液晶顯示板和採用它的液晶投影機的製作方法
2023-10-31 12:03:52
專利名稱：液晶顯示板和採用它的液晶投影機的製作方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示板和採用它的投影機，且更具體地說是涉及具有改善的有效象元孔徑比的液晶顯示板和具有較小直徑的投影透鏡系統的液晶投影機。
通常的液晶投影機用於通過利用液晶顯示板控制透射光來產生圖象，並隨後將如此產生的圖象投影到投影屏幕上，以進行觀看。這種投影機，如
圖1所示，包括用於反射來自光源1的光的拋物面反射鏡2、沿著被反射鏡2反射的光的光軸9設置並由驅動電路8驅動的液晶顯示板3、分別位於液晶顯示板3的前面和後面並用於對通過液晶顯示板3的光進行偏振的的偏振片4和5、以及沿著透射過液晶顯示板3的光的光軸設置並用於將放大的圖象投影到投影屏7上的投影透鏡系統6。
反射鏡2對來自光源1的光線進行反射，以使它們與光軸9相平行，從而形成平行光源光。液晶顯示板3根據來自驅動電路8的圖象形成信號阻止或透過入射的光源光，以形成由象元單元組成的光圖象。為了控制入射到液晶顯示板3上的光和通過液晶顯示板3輸出的光，偏振片4和5僅透過沿預定方向偏振的光。兩塊偏振片4和5得到適當的布置，以使它們的偏振軸保持預定的角度。投影透鏡系統6對從液晶顯示板3獲得的光圖象進行投影，從而在屏幕7上獲得所需的圖象。
為了在這種液晶投影機中獲得明亮的圖象，需要儘量增大液晶顯示板3的有效象元孔徑比。傳統的普通液晶顯示板採用薄膜電晶體(TFT)作為其象元開關元件。參見圖2，第一和第二基底31和32被相隔預定距離設置。液晶33被填充到第一和第二基底31和32的相應內表面上提供有用於驅動液晶顯示板3的各個象元的驅動裝置。在第二基底32的內表面上設置有用於驅動液晶33的排列成預定的象元圖案的多個象元電極322和被用作相應象元的驅動裝置的開關元件的TFT321。在第一基底31的整個內表面上形成有用於與各個象元電極322一起驅動液晶的透明公共電極311。在公共電極311上設置有用於限定光透射區313並與各個象元電極322相對應的多個遮光型片312。在外表面(圖2中的第一基底31的頂表面)上設置有具有多個微透鏡341的微透鏡板34，各微透鏡341與各光透射區313相對，以將入射光27經光透射區313會聚到液晶33的各個象元電極322上。在液晶顯示板的這種配置中，通過各個微透鏡的入射平行光源光經過相應的光透射區313而被聚焦到有效象元區域，從而對由於遮光型片312的存在而被阻擋的光源光進行補償。特別是，微透鏡341所起的光學作用使各個象元的孔徑比得到了大大的增加。
然而，在通過採用微透鏡而使液晶顯示板的有效象元孔徑比增大的同時，微透鏡的會聚作用使光的直線性降低了。光線被各微透鏡341會聚到微透鏡341的位於一象元區中的主焦點F上，隨後該光線在通過焦點F之後發散。這種發散光在屏幕上形成了具有低清晰度的圖象。另外，採用這種液晶顯示板3的投影機必須採用大直徑的投影透鏡系統6(圖1)，以接收在通過液晶之後發散的所有光線。因此，這種配置要求液晶投影機具有大的光學系統和高生產成本。
本發明的一個目的，是提供一種液晶顯示板，它能克服圖象光線的發散，從而獲得清晰的圖象。
本發明的另一目的，是提供一種液晶投影機，其中採用了校正光發散的液晶顯示板，以降低所需的投影透鏡系統的直徑。
本發明的又一個目的，是提供一種成本低廉並能獲得清晰的圖象的液晶投影機。
為了實現本發明的第一個目的，提供了一液晶顯示板，其中一層液晶填充在彼此相隔的第一和第二基底之間的空間中;在第一和第二基底的內表面上形成有具有相對的相應電極的液晶驅動裝置，以便以按照排列成預定圖案的象元為單位對液晶進行驅動;在第一基底和光源之間設置有聚光裝置，以對入射到各個象元上的光線進行會聚;且在第二基底的外表面上形成有光補償裝置，以使從各個象元發出的光平行。
為實現本發明的第二和第三個目的，提供了一種液晶投影機，它包括光源;具有液晶層、分別設置在該液晶層的上和下側上的第一和第二基底、以及用於驅動液晶層的液晶驅動裝置的液晶顯示板;設置在液晶顯示板的光接收側，用於將入射光會聚到液晶層上的聚光裝置;設置在液晶顯示板的光出射側，用於使通過液晶層的光線平行的光補償裝置;以及用於將通過光補償裝置的光線投影到屏幕上的投影透鏡系統。
在具有這種配置的液晶顯示板和液晶投影機中，液晶驅動裝置包括形成在第一和第二基底中的一個基底上的公共電極、形成在第一和第二基底中的另一個基底上的象元電極、以及用於驅動該象元電極的開關裝置。
在形成有公共電極的那個基底上，設置有遮光型片，用於使光只能透射過與象元電極對應的象元區。
聚光裝置具有會聚透鏡陣列。光補償裝置具有對入射到其上的相對於光軸發散的光起會聚作用的補償透鏡陣列，或者具有對入射到其上的相對於光軸會聚的光起發散作用的補償透鏡陣列，從而使通過該光補償裝置的光線與光軸平行。對輸出光的這種補償，能儘量減小投影透鏡系統的直徑，從而獲得高質量的圖象。
通過結合附圖對本發明的最佳實施例的描述，本發明的上述目的和優點將變得更為明顯。在附圖中
圖1是傳統的液晶投影機的示意結構圖;
圖2是用於圖1的傳統液晶投影機的液晶顯示板的示意橫截面圖;
圖3和4示意地顯示了根據本發明的液晶顯示板的光學功能;
圖5是根據如圖3所示的本發明的液晶顯示板的第一實施例的示意橫截面圖;
圖6是根據圖4所示的本發明的液晶顯示板的第二實施例的示意橫截面圖;
圖7是根據本發明的液晶投影機的示意結構圖。
參見圖3和4，被用作聚光裝置的第一微透鏡441(為凸-平透鏡)和被用作光補償裝置的第二微透鏡442a(為如圖3所示的平-凹透鏡)或442b(為如圖4所示的平凸透鏡)，分別被設置在液晶顯示板的單位象元區400的光入射側和光出射側;該液晶顯示板位於行進的光線403的光軸401上。在圖3中，第一微透鏡441的主焦點Fa位於象元400之後，且第二微透鏡442a(它是平-凹透鏡)位於象元400和第一微透鏡441的焦點Fa之間。在圖4中，第一微透鏡441的主焦點Fb位於象元400的附近，且第二微透鏡442b(它是平-凸透鏡)位於第一微透鏡441的焦距之外。在這種配置中，被第一微透鏡441會聚折射後形成的相對光軸會聚的光線得到平-凹透鏡第二微透鏡442a的發散折射，使之與光軸401平行(如圖3所示)。
在另一方式中，受到第一微透鏡441的會聚折射後形成的相對光軸會聚後又發散的光線得到第二微透鏡442b的平-凸透鏡第二微透鏡442b的會聚折射，使之與光軸401平行(如圖4所示)，從而增強了有效象元孔徑比並同時降低了構成液晶投影機的光學系統的投影透鏡的所需直徑。
圖5顯示了圖3所示液晶顯示板的象元區。參見圖5，第一和第二基底41和42被設置成彼此相隔預定距離。液晶43被填充到第一和第二基底41和42之間。在第一和第二基底41和42的內表面上設置有用於驅動液晶43的傳統驅動裝置。被用作驅動裝置的開關元件的一對TFT421彼此相隔預定距離地被設置在第二基底42的內表面上，而用於驅動液晶的象元電極402位於TFT421之間。在第一基底41的整個內表面上形成有透明公共電極411，用於與象元電極402一起驅動液晶43。在公共電極411上設置有用於限定與各個象元電極402相對應的光透射區413的一對遮光型片412。第一微透鏡441(凸-平透鏡)附在第一基底41的外表面上;該第一微透鏡441與各光透射區413相對應，用於把入射光線403經光透射區413會聚折射到液晶43的象元區上。在第二基底42的外表面(在該圖的底部)上，設置有一相應的平-凹第二微透鏡442a(平-凸透鏡)，用於對輸出光線404進行發散折射，使它們與光軸平行這裡，第二微透鏡442a位於第一微透鏡441和第一微透鏡441的主焦點Fa之間。第一和第二微透鏡441和442a可被直接附在第一和第二基底41和42的相應外表面上，或者與第一和第二基底41和42相隔預定距離。
在本發明的液晶顯示板中，入射的平行光線403在通過第一微透鏡441時被會聚折射，隨後入射到象元400上。通過象元400的輸出光線404被第二微透鏡442a發散折射後與光軸平行。對輸出光線的這種補償可以獲得精細的圖象。由於第一微透鏡441會聚所有的入射光線並將會聚的光線聚集到象元上，因此大部分光都入射到象元400上，而不到達遮光型片412。這防止了遮光型片412對光的阻擋，因而增加了象元的照度。由第一微透鏡441會聚並通過象元400的入射光線，在通過第二微透鏡442a時得到折射和發散，從而與光軸平行。這裡，第二微透鏡442a的作用是使被第一微透鏡441會聚的入射光線平行。藉助第二微透鏡442a，增強了輸出光線的直線性，從而可以獲得清晰的圖象。
圖6顯示了本發明的液晶顯示板的另一實施例。在該液晶顯示板中，第二微透鏡442b是一個平-凸透鏡，以對通過象元區400的光線進行會聚折射。由於第二微透鏡442b位於第一微透鏡441的焦距以外，第二微透鏡442b對被第一微透鏡441會聚並隨後在通過焦點Fb之後發散的光線進行再會聚，以使發散的光線成為平行。該第二實施例由於輸出平行的光線，產生了與第一實施例相同的效果。
作為實現這種光線會聚和平行光線的另一種方法，可設置一聚光裝置，以通過在對應於光透射區413的第一基底部分上按照折射率從中心向周邊逐漸減小的方式疊置材料，來對入射光線進行會聚。在對應於光出射區的第二基底部分上，可通過按照折射率從中心向周邊逐漸降低或增大的方式疊置材料，來設置具有會聚或發散作用的、被用作第二微透鏡的光補償裝置。
此外，在另一實施例中，與第一和第二基底的各光透射區和光出射區相對應的各部分，可被處理成預定的圖案，以獲得具有所希望的形式的微透鏡陣列。
圖7顯示了本發明的液晶投影機的示意配置。
參見圖7，具有與傳統的投影機類似的結構的本發明的液晶投影機，包括用於反射來自光源100的光的拋物面反射鏡120、沿著被反射鏡反射的光的行進路徑設置並由一驅動電路78驅動的液晶顯示板40、位於液晶顯示板40的前面和後面並用於控制光的偏振的偏振片140和150、以及沿著通過液晶40的光的行進路徑設置並用於將放大投影圖象投影到屏幕170上的投影透鏡系統160。
作為本發明的一個特徵，設置了第一和第二微透鏡板440和442，每一塊微透鏡板分別具有彼此對應的各微透鏡441或442a(或442b)。第一微透鏡板440是聚光裝置，它以象元為單位對來自光源100、被反射鏡120反射的只具有被偏振片140過濾的指定偏振分量的入射光線79進行會聚，隨後將會聚的光線傳送到液晶顯示板40。第二微透鏡板442是光補償裝置，它以象元為單位對通過液晶顯示板40的光進行補償，以形成平行的輸出光線80。
液晶顯示板40按照來自驅動電路78的圖象信號運行，以便以象元為單位透過或阻擋入射光79。第一和第二微透鏡板440和442的微透鏡441和442a(或442b)，與本發明的液晶顯示板的微透鏡相同。如果通過液晶的輸出光線處於發散狀態，第二微透鏡442a藉助其會聚作用對發散的輸出光線進行補償，以使輸出光線80平行。如果通過液晶顯示板的輸出光線處於會聚狀態，第二微透鏡442b藉助其發散作用對會聚的輸出光線進行補償，以使輸出光線80平行。在通過第二微透鏡板442時得到如上補償的輸出光線，經過投影透鏡系統160而到達屏幕170，從而在屏幕170上形成放大的圖象。
在該液晶投影機中，由於將要通過液晶顯示板的光得到了被用作聚光裝置並具有第一微透鏡陣列的第一微透鏡板的會聚，液晶顯示板的有效象元孔徑比得到了增大。另外，由於被聚光裝置會聚的光線由被用作光補償裝置並具有第二微透鏡陣列的第二微透鏡板會聚成平行光線，通過這種投影透鏡系統的光線的發散角與傳統的液晶投影機的相比大大減小。因此，這些通過投影透鏡系統的具有較小發散角的輸出光線投射屏幕上而獲得的圖象，比由傳統投影機得到的圖象更清晰。另外，由於與傳統的投影機相比，這種投影透鏡系統的直徑較小，因此可以減小投影透鏡系統的尺寸，從而降低了整個投影機的生產成本。
權利要求
1.液晶顯示板，包括彼此相隔且其間填充有液晶的第一和第二基底；液晶驅動裝置，它具有形成在所述第一和第二基底的相應內表面上的相對的電極，以便以按照預定圖案排列的象元為單位對所述液晶進行驅動；聚光裝置，它位於所述第一基底和光源之間，用來會聚入射到各個所述象元上的光線；以及光補償裝置，它被形成在所述第二基底的外表面上，用來使從各個所述象元發射的光線平行。
2.根據權利要求1的液晶顯示板，其中所述聚光裝置具有由多個第一透鏡組成的陣列，每個第一透鏡都具有聚光作用，所述光補償裝置具有由多個第二透鏡組成的陣列，這些第二透鏡與所述第一透鏡相對應，每一個都具有聚光或發散作用。
3.根據權利要求2的液晶顯示板，其中各個所述第二透鏡都是具有聚光作用的凸-平透鏡，位於所述第一基底的外表面上。
4.根據權利要求2的液晶顯示板，其中每一個所述第二透鏡都是對通過所述相應第一透鏡和象元單元的光具有聚光作用的平-凸透鏡，位於所述第二基底的外表面上。
5.根據權利要求4的液晶顯示板，其中每一個所述第二透鏡都位於所述相應第一透鏡的焦距之內。
6.根據權利要求2的液晶顯示板，其中每一個所述第二透鏡都是對通過所述相應第一透鏡和象元單元的光具有光發散作用的平-凹透鏡，位於所述第二基底的外表面上。
7.根據權利要求6的液晶顯示板，其中每一個所述第二透鏡都位於所述相應第一透鏡的焦距之外。
8.根據權利要求2的液晶顯示板，其中所述第一和第二透鏡分別與所述相應第一和第二基底整體地製成。
9.液晶投影機，包括光源;液晶顯示板，它具有液晶層、分別設置在液晶層的上側和下側的第一和第二基底、以及用於以象元為單位對液晶層進行驅動的液晶驅動裝置;設置在所述液晶顯示板的光接收側的聚光裝置，用於將入射光線會聚到所述液晶層上;設置在所述液晶顯示板的光出射側上的光補償裝置，用於使通過所述液晶層的光線平行;投影透鏡系統，用於將通過所述光補償裝置的光線投影到屏幕上。
10.根據權利要求9的液晶投影機，其中所述聚光裝置具有由多個第一透鏡組成的陣列，所述光補償裝置具有由與所述第一透鏡分別對應的多個第二透鏡組成的陣列。
11.根據權利要求10的液晶顯示板投影機，其中每一個所述第一透鏡都是具有聚光作用的凸-平透鏡，位於所述第一基底的外表面上。
12.根據權利要求10的液晶顯示板投影機，其中每一個所述第二透鏡都是對通過所述對應第一透鏡和象元單元的光具有聚光作用的平-凸透鏡，位於所述第二基底的外表面上。
13.根據權利要求12的液晶顯示板投影機，其中每一個所述第二透鏡都位於所述對應第一透鏡的焦距之內。
14.根據權利要求10的液晶顯示板投影機，其中每一個所述第二透鏡都是對通過所述對應第一透鏡和象元單元的光具有散光作用的平-凹透鏡，位於所述第二基底的外表面上。
15.根據權利要求14的液晶顯示板投影機，其中每一個所述第二透鏡都位於所述對應第一透鏡的焦距以外。
16.根據權利要求10的液晶顯示板投影機，其中所述第一和第二透鏡分別與所述對應第一和第二基底整體製成。
全文摘要
一種液晶顯示板和採用它的液晶投影機。這種顯示板具有位於其光接收側的聚光裝置和位於它光出射側的光補償裝置。光補償裝置對要射到投影透鏡系統的發散或會聚的輸出光線進行補償，使該輸出光線平行。這有利於通過把入射光線會聚到象元上增大有效象元孔徑比，和減小投影透鏡系統的體積。
文檔編號G02F1/13GK1102002SQ94106478
公開日1995年4月26日 申請日期1994年6月16日 優先權日1993年6月16日
發明者金厚植 申請人:三星航空產業株式會社