CN1790098A - 液晶显示装置和投影型液晶显示设备 - Google Patents

Abstract

一种液晶显示装置，包括一液晶层；具有象素孔径的多个象素电极；以及包括多个微透镜的至少一个微透镜阵列，所述微透镜与象素孔径对应按二维设置。每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，且此聚光透镜沿光轴具有至少一个透镜表面，并将入射其上的光聚光到相应的象素孔径；且此场镜沿光轴具有至少一个透镜表面，其结构是使其焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置。聚光透镜和场镜的总焦点被从相应象素孔径移位，且其位移量被设置成与总焦点处于与对应象素孔径相同位置时的情形相比，有效孔径比增大。

Description

液晶显示装置和投影型液晶显示设备

本申请是申请日为2002年5月28日的中国专利申请02125192.4的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置和一种通过利用液晶显示装置显示图象的投影型液晶显示设备。

背景技术

迄今为止，通过把液晶显示装置(此后称之为液晶板)调制的光投影到屏幕上并由此在屏幕上显示图象的投影型液晶显示设备(液晶投影仪)属于公知技术。有两类图象投影方法用在投影型液晶显示设备中：正面投影型(正面型)，从屏幕的前面把图象投影到屏幕上，以及背面投影型(背面型)，从屏幕的背面把图象投影到屏幕上。另外，有两类投影型液晶显示设备用于显示彩色图象：单板型和三板型，它们分别采用单液晶板和三个液晶板，三个液晶板用于显示三种颜色，即红(R)、绿(G)和兰(B)。

图12是表示现有技术的投影型液晶显示设备的光学系统(主要是照明光学系统)的示意图。在此投影型液晶显示设备中，光源101、成对形成的第一及第二多透镜阵列集成器(a multi-lens arrayinegrator以下简称MLA)102和103、PS复合元件104、聚光透镜105、场镜106、液晶板107和投影透镜108沿光轴100设置。MLA102和103分别包括多个二维排列的小透镜(微透镜)102M和103M。PS复合元件104包括多个位置对应于第二MLA103上相邻微透镜之间的位置的半波片104A。

在此投影型液晶显示设备中，从光源101发出的照明光经过MLA102和103时被分成多个光束。从MLA102和103发出的光束入射到PS复合元件104。入射到PS复合元件104上的光L10包括P偏振光分量和S偏振光分量，它们在垂直于光轴100的平面上彼此相交。PS复合元件104用于把入射光L10分成两类偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)L11和L12。偏振光分量L11和L12彼此分开之后，光分量L11离开PS复合元件104，其偏振方向不改变(例如为P偏振)。相反，光分量L12(例如为S偏振)的偏振方向被半波片104A在从PS复合元件104出射时变成其它的方向(例如为P偏振)。因此，从PS复合元件104射出具有预定偏振方向的光。

从PS复合元件104射出的光通过聚光透镜105和场镜106并辐射到液晶板107上。由MLA102和103形成的分开的光束以一定的放大比例放大并辐射到液晶显示板107的整个入射表面上，其中该放大比例根据聚光透镜105的焦距fc和形成在第二MLA103上的微透镜103M的焦距fML2决定。因此，在液晶显示板107的入射表面上多个放大的光束相互重叠，由此均匀地对液晶板107的入射面照明。液晶板107根据图象信号对入射到其上的光进行空间调制并发出调制光。从液晶板107发出的光通过投影透镜108投射到屏幕(未示出)上，使得在屏幕上形成图象。

在液晶板中，为了在基底上形成如薄膜晶体管(TFT)之类的驱动器件，形成一被称作黑色矩阵(a black-matrix)的光屏蔽区以分开相邻的象素。因此，液晶板的孔径比从未达到过100％。因此在现有的液晶板中，为了提高有效的孔径比，对每个点(单个象素或单个子象素)沿光轴设置一个或多个微透镜，形成在相对基底上的微透镜设置在光入射侧并用作聚光透镜。“有效孔径比”是指从液晶板射出的光束与入射到液晶板上的光束之比。在投影型液晶显示设备中，有效孔径比一般不仅通过考虑液晶板所致的光损耗、而且还考虑到投影透镜导致的光遮挡而决定。

图13是表示其中形成有微透镜的液晶显示板107的结构实例示意图。为了使结构清楚，部分地省去图面阴影线部分。液晶板107包括一个象素电极基底140B和一个设置在象素电极基底140B光入射侧的相对的基底140A，其设置方式使得相对的基底140A和象素电极基底140B将液晶层145夹置其间地面对。

象素电极基底140B包括一玻璃基底148、多个象素电极146和多个黑色矩阵元件件147。象素电极146和黑色矩阵元件件147二维设置在玻璃基底148上的光入射一侧。象素电极146是导电的透明元件，黑色矩阵元件件147形成在相邻的象素电极146之间。黑色矩阵元件件147例如通过一金属层遮挡光线，用于根据图象信号对相邻的象素电极146选择性地施加电压的开关元件(未示出)形成在黑色矩阵元件件147的内部。TFT例如用作对象素电极146施加电压的开关元件。

相对的基底140A从光入射侧开始依次包括一个玻璃基底141，一个微透镜阵列142和一个覆盖玻璃144。树脂层143层叠在玻璃基底141和微透镜阵列142之间。另外，虽然在图中没有示出，但在覆盖玻璃144和液晶层145之间设置有用于在象素电极146和反电极之间产生电压的反电极。树脂层143由折射率为n1的光学塑料形成。

微透镜阵列142由一种折射率为n2(＞n1)的光学塑料形成，并且包括多个对应于象素电极146二维设置的微透镜142M。微透镜142M凸向其光入射侧并具有正折射率。每个微透镜142M用于把透过玻璃基底141和树脂层143的入射光聚光到对应的象素电极单元146上。当投影透镜108有一个足够大的F数时，由微透镜142M聚光并通过孔径146A的光被用于显示图象。当提供微透镜142M时，与不提供微透镜142M的情况相比，通过象素电极146的孔径146A的光量可以增大。因此，可以增大有效孔径比并且可以提高光利用率。

在具有上述结构的液晶板107中，当相对于光轴200的发散角为β的光分量211入射到微透镜142M之一上时，其被微透镜142M的光焦度折射并以这种状态发射，即与不提供微透镜142M的情形相比，发散角增大。发射光的发散角(出射发散角)θ为微透镜142M的光焦度产生的角α与初始角β之和。因此，给出下列方程：

θ＝α+β                                        (1)

当f_ML为微透镜142M的焦距，2a为微透镜142M的外部尺寸(直径)时，微透镜142M的光焦度产生的α角定义如下：

tanα＝a/f_ML                                     (2)

当fc和rc分别为聚光透镜105(见图12)焦距和半径时，入射到液晶板107上的照明光的发散角(入射发散角)β定义如下：

tanβ＝rc/fc                                     (3)

另外，当从液晶板107发出的光的发散角为θ时，投影透镜108必须具有如下定义的F数(Fno)：

Fno＝1/(2sinθ)                                  (4)

在上述液晶板107中，当具有大发散角β的光入射其上时，微透镜142M不能把光充分地聚焦到孔径146A，以致于光被黑色矩阵元件件147部分地阻挡。另外，当入射发散角β很大时，与不提供微透镜142M的情形相比，发射光的发散度被微透镜142M的光焦度增大，并且从方程(1)清楚地看到，出射发散角θ增大。另一方面，投影透镜108不能接收到以超过方程(4)定义的F数决定的角入射的光。因此，当出射发散角θ太大时在投影透镜108处出现遮光。

因此，为了利用微透镜142M提高光利用率，必须减小入射发散角β。但是，如从方程(3)可以认识到的那样，为了减小入射发散角β，必须增大聚光透镜105的焦距fc。另外，还必须增大第二MLA103的微透镜103M的焦距。因此，当入射发散角β减小时，从光源101到液晶板107的光程长度增大。当光程长度增大时，该设备的总体尺寸也增大，并且整个照明光学系统、即包括位于液晶板107之前的照明光学系统的系统中的光利用率减小。当把具有对应于高亮度的F数的透镜用作投影透镜108时，其中高亮度是对于出射发散角θ为足够的亮度(例如F数＝1.2至1.5)，可以消除在投影透镜108处的遮光。但是，还有一个问题就是，难以设计具有对应于高亮度的F数的透镜，并且因而招致高成本。

形成在液晶板107中的上述照明系统和微透镜142M的问题总结如下；

(i)具有大入射发散角β的光导致在液晶板中黑色矩阵元件件处或在投影透镜处的遮光。

(ii)虽然液晶板的有效孔径比可以通过减小入射发散角β而增大，但整个照明系统的光利用率减小，并且在这种情况下孔径的尺寸增大。

(iii)从液晶板发出的光的发散角θ被确定为由微透镜光焦度产生的角度α与入射发散角β之和，并且大于不提供微透镜的情形。因此，必须把具有对应于高亮度的F数的透镜用作投影透镜，其中高亮度是对于出射发散角θ为足够的亮度。这种投影透镜难以设计并因而招致高成本。

(i)中描述的在黑色矩阵元件件147处的遮光可以通过减小液晶板107中微透镜142M的焦距而减小。但是，在这种情况下，由微透镜142M的光焦度产生的角度α增大，使得出射发散角θ也增大。因此，出现(iii)中描述的问题。当减小投影透镜108的F数以便增大亮度时，出现的问题在于成象性能下降，并且投影透镜本身的尺寸和制造成本都增大。在实际的投影型液晶显示设备中，微透镜142M的焦距f_ML增大，并且根据投影透镜108的F数优化象素孔径和微透镜之间的距离。因此，不能解决(i)和(ii)中描述的问题。

另一方面，提出了一种图14所示的液晶板，其中在象素电极基底140B上设置另一个微透镜阵列152，并且当光从微透镜阵列152中发出时可消除由形成在相对基底140A中的微透镜142M的光焦度产生的角度α。在图14所示的实例中，相对基底140A中的微透镜阵列直接形成在玻璃基底141上其光出射一侧。另外，在象素电极基底140B上其光发射侧设置由光学树脂形成的另一个微透镜阵列152。此外，在微透镜阵列152上其光发射侧设置一玻璃基底151。微透镜阵列152包括多个对应于形成在相对基底140A中的微透镜142M的微透镜152M。微透镜152M凸向其光发射侧并具有正折射率。每个微透镜152M的结构使得其通过与相应的微透镜142M的结合而用作一准直器。当n1和n2分别为玻璃基底141和微透镜142M的折射率，并且n3和n4分别为微透镜152M和玻璃基底151的折射率时，构成的液晶板满足n2＞n1和n3＞n4。

当例如光分量212入射到图14所示的液晶板上时，它被形成在相对基底140A中的微透镜142M的光焦度折射一角度α。然后，该光分量被形成在象素电极基底140B上的相应微透镜152M由其作为准直器的功能而在相反方向上折射一角度-α。因此，当光从微透镜152M发出时，由形成在相对基底140A中的微透镜142M的光焦度产生的角度α被消除。因为角度α被消除，所以由方程(1)通过θ＝β给出出射发散角θ，并且与图13中所示实例相比，减小角度α。但是，当微透镜如上所述设置时，例如如果入射发散角为β并且必须入射到微透镜152M-1上的光分量213入射到相邻的微透镜152M-2上，则微透镜152M-2不能用作该入射光分量的准直器。在此情况下，不能获得上述关系(θ＝β)，并且出射发散角θ变得大于入射发散角β，以致于不能增大有效孔径比。

另外，日本待审专利申请JP5-341282公开了一种在其中消除了入射发散角β的液晶板。在此公开物中揭示的液晶板包括一对玻璃基底和一设置在玻璃基底之间的液晶层，并且微透镜设置在至少一个玻璃基底的两侧与象素孔径对应。在此液晶板中，形成在玻璃基底一侧的微透镜的焦距做得与形成在玻璃基底另一侧的微透镜的焦距相同。另外，形成在玻璃基底一侧的微透镜和形成在玻璃基底另一侧的微透镜之间的距离做得与焦距相等。当入射准直光时，玻璃基底任意一侧的微透镜用来把光聚光到表面的另一侧。因而，在光发出之前就消除了入射发散角β。根据此公开，通过离子交换法形成微透镜。

在上述公开物中，基底任一侧的微透镜凸向内侧并且面朝外的表面(基底两侧的表面)为平面。另外，形成在接近象素孔径一侧的微透镜和象素孔径之间的距离接近0。在此情况下，包含微透镜的基底厚度约为几十微米。但是，在上述结构中，有一个问题在于包含微透镜的基底非常难以制造。尤其当采用离子交换法时，很难控制厚度，并且也难以高精度地处理厚度在几十微米的薄基底以便获得所需的光学特性。例如，虽然形成在基底两侧的微透镜的透镜表面必须抛光以便获得所需的光学特性，但要抛光厚度在几十微米的薄基底非常困难。近年来，已经要求具有小象素间距的高精度液晶板，以致于高加工精度成为必须。因此，根据上述公开物的液晶板在此点上有不利之处。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种液晶显示装置和一种投影型液晶显示设备，其中可以提高有效孔径比，并且可以不增大尺寸或使制造过程复杂地提高光利用率。另外，本发明的另一个目的在于提供一种液晶显示装置和一种投影型液晶显示设备，其中通过调节微透镜和象素孔径之间沿光轴的位置关系优化光聚集效率。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的液晶显示装置，包括：一液晶层；多个象素电极，具有允许光通过的象素孔径；和至少一个微透镜阵列，至少设置在液晶层的光入射侧和光发射侧之一，该微透镜阵列具有多个对应于象素孔径二维设置的微透镜，其中每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，聚光透镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，它将入射其上的光聚光到相应的象素孔径，场镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，其结构使得场镜的焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置，和其中聚光透镜和场镜的总焦点从对应的象素孔径移位，并且移位量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同的位置时的情形相比，有效孔径比增大。最好移位量超过总焦距的±10％。另外，最好当具有发散角成份的光入射时，发散角成份通过光从微透镜阵列发出时被场镜的光学性能消除，使得入射光的发射角与平行于光轴入射的主光线的发射角相同。该液晶显示装置可以用于投影型液晶显示设备，其中已经通过液晶显示装置的光被投影透镜投射。在此情况下，每个微透镜的数值孔径设置成其数值孔径大致对应于投影透镜的F数。

另外，根据本发明，一种投影型液晶显示设备，包括：一发射光的光源；一用于光学调制入射光的液晶显示装置；和一投射由液晶显示装置调制的光的投影透镜，其中该液晶显示装置包括一液晶层；多个象素电极，具有允许光通过的象素孔径；和至少一个微透镜阵列，至少设置在液晶层的光入射侧和光发射侧之一，该微透镜阵列具有多个对应于象素孔径二维设置的微透镜，其中每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，聚光透镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，它将入射其上的光聚光到相应的象素孔径，场镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，其结构使得场镜的焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置，其中聚光透镜和场镜的总焦点从对应的象素孔径移位，并且移位量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同的位置时的情形相比，有效孔径比增大。在根据本发明的液晶显示装置和投影型液晶显示设备中，每个微透镜由聚光透镜和场镜构成。聚光透镜用于把从光源发出并入射到聚光透镜上的光聚光到对应的象素孔径，并且场镜的结构使得其焦点大致处于与聚光透镜的主点相同的位置。在此结构中，当相对于光轴具有发散角成份的光入射到微透镜上时，发散角成份在光由其出射时被消除。因此，甚至当微透镜的焦距减小时，也可以避免发射光发散角的增大。当液晶显示装置用于投影型液晶显示时，可以减小由于投影透镜所致的遮光。另外，根据本发明，象素孔径从聚光透镜和场镜的总焦点移位，并且移动量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同位置的情形相比，有效孔径比增大。当分析入射光的所有角成份时，总焦点与象素孔径处于精确相同的位置时的有效孔径比并不总是最佳的。当考虑所有的角成份时，微透镜的总焦点从象素孔径移开时的有效孔径比增大。因此，最好优化总焦点和象素孔径之间的位置关系，使得有效孔径比可以增大。有效孔径比表示通过微透镜、象素孔径和投影透镜的光束与从光源发出并入射到象素上的光束之比。

因而，根据本发明的液晶显示装置和投影型液晶显示设备，可在不增大尺寸或不使制造过程复杂化的情况下增大有效孔径比和提高光利用率。因而，可以提高光利用率并增大光输出，还可以减小投影型液晶显示设备的尺寸和投影透镜的制造成本。另外，可以增大其中形成有象素孔径的基底和形成有微透镜的基底之间的允许位移量。

附图说明

图1是表示根据本发明实施例的投影型液晶显示设备的光学系统整体结构的简图；

图2是表示根据本发明实施例的液晶板结构的示意截面图；

图3是表示液晶板比较例结构的示意剖面图；

图4是表示形成在图2所述液晶板中的微透镜结构的示意截面图；

图5是第二微透镜阵列和PS复合元件的部分放大图；

图6是表示微透镜阵列光学参数的表；

图7A～7C是表示通过象素孔径观察的光源图象简图；

图8是表示微透镜阵列和形成有象素孔径的衬底之间的位移与光输出的关系曲线；

图9A和9B是表示图2所示液晶板的改型的截面图；

图10A～10C是表示微透镜表面形状的改型简图；

图11是表示图2所示液晶板的另一改型截面图；

图12是现有技术的投影型液晶显示设备光学系统的结构平面图；

图13是表示现有技术的液晶板的结构实例的截面图；

图14是表示现有技术的液晶板的另一结构实例的截面图。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的投影型液晶显示设备的光学系统整体结构简图。图1所示的投影型液晶显示设备是一种三板型液晶显示设备，其中采用三个透射型液晶板显示一个彩色图象。此投影型液晶显示设备包括一个发射光束的光源11，成对的第一和第二多透镜阵列集成器12和13(以下简称MLA)，和一个设置在MLA12和13之间的反射镜14，反射镜14的设置方式使得光路的方向(光轴10)朝向第二MLA13改变90度。MLA12和13分别配置有多个微透镜12M和13M，它们呈二维分布。MLA12和13用于把入射光分成多个光束，并由此使照明分布均匀。

光源11发出的白光包括红、兰和绿光分量，它们对于显示一个彩色图象是必需的。光源11包括发出白光的发光体(未示出)和一个反射并聚光发光体发出的光的凹反射镜。发光体例如可以是汞灯、金属卤化物灯、氙灯等。凹反射镜具有的形状最好使得能够获得高的光收集率，并且把具有旋转对称面的反射镜、如球面反射镜或抛物面反射镜用作凹反射镜。

投影型液晶显示设备还包括从第二MAL13的发光侧起依次排列的一个PS复合元件15、一个聚光透镜16和一个二向色反射镜17。二向色反射镜17用于把入射光分成例如红光分量LR和对应于其它颜色的光分量。

PS复合元件15包括多个位置对应于第二MLA13相邻微透镜之间位置的半波片15A。另外，如图5所示，PS复合元件15用于把入射光10分成两类偏振光(P偏振光分量和S偏振光分量)L1和L2。偏振光分量L1和L2彼此分开后，光分量L2不改变其偏振方向(例如为P偏振)地离开PS复合元件15。反之，光分量L1在从PS复合元件15出射时其偏振方向被半波片15A改变到其它方向(如P偏振)。

该投影型液晶显示设备还包括沿被二向色反射镜17分开的红光分量LR的光路依次排列的一个反射镜18，一个场镜24R和一个液晶板25R。反射镜18把红光分量LR反射向液晶板25R。液晶板25R根据图象信号空间调制经场镜24R入射到其上的红光分量LR。

该投影型液晶显示设备还包括一个二向色反射镜19，该二向色反射镜设置在对应于除红光以外其它颜色的光分量的光路上。二向色反射镜19把入射其上的光分成例如绿光分量LG和兰光分量LB。

该投影型液晶显示设备还包括沿被二向色反射镜19分开的绿光分量LG的光路依次排列的一个场镜24G和一个液晶板25G。液晶板25G根据图象信号空间调制经场镜24G入射到其上的绿光分量LG。

另外，投影型液晶显示设备还包括沿被二向色反射镜19分开的兰光分量LB的光路依次排列的一个中继透镜20、一个场镜24B和一个液晶板25B。反射镜21把入射其上的兰光LB经中继透镜20反射向反射镜23。反射镜23反射被反射镜21反射并经中继透镜22入射到反射镜23上的兰光分量LB反射向液晶板25B。液晶板25B根据图象信号空间调制被反射镜23反射并经场镜24B入射到液晶板25B上的兰光分量LB。

该投影型液晶显示设备还包括一个正交棱镜26，该棱镜放置在红光分量LR、绿光分量LG和兰光分量相交的位置并用于合并三种光分量LR、LG和LB。另外，投影型液晶显示设备还包括一个把从正交棱镜26发出的合并光投射到屏幕28上的投影透镜27。正交棱镜26有三个入射面26R、26G和26B以及一个出射面26T。从液晶板25R发出的红光分量LR入射到入射面26R，从液晶板25G发出的绿光分量LG入射到入射面26G，从液晶板25B发出的兰光分量LB入射到入射面26B。正交棱镜26合并入射到入射面26R、26G和26B上的三种光分量，并从出射面26T发出合成光。

图2是液晶板25R、25G和25B的结构实例简图。虽然液晶板25R、25G和25B对应于不同颜色改变光的成份，但其功能和结构基本上相同。在下面的描述中将描述液晶板25R、25G和25B的结构。在图2中，为了使图更清晰，部分地省去阴影线部分。液晶板25(25R、25G和25B)包括一象素电极基底40B和一设置在象素电极基底40B的光入射侧的相对基底40A，相对基底40A的设置方式使得相对基底40A和象素电极基底40B中间夹置液晶层45地彼此相对。

象素电极基底40B包括一个玻璃基底48，多个象素电极46和多个黑色矩阵元件47。象素电极46和黑色矩阵元件47层叠在玻璃基底48上其光入射一侧。象素电极基底40B还包括一个层叠在液晶层45和包含象素电极46与黑色矩阵元件47的层之间的对准薄膜(未示出)。象素电极46和黑色矩阵元件47按二维排列。象素电极46为导电的透明元件，黑色矩阵元件47形成在相邻象素电极46之间。黑色矩阵元件47通过例如一个金属层遮光，并且在黑色矩阵元件47的内侧形成开关元件(未示出)，这些开关元件用于根据图象信号选择性地将电压施加给相邻的象素电极46。例如TFT用作向象素电极46施加电压的开关元件。被黑色矩阵元件47包围的象素电极46具有能够使入射光通过的孔径，每个孔径用作一对应于单个象素的象素孔径。

相对基底40A包括从光入射侧起依次分布的一个玻璃基底41、一个第一树脂层43A、一个微透镜42、一个第二树脂层43B和一个盖片玻璃44。虽然图中没有示出，但相对的基底40A还包括反电极和设置在盖片玻璃44和液晶层45之间的对准薄膜。反电极用于在象素电极46和反电极之间产生电压。

微透镜阵列42由一种光学塑料形成，并且包括多个对应于象素电极46的二维分布的微透镜42M。微透镜42M具有正折射光焦度，每个微透镜42M用于把入射到液晶板25上的光聚光到相应象素电极单元46上。当投影透镜27具有足够大的F数时，入射到液晶板25上、被微透镜42M聚光并通过孔径46A的大部分光被用于显示图象。为了有效利用从液晶板25发出的光，最好把投影透镜27的F数设置成一个对应于相同或较高亮度的值，而且相同或较高亮度是同由微透镜42m的数值孔径确定的亮度相比较。

每个微透镜42M包括两个沿单个象素孔径46a、即单个点(单个象素或单个子象素)的光轴分布的透镜表面R1和R2。两个透镜表面R1和R2都有正折射光焦度。在图2所示的实例中，两个透镜表面R1和R2为球形，并且第一透镜表面R1凸向光入射侧(朝向光源)，第二透镜表面R2凸向光发射侧。为了使透镜表面R1和R2具有正折射光焦度，当n1、n2和n3分别为第一树脂层43A、微透镜阵列42和第二树脂层43A的折射率时，满足n2＞n1和n2＞n3。折射率n2和n1之差例如约为0.2～0.3，并且最好更大。类似地，折射率n2和n3之差约为0.2～0.3，并且最好更大。

在每个微透镜42M中，第二透镜表面R2的焦点大致与第一透镜表面R1的主点H1处于相同的位置(见图4)。另外，微透镜42M的总焦点从相对的象素孔径46A的位置移动。移动量设置成使有效孔径比与微透镜42M的总焦点处于与相对象素孔径46A相同位置的情形相比被增大。第一透镜表面R1用作具有光聚光功能的聚光透镜，第二透镜表面R2用作一场镜。微透镜的总焦点定义为聚光透镜和场镜的总焦点。

一般认为，当微透镜的总焦点接近象素孔径时有效孔径比提高。但是，当考虑入射光的所有角度成份时，总焦点与象素孔径处于精确相同的位置时有效孔径比也不总是最佳。当考虑所有的角度成份时，微透镜的总焦点沿光轴移开象素孔径时有效孔径比增大。因此，在本发明中，微透镜的总焦点和象素孔径沿光轴的位置关系最佳，使得可以提高象素孔径的收集率。

第一树脂层43A、微透镜阵列42和第二树脂层43B的形状不限于图中所示的形状，只要透镜的表面R1和R2具有正折射光焦度并显示出所需的光学特性即可。另外，只要透镜表面R1和R2具有足以用作微透镜42M的光焦度，就可以省去树脂层43A和43B并且可以将微透镜阵列42直接设置在玻璃基底41和盖片玻璃44之间，如下所述。

接下来将描述制造液晶板25中微透镜阵列用的方法。首先，制造第一树脂层43A和第二树脂层43B。第一树脂层43A例如通过用具有微透镜42M第一透镜表面R1的图案的模子成形丙烯酸树脂来制造。类似地，第二树脂层43B例如通过用具有微透镜42M第二透镜表面R2的图案的模子成形丙烯酸树脂来制造。由此形成的树脂层43A和43B设置成彼此相对，并且把用于形成微透镜阵列42的光学树脂(例如聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等)注入树脂层43A和43B之间。光学树脂用作粘合剂，使得第一树脂层43A、微透镜阵列42和第二树脂层43B结合到一起。然后，抛光第一树脂层43A和第二树脂层43B的外表面。制造微透镜阵列42的方法不限于上述方法，其它的方法也可以采用。

在液晶板25中，诸如盖片玻璃44、对准薄膜(未示出)和放置在第二透镜表面R2和象素孔径46A之间的液晶板45最好做得尽可能地薄(例如，在空气中的总厚度最好为5～25μm)。

图3是表示液晶板比较例的简图。图3所示液晶板的基本结构与图2所示的相同，并且为了便于理解，相同的组件用相同的标号表示。图3所示的液晶板与图2中所示液晶板的不同之处在于每个微透镜42M的总焦点处于与对于象素孔径46A相同的位置。在此情况下，在象素孔径和照明光光阑处的光斑象彼此共轭，并且在光阑处的强度分布被直接投影到象素孔径上。但是，因为从灯发出的光并不总是均匀的，所以其强度依据入射到板上的角度而不同。因此，焦点位置上的光斑象并不总是对应于该孔径处的最大透射率。

接下来描述具有上述结构的投影型液晶显示设备的操作。首先，参照图1对投影型液晶显示设备的整个工作进行解释。从光源11发出的白光通过MLA12和13时被分成多个光束。从MLA12和13发出的光束入射到PS复合元件15上。入射到PS复合元件上的光包括彼此在垂直于光轴10的平面上相交的P偏振光分量和S偏振光分量。如图5所示，PS复合元件15用于把入射光L0分成两种偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)L1和L2。偏振光分量L1和L2彼此分开之后，光分量L2不改变其偏振方向(例如P-偏振)地离开PS复合元件15。相反，光分量L1(例如S偏振)在射出PS复合元件15时，其偏振方向被半波片15A改变成另外的方向(例如P偏振)。因此，从PS复合元件15发出具有预定偏振方向(如P偏振)的光。

从PS复合元件15发出的光通过聚光透镜16并入射在二向色反射镜17上。入射到二向色反射镜17上的光例如被分成红光分量LR和对应于其它颜色的光分量。

被二向色反射镜17分开的红光分量LR被反射镜18反射向液晶板25R。被反射镜18反射的红光分量LR通过场镜24R并入射到液晶板25R上。然后，入射到液晶板25R上的红光分量LR被液晶板25R根据图象信号进行空间调制，并且入射到正交棱镜26的入射面26R上。

被二向色反射镜17分开的对应于红光以外其它颜色的光分量入射到二向色反射镜19上，并被分成例如绿光分量LG和兰光分量LB。被二向色反射镜19分开的绿光分量LG通过场镜24G且被入射到液晶板25G上。然后，入射到液晶板25G上的绿光分量被液晶板25G根据图象信号进行空间调制，并入射到正交棱镜26的入射面上。

被二向色反射镜19分开的兰光分量LB通过中继透镜20，入射到反射镜21上，并被反射镜21反射向反射镜23。被反射镜21反射的兰光分量LB通过中继透镜22，入射到反射镜23上，被反射镜23反射向液晶板25B，并入射到液晶板25B上。然后，入射到液晶板25b上的兰光分量LB被液晶板25B根据图象信号进行空间调制，并且入射到正交棱镜26的入射面26B上。

由MLA12和13形成的分开的光束被放大并相互重叠在液晶板25R、25G和25B的入射表面上，由此对液晶板25R、25G和25B进行均匀地照明。由MLA12和13形成的分开的光束以根据聚光透镜16的焦距fc以及形成在第二MLA13上的微透镜13M的焦距f_MLA2确定的放大率被放大。

入射到正交棱镜26上的三种光分量LR，LG和LB通过正交棱镜26合并，并且合并的光通过发射面26T射向投影透镜27。发射的光投到屏幕28的前表面或后表面上，从而在屏幕28上形成图象。

接下来，将主要参考图4描述成为本实施例特征的微透镜42M的光学工作和效果。为了使结构简单，在图4中只显示了形成在液晶板25中的微透镜的主要组件。如上所述，微透镜42M的第一透镜表面R1和第二透镜表面R2具有正折射率光焦度。另外，第二透镜表面R2的焦点与第一透镜表面R1的主点H1近似在相同位置，并且微透镜42m的总焦点从象素孔径46A的位置移动。在下面的描述中，假设从位于液晶板25之前的照明光学系统发出的发散角为β的照明光入射到液晶板25的整个表面上。

首先考虑平行于微透镜42M光轴60的主光线60A(由图中的实线表示)。主光线60A被微透镜42M的总光焦度聚光到象素孔径46A上。从微透镜42M发出的光的相对于光轴60的最大发散角α，根据微透镜42M的最大外部尺寸和微透镜42M的总焦距之间的关系决定。更具体地说，当2a为微透镜42M的外部尺寸(直径)，f为总焦距时，满足下列方程：

tanα＝a/f                               (5)

当f1为第一透镜表面R1的焦距且f2为第二透镜表面R2的焦距时，总焦距确定如下：

f＝f1×f2/(f1+f2-Δ)                     (6)

此处，Δ为第一透镜表面R1的主点H1和第二透镜表面R2的主点H2之间的距离。

当第二透镜表面R2的焦点与第一透镜表面R1的主点H1位置相同时，满足Δ＝f2。因此，总焦距f确定如下：

f＝f2                                    (7)

方程(7)表示总焦距f总是f2，无论第一透镜表面R1的焦距f1如何。从方程(5)和(7)知道，主光线60A的最大发射发散角α只由微透镜42M的外部尺寸(半径)和第二透镜表面R2的焦距f2决定。另外，在此情况下，通过调节第一透镜表面R1的焦距f1可以不改变微透镜42M总焦距f的情况下控制整个透镜系统的总焦点。通过适当地设置焦距f1，可以使象素孔径46A和第二透镜表面R2之间的距离从加工的观点看足够大。

接下来考虑相对于光轴60以一定的角度入射的发散光线60B(由图中的虚线表示)。当相对于光轴60的发散角为±β的光照明液晶板25时，它以相对于主光线60A的发散角保持为±β的状态通过第一透镜表面R1。然后，因为第二透镜表面R2的焦点大致处于与第一透镜表面R1的主点H1相同的位置，所以当光通过第二透镜表面R2时变成与主光线60A平行。更具体地说，当主光线60A和发散光线60B从微透镜42M发出时，其具有相同的最大出射发散角。

当微透镜42M具有上述光学功能时，从液晶板25发出的光的最大出射发散角θ表示如下：

θ＝α                                      (8)

方程(8)表示液晶板25的发射发散角θ也只根据微透镜42M的外部尺寸(半径)以及第二透镜表面R2的焦距f2确定，并且入射发散角β不影响发射发散角θ。更具体地说，根据本实施例，当光从液晶板25发出时，可消除照明光的入射发散角β，使得与图13所示的现有技术实例相比，发射发散角θ可以减小β。因此，根据本实施例，甚至当微透镜42M的总焦距减小时，与图13所示的现有技术实例相比，可以减少黑色矩阵元件47处的遮光。因此，可在不减小有效孔径比的前提下大大减小微透镜42M的焦距，并且还可以大大减小聚光到象素孔径46A上的光的光斑大小。结果，可以增大液晶板25的有效孔径比。

另外，根据本实施例，与现有技术相比，可以大大减小聚光光相对于象素孔径46A的尺寸的光斑尺寸。因此，与现有技术相比，可以增大入射发散角β。另外，从图4明显看出，当入射发散角β增大时，聚光光的光斑大小可以增大到上限即象素孔径46A的尺寸，以致于可以增大发射光的量。当入射发散角β增大时，入射到液晶板25上的光量和安装光学系统的外壳的大小受到很大的影响。

如上参考图12所述，当fc和rc分别为聚光透镜16的焦距和半径时，入射到液晶板25上的照明光的发散角β定义如下：

tanβ＝rc/fc                           (3)

因此，根据聚光透镜16的半径rc和焦距fc确定入射发散角β。但是，聚光透镜16的半径rc实际上由形成光源11的灯的大小决定，以致于当入射发散角β增大时，焦距fc减小。另一方面，形成在第一MLA12上的微透镜12M的放大率M(液晶板25的照明面积与第一MLA12的面积之比定义的恒定值)被确定为聚光透镜16的焦距fc与形成在第二MLA13上的微透镜13M的焦距fMLA2之比：

M＝fc/f_MLA2                            (7)

由MLA12和13形成的分开的光束以放大率M放大并对液晶板25照明。

因此，当减小聚光透镜16的焦距fc以便增大发散角β时，形成在第二MLA13上的微透镜13M的焦距f_MLA2也必需减小。当焦距f_MLA2减小时，MLA12和MLA13之间的距离也减小，以致于光学系统的整体尺寸也可以减小。因此，还可以减小光学系统的外壳大小。

如图5所示，当D为第二MLA13中单个微透镜的有效直径时，由于PS复合元件15的结构，只有入射到尺寸为D/2的区域上的光束可以受到PS复合元件15的偏振转换处理。因此，为了提高PS复合元件15的光接收效率，最好减小第二MLA13上光源图象的大小和入射到PS复合元件15上的光束直径。第二MLA13上光源图象的大小一般由形成光源11的灯的弧长和反射镜与光源11的弧之间的距离(弧-反射镜距离)决定：

灯弧长度×f_MLA2/弧-反射镜距离                 (8)

因此，可以知道，当入射发散角β增大并且焦距f_MLA2减小时，第二MLA13上光源图象的大小也减小。因此，第二MLA13和PS复合元件15的光接收率提高，并且位于液晶板25之前的整个照明系统的光输出也增大。因此，可以增大入射到液晶板25上的光量。

如上所述，通过增大入射到液晶板25上的光的发散角β，可以减小光学系统外壳的大小，并且同时可以增大整个照明系统的光学输出。

接下来将描述微透镜的总焦点和象素孔径之间的位置关系。在本发明中，调节上述的位置关系并控制象素孔径处光的聚焦，使得甚至当作为液晶板尺寸的减小和精确度的升高的结果而减小孔径比时，也可以获得较高的有效孔径比。利用具有图6所示参数的微透镜进行一项实验。结果解释如下。改变微透镜的总焦距和象素孔径的位置，并且确定有效孔径比。如图6所示，在用于该实验的微透镜中，第一透镜的焦距为59.3μm，第二透镜的焦距为41.4μm，透镜之间的距离为41.4μm，总焦距为41.4μm，几何孔径比为31％，投影透镜的F数为1.7，点间距(象素间距)为18μm×18μm。

图7A～7C表示该实验的结果。图7A表示在使用具有图6所示参数的微透镜并且其总焦点与象素孔径处于相同位置的情形中孔径处的光强分布。在此情况下，有效孔径比为80％。图7B表示在使用具有图6所示参数的微透镜并且其总焦点位于从象素孔径向光源移动6μm的情形中孔径处的光强分布。图6中表示的所有尺寸以及下面列举的尺寸，都是空气中的尺寸。移动量也可以表示成一个百分比：6μm/41μm×100＝15％。在此情况下，有效孔径比为85％。图7C表示朝向光源的移动量增大到10μm的情况下的结果。在此情况下，有效孔径比为75％。有效孔径比表示通过微透镜和象素孔径并入射到投影透镜上的光束与从光源发出并入射到象素上的光束之比。在焦点处清楚地显示第二阵列上的光源图象，如图7A所示，但在离焦点6μm处图象模糊，如图7B所示。但是，光斑大小几乎相同。注意到，当总焦点从象素孔径移动6μm时，通过象素孔径和投影透镜的有效光束增大约5％。这意味着当象素孔径处于焦平面上时，能够通过投影透镜的相当多的有效光束包含在被孔径阻挡的光束中。另外，它意味着当象素孔径从焦平面移动6μm时，有效光束被收集到中心区域中。另外，如图7C所示，当象素孔径从焦平面移动10μm时，与象素孔径移动6μm时相比，因为光斑的大小增大，所以通过投影透镜的有效光束量减少。在此情况下，相对于总焦距的移动量的百分比为24％。因此发现，可以通过从焦平面移动象素孔径超过10％的总焦距而增大有效孔径比。但是，如果有效孔径比减小，则以大位移量从焦平面移动象素孔径是没有益处的，如图7C所示。移动象素孔径的方向既可以是象素孔径朝向光源运动的负方向，也可以是象素孔径离开光源运动的正方向，并且移动量最好是总焦距的±10％或更大。上述结果意味着根据所采用的光源的发射强度分布从总焦点移动关于光斑直径之间的最佳点、有效光束的分布和有效孔径比。当移动量最佳时，可以增大投影型液晶显示设备的亮度。另外，还可以进一步增大入射发散角β，使得可以提高照明系统的光利用率。因此，可以增大光输出并且可以减小总尺寸。

图8是表示微透镜阵列和形成有象素孔径的衬底之间的位移与光输出的关系曲线。在曲线中，连结圆环的曲线代表采用图2所示结构的情形，其中每个微透镜的总焦点从对应的象素孔径移动6μm。连结三角的曲线代表图3所示的比较例，其中，每个微透镜的总焦点处于与对应象素孔径相同的位置。连结矩形的曲线代表微透镜具有单透镜结构以代替上述聚光透镜和场镜组合的双透镜结构的实例。如从曲线中可以看出，当位移增大时光输出减小。更具体地说，当位移增大时，在象素孔径处被阻挡的照明光量增加。但是，当采用双透镜结构并且总焦点从象素孔径移位时，甚至在位移增加时光输出也只减少一个很小的量。例如，当位移在±1μm范围内时，光输出几乎恒定。本发明尤其在微透镜用于一个相对于孔径处光斑直径较大的板时有效。根据本发明可以防止由微透镜阵列和其中形成有象素孔径的基底之间的位移导致的光输出的减少并且可以减少装置之间质量的变化。

图9A和9B是表示液晶板25改变的简图。在图9A和9B所示的结构中，相对基底40A-1和40A-2与图2所示的相对基底40A不同。虽然微透镜42M的透镜表面R1和R2形成在图2所示的树脂和树脂之间的界面上，但它们也可以形成在玻璃和树脂(或空气层)之间的界面上。在图9A和9B中，微透镜42M通过在玻璃层51和53之间设置一折射率为n1的树脂层52而形成，其中玻璃层51和53的折射率分别为ng1和ng2。第一透镜表面R1形成在玻璃层51和树脂层52之间的界面处，第二透镜表面R2形成在玻璃层53和树脂层52之间的界面处。透镜表面R1和R2的形状通过两界面处的折射率之差决定。

图9A表示树脂层52、玻璃层51和玻璃层53的折射率n1、ng1和ng2满足n1＞ng1和n1＞ng2的结构。在此情形中，第一透镜表面R1凸向光入射侧(朝向光源)，并且第二透镜表面R2凸向光发射侧。图9B表示树脂层52、玻璃层51和玻璃层53的折射率满足n1＜ng1和n1＜ng2的结构。在此情形中，第一透镜表面R1凹向光入射侧，第二透镜表面R2凹向光发射侧。在图9B所示的结构中，树脂层52也可以是空气层。

下面将描述图9A和9B中所示液晶板的相对基底40A-1和40A-2的制造方法。首先，在两玻璃基底的表面上形成透镜表面R1和R2的图案，并且将两玻璃基底设置成彼此相对。然后，在玻璃基底之间注入形成树脂层52的光学树脂(例如聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等)。玻璃基底的表面可以通过利用例如各种蚀刻法(各向同性蚀刻、各向异性蚀刻、干蚀刻等)进行处理。

在图9A和图9B所示的结构中，从相对基底中省去图2所示的树脂层43A和43B。因而，与图2所示的结构相比，可以减少树脂层的数量和降低成本。

图10A和10B是表示微透镜42M的透镜表面R1和R2的形状改变的简图。除图10C所示的球面之外，透镜表面R1和R2也可以形成为非球面，如椭球面(图10B)、菲涅尔表面(图10A)等。虽然球面透镜的表面具有易于处理的优点，但因为对应于最小焦距的曲率半径受点大小的限制，所以如果透镜表面的折射率之差不满足，则很难减小焦距。从图中可以知道，具有非球面和菲涅尔面的透镜在减小焦距和确保透镜主表面平坦方面有利。因此，可以可靠地消除入射发散角β。

图11是表示液晶板25另一改型的简图。在图11，在相对基底上形成作为聚光透镜的透镜表面，并在象素电极基底中形成作为场镜的透镜表面。根据本改型的液晶板包括一象素电极基底50B和一设置在象素电极基底50B的光入射侧的相对基底50A，相对基底50A的设置方式使得相对基底50A和象素电极基底50B彼此面对，液晶层45夹置其间。

相对基底50A从光入射侧起依次包括一个玻璃基底41、一个树脂层43A、一个第一微透镜阵列42A和一个盖片玻璃44。象素电极基底50B从光入射侧起依次包括象素电极46和黑色矩阵元件47、一个盖片玻璃44B、一个第二微透镜阵列42B、一个树脂层43B和一个玻璃基底48。

第一微透镜阵列42A由一种光学树脂形成，并包括对应于象素电极46二维分布的多个第一微透镜42M-1。每个微透镜42M-1包括一个具有正折射光焦度的第一透镜表面R1，并用作聚光透镜。在图11所示的改型中，当树脂层43A和第一微透镜阵列42A的折射率分别是n1和n2时，满足n2＞n2。另外，第一透镜表面R1凸向光入射侧(凸向光源)。

类似于第一微透镜阵列42A，第二微透镜阵列42B由一种光学树脂形成，并包括对应于象素电极46二维分布的多个第二微透镜42M-2。每个微透镜42M-2包括一个具有正折光度的第二透镜表面R2，并用作场镜。因此，第二透镜表面R2的焦点与第一透镜表面R1(第一微透镜42M-1)的主点位置相同。在图11所示的改型中，当n3和n4分别为第二微透镜阵列42B和树脂层43B的折射率时，满足n3＞n4。另外，第二透镜表面R2凸向光发射侧。

图11中所示的改型与图2中所示的结构不同之处在于每个象素孔径46A设置在微透镜42M-1和42M-2(即两个透镜表面R1和R2之间)之间。但是，类似于图2所示的结构，两个微透镜42M-1和42M-2的总焦点从象素孔径46A移位。总焦点和象素孔径46A之间的位置关系可以通过例如调节微透镜42M-1和象素孔径46A之间的距离以及微透镜42M-2和象素孔径46A之间的距离来控制。可以认为，虽然处理非常困难，但本改型中的有效孔径比提高最多。

在图11所示的改型中，因为通过第一透镜确定相对于孔径的效率，，其中第一透镜处于接近光源的位置，所以第一透镜的焦距在可以被第二透镜接收的范围内减小。另外，孔径设置在束腰处，处于比第一透镜的焦点更接近光源的位置，所以可以提高有效孔径比。在此情况下，孔径可以设置在从微透镜的总焦点向光发射侧移动的一个位置处。

本发明并不局限于上述实施例，并且可以有各种改型。例如，虽然在上述实施例中对每个点只设置两个具有光焦度的透镜面，但也可以对每个点设置三个或更多的具有光焦度的透镜表面。另外，本发明并不局限于三板式投影液晶显示设备，并且还可以应用到单板式投影型液晶显示设备。

Claims (4)

1.一种液晶显示装置，包括：

一液晶层；

多个象素电极，具有允许光通过的象素孔径；和

至少一个微透镜阵列，至少设置在液晶层的光入射侧和光发射侧之一，该微透镜阵列具有多个对应于象素孔径二维设置的微透镜，

其中每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，聚光透镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，它将入射其上的光聚光到相应的象素孔径，场镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，其结构使得场镜的焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置，和

其中聚光透镜和场镜的总焦点从对应的象素孔径移位，并且移位量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同的位置时的情形相比，有效孔径比增大，

其中当入射具有发散角成份的光时，发散角成份通过光从微透镜阵列发出时场镜的光学性能而消除，使得入射光的发射角与平行于光轴入射的主光线的发射角相同。

2.一种液晶显示装置，包括：

一液晶层；

多个象素电极，具有允许光通过的象素孔径；和

至少一个微透镜阵列，至少设置在液晶层的光入射侧和光发射侧之一，该微透镜阵列具有多个对应于象素孔径二维设置的微透镜，

其中每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，聚光透镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，它将入射其上的光聚光到相应的象素孔径，场镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，其结构使得场镜的焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置，和

其中聚光透镜和场镜的总焦点从对应的象素孔径移位，并且移位量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同的位置时的情形相比，有效孔径比增大，

其中该液晶显示装置用于投影型液晶显示设备中，其中已经通过液晶显示装置的光被投影透镜投射，以及

其中每个微透镜的数值孔径设置成其数值孔径大致对应于投影透镜的F数。

3.一种投影型液晶显示设备，包括：

一发射光的光源；

一用于光学调制入射光的液晶显示装置；和

一投射由液晶显示装置调制的光的投影透镜，

其中该液晶显示装置包括一液晶层；多个象素电极，具有允许光通过的象素孔径；和至少一个微透镜阵列，至少设置在液晶层的光入射侧和光发射侧之一，该微透镜阵列具有多个对应于象素孔径二维设置的微透镜，

其中每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，聚光透镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，它将入射其上的光聚光到相应的象素孔径，场镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，其结构使得场镜的焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置，

其中聚光透镜和场镜的总焦点从对应的象素孔径移位，并且移位量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同的位置时的情形相比，有效孔径比增大，

其中当入射具有发散角成份的光时，发散角成份通过光从微透镜阵列发出时场镜的光学性能而消除，使得入射光的发射角与平行于光轴入射的主光线的发射角相同。

4.一种投影型液晶显示设备，包括：

一发射光的光源；

一用于光学调制入射光的液晶显示装置；和

一投射由液晶显示装置调制的光的投影透镜，

其中该液晶显示装置包括一液晶层；多个象素电极，具有允许光通过的象素孔径；和至少一个微透镜阵列，至少设置在液晶层的光入射侧和光发射侧之一，该微透镜阵列具有多个对应于象素孔径二维设置的微透镜，

其中每个微透镜包括一聚光透镜和一场镜，聚光透镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，它将入射其上的光聚光到相应的象素孔径，场镜具有至少一个沿光轴的透镜表面，其结构使得场镜的焦点与聚光透镜的主点大致处于相同的位置，

其中聚光透镜和场镜的总焦点从对应的象素孔径移位，并且移位量设置成与总焦点处于与对应的象素孔径相同的位置时的情形相比，有效孔径比增大，

其中该液晶显示设备用于投影型液晶显示设备中，其中已经通过液晶显示设备的光被投影透镜投射，以及

其中每个微透镜的数值孔径设置成其数值孔径大致对应于投影透镜的F数。

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