專利名稱：費(fèi)涅爾透鏡和液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有遮光層的費(fèi)涅爾透鏡和一種顯示裝置，這種顯示裝置諸如包括放大費(fèi)涅爾透鏡的液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置可以具有較薄的結(jié)構(gòu)，并已經(jīng)被用在很多應(yīng)用中。近來，已經(jīng)開發(fā)了大屏幕投影式液晶顯示裝置。一種典型的投影式液晶顯示裝置，包括將放大圖象投影到屏幕上的投影透鏡。另外，可以用投影透鏡以外的光學(xué)元件來放大圖象。
例如，Japanese Unexamined Patent Publication(Kokai)No.5-188340公布了一種投影式液晶顯示裝置，它包括液晶顯示裝置、用于放大液晶顯示裝置產(chǎn)生的圖象的費(fèi)涅爾透鏡、以及一個屏幕。在此情況下，該液晶顯示裝置還包括會聚透射元件陣列和屏幕。每一個會聚透射元件陣列都適于形成一個與物大小相同的直立的實(shí)象，且各個費(fèi)涅爾透鏡都用于放大來自會聚透射元件陣列的圖象。
這些會聚透射元件，是由直徑為1mm至2mm的透明桿形式的塑料或者玻璃制成的，從而使各個透明桿的折射率沿著其徑向改變。通過適當(dāng)選擇其長度和折射率分布，可以用各個會聚透射元件來形成具有與物相同的大小的直立實(shí)象。多個會聚透射元件，以彼此接近的方式設(shè)置，且這些元件的端表面被設(shè)置成一行或在一個平面中，從而形成一行或一個陣列的會聚透射元件。會聚透射元件陣列，可以被用作成象裝置，用于產(chǎn)生具有與物相同的大小的直立實(shí)象。與通常的球面透鏡相比，采用這種會聚透射元件陣列的成象裝置具有一些優(yōu)點(diǎn)，即焦距非常短促，且光學(xué)性能在行或平面上是均勻的，從而不需要對透鏡之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。
然而，當(dāng)這種會聚透射元件陣列被用作成象裝置時，不能改變圖象的放大率，雖然可以通過改變元件的長度來改變各個會聚透射元件的放大率。這是由于各個會聚透射元件產(chǎn)生的放大圖象，一個在一個之上地被不一致地重疊在陣列中，且不能形成正常的圖象。因此，會聚透過元件陣列只能夠被用作全尺寸的成象裝置，且需要在會聚透過元件陣列之外提供一放大裝置。
Japanese Examined Patent Publications(Kokoku)No.58-33526和No.61-12249，公布了一種成象裝置，它包括會聚透過元件陣列和作為放大裝置的凸透鏡和凹透鏡，這些透鏡被設(shè)置在會聚透過元件陣列的入射側(cè)或外射側(cè)。凸透鏡或凹透鏡可以是單透鏡或由多個透鏡元件組成的復(fù)合透鏡，以實(shí)現(xiàn)所希望的放大率。然而，當(dāng)把這種成象裝置與放大裝置一起用在液晶顯示裝置中時，產(chǎn)生了一問題，即透鏡的分辨率從中心部分到周邊區(qū)域是變化的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果在4(1p/mm)即每毫米四對白和黑點(diǎn)的條件下，如果分辨率MTF大于50％，則可以獲得良好的圖象。然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，通常難于獲得具有大于50％的分辨率MTF的圖象。光需要以相對于液晶顯示板的法線成大約10度的角度，通過液晶顯示板的周邊區(qū)域，以保證分辨率MTF大于50％。在周邊區(qū)域的角度越小，裝置的放大率越小。其結(jié)果，在與會聚透過元件陣列一起采用凸透鏡或凹透鏡的情況下，不可能實(shí)現(xiàn)具有薄結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置，雖然會聚透過元件陣列本身能夠提供具有薄結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置。
因此，需要一種放大元件，它能夠與會聚透過元件陣列一起使用，且它能夠?qū)崿F(xiàn)具有薄結(jié)構(gòu)的液晶顯示裝置。在上述Japanese-Unexamined Patent Publication(Kokai)No.5-188340中，公布了與會聚透過元件陣列一起采用的費(fèi)涅爾透鏡，但在此現(xiàn)有技術(shù)中沒有公布這種費(fèi)涅爾透鏡的使用方式。本發(fā)明人近來發(fā)現(xiàn)，如果將費(fèi)涅爾透鏡用作放大元件，可以獲得良好的結(jié)果。
進(jìn)一步地，在液晶顯示裝置中，一個問題是，在屏幕的周邊區(qū)域上圖象的亮度，相對于屏幕中心區(qū)域上的圖象亮度，被減小了。
本發(fā)明的目的，是提供一種費(fèi)涅爾透鏡，它具有這樣的構(gòu)造，即使得光入射到其具有結(jié)構(gòu)的表面上。
本發(fā)明的另一目的，是通過適當(dāng)設(shè)置費(fèi)涅爾透鏡，來提供具有薄結(jié)構(gòu)的顯示裝置。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種顯示裝置，其中屏幕的亮度得到了改善。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一個費(fèi)涅爾透鏡，它包括本體，該本體具有平坦的表面和具有結(jié)構(gòu)的表面并具有周期性的脊。每一個脊都包括平坦的頂—該頂與平坦的表面大于上平行地延伸—以及至少一個從平坦的頂向平坦的表面延伸的傾斜表面，以及設(shè)置在各個脊的平坦的頂上的遮光層。
該平坦的頂最好具有根據(jù)脊的位置而變化的寬度。在此情況下，至少一個傾斜表面包括一個誤解主傾斜表面—它被設(shè)置在平坦的頂?shù)囊粋?cè)并得到適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，以使光主要從主傾斜表面和設(shè)置在平坦的頂?shù)呐c主傾斜表面不同的另一側(cè)上的副傾斜表面，入射到本體。
平坦的頂?shù)膶挾茸詈糜梢韵玛P(guān)系確定d=ptanrtan(90-θ1)+tanr×[1-tanθ2tanr]----(1)]]>其中d是平坦的頂?shù)膶挾?，p是脊的間距，r是從主傾斜表面入射到本體上的主光線與軸之間的角度，θ1是主傾斜表面相對于平坦的表面的角度，且θ2是副傾斜表面相對于軸的角度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種顯示裝置，它包括至少一個圖象調(diào)節(jié)器、一個會聚透過元件陣列，它接收來自所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的光以形成一個直立實(shí)象；一個費(fèi)涅爾透鏡，它包括具有平坦表面的本體和帶有周期性的脊的具有結(jié)構(gòu)的表面，該費(fèi)涅爾透鏡得到適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，從而使光從會聚透過元件陣列入射到費(fèi)涅爾透鏡的具有結(jié)構(gòu)的表面上；以及，一個屏幕，它接收經(jīng)過會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡而來自所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的光。
各個脊最好包括一個平坦的頂和至少一個傾斜表面，該平坦的頂大于上與平坦表面平行地延伸，該傾斜表面從平坦的頂向著平坦表面延伸；且在各個脊的平坦的頂上提供了一個遮光層。
這些平坦的頂最好具有根據(jù)脊的位置而改變的寬度。該至少一個傾斜表面最好包括一個主傾斜表面，它被設(shè)置在平坦的頂?shù)囊粋?cè)并得到適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，從而使光主要從主傾斜表面入射到本體上；以及，一個副傾斜表面，它被設(shè)置在平坦的頂與主傾斜表面不同的一側(cè)上。
該至少一個圖象調(diào)節(jié)器，最好包括多個液晶顯示板，且會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡被設(shè)置在每一個液晶顯示板上。最好設(shè)置四組液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡，且各組被設(shè)置在矩形區(qū)域的各個四分之一部分中，屏幕的總顯示區(qū)域，比從一組液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡接收圖象所需的顯示區(qū)域大四倍。
在屏幕上或附近且在相鄰的液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡組之間，設(shè)置有隔板，以防止光從一組散射到相鄰的組中。
屏幕最好具有預(yù)定的顯示區(qū)域，且所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器具有適當(dāng)設(shè)置的主顯示區(qū)域和周邊補(bǔ)償區(qū)域，從而使主顯示區(qū)域經(jīng)過會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡而在預(yù)定的顯示區(qū)域上形成一個圖象，且周邊補(bǔ)償區(qū)域在預(yù)定的顯示區(qū)域之外經(jīng)過會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡而形成一個圖象。所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的周邊補(bǔ)償區(qū)域最好受到控制，以提供一個圖象，該圖象大體上與從周邊補(bǔ)償區(qū)域附近的至少一個圖象調(diào)節(jié)器的主顯示區(qū)域提供的一個圖象的一部分，是大體相同的。
在兩個相鄰液晶顯示板之間，一個液晶顯示板的所述周邊補(bǔ)償區(qū)域最好得到控制，以提供一個圖象，該圖象與從相鄰的液晶顯示板的主顯示區(qū)域提供的圖象的一部分大體上相同，該液晶顯示板在所述一個液晶顯示板的周邊補(bǔ)償區(qū)域的附近。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一個顯示裝置，它包括至少一個圖象調(diào)節(jié)器；光學(xué)透鏡，用于放大所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的圖象輸出；一個屏幕，用于接收經(jīng)過所述光學(xué)透鏡而來自所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的圖象，該屏幕具有預(yù)定的顯示區(qū)域，且所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器具有適當(dāng)設(shè)置的主顯示區(qū)域和周邊補(bǔ)償區(qū)域，從而使主顯示區(qū)域經(jīng)過所述光學(xué)透鏡在該預(yù)定的顯示區(qū)域上形成了一個圖象，且所述周邊補(bǔ)償區(qū)域經(jīng)過所述光學(xué)透鏡在該預(yù)定的顯示區(qū)域之外形成了一個圖象。
從以下結(jié)合附圖對最佳實(shí)施例的描述，可以更好地理解本發(fā)明。在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的液晶顯示裝置的剖視圖；圖2是平面圖，顯示了圖1的四個液晶顯示板的設(shè)置；圖3A至3C顯示了圖1的一個會聚透射元件的特征；圖4顯示了光在會聚透射元件中的傳播；圖5顯示了直立實(shí)象的形成，該象具有與物相同的大??；圖6是圖1的會聚透過元件陣列的示意立體圖；圖7顯示了成象表面和分辨率是如何減小的；圖8是圖1的費(fèi)涅爾透鏡的橫向剖視圖；圖9是圖8的費(fèi)涅爾透鏡的部分平面圖；圖10是圖8和9的費(fèi)涅爾透鏡的一部分的橫向剖視圖；圖11是傳統(tǒng)的費(fèi)涅爾透鏡的橫向剖視圖；圖12與圖10類似，但包括了幾個參數(shù)，用于計算在費(fèi)涅爾透鏡的具有結(jié)構(gòu)的表面的脊的平坦的頂上的遮光層的寬度；圖13是修正的液晶顯示板的平面圖；圖14顯示了由液晶顯示板的主顯示區(qū)域和周邊補(bǔ)償區(qū)域產(chǎn)生的圖象；圖15顯示了在屏幕上由兩個相鄰液晶顯示板產(chǎn)生的圖象；
圖16顯示了由主顯示區(qū)域產(chǎn)生的圖象，以及由圖15的液晶顯示板的周邊補(bǔ)償區(qū)域的圖象；圖17是與圖13的設(shè)置類似的液晶顯示裝置的示意橫向剖視圖；圖18是橫向剖視圖，顯示了從主顯示區(qū)域和周邊補(bǔ)償區(qū)域至屏幕的光的路徑；圖19是平面圖，顯示了屏幕上的一個象素；圖20是屏幕上的圖象的幾個象素的平面圖；且圖21顯示了在屏幕的周邊區(qū)域上的圖象亮度是如何減小的。
圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示裝置10。液晶顯示裝置10包括四液晶顯示板12，這些液晶顯示板12被設(shè)置在一個矩形區(qū)域的各個四分之一部分中。各個液晶顯示板12包括一個有效顯示區(qū)12a和位于該有效顯示區(qū)12a周圍的非顯示區(qū)12b；該非顯示區(qū)12b是將驅(qū)動電路等等連接到板上以對板上的液晶進(jìn)行驅(qū)動所需要的。因此，在非顯示區(qū)12b上沒有形成圖象，且如果直接地看四液晶顯示板12的話，就形成了不連續(xù)的圖象。該實(shí)施例通過提供放大元件，而從四個液晶顯示板12的不連續(xù)圖象實(shí)現(xiàn)了連續(xù)多重顯示。
在圖1中，液晶顯示裝置10包括在板12的后側(cè)上的背景燈14，以及設(shè)置在各個板12的前側(cè)上的會聚透射元件陣列16。各個會聚透過元件陣列16的面積，大于有效顯示區(qū)12a的面積，通過小于包括非顯示區(qū)12b的板12的總面積。各個會聚透過元件陣列16都能夠形成與物大小相同的直立實(shí)象，即液晶顯示板12產(chǎn)生的圖象。
液晶顯示裝置10包括分別設(shè)置在會聚透過元件陣列16的輸出側(cè)上的費(fèi)涅爾透鏡18。各個費(fèi)涅爾透鏡18包括一個透明體，該透明體具有平坦表面18a和橫截面為鋸齒形的成形表面18b，并帶有同心的周期性的脊19，如圖8和9所示。在本發(fā)明中，費(fèi)涅爾透鏡18得到適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，從而使光主要入射到費(fèi)涅爾透鏡18的成形表面18b上。在圖1中的設(shè)置中，成形表面18b對著陣列16。平坦表面18a因而被設(shè)置在光出射側(cè)上。
液晶顯示裝置10還包括一個屏幕22，它具有在費(fèi)涅爾透鏡18的前側(cè)上的屏幕費(fèi)涅爾透鏡20。從費(fèi)涅爾透鏡18發(fā)射的光束以發(fā)散的方式向屏幕22行進(jìn)，從而使相鄰的費(fèi)涅爾透鏡18發(fā)出的光束在屏幕22上相遇而沒有間斷。因此，觀看屏幕22的人不能看到液晶顯示板12的非顯示區(qū)12b。液晶顯示板12是圖象調(diào)制裝置的一例子，其他類型的圖象調(diào)制裝置(它合并光)也是可以采用的。
陣列16包括多個會聚透射元件16a，且在圖3A至3C中顯示了一個會聚透射元件16a的特征。會聚透射元件16a由直徑1mm至2mm的透明桿式的塑料或玻璃制成。元件16a體內(nèi)的折射率沿著徑向改變，如圖3C所示。折射率n(r)的分布，由以下公式表示n(r)＝n0(1-g2r2/2)其中r是距縱軸的距離，n0是縱軸上的折射率，且g是折射率的分布常數(shù)。
光從會聚透射元件16a的端表面進(jìn)入，且光在通過會聚透射元件16a的同時，向其折射率較高的部分彎曲，從而使光沿著周期性的蛇形路徑行進(jìn)，如圖4所示。周期P由P＝2/π/g表示。如果會聚透射元件16a的長度Z按照關(guān)系P/2＜Z＜3P/4選擇，則能夠形成具有與物相同的大小的直立實(shí)象，如圖5所示。距離L是物與圖象之間的距離。
圖6顯示了這樣的情況，即其中會聚透射元件16a以彼此相距很近的方式排列，且它們的端表面被設(shè)置在一條線上或一個平面中，從而形成陣列16。借助陣列16可以形成具有與物相同的大小的直立實(shí)象。采用會聚透射元件16a組成的陣列16的成象裝置，具有焦距非常短和線或平面上的光學(xué)性能均勻的優(yōu)點(diǎn)。然而，會聚透射元件16a組成的陣列16不能改變圖象相對于物的放大率，雖然當(dāng)元件16的長度改變時各個會聚透射元件16a的放大率可以改變。這是由于各個會聚透射元件16a形成的放大圖象在陣列16上不一致地彼此疊加在一起，且在陣列16上沒有形成正常的圖象。因此，會聚透射元件16a組成的陣列16只能夠被用作全尺寸成象裝置，且費(fèi)涅爾透鏡18被用作放大裝置。
在該實(shí)施例中，液晶顯示板12的有效區(qū)域12a為211.2mm×158.4mm，且所需的放大率(有效區(qū)域12a的面積與無效區(qū)域12的面積之和除以有效區(qū)域12a的面積)為1.09。對于會聚透射元件16a，折射率n為1.507，折射率的分布常數(shù)g為0.1847，長度Z為18.89mm，且直徑為1.18mm。放大費(fèi)涅爾透鏡18用折射率為1.494的丙烯制成，并具有這樣的曲率半徑—即其中中心曲率(cuy)為-0.00813668，二階常數(shù)為-0.775202×10-8，三階常數(shù)為0.318549×10-13，四階常數(shù)為-0.720974×10-19，且五階常數(shù)為-0.717576×10-25。從費(fèi)涅爾透鏡18的最外周邊位置發(fā)出的光相對于費(fèi)涅爾透鏡18的法線的夾角為28.3度。屏幕費(fèi)涅爾透鏡20用于會聚以相對于平行光束的各種角度從放大費(fèi)涅爾透鏡18發(fā)出的光束，并且是由折射率為1.537的MS制成的。此例中的分辨率MTF在下表中顯示
在另一個實(shí)施例中，費(fèi)涅爾透鏡18的成形表面18b的形狀，得到了改變，從而使從費(fèi)涅爾透鏡18的最外周邊部分發(fā)出的光的角度(AEP)得到改變。在改變角度(AEP)的同時檢驗分辨率MTF。在此例中，會聚透射元件16a的折射率n為1.505，折射率g的分布常數(shù)為0.1847，長度Z為18.895mm，且距離L為20mm。費(fèi)涅爾透鏡18的厚度為2mm，且折射率為1.494。費(fèi)涅爾透鏡18與會聚透射元件16a組成的陣列16相接觸地設(shè)置。在此設(shè)置中，費(fèi)涅爾透鏡18的曲率被設(shè)定為拋物形，從而使得與費(fèi)涅爾透鏡18的光軸平行的光束(稱為主光束)以角度(AEP)從費(fèi)涅爾透鏡18的最外周邊部分出射，且焦點(diǎn)處于通過費(fèi)涅爾透鏡18的線的位置上。在此例中的分辨率MTF，被顯示在下表中。應(yīng)該注意的是，成形表面18b位于光入射側(cè)，且平坦表面18a位于光出射側(cè)。
如從該表中可見，即使在40度的角度(AEP)，所獲得的MTF值是令人滿意的。注意這一結(jié)果是在這樣的設(shè)置中獲得的，即其中成形表面18b位于光入射側(cè)且平坦表面18a位于光出射側(cè)。
可以說，圖象基本上是在一個平面上形成的，然而，成象表面是有些彎曲的。因此，如果焦點(diǎn)處于通過費(fèi)涅爾透鏡18的中心的一條直線上的一個位置，則在周邊位置上的MTF值會有所減小。在上述表中，在(AEP)為10至30度處的MTF值，是當(dāng)焦點(diǎn)處于通過費(fèi)涅爾透鏡18的中心的一條直線上的一個位置時獲得的，但在40度角度(AEP)處的MTF值，是當(dāng)焦點(diǎn)得到調(diào)節(jié)從而使費(fèi)涅爾透鏡18中心處的MTF值與費(fèi)涅爾透鏡18的最外周邊部分處的MTF值相等時，所獲得的。
以下的表，顯示了當(dāng)平坦表面18a處于光入射側(cè)且成形表面18b處于光出射側(cè)且其他的條件與上述例子中的相同時，所獲得的分辨率MTF的最佳測試結(jié)果。該結(jié)果應(yīng)該與當(dāng)成形表面18b處于光入射側(cè)且平坦表面18a處于光出射側(cè)時獲得的分辨率MTF進(jìn)行比較。
根據(jù)通過觀測屏幕而進(jìn)行的估計，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的圖象，當(dāng)在4(1p/mm)的條件下MTF值大于50％時，是良好的。因此，在此比較測試中，可以說等于或小于13度的角度(AEP)是令人滿意的，但費(fèi)涅爾透鏡的彎曲被限制在這一范圍內(nèi)。
本發(fā)明人進(jìn)行了進(jìn)一步嘗試，以分析當(dāng)平坦表面18a處于光入射側(cè)且成形表面18b處于光出射側(cè)時分辨率MTF減小的原因。
如圖7所示，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，費(fèi)涅爾透鏡18的焦距，當(dāng)位置從費(fèi)涅爾透鏡18的中心向著其周邊移動時，變得較短，且成象表面相對于屏幕22發(fā)生了畸變，如虛線F所示。在圖7中，顯示了會聚透射元件16a組成的陣列16和費(fèi)涅爾透鏡18，但費(fèi)涅爾透鏡18是這樣設(shè)置的，即成形表面18b處于光出射側(cè)。
在對畸變成象表面的分析中，注意光束30和31之間的角度(AIM)，光束30和31在主光束的兩側(cè)且它們與主光束的夾角是相同的。光束30和31的角度(AIM)，當(dāng)光入射到費(fèi)涅爾透鏡18上時，變得較小，且當(dāng)光從費(fèi)涅爾透鏡18出射時角度(AIM)變得較大，而不論哪一個表面位于光入射側(cè)。這種傾向，當(dāng)入射或匯合的光與入射或出射表面之間的夾角增大時，得到增強(qiáng)，即，這種傾向?qū)τ诔尚伪砻?8b是較強(qiáng)的。因此，光束30和31之間的角度(AIM)，在其中光從成形表面18b出射的設(shè)置中，變得較大，且當(dāng)角度(AIM)較大時圖象被形成在比屏幕22遠(yuǎn)的位置，因而減小了分辨率MTF。在其中光從平坦表面18a出射的情況下，角度(AIM)沒有變得這樣大，且在此情況下，可以在屏幕22上形成圖象。
圖10顯示了圖1的費(fèi)涅爾透鏡18的細(xì)節(jié)。如上所述，費(fèi)涅爾透鏡18具有平坦表面18a和成形表面18b，而成形表面18b上帶有同心的周期性的脊19。各個脊19都包括一個大于上與平坦表面18a平行地延伸的平坦的頂19a和一個從平坦的頂19a向著平坦表面18a延伸的傾斜表面19b。在平坦的頂19a與傾斜表面19b相對的一側(cè)上，設(shè)置有一個較小表面19c。在各個脊19的平坦的頂19a上，設(shè)置有一個遮光層19d。遮光層19d，可以借助印刷，而容易地形成，因為平坦的頂19a與平坦表面18a平行。
圖11顯示了傳統(tǒng)的具有脊19的費(fèi)涅爾透鏡18。應(yīng)該理解的是，圖10的平坦的頂19a是通過切斷圖10的脊19的頂部而形成的。在圖10所示的傳統(tǒng)費(fèi)涅爾透鏡18中，有一個問題，即散射的光束產(chǎn)生重影。即，如果光S在較小表面19c附近的位置入射在傾斜表面19b上，光線S被較小表面19c所反射，并不受控制地改變了其路徑，從而引起了重影。設(shè)置遮光層19d，就是為了解決這一問題。
如從圖8可見，脊19的形狀或斜率，根據(jù)脊19上的位置而改變，且平坦的頂19d的寬度最好根據(jù)脊19上的位置而改變。
如圖12所示，表面19c可以相對于平坦表面18a而傾斜，以制作費(fèi)涅爾透鏡18。如同將要解釋的，設(shè)置在平坦的頂19a的一側(cè)的主傾斜表面19b，是這樣設(shè)計的，即光主要從主傾斜表面19b入射到費(fèi)涅爾透鏡18的本體上，且副傾斜表面19c被設(shè)置在平坦的頂19a上與主傾斜表面19b相背的另一側(cè)上。
平坦的頂19a的寬度，最好由以下關(guān)系確定d=ptanrtan(90-θ1)+tanr×[1-tanθ2tanr]----(1)]]>其中d是平坦的頂19a的寬度，p是脊19的間距，r是從主傾斜表面19b入射到本體上的主光線相對于軸的角度，θ1是主傾斜表面19b相對于平坦表面18a的角度，且θ2是副傾斜表面19c相對于費(fèi)涅爾透鏡18的軸的角度。
圖13、17和18顯示了修正的液晶顯示裝置10，它包括四組液晶顯示板12、會聚透射元件16a組成的陣列16和費(fèi)涅爾透鏡18、以及屏幕22。這四組被設(shè)置在矩形區(qū)域的相應(yīng)四分之一部分上。屏幕22的總顯示區(qū)域，比從一組液晶顯示板12、會聚透射元件16a組成的陣列16和費(fèi)涅爾透鏡18接收圖象所需的預(yù)定的顯示區(qū)域22p大四倍。即，屏幕22對于每一個液晶顯示板12，都具有預(yù)定的顯示區(qū)域22p。
在相鄰兩組液晶顯示板12、會聚透射元件16a組成的陣列16和費(fèi)涅爾透鏡18之間的屏幕22上或附近，設(shè)置有一個隔板26，以防止光從一組散射到相鄰的組中。
各個液晶顯示板12，包括有效顯示區(qū)12a和在有效顯示區(qū)12a周圍的非顯示區(qū)12b，如結(jié)合圖2所描述的。有效顯示區(qū)12a被分成主顯示區(qū)域12x和周邊補(bǔ)償區(qū)域12y。主顯示區(qū)域12x，經(jīng)過會聚透射元件16a組成的陣列16和費(fèi)涅爾透鏡18，在預(yù)定的顯示區(qū)域22p上形成圖象。周邊補(bǔ)償區(qū)域12y，經(jīng)過會聚透射元件16a組成的陣列16和費(fèi)涅爾透鏡18，剛好在預(yù)定的顯示區(qū)域22p的外側(cè)形成圖象。即，周邊補(bǔ)償區(qū)域12y對于屏幕22上的實(shí)際圖象的形成沒有貢獻(xiàn)，但補(bǔ)償了液晶顯示板12的周邊區(qū)域中的亮度損失。作為一個例子，有效顯示區(qū)12a包括640×480個象素，且主顯示區(qū)域12x包括620×465個象素。
如圖14所示，液晶顯示板12的周邊補(bǔ)償區(qū)域12y受到了控制，以提供一個圖象I1，該圖象I1與來自周邊補(bǔ)償區(qū)域12y附近的液晶顯示板12主顯示區(qū)域12x的圖象的部分I1基本相同。
如圖15和16中所示，液晶顯示板12的周邊補(bǔ)償區(qū)域12y，受到控制，以提供一個圖象I2，而圖象I2與來自相鄰液晶顯示板12的主顯示區(qū)域12x的圖象部分I2基本相同，而該主顯示區(qū)域12x位于所述液晶顯示板12的周邊補(bǔ)償區(qū)域12y附近。
圖19顯示了屏幕22上的圖象的一個元素50。元素50應(yīng)該是幾條光束聚焦在其上的一個點(diǎn)，但在實(shí)際中，由于放大費(fèi)涅爾透鏡18的象差，光束將散布在一定的區(qū)域51上。因此，元素50的亮度被減小了。圖20顯示了幾元素50、50a、50b、50c、和50d，以及它們的散布區(qū)域51、51a、51b、51c和51d。元素50接收從其他元素50a、50b、50c和50d來的光，且元素50的亮度將在一定程度得到補(bǔ)償。圖21顯示了當(dāng)沒有提供周邊補(bǔ)償區(qū)域12y時屏幕22的周邊部分。其中在屏幕22的周邊部分上有幾個元素50、50a、50b、50c和50d，以及它們的散布區(qū)域51、51a、51b、51c和51d，但這些元素的亮度沒有得到補(bǔ)償，因為在預(yù)定的顯示區(qū)域22p之外沒有多余的光分量。
如圖18所示，周邊補(bǔ)償區(qū)域12y在預(yù)定的顯示區(qū)域22p之外產(chǎn)生了光，但對實(shí)際圖象的形成沒有貢獻(xiàn)，但從周邊補(bǔ)償區(qū)域12y發(fā)出的光可以包括散射光成分—這些散射光成分對屏幕22的周邊部分上的亮度降低進(jìn)行了補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.一種費(fèi)涅爾透鏡，包括一個本體，該本體具有一個平坦表面和一個帶有周期性的脊的具有結(jié)構(gòu)的表面；各個脊包括一個平坦的頂和至少一個傾斜表面，該平坦的頂與該平坦表面大體平行地延伸，且該傾斜表面從該平坦的頂向著該平坦表面延伸；以及設(shè)置在各個脊的平坦的頂上的遮光層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的費(fèi)涅爾透鏡，其中平坦的頂?shù)膶挾雀鶕?jù)脊的位置而改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的費(fèi)涅爾透鏡，其中至少一個傾斜表面包括設(shè)置在平坦的頂?shù)囊粋?cè)上的主傾斜表面和設(shè)置在平坦的頂與主傾斜表面相背的另一側(cè)上的副傾斜表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的費(fèi)涅爾透鏡，其中平坦的頂?shù)膶挾扔梢韵玛P(guān)系確定d=ptanrtan(90-θ1)+tanr×[1-tanθ2tanr]----(1)]]>其中d是平坦的頂?shù)膶挾?，p是脊的間距，r是從主傾斜表面入射到本體上的主光線相對于軸線的角度，θ1是主傾斜表面相對于平坦表面的角度，且θ2是副傾斜表面相對于軸線的角度。
5.一種顯示裝置，包括至少一個圖象調(diào)節(jié)器；接收來自所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的光的會聚透過元件陣列，用于形成直立實(shí)象；一個費(fèi)涅爾透鏡，它包括一個本體，該本體具有一個平坦表面和一個帶有周期性的脊的具有結(jié)構(gòu)的表面，該費(fèi)涅爾透鏡被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以使來自會聚透過元件陣列的光入射到費(fèi)涅爾透鏡的具有結(jié)構(gòu)的表面上；以及一個屏幕，它經(jīng)過會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡接收來自所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的顯示裝置，其中各個脊包括一個平坦的頂和至少一個傾斜表面，該平坦的頂與平坦表面大體平行地延伸，且該至少一個傾斜表面從該平坦的頂向著該平坦表面延伸，且在各個脊的平坦的頂上設(shè)置有一個遮光層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的顯示裝置，其中平坦的頂?shù)膶挾雀鶕?jù)脊的位置而改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的顯示裝置，其中該至少一個傾斜表面包括一個主傾斜表面和一個副傾斜表面，該主傾斜表面被設(shè)置在平坦的頂?shù)囊粋?cè)并得到適當(dāng)設(shè)計以使光主要從主傾斜表面入射到本體上，且該副傾斜表面被設(shè)置在平坦的頂與主傾斜表面相背的另一側(cè)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的顯示裝置，其中平坦的頂?shù)膶挾扔梢韵鹿酱_定d=ptanrtan(90-θ1)+tanr×[1-tanθ2tanr]----(1)]]>其中d是平坦的頂?shù)膶挾?，p是脊的間距，r是從主傾斜表面入射到本體上的主光線相對于軸線的角度，θ1是主傾斜表面相對于平坦表面的角度，且θ2是副傾斜表面相對于軸線的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的顯示裝置，其中所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器包括多個液晶顯示板，且為每一個液晶顯示板設(shè)置了會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的顯示裝置，其中設(shè)置了四組液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡，且各組被設(shè)置在矩形區(qū)域的各個四分之一部分，該屏幕的總顯示區(qū)域比接收來自一組液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡的圖象所需的顯示區(qū)域大四倍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的顯示裝置，其中在屏幕附近在兩組相鄰的液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡之間設(shè)置有一個隔板，用于防止光從一組散射到相鄰的組中。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的顯示裝置，其中屏幕具有預(yù)定的顯示區(qū)域，且所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器具有適當(dāng)設(shè)置的主顯示區(qū)域和周邊補(bǔ)償區(qū)域，以使主顯示區(qū)域經(jīng)過會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡而在預(yù)定的顯示區(qū)域上形成圖象，并使周邊補(bǔ)償區(qū)域經(jīng)過會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡而剛好在預(yù)定的顯示區(qū)域之外形成一個圖象。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示裝置，其中所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器的所述周邊補(bǔ)償區(qū)域受到控制，以提供一個圖象—該圖象與從周邊補(bǔ)償區(qū)域附近的至少一個圖象調(diào)節(jié)器的主顯示區(qū)域提供的圖象的一部分大體相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的顯示裝置，其中所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器包括多個液晶顯示板，且為每一個液晶顯示板設(shè)置了會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的顯示裝置，其中設(shè)置了四組液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡，且各組被設(shè)置在矩形區(qū)域的各個四分之一部分中，該屏幕的總顯示區(qū)域比從一組液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡接收圖象所需的顯示區(qū)域大四倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的顯示裝置，其中在屏幕附近在兩組相鄰的液晶顯示板、會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡之間設(shè)置有一個隔板，用于防止光從一組散射到相鄰的組中。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的顯示裝置，其中在兩個相鄰液晶顯示板之間，一個液晶顯示板的所述周邊補(bǔ)償區(qū)域得到控制，以提供一個圖象—該圖象與從所述一個液晶顯示板的周邊補(bǔ)償區(qū)域附近的相鄰液晶顯示板的主顯示區(qū)域提供的圖象的一部分大體相同。
19.一種顯示裝置，包括至少一個圖象調(diào)節(jié)器；光學(xué)透鏡，用于放大所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器輸出的圖象；屏幕，用于接收來自所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器并經(jīng)過所述光學(xué)透鏡的圖象；該屏幕具有預(yù)定的顯示區(qū)域，且所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器具有適當(dāng)設(shè)置的主顯示區(qū)域和周邊補(bǔ)償區(qū)域，從而使主顯示區(qū)域經(jīng)過所述光學(xué)透鏡而在預(yù)定的顯示區(qū)域上形成圖象，并使周邊補(bǔ)償區(qū)域經(jīng)過所述光學(xué)透鏡而剛好在預(yù)定的顯示區(qū)域之外形成圖象。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的顯示裝置，其中所述至少一個圖象調(diào)節(jié)器包括多個液晶顯示板，且為每一個液晶顯示板設(shè)置了會聚透過元件陣列和費(fèi)涅爾透鏡。
全文摘要
一種顯示裝置，包括液晶顯示板、用于形成直立實(shí)象的會聚透過元件陣列、用于放大該圖象的費(fèi)涅爾透鏡。費(fèi)涅爾透鏡的具有結(jié)構(gòu)的表面，被設(shè)置在光入射側(cè)。該具有結(jié)構(gòu)的表面包括帶有平坦的頂和傾斜表面的周期性的脊。在平坦的頂上設(shè)置了遮光層，以消除重影。
文檔編號G02B3/08GK1142616SQ9511520
公開日1997年2月12日 申請日期1995年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月7日
發(fā)明者飯浜行生, 福原元彥 申請人:富士通株式會社