專利名稱：液晶顯示板和采用它的液晶投影機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示板和采用它的投影機(jī)，且更具體地說(shuō)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(tǒng)的液晶投影機(jī)。
通常的液晶投影機(jī)用于通過(guò)利用液晶顯示板控制透射光來(lái)產(chǎn)生圖象，并隨后將如此產(chǎn)生的圖象投影到投影屏幕上，以進(jìn)行觀看。這種投影機(jī)，如

圖1所示，包括用于反射來(lái)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(shè)置并由驅(qū)動(dòng)電路8驅(qū)動(dòng)的液晶顯示板3、分別位于液晶顯示板3的前面和后面并用于對(duì)通過(guò)液晶顯示板3的光進(jìn)行偏振的的偏振片4和5、以及沿著透射過(guò)液晶顯示板3的光的光軸設(shè)置并用于將放大的圖象投影到投影屏7上的投影透鏡系統(tǒng)6。
反射鏡2對(duì)來(lái)自光源1的光線進(jìn)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(jù)來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路8的圖象形成信號(hào)阻止或透過(guò)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(guò)液晶顯示板3輸出的光，偏振片4和5僅透過(guò)沿預(yù)定方向偏振的光。兩塊偏振片4和5得到適當(dāng)?shù)牟贾茫允顾鼈兊钠褫S保持預(yù)定的角度。投影透鏡系統(tǒng)6對(duì)從液晶顯示板3獲得的光圖象進(jìn)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(jī)中獲得明亮的圖象，需要盡量增大液晶顯示板3的有效象元孔徑比。傳統(tǒng)的普通液晶顯示板采用薄膜晶體管(TFT)作為其象元開(kāi)關(guān)元件。參見(jiàn)圖2，第一和第二基底31和32被相隔預(yù)定距離設(shè)置。液晶33被填充到第一和第二基底31和32的相應(yīng)內(nèi)表面上提供有用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示板3的各個(gè)象元的驅(qū)動(dòng)裝置。在第二基底32的內(nèi)表面上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)液晶33的排列成預(yù)定的象元圖案的多個(gè)象元電極322和被用作相應(yīng)象元的驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)關(guān)元件的TFT321。在第一基底31的整個(gè)內(nèi)表面上形成有用于與各個(gè)象元電極322一起驅(qū)動(dòng)液晶的透明公共電極311。在公共電極311上設(shè)置有用于限定光透射區(qū)313并與各個(gè)象元電極322相對(duì)應(yīng)的多個(gè)遮光型片312。在外表面(圖2中的第一基底31的頂表面)上設(shè)置有具有多個(gè)微透鏡341的微透鏡板34，各微透鏡341與各光透射區(qū)313相對(duì)，以將入射光27經(jīng)光透射區(qū)313會(huì)聚到液晶33的各個(gè)象元電極322上。在液晶顯示板的這種配置中，通過(guò)各個(gè)微透鏡的入射平行光源光經(jīng)過(guò)相應(yīng)的光透射區(qū)313而被聚焦到有效象元區(qū)域，從而對(duì)由于遮光型片312的存在而被阻擋的光源光進(jìn)行補(bǔ)償。特別是，微透鏡341所起的光學(xué)作用使各個(gè)象元的孔徑比得到了大大的增加。
然而，在通過(guò)采用微透鏡而使液晶顯示板的有效象元孔徑比增大的同時(shí)，微透鏡的會(huì)聚作用使光的直線性降低了。光線被各微透鏡341會(huì)聚到微透鏡341的位于一象元區(qū)中的主焦點(diǎn)F上，隨后該光線在通過(guò)焦點(diǎn)F之后發(fā)散。這種發(fā)散光在屏幕上形成了具有低清晰度的圖象。另外，采用這種液晶顯示板3的投影機(jī)必須采用大直徑的投影透鏡系統(tǒng)6(圖1)，以接收在通過(guò)液晶之后發(fā)散的所有光線。因此，這種配置要求液晶投影機(jī)具有大的光學(xué)系統(tǒng)和高生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的一個(gè)目的，是提供一種液晶顯示板，它能克服圖象光線的發(fā)散，從而獲得清晰的圖象。
本發(fā)明的另一目的，是提供一種液晶投影機(jī)，其中采用了校正光發(fā)散的液晶顯示板，以降低所需的投影透鏡系統(tǒng)的直徑。
本發(fā)明的又一個(gè)目的，是提供一種成本低廉并能獲得清晰的圖象的液晶投影機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)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(nèi)表面上形成有具有相對(duì)的相應(yīng)電極的液晶驅(qū)動(dòng)裝置，以便以按照排列成預(yù)定圖案的象元為單位對(duì)液晶進(jìn)行驅(qū)動(dòng);在第一基底和光源之間設(shè)置有聚光裝置，以對(duì)入射到各個(gè)象元上的光線進(jìn)行會(huì)聚;且在第二基底的外表面上形成有光補(bǔ)償裝置，以使從各個(gè)象元發(fā)出的光平行。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二和第三個(gè)目的，提供了一種液晶投影機(jī)，它包括光源;具有液晶層、分別設(shè)置在該液晶層的上和下側(cè)上的第一和第二基底、以及用于驅(qū)動(dòng)液晶層的液晶驅(qū)動(dòng)裝置的液晶顯示板;設(shè)置在液晶顯示板的光接收側(cè)，用于將入射光會(huì)聚到液晶層上的聚光裝置;設(shè)置在液晶顯示板的光出射側(cè)，用于使通過(guò)液晶層的光線平行的光補(bǔ)償裝置;以及用于將通過(guò)光補(bǔ)償裝置的光線投影到屏幕上的投影透鏡系統(tǒng)。
在具有這種配置的液晶顯示板和液晶投影機(jī)中，液晶驅(qū)動(dòng)裝置包括形成在第一和第二基底中的一個(gè)基底上的公共電極、形成在第一和第二基底中的另一個(gè)基底上的象元電極、以及用于驅(qū)動(dòng)該象元電極的開(kāi)關(guān)裝置。
在形成有公共電極的那個(gè)基底上，設(shè)置有遮光型片，用于使光只能透射過(guò)與象元電極對(duì)應(yīng)的象元區(qū)。
聚光裝置具有會(huì)聚透鏡陣列。光補(bǔ)償裝置具有對(duì)入射到其上的相對(duì)于光軸發(fā)散的光起會(huì)聚作用的補(bǔ)償透鏡陣列，或者具有對(duì)入射到其上的相對(duì)于光軸會(huì)聚的光起發(fā)散作用的補(bǔ)償透鏡陣列，從而使通過(guò)該光補(bǔ)償裝置的光線與光軸平行。對(duì)輸出光的這種補(bǔ)償，能盡量減小投影透鏡系統(tǒng)的直徑，從而獲得高質(zhì)量的圖象。
通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明顯。在附圖中
圖1是傳統(tǒng)的液晶投影機(jī)的示意結(jié)構(gòu)圖;
圖2是用于圖1的傳統(tǒng)液晶投影機(jī)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(jù)本發(fā)明的液晶顯示板的光學(xué)功能;
圖5是根據(jù)如圖3所示的本發(fā)明的液晶顯示板的第一實(shí)施例的示意橫截面圖;
圖6是根據(jù)圖4所示的本發(fā)明的液晶顯示板的第二實(shí)施例的示意橫截面圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的液晶投影機(jī)的示意結(jié)構(gòu)圖。
參見(jiàn)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(bǔ)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(shè)置在液晶顯示板的單位象元區(qū)400的光入射側(cè)和光出射側(cè);該液晶顯示板位于行進(jìn)的光線403的光軸401上。在圖3中，第一微透鏡441的主焦點(diǎn)Fa位于象元400之后，且第二微透鏡442a(它是平-凹透鏡)位于象元400和第一微透鏡441的焦點(diǎn)Fa之間。在圖4中，第一微透鏡441的主焦點(diǎn)Fb位于象元400的附近，且第二微透鏡442b(它是平-凸透鏡)位于第一微透鏡441的焦距之外。在這種配置中，被第一微透鏡441會(huì)聚折射后形成的相對(duì)光軸會(huì)聚的光線得到平-凹透鏡第二微透鏡442a的發(fā)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(huì)聚折射后形成的相對(duì)光軸會(huì)聚后又發(fā)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(huì)聚折射，使之與光軸401平行(如圖4所示)，從而增強(qiáng)了有效象元孔徑比并同時(shí)降低了構(gòu)成液晶投影機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)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(qū)。參見(jiàn)圖5，第一和第二基底41和42被設(shè)置成彼此相隔預(yù)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(nèi)表面上設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)液晶43的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置。被用作驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)關(guān)元件的一對(duì)TFT421彼此相隔預(yù)定距離地被設(shè)置在第二基底42的內(nèi)表面上，而用于驅(qū)動(dòng)液晶的象元電極402位于TFT421之間。在第一基底41的整個(gè)內(nèi)表面上形成有透明公共電極411，用于與象元電極402一起驅(qū)動(dòng)液晶43。在公共電極411上設(shè)置有用于限定與各個(gè)象元電極402相對(duì)應(yīng)的光透射區(qū)413的一對(duì)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(qū)413相對(duì)應(yīng)，用于把入射光線403經(jīng)光透射區(qū)413會(huì)聚折射到液晶43的象元區(qū)上。在第二基底42的外表面(在該圖的底部)上，設(shè)置有一相應(yīng)的平-凹第二微透鏡442a(平-凸透鏡)，用于對(duì)輸出光線404進(jìn)行發(fā)散折射，使它們與光軸平行這里，第二微透鏡442a位于第一微透鏡441和第一微透鏡441的主焦點(diǎn)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(yīng)外表面上，或者與第一和第二基底41和42相隔預(yù)定距離。
在本發(fā)明的液晶顯示板中，入射的平行光線403在通過(guò)第一微透鏡441時(shí)被會(huì)聚折射，隨后入射到象元400上。通過(guò)象元400的輸出光線404被第二微透鏡442a發(fā)散折射后與光軸平行。對(duì)輸出光線的這種補(bǔ)償可以獲得精細(xì)的圖象。由于第一微透鏡441會(huì)聚所有的入射光線并將會(huì)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(dá)遮光型片412。這防止了遮光型片412對(duì)光的阻擋，因而增加了象元的照度。由第一微透鏡441會(huì)聚并通過(guò)象元400的入射光線，在通過(guò)第二微透鏡442a時(shí)得到折射和發(fā)散，從而與光軸平行。這里，第二微透鏡442a的作用是使被第一微透鏡441會(huì)聚的入射光線平行。借助第二微透鏡442a，增強(qiáng)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(fā)明的液晶顯示板的另一實(shí)施例。在該液晶顯示板中，第二微透鏡442b是一個(gè)平-凸透鏡，以對(duì)通過(guò)象元區(qū)400的光線進(jìn)行會(huì)聚折射。由于第二微透鏡442b位于第一微透鏡441的焦距以外，第二微透鏡442b對(duì)被第一微透鏡441會(huì)聚并隨后在通過(guò)焦點(diǎn)Fb之后發(fā)散的光線進(jìn)行再會(huì)聚，以使發(fā)散的光線成為平行。該第二實(shí)施例由于輸出平行的光線，產(chǎn)生了與第一實(shí)施例相同的效果。
作為實(shí)現(xiàn)這種光線會(huì)聚和平行光線的另一種方法，可設(shè)置一聚光裝置，以通過(guò)在對(duì)應(yīng)于光透射區(qū)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(lái)對(duì)入射光線進(jìn)行會(huì)聚。在對(duì)應(yīng)于光出射區(qū)的第二基底部分上，可通過(guò)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(lái)設(shè)置具有會(huì)聚或發(fā)散作用的、被用作第二微透鏡的光補(bǔ)償裝置。
此外，在另一實(shí)施例中，與第一和第二基底的各光透射區(qū)和光出射區(qū)相對(duì)應(yīng)的各部分，可被處理成預(yù)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(fā)明的液晶投影機(jī)的示意配置。
參見(jiàn)圖7，具有與傳統(tǒng)的投影機(jī)類似的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的液晶投影機(jī)，包括用于反射來(lái)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(jìn)路徑設(shè)置并由一驅(qū)動(dòng)電路78驅(qū)動(dòng)的液晶顯示板40、位于液晶顯示板40的前面和后面并用于控制光的偏振的偏振片140和150、以及沿著通過(guò)液晶40的光的行進(jìn)路徑設(shè)置并用于將放大投影圖象投影到屏幕170上的投影透鏡系統(tǒng)160。
作為本發(fā)明的一個(gè)特征，設(shè)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(duì)應(yīng)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(duì)來(lái)自光源100、被反射鏡120反射的只具有被偏振片140過(guò)濾的指定偏振分量的入射光線79進(jìn)行會(huì)聚，隨后將會(huì)聚的光線傳送到液晶顯示板40。第二微透鏡板442是光補(bǔ)償裝置，它以象元為單位對(duì)通過(guò)液晶顯示板40的光進(jìn)行補(bǔ)償，以形成平行的輸出光線80。
液晶顯示板40按照來(lái)自驅(qū)動(dòng)電路78的圖象信號(hào)運(yùn)行，以便以象元為單位透過(guò)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(fā)明的液晶顯示板的微透鏡相同。如果通過(guò)液晶的輸出光線處于發(fā)散狀態(tài)，第二微透鏡442a借助其會(huì)聚作用對(duì)發(fā)散的輸出光線進(jìn)行補(bǔ)償，以使輸出光線80平行。如果通過(guò)液晶顯示板的輸出光線處于會(huì)聚狀態(tài)，第二微透鏡442b借助其發(fā)散作用對(duì)會(huì)聚的輸出光線進(jìn)行補(bǔ)償，以使輸出光線80平行。在通過(guò)第二微透鏡板442時(shí)得到如上補(bǔ)償?shù)妮敵龉饩€，經(jīng)過(guò)投影透鏡系統(tǒng)160而到達(dá)屏幕170，從而在屏幕170上形成放大的圖象。
在該液晶投影機(jī)中，由于將要通過(guò)液晶顯示板的光得到了被用作聚光裝置并具有第一微透鏡陣列的第一微透鏡板的會(huì)聚，液晶顯示板的有效象元孔徑比得到了增大。另外，由于被聚光裝置會(huì)聚的光線由被用作光補(bǔ)償裝置并具有第二微透鏡陣列的第二微透鏡板會(huì)聚成平行光線，通過(guò)這種投影透鏡系統(tǒng)的光線的發(fā)散角與傳統(tǒng)的液晶投影機(jī)的相比大大減小。因此，這些通過(guò)投影透鏡系統(tǒng)的具有較小發(fā)散角的輸出光線投射屏幕上而獲得的圖象，比由傳統(tǒng)投影機(jī)得到的圖象更清晰。另外，由于與傳統(tǒng)的投影機(jī)相比，這種投影透鏡系統(tǒng)的直徑較小，因此可以減小投影透鏡系統(tǒng)的尺寸，從而降低了整個(gè)投影機(jī)的生產(chǎn)成本。
權(quán)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(qū)動(dòng)裝置，它具有形成在所述第一和第二基底的相應(yīng)內(nèi)表面上的相對(duì)的電極，以便以按照預(yù)定圖案排列的象元為單位對(duì)所述液晶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；聚光裝置，它位于所述第一基底和光源之間，用來(lái)會(huì)聚入射到各個(gè)所述象元上的光線；以及光補(bǔ)償裝置，它被形成在所述第二基底的外表面上，用來(lái)使從各個(gè)所述象元發(fā)射的光線平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的液晶顯示板，其中所述聚光裝置具有由多個(gè)第一透鏡組成的陣列，每個(gè)第一透鏡都具有聚光作用，所述光補(bǔ)償裝置具有由多個(gè)第二透鏡組成的陣列，這些第二透鏡與所述第一透鏡相對(duì)應(yīng)，每一個(gè)都具有聚光或發(fā)散作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的液晶顯示板，其中各個(gè)所述第二透鏡都是具有聚光作用的凸-平透鏡，位于所述第一基底的外表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的液晶顯示板，其中每一個(gè)所述第二透鏡都是對(duì)通過(guò)所述相應(yīng)第一透鏡和象元單元的光具有聚光作用的平-凸透鏡，位于所述第二基底的外表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的液晶顯示板，其中每一個(gè)所述第二透鏡都位于所述相應(yīng)第一透鏡的焦距之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的液晶顯示板，其中每一個(gè)所述第二透鏡都是對(duì)通過(guò)所述相應(yīng)第一透鏡和象元單元的光具有光發(fā)散作用的平-凹透鏡，位于所述第二基底的外表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的液晶顯示板，其中每一個(gè)所述第二透鏡都位于所述相應(yīng)第一透鏡的焦距之外。
8.根據(jù)權(quán)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(yīng)第一和第二基底整體地制成。
9.液晶投影機(jī)，包括光源;液晶顯示板，它具有液晶層、分別設(shè)置在液晶層的上側(cè)和下側(cè)的第一和第二基底、以及用于以象元為單位對(duì)液晶層進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的液晶驅(qū)動(dòng)裝置;設(shè)置在所述液晶顯示板的光接收側(cè)的聚光裝置，用于將入射光線會(huì)聚到所述液晶層上;設(shè)置在所述液晶顯示板的光出射側(cè)上的光補(bǔ)償裝置，用于使通過(guò)所述液晶層的光線平行;投影透鏡系統(tǒng)，用于將通過(guò)所述光補(bǔ)償裝置的光線投影到屏幕上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的液晶投影機(jī)，其中所述聚光裝置具有由多個(gè)第一透鏡組成的陣列，所述光補(bǔ)償裝置具有由與所述第一透鏡分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二透鏡組成的陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的液晶顯示板投影機(jī)，其中每一個(gè)所述第一透鏡都是具有聚光作用的凸-平透鏡，位于所述第一基底的外表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的液晶顯示板投影機(jī)，其中每一個(gè)所述第二透鏡都是對(duì)通過(guò)所述對(duì)應(yīng)第一透鏡和象元單元的光具有聚光作用的平-凸透鏡，位于所述第二基底的外表面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶顯示板投影機(jī)，其中每一個(gè)所述第二透鏡都位于所述對(duì)應(yīng)第一透鏡的焦距之內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的液晶顯示板投影機(jī)，其中每一個(gè)所述第二透鏡都是對(duì)通過(guò)所述對(duì)應(yīng)第一透鏡和象元單元的光具有散光作用的平-凹透鏡，位于所述第二基底的外表面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的液晶顯示板投影機(jī)，其中每一個(gè)所述第二透鏡都位于所述對(duì)應(yīng)第一透鏡的焦距以外。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的液晶顯示板投影機(jī)，其中所述第一和第二透鏡分別與所述對(duì)應(yīng)第一和第二基底整體制成。
全文摘要
一種液晶顯示板和采用它的液晶投影機(jī)。這種顯示板具有位于其光接收側(cè)的聚光裝置和位于它光出射側(cè)的光補(bǔ)償裝置。光補(bǔ)償裝置對(duì)要射到投影透鏡系統(tǒng)的發(fā)散或會(huì)聚的輸出光線進(jìn)行補(bǔ)償，使該輸出光線平行。這有利于通過(guò)把入射光線會(huì)聚到象元上增大有效象元孔徑比，和減小投影透鏡系統(tǒng)的體積。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1102002SQ94106478
公開(kāi)日1995年4月26日 申請(qǐng)日期1994年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月16日
發(fā)明者金厚植 申請(qǐng)人:三星航空產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社