束的入射側(cè)看，每個(gè)都由成組的像素Pr、 Pg和 Pb (成組的像素電極47R、 47G和47B )形成的顯示單元49排列成以如圖5 所示的A的陣列(陣列中每個(gè)顯示單元49的中心位于三角形的頂點(diǎn)處)或 以正方形的陣列(陣列中相同顏色的像素在Y方向上排列)。
當(dāng)顯示單元49以如圖5所示的A的陣列排列時(shí)，微透鏡51a以與顯示 單元49 一比一的比例形成，從而它們具有如圖5所示的AM敫光束的入射側(cè) 看的六角形形狀。當(dāng)顯示單元49以正方形陣列排列時(shí)，微透鏡51a以與顯 示單元49 一比一的比例形成，從而它們具有如從激光束的入射側(cè)看的矩形 的形狀(正方形狀或長方形狀)。
此外，當(dāng)顯示單元49以正方形陣列排列并且像素Pr、 Pg和Pb上的光 源圖像形成為對于每個(gè)像素它們中的每個(gè)并不形成為點(diǎn)(斑)而是形成沿Y 方向延伸的線(狹縫)時(shí)，微透鏡51 a可以形成為沿Y方向延伸的柱面透鏡。 由于入射在反射式液晶面板40上的激光束3R、 3G和3B由場透鏡31 各自轉(zhuǎn)變成基本上平行的光束，優(yōu)選地，為了抑制球面相差，每個(gè)微透鏡51a 以非球面的表面形成。
當(dāng)像素電極47R、 47G和47B和反射層61R、 61G和61B分別相互電連 接時(shí)，其間的接觸分別在像素電極47R、 47G和47B的角落部分47r、 47g 和47b處實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。
圖3示出如下情況，其中在半徑為等于或略小于相應(yīng)的微透鏡51a的焦 距的距離、以微透鏡51a的主點(diǎn)(principal point)為中心的球面上，每個(gè) 反射層61R、 61G和61B形成為具有相同球形形狀的凹曲面鏡(concave curved mirror)。該曲面鏡可以通過蝕刻等使絕緣層的表面形成為球面并如 下文所述的在球面上制造鋁層而形成。
作為實(shí)例，當(dāng)傾斜的光通量(在圖1和3中，其入射角用y指示，其色 散角(dispersion angle)用cc指示)入射時(shí)，為了將被作為反射層的曲面鏡反射的光返回并包括在偏振束分離器33的有效利用范圍內(nèi)，需要滿足下面 表達(dá)式(4)的條件。
0.9/^"/ (4)
其中，
R:以微透鏡51a的主點(diǎn)H為中心的上述的球面的半徑， f:微透鏡51a的焦距。
表達(dá)式(4)表示，作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，優(yōu)選地，作為反射層的曲面鏡的 半徑R等于或大于90%的微透鏡51a的焦距f但等于或小于100%的微透鏡 51a的焦距f。
微透鏡51 a的焦距f等于或大于大約1 OOpm (從主點(diǎn)H的空氣中轉(zhuǎn)換數(shù) 值)；從微透鏡51a的主點(diǎn)H到相對的公共電極45的距離等于或小于大約 120|im (材料中的實(shí)際距離)，X方向上像素Pr、 Pg和Pb (像素電極47R、 47G和47B,反射層61R、 61G和61B)的寬度大約為6到10pm。
據(jù)此，從紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器IIB發(fā)出、分 別被用于紅色的衍射光學(xué)裝置21R、用于綠色的衍射光學(xué)裝置21G和用于藍(lán) 色的衍射光學(xué)裝置21B漫射和成形、被場透鏡31轉(zhuǎn)變成基本平行的光束、 透射通過偏振束分離器33并進(jìn)入反射式液晶面板40的入射出射側(cè)基板50 的紅色、綠色和藍(lán)色的激光束3R、 3G和3B,被微透鏡51a分布和會聚、透 射通過液晶層41的相應(yīng)的像素Pr、 Pg和Pb (像素電極47R、 47G和47B)、 被相應(yīng)的反射層61R、 61G和61B反射、以相反的方向透射通過相同的像素 Pr、 Pg和Pb、以相反的方向從相同的微透鏡51a射出并以上述的光發(fā)散角 a被保持在基本相等的數(shù)值的狀態(tài)進(jìn)入偏振束分離器33 。
也就是，上述的用于紅色的衍射光學(xué)裝置21R將從紅色激光器IIR發(fā)出 的紅色激光束1R漫射和成形，從而紅色激光束1R最終通過微透鏡51a被引 入到液晶層41的用于紅色的像素Pr。用于綠色的衍射光學(xué)裝置21G將從綠 色激光器IIG發(fā)出的綠色激光束1G漫射和成形，從而綠色激光束1G最終 通過微透鏡51a被引入到液晶層41的用于綠色的像素Pg。用于藍(lán)色的衍射 光學(xué)裝置21B將從藍(lán)色激光器11B發(fā)出的藍(lán)色激光束1B漫射和成形，從而 藍(lán)色激光束1B最終通過微透鏡51a被引入到液晶層41的用于藍(lán)色的像素 Pb。
紅色圖像信號被施加到液晶層41的像素Pr以調(diào)制和控制像素Pr的透射
16系數(shù)，綠色圖像信號被施加到液晶層41的像素Pg以調(diào)制和控制像素Pg的 透射系數(shù)，而藍(lán)色圖像信號被施加到液晶層41的像素Pb以調(diào)制和控制像素 Pb的透射系數(shù)。
因此，在激光透射通過像素Pr后獲得紅色圖像光，在激光透射通過像 素Pg后獲得綠色圖像光，在激光透射通過像素Pb后而獲得藍(lán)色圖像光。
如圖3所示，反射層61R、 61G和61B可以不完全地如圖3所示沿5求面 延伸，而可以以比圖3的情形略大的曲率(以略小的曲率半徑)彎曲。
或者，如圖4所示，每個(gè)反射層61R、 61G和61B可以形成為平面(平 板)，而在相對側(cè)的反射層61R和61B與中間的反射層61G在相反的方向上 成角度Ti傾斜，從而反射層61R、 61G和61B近似地處于球面上。角度ri在 從大約3到5。的范圍內(nèi)。
在此情況下，盡管圖4中未示出，存在這樣的可能性，被反射層61R、 61G和61B反射的光可能泄露到相鄰的像素(子像素)或顯示單元。然而， 由于光發(fā)散角a為大約土l度并足夠地小，泄露的光量少，顏色混合引起的 顏色純度的降低很小。
<通過投影透鏡的投影>
如圖1所示，以如上所述的方式從反射式液晶面板40發(fā)出的圖像光通 量(被反射的激光束)5R、 5G和5B被偏振束分離器33反射并被投影透鏡 90通常投影為多色的圖像光在投影儀外部的屏幕上。投影透鏡卯是多個(gè)透 鏡的組合。從而多色圖像在屏幕上顯示。
<效果〉
由于上述的單板型的反射式液晶投影儀使用每個(gè)由半導(dǎo)體激光器或固 態(tài)激光器形成的紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器IIB并且還 使用用于各種顏色的衍射光學(xué)裝置21R、 21G和21B，整個(gè)投影儀的光源部 分和光學(xué)系統(tǒng)可以被顯著地小型化。
盡管衍射光學(xué)裝置21R、 21G和21B的最小衍射角具有與反射式液晶面 板40上的亮度的均勻性的折衷(trade off)關(guān)系，它可以被增大到大約30 度只要沒有失去亮度的均勻性。因此，衍射光學(xué)裝置21與場透鏡31之間的 距離可以減小，整個(gè)投影儀的長度可以減小。
具體地，整個(gè)投影儀的光學(xué)系統(tǒng)可以在尺寸上減小為在X方向和Y方 向上除了投影透鏡90之外的大約lcm的寬度、在Z方向上大約3.5cm的長度并到大約幾cm3到10cm3的體積。
此外，由于由紅色激光器IIR、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器IIB構(gòu)成 的激光器光源被用作光源，如上所述可以使光發(fā)散角oc足夠地小比如± 1度 或更小，可以使光利用效率足夠高比如30%。因此，激光器輸出功率可以減 小，這有利于抵抗熱產(chǎn)生的對策和安全的對策。
此外，當(dāng)燈用作光源時(shí)，如果沒有使用光圏等，則光發(fā)散角大(通常為 大約10度到15度)，在單板型的反射式液晶投影儀的情況下，顏色混合發(fā) 生并且顏色純度降低。然而，對于根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)例的單板型的反射式 液晶投影儀，由于如上所述光發(fā)散角cc可以足夠地小比如± 1度或更小，由 顏色混合引起的顏色純度的下降不會發(fā)生。
此外，同樣由于可以使投影透鏡90上的光入射角小，所以具有大F數(shù) 目的透鏡可以被用作投影透鏡90,可以預(yù)期在設(shè)計(jì)投影透鏡90上的自由度 增大，投影透鏡90的成本的減少。
而且，由于黑色顯示不是通過關(guān)斷各種顏色的激光束1R、 1G和1B來 實(shí)現(xiàn)，而是通過由液晶驅(qū)動(dòng)電路截?cái)嘁壕?1的相應(yīng)的顯示單元，所以圖 像的對比度沒有下降。
而且，由于如上所述光發(fā)散角cx和光入射角^可以被設(shè)定得小，由到反
本發(fā)明的基本思想還可以應(yīng)用到透射型的液晶投影儀。在此情況下，在 圖1中，反射式液晶面板40由透射式液晶面板取代，在透射式液晶面板中， 液晶層在入射側(cè)基板與出射側(cè)基板之間形成，微透鏡陣列在入射側(cè)基板上形 成，有源矩陣型的液晶驅(qū)動(dòng)電路在出射側(cè)基板上形成，從而被場透鏡31轉(zhuǎn) 換成基本平行光的各種顏色的激光束3R、 3G和3B被直接引入到透射式液 晶面板，因此它們透射通過透射式液晶面板并通過投影透鏡投影為各色的圖 像光。
然而，當(dāng)像素節(jié)距(pitch)被減小以提高液晶面板的清晰度時(shí)，像素節(jié) 距不能設(shè)定得小于對應(yīng)于波長的衍射極限。因此，圖6(A)圖解了在透射 型的液晶投影儀的情況下，像素的透射區(qū)域Ar、 Ag和Ab與透射通過透射 區(qū)域Ar、 Ag和Ab的激光的斑(spot) 4R、 4G和4B的關(guān)系，圖6 ( B )圖 解了在反射型的液晶投影儀的情況下，像素的反射區(qū)域Cr、 Cg和Cb與被 反射區(qū)域Cr、 Cg和Cb反射的激光的斑4R、 4G和4B的關(guān)系，從圖6(A)和圖6(A)可見，反射式液晶投影儀可以比透射式液晶投影儀更寬地使用
像素范圍，液晶面板可以容易地形成為高清晰度的液晶面板。
(1-2.第二實(shí)例圖7和8)
圖7示出了其中折射光學(xué)裝置用作光束漫射及成形光學(xué)裝置的情況，其 作為單板型的反射式液晶投影儀的第二實(shí)例。
同時(shí)，在本實(shí)例中，紅色激光器11R、綠色激光器IIG和藍(lán)色激光器11B 設(shè)置為光源，在本實(shí)例中，激光器IIR、 IIG和IIB設(shè)置為例如相對側(cè)上的 激光束1R和1B各自相對于中心的激光束1G以預(yù)定的角度傾斜，從而它們 可以指向場透鏡31的主點(diǎn)。
這是因?yàn)?，在折射光學(xué)裝置的情況下，不同于上述衍射光學(xué)裝置的情況， 如果中心的光束被傾斜地引入從而射出的光束的中心線彼此一致，則便于光 學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自然地，可以類似于圖1的實(shí)例使各色的激光束1R、 1G和 1B 4皮此平行。
然后，在本實(shí)例中，折射光學(xué)裝置用作光束漫射及成形光學(xué)裝置，從激 光器IIR、 11G和11B發(fā)出的激光束1R、 1G和1B例如分別透射通過入/2 板13R、 13G和13B,從而被引入到折射光學(xué)裝置23中。
折射光學(xué)裝置本身是公知的并可以參照互聯(lián)網(wǎng)上的描述(例如，URL; http:〃www.rpcphotonics.com/engineer—diffuser,htm )等。
折射光學(xué)裝置由具有不同的形狀和曲率并被二維地聚集在一起的微透 鏡構(gòu)成，并可以通過光的折射漫射和成形光束。微透鏡具有不同的曲率和半 徑，并具有大約50jam的邊的長度，入射到微透鏡的光被微透鏡折射和重疊 并最后被成形到預(yù)定的形狀，同時(shí)亮度分布也可以被均勻化。
然而，在衍射光學(xué)裝置的情況下，表面上形成的很小的衍射圖案形成衍 射圖案并且該衍射光束彼此重疊，在折射光學(xué)裝置的情況下，微透鏡折射入 射光束以會聚和漫射光束來彼此重疊，從而將光成形到預(yù)定的形狀，同時(shí)獲 得亮度分布的均勻性。
在圖7的實(shí)例中，作為折射光學(xué)裝置23，設(shè)置了這樣的折射光學(xué)裝置， 其中，該折射光學(xué)裝置漫射和成形激光束1R、 1G和1B,從而它們進(jìn)入反 射式液晶面板40的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的反射式液晶面板的液晶層41中 對應(yīng)的像素，如分別由激光束2R、 2G和2B所示。如圖8 (A)和8 (B) 中以放大的比例部分地示出，在該折射光學(xué)裝置中各色的激光束1R、 1G和
19IB共用的大量的微透鏡23a 二維地形成在一個(gè)表面?zhèn)壬?。?yīng)該注意，圖8 (B)的光9示出了入射到特定微透鏡的光的折射方式。
在折射光學(xué)裝置中，折射率只取決于形成裝置的材料的漫射關(guān)系，在可 見光區(qū)域中，相對于各色的光束的折射率基本是相等的。因此，折射光學(xué)裝 置23可以以此方式對各色的激光束1R、 2G和2B共同地使用。
如上所述的折射光學(xué)裝置23可以通過計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)并采用樹脂材料 從電鑄制造的母版(master)制造。
其他的要點(diǎn)，比如場透鏡31設(shè)置在折射光學(xué)裝置23與偏振束分離器33 之間從而被折射光學(xué)裝置23漫射和成形的各色的激光束2R、 2G和2B被分 別轉(zhuǎn)變成基本平行光的激光束、反射式液晶面板40的構(gòu)造等，與圖1的實(shí) 例中的相同。因此，在本實(shí)例中，也可以實(shí)現(xiàn)與圖1的實(shí)例的非常相似的效 果。
(1-3.反射側(cè)基板的構(gòu)造和制造方法的實(shí)例圖9和10 )
反射式液晶面板40的反射側(cè)基板(背板)60基本上可以是其上形成有 有源矩陣型的液晶驅(qū)動(dòng)電路和反射層61R、 61G和61B的任何基板。作為實(shí) 例，反射側(cè)基板60可以以如圖9中示出的方式構(gòu)造。
具體地，在本實(shí)例中，由Si02等制成的緩沖層64在由石英或硅制成的 支撐基板63上形成，由WSi等制成的雜散光入射防止層(stray light incidence preventing layer) 65在緩沖層64上形成。此外，由&02等制成的層間絕緣 層66a在雜散光入射防止層65上形成。
此外，由高溫多晶硅等制成的有源層71在層間絕緣層66a上形成，氧 化物膜(熱氧化物膜)72和73在有源層71上形成。此外，柵極電極74在 氧化物膜72上形成，存儲電容器75在氧化物膜73上形成。
而且，層間絕緣層66b在層間絕緣層66a上形成，由鋁制成的信號線76 和信號線引線層77以它們被連接到有源層71的狀態(tài)在層間絕緣層66b上形 成，層間絕緣層67在層間絕緣層66b上形成。
此外，由鈦等制成的黑色金屬層78在層間絕緣層67上形成，其中黑色 金屬層78連接到信號線引線層77,層間絕緣層68在黑色金屬層78上形成。 此外，金屬層79在層間絕緣層68上形成，其中金屬層79連接到黑色金屬 層78。
此外，層間絕緣層69在金屬層79上形成，由鋁等制成的反射層61a在層間絕緣層69中形成，其中反射層61a連接到金屬層79，接觸孔62在層間 絕緣層69中形成。此外，由ITO等制成的像素電極47a在層間絕緣層69上 形成，其中像素電極47a通過接觸孔62的內(nèi)部連接到金屬層79。
以如上所述的方式形成的反射側(cè)基板60以及入射出射側(cè)基板50設(shè)置為 其間形成小的間隙，像素電極47a和相對的公共電極45彼此相對，液晶注 入在它們之間以形成液晶層41。
TFT電路可以由如上文所述的高溫多晶硅形成，而支撐基板63由石英 制成，或者還可以由所謂的LCOS形成，其中支撐基板63由單晶硅制成。 在高溫硅的情況下，不需要隔離，掩^^莫的數(shù)目小并且可以降低成本。在單晶 硅的情況下，可以預(yù)期采用LSI技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高的清晰度并增強(qiáng)晶體管驅(qū)動(dòng)能 力。
作為實(shí)例，如上所述的反射側(cè)基板60通過圖IO中示出的方法制造。具 體地，如圖10 ( A)所示，首先，如上所述的TFT電路(圖9的從緩沖層 64到層間絕緣層68的部分)81在支撐基板63上形成，金屬層79在TFT 電路81上形成。此外，形成上述的層間絕緣層69的下層部分的層間絕緣層 69a在金屬層79上形成。
然后，層間絕緣層69a的上表面?zhèn)韧ㄟ^灰度方法(gray scale method)或 多掩模方法的光刻來干法刻蝕到如圖10 (B)中示出的球面形狀。然后如圖 IO(C)所示，在蝕刻之后反射層61在層間絕緣層69a上的整個(gè)區(qū)域上形成， 然后如圖10(D)所示，反射層61的部分被干法蝕刻以形成各個(gè)反射層61R、 61G和61B。
然后，如圖10 (E)所示，形成如上所述的層間絕緣層69的上層部分 的層間絕緣層69c形成在反射層61R、 61G和61B上，接觸孔62形成在層 間絕緣層69c中，并且各個(gè)像素電極47R、47G和47B形成在層間絕緣層69c 上。
(1-4.光學(xué)系統(tǒng)的其他實(shí)例) 從半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束并不具有圓形的截面形狀并在垂直方向
和水平方向上以不同的角度分散。然而，將被引入到衍射光學(xué)裝置或折射光
學(xué)裝置的激光束期望具有接近于圓形形狀的截面形狀。此外，從DPSS激光
器發(fā)出的激光束實(shí)際上具有相當(dāng)小的束直徑。
光發(fā)散角(X具有根據(jù)從激光器發(fā)出的激光束的束直徑的數(shù)值，光發(fā)散角oc隨著束直徑的減小而減小。因此，當(dāng)入射到上述反射式液晶面板40的激 光將被微透鏡51a會聚并被引入到相應(yīng)的像素時(shí)，為了使會聚光形狀盡可能 地小，需要盡可能地減小從激光器發(fā)出的激光束的束直徑。
然而，當(dāng)例如在圖1的實(shí)例中，用于各種顏色的衍射光學(xué)裝置21R、 21G 和21B每個(gè)形成為所謂的漫射體，該漫射體通過周期的節(jié)距在二維方向均勻 地漫射衍射光，需要將激光束在多個(gè)基本周期上分別引入到衍射光學(xué)裝置 21R、 21G和21B。如果將被引入到用于綠色的衍射光學(xué)裝置21G的激光束 1G的束直徑過小，那么綠色的衍射光不能在二維方向均勻地漫射。
因此，優(yōu)選地，將被引入到衍射光學(xué)裝置21的各色的激光束1R、 1G 和1B的束直徑為大約0.5mm到l.Omm。這是因?yàn)?，上述的基本周期在?shí)際 使用中為大約0.2mm。
因此，作為光源部分，從每個(gè)由例如半導(dǎo)體激光器形成的紅色激光器11R 和藍(lán)色激光器IIB發(fā)出的激光束1R和1B被成形以通過準(zhǔn)直透鏡(collimation lens)具有接近于圓形形狀的束截面形狀，從而在衍射光學(xué)裝置21的位置處， 束直徑大約為0.8mm,并且像散(astigmatism)被減小。同時(shí)，從由DPSS 激光器形成的綠色激光器11G發(fā)出的激光束1G的直徑被束擴(kuò)大器增大從而 它在衍射光學(xué)裝置21的位置處為大約0.6mm。
紅色激光器、綠色激光器和藍(lán)色激光器可以設(shè)置為其出射面(emergent face)(輸出面)沿一個(gè)方向延伸或排列。通過以這種方式設(shè)置激光器使其出 射面沿一個(gè)方向延伸或排列，可以增大各色的全部激光器的光量以增大圖像 的亮度并減小激光器特有的斑點(diǎn)噪聲(speckle noise )。此外，還可以將激光 器集成到一個(gè)基板上。
盡管哪種顏色的激光束定位于中心是可選的，例如，當(dāng)漫射體被用于衍 射光學(xué)裝置時(shí)，為了使上述的衍射角大，優(yōu)選地，短波長的藍(lán)色激光束處于 中心，不同于附圖中示出的實(shí)例。
應(yīng)該注意的是，盡管圖1和7的實(shí)例涉及以下情況，其中由場透鏡31 轉(zhuǎn)變成基本平行光的各色的激光束3R、 3G和3G透射通過偏振束分離器33 并被引入到反射式液晶面板40,然后被反射式液晶面板40的反射側(cè)基板60 反射，隨后從反射式液晶面板40射出的各色的圖像光通量5R、 5G和5B被 偏振束分離器33反射并被引入到投影透鏡90;相反地，其還可以被構(gòu)造和 布置為激光束3R、 3G和3G被偏振束分離器反射并被引入到反射式液晶面板，被反射式液晶面板的反射側(cè)基板反射和從反射式液晶面板射出的光的圖 像光通量透射通過偏振束分離器并被引入到投影透鏡。
作為第二實(shí)施例，雙板型的反射式液晶投影儀的實(shí)例在圖11中示出， 其采用雙反射式液晶面板用于紅色、綠色和藍(lán)色的三種顏色。
在本實(shí)例中，從由半導(dǎo)體激光器形成的紅色激光器IIR發(fā)出的紅色激光 束1R和從由半導(dǎo)體激光器形成的藍(lán)色激光器IIB發(fā)出的藍(lán)色激光束1B在 其截面形狀分別被準(zhǔn)直透鏡15R和15B改變從而接近如上所述的圓形形狀 之后被引入到折射光學(xué)裝置23。同時(shí)，從由DPSS激光器形成的綠色激光器 IIG發(fā)出的綠色激光束1G在如上所述其束直徑^C束擴(kuò)大器17G增大之后一皮 引入到折射光學(xué)裝置23。
在此情況下，激光器IIR、 IIG和IIB布置為紅色激光束1R和藍(lán)色激 光束1B的偏振方向和綠色激光束1G的偏振方向?qū)⒒ハ啻怪薄?br> 然后，紅色激光束1R和藍(lán)色激光束1B被折射光學(xué)裝置23漫射和成形， 從而它們被引入到反射式液晶面板40RB的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的相應(yīng)的 像素。同時(shí)，綠色激光束1G被漫射和成形，從而它被引入到反射式液晶面 板40G的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的像素。
在反射式液晶面板40RB中，用于形成紅色和藍(lán)色像素的液晶層在入射 出射側(cè)基板與反射側(cè)基板(背板)之間形成，微透鏡陣列在入射出射側(cè)基板 上形成，同時(shí)反射層對應(yīng)于反射側(cè)基板上的像素而形成。盡管在圖1和7中 的實(shí)例中的圖3或4中示出的反射式液晶面板40中顯示單元49由用于紅色、 綠色和藍(lán)色的成組的像素Pr、 Pg和Pb形成， 一個(gè)顯示單元由成組的紅色和 藍(lán)色像素構(gòu)成。
在反射式液晶面板40G中，用于形成綠色^f象素的液晶層在入射出射側(cè)基 板與反射側(cè)基板(背板)之間形成，遇必要時(shí)微透鏡陣列在入射出射側(cè)基板 上形成，而反射層對應(yīng)于反射側(cè)基板上的像素形成。因此， 一個(gè)顯示單元由 一個(gè)像素構(gòu)成。
由折射光學(xué)裝置23漫射和成形的紅色、綠色和藍(lán)色的激光束2R、 2G 和2B被場透鏡35轉(zhuǎn)變成基板平行光的激光束3R、 3G和3B。此外，從激 光束3R、 3G和3B當(dāng)中，紅色激光束3R和藍(lán)色激光束3B被偏振束分離器 37反射并被引入到反射式液晶面板40RB。紅色激光束3R和藍(lán)色激光束3B一皮反射式液晶面板40RB的上述反射層反射，從而它們從反射式液晶面4反 40RB射出。綠色激光束3G透射通過偏振束分離器37并被引入到反射式液 晶面板40G，然后被反射式液晶面板40G的上述反射層反射并從反射式液晶 面板40G射出。
在反射式液晶面板40RB中，用于紅色的圖像信號施加到液晶層的紅色 像素以調(diào)制和控制紅色像素的透射系數(shù)，用于藍(lán)色的圖像信號施加到液晶層 的藍(lán)色像素以調(diào)制和控制藍(lán)色像素的透射系數(shù)。
在反射式液晶面板40G中，用于綠色的圖像信號施加到液晶層的像素 (綠色像素，顯示單元)以調(diào)制和控制像素的透射系數(shù)。
因此，當(dāng)用于紅色和藍(lán)色的圖像光通量獲得為由反射式液晶面板40RB 的反射層反射并從反射式液晶面板40RB射出的紅色激光束5R和藍(lán)色激光 束5B;用于綠色的圖像光通量獲得為由反射式液晶面板40G的反射層反射 并從反射式液晶面板40G射出的綠色激光束5G。
紅色激光束5R和藍(lán)色激光束5B透射通過偏振束分離器37并被引入到 投影透鏡90,綠色激光束5G被偏振束分離器37反射并被引入到投影透鏡 卯。
因此，多色圖像光7通過投影透鏡90被投影到投影儀外的屏幕上，且 多色圖像在屏幕上顯示。
盡管圖11的實(shí)例是其中折射光學(xué)裝置23用作光束漫射及成形光學(xué)裝置 的情況，但是也可以使用類似于圖1的實(shí)例中的衍射光學(xué)裝置。
作為第三實(shí)施例，三板型的反射式液晶投影儀的實(shí)例在圖12中示出， 在該實(shí)例中彼此單獨(dú)的反射式液晶面板用于紅色、綠色和藍(lán)色的三種顏色。
在本實(shí)例中，在從紅色激光器IIR和藍(lán)色激光器IIB發(fā)出的紅色激光束 和藍(lán)色激光束的截面形狀分別被折射光學(xué)裝置23R和23B改變以接近圓形 的形狀，紅色激光束和藍(lán)色激光束被折射光學(xué)裝置23R和23B漫射和成形， 從而它們被引入到反射式液晶面板40R和40B的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的 像素。同時(shí)，從綠色激光器11G發(fā)出的綠色激光束在其束直徑被束擴(kuò)大器 17G增大后被折射光學(xué)裝置23G漫射和成形，從而它被引入到反射式液晶面 板40G的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的像素。
在反射式液晶面板40R、 40G和40B的每個(gè)中，形成像素的液晶層在入
24射出射側(cè)基板與反射側(cè)基板(背板)之間形成，遇必要時(shí)微透鏡陣列在入射 出射側(cè)基板上形成，而反射層對應(yīng)于像素在反射側(cè)基板上形成。在反射式液
晶面板40R、 40G和40B的每個(gè)上， 一個(gè)顯示單元由一個(gè)像素構(gòu)成。
由折射光學(xué)裝置23R、 23G和23B漫射和成形的紅色、綠色和藍(lán)色的激 光束2R、 2G和2B被場透鏡35R、 35G和35B分別轉(zhuǎn)變成基本平行光的激 光束3R、 3G和3B。激光束3R、 3G和3B 一皮偏振束分離器37R、 37G和37B 反射并被引入到反射式液晶面板40R、 40G和40B，隨后它們分別被反射式 液晶面板40R、 40G和40B的反射層反射并從反射式液晶面板40R、 40G和 40B射出。
在反射式液晶面板40R、 40G和40B中，用于紅色、綠色和藍(lán)色的圖像 信號施加到液晶層的像素(顯示單元)以調(diào)制和控制像素的透射系數(shù)。
因此，紅色、綠色和藍(lán)色的圖像光束獲得為分別被反射式液晶面板40R、 40G和40B的反射層反射并從反射式液晶面板40R、 40G和40B射出的紅色、 綠色和藍(lán)色的圖像光通量5R、 5G和5B。
紅色激光束5R和藍(lán)色激光束5B透射通過偏振束分離器37R和37B并 被正艾二向色梭鏡(cross dichroic prism) 39透射，然后被引入到投影透鏡 90;而綠色激光束5G透射通過偏振束分離器37G并透射通過正交二向色棱 鏡39,然后被引入到投影透鏡卯。
因此，多色圖像光7通過投影透鏡90被投影在投影儀外的屏幕上，且 多色圖像在屏幕上顯示。
在本實(shí)例中，衍射光學(xué)裝置也可以用于代替折射光學(xué)裝置23R、 23G和 23B的每一個(gè)。
圖13示出本發(fā)明的圖像再現(xiàn)裝置的實(shí)例。
在本實(shí)例中，如圖1或7的實(shí)例中的單板型的反射式液晶投影儀IIO構(gòu) 造為移動(dòng)電話終端100中的本發(fā)明的反射式液晶投影儀。
具體地，移動(dòng)電話終端IOO是可折疊型的，其中打開和關(guān)閉部分101可 以相對于基體部分(base section ) 102打開和關(guān)閉，在該打開和關(guān)閉部分101 上設(shè)置有比如液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器的顯示器和接收器揚(yáng)聲器，在該 基體部分102上設(shè)置有各個(gè)鍵和話筒擴(kuò)音器。例如，反射式液晶投影儀110 構(gòu)造在基體部分102的一個(gè)側(cè)部中，從而投影透鏡部分111向側(cè)面突出，在
25該投影透鏡部分111上設(shè)置有上文所述的投影透鏡90。
對于移動(dòng)電話終端100,圖像數(shù)據(jù)通過移動(dòng)電話通訊網(wǎng)絡(luò)獲得，或者通 過構(gòu)造于移動(dòng)電話終端100中的照相機(jī)對圖像采集對象的圖像采集獲得，以 及記錄在記錄介質(zhì)中，該記錄介質(zhì)比如為構(gòu)造于移動(dòng)電話終端100中的半導(dǎo) 體存儲器或硬盤或者安裝在移動(dòng)電話終端IOO上的存儲卡。該圖像數(shù)據(jù)被移 動(dòng)電話終端100的內(nèi)部圖像處理部分處理并被轉(zhuǎn)換成用于紅色、綠色和藍(lán)色 的圖像信號，該圖像信號施加到反射式液晶投影儀110的反射式液晶面板 40,從而多色圖像光7可以投影在移動(dòng)電話終端100外的屏幕200上。 房間的墻壁、桌子的頂板、置于桌上的紙等可以用作屏幕200。 本發(fā)明的反射式液晶投影儀不僅可以結(jié)合到移動(dòng)電話終端中，還可以結(jié) 合到處理圖像信號以再現(xiàn)圖像的任何裝置，比如數(shù)字照相機(jī)(數(shù)字靜物照相 機(jī))、視頻攝像機(jī)、移動(dòng)計(jì)算機(jī)和游戲機(jī)，該圖像信號記錄在構(gòu)建于該裝置 中或安裝在該裝置上的記錄介質(zhì)中。
權(quán)利要求
1. 一種反射式液晶投影儀，包括光源部分，具有第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器、第二激光器和第三激光器中每個(gè)由半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器構(gòu)成，并構(gòu)造為分別發(fā)射紅色、綠色和藍(lán)色的激光束；反射式液晶面板，包括液晶層，形成在入射出射側(cè)基板與反射側(cè)基板之間，并形成紅色、綠色和藍(lán)色的像素；微透鏡陣列，形成在所述入射出射側(cè)基板上并由大量微透鏡形成；以及反射層，對應(yīng)于所述像素形成在反射側(cè)基板上；光束漫射及成形光學(xué)裝置，構(gòu)造為通過光的衍射或折射來漫射和成形從所述光源部分發(fā)射的激光束，從而將所述激光束引入到所述反射式液晶面板的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的所述液晶層的相應(yīng)像素；透鏡系統(tǒng)，構(gòu)造為將由所述光束漫射及成形光學(xué)裝置漫射和成形的各色的激光束轉(zhuǎn)變成基本平行的光束；光學(xué)裝置，構(gòu)造為透射或反射由所述透鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基本平行的光束的各色的激光束，從而將各色的激光束從所述入射出射側(cè)基板引入到所述反射式液晶面板，并且進(jìn)一步通過所述微透鏡將各色的激光束引入到所述液晶層；以及投影透鏡，構(gòu)造為將透射通過所述液晶層之后被所述反射層反射、再次透射通過所述液晶層、通過所述微透鏡從所述入射出射側(cè)基板射出、并且被所述光學(xué)裝置反射或透射通過所述光學(xué)裝置的各色的圖像光束投影。
2. 如權(quán)利要求1所述的反射式液晶投影儀，其中 所述反射層是凹面鏡，所述凹面鏡具有位于以相應(yīng)的微透鏡的主點(diǎn)為中心且半徑為等于或略小于所述微透鏡的焦距的距離的球面上的凹面，所述凹 面鏡具有相同的球面形狀并指向所述微透鏡。
3. 如權(quán)利要求1所述的反射式液晶投影儀，其中所述反射層是平面鏡，所述平面鏡位于以相應(yīng)的微透鏡的主點(diǎn)為中心且 半徑為等于或略小于所述微透鏡的焦距的距離的球面上，所述平面鏡指向所述微透鏡。
4. 如權(quán)利要求1所述的反射式液晶投影儀，其中所述反射式液晶面板的每個(gè)像素電極在各角落部分電連接到所述反射 層中相應(yīng)的一個(gè)。
5.—種反射式液晶投影儀，包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器、第二激光器 和第三激光器的每個(gè)由半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器形成，并構(gòu)造為分別發(fā)射 紅色、綠色和藍(lán)色中的第一顏色、第二顏色和第三顏色的激光束；第一反射式液晶面板，包括液晶層，形成在入射出射側(cè)基板與反射側(cè) 基板之間，并形成第一顏色的像素；以及反射層，對應(yīng)于所述像素形成在所 述反射側(cè)基板上；第二反射式液晶面板，包括液晶層，形成在入射出射側(cè)基板與反射側(cè) 基板之間，并形成第二顏色和第三顏色的像素；微透鏡陣列，形成在所述入 射出射側(cè)基板上并由大量微透鏡形成；以及反射層，對應(yīng)于所述像素形成于 所述反射側(cè)基板上；光束漫射及成形光學(xué)裝置，構(gòu)造為通過光的衍射或折射來漫射和成形從 所述第一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器發(fā)射的第一顏色、第二 顏色和第三顏色的激光束，從而第 一顏色的激光束被引入到所述第 一反射式 液晶面板的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域，第二顏色的激光束和第三顏色的激光束被 引入到所述第二反射式液晶面板的顯示區(qū)域的整個(gè)區(qū)域上的所述第二反射 式液晶面板的所述液晶層的相應(yīng)的像素；透鏡系統(tǒng)，構(gòu)造為將由所述光束漫射及成形光學(xué)裝置漫射和成形的第一 顏色、第二顏色和第三顏色的激光束轉(zhuǎn)變成基本平行的光束；光學(xué)裝置，構(gòu)造為透射或反射被所述透鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基本平行的光束的 第一顏色的激光束，并透射或反射由所述透鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基本平行的光束的 第二顏色和第三顏色的激光束，從而將所述第一顏色的激光束引入到所述第 一反射式液晶面板的所述液晶層，并且將所述第二顏色和第三顏色的激光束 引入到所述第二反射式液晶面板的所述液晶層；以及投影透鏡，構(gòu)造為將透射通過所述液晶層后在所述第一反射式液晶面板 中由所述反射層反射、再次透射通過所述液晶層、從所述入射出射側(cè)基板射 出、并由所述光學(xué)裝置反射或透射通過所述光學(xué)裝置的第一顏色的圖像光投 影，以及將透射通過所述液晶層之后在所述第二反射式液晶面板中由所述反 射層反射、再次透射通過所述液晶層、從所述入射出射側(cè)基板通過所述微透鏡射出、并且透射通過所述光學(xué)裝置或由所述光學(xué)裝置反射的第二顏色和第 三顏色的圖像光投影。
6.—種反射式液晶投影儀，包括第一激光器、第二激光器和第三激光器，所述第一激光器、第二激光器 和第三激光器的每個(gè)由半導(dǎo)體激光器或固態(tài)激光器形成，并構(gòu)造為分別發(fā)射 紅色、綠色和藍(lán)色的激光束；分別用于紅色、綠色和藍(lán)色的第一反射式液晶面板、第二反射式液晶面 板和第三反射式液晶面板，所述第一反射式液晶面板、第二反射式液晶面板 和第三反射式液晶面板每個(gè)包括液晶層，形成在入射出射側(cè)基板與反射側(cè) 基板之間，并形成大量的像素；以及反射層，對應(yīng)于所述像素形成在所述反 射側(cè)基板上；第一光束漫射及成形光學(xué)裝置、第二光束漫射及成形光學(xué)裝置和第三光 束漫射及成形光學(xué)裝置，構(gòu)造為通過光的衍射或折射來漫射和成形從所述第 一激光器、所述第二激光器和所述第三激光器發(fā)射的紅色、綠色和藍(lán)色的激 光束，從而將所述紅色、綠色和藍(lán)色的激光束分別引入到所述第一反射式液 晶面板、所述第二反射式液晶面板和所述第三反射式液晶面板的顯示區(qū)域的 整個(gè)區(qū)域；第一透鏡系統(tǒng)、第二透鏡系統(tǒng)和第三透鏡系統(tǒng)，構(gòu)造為將由所述第一光 束漫射及成形光學(xué)裝置、所述第二光束漫射及成形光學(xué)裝置和所述第三光束 漫射及成形光學(xué)裝置漫射和成形的紅色、綠色和藍(lán)色的激光束轉(zhuǎn)變成基本平 行的光束；第一光學(xué)裝置、第二光學(xué)裝置和第三光學(xué)裝置，構(gòu)造為透射或反射由所 述第 一透鏡系統(tǒng)、所述第二透鏡系統(tǒng)和所述第三透鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基本平行的 光束的紅色、綠色和藍(lán)色的激光束，將所述紅色、綠色和藍(lán)色的激光束分別 引入到所述第一反射式液晶面板、所述第二反射式液晶面板和所述第三反射 式液晶面板的液晶層；第四光學(xué)裝置，構(gòu)造為合成透射通過所述液晶層之后在所述第一反射式 液晶面板、所述第二反射式液晶面板和所述第三反射式液晶面板中由所述反 射層反射，再次透射通過所述液晶層，從所述入射出射側(cè)基板射出，并且透 射通過所述第一光學(xué)裝置、所述第二光學(xué)裝置和所述第三光學(xué)裝置或者被所 述第一光學(xué)裝置、所述第二光學(xué)裝置和所述第三光學(xué)裝置反射的紅色、綠色和藍(lán)色的圖像光；以及投影透鏡，構(gòu)造為將來自所述第四光學(xué)裝置的圖像光投影。
7. —種圖像再現(xiàn)裝置，包括構(gòu)造于其中的根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一所 述反射式液晶投影儀。
全文摘要
反射式液晶投影儀被小型化到一定尺寸以可以被結(jié)合在比如移動(dòng)電話終端的小的裝置中。紅色、綠色和藍(lán)色激光束(1R、1G、1B)被衍射光學(xué)裝置(21R、21G、21B)漫射，從而每個(gè)光束完全漫射在反射式液晶面板(40)顯示區(qū)域上并進(jìn)入液晶層(41)的相應(yīng)的像素。被漫射的激光束(2R、2G和2B)通過場透鏡(31)和偏振束分離器(33)輸入到反射式液晶面板(40)。紅色、綠色和藍(lán)色的像素形成在反射式液晶面板(40)上，微透鏡陣列形成在入射/出射側(cè)基板(50)上，并且在相對側(cè)的基板(60)上，反射層對應(yīng)于每個(gè)像素形成。每種顏色的激光束由微透鏡分布并會聚并輸入到相應(yīng)的像素，然后由相應(yīng)的反射層反射?？梢允褂谜凵涔鈱W(xué)裝置替代衍射光學(xué)裝置。
文檔編號G03B21/00GK101454716SQ200780019468
公開日2009年6月10日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者貝瀬喜久夫 申請人:索尼株式會社