DE69316673T2

DE69316673T2 - Zweiweg-Flüssigkristall-Lichtventil Farbanzeige

Info

Publication number: DE69316673T2
Application number: DE69316673T
Authority: DE
Inventors: Richard H Bruce; Louis D Silverstein
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1993-06-15
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2013-06-16
Also published as: JP3329887B2; JPH06123893A; EP0579382B1; EP0579382A1; DE69316673D1; US5642125A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vollfarbanzeigeeinrichtungen und insbesondere eine Vollfarbanzeigeeinrichtung, die Flüssigkristall-Lichtventil- Bilderzeugungsquellen zum Bilden von Vollfarbbildern mit einer hellen, hohen Auflösung in zwei optischen Pfaden unter Verwendung eines einfachen, leicht auszurichtenden optischen Systems verwendet.
Die Implementation von Vollfarbinformationssystemen für die Anzeige von hochauflösender Videomformation und komplexer grafischer Bilder muß in der Lage sein, (1) eine hohe Bildauflösung für eine prazise Definition von Kanten und eine Bildschärfe vorzusehen, (2) eine hohe Helligkeit für eine maximale Bildhelligkeit in verschiedenen Anzeigeumgebungen vorzusehen und (3) eine präzise vorausbestimmbare Kontrolle über die Farbsynthese und -wiedergabe mit der größtmöglichen Farbpalette zu bieten. Hochauflösende Volifarbanzeigesysteme müssen (4) auch klein und kompakt sein und außerdem mit geringen Kosten hergestellt werden können, damit sie bei vielen verschiedenen Anwendungen verwendbar sind. Bestehende Farbanzeigen, die verschiedene Technologien für die Erzeugung von Vollfarbe verwenden, sind bezüglich einer oder mehreren der oben aufgeführten Anforderungen mangelhaft. Der Begriff "Volfarbanzeige" soll in den vorliegenden Erläuterungen eine Anzeige bezeichnen, die in der Lage ist, Farben aus dem vollen sichtbaren Lichtspektrum zu erzeugen, und dabei wenigstens drei additive und subtraktive Primärfarben verwendet, um das volle Spektrum zu erzeugen.
Das vorherrschende Farberzeugungssystem, das bei der Erzeugung von direkt sichtbaren Vollfarbanzeigen verwendet wird, ist ein additives Farbsystem, das auf räumlicher Juxtaposition, oder räumlicher Nähe, beruht, wobei ein einzelnes Vollfarbbildelement, oder "Pixel" eines angezeigten Bildes durch die räumliche Integration jedes kleinen, nebeneinandergestellten Primärfarbenteilbildelements, oder Subpixels (Rot, Grün und Blau), erzeugt wird. Der Begriff "Vollfarbanzeige" soll in den vorliegenden Erläuterungen eine Anzeige bezeichnen, die in der Lage ist, Farben aus dem vollen sichtbaren Lichtspektrum zu erzeugen, und dabei wenigstens drei additive und subtraktive Primärfarben verwendet, um das volle Spektrum zu erzeugen. "Pixel" und "Bildpixel" sind hier als das kleinste Informationselement in einem angezeigten Bild definiert. Die Auflösung eines Bildes wird durch seine Pixeldichte bestimmt. "Subpixel" oder "Bildsubpixel" ist hier als ein einzelnes Primärfarbenelement definiert, das zusammen mit zwei anderen Primärfarbenelementen verwendet wird, um in einem Bildpixel eine Farbe aus dem vollen Spektrum zu bilden. Aus der Perspektive der Hardware des Bildes betrachtet, muß jedes Primärfarbensubpixel individuell bezüglich seiner Farbe allgemein über einem quantisierten Bereich von einem Minimum von keinem Licht bis zu einer maximalen Lichtstärke, die durch das Display erzeugt werden kann, kontrollierbar sein. Deshalb entspricht ein Primärfarbenbildsubpixel der hier verwendeten Bezeichnung eines "Anzeigepixels".
Die additive Farbsynthese durch räumliche Nähe erfordert eine hohe Pixeldichte (Auflösung), da die projizierte Winkestrecke der Primärfarbelemente in den räumlichen Integrationsbereich des menschlichen visuellen Systems fallen muß, damit das Auge einen Satz von einzelnen Primärfarbsubpixeln zu einer einzigen im Bild anzuzeigenden Mischfarbe integriert.
Diese hohe Subpixeldichte hat eine Reduktion der zur Verfügung stehenden Bildabtastauflösung einer Anzeigevorrichtung mit einer gegebenen Größe zur Folge, was wiederum eine herabgesetzte Bildauflösung mit sich bringt. Außerdem entstehen beträchtliche Verluste in der Helligkeit der Anzeige und in der wahrgenommenen Helligkeit dadurch, daß jede der Primärfarben, unabhängig von ihrem individuellen Beitrag zur Gesamthelligkeit oder der wahrgenommenen Helligkeit, allgemein einen gleich großen Anteil der zur Verfügung stehenden Oberfläche der aktives Licht emittierenden Anzeigeeinrichtung einnimmt. Insbesondere für die Anzeige eines großen Vollfarbbildes ist eine Farbsynthese durch additive räumliche Juxtaposition alleine wegen der übermäßigen Kosten, die mit einer größeren Anzeigefläche verbunden sind, kein effektives Verfahren für das Erzeugen von Vollfarbbildern.
Ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von Vollfarbbildern beruht auf einer additiven räumlichen Überlagerung, bei der ein Vollfarbbild durch die räumliche Ausrichtung separater Bilder erzeugt wird, die typischerweise jeweils aus einer Primärfarbe bestehen und optisch zu einem Vollfarbbild für den Betrachter zusammengefügt werden. Ein derartiges System wird allgemein mit Hilfe einer Kathodenstrahl-(CRT)- oder Flüssigkristall-Lichtventil-(LCLV)-Technologie implementiert und stellt das vorherrschende Verfahren dar, das für Farbprojektionsanzeigen verwendet wird. Typischerweise werden drei Bilder erzeugt, die den Primärfarben Rot, Grün und Blau entsprechen, wobei drei separate (optische) Bildpfade erforderlich sind, obwohl Vielpfadsysteme mit mehr als drei optischen Pfaden im Stand der Technik bekannt sind. Da jedes Anzeigepixel einem Bildpixel entspricht und bezüglich Farbe und Helligkeit voll gesteuert werden kann, und da jedes der Farbbilder mit voller räumlicher Auflösung erzeugt wird, erzielt das Farbsyntheseverfahren mit additiver räumlicher Überlagerung eine hervorragende Auflösung und kann auch eine relativ hohe Gesamthelligkeit und wahrgenommene Helligkeit erreichen. Aus diesen Gründen bietet die räumliche Überlagerung separater Farbbilder das brauchbarste Farbsyntheseverfahren zum Erzeugen großer Vollfarbanzeigebilder, wie sie bei einem hochauflösenden Fernsehen oder anderen vergleichbaren visuellen Systemen erforderlich sind.
Sowohl auf CRT wie auf LCLV basierende Vollfarbanzeigesysteme mit räumlicher Überlagerung und mehreren (drei oder mehr) optischen Pfaden erfordern präzise steuerbare Hardware und optische Elemente, um ein exaktes Aufeinanderpassen und eine exakte Ausrichtung der Bilder für die Aufrechterhaltung der Farbreinheit und der Bildschärfe zu erhalten. Außerdem tendieren Farbanzeigesysteme, die projizierte übereinandergelagerte Bilder verwenden dazu, groß, komplex und teuer zu sein, was durch die separaten optische Pfade und die Sätze von Bildelementen bedingt ist.
Bei Farbanzeigesystemen, die eine Farbsynthese mit additiver räumlicher Juxtaposition verwenden, kann das Vorhandensein blauer Anzeigepixel mit gleicher Proportion wie die der roten oder grünen Anzeigepixel auf der Anzeigeoberfläche einer LCLV-Anzeige die Schärfe des Gesamtbildes beeinträchtigen, da blaue Pixel einen entsprechend kleineren Betrag zur Bildauflösung leisten. Die spektralen Empflndlichkeitsfunktionen der drei Klassen der farbempfindlichen menschlichen visuellen Fotorezeptoren werden allgemein so dargestellt, daß Empflndlichkeitsspitzen im kurzen, mittleren und langen visuellen Wellenlängenband gegeben sind, die grob den drei Farben Blau, Grün und Rot entsprechen. Es ist allgemein bekannt, daß das menschliche visuelle System einen niedrigen Grad an räumlicher Sensitivität für blaues Licht im Vergleich zu den anderen Farben aufweist. Siehe zum Beispiel Glenn et al. "Imaging System Design Based on Pychophysical Data", Proceedings of the SID, Volume 26 (1985), pp. 71-78, worin die Eigenschaften der menschlichen räumlichen Sensitivität gegenüber unterschiedlicher Lichtwellenlängenenergie erläutert wird. Die größte räumliche Reaktion des Auges gegenüber blauem Licht liegt bei ungefähr der Hälfte der räumlichen Frequenz der größten räumlichen Reaktion gegenüber rotem oder grünem Licht und wiederum bei der Hälfte der räumlichen Frequenz für achromatische Signale oder Helligkeitssignale, was zeigt, daß Blau nur einen kleinen Beitrag zu den Faktoren für die Bildauflösung, wie etwa der Bildform oder dem räumlichen Detail, leistet. Daraus folgt, daß weder die Auflösung noch die Ausrichtung von blauen Bildpixeln in einem Bild, das durch additive räumliche Überlagerung erzeugt wird, ausschlaggebend für die Bildqualität ist, da eine Fehlausrichtung nur schwer durch das Auge festgestellt werden kann.
Es wurden Versuche unternommen, Vollfarbbilder zu erzeugen, indem das Licht in Übereinstimmung mit zwei separaten Wellenlängenbändern unterschiedlich behandelt wurde. US-A-4 886 343 (Johnson) zeigt eine Flüssigkristallanzeigen(LCD)-Einheit, bei der ein erstes (oberes) Panel (Bildebene) von Anzeigepixelelementen verwendet wird, um die roten und grünen Anteile eines angezeigten Bildes mit Hilfe einer additiven Technik mit räumlicher Nachbarschaft zu steuern, während ein zweites (unteres) Panel (Bildebene), dessen Anzeigepixel mit den Anzeigepixeln des ersten Panels ausgerichtet sind, verwendet wird, um den blauen Anteil des Bildes mit Hilfe einer subtraktiven übereinanderlagernden Technik zu steuern. Die wahrgenommene Gesamthelligkeit eines auf der Vorrichtung von Johnson angezeigten Bildes wird durch die Absorption des Lichtes durch die Panels aufgrund der Verwendung von Magenta- und Cyanfiltern und aufgrund der Verwendung des subtraktiven Lichtabsorptionsverfahrens bei der Kontrolle des blauen Lichtes herabgesetzt. Außerdem ist die erzielbare Farbpalette, obwohl die Einrichtung Licht in drei Primärfarbwellenlängenbändern verwendet, trotzdem stark beschränkt, da die Anzeige keine Farben im blauen Bereich der Farbtafel erzeugen kann.
Conner et al. geben in US-A-4 917465 ein Anzeigesystem an, das aus drei übereinander geschichteten, überdrehten nematischen (STN) doppelbrechenden LCD-Panels besteht, die auf verschiedene subtraktive Primärfarben (d.h. Gelb, Cyan und Magenta) eingestellt sind, wobei Polarisierer zwischen die übereinander geschichteten Panels geschichtet sind. Conner et al. geben Anzeigesysteme an, die die übereinander geschichteten STN-doppelbrechenden LCD-Panels und die damit verbundenen Polarisierer sowie (zwei) geteilte optische Pfade verwenden. Während die STN-Technologie es den Flüssigkristallzellen erlauben kann, bei einem Multiplexing mit den hohen Raten betrieben zu werden, die für Anzeigen mit hohem Informationsgehalt erforderlich sind, bringt der doppelbrechende Betriebsmodus langsame Schaltzeiten und eine allgemein schwache Farbleistung mit sich. STN-Zellen sind unausweichlich farbig, und generell nicht in der Lage, Schwarz und Weiß für einen hohen Kontrast zu erzeugen. Außerdem können sie nur ein kleines Spektrum von wählbaren Farben erzeugen, wenn nicht zusätzliche komplexe und lichtabsorbierende optische Elemente, wie Polarisierer, verwendet werden, um die schwache Farbleistung und den schwachen Kontrast zu kompensieren. Das von Conner et al. angegebene Anzeigesystem, das Polarisierer verwendet, um die STN-Zellen zu kompensieren, weist wahrscheinlich eine beschränkte Helligkeitseffizienz und einen schwachen Kontrast auf. Außerdem erfordert das Anzeigesystem zusätzliche komplexe optische Komponenten, um eine optimale Leistung bei Graustufen zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung für das Erzeugen von Vollfarbbildern unterscheidet sich auch von Flüssigkristallfarbanzeigeeinrichtungen, die Farbbilder mit Licht erzeugen, das für zwei Primärfarben geteilt ist und zwei optischen Pfaden folgt. Beispiele von derartigen Einrichtungen mit zwei Pfaden und zwei Primärfarben sind unter anderem in US-A-4 345 258 und US-A-4 983 032 enthalten. Diese Einrichtungen können keine Vollfarbbilder erzeugen.
JP-A4 127 140 gibt eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung an, die eine Halogenlampenlichtquelle 1 umfaßt, deren Ausgabe durch einen dichroitischen Spiegel 2 in einen roten + grünen (R,G) Strahl und in einen blauen (B) Strahl geteilt wird. Ein Blaues Bild wird durch ein Flüssigkristallpanel 5B gebildet, das mit einem Signal betrieben wird, das dem blauen Bild entspricht, und ein rotes + grünes Bild wird durch ein Flüssigkristallpanel 5RG gebildet, das durch ein Signal betrieben wird, das dem roten + grünen Bild entspricht. Diese zwei Bilder werden durch einen dichroitischen Spiegel 6 für die Projektion auf einen Anzeigeschirm kombiniert.
Diese Farbanzeigen erreichen effektiv keine ausreichende Helligkeit um Bilder mit hoher Qualität und verschiedener Größe in einem weiten Bereich von Umgebungslichtbedingungen anzuzeigen. Außerdem weisen sie keine ausreichend hohe Auflösung oder ausreichend vollständige Farbpalette für die anzuzeigenden Bilder mit hoher Qualität auf. Weiterhin verwenden einige dieser Anzeigen optisch komplexe Bildausrichtungen in drei optischen Pfaden.
Es besteht deshalb ein Bedarf an einer Vollfarb-LCLV-Technologie, die die unterschiedliche räumliche Sensitivität und die unterschiedliche Sensitivität bezüglich der Lichtenergie der drei Klassen sensitiver menschlicher visueller Fotorezeptoren ausnützt, um die Farbanzeigen für die Präsentation von hochauflösender Videoinformation und komplexer Grafikbilder zu verbessern. Eine derartige Anzeige muß eine hohe Bildauflösung für eine präzise Definition der Kanten und Bildschärfe, eine hohe Anzeige- und Bildhelligkeit für eine maximale Bildhelligkeit in mehreren verschiedenen Anzeigeumgebungen und für mehrere Anzeigegrößen und eine präzise, vorausbestimmbare Steuerung der Farbsythese und -wiedergabe unter Verwendung der größtmöglichen Farbpalette aufweisen.
Die vorliegende Erfindung gibt eine Flüssigkristallfarbanzeige in Übereinstimmung mit Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche an. Besondere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angeführt.
Die Vollfarbanzeige der vorliegenden Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die unterschiedliche Behandlung von Licht mit kurzer Wellenlänge (Blau) in einer LCVL-Farbanzeigtechnologie eine Möglichkeit bietet, die Farbbildauflösung zu verbessern, die zur Verfügung stehende Farbpalette zu vergrößern und die insgesamt wahrgenommene Helligkeit einer LCLV-Vollfarbanzeige zu verbessern. Die vorliegende Erfindung erkennt, daß die höhere Sensitivität des menschlichen visuellen Systems für eine räumliche Auflösung bei rotem und grünem Licht als bei blauem Licht auch bedeutet, daß rote und grüne Anzeigepixel eine ausreichend hohe Auflösung in Systemen mit additiver Juxtaposition aufweisen müssen, um zu einer Farbe vereinigt zu werden. Bei Sytemen mit drei Pfaden und räumlicher Überlagerung bedeutet dies, daß eine schlechte Ausrichtung der roten und grünen Bilder zur Folge hat, daß das menschliche Auge an den Bildkanten separate rote und grüne Bilder feststellen kann.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber Vollfarbflüssigkristalleinrichtungen mit drei optischen Pfaden liegt darin, daß die vorliegende Erfindung additive Techniken mit räumlicher Überlagerung in einer optisch einfacheren Konfiguration verwendet, indem die Bildkomponenten mit langen (roten) und mittleren (grünen) Wellenlängen, die beinahe die gesamte räumliche Information des Vollfarbbildes enthalten, in einer roten und grünen bilderzeugenden Quelle in einer fixierten Ausrichtung in einem optischen Pfad kombiniert sind. Auf diese Weise wird ein optischer Pfad in der Farbanzeigeeinrichtung beseitigt, was die kritische Anforderung einer präzisen Bildausrichtung der roten und grünen Bilder in einem System mit drei Pfaden beseitigt, wobei immer noch helle, scharf definierte und hochqualitative Vollfarbbilder erzeugt werden.
Ein weiterer Vorteil der Flüssigkristallfarbanzeigeeinrichtung der vorliegenden Erfindung liegt in der verbesserten effektiven räumlichen Auflösung und in der verbesserten Helligkeitseffektivität gegenüber einer Einrichtung mit einer vergleichbaren Anzeigepixeldichte und Größe, die eine additive Juxtaposition von koplanaren roten, grünen und blauen Subpixeln verwendet, und gegenüber einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung mit mehreren Panels, die eine subtraktive Farbfiltertechnologie verwendet, um Vollfarbbilder zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung zieht auch einen Vorteil aus dem Wissen, daß blaues Licht einen wesentlich kleineren Beitrag zu der insgesamt wahrgenommenen Helligkeit leistet als Licht aus den roten und grünen Bereichen des sichtbaren Spektrums, da die fotooptische Antwort des menschlichen Auges auf blaues Licht niedrig und ineffizient ist. Die Flüssigkristallfarbanzeigeeinrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet einen separaten optischen Pfad für das Licht mit kurzer (blauer) Wellenlänge und bildet das blaue Bild mit einer niedrigeren Abtastdichte, oder Auflösung, um die insgesamt wahrgenommene Helligkeit des Bildes und der Anzeige zu erhöhen, eine hellere Anzeige mit Punkt vorzusehen, und um eine hellere Farbwiedergabe für Farben mit einer blauen Komponente vorzusehen. Das Reduzieren der Auflösung des Bildes mit blauem Licht erhöht den gesamten raumgemittelten lntensitätsbeitrag des Lichtes mit kurzer (blauer) Wellenlänge für das Endanzeigebild, ohne die effektive Bildauflösung herabzusetzen. Die raumgemittelte Intensität ist in diesem Zusammenhang als die gemittelt gemessene Intensität der Lichtenergie definiert, die von den einzelnen Anzeigepixeln über einen gewissen klein definierten Anzeigebereich mit einer gewissen Pixelauflösung emittiert wird. Je größer die aktiv Licht emittierende Oberfläche in diesem Bereich ist, desto heller erscheint der Bereich, da die wahrgenommene Helligkeit bei den kleinen hier erläuterten Bereichen der Farbanzeige proportional zu der Intensität oder der Leuchtstärke ist. Die für eine gegebene Anzeigegröße gemessene raumgemittelte Intensität ist eine Funktion des Anteils jedes Licht emittierenden LCLV-Pixelbereichs. Der für undurchlässige Hardwaresteuermechanismen mit fester Größe bestimmte Anteil eines Anzeigepixels, der erforderlich ist, um jedes Pixel zu adressieren und die Spannung zu speichern, die die Anzeigeinformation repräsentiert, verringert das insgesamt emittierte Licht. Eine Vergrößerung des lichtemittierenden Bereichs erhöht die raumgemittelte Intensität des emittierten blauen Lichts, das vom Auge wahrgenommen wird. Eine Vergrößerung der Anzeigepixel und dementsprechend eine Reduktion der Bildauflösung bedeutet, daß jedes Pixel transparenter ist und daß ein kleinerer Bereich durch die strukturellen Steuermechanismen eingenommen wird, was den Gesamtbereich vergrößert, der für das Emittieren von blauem Licht und für das Erhöhen der raumgemittelten Intensität für das blaue Licht zur Verfügung steht. Der größtmögliche Leuchtkraftbeitrag des blauen Lichts verbessert auch die maximale Leuchtkraftausgabe der Anzeige und die Gesamffarbbalance oder den Weißpunkt und erzielt eine größere und ausgewogenere Farbpalette, indem der Helligkeitsbereich aller anderen Farben, die eine blaue Komponente aufweisen, erhöht wird.
Als weiterer Hintergrund zur vorliegenden Erfindung und für zusätzliche Vorteile der vorliegenden Erfindung wird hier auf die Veröffentlichung USSN 07/900 872 verwiesen, die zusammen mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird die vorliegende Erfindung im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 eine schematische optische Ansicht einer Ausführungsform der Zweipfad-Flüssigkristall-Lichtventil-Farbanzeige der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2A und 2B die unterschiedlichen Pixelauflösungen der in jedem optischen Pfad der Zweipfad-Flüssigkristall-Lichtventil-Farbanzeige der vorliegenden Erfindung gebildeten Bilder darstellen,
Fig. 3 eine schematische optische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Zweipfad-Flüssigkristall-Lichtventil-Farbanzeige der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Ansicht ist, die eine dritte, modifizierte Ausführungsform der optischen Elemente im gelben (roten plus grünen) Lichtpfad von Fig. 1 zeigt, und
Fig. 5A, 5B und 5C Ansichten sind, die den Betrieb der Flüssigkristallfarbwahleinrichtung der Ausführungsform der in Fig. 4 dargestellten Zweipfad-Flüssigkristall- Lichtventil-Farbanzeige darstellen.

A. Ausführungsform mit einer einzigen Lichtquelle und einem Absorptionsfarbfilter

Fig. 1 stellt eine Ausführungsform der Zweipfad-Flüssigkristall-Lichtventil(LCLV)-Farbanzeige 100 der vorliegenden Erfindung dar. In dieser ersten Ausführungsform wird eine einzige Lichtquelle 20 verwendet, um eine Beleuchtung der Anzeige vorzusehen. Die Lichtquelle 20 kann eine kontinuierliche Breitbandspektralenergieverteilung vorsehen oder so konstruiert sein, daß spektrale Spitzen in den roten, grünen und blauen Bereichen des sichtbaren Spektrums erzeugt werden. Das von der Lichtquelle 20 ausgehende Licht wird anfänglich durch eines oder mehrere optische Elemente geführt, die in Fig. 1 kollektiv mit dem Bezugszeichen 30 angegeben sind. Die optischen Elemente 30 können beliebige herkömmliche lichtsammelnde, -bündelnde oder -kollimatierende Elemente, wie ein herkömmlicher sphärischer oder parabolischer Reflektor, eine Kondensorlinse oder Kollimatorlinse sein, je nach den Lichtanforderungen der optischen Komponenten der besonderen Implementation der Zweipfad-Farbanzeige. Die optischen Elemente 30 dienen dazu, die Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 20 zum Beispiel über eine Kondensorlinse zu einem telezentrischen Strahlenbündel oder zum Beispiel über eine oder mehrere Kollimationslmsen zu parallelen kollimatierten Lichtstrahlen zu sammeln und zu bündeln. Das aus dem optischen Element 30 austretende Licht wird im folgenden als kollimatiertes Licht bezeichnet, wobei der Begriff das optische Element jedoch nicht auf eine oder mehrere Kollimatorlinsen beschränken soll und wobei das optische Element 30 auch andere lichtsammelnde und -bündelnde optische Elemente aufweisen kann.
Das daraus austretende kollimatierte Licht wird dann zu einem hitzeentfernenden Element 24 geleitet. Ein geeignetes hitzeentferndendes optisches Element ist ein Kaltspiegel, der Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums reflektiert und lnfrarotstrahlung durchläßt, wobei aber vorgesehen ist, daß ein einzelner Satz von optischen Elementen verwendet werden kann, der dafür geeignet ist, nicht sichtbare Infrarotstrahlung aus dem aus der Lichtquelle 20 austretenden Licht zu entfernen. Die durch das optische Element 24 durchgelassene nicht sichtbare lnfrarotstrahlung manifestiert sich als Hitze und kann durch eine Wärmekonvektionssenke oder eine Zwangsluftkühlung (nicht gezeigt) abgeleitet werden.
Das durch das optische Element 24 reflektierte kollimatierte Licht wird zu einem Gelb-Blau-dichroitischen Spiegel 26 geleitet, der die mittleren (grünen) und langen (roten Wellenlängen) reflektiert. Die roten und grünen Anteile des Spektrums ergeben zusammen das visuell als gelb wahrgenommene Licht, weshalb der in Fig. 1 als Y-Pfad angegebene reflektierte Lichtpfad von dem dichrotischen Spiegel 26 im folgenden als gelber Pfad bezeichnet wird. Der dichroitische Spiegel 26 läßt die kurzen Wellenlängen oder den blauen Bereich des sichtbaren Spektrums durch. Das blaue Licht wird darauf mit einem 90º-Winkel durch einen Vorderfächenspiegel 28 reflektiert, damit es in den in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen B angegebenen blauen Lichtpfad eintritt.
Die optischen Elemente 30 können auch an anderen Punkten im rot-plus- grünen und im blauen Pfad angeordnet sein. Das aus der Lichtquelle 20 austretende Breitbandlicht kann zum Beispiel nach der Trennung und Reflexion durch die Spiegel 24, 26 und 28 kollimatiert werden, wobei ein optischen Element 30 am Eingang zu jedem der optischen Pfade plaziert ist.
Um die roten und grünen Komponenten eines Vollfarbbildes zu bilden, geht das kollimatierte gelbe (kombinierte rote und grüne) Licht, das in den Y-Pfad eintritt, durch einen Satz von optischen Elementen hindurch. Insbesondere das gelbe Licht wird durch einen Polarisierer 32 polarisiert, bevor es in die verdrehte nematische Flüssigkristall-(im folgenden TNLC)-Zelle 34 eintritt, wo die rote und grüne Bilderzeugung vorgenommen wird. Die verdrehte nematische Zelle variiert die Rotation der Polarisationsachse des linear polarisierten gelben Lichts, um einfaches polarisiertes gelbes Licht ohne Rotation (null Grad) bei voller Energieversorgung durchzulassen und um eine 90º-Rotation zu verursachen, wenn die Zelle nicht mit Energie versorgt wird. Bei Spannungen unter einem vorbestimmten Pegel, der dem voll mit Energie versorgten Zustand entspricht, wird einfach polarisiertes gelbes Licht, das in die TNCL-Zelle 34 einfällt, um einen Winkel von weniger als 90º rotiert, was von der an der Zelle 34 angelegten Spannung abhängt.
Die TNCL-Zelle 34 besteht aus einer Matrix von Anzeigepixeln, die entweder passiv über ein herkömmliches Multiplexing-Schema oder aktiv mit einer aktiven Matrix von Dünnfilmtransistoren (TFTS) oder anderen herkömmlichen "Latch-and- Hold"-Schaltelementen adressiert werden können.
Eine gewöhnlich als einstückige Schicht mit dem TNCL 34 hergestellte Anordnung oder Matrix von Dünnfilmabsorptions- oder -störfiltern 35 für Rot und Grün, die in Fig. 1 mit den Bezugszeichen R und G angegeben sind, ist mit der Matrix aus Anzeigepixeln ausgerichtet, um die roten und grünen Bildkomponenten aus dem zusammengesetzten gelben Lichtpfad auszuwählen. Vorzugsweise alterniert die Anordnung der Rot- und Grünfilter 35 sowohl in der horizontalen wie in der vertikalen Dimension. Die Ausgabe der TNCL-Zelle 34 wird dann durch einen herkömmlichen linearen Polarisierer 36 geführt, der als Analyseeinrichtung dient und die Steuerung der Lichtintensität bei jedem roten und grünen Anzeigepixel der TNCL-Zelle 34 erlaubt.
Um die blaue Komponente des Vollfarbbildes zu bilden, wird das in den B-Pfad von Fig. 1 eintretende kollimatierte blaue Licht durch den Polarisierer 40 linear polarisiert, bevor es in die verdrehte nematische Flüssigkristall-(TNCL)-Zelle 42 eintritt. Die Bildinformation im B-Pfad ist der im Y-Pfad ähnlich und wird mit der TNCL-Zelle 42 bewerkstelligt, die auch eine Matrix von Anzeigepixeln ist, die entweder passiv über ein Multiplexing-Schema oder aktiv mit einer aktiven Matrix aus TFTs oder anderen "Latch-and-Hold"-Schaltelementen adressiert werden kann. Die Ausgabe aus der TNCL-Zelle 42 wird dann durch einen herkömmlichen linearen Polarisierer 44 geführt, der als Analyseeinrichtung dient und die Steuerung der Lichtintensität bei jedem blauen Anzeigepixel der TNCL-Zelie 42 erlaubt.
Fig. 2A und 2B sind jeweils vereinfachte Diagramme der Anzeigepixeatrizen für die TNCL-Zellen 34 und 42. Fig. 2A zeigt, daß die TNCL-Zelle 34 eine Anzeigepixelauflösung von 8 mal 8 Anzeigepixeln aufweist, was wiederum einer Bildauflösung für Rot und Grün von 4 mal 8 (oder 8 mal 4) Bildpixeln entspricht. Fig. 2B zeigt, daß die TNCL-Zelle 42 eine Anzeigepixelauflösung von 4 mal 4 Anzeigepixeln aufweist, was wiederum einer Bildauflösung für Blau von 4 mal 4 Bildpixeln entspricht, da jedes Anzeigepixel die Entsprechung eines einzelnen blauen Bildpixels in dem angezeigten Bild ist. Um die erhöhte Helligkeit in der Farbanzeige für ein helleres blaues Bild zu erzielen, sind die Anzeigepixel sowohl in der horizontalen wie in der vertikalen Dimension in der Pixelmatrix der TNCL-Zelle 42 größer als die Anzeigepixel in der Pixelmatrix des roten und grünen Bildes der TNCL-Zelle 34. Die größeren Anzeigepixel in der TNCL-Zelle 42 sehen ein blaues Bild mit einer erhöhten raumgemittelten Intensität (Leuchtkraft) vor. Das erzeugte blaue Bild weist jedoch eine Gesamtabtastdichte, oder Bildauflösung, auf, die geringer ist als die Bildauflösung des roten und grünen Bildes, das durch die TNCL-Zelle 34 für Rot und Grün erzeugt wird.
Die insgesamt reduzierte Abtastdichte der Anzeigepixelmatrix der TNCL-Zelle 42 kann im Bereich von einem halben bis zu einem Viertel der Anzeigepixelmatrix des roten und grünen Bildes der TNCL-Zelle 34 liegen. Wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, liegt die Gesamtpixeldichte oder Auflösung der TNCL-Zelle 42 bei einem Viertel der Anzeigepixelauflösung der TNCL-Zelle 34, und die gesamte Reduktion der Bildauflösung für das blaue Bild liegt bei der Hälfte der Bildauflösung des roten und grünen Bildes. Andere geeignete Reduktionen der Gesamtpixelabtastdichte können in bestimmten Situationen auch effektiv arbeiten, um eine geeignete blaue Bildkomponente mit höherer Helligkeit vorzusehen, ohne die effektive Auflösung des Vollfarbbildes zu beeinträchtigen. Es besteht jedoch eine Grenze für die Reduktion der Auflösung, bei deren Überschreitung eine Reduktion der Auflösung des blauen Bildes unterhalb der des roten und grünen Bildes eine Reduktion der effektiven Auflösung des Volfarbbildes zur Folge hat.
Um die Farbbildkomponenten aus den Y- und B-Pfaden zu einem Vollfarbbild zu kombinieren, wird das Licht aus der Matrix der roten und grünen Anzeigepixel im Y-Pfad in Fig. 1 durch einen Vorderflächenspiegel bei 90º refklektiert und geht dann durch einen Gelb-Blau-dichroitischen Spiegel 48 hindurch. Das Licht von der Anordnung von blauen Pixeln im B-Pfad wird durch den Gelb-Blau-dichroitischen Spiegel 48 reflektiert. Das kombinierte Vollfarbbild ist dann für die Anzeige auf einer direkt einsehbaren Oberfläche bereit. Es kann aber auch, wie gezeigt, durch eine herkömmliche Projektionslinsenanordnung 50 geführt werden, die das Vollfarbbild vergrößert und das Bild auf eine geeignete Vorder- oder Rückoberfläche für die Anzeige wirft (nicht gezeigt). Beispiele für geeignete Projektionsverfahren können in Dolgoff, U.S.-Patent 5 012 274 in den Spalten 13 und 14 und in Conner et al. in U.S.-Patent 4 917 465 in den Spalten 11 und 12 gefunden werden. Der Fachmann wird erkennen, daß die Zweipfad-Flüssigkristall-Lichtventil-(LCLV)-Farbanzeige der vorliegenden Erfindung für entweder eine direkte betrachtete Anzeige oder eine Projektionsanzeige konfiguriert werden kann.

B. Ausführungsform mit mehreren Lichtquellen und Absorptionsfarbfilter

Fig. 3 zeigt als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Zweipfad- Flüssig-Lichtventil-(LCVL)-Farbanzeige 110, die zwei separate Lichtquellen 52 und 54 an Stelle der einzigen Lichtquelle 20 verwendet, um eine Beleuchtung für die Anzeige vorzusehen. Die Zweipfad-Farbanzeige 119 weist weniger optische Elemente auf als die Zweipfad-LCVL-Farbanzeige 100 von Fig. 1 und kann in Situationen geeigneter sein, die eine kompaktere Anzeige erfordern. Die Lichtquelle 52 liefert Lichtenergie mit einer spektralen Energieverteilung in den langen (roten) und mittleren (grünen) Wellenlängenbereichen des sichtbaren Spektrums, die mit "Y" bezeichnet werden. Die Quelle 54 liefert Lichtenergie im kurzen (blauen) Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums. Beide Lichtquellen 52 und 54 enthalten nicht eigens gezeigte optische Elemente, um die Lichtkomponenten zu kollimatieren oder zu bündein, wenn sie jeweils in den ersten und in den zweiten optischen Pfad eintreten. Die individuellen gelben und blauen Lichtquellen beseitigen die lichtteilenden optischen Elemente von Fig. 1.
Um die Farbbildkomponenten des V-Pfades (Rot und Grün) und des blauen Lichtpfades zu einem Vollfarbbild zu kombinieren, geht das Licht aus der Matrix von roten und grünen Anzeigepixeln durch den Gelb-Blau-dichroitischen Spiegel 48 hindurch. Das Licht aus der Matrix von blauen Anzeigepixeln wird durch den Gelb-Blau-dichroitischen Spiegel 48 reflektiert. Das kombinierte Vollfarbbild wird mit Hilfe eines geeigneten Mechanismus, etwa der Projektionslmse 50 von Fig. 1, zu einer Ansichtsoberfläche geleitet. Alternativ dazu kann für das direkte Betrachten des kombinierten Bildes ein Lichtstreuer in der Form eines optisches Schirms verwendet werden, um das aus der Anzeige austretende Licht derart zu streuen, daß es die Anforderungen der Anwendung erfüllt, so daß das kombinierte Bild für den menschlichen Betrachter aus im wesentlichen allen Betrachtungswinkeln sichtbar ist. Ein derartiger Schirm könnte eine lichtstreuende Einrichtung wie ein Mattglas sein, das das Bild isotropisch streut. Der Schirm könnte auch eine lentikuläre Linse sein, die das Licht in einer bevorzugten Richtung oder in bevorzugten Richtungen lenkt.
Aus der Beschreibung der Zweipfad-LCLV-Farbanzeigen 100 und 110 ist zu entnehmen, daß wenigstens zwei Vorteile gegenüber einer Einrichtung von vergleichbarer Bildpixeldichte und Größe, die eine räumliche Juxtaposition von koplanaren roten, grünen und blauen Bildsubpixeln verwendet, gegeben sind. Erstens wird die effektive räumliche Auflösung verbessert, da das Licht mit langer und mittlerer Wellenlänge, das sich entlang des Y-Lichtpfades fortpflanzt, im wesentlichen alle räumlichen Details für die Rekonstruktion des Farbbildes vorsieht. Weiterhin wird die Auflösung des Bildes, das entlang dieses Lichtpfades geschaffen wird, nicht durch Bildkomponenten mit kurzer (blauer) Wellenlänge beeinträchtigt. Außerdem wird aufgrund der größeren blauen Bildpixel mit geringerer Auflösung und aufgrund der Beseitigung eines blauen Absorptionsfilter im System ein viel helleres Anzeigebild erzeugt. Weiterhin kann die in Fig. 1 und 3 dargestellte Farbanzeige auch mit kleineren TNCL-Zellen mit weniger Anzeigepixeln als in einer Einrichtung mit einem einzigen Pfad konstruiert werden, ohne daß durch die separate Behandlung des blauen Lichts die Helligkeit oder die Bildqualität herabgesetzt werden.
Außerdem reduziert die Beseitigung der separaten optischen Pfade für Rot und Grün die kritische Natur der Ausrichtung dieser Pfade, da die roten und grünen Bildkomponenten, die beinahe die gesamte räumliche Information in dem Vollfarbbild enthalten, in der vorliegenden Erfindung auf eine fixierte Ausrichtung in einer einzigen bilderzeugenden Quelle beschränkt sind und deshalb niemals falsch ausgerichtet sein können. Außerdem reduziert die Beseitigung eines optischen Pfades und der damit verbundenen optischen Elemente die Kosten, die Komplexität und die Größe der Farbanzeigeeinrichtung.

C. Ausführungsform mit Farbwahlpolarisierern

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, die einen anderen Satz 70 von optischen Elementen für das Handhaben von Licht im Y-Lichtpfad umfaßt, um die roten und grünen Komponenten eines Vollfarbbildes zu bilden. In dieser dritten Ausführungsform wird die wahrgenommene Gesamthelligkeit in der Farbanzeige, die durch die rote und grüne Dünnfilmabsorption oder die lnterferenzfilter 35 (Fig. 1 und 3) verschlechtert werden kann, durch die Beseitigung dieser Filter verbessert. Gelbes Licht (d.h. kombiniertes rotes und grünes Licht), das in den Y-Pfad eintritt, wird anfänglich durch die Kollimatoroptiken 71 gelassen, die optische Elemente (nicht gezeigt) zum Erzeugen von im wesentlichen kollimatierten Lichte enthalten. Die Kollimatoroptiken 71 können beliebige herkömmliche Kollimatorelemente enthalten, wie einen herkömmlihcen sphärischen oder parabolischen Reflektor, eine Kondensorlinse und Kolmatorlinsen. Die Anforderungen bezüglich einer optischen Ausrichtung dieser Ausführungsform erfordern eine wesentliche Kollimation der roten und grünen Lichtkomponenten, und es ist vorzuziehen, die roten und grünen Lichtkomponenten unmittelbar bevor das gelbe Licht in den Satz 70 von optischen Elementen, die die roten und grünen Komponenten im Vollfarbbild bilden, eintritt zu kollimatieren. Das kollimatierte Licht wird dann durch einen herkömmlichen linearen Polarisierer 74 linear polarisiert, bevor es in die erste TNCL-Zelle 76 eintritt.
Die erste TNCL-Zelle 76 moduliert die Intensität des polarisierten, kollimatierten Lichtes, das sich durch den Y-Pfad fortpflanzt, indem die Polarisationsachse des eingehenden polarisierten Lichtes um einen Winkel zwischen 0º und 90º gedreht wird, was von der an der Zellen angelegten Spannung abhängt, damit sie der gewünschten Intensität des Lichts entspricht. Die Modulation in der TNCL-Zelle 76 wird entweder passiv oder aktiv in ähnlicher Weise bewerkstelligt, wie es mit Bezug auf die TNCL-Zelle 34 von Fig. 1 beschrieben wurde. Die TNCL-Zelle 34 wird zusammen mit einem linearen Polarisierer 78, der als Analyseeinrichtung für den Polarisationszustand dient, für die Steuerung der Intensität, oder der Graustufe, der roten und grünen Anzeigepixel verwendet.
Das Symbol 79 zeigt beispielsweise, daß der Polarisierer 78 das volle Spektrum des in einer horizontalen Richtung polarisierten Lichtes durchläßt und das in der vertikalen Ausrichtung polarisierte Licht absorbiert. In der folgenden verbleibenden Beschreibung der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird angenommen, daß das in einer horizontalen Ausrichtung aus dem linearen Polarisierer 78 austretende Licht sich in einer ersten Polarisationsausrichtung befindet, wenn es in die verbleibenden optischen Elemente des Satzes 70 von optischen Elementen eintritt. Die Bezeichnungen der Polarisationsausrichtungen als "vertikal" oder "horizontal" dienen lediglich der Darstellung, wobei andere Paare von orthogonalen Polarisationsausrichtungen in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform verwendet werden können.
Das in seiner Intensität gesteuerte und kollimatierte aus dem linearen Polarisierer 78 austretende polarisierte Licht wird dann durch eine zweite TNCL-Zelle 80 mit einer Matrix von adressierbaren Anzeigepixeln geführt. Die TNCL-Zelle 80 wird mit Bezug auf die TNCL-Zelle 76 positioniert, so daß die Matrix der adressierbaren Anzeigepixeln der TNCL-Zelle 80 im wesentlichen mit der Matrix der adressierbaren Anzeigepixeln der TNCL-Zelle 76 ausgerichtet ist. Da das aus dem linearen Polarisierer 78 austretende polarisierte Licht im wesentlichen kollimatiert ist, wird das aus einem einzelnen Anzeigepixel in der TNCL-Zeile 76 austretende Licht optisch mit einem entsprechenden Anzeigepixel in der zweiten TNCL-Zelle ausgerichtet. Die TNCL-Zelle 80 steuert die Wahl der Farbe auf der Rot-Grünkolorimetrischen Achse, indem die Polarisationsachse des eingehenden Lichts um einen Winkel zwischen 0º und 90º gedreht wird, was von der an der Zelle angelegten Spannung abhängt. Die Wahl der Farben auf der kolorimetrischen Achse von Rot bis Grün wird mit zwei orthogonal ausgerichteten Farbpolarisierern 82 und 84 vorgenommen, die aus Dünnfilmmaterialien mit Färbungen bestehen, die als farbspezifische Lichtanalyseeinrichtungen für das durch sie hindurchgehende polarisierte Licht dienen. Der erste Farbpolarisierer 82 absorbiert das Licht mit einer vertikalen Ausrichtung mit Ausnahme des roten Lichtes, so daß in einer vertikalen Ausrichtung (d.h. orthogonal zu der ersten Polarisationsausrichtung) polarisiertes weißes Licht als rotes Licht durchgelassen wird. In einer horizontalen Ausrichtung (d.h. in der ersten Polarisationsausrichtung) polarisiertes Licht wird nicht absorbiert, weshalb sowohl rotes wie grünes Licht, das entlang dieses Y-Pfades in der horizontalen Ausrichtung polarisiert ist, durchgelassen wird. Der zweite Farbpolarisierer 84 läßt sowohl rotes wie grünes Licht mit einer vertikalen Ausrichtung durch und läßt nur in der horizontalen Ausrichtung polarisiertes grünes Licht durch. Das in seiner Intensität gesteuerte und kollimatierte polarisierte Licht, das zwischen den zwei orthogonalen Zuständen ausgerichtet ist, führt zu einer Kombination des roten und grünen Lichtes, das durch die Farbpolarisierer 82 und 84 durchgeht, was die Wahl eines Bereichs von Farben auf der roten und grünen kolorimetrischen Achse erlaubt. In dieser Ausführungsform werden sowohl das blaue Licht entlang des B-Pfades und die endgültige Kombination des roten plus grünen und des blauen Bildes, die zwar nicht in Fig. 4 gezeigt ist, in derselben Weise behandelt, wie oben in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.
Fig. 5A, 5B und 5C stellen den Betrieb der zweiten TNCL-Zelle 80 und der Farbpolarisierer ausführlicher dar. Wie in Fig. 5A gezeigt, wird das kollimatierte rote und grüne Licht, das durch den linearen Polarisierer 78 (Fig. 4) in einer horizontalen (ersten) Ausrichtung polarisiert ist, durch den Pfeil 86 wiedergegeben. Das kollimatierte, polarisierte Licht tritt in ein einzelnes Anzeigepixel 80a in der Anzeigepixelmatrix der TNCL-Zelle 80 ein. Mit Hilfe von herkömmlichen Adressierungstechniken, die oben kurz beschrieben wurden, wird das einzelne Anzeigepixel adressiert und mit Energie versorgt, um die Achse (Ebene) der Polarisation des eingehenden Lichts in einem Bereich von null Grad (0º), wenn das Anzeigepixel einen reinen grünen Farbton erzeugen sollte, bis zu neunzig Grad (90º), wenn das Anzeigepixel einen reinen roten Farbton erzeugen sollte, gedreht, was von der an der Zelle angelegten Spannung abhängt. Das Anzeigepixel 80a in Fig. 5A gibt ein Pixel mit rotem Farbton in dem endgültigen roten plus grünen Bild wieder. Das durch den Pfeil 86 wiedergegebene kollimatierte, polarisierte rote und grüne Licht wird um 90º (neunzig Grad) aus seiner horizontalen Ausrichtung gedreht, um die Farbe Rot wiederzugeben. Das aus dem LCVL-Anzeigepixel 80a austretende Licht tritt dann in den ersten Farbpolarisierer 82 ein. Der Farbpolarisierer 82 weist eine Durchgangsachse für rotes Licht in der vertikalen Ausrichtung auf, die durch die mit dem Bezugszeichen "R" angegebene vertikale Linie im Polarisierer 82 gezeigt ist, wobei der Farbpolarisierer 82 die Funktion hat, rotes Licht zu wählen. Der Farbpolarisierer 82 läßt in der vertikalen Ausrichtung (d.h. orthogonal zu der ersten oder horizontalen Ausrichtung) polarisiertes rotes Licht durch, blockiert in der vertikalen Polarisationsausrichtung polarisiertes grünes Licht und läßt in der horizontalen Ausrichtung polarisiertes (weißes) Breitbandlicht durch, wie durch die mit dem Bezugszeichen "W" angegebene horizontale Linie im Polarisierer 82 gezeigt. Im Fall des aus dem Anzeigepixel 80a in Fig. 5A austretenden Lichtes geht das vertikal polarisierte rote Licht durch den Farbpolarisierer 82 hindurch, während das vertikal polarisierte grüne Licht nicht durchgelassen wird.
Das durchgelassene rote Licht aus dem Farbpolarisierer 82 tritt dann in den zweiten Farbpolarisierer 84 ein. Der Farbpolarisierer 84 weist eine grüne Durchgangsachse in der horizontalen Ausrichtung auf, wie durch die mit dem Bezugszeichen "G" im Polarisierer 84 angegebene horizontale Linie gezeigt, (d.h. orthogonal zu der vertikalen Polarisationsausrichtung des Farbpolarisierers 82). Der Farbpolarisierer 84 läßt in der horizontalen Ausrichtung polarisiertes grünes Licht durch, läßt in der vertikalen Ausrichtung polarisiertes (weißes) Breitbandlicht durch und blockiert in der horizontalen Ausrichtung polarisiertes rotes Licht. Auf diese Weise dient der Farbpolarisierer 54 dazu, polarisiertes grünes Licht mit einer horizontalen Ausrichtung auszuwählen. Im Fall des roten Lichtes, das aus dem Farbpolarisierer 82 in Fig. 5A austritt und sich noch in der vertikalen Ausrichtung befindet, wird das rote Licht durch den Farbpolarisierer 84 gelassen.
Fig. 5B zeigt die Fortpflanzung des Lichtes durch die TNCL-Zelle 80 und die Farbpolarisierer 82 und 84 dar, wenn das Anzeigepixel 80b ein Anzeigepixel mit grünem Farbton in dem endgültigen roten plus grünen Bild wiedergibt. Das kollimatierte, in einer horizontalen Ausrichtung durch den Polarisierer 78 (Fig. 4) polarisierte Licht, das durch den Pfeil 86 angegeben ist, tritt in das LCVL-Anzeigepixel 50B ein und wird um 0º (null Grad) aus seiner horizontalen Ausrichtung gedreht, um eine grüne Farbe wiederzugeben. Das aus dem Anzeigepixel 50B austretende Licht bleibt auf diese Weise in der ersten (oder horizontalen) Ausrichtung polarisiert. Der Farbpolarisierer 82 läßt sowohl rotes wie grünes Licht in einer horizontalen Ausrichtung durch, so daß das aus dem Anzeigepixel 50B austretende rote und grüne Licht aus dem Farbpolarisierer 82 austritt. Der Farbpolarisierer 84 läßt nur in einer horizontalen Ausrichtung polarisiertes grünes Licht durch, so daß das in der horizontalen Ausrichtung polarisierte Licht blockiert wird und nur grünes Licht aus dem Farbpolarisierer 84 austritt.
Fig. 5C zeigt die Fortpflanzung des Lichtes durch die TNCL-Zelle 80 und die Farbpolarisierer 82 und 84, wenn das Anzeigepixel 80c eine Farbe zwischen Rot und Grün, wie etwa ein Bildpixel mit gelbem Farbton, in dem endgültigen roten plus grünen Bild, das aus dem Y-Pfad austritt, wiedergibt. Das kollimatierte, durch den Polarisierer 78 (Fig. 4) in einer horizontalen Ausrichtung polarisierte Licht, das durch den Pfeil 86 angegeben ist, tritt in das LCLV-Anzeigepixel 80c ein und wird um 45º (fünfundvierzig Grad) aus seiner horizontalen Ausrichtung gedreht, um den gewünschten gelben Farbton wiederzugeben. Das polarisierte rote plus grüne Licht, das aus dem LCLV-Anzeigepixel 80c austretende Licht, das durch den Pfeil 89 angegeben ist, setzt sich tatsächlich aus vertikal polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten und horizontal polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten zusammen, wie durch die mit dem Bezugszeichen "R+G" angegebenen gestrichelten Linienvektoren gezeigt. Das polarisierte rote plus grüne Licht tritt dann in den Farbpolarisierer 82 ein. Der Farbpolarisierer 82 läßt die in einer vertikalen Ausrichtung polarisierten roten Lichtkomponenten durch, läßt in einer horizontalen Ausrichtung polarisierte rote und grüne Lichtkomponenten durch und blockiert die in der vertikalen Ausrichtung polarisierten grünen Lichtkomponenten. Der Farbpolarisierer 84 läßt die in der horizontalen Ausrichtung polarisierten grünen Lichtkomponenten (Vektoren) durch, blockiert die in der horizontalen Ausrichtung polarisierten roten Lichtkomponenten und läßt die in der vertikalen Ausrichtung polarisierten roten Lichtkomponenten durch. Auf diese Weise resultieren die zwischen den zwei orthogonalen Zuständen ausgerichteten Polarisationsvektoren in einer Kombination von Mengen roter und grüner Lichtkomponenten, die durch die Farbpolarisierer 82 und 84 durchgehen, was die Wahl eines Bereichs von Farben entlang der roten und grünen kolorimetrischen Achsen erlaubt.
Aus der Beschreibung dieser Ausführungsform kann entnommen werden, daß die Lichtleistung und die insgesamt wahrgenommene Helligkeit des endgültigen Vollfarbbildes wahrscheinlich gegenüber der ersten Ausführungsform verbessert werden, da mehr Licht durch die Absorption der roten und grünen Farbfilter in den Farbpolarisierern 82 und 84 verloren geht.
Außerdem ermöglicht die dritte Ausführungsform eine volle Farbkontrolle entlang der roten und grünen kolrimetrischen Achsen bei jedem adressierbaren Pixel an Stelle des Kombinierens von separaten roten und grünen Pixeln in einer TNCL-Zelle. Jedes adressierbare rote/grüne Anzeigepixel ist deshalb die Entsprechung eines Bildpixels in dem angezeigten Bild. Dieses Merkmal der dritten Ausführungsform der Zweipfad-Farbanzeige bietet eine Flexibilität bezüglich des Anzeigedesings, die verschiedene Anforderungen an das Anzeigendesign erfüllt. Zum Beispiel kann die Bildauflösung und -qualität bei einem ähnlich dimensionierten LCVL, das eine additive Juxtaposition der Anzeigepixel für die Erzeugung einer Mischfarbe verwendet, verbessert werden, ohne die Kontrolle der Farbe zu vermindern, da zweimal so viele Anzeigepixel verwendet werden können, um ein Bild zu erzeugen, das dieselbe Größe aufweist wie ein Bild, das eine additive Juxtaposition von Anzeigepixeln verwendet, um eine Mischfarbe zu erzeugen. In ähnlicher Weise ist eine Vollfarbanzeige mit einer höheren insgesamt wahrgenommenen Helligkeit als zum Beispiel bei der in Fig. 1 dargestellten Anzeige aber mit derselben effektiven Bildauflösung erzielbar, indem einfach größere Anzeigepixel mit einem größeren transparenten Anteil in jedem Pixel verwendet werden. Alternativ dazu könnte die Anzeige selbst mit einer kleineren TNCL-Zelle ohne Verlust der Bildauflösung oder der Helligkeit aber mit geringeren Kosten hergestellt werden, was durch die herabgesetzten Herstellungskosten und die Verwendung kleinerer optischer Elemente ermöglicht wird. Während schließlich diese dritte Ausfiihrungsform zwei TNCL-Zellen in einem der optischen Pfade verwendet, die eine sorgfältige Ausrichtung der Anzeigepixel beibehalten müssen, ist diese Ausrichtung unter Verwendung von herkömmlichen Techniken relativ einfach zu erzielen und aufrechtzuerhalten, da die Zellen sehr eng nebeneinander im gelben optischen Pfad positioniert sind. Diese Ausrichtung ist einfacher zu erzielen als die Ausrichtung der roten und grünen Bilder, die bei einer Anzeige mit drei optischen Pfaden erforderlich ist.
Das hier vorgestellte Zweipfad-Flüssigkristall-Anzeigesystem bietet mehrere Vorteile gegenüber den Farbanzeigesystemen des Standes der Technik, zu denen eine verbesserte effektive räumliche Auflösung gegenüber einer Einrichtung mit einer vergleichbaren Bildpixeldichte und -größe, die eine räumliche Juxtaposition von koplanaren roten, grünen und blauen Subpixeln verwendet, da, wie oben genannt, die langen und mittleren Wellenlängenelemente (d.h. der gelbe Kanal) im wesentlichen alle räumlichen Details für die Rekonstruktion des Farbbildes vorsehen. Außerdem sieht das Vollfarbanzeigesystem der vorliegenden Erfindung gegenüber einer Einrichtung mit vergleichbarer Bildpixeldichte und -größe, die eine räumliche Juxtaposition von Primärfarbsubpixeln verwendet, aufgrund der separaten Behandlung des roten und grünen Lichtes und aufgrund der niedrigeren Auflösung und dementsprechend größeren Größe der blauen Bildpixelelemente eine verbesserte Lichtleistung vor. Die Lichtleistung wird auch durch die Beseitigung eines Absorptionsfilters für Blau im System verbessert, wie es in einigen Farbanzeigesystemen des Standes der Technik zu finden ist. Weiterhin reduziert die Vereinfachung des Zweipfad-Flüssigkristall-Anzeigesystems durch die Beseitigung eines optischen Pfades und der damit verbundenen optischen Elemente die Herstellungskosten, die Größe und die kritische Natur der präzisen Ausrichtung, die für die drei separaten Bilder in einem Dreipfadsystem erforderlich sind.

Claims

1. Flüssigkristallfarbanzeige zum Anzeigen eines Vollfarbbildes mit

einer Lichtquelleneinrichtung (20,30) um eine Im wesentlichen kollimatierte rote Lichtkomponente und eine im wesentlichen kollimatierte grüne Lichtkomponente entlang eines ersten optischen Pfades (Y,R+G) und eine im wesentlichen kollimatierte blaue Lichtkomponente entlang eines zweiten optischen Pfades (B) zu erzeugen,

eine erste Flüssigkristallbilderzeugungseinrichtung (32-36,70) zum Bilden eines roten und grünen Farbbildes mit einer ersten Bildauflösung, wobei die erste Bilderzeugungseinrichtung die kollimatierten roten und grünen Lichtkomponenten aus der Lichtquelleneinrichtung über den ersten optischen Pfad (Y,R+G) empfängt,

eine zweite Flüssigkristallbilderzeugungseinrichtung (40-44) zum Bilden eines blauen Farbbildes mit einer zweiten Bildauflösung, wobei die zweite Bilderzeugungseinrichtung die kollimatierte Bildkomponente aus der Lichtquelleneinrichtung über den zweiten optischen Pfad (B) empfängt,

eine Bildkombinationseinrichtung (50) zum Empfangen des roten und grünen Farbbildes und des blauen Farbbildes jeweils aus dem ersten und dem zweiten optischen Pfad (Y,R+G,B) und zum Kombinieren der Farbbilder durch additive räumliche Überlagerung zu einem zusammengesetzten Vollfarbbild mit einer effektiven Auflösung des ersten Bildes, und

eine Bildanzeigeeinrichtung, die angeordnet ist, um das zusammengesetzte Vollfarbbild aus der Bildkombinationseinrichtung (50) zu empfangen und das zusammengesetzte Vollfarbbild derart anzuzeigen, daß es für einen menschlichen Betrachter sichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bildauflösung des blauen Farbbildes niedriger ist als die erste Bildauflösung des roten und grünen Farbbildes.

2. Flüssigkristallfarbanzeige nach Anspruch 1, wobei die Bildanzeigeeinrichtung eine Vergrößerungseinrichtung (50) umfaßt, um das zusammengesetzte Vollfarbbild zu vergrößern und auf eine Ansichtsoberfläche zu projizieren.

3. Flüssigkristallfarbanzeige nach Anspruch 1, wobei die zweite Bildauflösung des blauen Farbbildes in einem Bereich zwischen der Hälfte und einem Viertel der ersten Bildauflösung des roten und grünen Farbbildes liegt.

4. Flüssigkristallfarbanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste Flüssigkristallbilderzeugungseinrichtung (32-36,70) enthält:

einen ersten linearen Polarisierer (32) zum Polarisieren der roten und grünen Lichtkomponenten,

eine erste verdrehte nematische Flüssigkristallzelle (34) mit einer ersten Vielzahl von individuell adressierbaren lichtmodulierenden Anzeigepixeln (35) zum Bilden des roten und grünen Bildes aus den polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten, wobei die erste Vielzahl von Anzeigepixeln (35) erste mit diesen verbundene Modulationseinrichtungen zum Modulieren der von der Lichtquelleneinrichtung empfangenen polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten in Übereinstimmung mit dem zu bildenden roten und grünen Bild aufweist, und

eine erste Analyseeinrichtung (36) zum Steuern der Lichtintensität jedes einzelnen der Vielzahl von Anzeigepixeln in dem roten und grünen Bild,

und wobei die zweite Flüssigkristallbilderzeugungseinrichtung (40-44) enthält:

einen zweiten linearen Polarisierer (40) zum Polarisieren der blauen Lichtkomponente,

eine zweite verdrehte nematische Flüssigkristallzelle (42) mit einer zweiten Vielzahl von individuell adressierbaren Anzeigepixeln zum Bilden des blauen Bildes aus der polarisierten blauen Lichtkomponente, wobei die zweite Vielzahl von Anzeigepixeln zweite mit diesen verbundene Modulationseinrichtungen zum Modulieren der von der Lichtquelleneinrichtung empfangenen polarisierten blauen Lichtkomponenten in Übereinstimmung mit dem zu bildenden blauen Bild aufweist, und

eine zweite Analyseeinrichtung (44) zum Steuern der Lichtintensität jedes einzelnen der Vielzahl von Anzeigepixeln in dem blauen Bild.

5. Flüssigkristallfarbanzeige nach Anspruch 1, wobei die erste Flüssigkristallbilderzeugungseinrichtung (32-36,70) enthält:

Flüssigkristall-Lichtintensitäts-Steuereinrichtungen (76,78) zum Steuern der Lichtintensität einer ersten Vielzahl von individuell adressierbaren Anzeigepixeln des roten und grünen Bildes, wobei die erste Vielzahl von Anzeigepixeln erste mit diesen verbundene Modulationseinrichtungen zum Modulieren der Lichtintensität der von der Lichtquelleneinrichtung empfangenen polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten in Übereinstimmung mit dem zu bildenden roten und grünen Bild aufweist,

Flüssigkristall-Farbwahleinrichtungen (80,82,84) zum Wählen der Farbe in jedem der Vielzahl von indiviudell adressierbaren Anzeigepixeln des roten und grünen Bildes entlang einer kolorimetrischen Achse von Rot zu Grün, wobei die zweite Vielzahl von Anzeigepixeln zweite mit diesen verbundene Modulationseinrichtungen zum Modulieren der polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten aufweist, um die Farbe in Übereinstimmung mit dem zu bildenden roten und grünen Bild zu wählen, wobei die Flüssigkristall-Wahleinrichtung wenigstens zwei Farbwahlpolarisierer zum Wählen der Quantitäten der kollimatierten roten und grünen Lichtkomponenten in jedem der zweiten Vielzahl von Anzeigepixeln in Übereinstimmung mit dem zu bildenden roten und grünen Bild aufweist, und

wobei die erste Vielzahl von individuell adressierbaren Anzeigepixeln der Flüssigkristall-Lichtintensitäts-Steuereinrichtung im wesentlichen mit der zweiten Vielzahl von individuell adressierbaren Anzeigepixeln der Flüssigkristall Wahleinrichtung entlang des ersten optischen Pfades ausgerichtet ist.

6. Flüssigkristallfarbanzeige nach Anspruch 5,

wobei die Flüssigkristall-Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (76,78) einen linearen Polarisierer (80) zum Polarisieren der kollimatierten roten und grünen Lichtkomponenten in einer ersten Polarisationseinrichtung aufweist, wobei die Flüssigkristall-Farbwahleinrichtung (80,82,84) ein nematisches Flüssigkristallmaterial (80) in einer verdrehten Konfiguration zum Bilden des roten und grünen Bildes in der zweiten Vielzahl von individuell adressierbaren Anzeigpixeln aufweist, wobei das nematische Kristalmaterial in der Lage ist, eine Drehung der ersten Polarisationsausrichtung der kollimatierten roten und grünen Lichtkomponenten zu einer zweiten Polarisationsausrichtung zu verursachen, wenn die zweite Modulationseinrichtung das Anzeigepixel mit Energie versorgt, und wobei die Flüssigkristall-Farbwahleinrichtung (80,82,84) wenigstens zwei Farbwahlpolarisierer (82,84) enthält, und

wobei die wenigstens zwei Farbwahlpolarisierer (82,84) umfassen: einen ersten linearen Farbwahlpolarisierer (82) zum Wählen von rotem Licht, wobei der erste lineare Farbwahlpolarisierer die in der zweiten Polarisationsausrichtung polarisierte rote Lichtkomponente durchläßt, die in der zweiten Polarisationsausrichtung polarisierte grüne Lichtkomponente absorbiert und die in der ersten Polarisationsausrichtung polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten durchläßt, und

einen zweiten linearen Farbwahlpolarisierer (84) zum Wählen von grünem Licht, wobei der zweite lineare Farbwahlpolarisierer die in der erste Polarisationsausrichtung polarisierte grüne Lichtkomponente durchläßt, die in der erste Polarisationsausrichtung polarisierte roten Lichtkomponente absorbiert und die in der zweiten Polarisationsausrichtung polarisierten roten und grünen Lichtkomponenten durchläßt.