CN101546067B - 图像显示装置以及光学补偿设备 - Google Patents

Abstract

一种图像显示装置以及光学补偿设备，所述图像显示装置包括：液晶板，具有被放置于一对基板之间的液晶层；以及光学补偿板对，包括第一光学补偿板和第二光学补偿板，所述第一光学补偿板由负单轴晶体形成以及所述第二光学补偿板由正单轴晶体形成。光学补偿对被配置成使得所述第一光学补偿板与所述第二光学补偿板之间厚度的差所引起的光相位差把液晶板所生成的光相位差抵消。

Description

图像显示装置以及光学补偿设备

相关申请的交叉引用

本发明包含2008年3月25日提交日本专利局的日本专利申请JP2008-077401所涉及的主题，该申请的全部内容经引用并入本文。

技术领域

本发明涉及具有液晶板的图像显示装置以及与所述液晶板一同使用的光学补偿设备。

背景技术

已经存在具有液晶板的图像显示装置的实例。图像显示装置的实例包括液晶投影机装置，其中液晶板被用作光调制器。液晶投影机装置被配置成把用液晶板调制的图像投影到屏幕上，并被广泛地用作用于对会议或演讲的演示材料进行放大和投影的器件。

对于液晶投影机装置，需要对投影图像的图像质量进行改进。定义投影图像的质量的重要因素之一是对比度。对比度是黑色显示状态与白色显示状态之间亮度的比。

在液晶投影机装置中，尽可能地使黑色显示的亮度最小化以改进对比度是有效的。然而在实际中，某些因素，例如被用作光调制器的液晶板的结构或性质、以及从照明系统进入液晶板的光的状态，会使得即使是在黑色显示状态也会引起漏光。

为了防止这种漏光，提出了用于液晶板的光学补偿的技术。例如，使用多层薄膜(例如，见日本专利No.3162210)，或者使用双折射板(例如，见日本专利No.3864929)。可替选地，使用复数个包括正单轴双折射材料的双折射元件(例如，见日本未经审查的专利申请公开No.2007-286609)。

发明内容

近来，提倡把垂直取向(VA)液晶，而不是以前广泛使用的扭曲向列(TN)液晶，用于液晶投影机装置的液晶板。VA液晶是如下类型的液晶：在不施加电压时垂直于基板排列，在施加电压时相对于基板的法线倾斜。VA液晶展现了高速以及高对比度的特性。

在VA液晶中，液晶在不施加电压时垂直于基板排列，被称为“常黑”，对于垂直于面板表面的入射光不会出现相位差。然而在实际中，由于一些原因，液晶以大约几度的预倾角来排列，而不是完全垂直地排列。这对于垂直于面板表面的入射光也会引起相位差，导致漏光。来自照明系统的进来的光也垂直于面板表面进入并按照对应于光的F值的发散角分布进行入射。这也会引起相位差，导致漏光。换言之，即使是使用VA液晶，在黑色显示状态中也会出现漏光。

在仿真中，其中的液晶以预倾角排列、有一定厚度的VA液晶可以被建模成倾斜的正型C板。被用于VA液晶的光学补偿以防止漏光的可能的机制是，把被用作负型C板的光学补偿板按与该VA液晶的预倾角同样的方向进行倾斜来排列，以抵消光相位差。

如日本专利No.3162210中所公开的，薄膜是多层的且明显是作为负型C板来执行补偿。在此技术中，垂直于薄膜表面的方向是负方向。当此技术被应用于VA液晶时，必须要在形成薄膜后把薄膜设置成按预倾角进行倾斜。在此技术中，是假定使用TN液晶。因此，难以把该技术应用于VA液晶，因为难以减小装置的尺寸(或减小用于所述装置的空间)。此外，根据安装位置，还会出现象散。

上述日本专利No.3864929所公开的技术中，也是假定使用TN液晶。因此，当该技术被应用于VA液晶时，如果按各自的特性使得能够按把液晶相位差抵消的方向来排列双折射元件，则双折射板薄得约几十微米(μm)。因此，形成、加工以及处理这种双折射板会是困难的。

上述日本未经审查的专利申请公开No.2007-286609所公开的技术中，是假定使用VA液晶。然而，必须要使用复数个包括正单轴晶体、被形成和加工成厚度约几十微米(μm)的光学补偿板。形成和加工是困难的且从成本而言没有优势。

从而，在相关领域的技术中，对于液晶板的光学补偿无法必然获得紧凑的装置配置以及容易的批量生产(低成本实施)。

从而，期望的是：通过在确保紧凑的装置配置以及容易的批量生产的情况下使用液晶板的光学补偿，提供一种获得增加的对比度的图像显示装置和光学补偿设备以提供期望的图像质量，而不论液晶板是TN液晶板还是VA液晶板。

根据本发明的实施例，图像显示装置包括：液晶板，具有被放置于一对基板之间的液晶层；以及光学补偿板对，包括第一光学补偿板和第二光学补偿板，所述第一光学补偿板由负单轴晶体形成以及所述第二光学补偿板由正单轴晶体形成，其中，所述第一光学补偿板与所述第二光学补偿板之间厚度的差所引起的光相位差把液晶板所生成的光相位差抵消。

在具有上述配置的图像显示装置中，由负单轴晶体形成并被用作负型C板的第一光学补偿板与由正单轴晶体形成并被用作正型C板的第二光学补偿板的组合提供液晶板的光学补偿。换言之，液晶板所生成的光相位差被第一光学补偿板与第二光学补偿板之间厚度的差所引起的光相位差抵消。例如，当液晶板被建模成正型C板时，在实践中，仅通过使用第一光学补偿板难以对其进行补偿，因为第一光学补偿板太薄。然而，由于利用了第一光学补偿板与第二光学补偿板之间厚度的差所引起的光相位差，执行液晶板的光学补偿是可能的，且保证了第一光学补偿板和第二光学补偿板实践上可接受的厚度。此外，第一光学补偿板和第二光学补偿板中的每个都是由单轴晶体形成。因此，这些板被形成为使得晶体的光轴倾斜，这就能够支持液晶板中液晶排列的预倾角而无需使这些板倾斜。

根据本发明的实施例，从而，通过把由负单轴晶体形成的第一光学补偿板与由正单轴晶体形成的第二光学补偿板进行组合所构建的光学补偿板对被用来执行液晶板的光学补偿。从而，不论液晶板是TN液晶板还是VA液晶板，通过使用液晶板的光学补偿都可以获得增加的对比度，以提供期望的图像质量。此外，即使在此情形中，也可以保证第一光学补偿板和第二光学补偿板实践上可接受的厚度。再者，不必倾斜第一光学补偿板和第二光学补偿板来支持液晶排列的预倾角。从而可以获得紧凑的装置配置以及容易的批量生产。

附图说明

图1是示意性地示出了三板液晶投影机装置的实例结构的示意图；

图2是示出了根据本发明实施例的液晶投影机装置的主要部分的实例结构的示意图；

图3是示意性地示出了根据本发明实施例的光学补偿设备的有益效果的图；

图4是示出了光学补偿的第一具体示例性模型的图；

图5是示出了光学补偿的第二具体示例性模型的图；

图6是示出了光学补偿的第三具体示例性模型的图；

图7是示出了光学补偿的第四具体示例性模型的图；

图8是示出了用于形成光学补偿板的具体方法的实例的图；

图9A和9B是示出了通过图8所示的流程所产生的光学补偿板的实例结构的图；

图10A和10B是示出了光学系统的视角特性的仿真结果的具体实例的图；

图11是示出了根据本发明实施例的液晶投影机装置的主要部分的另一实例结构的示意图；

图12是示意性地示出了三板液晶投影机装置的另一实例结构的示意图；以及

图13是示出了根据本发明实施例的液晶投影机装置的主要部分的又一实例结构以及示出了图12所示的液晶投影机装置的主要部分的实例结构的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图对根据本发明实施例的图像显示装置和光学补偿设备进行描述。

首先，将给出液晶投影机装置的示意性结构的描述，所述液晶投影机装置是根据本发明实施例的图像显示装置的具体实例。包括分别对应于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的液晶板的液晶投影机装置(称为三板液晶投影机装置)是广泛存在的。

图1是示意性地示出了三板液晶投影机装置的实例结构的示意图。

如图1所示的实例所示，在液晶投影机装置中，从光源1出射的光通过被配置成用来阻隔红外辐射或紫外辐射的滤光器2、复眼透镜3、以及被配置成用来把非偏振波转换成偏振波的PS分离器/合成器4，并随后被引导至被配置成仅对特定波段的光进行反射的二向色镜5。二向色镜5把光分成R、G和B的彩色光分量。彩色光分量通过被配置成用来吸收紫外辐射的滤光器6，按照需要，通过全反射镜7、聚光透镜8、替续透镜9、以及其它任何恰当的合适的元件，并分别入射到为R、G和B色提供的液晶板10R、10G和10B上。根据液晶板10R、10G和10B中的视频信号对彩色光分量进行调制之后，进行了光调制的彩色光分量通过1/2波长的膜21被引导至二向色棱镜22，如果必要的话，并且被进行组合，然后使用投影机镜头23进行放大和投影。在液晶投影机装置中，相应地在屏幕上显示彩色图像。

为液晶板10R、10G和10B中的每个液晶板都提供有入射侧偏振板11、光学补偿板对12、以及出射侧偏振板13。透射通过入射侧偏振板11的各彩色光分量入射到液晶板10R、10G和10B上，以及，在液晶板10R、10G和10B中进行了光调制的彩色光分量透射通过光学补偿板对12和出射侧偏振板13。

现在将对液晶投影机装置中的主要部分的结构进行描述。

图2是示出了液晶投影机装置的主要部分的实例结构的示意图。在图2所示的实例中，包括入射侧偏振板11、液晶板10R、10G和10B、光学补偿板对12、以及出射侧偏振板13的部分中的每个都以放大的尺寸示出。

如图2所示的实例所示，在RGB彩色光分量中每个彩色光分量的光路上，被用作光调制器的液晶板10R、10G和10B(以下简称为“液晶板10”)中相应的一个以及光学补偿板对12被排列在具有正交尼科尔排列(即，偏振方向彼此垂直)的入射侧偏振板11与出射侧偏振板13之间，所以光学补偿板对12可以位于光出射侧。可以提供复数个出射侧偏振板13。入射侧偏振板11和出射侧偏振板13可以是有机偏振板也可以是无机偏振板。与有机偏振板相比，无机偏振板即使是在被用在其中来自光源1的光的量很大的液晶投影机装置中时也能够减少性能恶化，并提供更长的寿命和更高的可靠性。

液晶板10具有被放置于一对基板之间的液晶层。液晶层中液晶的排列根据施加到其上的电压而变化，以使得液晶板10能够起用于透射的光的光调制器的作用。

液晶板10可以是由VA液晶制成的。VA液晶被设计成以垂直取向模式进行工作。在不施加电压时，液晶垂直于基板排列，且所述液晶在施加电压时相对于基板的法线倾斜。然而在实际中，即使是在不施加电压时，液晶也是以约几度的预倾角来进行排列，而不是完全垂直于基板。即，液晶板10被配置成使得液晶分子在不施加电压的情况下以预定的预倾角倾斜。

如本领域中所公知的，包括VA液晶的液晶板被用作正型C板。正型C板是指具有各向同性的平面内折射率并在其厚度方向具有大的折射率的介质。

光学补偿板对12被设计成提供液晶板10的光学补偿以防止所述液晶板10的黑色显示状态中的漏光。

光学补偿板对12包括包含负单轴晶体的第一光学补偿板12a以及包含正单轴晶体的第二光学补偿板12b。光学补偿板对12被配置成使得第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差所引起的光相位差把液晶板10所生成的光相位差抵消。

负单轴晶体是具有负的单轴光学各向异性的晶体，其具体的实例是蓝宝石。由这种负单轴晶体所形成的第一光学补偿板12a被用作负型C板。负型C板是指具有各向同性的平面内折射率并在其厚度方向具有小的折射率的介质。

另一方面，正单轴晶体是具有正的单轴光学各向异性的晶体，其具体的实例是石英。由这种正单轴晶体所形成的第二光学补偿板12b被用作正型C板。

即，光学补偿板对12是通过把包含负单轴晶体并被用作负型C板的第一光学补偿板与包含正单轴晶体并被用作正型C板的第二光学补偿板进行组合来构建的。由于第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差，光学补偿板对12整体上被用作负型C板。

可以把第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b成一整体地排列，以便可以使第一光学补偿板12a的光出射表面与第二光学补偿板12b的光入射表面相互接触。

此外，由于液晶板10的液晶层中的液晶分子以预定的预倾角倾斜，第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b可以被配置成使它们的光轴在与所述预倾角的倾斜方向相一致的方向中进行倾斜，以下将对此进行详细描述。

现在将对具有上述结构的液晶投影机装置(特别是其主要部分，即光学补偿板对12)的效果进行描述。光学补偿板对12是根据本发明实施例的光学补偿设备的一种实施。

图3是示意性地示出了根据本发明实施例的光学补偿设备的有益效果的图。更具体地，图3是示意性地示出了液晶板10的折射率椭球的效果、第一光学补偿板12a的折射率椭球的效果以及第二光学补偿板12b的折射率椭球的效果的图。

液晶板10是VA液晶板，其中液晶层以垂直取向模式进行工作，且可以被建模成正单轴晶体。换言之，在不施加电压的状态中以预倾角倾斜的VA液晶层是倾斜的正型C板。

形成第一光学补偿板12a的蓝宝石板是由负单轴晶体制成的。即，蓝宝石板被用作负型C板，所述负型C板在光线通过它时引起与VA液晶的相位差符号相反的相位差。在使光轴倾斜来进行使用的时候，蓝宝石板被用作倾斜的负型C板。

形成第二光学补偿板12b的石英板是由正单轴晶体制成的。在使光轴倾斜来进行使用的时候，石英板被用作倾斜的正型C板。

相应地，当液晶板10、第一光学补偿板12a、以及第二光学补偿板12b的光轴按基本上相同的方向进行倾斜时，作为正型C板的液晶板10和第二光学补偿板12b所生成的相位差符号相同，而作为负型C板的第一光学补偿板12a所生成的相位差符号相反。对液晶板10、第一光学补偿板12a、以及第二光学补偿板12b的厚度进行调整，以使得液晶板10和第二光学补偿板12b所生成的相位差的大小之和与第一光学补偿板12a所生成的相位差的大小相等，以防止处于正交尼科尔关系的入射侧偏振板11与出射侧偏振板13之间的相位移动。这使得液晶板10所生成的相位差能够被第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差所生成的相位差抵消。

在与液晶板10的预倾角基本上相同的方向上对第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的厚度进行调整，可使得第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b由于它们之间厚度的差而被用作负型C板。结果是，抵消了液晶板10所生成的相位差。

为使得对此更容易理解，将用模型给出描述。

图4是示出了光学补偿的第一具体示例性模型的图。

在图4中，部分(a)示出了正单轴晶体的折射率椭球，其中，X轴和Y轴方向的寻常光线折射率no彼此相等，而Z轴(光轴)方向的非常光线折射率ne大于寻常光线折射率no(no＜ne)。在图4中，部分(b)示出了负单轴晶体的折射率椭球，其中，X轴和Y轴方向的寻常光线折射率no彼此相等，而Z轴方向的非常光线折射率ne小于寻常光线折射率no(no＞ne)。把图4的部分(a)和部分(b)所示的折射率椭球加在一起生成了图4的部分(c)所示的明显为各向同性的折射率椭球。在此情形中，对于来自任何方向的光，寻常光线折射率与非常光线折射率彼此相等(no＝ne)，不出现相位差。各相位差的量值由Δn(ne与no之间的差)×厚度来确定，其中，Δn由属性的值来定义。因此，可以通过对厚度进行调整来确定相位差的量值。

图5是示出了光学补偿的第二具体示例性模型的图。在图5所示的实例中，Z轴相对于图4所示模型的Z轴进行了倾斜。

在图5中，部分(a)示出了Z轴以给定角度倾斜的情况下正单轴晶体的折射率椭球。这相当于在不施加电压的状态中以预倾角倾斜的VA液晶层。在图5中，部分(b)示出了Z轴以给定角度倾斜的情况下负单轴晶体的折射率椭球。这相当于被设置成使光轴倾斜的第一光学补偿板12a。所以，即使是在Z轴倾斜时，把图5的部分(a)和部分(b)所示的折射率椭球加在一起也生成了图5的部分(c)所示的明显为各向同性的折射率椭球。因此可以抵消各相位差。

图6是示出了光学补偿的第三具体示例性模型的图。图6所示的实例示意了从图5的部分(b)的状态来切割被用作补偿板的平行板的概念，其中图5所示的模型中光轴倾斜。

如图6示出的实例所示，如果使光轴在被切割为平行板的补偿板的平面中进行倾斜，则在液晶投影机装置中安装所述补偿板时不必使它倾斜。从而，有益地，能够获得对液晶投影机装置的尺寸的减小(或对用于液晶投影机装置的空间的减小)。此外，不用担心象散。

然而，仅用作为负型C板的补偿板难以完成这一点，因为负单轴晶体所形成的补偿板的厚度是在几十微米(μm)的数量级。补偿板太薄而无法形成、加工以及处理这种补偿板。

这是因为光学补偿板对12是通过把由负单轴晶体形成并被用作负型C板的第一光学补偿板12a与由正单轴晶体形成并被用作正型C板的第二光学补偿板12b进行组合来构建的。

图7是示出了光学补偿的第四具体示例性模型的图。

如在图5和图6中一样，在图7中，也是：部分(a)示出了VA液晶层被倾斜的情况下的折射率椭球，部分(b)示出了倾斜的负单轴晶体的折射率椭球。例如，假定由图7的部分(b)所示的负单轴晶体所形成的补偿板被设置在几百微米(μm)的数量级上，这不会在其生产中引起问题。在此情形中，把图7的部分(a)和部分(b)所示的折射椭球加在一起生成了如图7的部分(c)所示的明显为负型C板的折射率椭球，因为：图7的部分(b)所示的负单轴晶体所生成的相位差的量值大于图7的(a)所示的液晶层所生成的相位差的量值。为了获取各向同性折射率椭球，必须要额外提供正型C板的折射率椭球。这是因为光学补偿板对12是通过组合图7的部分(d)所示的正单轴晶体的折射率椭球来构建的。即，对由图7的部分(d)所示的正单轴晶体所形成的补偿板的厚度进行设置，以使得图7的部分(c)所示的相位差能够被抵消。从而，如图7的部分(e)所示，获取了明显为各向同性的折射率椭球。

图8是示出了用于形成光学补偿板的具体方法的实例的图。

在图8中，部分(a)示意性地示出了单轴晶体。单轴晶体的具体实例蓝宝石和石英在精确的理解(sense)中是三方晶系。在更广泛的理解中，蓝宝石和石英是六方晶系。在六方晶系系统中，c轴是光轴，以及还有晶体轴a1、a2和a3。为了使光学补偿板的光轴倾斜θ°，可以切割相对于与c轴垂直的平面(c平面)倾斜θ°的平行板。例如，如图8的部分(a)所示，如果把平行板切割成型为短边平行于a轴的矩形，如图8的部分(b)所示，则其长边平行于把m轴投影到该平行板的平面中所获得的m′轴。在此状态的平行板中，光轴(c轴)朝向m′轴倾斜θ°。如果把平行于m′轴的长边设置为参考平面，则液晶层的排列方向是相对于该参考平面倾斜45°的方向。为了使光轴在与液晶层的预倾角的方向同样的方向中进行倾斜，可以切割具有相对于平行板的参考平面进一步倾斜45°的参考平面的矩形板。最终所产生的板的朝向为图8的部分(c)所示的方式。从而，产生了在相对于参考平面倾斜45°的方向上具有倾斜θ°的光轴的光学补偿板。

图9A和9B是示出了通过图8所示的流程所产生的光学补偿板的实例结构的图。图9A示出了液晶分子的预倾方向，图9B示出了光学补偿板的光轴方向。

例如，如图9A所示，液晶板10的液晶层的预倾方向在相对于参考平面倾斜45°的方向上倾斜θ°。在此情形中，为了产生由第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b的组合所形成的光学补偿板对12，可以切割由负单轴晶体形成、形成第一光学补偿板12a的蓝宝石板以及由正单轴晶体形成、形成第二光学补偿板12b的石英板，以使得蓝宝石板和石英板的光轴的朝向沿着液晶分子的预倾角，并且这些板被加工成平行板。所切割的平行板被结合成如图9B所示的一体型的组件。可以按照具有约几百微米(μm)的厚度来形成平行板。借助于由第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差所生成的光相位差来抵消液晶层所生成的光相位差的配置，如果它们中的一个的厚度增加，则其它的厚度也增加。获得了几百微米(μm)的厚度，这支持实践上的形成和加工以及实践上的处理。

注意，液晶板10的液晶层，由负单轴晶体形成、构成第一光学补偿板12a的蓝宝石板，以及由正单轴晶体形成、构成第二光学补偿板12b的石英板在折射率波长散射上是不同的。它们在Δn值(ne与no之间的差)上也是不同的，这是由材料决定的。考虑到这些情况，期望：包含蓝宝石的第一光学补偿板12a和包含石英的第二光学补偿板12b被设计成使得光轴的倾斜角度移动约几度(例如，约1°到5°，更优选地，约1°到3°)，而不是完全等于液晶板10的液晶层的预倾角。

此外，优选地，包含蓝宝石的第一光学补偿板12a和包含石英的第二光学补偿板12b中的每个在与空气相接触的一侧都具有在其中所形成的抗反射(AR)涂层。AR涂层能够提高透射率。

进一步地，蓝宝石的折射率约为1.77，石英的折射率约为1.55。粘合它们的粘合剂的折射率约为1.5。由于石英与粘合剂之间折射率的差较小，在它们之间的边界上基本上不出现反射。另一方面，蓝宝石与粘合剂之间折射率的差较大，它们之间的边界上的反射会导致透射率降低。从而，优选地，在蓝宝石和粘合剂互相接触的表面上也形成AR涂层。

图10A和10B是示出了光学系统的视角特性的仿真结果的具体实例的图。在图10A和10B所示的实例中，视角特性由等对比度线来表示。

图10A示出了在不使用由第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b的组合所形成的光学补偿板对12时所获取的仿真结果。作为具有0°到20°入射角的光的仿真结果，发现：具有2000∶1或更高对比度的部分较窄，且线宽随着到中心的距离而减小。这意味着：入射角越大，对比度下降越快。

图10B示出了在使用由第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b的组合所形成的光学补偿板对12时所获取的仿真结果。相比于图10A所示的仿真结果，发现：具有2000∶1或更高对比度的部分较宽，且线宽逐渐增大。即，由第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b的组合所形成的光学补偿板对12的使用，对于约0°到约10°入射角提供了精确的补偿。

如上所述，在具有上述结构以及使用光学补偿板对12的液晶投影机装置中，由负单轴晶体形成并被用作负型C板的第一光学补偿板12a与由正单轴晶体形成且被用作正型C板的第二光学补偿板12b的组合实现了液晶板10的光学补偿。即，利用第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差所引起的光相位差来抵消液晶板10所生成的光相位差。用此配置，不论液晶板10是TN液晶板还是VA液晶板，都获得了液晶板10的光学补偿，且保证了第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的实践上可接受的厚度。即，在液晶板10是TN液晶板或者VA液晶板的情形中，使用光学补偿板对12所进行的液晶板10的光学补偿能够使用该液晶板提供高对比度的图像显示以获得期望的图像质量。

总体上，在使用光学补偿板的情形中，必须要执行平面内旋光度调节以找到最黑的区域。所使用的旋光度调节机制是必须的，且旋光度调节处理是耗时的。相比之下，由于对平面内旋光度的敏感度较低，具有上述结构的光学补偿板对12的使用不单独涉及所述光学补偿板对12的旋光度调节，所以即使对于诸如约±5°到约10°的旋光度也能够获得足够的补偿效果。即，光学补偿板对12不使用用于旋光度调节或耗时的旋光度调节的机制。此外，如下所述，可以以简单的方式把光学补偿板对12与偏振板11和13成一整体地形成，或者把光学补偿板对12与液晶板10的基板成一整体地形成。

此外，光学补偿板对12提供了液晶板10的光学补偿，所以能够防止液晶板10黑色显示期间的漏光。这还有效消除或减少了黑色状态中的不均匀。

另外，第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b中的每个都是由单轴晶体形成的。在液晶板10的液晶层中的液晶分子以预定的预倾角倾斜的情形中，在与该预倾角的倾斜方向相一致的方向中来对第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的光轴进行倾斜是可能的。第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b被形成为使各单轴晶体的光轴倾斜。此配置不用使第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b倾斜也能够支持液晶在液晶板10中进行排列的预倾角。从而，即使是可以支持液晶排列的预倾角的配置，也不涉及第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的倾斜排列。这种排列所使用的空间不大，且能够容易地实现液晶投影机装置的尺寸的减小。另外，由于上述机制不涉及倾斜排列，所以不会出现象散。

此外，如上所述，蓝宝石被用作形成第一光学补偿板12a的负单轴晶体，石英被用作形成第二光学补偿板12b的正单轴晶体。这会使得使用第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差所进行的液晶板10的光学补偿是可行的，以及，会便利于获取第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的材料以及便利于对它们进行加工，使得成本降低。负单轴晶体不限于蓝宝石且正单轴晶体不限于石英。可以使用其它任何的单轴晶体。

此外，如上所述，光学补偿板对12的第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b可以成一整体地排列。成一整体的排列提供了对空间的减小。

在关注亮度的装置结构中，如液晶投影机装置，可以在液晶板10的光入射侧提供微镜阵列，以增加有效的数值孔径。在这种装置结构中，入射到微镜阵列上的光线的角度与透射通过微镜阵列的光线的角度不同。

可以在液晶板10的光出射侧来提供光学补偿板对12的第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的成一整体的组件。这使得在通过微镜阵列之后通过液晶板10的液晶层的光线的角度与通过光学补偿板对12的光线的角度相一致。结果是，可以获得足够的光学补偿效果。

然而，不是必须把光学补偿板对12的第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b成一整体地排列以使得彼此互相接触。可替选地，可以把第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b分开排列。

现在将对第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b被分开排列的实例结构进行描述。

图11是示出了液晶投影机装置的主要部分的另一实例结构的示意图。在图11所示的实例中，如图2所示的实例结构一样，包括入射侧偏振板11，液晶板10R、10G和10B，光学补偿板对12，以及出射侧偏振板13的部分中的每个都以放大的尺寸示出。

仍在图11所示的实例中，如上述成一整体的排列(见图2)一样，液晶板10和通过把第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b进行组合所构建的光学补偿板对12被排列在具有正交尼科尔排列的入射侧偏振板11与出射侧偏振板13之间。可以提供复数个出射侧偏振板13。

与上述成一整体的排列不同的是，第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b被分开排列。具体地，在液晶板10的光入射侧提供由负单轴晶体蓝宝石所形成的第一光学补偿板12a，以及，在液晶板10的光出射侧提供由正单轴晶体石英所形成的第二光学补偿板12b。

以此方式，即使在第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b被分开排列时，使用所述第一光学补偿板12a与所述第二光学补偿板12b之间厚度的差所引起的光相位差也抵消了液晶板10所生成的光相位差。用此配置，获得了液晶板10的光学补偿，且保证了第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b实践上可接受的厚度。即，使用液晶板10能够获得高对比度的图像显示来提供期望的图像质量。

在第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b被成一整体地排列或分开排列的情形中，可以按照需要对第一光学补偿板12a、第二光学补偿板12b、以及液晶板10的排列顺序进行改变。换言之，液晶板10、包含蓝宝石的第一光学补偿板12a、以及包含石英的第二光学补偿板12b在它们的光路上可以按不同的顺序进行排列。只要把第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差设置成使得液晶板10所生成的光相位差能够被抵消，即能够获得类似的技术效果而不论排列顺序如何。

包括第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的光学补偿板对12被排列在处于正交尼科尔关系的入射侧偏振板11与出射侧偏振板13之间。

如本领域中所公知的，可以形成第一光学补偿板12a的蓝宝石以及可以形成第二光学补偿板12b的石英具有高导热性且呈现散热效果。所以，把蓝宝石或石英用作入射侧偏振板11或出射侧偏振板13的基材是可能的。

相应地，偏振板11和13中的每个偏振板的基材可以具有第一光学补偿板12a或第二光学补偿板12b的功能。因此，偏振板11和13中的每个偏振板可以被配置成起光学补偿板对12中的第一光学补偿板12a或第二光学补偿板12b的作用。

具体地，如图11所示，负单轴晶体蓝宝石可以被用作入射侧偏振板11的基材，以及，正单轴晶体石英可以被用作出射侧偏振板13的基材。这些基材上可以形成有偏振层，或者可以用偏振膜来形成，以实施偏振板11和13的功能。进一步地，可以把入射侧偏振板11的基材与出射侧偏振板13的基材之间厚度的差设置成使得液晶板10所生成的光相位差能够被抵消。这使得基材能够起第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的作用。

此结构确保了提供液晶板10的光学补偿的技术效果，并进一步使得偏振板11和13的基材能够起光学补偿的作用。与结合额外的光学补偿板相比，能够减少所使用的部件的数量，从装置的成本而言这也是有益的。

偏振板11和13的基材可以不必都起光学补偿的作用。即，可以使它们中的一个起此作用。

此外，可以把光学补偿板对12的第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b中的至少一个与液晶板10成一整体地排列。由于液晶板10被配置成使得液晶层被放置于一对基板之间，可以把基板的套件中的至少一个和第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b形成为成一整体的组件。

通过使用成一整体的排列，在液晶板10与第一光学补偿板12a或第二光学补偿板12b之间没有间隔。这有利于减小装置结构的尺寸。

图12是示意性地示出了三板液晶投影机装置的另一实例结构的示意图。在图12所示的实例中，示意性地示出了包括反射型液晶板的液晶投影机装置的实例结构。

仍在图12的液晶投影机装置中，如包括透射型液晶板的液晶投影机装置(见图1)一样，从光源1出射的光通过滤光器2、复眼透镜3、以及PS分离器/合成器4，并随后被引导至二向色镜5成为R、G和B彩色光分量。彩色光分量分别入射到为R、G和B色提供的液晶板25R、25G和25B上，按照需要，使用全反射镜7和偏振光束分光器(PBS)。之后，根据液晶板25R、25G和25B中的视频信号执行光调制。由二向色棱镜22对进行了光调制的彩色光分量进行组合并使用投影机镜头23对结果进行放大和投影。在液晶投影机装置中，在屏幕上相应地显示彩色图像。

图13是示出了图12所示的液晶投影机装置的主要部分的实例结构的示意图。在图13所示的实例中，包括PBS 24，光学补偿板对12，以及液晶板25R、25G和25B(以下简称为“液晶板25”)的部分中的每个都以放大的尺寸示出。

在图13所示的实例光学系统中，以S偏振态入射到PBS 24上的光从膜表面被反射，并通过光学补偿板对12进入反射型的液晶板25。光从液晶板25的反射表面被反射并沿着行进路径通过光学补偿板对12回到PBS 24。

仍在具有上述结构的光学系统中，使用光学补偿板对12中的第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b之间厚度的差所引起的光相位差来抵消液晶板25所生成的光相位差。这获得了液晶板25的光学补偿，且保证了第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b实践上可接受的厚度。从而，使用液晶板25能够获得高对比度的图像显示来提供期望的图像质量。

反射型液晶板25可以被配置成使得在光往复通过液晶层时能够获得与在光一次性通过透射型液晶板10时所获取的那些特性相似的特性。因此，通过把所述往复所生成的量值加在一起，可以对液晶层所生成的相位差的量值进行计算。

相应地，即使是在包括反射型液晶板25的液晶投影机装置中，如在包括透射型液晶板10的液晶投影机装置中一样，使用由第一光学补偿板12a与第二光学补偿板12b的组合所形成的光学补偿板对12能够把液晶板25的光相位差抵消。由于光线还往复通过光学补偿对12，这意味着两次通过，因此所设计的第一光学补偿板12a和第二光学补偿板12b的厚度值会被减小到基本上为透射型液晶板10的情况下的厚度值的一半。

以上实施例作为本发明优选的具体示例性实施例进行了描述，所述实施例不应被解释为对本发明的限制，可以进行各种变换而不脱离本发明的范围。

在当前的实施例中，以实例的方式在液晶投影机装置的上下文中对图像显示装置进行了描述。可以使用其它任何包括液晶板的图像显示装置，如电视机装置、台式个人计算机的监视器设备、笔记本尺寸的个人计算机、包括液晶显示设备的摄像装置(如摄像机或数字静态照相机)、个人数字助理(PDA)、以及移动电话、还有大量包括具有液晶板的图像显示装置的电子装置。

本领域技术人员应当理解的是，根据设计需要和其它因素，会出现在所附权利要求或其等同物的范围内的各种变换、组合、子组合和替选。

Claims (9)

1.一种图像显示装置，包括：

液晶板，具有被放置于一对基板之间的液晶层；以及

光学补偿板对，包括第一光学补偿板和第二光学补偿板，所述第一光学补偿板由负单轴晶体形成以及所述第二光学补偿板由正单轴晶体形成，其中，所述第一光学补偿板与所述第二光学补偿板之间厚度的差所引起的光相位差把液晶板所生成的光相位差抵消。

2.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，液晶板以垂直取向模式进行工作以及被配置成使得液晶层中的液晶分子在不施加电压时以预定的预倾角倾斜，以及

其中，第一光学补偿板和第二光学补偿板中的每个光学补偿板都具有在与预倾角的倾斜方向相一致的方向中进行倾斜的光轴。

3.如权利要求2所述的图像显示装置，其中，负单轴晶体是蓝宝石。

4.如权利要求2所述的图像显示装置，其中，正单轴晶体是石英。

5.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，光学补偿板对被配置成使得第一光学补偿板和第二光学补偿板成一整体地排列。

6.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，光学补偿板对被配置成使得第一光学补偿板和第二光学补偿板被分开排列。

7.如权利要求1所述的图像显示装置，进一步包括：

被放置在液晶板的光入射侧的第一偏振板以及被放置在液晶板的光出射侧上的第二偏振板，

其中，所述第一偏振板和第二偏振板中的一个具有光学补偿板对中的第一光学补偿板的功能，和/或所述第一偏振板和第二偏振板中的另一个具有光学补偿板对中的第二光学补偿板的功能。

8.如权利要求1所述的图像显示装置，其中，光学补偿板对被配置成使得第一光学补偿板和第二光学补偿板中的至少一个光学补偿板与液晶板的基板成一整体地排列。

9.一种光学补偿设备，包括：

能够与液晶板一同使用的光学补偿板对，所述液晶板具有被放置于一对基板之间的液晶层，所述光学补偿板对包括第一光学补偿板和第二光学补偿板，所述第一光学补偿板由负单轴晶体形成以及所述第二光学补偿板由正单轴晶体形成，其中，所述第一光学补偿板与所述第二光学补偿板之间厚度的差所引起的光相位差把液晶板所生成的光相位差抵消。

Images