專利名稱：圖像顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種投影式圖像顯示裝置，特別是涉及一種不會帶來光調制元件對位的復雜化等問題、從而提高對比度的圖像顯示裝置。
背景技術：
以往，公知有如下的投影式圖像顯示裝置，其具有含光源的照明裝置、通過照明裝置被照明的光調制元件、使光調制元件的像成像的投影透鏡。其中，具有將放電燈作為光源使用、將液晶顯示元件作為光調制元件使用的圖像顯示裝置(液晶投影機)。
液晶顯示元件常使用TN(Twisted Nematic，扭曲向列)方式。TN方式下，在電源關閉時，通過幾乎與玻璃基板平行扭曲排列來改變光的偏振光方向從而顯示白色，在電源打開時，由于偏振光不變從而顯示黑色。但是，即使在電源打開時，對于斜向射入的光束來說由于產生雙折射從而漏光。因此，在顯示圖像時，對比度降低。
對于此，可考慮使用VA(Vertically Aligned，垂直排列)方式的液晶顯示元件。VA方式的特征在于組合配光膜和具有負的介電各向異性的液晶，當電源關閉時，由于液晶分子幾乎與基板垂直，因此可獲得高對比度特性。
但是，用于投影機用途的小型高溫多晶硅通常在每一行上極性都交替改變，以所謂的行反轉來驅動。因此，不僅在與基板的垂直方向，即使在水平方向上也存在電場，為了防止由此引起的液晶分子的定向紊亂，要相對基板加幾度預傾角。因此，即使使用VA方式的液晶顯示元件，從預傾角方位的相反側射入的情況下也會產生漏光，其結果對比度還是會降低。
以往，提出了一種用于提高液晶投影機的對比度的方法，該方法是將液晶顯示元件相對光軸向最大對比度視場角的方向傾斜預定角度(例如，參考專利文獻1)。
專利文獻1日本專利申請?zhí)亻_平62-186225號公報(第3～4頁、圖1～2)但是，在此專利文獻1所記載的方法中，由于在具有用于R、G、B的三個液晶顯示元件的三板式液晶投影機的情況下，必須分別使各液晶顯示元件向相同方向傾斜相同程度的角度，因此存在液晶顯示元件的對位復雜并且困難的問題。
此外，由于液晶顯示元件相對光軸傾斜，因此不能在液晶顯示元件整個面上聚焦，從而存在圖像模糊的問題。

發(fā)明內容
鑒于上述方面，本發(fā)明提供了一種投影式圖像顯示裝置，所述顯示裝置既不會帶來光調制元件對位的復雜化，也不會使圖像模糊，具有高對比度。
為了解決此技術問題，本申請人提出一種投影式圖像顯示裝置，具有包括光源的照明裝置、將來自照明裝置的照明光按照圖像信號進行調制的光調制元件、使光調制元件的像成像的投影透鏡；其特征在于，所述光調制元件的視場角特性并不是各向同性；所述照明裝置具有光學元件，所述光學元件遮擋從光源射出的光束中的部分光束，從而使其不入射到光調制元件上，其中所述部分光束是指射入所述光調制元件時的角度方向為對比度相對低的角度方向的光束。
根據(jù)此圖像顯示裝置，在從光源射出的光束中，部分的光束被照明裝置內的光學元件遮光，而不能入射到光調制元件上，所述部分的光束是由于光調節(jié)元件的非各向同性的視場角特性而在射入所述光調制元件時的角度方向為對比度相對低的角度方向的光束。
由此，由于只有來自對比度相對低的角度方向的光入射到光調制元件，因此對比度提高。此外，與傾斜光調制元件的情況不同，不會帶來光調制元件對位的復雜化或圖像的模糊。
此外，對于此圖像顯示裝置，作為一個示例，其照明裝置還具有反射來自光源的光并將其輸出到光調制元件的反射鏡，所述遮光用的光學元件由反射遮住的光束并使其返回所述反射鏡的反射元件構成。
由此，被反射元件及反射鏡反射并返回光源的光被反射鏡再次反射，此次不會被反射元件遮擋而入射到光調制元件(即從高對比度的角度方向入射到光調制元件)，因此，不僅具有高的對比度，還可以實現(xiàn)低成本、且光利用效率高的投影式圖像顯示裝置。
此外，在此圖像顯示裝置中，作為一個例子，最好在此遮光用的光學元件的靠近所述光調制元件的面上使用吸收光的材料。
如果在照明裝置內配置這樣的遮光用的光學元件，則沒有被此光學元件遮擋而入射到光調制元件前段的透鏡(聚光透鏡或場透鏡)上的光束的一部分被這些透鏡反射而返回此光學元件。如果如此返回遮光用的光學元件的光被光學元件再次反射，則從低對比度的角度方向入射到光調制元件上，從而妨礙了對比度的提高。
因此，通過在此遮光用的光學元件的靠近所述光調制元件的面上使用吸收光的材料，由于被這些透鏡反射的光不會被此光學元件再次反射從而入射到光調制元件，所以可以實現(xiàn)具有更高對比度的投影式圖像顯示裝置。
根據(jù)此發(fā)明，可以取得如下效果可以實現(xiàn)不會帶來光調制元件對位的復雜化或圖像的模糊且具有高對比度的投影式圖像顯示裝置。
此外，可以取得如下效果不僅具有高的對比度，還可以實現(xiàn)低成本、高光利用效率的投影式圖像顯示裝置。
進而，可以取得如下效果由于被光調制元件前段的透鏡反射的光不會從低對比度的角度方向入射到光調制元件，所以可以實現(xiàn)具有更高對比度的投影式圖像顯示裝置。


圖1是本發(fā)明的液晶投影機的光學系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1的反射板形狀的示意圖；圖3是圖1的液晶投影機中的光的循環(huán)光路的一個例子的示意圖；圖4是圖1的液晶投影機中的聚光透鏡以后的光路的示意圖；圖5是圖1的液晶面板視場角特性的示意圖；圖6是在圖1的第二蠅眼透鏡上形成反射區(qū)域的例子的示意圖；圖7是在遮光板上設置反射區(qū)域的例子的示意圖；圖8是使第二蠅眼透鏡上形成的反射區(qū)域呈三角形的例子的示意圖。
具體實施例方式
下面，利用附圖具體說明在使用VA方式的液晶顯示元件的三板式液晶投影機上使用本發(fā)明的例子。
(結構)圖1示出了本發(fā)明的三板式液晶投影機的光學系統(tǒng)。此光學系統(tǒng)由作為光源的放電燈1、反射放電燈1的出射光的拋物面形狀的反射鏡2、第一蠅眼透鏡3、第二蠅眼透鏡4、反射板22、PS轉換器(由偏振光分光器和半波片組成的、將入射光變換成特定線偏振光的光學部件)5、聚光透鏡6、分色鏡7及8、反射鏡9、15及17、場透鏡10、12及18、透射型液晶面板(液晶顯示元件)11、13及19、中繼透鏡14及16、正交棱鏡20、投影透鏡21形成。
從放電燈1射出的光束通過反射鏡2形成近乎平行的光，入射到第一蠅眼透鏡3、第二蠅眼透鏡4上。蠅眼透鏡3、4使入射光束的空間分布均勻化。透射第二蠅眼透鏡4的光束的一部分入射到反射板22。反射板22配置在與形成于放電燈1的兩個電極之間的發(fā)光區(qū)域大體共軛的位置上，即配置于共軛點的附近，該共軛點是指在照明透射型液晶面板11、13及19的照明光的光路中，來自于放電燈1的光經(jīng)由反射鏡2通過第一蠅眼透鏡3的各個透鏡元件被聚光、從而作為放電燈1的像而成像的共軛點。此反射板22在相對于光軸垂直的面上平行設置，鄰近放電燈1的面具有反射整個可視光區(qū)域的特性，而鄰近液晶面板11、13及19的面，例如通過鋁陽極化處理被涂黑，由此具有吸收入射光的特性。
圖2是相對于第二蠅眼透鏡4的反射板22的形狀及位置關系的示意圖，圖2的(a)是從圖1的z軸方向(光軸方向)看到的視圖，圖2的(b)是從與圖1相同的方向看到的視圖。反射板22的面積是第二蠅眼透鏡4的約1/4，位置設置在第三象限。
射入第1、2、4象限的光束在透射第二蠅眼透鏡4后，通過PS轉換器5轉換為特定的線偏振光(透射液晶面板11或13或19的入射面一側的偏振光片的線偏振光)。
另一方面，射入到反射板22的光束再次回到放電燈1。圖3示出了由反射板22反射的光的光路的一個例子。被反射的光透射第二蠅眼透鏡4、第一蠅眼透鏡3，并由反射鏡2反射，再回到形成于放電燈1的兩個電極之間的發(fā)光區(qū)域?；氐酱穗姌O之間附近的光束中的一部分被電極散射、吸收，而剩余的光束透射電極之間的發(fā)光區(qū)域。透射發(fā)光區(qū)域的光束被反射鏡2反射，透射第一蠅眼透鏡3、第二蠅眼透鏡4(光的循環(huán))。其結果是，由反射鏡2反射的光(循環(huán)光)移動到?jīng)]有反射板22的區(qū)域，并入射到PS轉換器5內從而轉換成特定的線偏振光。由于反射板22在第三象限內(圖2)，因此由反射板22反射的光束被循環(huán)的結果是到達第一象限。
以上的結果是從放電燈1射出的光束不能從第三象限透射，而是透射第一、第二、第四象限。此外，射入第三象限的光束也由于再次返回第一象限從而可以有效地利用光束。
透射PS轉換器5的光束不斷通過聚光透鏡6聚光并入射到分色鏡7。分色鏡7反射紅色波長范圍的光束，并透射綠色、藍色波長范圍的光束。透射分色鏡7的綠色、藍色波長范圍的光束入射到第二個分色鏡8。分色鏡8反射綠色波長范圍的光束，并透射藍色波長范圍的光束。通過這樣的作用，從放電燈1射出的光束被分割為紅、綠、藍色的光。被分割的紅色光束經(jīng)由反射鏡9及場透鏡10照明用于顯示紅色的液晶面板11。被分割的綠色光束經(jīng)由場透鏡12照明用于顯示綠色的液晶面板13，被分割的藍色光束經(jīng)由反射鏡17及場透鏡18照明用于顯示藍色的液晶面板19。
圖4是對于液晶面板11的照明光來說的、聚光透鏡6以后的光路的示意圖，圖4的(a)是省去圖1的聚光透鏡6、場透鏡10之間的光學元件的簡略示意圖，圖4的(b)是從圖1的z軸方向(光軸方向)看到的視圖。通過如圖2所示配置反射板22，入射到第一、二、四象限的光束照明液晶面板11，但入射到第三象限的光束被反射板22遮住，從而不照明液晶面板11。液晶面板13及19也完全相同，入射到第一、二、四象限的光束照明液晶面板13及19，但入射到第三象限的光束被反射板22遮住，從而不照明液晶面板13及19。
液晶面板11、13及19是VA方式的液晶面板。在VA方式中，當電源關閉時，由于液晶相對于基板幾乎垂直站立從而表示黑，而當電源打開時，液晶被水平放倒從而表示白。在液晶面板11、13及19中，預傾角為80度，預傾方向為45度，延遲(Δnd)為390nm。此外，置于液晶前后的偏振片的方位角被設為0度、90度。此外，此處預傾角是與平行于基板的面相對的角度，預傾方向及變更片(變更板)的方位角表示在與基板平行的x、y平面上的與x軸相對的角度。
圖5是液晶面板11、13及19的視場角特性的計算值(在圓的半徑方向上取入射角θ＝0～20度、在圓周方向上取方位角為ψ＝0～360度的等對比度線)的示意圖；這些液晶面板的預傾方位是45度，預傾角是80度，如果從ψ＝45度、θ＝10度方向看這些液晶面板，則由于看到垂直站立的液晶分子，所以光的透射減少，結果是對比度上升。在本計算值中，此位置上的對比度比值超過2000∶1。另一方面，可以知道在從ψ＝225度、θ＝10度方向看的情況下，對比度比值最低，達到500∶1。
此液晶投影機中，由于通過配置反射板22從而只有射入第一、二、四象限的光束照明液晶面板11、13及19，因此僅有來自于從0＜ψ＜180度、270＜ψ＜360度的角度方向的光入射到液晶面板11、13及19上，而從180＜ψ＜270度的角度方向來的光不入射到液晶面板11、13及19上。其結果是，從圖5的視場角特性出發(fā)，從對比度低的角度方向來的光束不入射到液晶面板11、13及19上，而僅有從對比度較高的角度方向來的光才入射到液晶面板11、13及19上。
在液晶面板11、13及19的象素上分別施加對應R、G、B信號的驅動電壓。然后，如圖1所示在液晶面板11上調制的紅色光束、在液晶面板13上調制的綠色光束和在液晶面板19上調制的藍色光束在正交棱鏡20上被合成，從而通過投影透鏡21被投影到屏幕(圖中未示出)上。
上述的結果是，在進行黑色顯示時可以減少到達屏幕的光束，從而可以顯示對比度高的圖像。此外，由于并不將液晶面板11、13、19相對光軸傾斜，所以不會帶來這些液晶面板對位的復雜化，并且不會使圖像模糊。
進而，如圖3所示，入射到第三象限的光束被反射板22反射之后再次被反射鏡2反射，此次到達第一象限，從而不被反射板22遮擋而入射到液晶面板11、13及19上(即，從高對比度的角度方向入射到液晶面板11、13及19上)。因此，也可以提高光的利用效率。
此外，沒有被反射板22遮擋的光束的一部分被聚光透鏡6或場透鏡10、12及18反射從而返回反射板22，但若這樣返回反射板22的光再次被反射板22反射，則從低對比度的角度方向入射到液晶面板11、13及19上，從而妨礙了對比度的提高。
對此，如上所述，反射板22具有其靠近液晶面板11、13及19的表面吸收入射光的特性。由此，由于被聚光透鏡6或場透鏡10、12及18反射的光不會被反射板22再次反射從而入射到液晶面板11、13及19上，因此可以進一步提高對比度。
(反射板的變形例)下面，說明幾個反射板22的變形例。在圖1的光學系統(tǒng)中是在第二蠅眼透鏡4和PS轉換器5之間設置反射板22，但作為其他的例子，也可以在第二蠅眼透鏡4上形成反射區(qū)域、在PS轉換器5上形成反射區(qū)域從而代替設置反射板22。
圖6的(a)、(b)是在第二蠅眼透鏡4上形成了反射區(qū)域的例子的示意圖，圖6的(a)是從圖1的z軸方向(光軸方向)看到的視圖，圖6的(b)是從與圖1相同的方向看到的視圖。在第二蠅眼透鏡4的第三象限的位置上，例如使用介質多層膜(或者鋁制鏡)形成反射區(qū)域。
此外，雖然在圖1中未示出，但為了使光束入射到PS轉換器5上的合適區(qū)域內，一般在第一蠅眼透鏡3和第二蠅眼透鏡4之間、或者在第二蠅眼透鏡4和PS轉換器5之間配置遮光板，所述遮光板遮住來自第一蠅眼透鏡3或第二蠅眼透鏡4的各個透鏡的周邊部分的出射光。因此，也可以在此遮光板的一部分上設置反射所有入射光的反射區(qū)域來代替設置反射板22。
圖7的(a)、(b)是在配置于第二蠅眼透鏡4和PS轉換器5之間的遮光板上設置反射區(qū)域的例子的示意圖，圖7的(a)是從光軸方向看到的、相對于第二蠅眼透鏡4的該遮光板形狀的視圖，圖7的(b)是從與圖1相同的方向看到的該遮光板設置位置的視圖。該遮光板24在第一、二、四象限的位置上與普通的遮光板相同，具有用于使來自于第二蠅眼透鏡4的各個透鏡的中心部分的出射光通過的開口，但在第三象限的位置上設置有反射所有入射光的反射區(qū)域25。
圖1的反射板22或圖6、7的反射區(qū)域23、25的面積設定為第二蠅眼透鏡4的大約1/4，但這些反射板或反射區(qū)域的面積應該在考慮到液晶面板的視場角特性、作為產品所必需的對比度特性、輝度特性等之后而確定，而不是要特別限定在1/4上。
圖1的反射板22或圖6、7的反射區(qū)域23、25的形狀是四角形，但這些反射板或反射區(qū)域的形狀并不限于此。圖8的(a)、(b)是在第二蠅眼透鏡4上形成三角形的反射區(qū)域的例子的示意圖，圖8的(a)是從圖1的z軸方向(光軸方向)看到的視圖，圖8的(b)是從與圖1相同的方向看到的視圖。在第二蠅眼透鏡4的第二象限的左下半部、第三象限、第四象限的左下半部的位置上，形成面積約占第二蠅眼透鏡4的1/2的三角形的反射區(qū)域26。
即使在此圖8的例子的情況下，如果液晶面板11、13及19的視場角特性如圖5所示，由于是從入射到這些液晶面板時的角度方向為0＜ψ＜135、315＜ψ＜360度的角度方向(高對比度的角度方向)入射到這些液晶面板上，因此可以實現(xiàn)較高的對比度。
(其他)在上述例子中，入射到液晶面板時的角度方向是低對比度角度方向的部分光束被反射板或反射區(qū)域反射從而返回放電燈。但是，并不限于此，也可以對入射到這些液晶面板時的角度方向是低對比度角度方向部分的光束進行簡單的遮光。即使是這種情況，也還是不會帶來液晶面板對位的復雜化或使圖像模糊，可以實現(xiàn)具有高對比度的液晶投影機。
此外，在上述例子中，在使用VA方式的液晶顯示元件的三板式液晶投影機中應用了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此，也可以適用于所有使用帶視場角特性的光調制元件的投影式圖像顯示裝置。
權利要求
1.一種投影式圖像顯示裝置，具有包括光源的照明裝置、將來自所述照明裝置的照明光按照圖像信號進行調制的光調制元件、使所述光調制元件的像成像的投影透鏡；其特征在于，所述光調制元件的視場角特性不是各向同性；所述照明裝置具有光學元件，所述光學元件遮擋從所述光源射出的光束中的部分光束，從而使其不入射到光調制元件上，其中所述部分光束是指射入所述光調制元件時的角度方向為對比度相對低的角度方向的光束。
2.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述照明裝置還具有反射來自所述光源的光并將其輸出到所述光調制元件的反射鏡，所述光學元件是反射遮住的光束并使其返回所述反射鏡的反射元件。
3.如權利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述光源為放電燈。
4.如權利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述反射鏡為拋物面形狀。
5.如權利要求2所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述照明裝置還具有光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)具有在所述照明光的光路中成像所述光源的像的共軛點；所述反射元件被配置在所述共軛點的附近。
6.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述光調制元件是液晶顯示元件。
7.如權利要求5所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述液晶顯示元件是VA方式的液晶顯示元件。
8.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述照明裝置包括用于使來自所述光源的光束的照度分布均勻化的第一及第二蠅眼透鏡、和將來自所述光源的光束轉換為特定的線偏振光的偏振光轉換元件；所述光學元件配置在所述第二蠅眼透鏡與所述偏振光轉換元件之間。
9.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述照明裝置包括用于使來自所述光源的光束的照度分布均勻化的第一及第二蠅眼透鏡，所述光學元件設置在所述第二蠅眼透鏡的一部分上。
10.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于所述照明裝置包括將來自所述光源的光束轉換為特定的線偏振光的偏振光轉換元件，所述光學元件設置在所述偏振光轉換元件的一部分上。
11.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述照明裝置包括用于使來自所述光源的光束的照度分布均勻化的第一及第二蠅眼透鏡、將來自所述光源的光束轉換為特定的線偏振光的偏振光轉換元件、以及配置在所述第二蠅眼透鏡和所述偏振光轉換元件之間從而遮住來自所述第二蠅眼透鏡的透鏡周邊部分的出射光的遮光板；所述光學元件設置在所述遮光板的一部分上。
12.如權利要求1所述的圖像顯示裝置，其特征在于，所述光學元件在靠近所述光調制元件的面上使用吸收光的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種不會帶來液晶面板對位的復雜化或圖像模糊從而具有高對比度的投影式圖像顯示裝置。所述投影式圖像顯示裝置具有包括光源的照明裝置、將來自照明裝置的照明光按照圖像信號進行調制的光調制元件(11、13及19)、使光調制元件(11、13及19)的像成像的投影透鏡21；其特征在于，光調制元件(11、13及19)的視場角特性并不是各向同性，照明裝置具有光學元件(22)，所述光學元件遮擋從光源(1)射出的光束中的部分光束，從而使其不入射到光調制元件(11、13及19)上，所述部分光束是指射入光調制元件(11、13及19)時的角度方向是對比度相對低的角度方向的光束。
文檔編號H04N5/74GK1605925SQ200410080810
公開日2005年4月13日 申請日期2004年10月9日 優(yōu)先權日2003年10月9日
發(fā)明者谷野友哉, 鈴木博明, 松井廣明 申請人:索尼株式會社