CN1071527C

CN1071527C - 投射式彩色显示装置

Info

Publication number: CN1071527C
Application number: CN95116098A
Authority: CN
Inventors: 田中尚幸; 浜田浩; 中西浩; 大岛秀樹
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2001-09-19
Anticipated expiration: 2015-10-17
Also published as: KR960015068A; KR100189278B1; DE69515250D1; EP0708568A1; DE69515250T2; CN1138705A; EP0708568B1; JPH08114780A; JP2951858B2; US5726719A

Abstract

本发明的投射式彩色显示装置包括：白色光源；将所述白色光源发射的白光分解为具有不同波长区域的第一、第二和第三光束的分光装置；对第一、第二和第三光束进行调制的调制装置；对第一、第二和第三光束以不同的角度入射到调制装置主平面上的照射装置；以及将经过调制装置调制的第一、第二和第三光束投射出去的投射装置。在投射式彩色显示装置中，第一光束在白光所含的三种基色中强度最弱；并且与第二和第三光束相比，第一光束以更接近于调制装置主平面法线的方向入射到调制装置主平面上。

Description

投射式彩色显示装置

本发明涉及一种采用无马赛克状彩色滤光层的单块液晶显示面板完成彩色显示的单面板型投射式彩色显示装置。具体而言，本发明涉及一种应用于小型投射式液晶电视系统和信息显示系统的投射式彩色显示装置。

诸如液晶显示装置)(LCD)之类的显示装置本身并不发光，因此需要另外提供光源。但是，与投射式阴极射线管(CRT)显示装置相比，投射式彩色LCD具备各种优点，具体而言，投射式彩色LCD能够再现更多种颜色；体积小、重量轻的特点使其便于携带；而且由于不受地磁影响，所以无需调整聚焦。由于具备上述优点，人们对投射式彩色LCD的进一步发展寄予期望。

为了利用投射式LCD显示彩色图像，既可以采用带有分别对应红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色的三块液晶显示面板的三面板型式，也可以采用只带一块液晶显示面板的单面板型式。对于前者，为了形成与三基色对应的三种组合需要提供三套光学系统和三块液晶显示面板。三套光学系统分别将白光分解为R、G和B三种彩色光束，并将它们投射到相应的液晶显示面板上。三块液晶显示面板分别接收和控制彩色光束以形成彩色图像。在三面板型式中，通过光合成三幅基色图像实施全彩色显示。三面板型式的优点在于，可以非常充分地利用白色光源发射的光线，合成的彩色纯度也比较令人满意。但是，在这种结构中，如上所述，由于需要提供彩色分离系统和彩色混合系统，所以存在光学系统结构得杂、必要的光学元件数较多的不利之处。因此，从降低成本和减小体积的角度来看，三面板型式通常不如下述单面板型式方便。

另一方面，在单面板型式中，只采用一块液晶显示面板，并采用投射光学系统把图像经过用于三基色的带马赛克状、条纹状等彩色滤光图案的液晶显示面板投射出来。例如，在日本公开特许公报NO.59-230383上揭示了这样一种单面板型投射式LCD。由于单面板型式只需一块液晶面板并且光学系统的安排也比三面板型式简单，所以有利于以低成本实现小型投射式系统。

但是，在单面板型式中，光经滤色层的吸收或反射，从而只能利用三分之一的入射光。换句话说，在采用滤色层的单面板型式中，屏幕上所显示的图像的亮度只有在三面板型式中采用相同照度光源情况下图像亮度的三分之左右。

为了解决这些问题，如图2所示，在例如日本公开特许公报No.4-60538上提出了一种采用扇形结构的分色镜12R、12R和12B将白光光源1发射的白光分解成R、G和B三基色光束的单面板型彩色液晶显示装置来提高光线的利用率。

在该装置中，由分色镜12R、12G和12B分解的各束光线以不同的入射角入射到放置于LCD8的光源一侧的微透镜阵列上。并根据各自的入射角各光束穿过微透镜阵列7，照射到由独立加有对应各彩色光束的彩色信号的信号电极所驱动的兴晶部分上。该装置可以省却吸光型滤色层，因而提供了光线利用率并提供极高一亮度图像。

转让于同一受让人的日本专利申请No.5-328805提出了一种防止由入射角不同所确定的分色镜波长选择性引起的彩色混合的投射型彩色液晶显示装置。在所申请的LCD中，按照入射光的波长次序即R、G和光束的次序将白光分解为三种色。因此，可以将因为由如图4A和4B所示入射角不同引起的分色镜13L、13M、13N的特性偏移而产生的杂散光线M′和N′减少到最低限度，从而改善了色纯度。采用这种方法，通过把光线依其波长从长到短，即红(R)、绿(G)和蓝(B)的次序(图4A和4B中对应于L、M、N)分解，可以基本上消除这些由于上述原因很容易产生的杂散光线M′和N′。因而能够获得被分解光束的合成色纯度较高而再现彩色范围更宽的图像。

但是，从图6B所示LCD40(日本专利申请5-328805所揭示的投射式彩色LCD)的光束出射角β与图6A所示LCD30(其中微透镜37a安排成各像素34对应)的光束出射角α相比，出射角β明显大于出射α。这是因为在LCD40中每只微透镜47a都与一组对应于一组R、G、B的像素44R、44G和44B结合在一起。因此，在日本专利申请5-328805所揭示的投射式彩色LCD中，为了将来自LCD40的所有光束都投射到屏幕上必须采用如图9所示具有大孔径(或小F值)光瞳51的投射透镜。但是随着投射透镜F值的减小，其制造难度也相应增加，从而不利于降低成本。

然而，如果为了降低成本而采用大于必要F值的投射透镜，即具有小孔径光瞳50的投射透镜，那么就会在如图9阴影线所示)具有小孔径的光瞳50的投射透镜的部分上发生不希望出现的R和B光束的遮暗。因此，这两带领光线到达屏幕的强度就会有所减弱。对于在液晶投射仪中所采用的普通光源，例如金属卤化物灯、卤素灯等，其发射光谱强度分布是不均匀的。具体而言，由于金属卤化物灯的发射光谱的红光区域不存在发红光的谱线，所以红光强度较弱。另一方面，卤素灯的蓝光强度较弱。因此，如果在日本专利申请5-328805所揭示的方法中采具有小孔径光瞳50的投射透镜和上述灯管，那么合成的白平衡在很大程度上偏向G侧。这是因为这些灯管发射的R或B光束强度较弱的缘故，此外投射透镜的瞳50上部分产生遮暗，因而进一步引起的这些光束强度的减弱。

也就是说，本发明人发现在日本专利申请5-328805中，如果光源的发射光谱强度分布不均匀和为降低成本而采用大于必要F值的投射投镜，那么由于投射透镜光瞳50部分产生遮暗引起的白平衡性能下降。

按照本发明的投射式彩色显示装置，包含：白色光源；将所述白色光源发射的白光分解为具有不同波长区域的第一、第二和第三光束的分解装置；对所述第一、第二和第三光束进行调制的调制装置；所述分解装置包含使所述第一、第二和第三光束以不同的角度入射到调制装置主平面上的照射装置；以及将经过所述调制装置调制的所述第一、第二和第三光束投射出去的投射装置，其特征在于：所述第一光束在白光中所含的三基色中强度最弱；并且与所述第二和所述第三光束相比，所述第一光束以更接近于所述调制装置主平面法线的方向入射到所述调制装置主平面上。

在本发明的一个较佳实施例中，所述调制装置包括第二、第二和第三像素以及对应于第一、第二和第三像素的微透镜；所述第一、第二和第三光束以不同的角度照射到所述微透镜上；以及所述第一、第二和第三光束分别入射到所述第一、第二和第三像素上。

在本发明的另一较佳实施例中，所述投射装置为具有数字N的F值的投射透镜，而数字N大于1/(2·tanθ′max)，这里θ′max为从所述调制装置出射的光束相对所述调制装置主平面法线的最大角度。

在本发明的另一较佳实施例中，所述白色光源为金属卤化物灯，和所述第一光束为红色，所述第二光束为蓝色，而所述第三光束为绿色。

在本发明的另一较佳实施例中，所述白色光源为卤素灯，和所述第一光束为蓝色，所述第二光束为红色，所述第三光束为绿色。

在本发明的另一较佳实施例中，所述分光装置包括第一、第二和第三分色镜；所述第一分色镜接收白光并反射所述第二和第三光束中至少一条光束；所述第二分色镜接收透射过所述第一分色镜的光线并反射所述第一光束；以及所述第三分色镜接收透射过所述第二分色镜的光线，反射透过所述第二分色镜的所述第二和第三光束中的一条并用作所述照射装置。

在按照本发明的单面板投射式彩色显示装置中，R、G、B三基色各束光线以不同的角度入射到共同的液晶显示装置上；这些光束通过采用与各彩色光束对应像素进行光学调制；然后投射所传送光束，从而将彩色图像显示在屏幕上。对于为了降低成本而采用小孔径(或高F值)光瞳的投射透镜的情形，本发明投射式彩色显示装置通过将最弱发射强度的彩色束，以最接近于垂直LCD显示面权的入射角射到LCD上的方法，可以消除投射系统的一部分光瞳上的彩色光束的光遮暗，以达到三基色彩色光束中最小的遮暗量，从而保持令人满意的白平衡。此外，由于改善了彩色光束的色纯度，彩色再现范围更宽，图像亮度了较高。

因此，这里所述发明具有如下优点，即使光源发射光谱强度的强度分布不均匀，并且采用的投射透镜F值大于必须的F值也能避免白平衡性能下降；还能再现出令人满意的彩色并显著地降低成本。

在阅读和理解下面参照附图所作的详述的基础上，本发明的这种优点和其他优点对于本领域内熟练的技术人员来说是显而易见的。

图1A示意性地表示按照本发明一个实例的投射式彩色LCD的安排。

图1B为表示图1A所示投射式彩色LCD的彩色分光系统4的放大图。

图2示意地表示普通投射式彩色LCD的安排。

图3表示按照本发明一个实例的相对于入射光束的分色镜的配置。

图4A和4B表示投射式彩色LCD的彩色混合状态。

图5为表示按照偏振状态的分色镜彩色分离特性变化的曲线图。

图6A表示来自每个微透镜与第一像素对应的液晶显示面板的光线的出射角。

图6表示日本专利申请5-328805所揭示的来自投射式彩色LC光线的出射角。

图7表示图1A所示投射式LCD的液晶显示面板。

图8表示在△形和微透镜阵列中安置的红、绿、蓝各像素的相对位置关系。

图9表示投射透镜光瞳位置处光束的遮暗。

图10表示第一实例中金属卤化物灯发射光线的发射光谱。

图11A为表示置于分色镜反面的抗反射膜的光谱反射率。

图11B为表示置于分色镜反面的另一层抗反射膜的光谱反射率。

图11C为表示置于分色镜反面的再一层抗反射膜的光谱反射率。

以下参照附图通过示意实例描述本发明。

图1A示意性地表示按照本发明实例的投射式彩色显示装置的安排。图1B为表示图1A彩色分光系统4的放大图。

在本实例中，白色光源1采用功率为150瓦、弧光长度AL为5mm、直径AD为2.2mm并具有如图10所示发射光谱分布的金属卤化物灯。白色光源1放置为其圆柱状弧光的纵向垂直于图1A的纸面。也可由卤素灯、氙灯等代替金属卤化物灯作白色光源1。

球面镜2放置于白色光源1之后，其中心与白色光源1的发射部分中心对准。孔径φ为80mm而焦距f_c为60mm的聚光透镜3放置于白色光源1之前，其焦点与白色光源1的发射部分中心对准。通过这样的安排，可以获得通过聚光透镜3的大致准直的白色光束。

在这种情况下，各光束大致准直但偏离弧光纵轴或垂直于图1A的纸面方向约为±2.4度(这里偏离量称之为“准直度”。在这种情况下准直度θ_WL=±tan^-1(A_L/2f_c)，而沿弧光径向(或平行于图1A的纸面方向)准直度θ_Wφ约为±1度(即θ_Wφ=tan^-1(A_φ/2f_c)。

为了从白色光源1获得准直光束，不仅要采用上述这的安排，而且还要选择合适的采用旋转抛物镜、旋转椭圆镜和积分器等的安排。

如图1B所示化学系统4放于会聚透镜3前面。光学系统4由三种分色镜(或光束分解元件)5B、5R和5C组成，它们相对于通过会聚透镜3的光束的角度各不相同。这些分色镜5B、5R和5C采用已知的薄膜沉积技术制成。

图10表示本实例中所采用的金属卤化物灯的光射光谱。由于该白色光源1的红光强度较弱，所以白色光源1放置为使红色光束在三基色光束中以最接近LCD显示面板法线方向的角度入射到LCD面板。如图3所示，分色镜5B、5R和5C放置为在每束光线法线与白色光源1发射光线光轴之间分别形成角度α-θ和α-2θ。如下所述角度α设置为大约在30°-60°的范围内，而θ由LCD8的像素安排倾斜度P和微透镜列阵7的焦距长度fμ确定。

分色镜5B、5R和5C的特性如下，选择地反射各预先确定波长带的彩色光束蓝(B)、红(R)和深蓝(C，或蓝和绿)并使其它波长带的彩色光束透射过去，而且分色镜按照这种次序从光源侧沿光源发射光线的光轴排列。这里，B、G和R波长带范围分别约为400-495nm、495-600nm和600-700nm。但是，如果这些波长带内的彩色光束全部加以利用，那么显示于屏幕上的图像亮度增强但各种基色的色纯度下降。因此，在对色纯度有要求的场合，有时候滤去495nm和575nm附近的波长带的彩色光束。利用这种安排，光源所发射的光分解为B、R和G彩色光束。绿色光束通常采用分色镜反射绿色光束的方法分解出来。但是，如果分别别反射光源一侧蓝色光束和红色光束的分色镜5B和5R的波长选择性较好(即透射区域的透过率接近100％；反射区域的透过率接近0％；并且光线在边界区域清晰地分解为两种彩色光束)，那么采用反射深蓝(蓝红)光束的分色镜就可以获得需要的效果。采用反射深蓝光束的分色镜具有如下优点。

(1)与采用反射绿色光束分色镜的情况相比，制造这种分色镜所用薄膜总数较少，所以容易制造且降低了成本。

(2)由于反射绿色光束的分色镜是带止滤光片，所以很难制造出光学特性出色的分色镜。另一方面，由于反射深蓝光束的分色镜是高通滤光片，制造出波长高段选择性好的分色镜是很容易的。

为了使用反射深蓝色光束的分色镜，假定分别反射蓝色和红色光束的分色镜5B和5R在蓝色和绿色之间边界区域与红色和绿色之间边界区域将波束清晰地分解出来。对于反射自然入射光(非偏振光)中红色光束的分色镜5R，很难将表示特性的陡度的上升宽度减小至40nm以下。应该指出这里“上升宽度”指的是相对透过率为1％和90％处的波长之差。很难将上升宽度减少到40nm以下的原因在于ρ偏振光成分替代自然光时，在采用实际的薄膜层数时可以将上升宽度减少至20nm左右。

图5表示透射率与波长之间的关系。在图5中，实线表示就利用ρ偏振光的反射红光的分色镜而言的ρ偏振光成分透射特性，而虚线表示就利用自然光(未偏振)的反射红光的分色镜而言的自然光的透射特性。由图5可以看到，如果确定了偏振态，与利用采用自然光(未偏振)的分色镜相比透射特性更为陡峭。也可以将分色镜设计为只利用S偏振光从而使其光谱特性与图5中仅采用ρ偏振光的分色镜的大致相同。

采用与反射红色光束的由偏振态确定的分色镜同样的方式还可以改善的由偏振态确定的分色镜同样的方式还可以改善反射其它彩色光束分色镜的波长选择性。在分勾结镜背面或不分解光束的那一面未处理时，在空气与玻璃衬底之间会引起不必要的反射，颜色分解性能下降。为了避免这个问题，提供了一层抗反射膜。抗反射膜通过电子束蒸发方法交替沉积SiO₂薄膜和TiO₂薄膜而形成。抗反射膜为包含下列五层的多层结构：SiO₂薄膜(厚度：34.8nm)，TiO₂薄膜(厚度：15.6nm)，SiO₂薄膜(厚度34.8nm)，TiO₂薄膜(厚度123.7nm)，以及SiO₂薄膜(厚度：92.3nm)。在衬底温度大约为300～350℃范围将这些薄膜沉和只上去。通过形成这层抗反射膜，可以显著减少背面的光反射。具体而言，在未形成抗反射膜时，大约有4％的光线被背面反射掉。另一方面，如图11B所示，在形成抗反射膜时，背面反射的光可以减少到大约0.2-0.8％。抗反射膜的结构并不局限于上述情形。如果薄膜的结构发生变化，那么也可以得图11A和11C所示的特性。具体而言，如果抗反射膜具有由一层MgO薄膜9厚度：80nm)、一层TiO₂薄膜(厚度：120nm)和一层SiO₂薄膜(厚度：94nm)组成的三层结构，那么可以得到图11A所示特性。而且，如果抗反射膜具有由一层SiO₂薄膜(厚度：23.5nm)、一层TiO₂薄膜(厚度18.7nm)、一层SiO₂薄膜(厚度：47nm)、一层TiO₂薄膜(厚度：63.7nm)、一层SiO₂薄膜(厚度：23.5nm)、一层TiO₂薄膜(厚度：46.8nm)和一层MgF₂薄膜(厚度：122.5nm)组成的七层结构，那么可以得到图11C所示特性。

在本实例中，假设使用只利用ρ偏振光成分的分色镜。因此，从分色镜射出的光线只及利用自然光时分色镜射出的一半。但是，在利用纵向偏振的诸如扭转向列型(TN)或超级扭转向列型(STN)之类模式中，当光线入射到LCD上时，一半的光线被偏振器吸收或反射。因此，即使光线离开分色镜时确定了偏振状，离开投射透镜的光量并未减少。

ρ偏振光成分沿与图1A纸面平行方向振荡并垂直于光线传播方向，而LCD接收光线一侧偏振器透射轴一般放置为使其平行或垂直于液晶层的摩擦方向。偏振器透射轴的方向确定为LCD优化的观察方向沿显示面板12点钟或6点钟的方向。因此，透射轴的方向设置为与显示面板12点钟或6点钟的方向成45°角，因而常常不同于ρ偏振光的偏振方向。为了与这两个方向对齐，按照本发明，如图1B所示，在用作光分解元件的分色镜5B、5R和5C与LCD8之间放置半波平板6。半波平板6为一次由双折射材料制成的光学部件，并且可以旋转偏振方向。通过放置半波平板6，可以旋转偏振方向。通过放置半波平板6，可以旋转由分色镜5B、5R和5C反射的各彩色光束的ρ偏振光成分，并使偏振方向与LCD8光入射一侧的偏振器偏振方向一致。在自然光入射到分色镜的情况下，由于所用偏振成成由LCD光入射一侧偏振器确定，所以不必在分色镜光入射侧附加偏振器。

图7为表示用于本实例的微透镜阵列7和LCD8的截面示意图。为简化起见图7中未画出构成LCD8的偏振器对准薄膜等。彩色光束R、G、B透射过半波平板6然后以不同的角度入射到微透镜阵列7上。在本实例中，如图7所示假定红色光束垂直入射到微透镜阵列7上，绿色和蓝色光束对称于红色光束以不同角度或LCD8法线方向入射。如图7所示，LCD8包括：一对玻璃衬底20和22(厚度：1.1mm)；通过向这对衬底20和22之间注入液昌形成的液晶层23；在面向液晶层23的衬底22的内表面提供用于以简单矩阵方式驱动液晶的条形信号电极24R、24G和24B；以及在面向液晶层23的衬底20的内表面提供垂直穿过条形信号电极24R、24G和24B的扫描电极21。信号电极24R、24G和24B中的每一个以及扫描电极21由透明导电薄膜构成。红色、绿色和蓝色信号分别输入信号电极24R、24G和24B。本实例采用运行于超级扭转向列型(STN)模式的简单矩阵驱动型LCD，其中扫描电极的数目为220；扫描电极间距为200μm；信号电极数目为600；而信号电极间距为100μm。

LCD上没有提供彩色滤光层。但是驱动信号呈条纹状施加到相应的信号电极24R、24G和24B上从而垂直于扫描电极21。对应信号电极24R、24G和24B的微透镜阵列7由多个垂直方向宽度为300μm的双凸透镜组成。每块对凸透镜对应一组三信号电极24R、24G和24B，并由多个互相平行放置的半圆柱形透镜构成。双凸镜的焦距设置为大致等于LCD的玻璃衬底20的厚度t，即1.1mm。如果微透镜的焦距长度在空气中测量，那么通过将厚度t除以玻璃衬底折射率可以得到焦距长度：即，t/n=1.1mm/1.53=0.72mm。

为了制造微透镜，可以采用离子交换法(Appl.Opt.Vol.21,P.1052(1984)，或E1ectron.Lett.Vol.17,P452(1981)、膨胀法(Suzuki等，“制造塑料微型透镜新方法”，24th Micro Optics conference)、热变形法(Zoran D.Popovic et al.，“微型透镜列阵单片装配技术”，Appl.Opt.Vo1.27,P.1281(1988)、气相沉积法(日本公开特许公报No.55-135808)、热印刷法(日本公开特许公报No.61-64189)、机械处理在日本公开特许公报No.3-248125揭示的方法等。

如果微透镜阵列7受到沿预先确定的方向的准直光束的照射，那么各光束在微透镜阵列7的各透镜出射光一侧附近会聚成一条直线使对应双凸透镜的间距的各块透镜间隔300μm。会聚直线的宽度W以下述方式得到。

W=A_φ(光源的弧光直径)×f_μ(微透镜焦距长度)/f_c(会聚透镜焦距长度)=2.2mm×0.72mm/60nm=26.4μm。

因此，会聚光线的宽度可以小于条纹状信号电极的宽度。

另一方面，就各块分色镜之间相对角度而言，如果p=f_μ×tanθ(这里ρ为像素间距，f_μ为微透镜焦点长度，而θ为各条光束入射角之差)，那么会聚光线形成于偏离第一会聚光线一个间距的位置，并包含于下一个信号电极的内部。

在本实例中，角度之差θ调置为满足上述方式。因此，θ=tan^-1(100/720)=8°。

因此，如果微透镜7受到沿着三个相差8°的方向的三基色的准直光束的照射，那么三基色光束的会聚直线依次形成于相邻的信号电极上从而互相隔开100μm。三基色的各彩色光束透射过LCD8并经投射透镜10透射到屏幕11上，从而显示出彩色图像。

通过采用上述数值，来自LCD的光束的最大出射角θ′max大约为21°，并且要求F值小于等于1.3(=1/(2.tanθ′max)的投射透镜将所有出射光束投射到屏幕上。由于F值为1.3的投射透镜孔径较大，因而难以制造，成本也较高。这就是本实例采用F值为1.8的投射透镜的原因。因此，在G和B光束中产生了遮暗，到达屏幕的光线减少了，而颜色温度也略有下降。然而，这可以维持极好的自平衡。按照本发明，采用F值大于1/(2·tanθ′max)的投射透镜是有利的，而F值的上限最好是取为使R、G、B光强的平衡的有明显的下降的值。

为比较起见，在入射光按照波长依次分解为R、G、B三种彩色光束时采用F值为1.8的投射透镜。因此，屏幕上显示出偏绿的白色图像，显示质量明显下降。

在第一实施例中，已经描述了用于简单矩阵型液晶显示装置的本发明的液晶显示装置。换句话说，本发明可以用于由切换矩阵像素的非晶硅半导体薄膜形成的已知薄膜晶管动态距动的向列型(TN)模式中现有的矩阵型液晶显示装置。在第二实例中将描述这种LCD。

在本实施例中，像素水平和垂直间距都设为100μm；像素孔径的大小为50μm(垂直方向)×70μm(水平方向)；270000个像素布成△形，即450个垂直像素×600个水平像素。像素的孔径比为35％。光源部分和分色镜的安排与第一个实施例的相同，而作为光源的金属卤化物灯的弧光方向平行于图1A的纸面。在像素排列成△形的情况下，不适宜使用双凸透镜。每块微透镜的形状不需要与该微透镜对应组像素相似。因此，在本实例中，采用了紧密排放多个六角形微透镜的微透镜阵列。球面透镜的外侧互相依附从而形成六角形透镜。

图8表示像素放置与微透镜阵列之间相对位置关系。如图8所示，正方形的R、G、B像素电极组布成△形，除了像素电板以外的部分相当于光遮蔽层。微透镜阵列由多个呈峰窝状的六角形微透镜组成。红色光束垂直地入射到LCD和微透镜阵列上(图8中垂直于纸面)，从而使会聚光点形成于安放在每块微透镜光轴上的红色像素内。绿色和蓝色光束分别在红色光束左右两侧倾斜8°照射，从而使绿色和蓝色的会聚光点形成于绿色和蓝色像素之内。各种彩色光束以这种方式聚取红色、绿色和蓝色的各像素内。通过进行如第一实例中的计算将会聚光点大小设为60μm×26.4μm，从而使会聚光点可以包含于像素孔径内。

在采用上述安排的情况下，来自LCD的光线的最大出射角约为22°，必须采用F值为1.2左右或更小的投射透镜。为了降低成本，在本实例中采用F值为1.8的投射透镜。因此，在投射透镜光瞳处产生G和B光束的遮暗并减少了到达屏幕的光量。然而，这可以获得极佳的自平衡和彩色再现范围。

在第一和第二实例中，白光被分包镜分解为三基色光束。但是，本发明也可以应用于将白光分解为四种或四种以上彩色光束的安排。例如，本发明可以用于图形显示器中。

在前述实例中采用分色镜作分色元件。但是，也可以用全反射镜代替图1B所示的分色镜5C。在这种情况下，如果灯的发射光谱中包含许多使色纯度变坏的成分，那么最好采用光学滤光片滤去这些成分。

由前面描述显而易见，通过将本发明用于投射式彩色液晶显示装置，即使采用发射光主普不均匀的光源和F值大于必要的F值投射透镜，也可以实现令人满意的彩色再现范围并在不降低白平衡性能的同时显著降纸成本。在上面的实例中，描述了采用液晶材料作为光学调制装置的显示面板。但是本发明并不局限于此。可以采用具有电光性质的材料的显示面板。

对于本领域内熟练技术人员来说，在不偏离本发明的范围和实质的情况下，很容易作出其它各种改进。因此，本发明的范围并非由前面的描述所限定，而是由所附权利要求限定。

Claims

1．一种投射式彩色显示装置，包含：白色光源；将所述白色光源发射的白光分解为具有不同波长区域的第一、第二和第三光束的分解装置；对所述第一、第二和第三光束进行调制的调制装置；所述分解装置包含使所述第一、第二和第三光束以不同的角度入射到调制装置主平面上的照射装置；以及将经过所述调制装置调制的所述第一、第二和第三光束投射出去的投射装置，其特征在于：

所述第一光束在白光中所含的三基色中强度最弱；并且与所述第二和所述第三光束相比，所述第一光束以更接近于所述调制装置主平面法线的方向入射到所述调制装置主平面上。

2．一种如权利要求1所述投射式彩色显示装置，其特征在于，所述调制装置包括第二、第二和第三像素以及对应于第一、第二和第三像素的微透镜；所述第一、第二和第三光束以不同的角度照射到所述微透镜上；以及所述第一、第二和第三光束分别入射到所述第一、第二和第三像素上。

3．一种如权利要求1所述的投射式彩色显示装置，其特征在于，所述投射装置为具有数字N的F值的投射透镜，而数字N大于1/(2·tanθ′max)，这里θ′max为从所述调制装置出射的光束相对所述调制装置主平面法线的最大角度。

4．一种如权利要求1所述的投射式彩色显示装置，其特征在于，所述白色光源为金属卤化物灯，和所述第一光束为红色，所述第二光束为蓝色，而所述第三光束为绿色。

5．一种如权利要求1所述的投射式彩色显示装置，其特征在于，所述白色光源为卤素灯，和所述第一光束为蓝色，所述第二光束为红色，所述第三光束为绿色。

6．一种如权利要求1所述的投射式彩色显示装置，其特征在于，所述分光装置包括第一、第二和第三分色镜；所述第一分色镜接收白光并反射所述第二和第三光束中至少一条光束；所述第二分色镜接收透射过所述第一分色镜的光线并反射所述第一光束；以及所述第三分色镜接收透射过所述第二分色镜的光线，反射透过所述第二分色镜的所述第二和第三光束中的一条并用作所述照射装置。