專(zhuān)利名稱(chēng)：具有串聯(lián)連接液晶濾光器的彩色顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由串聯(lián)連接的電可控膽甾醇濾色鏡產(chǎn)生彩色的一種彩色顯示器。
迄今，制造彩色液晶顯示器通常采用的主要方法有三種。
第一種，也是最常用的方法，主要供制造直觀式顯示器(與投影式顯示器對(duì)比)用，是以濾色鏡矩陣為基礎(chǔ)的，矩陣中的每一個(gè)象素分成三個(gè)分別配置有紅、綠或藍(lán)濾色鏡的毗鄰子象素。這種彩色濾色鏡矩陣是以光吸收原理為基礎(chǔ)的，透光能力小，所需要的受控象素的數(shù)目為同分辨率黑白顯示器的三倍。
第二種方法只適用于投影式顯示器。投射燈來(lái)的光分成三種基色的獨(dú)立光路。三條光路中，各配有液晶顯示器。顯示器的三幅圖象由適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)在屏幕上。這種方法的透光能力約為第一種方法的三倍，一來(lái)是因?yàn)橄笏夭辉賱澐殖勺酉笏?，二?lái)這種顯示器要求的分辨率比相應(yīng)的黑白顯示器低。這種方法的主要缺點(diǎn)是，光路呈非線(xiàn)性，這使光學(xué)系統(tǒng)大而重，再加上調(diào)節(jié)起來(lái)復(fù)雜，因而價(jià)錢(qián)貴。
第三種方法尚未公開(kāi)，這種方法借助于可電轉(zhuǎn)換的濾光器將來(lái)自照明燈的光依次從紅色轉(zhuǎn)換成綠色，顯示時(shí)與同相應(yīng)彩色相關(guān)的圖象信息同步進(jìn)行。這種方案也有上述同樣的缺點(diǎn)，即透光率降低了六成多(在此情況下是因臨時(shí)色序引起的)，而且為形成序列圖象所要求的速度高。
本發(fā)明結(jié)合了上述各種方法的優(yōu)點(diǎn)，而沒(méi)有它們的缺點(diǎn)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及線(xiàn)性光路極其簡(jiǎn)捷、透光能力高且液晶顯示時(shí)無(wú)須提高速度的一種顯示器。濾色鏡和偏振鏡都采用膽甾醇液晶濾光器，就是說(shuō)，整個(gè)裝置沒(méi)有吸收元件，從而大大提高了其光穩(wěn)定性。膽甾醇濾光器的特點(diǎn)是亮度和色純度都高。本發(fā)明特別適用于投影顯示系統(tǒng)，特別是那些裝在明亮室內(nèi)投影機(jī)上的投影顯示系統(tǒng)，但是也可以用來(lái)構(gòu)成直視顯示器。本發(fā)明的另一個(gè)好處是，可與歐洲專(zhuān)利EP-A-407830中所述的透光能力高的照明光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合使用。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的一些舉例性的實(shí)施例，附圖中圖1是本發(fā)明的投影顯示系統(tǒng)；圖2示出了可轉(zhuǎn)換的帶阻濾光器(SBBF)的詳圖；圖3示出了用SBBF測(cè)出的透射率。
圖1示出的投影系統(tǒng)有一個(gè)燈1，光從燈1通過(guò)聚光鏡2呈平行光束投射到微型透鏡矩陣3上。這種微型透鏡矩陣，例如H.Hamada等人在1992年《信息顯示協(xié)會(huì)(SID)文摘》第269頁(yè)上作了介紹。透鏡矩陣將光聚焦到可轉(zhuǎn)換帶阻濾光器(SBBF)6的每一個(gè)象素上。SBBF的作用(稍后將詳細(xì)介紹)是根據(jù)所要求的圖象信息將每一個(gè)象素的紅、綠、藍(lán)其中一個(gè)基色削弱(或反射)到不同的程度。其余的光通過(guò)微型透鏡4投射到下一個(gè)SBBF7，由SBBF7將第二基色削弱到不同的程度。其余的光再次由微型透鏡矩陣5投射到第三SBBF8上，第三基色在SBBF8上按圖象信息加以削弱之后，通過(guò)投影透鏡9最后投射到屏幕上。
微型透鏡是用以提高發(fā)光效率的。如果不采用這種微型透鏡，也可以采用全息散射圖形、菲涅耳透鏡或?qū)⒎旨?jí)分度透鏡排成矩陣。若各象素相對(duì)于各SBBF之間的間距來(lái)說(shuō)大得足以避免在所要求的光束發(fā)散度下出現(xiàn)的不能容許的平行差，則可以不用微型透鏡。若光路呈錐形(例如采用菲涅耳透鏡的明亮室內(nèi)的投影機(jī)的情況下就是這樣)，則三個(gè)LCD的大小可以取得略為不同，以便對(duì)光路的適應(yīng)程度達(dá)到最佳情況。
美國(guó)專(zhuān)利4,726,663中介紹了類(lèi)似SBBF的裝置。本發(fā)明的新的特點(diǎn)在于，每一個(gè)象素的顏色可以切換，從而使顯示器的亮度提高2倍而不致對(duì)液晶片在速率方面提出任何難以達(dá)到的要求。本發(fā)明的基本優(yōu)點(diǎn)可以說(shuō)明如下。假設(shè)在幀周期期間的入射光量由九個(gè)部分組成，每一種顏色占三個(gè)部分，再細(xì)分為三個(gè)子周期。因此可加以利用的整個(gè)光為3R＋3G＋3B(若限制到可利用的偏振情況，則所有討論的方法會(huì)失去50％的光，因?yàn)檫@些光只以一種偏振狀態(tài)工作)。若想顯示出亮度高的白光，按照本發(fā)明，令三個(gè)SBBF6-8在整個(gè)周期的透射范圍內(nèi)工作，即透射光為(3R＋3G＋3B)，而在采用序列濾波器的情況下，第一個(gè)1/3周期的透射光為R，第二個(gè)1/3周期的透射光為G，第三個(gè)1/3周期的透射光為B，則總的透射光為(R＋G＋B)，即比本發(fā)明的小2/3。象素分成三色子象素時(shí)，情況也與此類(lèi)似。，亮白光是指，每一個(gè)象素的1/3分別為紅、綠和藍(lán)，即整個(gè)信號(hào)和前面所說(shuō)的一樣為(R＋G＋B)，即比本發(fā)明的小2/3。這也適用于如歐洲專(zhuān)利EP-A-600349中所述的那種反射式顯示器中的膽甾醇濾波器產(chǎn)生的子象素。
圖2示出了SBBF的結(jié)構(gòu)。從圖中可以看到可能有的三種轉(zhuǎn)換狀態(tài)，即，全暗(圖的下半部)的全亮(上半部)。液晶片13上的其它控制電壓可按需要產(chǎn)生中間顏色。SBBF包括膽甾醇濾光器11、λ/4板12和14、液晶片13和膽甾醇濾光器15。
從例如M.Schadt等人在《日本應(yīng)用物理雜志》(1990年，29，第10期，第1974頁(yè))上發(fā)表的文章，或從RMaurer等人在《SD1990文摘》第110-113頁(yè)上發(fā)表的文章，可以了解到膽甾醇濾光器和可能使用的單體和聚合體膽甾醇液晶的結(jié)構(gòu)。膽甾醇濾光器最重要的性能是能在(所選擇的反射頻帶的)一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射入射光的圓偏振分量，同時(shí)讓其它光透射過(guò)去而基本上沒(méi)有衰減。所反射的圓偏振光是右旋還是左旋(分別通過(guò)R或L濾光器)，視乎膽甾醇液晶的旋轉(zhuǎn)方向而定。同樣，所選頻帶的位置和帶寬可按周知的方式利用膽甾醇液晶的間距和雙折射加以選擇。
圖2只示出了光在所選頻帶內(nèi)的偏振情況，所選頻帶外無(wú)偏振的天然光的偏振情況沒(méi)有變化。所選頻帶內(nèi)的無(wú)偏振光10照射到膽甾醇L濾光器11。這里只讓R偏振光透過(guò)，L偏振光則被反射回去，按照歐洲專(zhuān)利EP-A-407830所說(shuō)，這可用來(lái)提高發(fā)光效率。透射的R光由λ/4板12轉(zhuǎn)換成線(xiàn)性偏振光(“P”代表平行于垂直方向的偏振，“S”代表垂直于垂直方向的偏振)。液晶片13能將光偏振成不同程度的橢圓偏振光，剛提到的兩種極限情況“P”和“S”是其特殊情況。稍后將列出可用作這種用途的多種可利用的液晶片。在液晶片13之后，光照射到另一個(gè)λ/4板14和膽甾醇R濾光器15上。
在上光路中，液晶片13使P偏振光旋轉(zhuǎn)90度而成為S光。圖中，這是用傾斜于垂直方向45度角的λ/2板表示的，也可以是以偏振傳輸方式的扭轉(zhuǎn)向列(TN)型液晶片。液晶片13之后的S偏振光由λ/4板14轉(zhuǎn)換成L圓偏振光，再無(wú)衰減地透過(guò)膽甾醇R濾光器15射出，該濾光器處于讓光透過(guò)的狀態(tài)(16)。
在下面的光路中，P偏振光在通過(guò)液晶片13后保持不動(dòng)。圖中，這是通過(guò)雙折射的一個(gè)主軸平行于偏振方向表示的。但從同向扭轉(zhuǎn)(homoeotropically)取向的液晶層也可取得同樣的光學(xué)效果。在液晶片13之后，光由λ/4板14轉(zhuǎn)換成R圓偏振光。此光不能通過(guò)膽甾醇R濾光器15。因此兩光路中下面的一個(gè)光路相當(dāng)于濾光器的不導(dǎo)光狀態(tài)。中間狀態(tài)對(duì)應(yīng)于灰度值或各種彩色共用坐標(biāo)。
因此，圖2所示的SBBF具有圖1的濾波器6、7和8所要求的性能，即可使波長(zhǎng)范圍減小到不同的程度。
濾光器15所反射的未透射的光一定不得從任何層面(例如液晶片13的電極層)，特別是在不導(dǎo)光狀態(tài)下，反射回去，否則會(huì)使對(duì)比度大大下降。但由于這類(lèi)反射不可能完全避免，因此必須注意使此反射光偏振得不致通過(guò)濾光器15，即要受到R圓形偏振的作用。這正是λ/4板14的作用，因?yàn)棣?4板14在各接觸點(diǎn)處可產(chǎn)生任何反射之前已將反射的R光再轉(zhuǎn)換成線(xiàn)性偏振光。若例如在液晶片13處仍出現(xiàn)這些反射光，則這些光仍然處于線(xiàn)性偏振狀態(tài)，且在通過(guò)λ/4板14時(shí)再次受到R偏振。若省去λ/4板14，則R光在液晶片13上反射時(shí)會(huì)被轉(zhuǎn)換成L光，從而能通過(guò)濾光器15。因此，要獲取高對(duì)比度，λ/4板14是個(gè)關(guān)鍵。這種板在例如S.Sato和M.Wada的可轉(zhuǎn)換濾色裝置(美國(guó)紐約1974年2月ED-21卷第二期的《電氣與電子工程師協(xié)會(huì)電子設(shè)備論文集》第171-172頁(yè))中就沒(méi)有設(shè)置。
與順次驅(qū)動(dòng)相比，本發(fā)明對(duì)SBBF所透過(guò)的光的振性能方面并不提出任何要求，因?yàn)槲ㄒ恢匾囊蛩厥枪獾膹?qiáng)度。因此，SBBF可以用同樣的膽甾醇濾光器11和15構(gòu)成。導(dǎo)光與不導(dǎo)光之間的轉(zhuǎn)換，取決于所選取的元件12-14的取向。本技術(shù)領(lǐng)域的行家都知道，液晶片13和λ/4板12、14有許多可能的取向，其性能基本上與圖2實(shí)施例的相同。
膽甾醇濾光器特有的光學(xué)性能(濾出的光邊緣清晰，沒(méi)有吸收的純介電效應(yīng))使顯示器顯示面明亮、光穩(wěn)定性好，色飽和度優(yōu)異。這與二向色顏料為主要材料的顯示器(見(jiàn)歐洲專(zhuān)利EP-A-509727)成了鮮明的對(duì)比，后者色飽和度較低，且由于其吸收性能，光穩(wěn)定性也欠佳。
有許多液晶片適用作電光片13，這些液晶片必須能滿(mǎn)足將給定的線(xiàn)性偏振(圖2中的P)轉(zhuǎn)換成不同程度的橢圓偏振光(視乎所加的電壓而定)的要求，這里光學(xué)對(duì)比度有兩個(gè)極限值，即1)偏振作用不變；和2)有90度的偏振旋轉(zhuǎn)。此外，必須能用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ谒蟮膸l下調(diào)制全部要求的象素(在極端情況下為含數(shù)百萬(wàn)象素的二維矩陣)。調(diào)制可通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)或通過(guò)多路調(diào)制(包括有效編址多路調(diào)制)，或借助于有源矩陣進(jìn)行。下面是這些LCD的一些實(shí)例TN-LCD、STN-LCD、ECB-LCD、DAP-LCD、OMI-LCD、聚合物浸漬過(guò)的LCD或晶片或DHF-LCD或其它能產(chǎn)生灰度值的鐵電LCD例如，電荷控制SSF-LCD、SBF-LCD或抗鐵電LCD)。
圖3示出了圖2SBBF不偏振光的透射譜。膽甾醇濾光器12和14各有兩個(gè)覆有聚酰亞胺的磨砂玻璃，彼此間隔8微米，兩玻璃板之間有膽甾醇液晶混合料，并具有適當(dāng)?shù)碾p折射性和膽甾醇螺旋線(xiàn)的間距。從例如M.Schadt等人在1990年第29卷第10期的《日本應(yīng)用物理雜志》第1974頁(yè)上發(fā)表的文章可了解到這種液晶片的結(jié)構(gòu)。液晶片13是常規(guī)的TN液晶片。λ/4板是市場(chǎng)上出售的延遲薄膜，其間距差為140納米。所有組成部分都用光學(xué)粘結(jié)劑粘接在一起。圖3示出了導(dǎo)光狀態(tài)(片上電壓為0伏)和不導(dǎo)光狀態(tài)(10Vpp，片上有1千赫的方波)下的透射譜?？梢郧宄乜闯?，對(duì)比度良好，濾波特性曲線(xiàn)陡峭。
本發(fā)明主要應(yīng)用于極其小巧的顯示性能高的液晶投影顯示器，例如供高清晰度電視投影機(jī)(帶微型透鏡的那一種)，或象素較大的或采用其它象素而不帶微型透鏡的顯示器，在這些場(chǎng)合，本發(fā)明在亮度和彩色方面的質(zhì)量有了重要的改進(jìn)。在上述兩種情況下，除了對(duì)現(xiàn)代市面出售的顯示器業(yè)已提出的各項(xiàng)要求之外，在液晶元件方面并無(wú)其它要求。這與順次驅(qū)動(dòng)式顯示器成了鮮明的對(duì)照，在這種場(chǎng)合，現(xiàn)代顯示器的顯示速率仍然不夠快。按照本發(fā)明也可以制取直觀式顯示器(取消圖1中的投影透鏡9)，但其視角范圍稍微受到選擇性反射依賴(lài)于角度的特性的限制。
權(quán)利要求
1.一種電可控的彩色明亮顯示裝置，其線(xiàn)性光路簡(jiǎn)捷，該顯示裝置有三個(gè)光學(xué)上串聯(lián)連接的可轉(zhuǎn)換濾色鏡，每一個(gè)濾色鏡由兩個(gè)膽甾醇濾光器、兩個(gè)λ/4板和一個(gè)電氣上可轉(zhuǎn)換的帶分段電極的液晶顯示器，各濾光器適于借助電控制使三種不同顏色中的一種顏色衰減。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其特征在于，各濾波器前配置有一個(gè)微型透鏡矩陣、若干全息透鏡、菲涅耳透鏡或分級(jí)分度透鏡。
3.如權(quán)利要求1或2所述的顯示器，其特征在于，濾光器中使用的液晶片為下列的一種TN-LCD、STN-LCD、ECB-LCD、DAP-LCD、OMI-LCD、聚合物浸漬過(guò)的LCD或晶片或DHF晶片或其它能產(chǎn)生灰度值的鐵電晶片(例如電荷控制的SSF-LCD、SBF-LCD或抗鐵電LCD)。
4.如1至3任一權(quán)利要求所述的顯示器，其特征在于，所述顯示器是投影式顯示器。
5.如1至3任一權(quán)利要求所述的顯示器，其特征在于，所述顯示器是亮室投影機(jī)的投影附件。
6.如1至3任一權(quán)利要求所述的顯示器，其特征在于，所述顯示器是直觀式顯示器。
全文摘要
一種顯示器，其彩色是通過(guò)使光透過(guò)三個(gè)串聯(lián)配置的電可控濾色鏡產(chǎn)生的，每一個(gè)濾色鏡衰減三色中的一種色。該彩色濾色鏡由兩個(gè)膽甾醇濾光器、兩個(gè)λ/4板和一個(gè)電可轉(zhuǎn)換的液晶顯示器組成。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1151060SQ95118940
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月14日
發(fā)明者J·馮富希林, M·沙德特, H·塞伯特 申請(qǐng)人:霍夫曼-拉羅奇有限公司