CN1164083A - 投影式显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种可提高投影图像的对比度，同时不过多降低投射图像亮度的投影式显示装置。该装置具有与按照来自控制电路9的控制信号形成的显示图像对应地透射或散射来自光源1的照明光束2的主光阀3；和按照控制电路9发出的控制信号透射或散射由主光阀3透射或散射的照明光束2的辅助光阀17。在通过由聚光透镜4对透过此辅助光阀17的照明光束2聚光的光阑6后，用投影透镜7放大投影，在屏幕8上成像。

Description

投影式显示装置

本发明涉及在屏幕上放大显示图像的投影式显示装置，该装置使用通过透射或散射调制图像的液晶光阀，本发明特别涉及液晶光阀。

作为放大显示液晶光阀图像的液晶投影器的课题，往往要求高效率和高亮度。在现有液晶光阀中，采用由偏振光元件调制偏振光的方式，由于光束的一半未被利用，因而光束的利用率大大降低。近来，正开发称为高分子分散型液晶(PSLC：Polymer Dispersed Liquid Crystal)的一种将液晶分散在高分子中的新型液晶模式的光调制材料，它调制入射光的散射度，而不必使用偏振光元件。

图4是表示使用常规液晶模式的投影式显示装置的构成图。图5是表示有源矩阵型液晶光阀的构成图。图4中，1是光源，2是从光源1发射的照明光束，3是有源矩阵型液晶光阀的主光阀，4是聚光透镜，5是未使用的光，6是用于消除未使用光5的光阑，7是投影放大显示图像的投影透镜，8是屏幕，9是用于驱动主光阀3的控制电路。

在图5中，10是有源矩阵衬底，11是对置电极，12是开关元件，13是对应于显示图像的像素的透明电极，它以矩阵形式与开关元件12一起配置在有源矩阵衬底10上，14是形成在对置电极11上的公用透明电极，15是按照外加电压状态透射或散射光束的高分子分散型液晶，它被夹持在相对的有源矩阵衬底10和对置电极11之间，16是支承有源矩阵衬底10和对置电极11的垫片。

下面说明其运作。用从光源1以平行光取出的照明光束2照射主光阀3，根据从控制电路9输入的信号，在作为有源矩阵型液晶光阀的主光阀3表面上显示图像，相应于显示图像的浓淡，在主光阀上透射或散射入射的照明光束2。

由主光阀3透射而不是散射出的垂直于显示面的光束(图4中的实线)，通过聚光透镜4在光阑6上聚光，通过光阑6之后入射到投影透镜7。由主光阀3散射并通过聚光透镜4的光束中的未使用光(虚线)，被光阑6遮断，不能入射到投影透镜7。即光阑6有选择地遮断未使用光(散射光)，只有被主光阀3透射而不是散射出的大体垂直于显示面的光束才被选择输入投影透镜7，从而提高了对比度。使从投影透镜7射出的光束在屏幕8上放大成像，以供欣赏。

像上述现有投影式显示装置的构成，由于光阑6的开口直径较小，因而可提高投影图像的对比度，但是，在这种情况下，由于照明光束2的平行度不够理想，因此透射光的一部分被光阑6所遮断，因而存在大大降低投影图像亮度的问题。

另一方面，通过加厚高分子分散型液晶15，增大主光阀3的散射度可提高投影图像的对比度，但是，在这种情况下，高分子分散型液晶15的驱动电压与液晶层厚度成比例的增加。通过在有源矩阵衬底10上的开关元件12，高分子分散型液晶15按照在透明电极13上输入的信号电压进行工作，但是，一旦高分子分散型液晶15的驱动电压升高，由于在开关元件12上未外加足够的电压，高分子分散型液晶15就处于非理想的透射状态，结果出现了降低投影图像亮度的问题。

此外，为保证预定的高分子分散型液晶15的层厚，在主光阀3中使用垫片16，但是该垫片16作为连接有源矩阵衬底10和对置电极11的部分，一般要透射未散射的照明光束2。因此，特别是在黑显示时由垫片16部分产生光漏，也存在损害投影图像放映质量的问题。

本发明的目的就是为解决如上所述现有技术中存在的问题，提供一种既不会过多降低图像亮度，又能获得高的视觉对比度的投影式显示装置。

本发明的投影式显示装置配置有：具有被来自光源的光束照射的、按照根据第一控制信号形成的显示图像透射或散射光束的主光阀，和根据第二控制信号透射或散射光束的辅助光阀的液晶光阀；在通过配置在由聚光透镜使透过该液晶光阀的光束聚光的位置上的光阑后，放大投影的投影透镜；通过该投影透镜使放大投影的光束成像的屏幕；以及产生第一控制信号和第二控制信号的控制电路。

并且，主光阀设置在辅助光阀的前方，由主光阀透射或散射的光束照射在辅助光阀上。

或者，主光阀设置在辅助光阀的后方，由辅助光阀透射或散射的光束照射在主光阀上。

此外，在主光阀一侧的玻璃衬底和在辅助光阀一侧的玻璃衬底是公用的。

并且，主光阀为以矩阵形式设置开关元件和透明电极的有源矩阵型液晶光阀。

辅助光阀为以矩阵形式设置开关元件和透明电极的有源矩阵型液晶光阀。

或者，辅助光阀为单元件型液晶光阀。

或者，辅助光阀为上下带状透明电极相互垂直的简单矩阵型液晶光阀。

图1是本发明实施例1的投影式显示装置的构成示意图。

图2是本发明实施例1的投影式显示装置中所用的单元件型液晶光阀的构成示意图。

图3是本发明实施例2的投影式显示装置中所用的简单矩阵型液晶光阀的示意图。

图4是现有投影式显示装置的构成示意图。

图5是有源矩阵型液晶光阀的构成示意图。

实施例1

图1是本发明实施例1的投影式显示装置的构成示意图。图2是本发明实施例1的投影式显示装置所用的单元件型液晶光阀的构成示意图。在图1中，1-9是与上述现有装置相同的部分，故省略其说明。17是单元件型液晶光阀类的辅助光阀。

在图2中，14-16是与图5中的部件相同的部分，也省略其说明。18是形成公用透明电极14的玻璃衬底，利用垫片16，在2个玻璃衬底间夹着高分子分散型液晶15，相应于外部信号，整个辅助光阀从透射状态到散射状态之间变化。

下面，说明该投影型显示装置的运作。用从光源1以平行光束取出的照明光束2照射主光阀3，根据从控制电路9输入的信号，在主光阀3表面上显示图像，相应于显示图像的浓淡，在主光阀上透射或散射入射的照明光束2。该透射或散射光束再入射到辅助光阀17。

按照来自相应于投影环境亮度和图像平均亮度的控制电路9的驱动信号，入射到辅助光阀17的所有入射光束进一步被透射或散射。

在投影环境明亮，由外来光决定屏幕8上的黑水平时，投影式显示装置本身的对比度在20以上就足够了，屏幕8上的图像对比度变为由投影图像的最大亮度决定。此时，辅助光阀17一般处于透射状态，按原来的状态射出由主光阀3调制的光束。

另一方面，投影环境很暗时，为了从视觉上提高投影图像的放映质量，特别是在黑显示时降低黑水平亮度、同时减少局部光漏很重要。因而用相应于图像平均亮度的亮度信号驱动辅助光阀17，进一步调制由主光阀3调制的整个光束。例如，由主光阀3单独获得的对比度为20时，驱动辅助光阀17，以使黑显示时的透射率变为白显示时的十分之一。此时，在投影图像的各帧内的对比度仍为20，但是可使黑显示时的亮度为白显示时的二百分之一。还在这种情况下，由于两层光阀的垫片基本上不重合，即使在最坏的情况下，也能将由垫片引起的局部光漏的亮度限制在十分之一内。结果，白显示时投影图像的亮度仍大体相同，但黑显示时的图像放映质量得到了大幅度的改善。

再者，与图4所示现有投影式显示装置相同，由聚光透镜4将从辅助光阀17射出的光束在光阑6上聚光，经投影透镜7后在屏幕8上放大成像。

实施例2

下面，说明本发明实施例2的投影式显示装置，本发明的投影式显示装置的构成与图1相同，作为辅助光阀17，采用简单矩阵型液晶光阀。图3是表示用于本发明实施例2的投影式显示装置的简单矩阵型液晶光阀的视图。

图3中，15-18是与图2中的部件相同的部分，故省略其说明。19是形成在玻璃衬底18上的带状透明电极，在相互垂直的上下带状透明电极19之间，均匀地夹持着所填充的高分子分散型液晶15，在上下带状透明电极19的交叉部分沿纵向外加电场，按照来自外部的信号，该部分作为像素的功能，使像素在透射状态与散射状态间变化。

按照控制电路9发出的相应于投影环境亮度和图像信号的驱动信号，以像素单位进一步透射或散射入射到辅助光阀17上的光束。

在投影环境明亮、屏幕上的黑水平由外来光决定时，与实施例1相同，辅助光阀17一般处于透射状态，由主光阀3所调制的光束以原来的状态射出。

另一方面，在投影环境很暗的场合，用相应于图像信号的亮度信号驱动辅助光阀17，进一步调制由主光阀3调制的光束。例如，对使用对比度为20的有源矩阵型液晶光阀作为主光阀，使用对比度为10的简单矩阵型液晶光阀作为辅助光阀，二次调制驱动像素的情况进行说明。此时，辅助光阀17的各像素在亮度信号超过10％时处于透射状态，在10％以下时为散射状态。按照这样的驱动，可使投影式显示装置本身的投影图像对比度达到200。而且此时，由于两级光阀的垫片基本上不重合，因此，在最坏的情况下也能将由垫片引起的光漏的亮度控制在十分之一内。结果，白显示时的投影图像的亮度仍大体相同，但对比度和图像放映质量得到大幅度改善。

再者，在前述驱动操作中亮度信号为10％以下时，投影图像的亮度不连续地降低，投影图像变为所谓的“黑溃”状态。为改善这种情况，在上述实施例中，在亮度信号为10％以下时，对于辅助光阀变为散射状态的像素，以主光阀3对应的像素透射率变为上述实施例10倍的方式驱动，从而即使亮度信号为10％以下，投影图像的亮度变化也是连续的，获得不会产生“黑溃”的良好放映质量的投影图像。

实施例3

下面，说明本发明实施例3的投影式显示装置。实施例3的投影式显示装置的构成与图1相同，但作为辅助光阀17，采用与主光阀3相同的如图5所示的有源矩阵型液晶光阀。

按照从控制电路9发出的与投影环境的亮度和图像信号对应的驱动信号，用像素单位进一步地透射或散射入射到辅助光阀17的光束。

在投影环境明亮、屏幕上的黑水平由外来光决定时，与实施例1相同，辅助光阀17的有源矩阵型液晶光阀一般处于透射状态，由作为主光阀3的有源矩阵型液晶光阀调制的光束按原来的状态射出。

另一方面，在投影环境很暗时，用与主光阀相同的图像信号驱动辅助光阀17，由主光阀3调制的全部光束被进一步调制。例如，对主光阀3和辅助光阀17使用同一对比度为20的有源矩阵型液晶光阀的情况进行说明。这里，用相当于表示成为图像透射率的平方根的亮度信号驱动两光阀。例如，在获得投影图像最大亮度的50％的亮度时，以变为最大透射率的71％的方式驱动两光阀。按照这样的驱动方式，图像的亮度变化不会出现异常，但是投影式显示装置本身的投影图像对比度可达到400。并且此时，由于两层光阀的垫片基本上不重合，即使在最坏的情况下，由垫片引起的局部光漏的亮度也限于二十分之一的亮度之内。结果，白显示时的投影图像的亮度，基本上与原来的相同，但可大幅度地改善对比度和图像放映质量。

在上述实施例中，按照投影环境的亮度和图像信号，在透射状态或散射状态中所用的辅助光阀17设置在主光阀3的后方，但是，将其设置在主光阀3前方时，也可获得同样的效果。并且，虽然在上述实施例中，说明了未按颜色区分光束、使用一组主光阀3和辅助光阀17的情况，但是，也可以按颜色区分光束，对应各颜色光束使用各主光阀3，如果在至少一支光束中，对应于主光阀3设置辅助光阀17，也可获得同样的效果。

并且，在上述实施例中，说明了在空间上分开设置主光阀3和辅助光阀17的情况，但是，也可使两层光阀在光学上紧贴，也可获得两样的效果。此外，两层光阀紧贴，主光阀3一侧的玻璃衬底和辅助光阀17一侧的玻璃衬底共用，也可获得同样的效果。

Claims (8)

1一种投影式显示装置，其特征在于包括：发射光束的光源；液晶光阀，它包括被来自该光源的光束照射并与按照第一控制信号形成的显示图像对应地透射或散射光束的主光阀和按照第二控制信号透射或散射光束的辅助光阀；配置在用聚光透镜对透过该液晶光阀的光束聚光的位置上的光阑；放大投影通过该光阑光束的投影透镜；通过该投影透镜使放大投影的光束成像的屏幕；以及产生第一控制信号和第二控制信号的控制电路。

2根据权利要求1所述的投影式显示装置，其特征在于主光阀设置在辅助光阀的前方，由主光阀透射或散射的光束照射在辅助光阀上。

3根据权利要求1所述的投影式显示装置，其特征在于主光阀设置在辅助光阀的后方，由辅助光阀透射或散射的光束照射在主光阀上。

4根据权利要求1-3中任一项所述的投影式显示装置，其特征在于在主光阀一方的玻璃衬底和在辅助光阀一方的玻璃衬底是公用的。

5根据权利要求1-4中任一项所述的投影式显示装置，其特征在于主光阀为以矩阵形式设置开关元件和透明电极的有源矩阵型液晶光阀。

6根据权利要求1-5中任一项所述的投影式显示装置，其特征在于辅助光阀为以矩阵形式设置开关元件和透明电极的有源矩阵型液晶光阀。

7根据权利要求1-5中任一项所述的投影式显示装置，其特征在于辅助光阀为单元件型液晶光阀。

8根据权利要求1-5中任一项所述的投影式显示装置，其特征在于辅助光阀为上下带状透明电极相互垂直的单纯矩阵型液晶光阀。

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