HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft allgemein Anzeigevorrichtungen, und
spezieller betrifft sie eine Projektionsanzeigevorrichtung
zum Anzeigen eines Farbprojektionsbildes durch Linsen
hindurch, ausgehend von durchsichtigen Anzeigevorrichtungen wie
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, wobei das Farbbild aus
vielen in einer Matrix angeordneten Bildelementen besteht.
Dieser Typ einer Anzeigevorrichtung ist speziell auf
Projektions-Großschirmfernsehen, Informationsanzeigesysteme und
dergleichen anwendbar.
2. Beschreibung des Stands der Technik:
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Anzeigevorrichtungen, wie sie bei der Erfindung verwendet
werden, emittieren kein Licht, sondern ihr
Transmissionsvermögen ändert sich abhängig von einem Ansteuersignal, um
Bilder und/oder Zeichen dadurch anzuzeigen, daß die Intensität
einfallenden Lichts moduliert wird. Beispiele für derartige
Anzeigevorrichtungen sind Flüssigkristalldisplays,
elektrochrome Displays, Anzeigeeinheiten unter Verwendung
transparenter Keramik, wie PLZT, unter denen
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen am meisten für Taschenfernseher und
Textprozessoren verwendet werden. Der Hintergrund der Erfindung
wird unter Verwendung von Flüssigkristall-Anzeigetafeln als
Beispiel beschrieben.
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Eine allgemein als "Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom
Matrixtyp" bezeichnete Anzeigevorrichtung beinhaltet
Bildelemente,
die in einer Matrix angeordnet sind und die
einzeln durch Ansteuerspannungen angesteuert werden, damit sich
die optische Charakteristik des Flüssigkristalls ändert, um
Bilder und/oder Zeichen aufzubauen. Die Ansteuerspannung
kann durch verschiedene Einrichtungen an die einzelnen
Bildelemente angelegt werden, z.B. durch ein
Einfachmatrixsystem oder alternativ durch ein Aktivmatrixsystem, bei dem
ein nichtlineares Zweipolelement wie ein MIN
(Metall-Isolierschicht-Metall) oder ein dreipoliges Schaltelement wie
ein TFT (Dünnfilmtransistor) für jedes Bildelement vorhanden
ist. Die Erfindung kann auf jedes dieser Systeme angewandt
werden, jedoch wird die größte Wirkung dann erzielt, wenn
sie auf ein Aktivmatrixsystem angewandt wird.
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Es existieren mindestens zwei Verfahren, durch die
transmissive Anzeigevorrichtungen betrachtet werden können; das eine
besteht darin, die Anzeigetafel direkt zu betrachten, und
das andere besteht darin, ein Projektionsbild zu betrachten,
das mittels einer Linse vergrößert wurde. Der Projektionstyp
ist in zwei Kategorien unterteilt; die eine besteht darin,
eine einzelne Flüssigkristall-Anzeigetafel zu verwenden, die
mit einem Mosaikfarbfilter für Primärfarben (d.h. rot, grün
und blau) versehen ist, und die andere besteht darin, drei
Flüssigkristall-Anzeigetafeln zu verwenden, die jeweils ein
monochromes Bild wiedergeben. Beim letzteren
Projektionssystem wird jede Anzeigetafel mit Licht der Primärfarben
beleuchtet, und es erstellt Bilder in den Primärfarben
dadurch, daß ein monochromes Bild entsprechend der
Beleuchtungsfarbe wiedergegeben wird. Um die drei Bilder in den
Primärfarben zusammenzusetzen, besteht ein Verfahren darin,
die Bilder einzeln auf einen Schirm zu projizieren und sie
auf diesem zusammenzusetzen, und das andere Verfahren
besteht darin, sie unter Verwendung eines dichroitischen
Spiegels zusammenzusetzen und das zusammengesetzte Bild durch
eine gemeinsame Projektionslinse zu projizieren.
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Das vorstehend genannte System mit einer einzelnen Tafel ist
in der Veröffentlichung (Kokai) JP-A-49-74438 zu einem
offengelegten Japanischen Patent offenbart (Veröffentlichung
des erteilten Patents: JP-B-54-18886). Dieser Stand der
Technik offenbart, daß Dünnfilmtransistoren einzelne
Bildtafeln betreiben und daß ein Bild durch drei Flüssigkristall-
Farbanzeigevorrichtungen projiziert wird, die mit
Mosaikfiltern für die Primärfarben versehen sind, und dieses
betrachtet wird. Die Verwendung von drei
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen ist in der Veröffentlichung JP-A-60-179723 zu
einem offengelegten Japanischen Patent offenbart.
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Ein Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplay (LCD) muß
Signalleitungen zwischen den Bildelementen verwenden, um ein
nichtlineares Zweipolelement wie einen MIN
(Metall-Isolierschicht-Metall) oder ein dreipoliges Schaltelement wie einen
TFT (Dünnfilmtransistor) anzusteuern, der für jedes
Bildelement vorhanden ist. Das Anbringen von Signalleitungen
erfordert Zwischenräume, jedoch ist der verfügbare Raum
angesichts des elektrischen Funktionsvermögens und der
Zweckmässigkeit bei der Herstellung begrenzt. Wenn die
Bildelementabstände übermäßig verkleinert werden, verringert sich das
Öffnungsverhältnis (das Verhältnis der wirksamen Öffnung,
wie sie von jedem Bildelement eingenommen wird, oder einer
Fläche, die das Hindurchtreten von Licht zuläßt, zur
Gesamtfläche). Ein Teil der Strahlen, die in andere Bereiche als
die der Bildelemente einfallen, wird keiner Modulation durch
Anzeigesignale unterzogen, und dieser Teil der Strahlen
läuft nicht durch ein Anzeigeelement, das eine Anzeige nur
in einem "Modus mit normalerweise dunkler Anzeige" ausgeben
soll (ein Modus, bei dem kein Lichtstrahl hindurchtreten
darf, wenn kein elektrisches Feld an die
Flüssigkristallschicht angelegt wird). Wenn der Teil der Strahlen durch
eine Anzeigetafel läuft, die so konzipiert ist, daß sie nur in
einem "Modus für normalerweise helle Anzeige" anzeigen soll
(Modus, bei dem Strahlen dann hindurchtreten dürfen, wenn
kein elektrisches Feld an die Flüssigkristalltafel angelegt
wird), verringert sich der Kontrast des Bilds wegen des
erhöhten Schwarzwerts. Um schlechten Bildkontrast zu
vermeiden, werden andere Bereiche als die der Bildelemente
maskiert, um Strahlen zu absorbieren oder zu reflektieren, die
nicht zur Wiedergabe von Bildern beitragen. In jedem Fall
wird das Bild wegen des verringerten Öffnungsverhältnisses
bezogen auf ein ganzes Anzeigeelement dunkler. Dieser Mangel
ist unabhängig davon, ob es sich um einen Typ mit
Direktbetrachtung oder einen Projektionstyp handelt, derselbe.
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Wie im Fall der meisten herkömmlichen Projektoren für
bewegte Bilder und Diaprojektoren verwendet eine Flüssigkristall-
Projektionsanzeigevorrichtung die Köhler-Beleuchtung. Um
diese Beleuchtung zu verwenden, ist das optische System so
aufgebaut, daß das Bild der Lichtquelle durch eine
Kondensorlinse nahe einer Projektionslinse erstellt wird, um den
Durchmesser der Projektionslinse zu minimieren. Wenn bei
einem solchen optischen System ein Mikrolinsenarray mit einer
Mikrolinse für jedes Bildelement verwendet wird, werden die
in die Anzeigevorrichtungen eintretenden Strahlen in jeden
Bildelementbereich konvergiert und auf ein Anzeigesignal hin
moduliert, jedoch divergieren sie nach dem Hindurchlaufen
durch die Anzeigebereiche unter Winkeln, die von der
numerischen Apertur (NA) der Mikrolinse abhängen. Wenn dieser
Winkel übermäßig groß ist, tritt ein Teil der durch die
Anzeigevorrichtungen hindurchtretenden Strahlen nicht in die
Eintrittspupille der Projektionslinse ein, was zu dunklen
Bildern führt.
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Die numerische Apertur (NA) ist wie folgt gegeben:
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NA = R/f = 1/2F (1),
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wobei R der Radius der Mikrolinse ist und f die Brennweite
der Mikrolinse ist und F die Anzahl F der Mikrolinsen ist.
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Die Veröffentlichung (Kokai) JP-A-60-262131 zu einem
offengelegten Japanischen Patent offenbart ein Paar
Mikrolinsenarrays, die an jeder Seite der Anzeigevorrichtung angeordnet
sind. Das erste Mikrolinsenarray konvergiert Licht, das in
die Anzeigevorrichtung eintritt, in einen Bildelementbereich
desselben, und das zweite Mikrolinsenarray setzt die
auseinanderlaufenden Strahlen in einen Winkel um, wie er durch die
numerische Apertur des Mikrolinsenarrays bestimmt wird.
Dieses Anzeigegerät erfordert eine genaue Anordnung zwischen
einem Anzeigeelement und einem Paar Mikrolinsenarrays.
Ferner wird das durch die Anzeigevorrichtung hindurchlaufende
Licht nicht genau in einen parallelen Fluß umgesetzt, und
zwar wegen einer möglichen Aberration des Mikrolinsenarrays.
Außerdem besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die erhöhte
Anzahl von Grenzflächen Reflexionsverluste und Lichtstreuung
hervorruft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die erfindungsgemäße Projektionsanzeigevorrichtung, die die
vorstehend erörterten und zahlreiche andere Nachteile und
Mängel des Stands der Technik überwindet, ist mit folgendem
versehen: einer Lichtquelle; einer Projektionseinrichtung
zum Projizieren von Licht auf einen Schirm zum Ausbilden
eines Bilds; einer Kondensoreinrichtung, die in dem durch
die Lichtquelle und die Projektionseinrichtung festgelegten
optischen Pfad angeordnet ist, um das Licht auf die
Projektionseinrichtung zu konvergieren; einer transmissiven
Anzeigevorrichtung mit einer Anzahl von Bildelementen, wobei die
Anzeigevorrichtung zwischen der Kondensoreinrichtung und der
Projektionseinrichtung angeordnet ist; und einer
Konvergiereinrichtung mit einer Anzahl konvergierender Elemente, von
denen jedes das Licht von der Kondensoreinrichtung auf ein
Bildelement oder auf mehrere in einer Dimension angeordnete
Bildelemente konvergiert; wobei die Projektionseinrichtung
eine numerische Apertur aufweist, die größer als die der
Konvergiereinrichtung ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt die
Konvergiereinrichtung ein Mikrolinsenarray.
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt die
Konvergiereinrichtung ein Mikrolinsenarray und eine Kondensorlinse.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung ist das
Mikrolinsenarray über einen Kleber mit dem Anzeigeelement
verbunden, der aus Substanzen mit einem Brechungsindex
ausgewählt ist, der ungefähr innerhalb einer Differenz von 0,1
zu demjenigen des Materials liegt, aus dem das
Mikrolinsenarray besteht.
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Demgemäß ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, die
Ziele zu erreichen, eine Projektionsanzeigevorrichtung zu
schaffen, die (1) einfallendes Licht wirkungsvoll mit
minimalem Verlust auf eine Anzeigevorrichtung projizieren kann,
um dadurch die Helligkeit eines Bilds zu verbessern, und
(2) die leicht und wirtschaftlich hergestellt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird dem Fachmann unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen besser verständlich, und ihre
zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden daraus deutlich.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein optisches
System in einer erfindungsgemäßen
Projektions-Bildanzeigevorrichtung mit einem Einzeltafelsystem zeigt;
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Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein
Mikrolinsenarray zeigt, wie es als Konvergiereinrichtung bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 3 und 4 sind jeweils Draufsichten, die eine
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigen, wie sie in Verbindung mit
dem Mikrolinsenarray verwendet wird;
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Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine geprägte
Zylinderlinse zeigt, die als Konvergiereinrichtung bei der
Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht, die eine
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt, wie sie in Zuordnung zur
eingeprägten Zylinderlinse gemäß Fig. 5 verwendet wird;
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Fig. 7 ist ein Querschnitt, der eine Verbundschicht aus
einer Anzeigevorrichtung und einem Mikrolinsenarray zeigt; und
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Fig. 8 ist ein Querschnitt, der die Verbundschicht von Fig.
7 zeigt, wenn sie erwärmt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Gemäß Fig. 1 ist eine Flüssigkristall-Anzeigetafel oder
-vorrichtung 1 (nachfolgend als "Anzeigevorrichtung"
bezeichnet) vorhanden, die ein Paar transparente Substrate 1a
wie Glasscheiben mit einer Flüssigkristallschicht,
Bildelementbereichen 1b und einem Lichtabschirmungsbereich 1c
dazwischen aufweist. Der Bildelementbereich 1b besteht aus
einem Paar durchlässiger Elektroden, und der
Lichtabschirmbereich 1c beinhaltet metallische Leiter, die elektrische
Signale an die transparente Elektrode durchlassen. Die
Fläche der Anzeigevorrichtung 1 hat eine Diagonale von 75 mm,
einen Bildelementabstand von 190 um (in Längsrichtung) und
von 161 um (in Querrichtung). Ein Bildelementbereich 1b hat
eine Fläche von 104 um (in Längsrichtung) x 88 um (in
Querrichtung), mit einem Öffnungsverhältnis von 30%. Jedes
Substrat 1a weist einen Brechungsindex n von 1,53 und eine
Dikke von 1,1 mm auf. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
wird im verdrillt nematischen Modus betrieben, jedoch können
auch andere Modi zum Erzielen einer Flüssigkristallanzeige
verwendet werden. Zusätzlich kann ein Polarisator verwendet
werden. In diesem Fall kann der Polarisator mit der
Anzeigevorrichtung 1 verbunden werden, jedoch ist unter
Berücksichtigung eines Temperaturanstiegs bei einer Lichtquelle mit
hoher Leuchtstärke ein direktes Anbringen des Polarisators
an der Anzeigevorrichtung 1 nicht empfehlenswert. Der
Polarisator kann irgendwo zwischen der Lichtquelle und der
Anzeigevorrichtung 1 liegen, vorausgesetzt, daß keine Substanz
vorhanden ist, die wahrscheinlich die
Polarisationscharakteristik von Licht beeinflußt, das auf die Anzeigevorrichtung
fällt. Z.B. können Mikrolinsen zwischen der
Anzeigevorrichtung und dem Polarisator eingefügt sein.
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Die Bezugszahl 2 bezeichnet ein Mikrolinsenarray, das als
Konvexlinse arbeitet. Das Mikrolinsenarray 2 beinhaltet eine
Anzahl von- Mikrolinsen 8, die jeweils als Konvexlinse
arbeiten. Das Mikrolinsenarray beinhaltet ein System von
Augenlinsen und eingeprägten Zylinderlinsen, was unten
beschrieben wird. Die Abstände der Mikrolinsen entsprechen
denjenigen der Bildelemente im Anzeigeelement 1, und jede
Mikrolinse verfügt über einen Durchmesser von 160 um und eine
Brennweite, die der Dicke des Substrats 1a gleich ist (an Luft
1,1/1,53 = 0,72 mm). Demgemäß beträgt die numerische Apertur
NA der Mikrolinse 80/720 = 1/9. Das Mikrolinsenarray 2 ist
mittels eines transparenten Klebers auf solche Weise mit dem
Anzeigeelement 1 verbunden, daß Entsprechung zu den
Bildelementen 1b herrscht.
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Z.B. wird eine Quelle 3 für weißes Licht durch eine
Halogenlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine Xenonlampe oder
dergleichen gebildet.
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Es sind ein Reflektor 4, der so konzipiert ist, daß er Licht
in Gegenrichtung zur Lichtquelle reflektiert, eine
Kondensorlinse 5, eine Projektionslinse 6 und ein
Projektionsschirm 7 vorhanden.
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Das Licht von der Quelle 3 wird so konvergiert, daß es durch
den Reflektor 4 und die Kondensorlinse 5 zur
Projektionslinse 6 läuft. Der Lichtfluß wird mittels des
Mikrolinsenarrays 2 konvergiert, wie in Fig. 1 dargestellt, und er läuft
durch den Bildelementbereich 1b, wodurch die Intensität
abhängig vom Anlegen einer Bildelement-Signalspannung
moduliert wird. Dann wird das Licht durch die Projektionslinse 6
auf den Schirm 7 projiziert.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
Köhler-Beleuchtung verwendet, um es dadurch zu ermöglichen,
daß Licht, das durch die Mitte der Mikrolinsen läuft, zur
Mitte der Projektionslinse 6 weiterläuft.
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Als Kondensorlinse 5 wird ein Paar Plankonvexlinsen mit
einer Brennweite f von 180 mm verwendet, deren konvexe Seiten
einander zugewandt sind. Gemäß Fig. 1 entsteht, wenn kein
Mikrolinsenarray verwendet wird und die Lichtquelle 3 zur
Lichteintrittsseite der linken Linse hin angeordnet ist, wie
dargestellt, das Bild der Lichtquelle im rechten Brennpunkt.
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Gemäß Fig. 1 beträgt dann, wenn das Anzeigeelement 1 10 mm
nach rechts weg von der Kondensorlinse 5 angeordnet wird,
der Abstand zwischen der Lichtquelle 3 und dem
Anzeigeelement 1 170 mm. Wenn in dieser Situation das
Mikrolinsenarray 2 an der in Fig. 1 dargestellten Stelle angeordnet wird,
die im wesentlichen mit der Anordnung einer virtuellen
Lichtquelle 170 mm nach hinten (nach rechts) in bezug auf
das Mikrolinsenarray 2 entspricht, wird das Bild der
konvergierten Lichtquelle durch das Mikrolinsenarray 2 an einer
Stelle ausgebildet, die auf die folgende Weise festgelegt
ist:
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In die Linsengleichung, 1/f = 1/a + 1/b, werden a = -170 mm
und f = 0,72 mm eingesetzt, woraus sich b = 1/(1/0,72 +
1/170) = 0,717 mm ergibt.
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Wie es aus dieser Berechnung erkennbar ist, ist die
Brennweite der Kondensorlinse 5 viel größer als diejenige der
Mikrolinsen, so daß sicher angenommen werden kann, daß das
Bild der Lichtquelle durch die Mikrolinsen im Brennpunkt der
Mikrolinsen ausgebildet wird. Das Bild der Lichtquelle
erfährt eine geometrische Größenschrumpfung (Brennweite des
Mikrolinsenarrays 2/Brennweite der Kondensorlinse 5). Bei
diesem Beispiel wird die Größe auf 0,72/180 verringert
(= 0,004-fache). Wenn die Lichtquelle 3 eine Leuchtfläche
mit einem Durchmesser von 10 mm aufweist, hat das
verkleinerte Bild der Lichtquelle einen Durchmesser von 40 um, was
kleiner als der Bildelementbereich 1b ist, was es
ermöglicht, daß alle Strahlen in die Mikrolinse eintreten, um
durch sie hindurchzulaufen. Die Strahlen, die durch den
Bildelementbereich 1b laufen, divergieren mit konischer Form
innerhalb eines Winkelbereichs von tan Θ ≤ ± 1/9 um Strahlen
herum, die durch die Mitte jeder Mikrolinse laufen, und sie
laufen zur Projektionslinse 6 weiter. Der Abstand L zwischen
dem Anzeigeelement 1 und der Projektionslinse 6 ist wie
folgt gegeben:
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L = fp (1 + 1/m) (2),
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wobei fp die Brennweite der Projektionslinse 6 ist und m die
Projektionsvergrößerung ist.
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Wenn die Brennweite fp der Projektionslinse 6 150 mm
beträgt und die Vergrößerung m 5 bis 30 ist, liegt L im
Bereich zwischen 155 und 180 mm. Wenn L den Wert 180 mm hat,
divergieren die durch das Anzeigeelement laufenden Strahlen
innerhalb eines Kreises mit einem Radius von 20 mm an der
Eintrittspupille der Projektionslinse 6. Wenn die
Projektionslinse 6 eine Eintrittspupille mit einem Durchmesser von
40 mm oder mehr aufweist, können alle durch die
Anzeigevorrichtung 1 laufenden Strahlen erfaßt werden, da die
Projektionslinse 6 eine numerische Apertur (NA) von 20/150 = 1/7,5
aufweist, was um 20% größer als die numerische Apertur (NA)
einer Mikrolinse ist. Es ist wesentlich, die Bedingung zu
erfüllen, daß die numerische Apertur (NA)der
Projektionslinse 6 größer als die der Mikrolinse 2 ist, vorzugsweise
um 20% größer. Das Mikrolinsenarray 2 beinhaltet
Mikrolinsen 8, die dadurch hergestellt werden, daß ein Material, das
den Brechungsindex eines Substrats 9 ändert, selektiv durch
eine (nicht dargestellte) geeignete Maske in dieses
eindiffundiert wird. Jede der Mikrolinsen 8 ist halbkugelig und
verfügt über einen Bereich mit höherem Brechungsindex. Als
Substanzen können Alkaliionen oder Schwermetallionen
verwendet werden, wenn das Substrat 9 aus Glas besteht, und es
können organische Moleküle mit verschiedener molekularer
Polarisierbarkeit verwendet werden, wenn das Substrat 9 aus
Kunststoff besteht.
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Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel einer
Konvergiereinrichtung in Form einer Fliegenaugenlinse 10, die aus einer
transparenten Substanz besteht und über eine Anzahl
konvexer Facetten verfügt. In dieser Fliegenaugenlinse 10
entspricht jede Linse einem Bildelementbereich.
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Das Mikrolinsenarray 2 und die Fliegenaugenlinse 10 werden
in Zuordnung zu der in Fig. 3 dargestellten
Anzeigevorrichtung verwendet. Diese Anzeigevorrichtung verfügt über eine
transparente Elektrode 11, die einen Bildelementbereich
bildet. Die Elektrode 11 wird auf elektrische Signale von
metallischen Leitern 12 und 13 durch einen Dünnfilmtransistor
(TFT) 15 eingeschaltet, um dadurch den Flüssigkristall zu
aktivieren, der an die transparente Elektrode 11 angrenzt
(d.h. den Bildelementbereich 1b).
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem jedes
Bildelement 1b mehrere Elektroden 11 enthält. Bei diesem Beispiel
können die Mikrolinsen 8 und die Linsen der
Fliegenäugenlinse 10 (Fig. 2) in jeder Gruppe von Elektroden 11 vorhanden
sein.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem eine eingeprägte
Zylinderlinse 16 als Konvergiereinrichtung verwendet wird.
Diese eingeprägte Zylinderlinse 16 verfügt über konvexe
Facetten an einer Seite, wie in Fig. 5 dargestellt, die mit
demselben gegenseitigen Abstand wie die Bildelemente oder
mit dem Doppelten desselben angeordnet sind, und sie
konvergiert Licht nur in einer Richtung. Die eingeprägte
Zylinderlinse 16 kann in Zuordnung zu der in Fig. 6 dargestellten
Anzeigevorrichtung verwendet werden. Diese
Anzeigevorrichtung ist mit Elektroden 11 versehen, die den
Bildelementbereich 1b zwischen den metallischen Leitern 13 bilden. Die
Elektroden 11 werden durch ein nichtlineares Element
eingeschaltet. Die Linsen der eingeprägten Zylinderlinse 16 sind
für jeden Bildelementbereich 1b vorhanden.
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Versuche haben gezeigt, daß dann, wenn ein Mikrolinsenarray
2 verwendet wurde, wie in Fig. 1 dargestellt, die Helligkeit
des angezeigten Bilds verdoppelt war.
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Versuche haben auch gezeigt, daß dann, wenn der Radius der
Projektionslinse 6 weniger als 20 mm betrug, die Helligkeit
vom Radius abhing, daß jedoch dann, wenn er größer als 20 mm
war, die Helligkeit unabhängig von Radiusschwankungen,
konstant war. Die Erfindung ist bei Köhler-Beleuchtung
anwendbar, jedoch ist sie auch bei anderen Beleuchtungssystemen
wie bei kritischer Beleuchtung und beim telezentrischen
system anwendbar. Die Erfindung ist nicht nur auf ein System
mit einzelnem Anzeigepaneel anwendbar, sondern auch auf ein
solches mit drei Paneelen.
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Es ist schwierig, das Mikrolinsenarray 2 mit dem
Flüssigkristallelement 1 zu verbinden, da der Kleber die optischen
Eigenschaften ungünstig beeinflußt. Außerdem bildet der Kleber
eine Schicht, was die Gesamtdicke erhöht. Dickenänderungen
beeinflussen die Einstellung der Brennweite jeder
Komponente in ungünstiger Weise und bewirken überflüssige Reflexion
und Diffusion.
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Gemäß den Fig. 7 und 8 weist die Flüssigkristalltafel oder
das Element 1 eine innere Schicht 1a und eine äußere Schicht
1a' auf, die einen Flüssigkristall 26 enthalten, der durch
ein Dichtungsmaterial 27 abgedichtet ist. Ein Kleber wird
aus Substanzen mit einem Brechungsindex (1,4 bis 1,6)
ausgewählt, der ungefähr dem des Glases entspricht, aus dem das
Mikrolinsenarray besteht, mit einer Viskosität von 100 bis
2000 cps. Z.B. ist es ein photoempfindlicher Kleber aus
einem Acryl- oder Epoxidharz (z.B. AVR-100, wie von
Threebond Inc., hergestellt; UV-1003, wie von Sony Chemical Inc.,
hergestellt, und NOA-61, 63, 65, wie von Norland Inc.
hergestellt). Bei diesen Klebern besteht die Tendenz eines
Aushärtens durch Belichtung mit Ultraviolettstrahlung, jedoch
kann statt dieser ein wärmehärtendes Harz verwendet werden.
Der Kleber wird mit einer Dicke von 10 bis 100 um auf das
Flüssigkristallelement 1 aufgetragen. Wenn der Kleberüberzug
dick ist, muß eine stärkere Lampe verwendet werden, um die
Aushärtzeit zu verkürzen. Wenn der Überzug z.B. 100 um dick
ist, kann eine Hochdruck-Quecksilberdampflampe mit 250 W mit
einer Höhe von 6 cm verwendet werden, ohne daß irgendwelche
Schwierigkeiten hervorgerufen werden, und das Aushärten kann
innerhalb von 20 Sekunden abgeschlossen werden.
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Die Bezugszahl 23 bezeichnet Abstandhalter, die in der
Kleberschicht enthalten sind, um die Ebenheit der Oberfläche
aufrechtzuerhalten. Die Abstandhalter bestehen aus
Kunststoffkugeln mit einem Durchmesser von 10 bis 100 um und
einem Brechungsindex von 1,4 bis 1,6 und einer solchen
Elastizität, daß sie unter der des Klebers liegt. Vorzugsweise
sind pro 1 mm³ mehrere Teile zugegeben. Die Bezugszahl 25
bezeichnet herausgedrückte Bereiche der Kleberschicht, durch
die die Verbindung zwischen der Flüssigkristalltafel 1 und
dem Mikrolinsenarray 2 aufrechterhalten wird.
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Fig. 8 zeigt, daß sich die Flüssigkristalltafel 1 und das
Mikrolinsenarray 2 krümmen, wenn sie erwärmt werden, jedoch
werden die Abstandhalter 23 und die Kleberschicht 24
entsprechend gekrümmt, wodurch verhindert wird, daß die innere
Schicht 1a und das Mikrolinsenarray 2 voneinander gelöst
werden.
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Versuche haben gezeigt, daß ein Mikrolinsenarray 2 aus
Normalglas und eine Innenschicht 1a mit einer Kleberschicht 24
von 100 um verklebt werden können. Das Transmissionsvermögen
wurde von 400 bis 700 nm geprüft. Durch Reflexion
hervorgerufene Verluste lagen unter 0,1% und es wurde keine
wesentliche Lichtstreuung aufgrund des Vorliegens der
Abstandhalter 23 beobachtet. Wenn kein Abstandhalter verwendet wurde,
lösten sich die Innenschicht 1a und das Mikrolinsenarray 2
voneinander, wenn die Erwärmungstemperatur weniger als 100ºC
war. Wenn dagegen Abstandhalter 3 mit 30 um verwendet
wurden, trat bei einer Temperatur von 150ºC keine Abtrennung
auf. Außerdem hielten die Innenschicht 1a und die
Mikrolinsenarrayeinheit Wärmeschocktests zwischen -25ºC und 80ºC
(100 Zyklen) stand.
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Das Mikrolinsenarray 2 kann durch die folgenden Verfahren
hergestellt werden:
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(1) Ein Formungsverfahren, bei dem ein Metallformwerkzeug
dazu verwendet wird, ein Kunststoffmaterial oder Glas zu
einem Mikrolinsenarray zu formen.
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(2) Ein Verfahren, bei dem Konvexlinsen in einem
Mikrolinsenarray dadurch hergestellt werden, daß der Effekt genutzt
wird, daß dann, wenn ein spezieller Typ eines
photoempfindlichen Harzes Licht mit einem Muster ausgesetzt wird, das
dem Mikrolinsenarray entspricht, das photoempfindliche Harz,
das nicht reagiert hat, vom unbelichteten Bereich zum
belichteten Bereich wandert und der belichtete Bereich
anschwillt, um die Konvexlinsen zu bilden.
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(3) Ein Verfahren, bei dem Konvexlinsen in einem
Mikrolinsenarray dadurch ausgebildet werden, daß eine bekannte
Photolithographietechnik dazu verwendet wird, ein
thermoplastisches Harz in Plattenform entsprechend dem Mikrolinsenarray
zu mustern, und dann das Harz auf eine Temperatur über
seinem Erweichungspunkt erwärmt wird, um ihm Fließvermögen zu
verleihen, was aufgrund der Oberflächenspannung eine
halbkugelige Oberfläche hervorruft.
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(4) Ein Verfahren, bei dem Konvexlinsen in einem
Mikrolinsenarray dadurch ausgebildet werden, daß eine
Annäherungsbelichtung an einem photoempfindlichen Harz ausgeführt wird
und die Menge an Material, das einer Photoreaktion unterlag,
abhängig von der Unschärfe des Übertragungsbildes auf dem
photoempfindlichen Harz an den Kanten der Maske, wie bei der
Annäherungsbelichtung verwendet, verteilt wird.
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(5) Ein Verfahren, bei dem eine einem Mikrolinsenarray
entsprechende Konfiguration dadurch erhalten wird, daß Licht
mit einer Intensitätsverteilung auf ein photoempfindliches
Harz gestrahlt wird, um eine Brechungsindexverteilung
auszubilden, die der Lichtintensität entspricht.
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(6) Ein Verfahren, bei dem eine einem Mikrolinsenarray
entsprechende Konfiguration dadurch erhalten wird, daß eine
Brechungsindexverteilung an Glas oder einem anderen
transparenten Substrat dadurch ausgebildet wird, daß eine Technik
für selektiven Ionenaustausch verwendet wird.
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(7) Ein Verfahren, bei dem Konvexlinsen in einem
Mikrolinsenarray dadurch ausgebildet werden, daß die Kontraktion
genutzt wird, die Kristallisierung begleitet, wenn Licht auf
ein photoempfindliches Glas angewandt wird.
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Es ist zu beachten, daß dem Fachmann verschiedene andere
Nodifizierungen erkennbar sind und von ihm leicht vorgenommen
werden können, ohne vom Schutzbereich dieser Erfindung
abzuweichen, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.