DE3888983T2

DE3888983T2 - Projektor mit Flüssigkristallzellen.

Info

Publication number: DE3888983T2
Application number: DE3888983T
Authority: DE
Inventors: Kyohei Fukuda; Tadahiko Hashimoto; Minoru Hoshino; Katuyuki Hunahata; Hayao Kozai; Yasuyuki Kozima; Yuji Mori; Yoshiharu Nagae; Youhei Saito; Masahiro Takasaka; Yoshiaki Tsuchihashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-09
Filing date: 1988-01-07
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2008-01-08
Also published as: US4838655A; EP0274391B1; JPS63170614A; EP0274391A3; DE3888983D1; CA1288982C; EP0274391A2; JPH0666018B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Feld der Erfindung

Die Vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Projektor, in dem Flüssigkristallzellen verwendet werden, und insbesondere auf einen Farbprojektor mit einer Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen, die auf einer Achse des zu Projizierenden Lichtes angeordnet sind.

Beschreibung des Standes der Technik

Herkömmlicherweise hat ein Farbprojektor drei Schwarzweißbildröhren (CRTs). Jede Bildröhre gibt ein Bild für eine Primärfarbe wieder. Die von den drei Bildröhren wiedergegebenen Bilder werden mit dichroitischen Spiegeln jeweils in den drei Primärfarben gefärbt. Danach werden sie durch eine Projektionslinse auf einen Bildschirm projiziert, um die Vollfarben-Wiedergabe des Bildes zu verwirklichen. Bei einer solchen herkömmlichen Vorrichtung hat die Bildröhre jedoch keine ausreichende Helligkeit zur Projektion auf einen großformatigen Schirm, und darüber hinaus ist die Größe der Vorrichtung aufgrund der drei verwendeten Bildröhren beträchtlich. Ferner ist die Vorrichtung sehr teuer.
Um eine Vorrichtung mit kleinen Ausmaßen und niedrigem Preis zu schaffen, sind verschiedene Arten von Projektoren mit Flüssigkristallzellen vorgeschlagen worden.
Ein erstes Beispiel für einen Projektor ist aus der US-A-3 703 329 bekannt. Wie in Fig. 1a gezeigt ist, verwendet das Beispiel einen neutralen Polarisator 2 und drei Flüssigkristallzellen 4, 6, 8 vom Guest-Host-Typ, die in Cyan, Magenta bzw.
Gelb gefärbt sind. Sie sind auf der Achse des zu Projizierenden Lichtes angeordnet. In diesem Beispiel wird, wie aus der Wahl der Farben der Zellen ersichtlich, die Vollfarben-Wiedergabe mittels einer sogenannten subtraktiven Farbmischung verwirklicht.
Jedoch zeigt ein von einer solchen Vorrichtung wiedergegebenes Bild eine geringe Farbreinheit und es hat keine ausreichende Helligkeit. Außerdem ist der Umfang der Farbwiedergabe gering. Diese Probleme ergeben sich im wesentlichen daraus, daß subtraktive Farbmischung zur Wiedergabe von Farbbildern eingesetzt wird.
Ein anderes Beispiel für bekannte Projektoren mit Flüssigkristallzellen ist in Fig. 1b gezeigt. In dem Beispiel werden drei gefärbte pleochroische Polarisatoren 10, 14 und 18, drei verdreht-nematische Flüssigkristallzellen 12, 16 und 20 und einen neutraler Polarisator 22 verwendet. Die drei pleochroischen Polarisatoren sind rot, grün und blau gefärbt, welches die drei Primärfarben bei der sogenannten additiven Farbmischung sind.
Bei diesem Beispiel ist die Helligkeit eines wiedergegebenen Bildes aufgrund der Verwendung der additiven Farbmischung verbessert. Gegenwärtig ist es jedoch schwierig, gefärbte pleochroische Polarisatoren für alle drei Farben zu bekommen, die die benötigten Farbeigenschaften haben, wie etwa Dichroitismusverhältnis, Helligkeit etc. Wenn Polarisatoren mit ausgezeichneten Farbeigenschaften für die drei Farben verwendet werden, um eine Bildwiedergabe mit hoher Farbreinheit und ausreichender Helligkeit zu erzielen, wird die Vorrichtung sehr teuer. Zusätzlich wird, obwohl die Primärfarben Rot, Grün und Blau einfach wiederzugeben sind, die Treibersteuerung der Flüssigkristallzellen etwas kompliziert, wenn Cyan, Magenta und Gelb wiedergegeben werden.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen wirtschaftlichen Projektor mit Flüssigkristallzellen zu schaffen, der dazu fähig ist, ein Bild in voller Farbe mit hoher Farbreinheit und ausreichender Helligkeit wiederzugeben, und der einen weiten Farbwiedergabeumfang hat. Hierfür sieht die vorliegende Erfindung einen Projektor nach Anspruch 1 oder 7 vor.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß in einer Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen eines Projektors zumindest eine der Flüssigkristallzellen vom Guest-Host-Typ ist und in einer aus den drei Primärfarben der additiven Mischung ausgewählten Farbe gefärbt ist, daß zumindest einer der Polarisatoren in einer aus den verbleibenden Farben ausgewählten Farbe gefärbter Farbpolarisator ist und daß die Gesamtzahl von Guest-Host-Zelle und Farbpolarisatoren drei beträgt, wobei jede(r) von ihnen im einer anderen der drei Primärfarben gefärbt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden eine einzelne Guest-Host-Flüssigkristallzelle, die in einer der drei Primärfarben gefärbt ist, und zwei Farbpolarisatoren verwendet, welche jeweils in den übrigen zwei der drei Primärfarben gefärbt sind.
Bei einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden ein einzelner Polarisator, der in einer der drei Primärfarben gefärbt ist und zwei Guest- Host-Flüssigkristallzellen verwendet, welche jeweils in den übrigen zwei der drei Primärfarben gefärbt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a und 1b zeigen Anordnungen von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen in Projektoren nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise die Gesamtkonfiguration eines Projektors gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen in dem in Fig. 2 gezeigten Projektor zeigt;
Fig. 4a bis 4e sind Zeichnungen zur Erklärung des Arbeitsprinzips der Farbwiedergabe in der Beispielanordnung in Fig. 3;
Fig. 5 zeigt ein zweites Beispiel für eine Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen in dem Projektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt ein drittes Beispiel für eine Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen in dem Projektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 zeigt ein viert es Beispiel für eine Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen in dem Projektor gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8a und 8e sind Zeichnungen zur Erklärung der Arbeitsweise der Farbwiedergabe in der Beispielanordnung in Fig. 5;
Fig. 9a bis 9d sind Tabellen, die die Beziehung zwischen den wiederzugebenden Farben und den Erregungszuständen der Flüssigkristallzellen in den Anordnungen der Beispiele der Fig. 3, 5, 6 und 7 zusammenfassen;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung in einem Chromatizitätsdiagramm zeigt, in dem der Farbwiedergabebereich gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem gemaß dem in Fig. 1a und 1b gezeigten Stand der Technik verglichen wird; und
Fig. 11 ist noch ein Diagramm, das die Wirkung der vorliegenden Erfindung darstellt, in dem die Helligkeit der mittels der vorliegenden Erfindung wiedergegebenen Farben mit denen nach dem Stand der Technik verglichen wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen

Unter Bezugnahme auf Figur zwei wird die Gesamtkonfiguration eines Projektors gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erläutert.
In der Figur kennzeichnet das Bezugszeichen 24 eine Lichtquelle. Quellen wie etwa Xenonlampen, Halogenlampen und dergleichen sind als Lichtquelle 24 bevorzugt, da in solchen Licht quellen die relative spektrale Energieverteilung in dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes ein kontinuierliches Spektrum hat, das fast das gleiche ist wie das des Sonnenlichtes. Die Lichtquelle 24 hat einen Reflektor 26, um das gesamte von der Lichtquelle 24 emittierte Licht effizient zu nutzen.
Das von der Quelle 24 emittierte Licht wird mittels einer kollimierenden Linse 28 in ein paralleles Lichtbündel umgewandelt. Der kollimierte Lichtstrahl durchläuft Polarisatoren und Flüssigkristallzellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Diese Polarisatoren und Flüssigkristallzellen sind wie folgt angeordnet. An erster Stelle ist ein erster Polarisator 30, der ein gefärbt er pleochroischer Polarisator ist (hiernach der Einfachheit halber als Farbpolarisator bezeichnet), und in Kontakt mit diesem eine erste Flüssigkristallzelle 32 angeordnet, die eine verdrehtnematische Flüssigkristallzelle (hiernach als TN-Zelle bezeichnet) ist.
Wie bereits bekannt ist, hat die TN-Zelle 32 transparente Matrixelektroden 34 an ihren beiden Seiten, an die Wechselspannung von einer Spannungsquelle 36 durch einen Schalter 38 gesteuert angelegt wird. Obwohl in der Zeichnung nur ein einzelner Schalter gezeigt ist, besteht der Schalter 38 aus einer Anzahl von Einheitenschaltern, die der Anzahl der Elemente der Matrixelektroden 34 entspricht. Solche Einheitenschalter werden mittels eines Videosignals für ein in einer der drei Primärfarben wiederzugebendes Bild gesteuert. Als Ergebnis werden Bereiche der Flüssigkristallzelle, die zwischen den korrespondierenden Elementen der beiden Matrixelektroden 34 liegen, selektiv erregt. Ferner sind die Einheitenschalter üblicherweise auf demselben Substrat wie die Flüssigkristallzelle und die Elektroden ausgebildet
Anschließend an die erste Flüssigkristallzelle 32 ist eine zweite Flüssigkristallzelle 40 vorgesehen, die ebenfalls eine TN-Zelle ist. Die TN-Zelle 40 hat transparente Elektroden 42 an ihren beiden Seiten, an die über einen Schalter 46 eine Wechselspannung von einer Stromquelle 44 angelegt wird. Bei der zweiten Zelle 40 genügt es, weg die Elektroden 42 auf der ganzen Oberfläche beider Seiten der Zelle 40 gebildete ebene Elektroden sind. Ein zweiter Polarisator 48, ein Farbpolarisator, ist angrenzend an die Zelle 40 positioniert
Ferner ist eine dritte Flüssigkristallzelle 50, ebenfalls eine TN-Zelle, vorgesehen Die TN-Zelle 50 ist mit transparenten Matrixelektroden 52 an ihren beiden Seiten versehen, an denen unter der Steuerung eines Schalters 56 eine Wechselspannung von einer Spannungsquelle 54 angelegt wird. Die Matrixelektroden 52 und der Schalter 56 sind genauso aufgebaut wie bei der ersten Zelle 32.
Die Einheitenschalter des Schalters 56 werden gesteuert durch ein Videosignal für ein in einer anderen der drei Primärfarben wiederzugebendes Bild. Im Anschluß an die dritte Flüssigkristallzelle 50 ist ein Neutralpolarisator 58 vorgesehen
Zuletzt ist eine vierte Flüssigkristallzelle 60 vorgesehen, die eine TN-Zelle mit Guest-Host-Effekt ist und an den Polarisator 58 anschließt. Eine solche TN-Zelle wird im folgenden als TN/GH-Zelle abgekürzt. Die TN/GH-Zelle 60 hat transparente Matrixelektroden 62 an ihren beiden Seiten, an denen durch einen Schalter 66 gesteuert Wechselspannung von einer Spanungsquelle 64 angelegt wird. Auch bei der vierten Zelle sind die Matrixelektroden 62 und der Schalter 66 so aufgebaut wie bei der ersten Zelle 32. Die den Schalter 66 bildenden Einheitenschalter werden gesteuert durch ein Videosignal für ein in der verbleibenden der drei Primärfarben wiederzugebendes Bild.
Das Licht, das die wie oben beschrieben angeordneten Flüssigkristallzellen und Polarisatoren passiert hat, wird durch eine Projektionslinse 68 auf einen Schirm 70 projiziert, auf dem ein farbiges vergrößertes Bild wiedergegeben wird.
Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 3 die Anordnung der Polarisatoren und der Flüssigkristallzellen mit Bezug auf Fig. 3 genauer beschrieben. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Teile wie in Fig. 2. Zudem sind alle Teile außer den Polarisatoren und den Flüssigkristallzellen in der Figur fortgelassen, um ein klares Verständnis ihrer Anordnung zu erleichtern.
Wie bereits beschrieben ist der erste Polarisator 30 ein Farbpolarisator, der rot gefärbt ist. Eine durchgezogene, mit R bezeichnete Linie auf dem Polarisator 30 stellt eine Absorptionsachse dar, und eine gestrichelte Linie, die mit R, G, B daran bezeichnet ist, stellt eine Transmissionsachse dar. Es ist bekannt, daß Licht linear polarisiert wird, wenn es den Polarisator 30 durchläuft. Obwohl dabei Licht mit zur R,G,B-Achse Paralleler Polarisationsebene den Polarisator 30 mit unveränderter Farbe passiert, wird weißes Licht mit Polarisationsebene parallel zur Achse R beim Durchgang rot gefärbt. Das heißt, nur eine rote Komponente des Lichtes mit zur R-Achse Paralleler Polarisationsebene kann den Polarisator 30 Passieren, und andere Komponenten, das heißt grün und blau, werden blockiert.
Die erste Flüssigkristallzelle 32 ist eine TN-Zelle, so daß wenn keine Wechselspannung an den Elektroden 34 anliegt, die Polarisation von durch diese hindurchgehendem Licht um 90 Grad gedreht wird. Wenn keine Spannung an den Elektroden einer Zelle anliegt, so heißt dies im folgenden, daß die Zelle im AUS-Zustand ist, oder daß der Erregungszustand der Zelle aus ist. Wenn hingegen Wechselspannung an den Elektroden 34 anliegt, d. h. die Zelle 32 EIN-Zustand ist, so durchläuft das Licht die Zelle 32 ohne Polarisationsdrehung. Da die zweite Zelle 40 auch eine TN-Zelle ist, gilt auch das oben Gesagte.
Der zweite Polarisator 48 ist ein grün gefärbter Farbpolarisator, und die Richtung der Absorptionsachse G fällt zusammen mit der der Absorptionsachse R des ersten Polarisators 30. Deswegen wird weißes Licht mit zur Achse G paralleler Polarisationsebene grün gefärbt, wenn es den Polarisator 48 passiert. Der dritte Polarisator 58 ist ein Neutralpolarisator, dessen Absorptionsachse unter rechtem Winkel zu den Absorptionsachsen R und G der Polarisatoren 30 und 48 steht.
Die TN/GH-Zelle 60 ist blau gefärbt. Deswegen wird, wenn die TN/GH-Zelle 60 im AUS-Zustand ist, die Polarisation von durch sie hindurchgehendem Licht um 90 Grad gedreht, und es wird blau gefärbt. Wenn hingegen die TN/GH-Zelle 60 im EIN-Zustand ist, so durchläuft das Licht sie ohne Polarisationsdrehung, so daß die Farbe des Lichtes nicht geändert wird.
Bei der oben beschriebenen Anordnung war die vierte Zelle 60, die TN/GH-Zelle, blau gefärbt. Die Farbe der TN/GH-Zelle 60 ist nicht auf Blau beschränkt, sondern sie kann aus den drei Primärfarben frei gewählt werden. Dabei müssen die Farben der zwei Farbpolarisatoren 30 und 48 entsprechend gewählt werden. Wenn z. B. Grün als Farbe der TN/GH-Zelle 60 gewählt wird, werden Rot und Blau jeweils den Farbpolarisatoren 30 bzw. 48 zugewiesen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung sind insgesamt sechs Kombinationen von Farben für die Farbpolarisatoren 30 und 48 und die TN/GH-Zelle 60 möglich.
Mit Bezug auf Fig. 4a bis 4e wird im folgenden das Arbeitsprinzip der Farbwiedergabe bei der Anordnung aus Fig. 3 erläutert. In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile wie in Fig. 3.
Fig. 4a ist eine Zeichnung zur Erklärung der Wiedergabe von Rot. Natürliches Licht, das von der Linse 28 kollimiert wird, wird von links in der Figur in die genannte Anordnung aus Polarisatoren und Flüssigkristallzellen eingestrahlt. Wenn das Licht in den Polarisator 30 eingestrahlt wird, wird es linear polarisiert, so daß zwei Arten von Komponenten dieses Lichtes hindurchgehen; eine ist rotes Licht, mit R bezeichnet, mit einer zur Absorptionsachse Parallelen Polarisationsebene, und die andere ist weißes Licht, mit W bezeichnet, mit einer zur Transmissionsachse parallelen Polarisationsebene.
Dabei ist zu beachten, daß Pfeile an beiden Arten von durch den Polarisator 30 durchgegangenem Licht nur zur Erleichterung des Verständnisses der Wirkung der Polarisationsdrehung in den Flüssigkristallzellen angebracht sind. Dasselbe gilt für die folgende Erläuterung.
Die erste Zelle 32 wird im EIN-Zustand gehalten, so daß in dieser Zelle keine Polarisationsdrehung auftritt. Dieser Zustand ist dargestellt durch eine durchgezogene und eine gestrichelte Linie, die parallel zueinander an beiden Seiten der Zelle 32 gezeichnet sind. Daher durchläuft das Licht vom Polarisator 30 die Zelle 32 ohne Änderung.
Die zweite Zelle 40 wird im AUS-Zustand gehalten. Daher tritt Polarisationsdrehung beim hindurchgehenden Licht auf. Dieser Zustand wird dargestellt durch eine durchgezogene und eine gestrichelte Linie, die unter rechtem Winkel zueinander an beiden Seiten der Zelle 40 gezeichnet sind. Daher wird die Polarisation des Lichtes aus der Zelle 32 in dieser Zelle 40 um 90 Grad gedreht. Dieser Effekt ist leicht zu verstehen anhand des Zustandes der am durch die Zelle 40 durchgegangenen Licht angebrachten Pfeile.
Weißes Licht aus der Zelle 40 wird vom Polarisator 48 grün gefärbt, da seine Polarisationsebene parallel zur Absorptionsachse des grün gefärbten Polarisators 48 ist. Rotes Licht passiert den Polarisator 48 unverändert, da seine Polarisationsebene parallel zur Transmissionsachse des Polarisators 48 ist. Daher enthält das Licht, das den Polarisator 48 durchlaufen hat, rote und grüne Komponenten, wie in der Figur gezeigt.
Die TN-Zelle 50 ist im AUS-Zustand, deswegen wird die Polarisation des Lichtes aus dem Polarisator 48 um 90 Grad gedreht, so daß die Polarisationsebene einer grünen Komponente des Lichtes aus der Zelle 50 parallel zur Absorptionsachse des Polarisators 58 wird. Dadurch wird die grüne Komponente vom Polarisator 58 blockiert und nur die rote Komponente geht hindurch, wie in der Figur gezeigt.
Da die TN/GH-Zelle 60, die blau gefärbt ist, sich im EIN-Zustand befindet, wird die Polarisation des Lichtes vom Polarisator 58 in der Zelle 60 nicht gedreht, das Licht geht daher ohne Farbänderung durch sie hindurch. Wenn das Licht, das durch die TN/GH-Zelle 60 durchgegangen ist, auf den Schirm 70 projiziert wird, wird auf diesem ein rot gefärbtes Bild wiedergegeben.
Mit Bezug auf Fig. 4b wird nun das Arbeitsprinzip bei der Wiedergabe eines grünen Bildes erklärt. Wie aus der Figur erkennbar ist, ist der Polarisationszustand des Lichtes, das den zweiten Polarisator 48 durchlaufen hat, derselbe wie im Fall der Fig. 4a. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß obwohl die Reihenfolge der Erregung der ersten und zweiten Zelle 32 bzw. 40 in den Fig. 4a und 4b unterschiedlich ist, die Polarisationsebene des polarisierten Lichtes trotzdem nur einmal gedreht wird.
Anders als im Fall der Fig. 4a ist die dritte Zelle 50 im EIN-Zustand. Das Licht vom Polarisator 48 durchläuft daher die Zelle 50 ohne Polarisationsdrehung. Von den zwei Komponenten des Lichtes, das die Zelle 50 durchlaufen hat, wird die rote Komponente vom Polarisator 58 blockiert, da ihre Polarisationsebene parallel zur Absorptionsachse des Polarisators 58 ist. Nur die grüne Komponente, deren Polarisationsebene parallel zur Transmissionsachse des Polarisators 58 ist, geht hindurch.
Da entsprechend dem Fall der Fig. 4a die TN/GH-Zelle 60 im EIN-Zustand ist, durchläuft das Licht vom Polarisator 58 die Zelle 60 ohne Polarisationsdrehung, und damit ohne Farbänderung. Wenn das Licht, das die Zelle 60 durchlaufen hat, durch die Projektionslinse 68 projiziert wird, wird deshalb ein grün gefärbtes Bild auf dem Schirm 70 wiedergegeben.
In Fig. 4c ist das Arbeitsprinzip der Blau-Wiedergabe gezeigt. Es ergibt sich aus der vorhergehenden Erklärung, daß der Polarisationszustand des Lichtes aus der Zelle 40 sich um 90 Grad von dem in Fig. 4b oder 4a unterscheidet, da das Licht aus dem Polarisator 30 zweimal um jeweils 90 Grad gedreht wird. Dadurch wird die rote Komponente in dem Licht aus der Zelle 40 durch den Polarisator 48 blockiert, da ihre Polarisationsebene parallel zu dessen Absorptionsachse ist, und nur die weiße Komponente durchläuft den Polarisator 48, da ihre Polarisationsebene parallel zu dessen Transmissionsachse ist.
Die Polarisation des Lichtes, das den Polarisator 48 durchlaufen hat und das nur die weiße Komponente enthält, wird in der Zelle 50, die sich im AUS-Zustand befindet, um 90 Grad gedreht. Die Polarisationsebene des Lichtes, das die Zelle 50 durchlaufen hat, wird parallel zur Transmissionsachse des Neutralpolarisators 58, so daß das Licht hindurchgeht.
Da die TN/GH-Zelle 60 im AUS-Zustand ist, wird hindurchgehendes weißes Licht um 90 Grad gedreht und blau gefärbt. Wenn das Licht, das die Zelle 60 durchlaufen hat, von der Projektionslinse 68 projiziert wird, wird daher ein blau gefärbtes Bild auf dem Schirm 70 wiedergegeben.
In den Fig. 4d und 4e ist die Wiedergabe von Schwarz und Weiß gezeigt. Deren genaue Erklärung wird jedoch fortgelassen, um Redundanz zu vermeiden. Ihr Arbeitsprinzip ist mit Bezug auf die obige Erklärung verständlich.
Um ein Bild in voller Farbe wiedergeben zu können, muß man jedoch nicht nur in der Lage sein, die Primärfarben der additiven Mischung, d. h. Rot (R), Grün (G) und Blau (B) wiederzugeben, sondern auch jene der subtraktiven Mischung, d. h. Cyan (C), Magenta (M) und Gelb (Y).
Dabei ist zu beachten, daß für die sechs oben erwähnten Farben die folgenden Beziehungen gelten:
G + B = W - R = C
B + R = W - G = M
R + G = W - B = Y
Daher können Cyan, Magenta und Gelb unter Verwendung der Arbeitsprinzipien zur Wiedergabe von Rot, Grün und Blau unter Berücksichtigung dieser Beziehungen Wiedergegeben werden.
Für die Wiedergabe von Gelb z. B. werden die Operationen zur Wiedergabe von Rot und Grün kombiniert. Wenn nämlich die Erregungszustände der Zellen wie in Fig. 4a gezeigt und wie in Fig. 4b gezeigt mit vorgegebenen Frequenzen wiederholt werden, werden ein rot gefärbt es und ein grün gefärbt es Bild abwechselnd auf dem Schirm 70 wiedergegeben. Aus den Fig. 4a und 4b wird deutlich, daß die Erregungszustände der Zellen 32, 40 und 50 sich unterscheiden. Daher werden bei dieser Wiederholungsoperation nur die Zellen 32, 40 und 50 unterbrochen gesteuert, und die Zelle 60 wird im EIN. Zustand gehalten, während Gelb wiedergegeben wird.
Wenn die Frequenzen der Wiederholungsoperation höher als 30 Hz gewählt werden, können menschliche Augen beide Bilder nicht getrennt voneinander wahrnehmen, sondern sie erkennen nur ein einziges gelb gefärbt es Bild. Ferner kann, wenn das Verhältnis der Dauern der Zustände aus Fig. 4a bzw. 4b in der Wiedergabeperiode verändert wird, ein rötliches oder grünliches Gelb wiedergegeben werden.
Entsprechend kann auf der Grundlage der oben genannten Beziehungen ein magenta-farbenes Bild wiedergegeben werden, wenn die Erregungszustände aus Figur 4a und 4c mit Frequenzen von mehr als 30 Hz wiederholt werden. Wenn das Verhältnis der Dauern der Zustände aus Fig. 4a oder 4c zur Wiedergabeperiode verändert wird, kann rötliches oder bläuliches Magenta wiedergegeben werden. Ferner kann durch Wiederholung der Erregungszustände der Fig. 4b und 4c die Wiedergabe eines cyan-farbenen Bildes erreicht werden. Auch in diesem Fall kann, wenn das Verhältnis der Dauern der Zustände aus Fig. 4b oder 4c zur Wiedergabeperiode verändert wird, grünliches oder bläuliches Cyan wiedergegeben werden.
Auf diese Weise kann mit der Anordnung aus Fig. 3 ein vollfarbiges Bild wiedergegeben werden. Die Erregungszustände der Flüssigkristallzellen 32, 40, 50 und 60 in dieser Ausgestaltung sind zusammengefaßt in der Tabelle aus Fig. 9a. Bei dieser Tabelle bedeuten die Angaben "EIN/AUS" bzw. "AUS/EIN", daß Zellen mit diesen Angaben wie oben beschrieben wiederholt unterbrochen betrieben werden.
Im folgenden werden einige Abwandlungen der Kombination von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen mit Bezug auf Fig. 5, 6 und 7 erläutert.
Zuerst ist mit Bezug auf Fig. 5 ein Beispiel für eine Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen gezeigt, bei der zwei Farbpolarisatoren 62, 66, zwei TN-Zellen 64, 68, ein Neutralpolarisator 70 und eine TN/GH-Zelle 72 verwendet werden. Diese Anordnung enthält eine TN-Zelle weniger als die Anordnung aus Fig. 3.
In Fig. 3 hat die TN-Zelle 40 keine Matrixelektroden und wird nur zur Drehung der Polarisationsebene des hindurchgehenden Lichtes benutzt. Das rote Bild wird z. B. bereits durch die Zusammenwirkung des Polarisators 30 mit der selektiven Erregung der Matrixelektroden der Zelle 32 erzeugt. In Fig. 6 wird die Funktion der zwei TN-Zellen 32 und 40 aus Fig. 3 mit der einen TN-Zelle 64 erreicht. Deswegen muß die Zelle 64 an ihren beiden Seiten mit Matrixelektroden versehen sein.
Entsprechend dem Fall der Fig. 3 ist der erste Polarisator 62 rot gefärbt und der zweite Polarisator 66 grün. Die Absorptionsachse des zweiten Polarisators 66 steht jedoch unter rechtem Winkel zu der des ersten Polarisators 62. Dieser Unterschied in der Richtung der Absorptionsachsen besteht, da die TN-Zelle 40 fortgelassen ist. Die TN/GH-Zelle 72 ist blau gefärbt.
Die Farbe der TN/GH-Zelle 72 ist jedoch nicht auf Blau beschränkt, sondern sie kann frei aus den drei Primärfarben ausgewählt werden. Die Farbe der Polarisatoren muß mit Rücksicht auf die für die TN/GH-Zelle gewählte Farbe ausgewählt werden. Wenn Grün für die TN/GH-Zelle bestimmt wird, müssen die Farben der zwei Farbpolarisatoren aus Rot bzw. Blau ausgewählt werden. Es werden daher sechs Kombinationen für die Auswahl der Farben der Polarisatoren und der TN/GH-Zelle betrachtet.
Die Arbeitsprinzipien für die Wiedergabe von Rot, Grün, Blau, Weiß und Schwarz sind in Fig. 8a bis 8b in den Fig. 4a bis 4e entsprechender Weise gezeigt. Im folgenden wird jedoch nur die Wiedergabe von Rot mit Bezug auf Fig. 8a erklärt, da die Betriebsweisen sich entsprechen und redundante Erklärungen vermieden werden sollen.
Wenn in Fig. 8a natürliches Licht den Polarisator 62 passiert, wird das Licht umgewandelt in Licht mit einer roten Komponente, deren Polarisationsebene parallel zur Absorptionsachse des Polarisators 62 ist, und eine weiße Komponente, deren Polarisationsebene parallel zu dessen Transmissionsachse ist. Da die TN-Zelle 64 im EIN-Zustand ist, durchläuft das Licht vom Polarisator 62 die Zelle 64 ohne Polarisationsdrehung.
Anschließend durchläuft das Licht von der TN-Zelle 64 den Polarisator 66. Dabei wird die weiße Komponente aus der TN-Zelle 64 grün gefärbt, da die Polarisationsebene der weißen Komponente parallel zur Absorptionsachse des grün gefärbten Polarisators 66 ist. Die rote Komponente, deren Polarisationsebene parallel zur Transmissionsachse ist, durchläuft den Polarisator 66 ohne Farbänderung.
Die TN-Zelle 68 wird im EIN-Zustand gehalten, deshalb läuft das Licht aus dem Polarisator 66 ohne Polarisationsdrehung hindurch. Das Licht, das die TN-Zelle 68 durchlaufen hat, hat zwar zwei Komponenten in Rot und Grün, da aber die Polarisationsebene der grünen Komponente parallel zur Absorptionsachse des neutralen Polarisators 70 ist, wird diese abgeblockt und nur die rote Komponente, deren Polarisationsebene parallel zur Transmissionsachse ist, durchläuft den Polarisator 70.
Die TN/GH-Zelle 72 ist im EIN-Zustand und deshalb durchläuft das Licht aus dem Polarisator 70 die Zelle 72 ohne Polarisationsdrehung und somit ohne Farbänderung. Wenn das Licht, das die TN/GH-Zelle 72 durchlaufen hat, durch die Projektionslinse 68 projiziert wird, kann ein rot gefärbt es Bild auf dem Schirm 70 wiedergegeben werden.
In analoger Weise können, wie in Fig. 8b und 8c gezeigt, Grün und Blau wiedergegeben werden, und auch Weiß und Schwarz können wiedergegeben werden, wie in Fig. 8d und 8e gezeigt. Die Erregungszustände der Zellen bei der Wiedergabe dieser Farben sind in einer Tabelle in Fig. 9b zusammengefaßt. Wie sich aus der Tabelle ergibt, können auch in diesem Fall Gelb, Magenta und Cyan wiedergegeben werden, indem wiederholt zwei passend aus den Zuständen der Fig. 8a bis 8c ausgewählte Zustände hergestellt werden.
In Fig. 6 ist ein anderes Beispiel einer Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen gezeigt, bei der ein neutraler Polarisator 74, eine TN/GH-Zelle 76, zwei TN-Zellen 78, 82 und zwei Farbpolarisatoren 80, 84 verwendet werden. Auch in diesem Beispiel müssen alle Zellen mit Matrixelektroden an jeweils beiden Seiten der Zellen versehen sein, entsprechend dem Fall der Fig. 5. Die TN/GH-Zelle 76 ist blau gefärbt und die zwei Farbpolarisatoren 80 und 84 sind rot bzw. grün gefärbt. Ferner stehen die Absorptionsachsen der zwei Farbpolarisatoren 80 und 84 unter rechtem Winkel zueinander.
Entsprechend den vorangegangenen Beispielen ist die Farbe der TN/GH-Zelle nicht auf Blau beschränkt, sondern sie kann frei aus den drei Primärfarben ausgewählt werden. Die Farben der zwei Farbpolarisatoren müssen unter Berücksichtigung der für die TN/GH-Zelle gewählten Farbe ausgewählt werden. Wenn Grün für die TN/GH-Zelle festgelegt wird, müssen die Farben der Polarisatoren aus Rot bzw. Blau ausgewählt werden. Es gibt sechs Kombinationen für die Auswahl von Farben für die Polarisatoren und eine TN/GH-Zelle.
Die Erregungszustände der Zellen aus diesem Beispiel sind zusammengefaßt in einer Tabelle in Fig. 9c. Das Arbeitsprinzip dieses Beispiels ist zwar nicht gezeigt, doch versteht sich aus der Tabelle der Fig. 9c und der Analogie mit der vorangegangenen Beschreibung, daß alle sechs Farben sowie Weiß und Schwarz wiedergegeben werden können.
Noch ein Beispiel für eine Anordnung von Polarisatoren und Flüssigkristallzellen ist in Fig. 7 gezeigt. Bei diesem Beispiel wird ein einziger Farbpolarisator 86, zwei TN-Zellen 88, 96, zwei neutrale Polarisatoren 90, 98 und zwei TN/GH-Zellen 92, 94 verwendet. Ein Merkmal, durch das sich dieses Beispiel von den vorangehenden Beispielen unterscheidet, ist die Verwendung der zwei TN/GH-Zellen 92 und 94. Der einzige Farbpolarisator 86 ist rot gefärbt und die beiden TN/GH-Zellen 92 und 94 sind grün bzw. blau gefärbt.
Auch in diesem Fall sind die Farbe der TN/GH-Zellen nicht auf Grün und Blau beschränkt, sondern sie können frei unter den drei Primärfarben ausgewählt werden. Die Farbe des Farbpolarisators muß unter Berücksichtigung der für die TN/GH- Zellen gewählten Farben ausgewählt werden.
Die Erregungszustände der Zellen in diesem Beispiel sind in einer Tabelle in Fig. 9d zusammengefaßt. Obwohl auch bei diesem Beispiel das Arbeitsprinzip nicht gezeigt ist, versteht sich aus der Tabelle der Fig. 9d und der vorangegangenen Beschreibung, daß acht Farben, d. h. Rot, Grün, Blau, Gelb, Magenta und Cyan sowie Weiß und Schwarz wiedergegeben werden können.
Im folgenden wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik besprochen. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung der Polarisatoren und der Flüssigkristallzellen wird als Beispiel für die vorliegende Erfindung genommen und die zwei Anordnungen aus Fig. 1a und 1b werden als Beispiele für den Stand der Technik genommen.
Fig. 10 ist ein bekanntes Chromatizitätsdiagramm, in dem die Koordinaten von Rot, Grün und Blau, so wie von den oben genannten drei Beispielen wiedergegeben, angegeben sind. Die Koordinaten ganz rechts entsprechen Rot und die ganz links Blau. Die dazwischenliegenden Koordinaten sind die von Grün. Die von diesen Koordinaten gebildeten Dreiecksflächen stellen den Bereich der Farben dar, die von den jeweiligen Beispielen wiedergegeben werden können. Wie das Diagramm zeigt, ist der Farbwiedergabebereich der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik nach Fig. 1a beträchtlich verbessert (vgl. durchgezogenes Dreieck und Strichpunkt-Dreieck in Fig. 10).
In diesem Diagramm sind die Koordinaten von Rot, Grün und Blau, wie sie von einer Farbbildröhre entsprechend den Farbsignalen im NTSC-System wiedergegeben werden, durch schwarze Punkte R, G bzw. B dargestellt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß diese nicht die Koordinaten der entsprechenden Farben darstellen, so wie sie von einem Bildröhren verwendenden Projektor wiedergegeben werden. Der Farbbereich, der tatsächlich von einem Bildröhrenprojektor wiedergegeben werden kann, ist kleiner als der von den schwarzen Punkten R, G und B angezeigte, da er stark von den Eigenschaften und Fähigkeiten von im Projektor verwendeten dichroitischen Spiegeln abhängt. Aus diesem Diagramm ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung Farben wiedergibt, die im Vergleich mit den zwei anderen Beispielen den durch eine Farbbildröhre wiedergegebenen ähnlicher sind. Eine Markierung x bezeichnet die Koordinaten einer Standard-C-Quelle.
Mit Bezug auf Fig. 11 wird als nächstes der Vergleich der Helligkeiten der wiedergegebenen Farben besprochen. In der Figur gibt die Ordinate die Luminanz der jeweiligen von den oben genannten drei Beispielen wiedergegebenen Farben als Verhältnis an, wobei der Wert der vorliegenden Erfindung gleich eins gesetzt ist. Die Abszisse stellt die dominierende Wellenlänge λd der entsprechenden Farben dar. Die den jeweiligen Werten entsprechenden Markierungen sind dieselben wie in Fig. 10. Zum Vergleich sind die Werte der dominierenden Wellenlänge der von einer Farbbildröhre wiedergegebenen entsprechenden Farben an der Abszisse angezeigt.
Wie die Figur zeigt, ist z. B. bei Blau die vorliegende Erfindung ca. 20% heller als die vorbekannte Vorrichtung aus Fig. 1a und ca. 50% heller als die aus Fig. 1b. Bei Grün ist die vorliegende Erfindung ca. 50% heller als die vorbekannte Vorrichtung aus Fig. 1a und ca. 10% heller als die aus Fig. 1b. Ferner ist bei Rot die vorliegende Erfindung über 30% heller als die vorbekannte Vorrichtung aus Fig. 1a und ca. 10% heller als die aus Fig. 1b. Insgesamt ist also die Helligkeit der wiedergegebenen Farben bei der vorliegenden Erfindung 10% bis 50% besser als bei jeder vorbekannten Vorrichtung.

Claims

1. Projektor mit

- einer Lichtquelle (24) zum Erzeugen von weißem Projektionslicht,

- einer Einrichtung (28) zur Kollimation des von der Lichtquelle (24) erzeugten weißen Lichts,

- auf der optischen Achse angeordneten Polarisatoren (30, 48, 58) für eine lineare Polarisation des durchgehenden Lichts,

- auf der gleichen optischen Achse in vorgegebener Lage relativ zu den Polarisatoren (30, 48, 58) angeordneten Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60), die zur Steuerung der Polarisationsebene für das durchgehende Licht selektiv in Entsprechung zu Videosignalen von einem wiederzugebenden Bilde erregt oder nicht erregt werden, und

- einer Einrichtung (68) zum Projizieren von durch die Polarisatoren (30, 48, 58) und durch die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) hindurchgegangenem Licht zur Wiedergabe des Bildes auf einem Schirm (70) in voller Farbe, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (30, 48, 58) und die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) so angeordnet sind, daß sie zwei Gruppen bilden, wobei eine erste Gruppe aus wenigstens einer Zelle (32, 40; 64; 82) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen besteht, die zwischen zwei Farbpolarisatoren (30, 48; 62, 66; 80, 84) eingefügt ist, die in zwei aus den drei Primärfarben einer additiven Mischung ausgewählten Farben gefärbt sind, und eine zweite Gruppe aus einer in der verbleibenden Farbe der drei Primärfarben gefärbten Flüssigkristallzelle (60; 72; 76) vom Guest-Host-Typ und aus einem vor der Flüssigkristallzelle (60; 72; 76) vom Guest-Host-Typ angeordneten neutralen Polarisator (58; 70; 74) besteht, und

daß die erste Gruppe auf einer Seite in Bezug auf eine Zelle (50; 68; 78) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen und die zweite Gruppe auf der entgegengesetzten Seite in Bezug auf die Zelle (50; 68; 78) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen angeordnet ist.

2. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (30; 62; 80) der beiden Farbpolarisatoren (30, 48; 62, 66; 80, 84) rot, der andere Farbpolarisator (48; 66; 84) entweder grün oder blau und die Flüssigkristallzelle (60; 72; 76) vom Guest-Host-Typ in der verbleibenden Farbe gefärbt sind.

3. Projektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ,die Flüssigkristallzelle (60; 72; 76) vom Guest-Host-Typ blau gefärbt ist.

4. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (30, 48, 58) und die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) in der Reihenfolge ein in einer ersten der drei Primärfarben gefärbter erster Farbpolarisator (30), eine erste Zelle (32) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, eine zweite Zelle (40) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, ein in einer zweiten Primärfarbe gefärbter zweiter Farbpolarisator (48), eine dritte Zelle (50) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, ein neutraler Polarisator (58) und eine in einer dritten Primärfarbe gefärbte Flüssigkristallzelle (60) vom Guest-Host-Typ angeordnet sind.

5. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (30, 48, 58) und die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) in der Reihenfolge ein in einer ersten der drei Primärfarben gefärbter erster Farbpolarisator (62), eine erste Zelle (64) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, ein in einer zweiten Primärfarbe gefärbter zweiter Farbpolarisator (66), eine zweite Zelle (68) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, ein neutraler Polarisator (70) und eine in einer dritten Primärfarbe gefärbte Flüssigkristallzelle (72) vom Guest-Host-Typ angeordnet sind.

6. Projektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (30, 48, 58) und die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) in der Reihenfolge ein neutraler Polarisator (74), eine in einer ersten der drei Primärfarben gefärbte Flüssigkristallzelle (76) vom Guest-Host-Typ, eine erste Zelle (78) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, ein in einer zweiten Primärfarbe gefärbter erster Farbpolarisator (80), eine zweite Zelle (82) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen und ein in einer dritten Primärfarbe gefärbter zweiter Farbpolarisator (84) angeordnet sind.

7. Projektor mit

- einer Lichtquelle (24) zum Erzeugen von weißem Projektionslicht,

- einer Einrichtung (68) zum Projizieren von durch die Polarisatoren (30, 48, 58) und durch die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) hindurchgegangenem Licht zur Wiedergabe des Bildes auf einem Schirm (70) in voller Farbe, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (30, 48, 58) und die Flüssigkristallzellen (32, 40, 50, 60) in der Reihenfolge ein in einer ersten aus den drei Primärfarben einer additiven Mischung ausgewählten ersten Farbe gefärbter Farbpolarisator (86), eine erste Zelle (88) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen, ein erster neutraler Polarisator (90), eine entweder in einer zweiten oder einer dritten Primärfarbe gefärbte Flüssigkristallzelle (94) vom Guest-Host-Typ, eine in der verbleibenden Primärfarbe gefärbte zweite Flüssigkristallzelle (94) vom Guest-Host-Typ, eine zweite Zelle (96) mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen und ein zweiter neutraler Polarisator (98) angeordnet sind.