專利名稱：投射式彩色顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用無馬賽克狀彩色濾光層的單塊液晶顯示面板完成彩色顯示的單面板型投射式彩色顯示裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于小型投射式液晶電視系統(tǒng)和信息顯示系統(tǒng)的投射式彩色顯示裝置。
諸如液晶顯示裝置(LCD)之類的顯示裝置本身并不發(fā)光，因此需要另外提供光源。但是，與投射式陰極射線管(CRT)顯示裝置相比，投射式彩色LCD具備各種優(yōu)點，具體而言，投射式彩色LCD能夠再現(xiàn)更多種顏色；體積小、重量輕的特點使其便于攜帶；而且由于不受地磁影響，所以無需調(diào)整聚焦。由于具備上述優(yōu)點，人們對投射式彩色LCD的進一步發(fā)展寄予期望。
為了利用投射式LCD顯示彩色圖像，既可以采用帶有分別對應(yīng)紅(R)、綠(G)和藍(B)三基色的三塊液晶顯示面板的三面板型式，也可以采用只帶一塊液晶顯示面板的單面板型式。對于前者，為了形成與三基色對應(yīng)的三種組合需要提供三套光學系統(tǒng)和三塊液晶顯示面板。三套光學系統(tǒng)分別將白光分解為R、G和B三種彩色光束，并將它們投射到相應(yīng)的液晶顯示面板上。三塊液晶顯示面板分別接收和控制彩色光束以形成彩色圖像。在三面板型式中，通過光合成三幅基色圖像實施全彩色顯示。三面板型式的優(yōu)點在于，可以非常充分地利用白色光源發(fā)射的光線，合成的彩色純度也比較令人滿意。但是，在這種結(jié)構(gòu)中，如上所述，由于需要提供彩色分離系統(tǒng)和彩色混合系統(tǒng)，所以存在光學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、必要的光學元件數(shù)較多的不利之處。因此，從降低成本和減小體積的角度來看，三面板型式通常不如下述單面板型式方便。
另一方面，在單面板型式中，只采用一塊液晶顯示面板，并采用投射光學系統(tǒng)，經(jīng)過用于三基色的帶馬賽克狀、條紋狀等彩色濾光圖案的液晶顯示面板把圖像投射出來。例如，在日本公開特許公報NO.59-230383上揭示了這樣一種單面板型投射式LCD。由于單面板型式只需一塊液晶面板并且光學系統(tǒng)的安排也比三面板型式簡單，所以有利于以低成本實現(xiàn)小型投射式系統(tǒng)。
但是，在單面板型式中，光經(jīng)濾色層的吸收或反射，從而只能利用三分之一的入射光。換句話說，在采用濾色層的單面板型式中，屏幕上所顯示的圖像的亮度只有在三面板型式中采用相同照度光源情況下圖像亮度的三分之一左右。
為了解決這些問題，如圖2所示，在例如日本公開特許公報No.4-60538上提出了一種采用扇形結(jié)構(gòu)的分色鏡12R、12G和12B將白光光源1發(fā)射的白光分解成R、G和B三基色光束的單面板型彩色液晶顯示裝置來提高光線的利用率。
在該裝置中，由分色鏡12R、12G和12B分解的各束光線以不同的入射角入射到放置于LCD8的光源一側(cè)的微透鏡陣列上。并根據(jù)各自的入射角各光束穿過微透鏡陣列7，照射到由獨立加有對應(yīng)各彩色光束的彩色信號的信號電極所驅(qū)動的液晶部分上。該裝置可以省卻吸光型濾色層，因而提高了光線利用率并提供極高亮度圖像。
轉(zhuǎn)讓于同一受讓人的日本專利申請No.5-328805提出了一種防止由入射角不同所確定的分色鏡波長選擇性引起的彩色混合的投射型彩色液晶顯示裝置。在所申請的LCD中，按照入射光的波長次序，即R、G和B光束的次序?qū)坠夥纸鉃槿?。因此，可以將因為由如圖4A和4B所示入射角不同引起的分色鏡13L、13M、13N的特性偏移而產(chǎn)生的雜散光線M′和N′減少到最低限度，從而改善了色純度。采用這種方法，通過把光線依其波長從長到短，即紅(R)、綠(G)和藍(B)的次序(圖4A和4B中對應(yīng)于L、M、N)分解，可以基本上消除這些由于上述原因很容易產(chǎn)生的雜散光線M′和N′。因而能夠獲得被分解光束的合成色純度較高而再現(xiàn)彩色范圍更寬的圖像。
但是，從圖6B所示LCD40(日本專利申請5-328805所揭示的投射式彩色LCD)的光束出射角β與圖6A所示LCD30(其中微透鏡37a安排成與各像素34對應(yīng))的光束出射角α相比，出射角β明顯大于出射角α。這是因為在LCD40中每只微透鏡47a都與一組對應(yīng)于一組R、G、B的像素44R、44G和44B結(jié)合在一起。因此，在日本專利申請5-328805所揭示的投射式彩色LCD中，為了將來自LCD40的所有光束都投射到屏幕上必須采用如圖9所示具有大孔徑(或小F值)光瞳51的投射透鏡。但是隨著投射透鏡F值的減小，其制造難度也相應(yīng)增加，從而不利于降低成本。
然而，如果為了降低成本而采用大于必要F值的投射透鏡，即具有小孔徑的光瞳50的投射透鏡，那么就會在具有小孔徑的光瞳50的投射透鏡的一部分上發(fā)生不希望出現(xiàn)的R和B光束的遮暗(如圖9陰影線所示)。因此，這兩束光線到達屏幕的強度就會有所減弱。對于在液晶投射儀中所采用的普通光源，例如金屬鹵化物燈、鹵素燈等，其發(fā)射光譜強度分布是不均勻的。具體而言，由于金屬鹵化物燈的發(fā)射光譜的紅光區(qū)域不存在發(fā)紅光的譜線，所以紅光強度較弱。另一方面，鹵素燈的藍光強度較弱。因此，如果在日本專利申請5-328805所揭示的方法中采用具有小孔徑光瞳50的投射透鏡和上述燈管，那么合成的白平衡在很大程度上偏向G側(cè)。這是因為這些燈管發(fā)射的R或B光束強度較弱的緣故，此外投射透鏡的光瞳50上部分產(chǎn)生遮暗，因而進一步引起這些光束強度的減弱。
也就是說，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在日本專利申請5-328805中，如果光源的發(fā)射光譜強度分布不均勻和為降低成本而采用大于必要F值的投射投鏡，那么由于投射透鏡光瞳50部分產(chǎn)生遮暗引起白平衡性能下降。
本發(fā)明的投射式彩色顯示裝置包括白色光源；將白色光源發(fā)射的光束分解為具有不同波長范圍的第一、第二和第三光束的分光裝置；對第一、第二和第三光束進行調(diào)制的調(diào)制裝置；將第一、第二和第三光束以不同的角度投射到調(diào)制裝置的主平面上的照射裝置；和投射經(jīng)過調(diào)制裝置調(diào)制的第一、第二和第三光束的投射裝置，其中第一光束包括在白光中的三基色中強度最弱的彩色光束；并且第一光束入射到調(diào)制裝置主平面上的角度與第二、第三光束相比更接近垂直于調(diào)制裝置的主平面。
在本發(fā)明的一個實施例中，調(diào)制裝置包括第一、第二和第三像素以及安排與第一、第二和第三像素對應(yīng)的微透鏡；第一、第二和第三光束以不同角度投射到微透鏡上；并且第一、第二和第三光束分別入射到第一、第二和第三像素上。
在本發(fā)明另一個實施例中，投射裝置為一數(shù)字為N的F值的投射透鏡，數(shù)字N大于1/(2.tanθ′max)，這里θ′max為光束從調(diào)制裝置出射的最大角度。
在本發(fā)明另外一個實施例中，白色光源為金屬鹵化物燈，而第一光束為紅色，第二光束為藍色，以及第三光束為綠色。
在本發(fā)明另外一個實施例中，白色光源為鹵素燈，而第一光束為藍色，第二光束為紅色以及第三光束為綠色。
在本發(fā)明另外一個實施例中，分光裝置包括第一、第二和第三分色鏡；第一分色鏡接收白光并至少反射第二和第三光束中的一束；第二分色鏡接收透過第一分色鏡的光線并反射第一光束；而第三分色鏡接收透過第二分色鏡的光線，反射第二和第三光束中已經(jīng)透過第二分色鏡的那一束，并用作輻射裝置。
在按照本發(fā)明的單面板投射式彩色顯示裝置中，R、G、B三基色各束光線以不同的角度入射到共同的液晶顯示裝置上；這些光束通過采用與各彩色光束對應(yīng)像素進行光學調(diào)制；然后投射所傳送光束，從而將彩色圖像顯示在屏幕上。對于為了降低成本而采用小孔徑(或高F值)光瞳的投射透鏡的情形，本發(fā)明投射式彩色顯示裝置通過將最弱發(fā)射強度的彩色束，以最接近于垂直LCD顯示面板的入射角射到LCD上的方法，可以消除投射系統(tǒng)的一部分光瞳上的彩色光束的遮暗，以達到三基色彩色光束中最小的遮暗量，從而保持令人滿意的白平衡。此外，由于改善了彩色光束的色純度，彩色再現(xiàn)范圍更寬，圖像亮度也較高。
因此，這里所述發(fā)明具有如下優(yōu)點，即使光源發(fā)射光譜強度的強度分布不均勻，并且采用的投射透鏡F值大于必須的F值也能避免白平衡性能下降；還能再現(xiàn)出令人滿意的彩色并顯著地降低成本。
在閱讀和理解下面參照附圖所作的詳述的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的這種優(yōu)點和其他優(yōu)點對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練的技術(shù)人員來說是顯而易見的。


圖1A示意性地表示按照本發(fā)明一個實例的投射式彩色LCD的安排。
圖1B為表示圖1A所示投射式彩色LCD的彩色分光系統(tǒng)4的放大圖。
圖2示意地表示普通投射式彩色LCD的安排。
圖3表示按照本發(fā)明一個實例的相對于入射光束的分色鏡的配置。
圖4A和4B表示投射式彩色LCD的彩色混合狀態(tài)。
圖5為表示按照偏振狀態(tài)的分色鏡彩色分離特性變化的曲線圖。
圖6A表示來自每個微透鏡與第一像素對應(yīng)的液晶顯示面板的光線的出射角。
圖6B表示日本專利申請5-328805所揭示的來自投射式彩色LC光線的出射角。
圖7表示圖1A所示投射式LCD的液晶顯示面板。
圖8表示在△形和微透鏡陣列中安置的紅、綠、藍各像素的相對位置關(guān)系。
圖9表示投射透鏡光瞳位置處光束的遮暗。
圖10表示第一實例中金屬鹵化物燈發(fā)射光線的發(fā)射光譜。
圖11A為表示置于分色鏡反面的抗反射膜的光譜反射率。
圖11B為表示置于分色鏡反面的另一層抗反射膜的光譜反射率。
圖11C為表示置于分色鏡反面的再一層抗反射膜的光譜反射率。
以下參照附圖通過示意實例描述本發(fā)明。
圖1A示意性地表示按照本發(fā)明實例的投射式彩色顯示裝置的安排。圖1B為表示圖1A彩色分光系統(tǒng)4的放大圖。
在本實例中，白色光源1采用功率為150瓦、弧光長度AL為5mm、直徑AD為2.2mm并具有如圖10所示發(fā)射光譜分布的金屬鹵化物燈。白色光源1放置為其圓柱狀弧光的縱向垂直于圖1A的紙面。也可由鹵素燈、氙燈等代替金屬鹵化物燈作白色光源1。
球面鏡2放置于白色光源1之后，其中心與白色光源1的發(fā)射部分中心對準?？讖溅禐?0mm而焦距fc為60mm的聚光透鏡3放置于白色光源1之前，其焦點與白色光源1的發(fā)射部分中心對準。通過這樣的安排，可以獲得通過聚光透鏡3的大致準直的白色光束。
在這種情況下，各光束大致準直但偏離弧光縱軸或垂直于圖1A的紙面方向約為±2.4度(這里偏離量稱之為“準直度”。在這種情況下準直度θWL＝±tan-1(AL/2fc)，而沿弧光徑向(或平行于圖1A的紙面方向)準直度θWΦ約為±1度(即θWΦ＝tan-1(AΦ/2fc)。
為了從白色光源1獲得準直光束，不僅要采用上術(shù)這的安排，而還要選擇合適的采用旋轉(zhuǎn)拋物鏡、旋轉(zhuǎn)橢圓鏡和積分器等的安排。
如圖1B所示光學系統(tǒng)4放于會聚透鏡3前面。光學系統(tǒng)4由三種分色鏡(或光束分解元件)5B、5R和5C組成，它們相對于通過會聚透鏡3的光束的角度各不相同。這些分色鏡5B、5R和5C采用已知的薄膜沉積技術(shù)制成。
圖10表示本實例中所采用的金屬鹵化物燈的光射光譜。由于該白色光源1的紅光強度較弱，所以白色光源1放置為使紅色光束在三基色光束中以最接近LCD顯示面板法線方向的角度入射到LCD面板。如圖3所示，分色鏡5B、5R和5C放置為在每束光線法線與白色光源1發(fā)射光線光軸之間分別形成角度α、α-θ和α-2θ。如下所述，角度α設(shè)置為大約在30°-60°的范圍內(nèi)，而θ由LCD8的像素安排傾斜度P和微透鏡列陣7的焦距長度fμ確定。
分色鏡5B、5R和5C的特性如下，選擇地反射各預先確定波長帶的彩色光束藍(B)、紅(R)和深藍(C，或藍和綠)并使其它波長帶的彩色光束透射過去，而且分色鏡按照這種次序從光源側(cè)沿光源發(fā)射光線的光軸排列。這里，B、G和R波長帶范圍分別約為400-495nm、495-600nm和600-700nm。但是，如果這些波長帶內(nèi)的彩色光束全部加以利用，那么顯示于屏幕上的圖像亮度增強但各種基色的色純度下降。因此，在對色純度有要求的場合，有時候濾去495nm和575nm附近的波長帶的彩色光束。利用這種安排，光源所發(fā)射的光分解為B、R和G彩色光束。綠色光束通常采用分色鏡反射綠色光束的方法分解出來。但是，如果分別反射光源一側(cè)藍色光束和紅色光束的分色鏡5B和5R的波長選擇性較好(即透射區(qū)域的透過率接近100％；反射區(qū)域的透過率接近0％；并且光線在邊界區(qū)域清晰地分解為兩種彩色光束)，那么采用反射深藍(藍綠)光束的分色鏡就可以獲得需要的效果。采用反射深藍光束的分色鏡具有如下優(yōu)點。
(1)與采用反射綠色光束分色鏡的情況相比，制造這種分色鏡所用薄膜總數(shù)較少，所以容易制造且降低了成本。
(2)由于反射綠色光束的分色鏡是帶止濾光片，所以很難制造出光學特性出色的分色鏡。另一方面，由于反射深藍光束的分色鏡是高通濾光片，制造出波長高段選擇性好的分色鏡是很容易的。
為了使用反射深藍色光束的分色鏡，假定分別反射藍色和紅色光束的分色鏡5B和5R在藍色和綠色之間邊界區(qū)域與紅色和綠色之間邊界區(qū)域?qū)⒉ㄊ逦胤纸獬鰜怼τ诜瓷渥匀蝗肷涔?非偏振光)中紅色光束的分色鏡5R，很難將表示特性的陡度的上升寬度減小至40nm以下。應(yīng)該指出這里“上升寬度”指的是相對透過率為1％和90％處的波長之差。很難將上升寬度減少到40nm以下的原因在于P偏振光(或者說是其電場沿平行于圖1A紙面方向振蕩的光)與S偏振光(或者說是其電場沿垂直于圖1A紙面方向振蕩的光)光譜特性不一致。因此，如果入射到分色鏡上的光線局限于P偏振光或S偏振光的一種，那么就能改善光譜特性。在采用S偏振光或P偏振光成分替代自然光時，在采用實際的薄膜層數(shù)時可以將上升寬度減少至20nm左右。
圖5表示透射率與波長之間的關(guān)系。在圖5中，實線表示就利用P偏振光的反射紅光的分色鏡而言的P偏振光成分透射特性，而虛線表示就利用自然光(未偏振)的反射紅光的分色鏡而言的自然光的透射特性。由圖5可以看到，如果確定了偏振態(tài)，與利用采用自然光(未偏振)的分色鏡相比透射特性更為陡峭。也可以將分色鏡設(shè)計為只利用S偏振光從而使其光譜特性與圖5中僅采用P偏振光的分色鏡的大致相同。
采用與反射紅色光束的由偏振態(tài)確定的分色鏡同樣的方式還可以改善反射其它彩色光束分色鏡的波長選擇性。在分色鏡背面或不分解光束的那一面未作處理時，在空氣與玻璃襯底之間會引起不必要的反射，顏色分解性能下降。為了避免這個問題，提供了一層抗反射膜?？狗瓷淠ねㄟ^電子束蒸發(fā)方法交替沉積SiO2薄膜和TiO2薄膜而形成?？狗瓷淠榘铝形鍖拥亩鄬咏Y(jié)構(gòu)SiO2薄膜(厚度34.8nm)，TiO2薄膜(厚度15.6nm)，SiO2薄膜(厚度34.8nm)，TiO2薄膜(厚度123.7nm)，以及SiO2薄膜(厚度92.3nm)。在襯底溫度大約為300～350℃范圍將這些薄膜沉積上去。通過形成這層抗反射膜，可以顯著減少背面的光反射。具體而言，在未形成抗反射膜時，大約有4％的光線被背面反射掉。另一方面，如圖11B所示，在形成抗反射膜時，背面反射的光可以減少到大約0.2-0.8％。抗反射膜的結(jié)構(gòu)并不局限于上述情形。如果薄膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，那么也可以得圖11A和11C所示的特性。具體而言，如果抗反射膜具有由一層MgO薄膜(厚度80nm)、一層TiO2薄膜(厚度120nm)和一層SiO2薄膜(厚度94nm)組成的三層結(jié)構(gòu)，那么可以得到圖11A所示特性。而且，如果抗反射膜具有由一層SiO2薄膜(厚度23.5nm)、一層TiO2薄膜(厚度18.7nm)、一層SiO2薄膜(厚度47nm)、一層TiO2薄膜(厚度63.7nm)、一層SiO2薄膜(厚度23.5nm)、一層TiO2薄膜(厚度46.8nm)和一層MgF2薄膜(厚度122.5nm)組成的七層結(jié)構(gòu)，那么可以得到圖11C所示特性。
在本實例中，假設(shè)使用只利用P偏振光成分的分色鏡。因此，從分色鏡射出的光線只及利用自然光時分色鏡射出的一半。但是，在利用縱向偏振的諸如扭轉(zhuǎn)向列型(TN)或超級扭轉(zhuǎn)向列型(STN)之類模式中，當光線入射到LCD上時，一半的光線被偏振器吸收或反射。因此，即使光線離開分色鏡時確定了偏振狀，離開投射透鏡的光量并未減少。
P偏振光成分沿與圖1A紙面平行方向振蕩并垂直于光線傳播方向，而LCD接收光線一側(cè)偏振器透射軸一般放置為使其平行或垂直于液晶層的摩擦方向。偏振器透射軸的方向確定為LCD優(yōu)化的觀察方向沿顯示面板12點鐘或6點鐘的方向。因此，透射軸的方向設(shè)置為與顯示面板12點鐘或6點鐘的方向成45°角，因而常常不同于P偏振光的偏振方向。為了與這兩個方向?qū)R，按照本發(fā)明，如圖1B所示，在用作光分解元件的分色鏡5B、5R和5C與LCD8之間放置半波平板6。半波平板6為一塊由雙折射材料制成的光學部件，并且可以旋轉(zhuǎn)偏振方向。通過放置半波平板6，可以旋轉(zhuǎn)由分色鏡5B、5R和5C反射的各彩色光束的P偏振光成分，并使偏振方向與LCD8光入射一側(cè)的偏振器偏振方向一致。在自然光入射到分色鏡的情況下，由于所用偏振成分由LCD光入射一側(cè)偏振器確定，所以不必在分色鏡光入射側(cè)附加偏振器。
圖7為表示用于本實例的微透鏡陣列7和LCD8的截面示意圖。為簡化起見圖7中未畫出構(gòu)成LCD8的偏振器對準薄膜等。彩色光束R、G、B透射過半波平板6然后以不同的角度入射到微透鏡陣列7上。在本實例中，如圖7所示假定紅色光束垂直入射到微透鏡陣列7上，綠色和藍色光束對稱于紅色光束以不同角度或LCD8法線方向入射。
如圖7所示，LCD8包括一對玻璃襯底20和22(厚度1.1mm)；通過向這對襯底20和22之間注入液晶形成的液晶層23；在面向液晶層23的襯底22的內(nèi)表面提供用于以簡單矩陣方式驅(qū)動液晶的條形信號電極24R、24G和24B；以及在面向液晶層23的襯底20的內(nèi)表面提供垂直穿過條形信號電極24R、24G和24B的掃描電極21。信號電極24R、24G和24B中的每一個以及掃描電極21由透明導電薄膜構(gòu)成。紅色、綠色和藍色信號分別輸入信號電極24R、24G和24B。本實例采用運行于超級扭轉(zhuǎn)向列型(STN)模式的簡單矩陣驅(qū)動型LCD，其中掃描電極的數(shù)目為220；掃描電極間距為200μm；信號電極數(shù)目為600；而信號電極間距為100μm。
LCD上沒有提供彩色濾光層。但是驅(qū)動信號呈條紋狀施加到相應(yīng)的信號電極24R、24G和24B上從而垂直于掃描電極21。對應(yīng)信號電極24R、24G和24B的微透鏡陣列7由多個垂直方向?qū)挾葹?00μm的雙凸透鏡組成。每塊雙凸透鏡對應(yīng)一組三信號電極24R、24G和24B，并由多個互相平行放置的半圓柱形透鏡構(gòu)成。雙凸鏡的焦距設(shè)置為大致等于LCD的玻璃襯底20的厚度t，即1.1mm。如果微透鏡的焦距長度在空氣中測量，那么通過將厚度t除以玻璃襯底折射率可以得到焦距長度即，t/n＝1.1mm/1.53＝0.72mm。
為了制造微透鏡，可以采用離子交換法(Appl.Opt.Vol.21，P.1052(1984)，或Electron.Lett.Vol.17，P452(1981)、膨脹法(Suzuki等，“制造塑料微型透鏡新方法”，24th Micro Optics confer-ence)、熱變形法(Zoran D.Popovic et al.，“微型透鏡陣列單片裝配技術(shù)”，Appl.Opt.Vol.27，P.1281(1988)、氣相沉積法(日本公開特許公報No.55-135808)、熱印刷法(日本公開特許公報No.61-64158)、機械處理、在日本公開特許公報No.3-248125揭示的方法等。
如果微透鏡陣列7受到沿預先確定的方向的準直光束的照射，那么各光束在微透鏡陣列7的各透鏡出射光一側(cè)附近會聚成一條直線使對應(yīng)雙凸透鏡的間距的各塊透鏡間隔300μm。會聚直線的寬度W以下述方式得到。
W＝AΦ(光源的弧光直徑)×fμ(微透鏡焦距長度)/fc(會聚透鏡焦距長度)＝2.2mm×0.72mm/60nm＝26.4μm。
因此，會聚光線的寬度可以小于條紋狀信號電極的寬度。
另一方面，就各塊分色鏡之間相對角度而言，如果P＝fμ×tanθ(這里P為像素間距，fμ為微透鏡焦點長度，而θ為各條光束入射角之差)，那么會聚光線形成于偏離第一會聚光線一個間距的位置，并包含于下一個信號電極的內(nèi)部。
在本實例中，角度之差θ調(diào)置為滿足上述方程式。因此，θ＝tan-1(100/720)＝8°。經(jīng)投射透鏡10透射到屏幕11上，從而顯示出彩色圖像。
通過采用上述數(shù)值，來自LCD的光束的最大出射角θ′max大約為21°，并且要求F值小于等于1.3(＝1/(2.tanθ′max)的投射透鏡將所有出射光束投射到屏幕上。由于F值為1.3的投射透鏡孔徑較大，因而難以制造，成本也較高。這就是本實例采用F值為1.8的投射透鏡的原因。因此，在G和B光束中產(chǎn)生了遮暗，到達屏幕的光線減少了，而顏色溫度也略有下降。然而，這可以維持極好的自平衡。按照本發(fā)明，采用F值大于1/(2·tanθ′ max)的投射透鏡是有利的，而F值的上限最好是取為使R、G、B光強的平衡的有明顯的下降的值。
為比較起見，在入射光按照波長依次分解為R、G、B三種彩色光束時采用F值為1.8的投射透鏡。因此，屏幕上顯示出偏綠的白色圖像，顯示質(zhì)量明顯下降。
在第一實施例中，已經(jīng)描述了用于簡單矩陣型液晶顯示裝置的本發(fā)明的液晶顯示裝置。換句話說，本發(fā)明可以用于由切換矩陣像素的非晶硅半導體薄膜形成的已知薄膜晶管動態(tài)距動的向列型(TN)模式中現(xiàn)有的矩陣型液晶顯示裝置。在第二實例中將描述這種LCD。
在本實施例中，像素水平和垂直間距都設(shè)為100μm；像素孔徑的大小為50μm(垂直方向)×70μm(水平方向)；270000個像素布成△形，即450個垂直像素×600個水平像素。像素的孔徑比為35％。光源部分和分色鏡的安排與第一個實施例的相同，而作為光源的金屬鹵化物燈的弧光方向平行于圖1A的紙面。在像素排列成△形的情況下，不適宜使用雙凸透鏡。每塊微透鏡的形狀不需要與該微透鏡對應(yīng)組像素相似。因此，在本實例中，采用了緊密排放多個六角形微透鏡的微透鏡陣列。球面透鏡的外側(cè)互相依附從而形成六角形透鏡。
圖8表示像素放置與微透鏡陣列之間相對位置關(guān)系。如圖8所示，正方形的R、G、B像素電極組布成△形，除了像素電板以外的部透鏡的微透鏡陣列。球面透鏡的外側(cè)互相依附從而形成六角形透鏡。
圖8表示像素放置與微透鏡陣列之間相對位置關(guān)系。如圖8所示，正方形的R、G、B像素電極組布成△形，除了像素電極以外的部分相當于光遮蔽層。微透鏡陣列由多個呈峰窩狀的六角形微透鏡組成。紅色光束垂直地入射到LCD和微透鏡陣列上(圖8中垂直于紙面)，從而使會聚光點形成于安放在每塊微透鏡光軸上的紅色像素內(nèi)。綠色和藍色光束分別在紅色光束左右兩側(cè)傾斜8°照射，從而使綠色和藍色的會聚光點形成于綠色和藍色像素之內(nèi)。各種彩色光束以這種方式會聚到紅色、綠色和藍色的各像素內(nèi)。通過進行如第一實例中的計算將會聚光點大小設(shè)為60μm×26.4μm，從而使會聚光點可以包含于像素孔徑內(nèi)。
在采用上述安排的情況下，來自LCD的光線的最大出射角約為22°，必須采用F值為1.2左右或更小的投射透鏡。為了降低成本，在本實例中采用F值為1.8的投射透鏡。因此，在投射透鏡光瞳處產(chǎn)生G和B光束的遮暗并減少了到達屏幕的光量。然而，這可以獲得極佳的白平衡和彩色再現(xiàn)范圍。
在第一和第二實例中，白光被分色鏡分解為三基色光束。但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于將白光分解為四種或四種以上彩色光束的安排。例如，本發(fā)明可以用于圖形顯示器中。
在前述實例中采用分色鏡作分色元件。但是，也可以用全反射鏡代替圖1B所示的分色鏡5C。在這種情況下，如果燈的發(fā)射光譜中包含許多使色純度變壞的成分，那么最好采用光學濾光片濾去這些成分。
由前面描述顯而易見，通過將本發(fā)明用于投射式彩色液晶顯示裝置，即使采用發(fā)射光譜不均勻的光源和F值大于必要的F值投射透鏡，也可以實現(xiàn)令人滿意的彩色再現(xiàn)范圍并在不降低白平衡性能的同時顯著降紙成本。在上面的實例中，描述了采用液晶材料作為光學調(diào)制裝置的顯示面板。但是本發(fā)明并不局限于此?？梢圆捎镁哂须姽庑再|(zhì)的材料的顯示面板。
對于本領(lǐng)域內(nèi)熟練技術(shù)人員來說，在不偏離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)的情況下，很容易作出其它各種改進。因此，本發(fā)明的范圍并非由前面的描述所限定，而是由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種投射式彩色顯示裝置，包含白色光源；將所述白色光源發(fā)射的白光分解為具有不同波長區(qū)域的第一、第二和第三光束的分解裝置；對所述第一、第二和第三光束進行調(diào)制的調(diào)制裝置；使所述第一、第二和第三光束以不同的角度入射到調(diào)制裝置主平面上的照射裝置；以及將經(jīng)過所述調(diào)制裝置調(diào)制的所述第一、第二和第三光束投射出去的投射裝置，其特征在于所述第一光束在白光中所含的三基色中強度最弱；并且與所述第二和所述第三光束相比，所述第一光束以更接近于所述調(diào)制裝置主平面法線的方向入射到所述調(diào)制裝置主平面上。
2.一種如權(quán)利要求1所述投射式彩色顯示裝置，其特征在于，所述調(diào)制裝置包括第一、第二和第三像素以及對應(yīng)于所述第一、第二和第三像素的微透鏡；所述第一、第二和第三光束以不同的角度照射到所述微透鏡上；以及所述第一、第二和第三光束分別入射到所述第一、第二和第三像素上。
3.一種如權(quán)利要求1所述的投射式彩色顯示裝置，其特征在于，所述投射裝置為具有數(shù)字N的F值的投射透鏡，而數(shù)字N大于1/(2·tanθ′max)，這里θ′max為從所述調(diào)制裝置出射的光束的最大角度。
4.一種如權(quán)利要求1所述的投射式彩色顯示裝置，其特征在于，所述白色光源為金屬鹵化物燈，和所述第一光束為紅色，所述第二光束為藍色，而所述第三光束為綠色。
5.一種如權(quán)利要求1所述的投射式彩色顯示裝置，其特征在于，所述白色光源為鹵素燈，和所述第一光束為藍色，所述第二光束為紅色，所述第三光束為綠色。
6.一種如權(quán)利要求1所述的投射式彩色顯示裝置，其特征在于，所述分光裝置包括第一、第二和第三分色鏡；所述第一分色鏡接收白光并反射所述第二和第三光束中至少一條光束；所述第二分色鏡接收透射過所述第一分色鏡的光線并反射所述第一光束；以及所述第三分色鏡接收透射過所述第二分色鏡的光線，反射透過所述第二分色鏡的所述第二和第三光束中的一條并用作所述照射裝置。
全文摘要
本發(fā)明的投射式彩色顯示裝置包括白色光源；將所述白色光源發(fā)射的白光分解為具有不同波長區(qū)域的第一、第二和第三光束的分光裝置；對第一、第二和第三光束進行調(diào)制的調(diào)制裝置；對第一、第二和第三光束以不同的角度入射到調(diào)制裝置主平面上的照射裝置；以及將經(jīng)過調(diào)制裝置調(diào)制的第一、第二和第三光束投射出去的投射裝置。在投射式彩色顯示裝置中，第一光束在白光所含的三種基色中強度最弱；并且與第二和第三光束相比，第一光束以更接近于調(diào)制裝置主平面法線的方向入射到調(diào)制裝置主平面上。
文檔編號G02F1/13GK1138705SQ95116098
公開日1996年12月25日 申請日期1995年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月17日
發(fā)明者田中尚幸, 浜田浩, 中西浩, 大島秀樹 申請人:夏普株式會社