-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Flüssigkristallfelder, welche
Sammelmikrolinsen aufweisen, welche Pixelelektroden gegenüberliegen,
die Flüssigkristallpixel
ansteuern, um so eine höhere
Luminanz zu erreichen, und Projektoranzeigeeinrichtungen, bei denen
solche Flüssigkristallfelder
verwendet werden.
-
Seit
einiger Zeit wurden Flüssigkristallprojektoren
und Flüssigkristall-Projektionsfernsehgeräte, bei
denen ein Bild auf einem Flüssigkristallfeld
auf einem Bildschirm durch ein verstärkendes optisches Projektionssystem
projiziert wird, wobei eine Flüssigkristallanzeige
als optisches Schaltelement verwendet wird, verbreitet entwickelt.
Diese Geräte
sind dahingehend vorteilhaft, dass sie dünn und leicht sind, scharfe
Bilder haben, nicht durch den Erdmagnetismus beeinträchtigt werden
und keine hoch genaue Einstellung erfordern.
-
Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen
werden in Einzelfeldsysteme klassifiziert, die aus einer Flüssigkristallanzeige
bestehen, welche Farbfilter für
drei Farben haben, d. h., B (blau), R (rot) und G (grün), und
Dreifeldsysteme, die monochrome Flüssigkristallfelder für die optischen
Pfade B, R und G haben. Bei den Einzelfeldsystemen kann eine kompakte
und leichte Flüssigkristalleinrichtung
wegen ihres einfachen Aufbaus schnell und preiswert hergestellt
werden. Da jedoch die Farbfilter eine große Menge an Licht absorbieren,
ist es schwierig, höhere
Luminanz und effizientes Kühlen
zu erreichen.
-
Um
diese Schwierigkeiten zu lösen,
offenbaren beispielsweise das japanische offengelegte Patent Nr.
4-60 538 (anschließend
als Dokument (i) bezeichnet) und "ASIA DISPLAY '95, Seite 87 bis 89 (anschließend als
Dokument (ii) bezeichnet) Farbflüssigkristallanzeigeeinrichtungen,
bei denen Sammelmikrolinsen wie folgt angeordnet sind: eine Sammelmikrolinse
liegt jeweils drei Pixelelektroden gegenüber, die Flüssigkristallpixel ansteuern,
und Lichtstrahlen von drei Farben, d. h., B, R und G, treten in jede
der Mikrolinsen aus wechselseitig unterschiedlichen Richtungen ein,
um so gesammelt zu werden, und der resultierende hervorgehende Lichtstrahl
von drei Farben tritt in eine Pixelelektrode ein, die der Farbe
des hervortretenden Lichtstrahls entspricht. Bei dieser Farbflüssig-Kristallanzeigeeinrichtung können Lichtstrahlen,
die normalerweise in die Bereiche zwischen Pixeln eintreten (die
Matrix von undurchlässigen
Bereichen, in denen Dünnfilmtransistoren
(TFTs) als Pixelansteuerelemente gebildet sind) effektiv verwendet
werden, so dass das effektive Aperturverhältnis ansteigt, wodurch eine
höhere
Luminanz erreicht wird.
-
Gemäß diesen
Farbflüssig-Kristallanzeigeeinrichtungen
sind die Brennpunkte der Mikrolinsen, die den Pixelelektroden gegenüberliegen,
in der Nähe
der jeweiligen Pixelbereiche angeordnet. Anders ausgedrückt wird
paralleles Licht, welches in die Mikrolinsen eindringt, auf einen
Fokus in der Nähe des
Pixelbereichs gesammelt, und dann wieder divergiert.
-
Obwohl
Datenprojektoren und Rücklichtprojektions-Fernsehgeräte auf der
Basis des Flüssigkristall-Projektionssystems
schon einer praktischen Verwendung zugeführt wurden, wird angenommen,
dass mit der Entwicklung von Multimedia diese Einrichtungen erforderlich
sind, Computerbilder und AV (Audio-Video)-Bilder auf der gleichen
Anzeigefeld mit einer Auflösung
so hoch wie mit der bei hochauflösenden
Fernsehgeräten
anzuzeigen. Bei einem derartigen Fall muss das optische System einschließlich der Flüssigkristall-Anzeigeelemente
eine höhere
Auflösung,
eine höhere
Bildqualität
und eine höhere
Luminanz im Vergleich mit herkömmlichen
optischen Systemen haben. Beispielsweise werden bei einem Flüssigkristall-Anzeigefeld,
welches gegenwärtig
für Rücklichtprojektions-Fernsehgeräte verwendet
wird, TFTs verwendet, die aus amorphen Silizium (a-Si) hergestellt
sind, und die Gesamtzahl von Pixeln beträgt ungefähr 1300000 oder weniger bei
einer Bildgröße von 3
bis 5 Inch. Um jedoch dünnere
leichtere Geräte
gemäß dem Flüssigkristall-Projektionssystem zu
erhalten, ist es notwendig, die Pixeldichte auf ungefähr 1500000
bis 2000000 Pixeln bei einer Bildgröße von 2 Inch zu steigern.
Außerdem
sind diese kompakten hochauflösenden
LCD-Felder einschließlich ihres
optischen Systems zum Reduzieren der Kosten vorteilhaft. Folglich
wird dazu ein weiter ansteigender Wunsch von Verbrauchern in der
Zukunft erwartet. Was Herstellungsverfahren betrifft, wird angenommen,
dass Hochtemperatur-Polysilizium-TFT-Verfahren
(Polykristallines Silizium) oder Niedrigtemperatur- Polysilizium-TFT-Verfahren
wichtig werden, um hochauflösende
Flüssigkristallfelder
herzustellen.
-
Wie
oben erwähnt
ist es eine große
Notwendigkeit, die Fläche
von Pixelbereichen bei Flüssigkristallprojektoren
zu reduzieren, um höhere
Auflösung
zu erreichen. Somit ist es von jetzt an für TFTs erforderlich, dass die
Pixelansteuerelemente aus Polysilizium anstelle von amorphen Silizium
hergestellt sind. Der Grund dafür
darin, dass im Fall von a-Si, welches eine niedrige Trägermobilität hat, die
Größe der TFTs
bis zu einem Ausmaß ansteigen
muss, um eine bestimmte Menge an elektrischen Strom zum Ansteuern
der Pixel bereitzustellen. In der Zwischenzeit kann bei Polysilizium,
welches eine hohe Trägermobilität hat, die
Größe der TFTs
reduziert werden. In der Praxis ist die Pixelteilung auf ungefähr 100 μm im Fall
von a-Si begrenzt, während
eine kleine Pixelteilung von 20 μm
im Fall von Polysilizium angewandt werden kann.
-
Mit
einer derartigen Verminderung der Pixelfläche ist erforderlich, dass
der Sammlungsdiameter der Mikrolinsen entsprechend kleiner ist.
Obwohl es ideal ist, dass die Lichtstrahlen, die in die Mikrolinsen vom
optischen Projektionssystem eintreten, vollständig parallel zur optischen
Achse sein sollten, sind in der Praxis die Lichtstrahlen von dem
Parallelzustand um einen kleinen Winkel verschoben. Somit erreichen
die Lichtstrahlen, die lediglich in jedes Pixel eintreten sollten,
die undurchlässigen
Bereiche zwischen benachbarten Pixeln, wodurch die Übertragungswirksamkeit
reduziert wird. Folglich nimmt die Luminanz des Anzeigebilds ab
und die Wirkung der Mikrolinsen verschlechtert sich. Wenn außerdem ein Lichtstrahl,
der lediglich in ein Pixel für
eine bestimmte Farbe eintreten sollte (beispielsweise das Pixel
G), in ein benachbartes Pixel für
eine andere Farbe eintritt (beispielsweise das Pixel R), tritt ein
sogenanntes Farbmischen auf und verschlechtert die Farbbildqualität. Beispielsweise
hat die einfallende Lichtintensität und die Verschiebung zwischen
dem ursprünglichen Einfallswinkel
und dem Lichtstrahl, der in ein Pixel einer bestimmten Farbe eintritt
(beispielsweise für
das Pixel G) die Beziehung, die in 5 gezeigt
ist. Die einfallende Lichtintensität hat ihren Maximalwert bei Winkeln,
die leicht gegenüber
dem ursprünglichen Einfallswinkel
verschoben sind, wie in 5 gezeigt ist. Daher ist es
klar, dass die Verschiebung des Einfallswinkels die Luminanz und
das Farbmischen der angezeigten Bilder stark beeinträchtigt.
-
Je
größer der
Abstand zwischen jedem Pixelbereich und der entsprechenden Mikrolinse
ist, desto mehr bemerkbar wird dieser Trend. Daher muss mit einem
ansteigenden Wunsch nach hoher Auflösung der Abstand jedes Pixels
und der entsprechenden Mikrolinse entsprechend reduziert werden. Um
dies zu erreichen, können
die folgenden Verfahren angewandt werden: ein Verfahren, welches
die Brennweite reduziert, wobei die Größe der Mikrolinsen vermindert
wird, während
ihre Form beibehalten wird, und ein Verfahren, bei dem die Brennweite
alleine reduziert wird, ohne die Größe der Mikrolinsen zu ändern. Gemäß dem früheren Verfahren ändert sich der
Aperturwinkel (der Winkel, der dem Linsendurchmesser am Brennpunkt
gegenüberliegt)
an der Lichtaustrittsseite nicht, da die Form der Mikrolinsen beihalten
wird. Es ist jedoch nicht einfach, derartige feine Mikrolinsen zu
konstruieren und zu erzeugen. Außerdem ist es nicht praktikabel,
die Größe der Mikrolinsen
zu reduzieren, während
die Form beibehalten wird, wenn man die Beziehung zwischen dem Anzeigeelementformat
und anderen optischen Teilen betrachtet. Daher ist erforderlich,
dass die Brennweite reduziert wird, ohne den Linsendurchmesser stark zu ändern.
-
In
einem solchen Fall kann der Aperturwinkel angehoben werden, wenn
die Brennweitenpunkte an dem Pixelbereich wie oben erwähnt positioniert
werden. Der Divergenzwinkel der austretenden Lichtstrahlen von der
Mikrolinse wird dadurch vergrößert. Um
die Gesamtheit jedes Lichtstrahls effektiv zu nutzen, der von der
Flüssigkristallanzeige
austritt, ohne Verdunkelung, muss die Blende der Projektionslinse, die
hinter dem Flüssigkristallanzeigefeld
angeordnet ist, beträchtlich
reduziert werden, anders ausgedrückt,
es ist somit notwendig, ein helles Linsensystem zu verwenden. Der
Grund dafür
liegt darin, dass eine Verdunkelung von Lichtstrahlen eine Nichtgleichförmigkeit
von Luminanz oder Chrominanz bei Bildern zur Folge hat, die auf
einen Bildschirm projiziert werden, Es ist jedoch allgemein schwierig
und kostenträchtig,
ein Linsensystem zu entwerfen und herzustellen, welches einen niedrige
Blende hat, wodurch somit die Herstellungskosten für die Einrichtung
insgesamt ansteigen.
-
Die
EP 0 718 665 offenbart eine
Farbanzeigeeinrichtung, welche mehrere Bildelemente aufweist, die
in einer Matrix auf einem Substrat angeordnet sind, um einfallendes
Licht zu modulieren und um austretendes Licht durch die mehreren Mikrolinsen zu
emittieren, welche auf der Einfallslichtseite und gegenüber den
Bildelementen angeordnet sind.
-
Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Flüssigkristallanzeigefelder
mit niedrigen Herstellungskosten bereitzustellen, die hochauflösende Bilder
liefern, ohne verschlechterte Bildqualität, beispielsweise eine nichtgleichförmige Luminanz oder
Chrominanz, und eine Projektionsanzeigeeinrichtung, bei der Flüssigkristallanzeigen
verwendet werden.
-
Eine
Flüssigkristallanzeige
nach der vorliegenden Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert und
weist auf:
ein erstes Substrat, welches Pixelelektroden aufweist,
die in einem Matrixmuster angeordnet sind;
ein zweites Substrat,
welches dem ersten Substrat gegenüber liegt, wobei das zweite
Substrat ein transparentes Substrat, eine Gegenelektrode, die den
Pixelelektroden gegenüberliegt,
und eine Mikrolinsenmatrix aufweist, welche zwischen dem transparenten Substrat
und der Gegenelektrode vorgesehen ist; und
eine Flüssigkristallschicht,
die zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist;
wobei
die Brennweite von Mikrolinsen, welche die Mikrolinsenmatrix bilden,
so festgelegt ist, dass diese länger
ist als Abstand zwischen der Mikrolinsenmatrix und dem ersten Substrat,
und erlaubt wird, dass Licht, welches durch alle Mikrolinsen gesammelt wird,
durch eine entsprechende der Pixelelektroden läuft und innerhalb des ersten
Substrats fokussiert. Das Flüssigkristallfeld
hat ein Farbfilter, welches zwischen der Gegenelektrode und den
Mikrolinsen für jedes
Pixel vorgesehen ist.
-
Die
Pixelelektroden können
eine Pixelteilung von 20 μm
oder weniger zeigen.
-
Die
Mirkolinsen können
so angeordnet sein, dass jede Mirkolinse jeder Pixelelektrode gegenüberliegt,
oder jede Mikrolinse mehreren Pixelelektroden im ersten Substrat
gegenüberliegt.
-
Eine
Projektionsanzeigeeinrichtung gemäß einem ersten Merkmal der
vorliegenden Erfindung weist auf:
eine Lichtquelle;
eine
Einrichtung zum Trennen von Licht, welches von der Lichtquelle austritt,
in mehrere Lichtstrahlen, die wechselseitig unterschiedliche Wellenlängebereiche haben;
ein
Flüssigkristallfeld,
in das die Lichtstrahlen eintreten, wobei das Flüssigkristallfeld aufweist:
ein
erstes Substrat, welches Pixelelektroden aufweist, die in einem
Matrixmuster angeordnet sind;
ein zweites Substrat, welches
dem ersten Substrat gegenüber
liegt, wobei das zweite Substrat ein transparentes Substrat, eine
Gegenelektrode, die den Pixelelektroden gegenüberliegt, und eine Mikrolinsenmatrix
aufweist, welche zwischen dem transparenten Substrat und der Gegenelektrode
vorgesehen ist; und
eine Flüssigkristallschicht,
die zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (121, 122)
angeordnet ist;
wobei die Brennweite von Mikrolinsen, welche
die Mikrolinsenmatrix bilden, so festgelegt ist, dass diese länger ist
als Abstand zwischen der Mikrolinsenmatrix und dem ersten Substrat,
und erlaubt wird, dass Licht, welches durch alle Mikrolinsen gesammelt wird,
durch die entsprechenden Pixelelektroden läuft und innerhalb des ersten
Substrats fokussiert,
und eine Einrichtung zum Synthetisieren
eines jeden der Lichtstrahlen, die durch das Flüssigkristallfeld übertragen
wurden und darin moduliert wurden, auf einem Anzeigebildschirm.
-
Das
Flüssigkristallfeld
hat ein Farbfilter, welches zwischen der Gegenelektrode und den
Mikrolinsen vorgesehen ist.
-
Die
Mikrolinsen können
so angeordnet sein, dass jede Mikrolinse mehreren Pixelelektroden
im ersten Substrat gegenüberliegt.
Die Einrichtung zum Trennen des austretenden Lichts kann beispielsweise
aus Dichroit-Spiegeln, einem Hologrammelement, einem Beugungsgitter
oder einem Prisma bestehen.
-
Die
Pixelelektroden können
eine Pixelteilung von 20 μm
oder weniger aufweisen.
-
Eine
Projektionsanzeigeeinrichtung gemäß einem zweiten Merkmal der
vorliegenden Erfindung weist auf:
eine Lichtquelle;
eine
Einrichtung zum Trennen von Licht, welches von der Lichtquelle austritt,
in mehrere Lichtstrahlen, welche wechselseitig unterschiedliche
Wellenlängebereiche
haben;
mehrere Flüssigkristallfelder,
in die die Lichtstrahlen entsprechend eintreten, wobei jedes der
Flüssigkeitsfelder
aufweist:
ein erstes Substrat, welches Pixelelektroden aufweist,
die in einem Matrixmuster angeordnet sind;
ein zweites Substrat,
welches gegenüber
dem ersten Substrat liegt, wobei das zweite Substrat ein transparentes
Substrat, eine Gegenelektrode, die den Pixelelektroden gegenüberliegt,
und eine Mikrolinsenmatrix aufweist, welche zwischen dem transparenten Substrat
und der Gegenelektrode vorgesehen ist; und
eine Flüssigkristallschicht,
die zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist;
wobei
die Brennweite von Mikrolinsen, welche die Mikrolinsenmatrix bilden,
so festgelegt ist, dass diese länger
ist als Abstand zwischen der Mikrolinsenmatrix und dem ersten Substrat,
und erlaubt wird, dass Licht, welches durch alle Mikrolinsen gesammelt wird,
durch die Pixelelektroden läuft
und innerhalb des ersten Substrats fokussiert,
und eine Einrichtung
zum Synthetisieren der Lichtstrahlen, die von den entsprechenden
Flüssigkristallfeldern
austreten, auf einem Anzeigebildschirm.
-
Das
Flüssigkeitskristallfeld
hat ein Farbfilter, welches zwischen der Gegenelektrode und den
Mikrolinsen vorgesehen ist.
-
Die
Mikrolinsen können
so angeordnet sein, dass es jeder Mikrolinse erlaubt wird, jeder
Pixelelektrode im ersten Substrat gegenüber zu liegen. Lichtstrahlen
der Primärfarben
R, G und B können
auf die entsprechenden Flüssigkristallfelder
fallen. Die Pixelelektroden können
eine Pixelteilung von 20 μm
oder weniger zeigen.
-
Gemäß einem
Flüssigkristallfeld
nach der vorliegenden Erfindung wird die Brennweite von Mikrolinsen
so festgelegt, dass sie länger
ist als der Abstand zwischen der Mikrolinsenmatrix und dem ersten
Substrat, während
Licht, welches durch jede Mikrolinse gesammelt wird, eingerichtet
ist, auf die Innenseite des ersten Substrats fokussiert zu werden; somit
kann der Divergenzwinkel nach dem Fokussieren reduziert werden.
-
1 ist
ein Diagramm, welches die Hauptstruktur einer Projektions-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 ist
ein Querschnittsdiagramm, welches die Struktur und die Arbeitsweise
des LCD-Felds von 1 zeigt;
-
3 ist
ein Querschnittsdiagramm, welches die Struktur und die Arbeitsweise
eines alternativen LCD-Felds im Vergleich zu dem von 1 zeigt;
-
4 ist
ein Querschnittsdiagramm, welches die Struktur eines LCD-Felds bei einer Projektions-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 ist
eine grafische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Verschiebung
des Einfallswinkels und der Einfallslichtintensität zeigt;
und
-
6 ist
ein Querschnittsdiagramm, welches ein optisches System eines LCD-Felds
zeigt.
-
Die
obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
verstanden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen
wird.
-
1 zeigt
die Hauptstruktur eines Farb-Flüssigkristallprojektors
einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Die Einrichtung hat: dichroitische Spiegel 12B, 12R und 12G,
die das parallele weiße
Licht 11, welches von einer Weißlichtquelle (nicht in der
Figur gezeigt) herkommt, in mehrere Lichtstrahlen, die wechselseitig
verschiedene Wellenbereiche haben, d. h., in einen Blaulichtstrahl
B, in einen Rotlichtstrahl R bzw. in einen Grünlichtstrahl G farblich trennen;
ein LCD-Feld 20,
welches die Intensität
des B-Lichtstrahls, des R-Lichtstrahls und des G-Lichtstrahls als Antwort auf die Farbsignale
moduliert; und eine Projektionslinse 30, die das Licht,
welches vom LCD-Feld 20 austritt, zur Projektion und zum
Farbaufbau auf einem Bildschirm 40 sammelt.
-
Das
parallele Weißlicht 11 wird
in Lichtstrahlen B, R bzw. G, die gegenseitig verschiedene Wellenlängenbereiche
haben, durch die dichroitischen Spiegel 12B, 12R und 12G farblich
getrennt. Die dichroitischen Spiegel 12B, 12R und 12G sind
so eingestellt, dass sie untereinander einen kleinen Winkel haben,
so dass diese Lichtstrahlen in das LCD-Feld 20 mit wechselseitig
unterschiedlichen Winkeln eintreten. Bei dieser Ausführungsform
wird erlaubt, dass der R-Lichtstrahl senkrecht in das LCD-Feld 20 eindringt,
und der B-Lichtstrahl und der G-Lichtstrahl sind so angeordnet,
dass diese in das LCD-Feld 20 mit Winkeln von +θ bzw. –θ in bezug
auf den R-Lichtstrahl eintreten. Das LCD-Feld 20, welches
ausführlich
mit Hilfe von 2 erläutert wird, hat ein erstes Substrat 21,
auf welchem zahlreiche Pixelelektroden gemäß einem Matrixmuster angeordnet
sind, ein zweites Substrat 22, welches eine gegenüberliegende
Elektrode sowie Mikrolinsen (beide in der Figur nicht gezeigt) hat,
und eine Flüssigkristallschicht 23, die
zwischen dem ersten Substrat 21 und dem zweiten Substrat 22 angeordnet
ist.
-
Die
drei Lichtstrahlarten, welche in das LCD-Feld 20 senkrecht,
bei +θ gegenüber der
senkrechten Richtung und bei –θ gegenüber der
senkrechten Richtung eintreten, können den B-, R- und G-Lichtstrahlen
auf diese Weise zugeordnet werden.
-
Obwohl
bei dieser Ausführungsform
dichroitische Spiegel zur Trennung des Lichts in unterschiedliche
Wellenlängenbereiche
verwendet werden, können
anstelle davon Holgramme, Beugungsgitter, Prismen, usw. verwendet
werden.
-
2 ist
ein vergrößertes Diagramm,
welches die Querschnittsstruktur des LCD-Felds 20 von 1 zeigt.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, besteht das erste Substrat 21 aus:
einem Glassubstrat 21a, mehreren Pixelelektroden 21B, 21R und 21G,
die regelmäßig vom
Boden zum Kopf der Figur auf einer Seite (Lichteinfallsseite in
dieser Figur) des Glassubstrats 21a gemäß einem Matrixmuster angeordnet sind,
und lichtundurchlässigen
Bereichen 21b, die aus TFTs (in der Figur nicht gezeigt),
die als Schaltelemente verwendet werden, um eine Spannung an jede
der Pixelelektroden als Antwort auf die Bildsignale anzulegen. Jeder
der TFTs besitzt eine Gateelektrode, eine Drain-Elektrode und eine
Source-Elektrode (keine von diesen ist in der Figur zeigt), die
beispielsweise aus Polysilizium hergestellt sind. Die Gateelektrode
ist mit einer Adressleitung (nicht gezeigt in der Figur) verbunden,
welche vom Kopf bis zum Boden der Figur läuft, die Source-Elektrode ist
mit einer Datenleitung verbunden (in der Figur nicht gezeigt), die
in der Richtung senkrecht zur Ebene der Figur läuft, und die Drain-Elektrode
ist mit der entsprechenden Pixelelektrode 21B, 21R oder 21G verbunden.
Die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle im Bereich
der Flüssigkristallschicht 23 zwischen
einer Pixelelektrode und einer Gegenelektrode 22d wird
durch selektives Anlegen einer Bildsignalspannung an die Pixelelektrode
geändert,
welche durch die Adressleitung und die Datenleitung ausgewählt wird.
Die Polarisationsrichtung der Lichtstrahlen, welche durch diesen
Bereich der Flüssigkristallschicht 23 laufen,
wird dadurch geändert.
-
Das
zweite Substrat 22 besteht aus: einem Glassubstrat 22a,
einer Mikrolinsenmatrix 22b, welcher auf einer Seite des
Glassubstrats 22a gebildet ist (der Lichtaustrittsseite
in der Figur), einem Abdeckglas 22c, welches eng auf der
Mikrolinsenmatrix 22b angeordnet ist, und der Gegenelektrode 22d, welche
auf dem Abdeckglas 22c gebildet ist.
-
Die
Gegenelektrode 22d ist eine transparente Elektrode, welche
auf der Gesamtfläche
oder den erforderlichen Bereichen (d. h., zumindest den Bereichen,
die den Pixelelektroden 21b, 21R und 21G des ersten
Substrats 21 gegenüberliegen)
des Abdeckglases 22c gebildet sind. Das elektrische Potential der
Gegenelektrode 22d ist bei einem konstanten Wert fest.
-
Die
Mikrolinsenmatrix 22b kann als Gradientenindexlinsen durch
ein selektives Ionendiffusionsverfahren gebildet sein, jedoch auch
durch andere Verfahren hergestellt werden. Obwohl jede Mikrolinse
ML, die die Mikrolinsenmatrix 22b bilden, allgemein als
plano-konvexe Linse gebildet ist, deren Achse senkrecht zur Ebene
der Figur ist, kann sie eine all gemeine Kugellinse oder eine Beinah-Kugellinse sein,
die eine gekrümmte
Fläche
aufweist. Außerdem können, obwohl
die Lichtauftreffseite der Mikrolinsen MLs konvex ist und die Lichtaustrittsseite
bei dieser Ausführungsform
flach ist, alternativ die Lichtauftreffseite der Mikrolinsen MLs
flach sein und die Lichtaustrittsseite konvex sein.
-
Die
Mikrolinsenmatrix 22b ist bei dieser Ausführungsform
so ausgebildet, dass eine Mikrolinse für alle drei Pixelelektroden 21B, 21R und 21G des ersten
Substrats 21 angeordnet ist. Die Lichtstrahlen B, R und
G, welche in die Mikrolinsen von drei unterschiedlichen Richtungen
eintreten, werden gesammelt, laufen durch die Flüssigkristallschicht 23 und treten
dann in die Pixelelektroden 21B, 21R bzw. 21G ein.
Beispielsweise, was den R-Lichtstrahl betrifft, so ist der Brennpunkt
FR der Mikrolinsenmatrix 22B tief innerhalb des Glassubstrats 21a angeordnet,
jedoch nicht auf oder in der Nähe
der Pixelelektrode 21R. Anders ausgedrückt ist die Brennweite f der
Mikrolinse länger
als der Abstand d zwischen der Pixelelektrode 21R und dem
Hauptpunkt A der Mikrolinse. Daher läuft der R-Lichtstrahl, der von der Mikrolinse austritt,
durch die Pixelelektrode 21R, wobei er nicht vollständig fokussiert
ist. Lichtstrahlen anderer Farben (die B- und G-Lichtstrahlen) verhalten sich ähnlich wie
oben. Dies ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung.
-
Die
Arbeitsweise der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung,
welche den obigen Aufbau hat, wird nun erläutert.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, wird das parallele Weißlicht 11,
welches von einer Lichtquelle (in der Figur nicht gezeigt) herkommt,
in drei Lichtstrahlen B, R und G, die unterschiedliche gegenseitige
Wellenlängenbereiche
haben, durch die dichroitischen Spiegel 12B, 12R bzw. 12G farblich
getrennt. Die drei Lichtstrahlen B, R und G sind durch einen Polarisierer,
der in der Figur nicht gezeigt ist, linearpolarisiert und treten
dann in die Mikrolinsenmatrix 22b des LCD-Felds 20 von
wechselseitig unterschiedlichen Richtungen ein. Es werden Lichtstrahlen,
welche in eine Mikrolinse ML der Mikrolinsenmatrix 22b eintreten,
erläutert.
Da der R-Lichtstrahl
in das Glassubstrat 22a senkrecht eintritt, wird er in
der Innenseite des Glassubstrats 21a fokussiert, nachdem
er durch die Pixelelektrode 21R, durch die die optische
Achse der Mikrolinse ML läuft,
durchlaufen hat. Der B-Lichtstrahl tritt in das Glassubstrat 22a mit
einem Einfallswinkel θ ein,
wird mit einem Brechungswinkel ψ gebrochen,
tritt in die Mikrolinse ML mit einen Einfallswinkel ψ ein, wird
durch die Pixelelektrode 21B, durch die die Linie, die
einen Winkel ψ mit
der optischen Achse der Mikrolinse ML bildet, läuft (in der Figur nicht gezeigt), übertragen,
und wird an einem Brennpunkt FB innerhalb
des Glassubstrats 21a fokussiert. Ähnlich tritt der G-Lichtstrahl
in das Glassubstrat 22a mit einem Einfallswinkel θ ein, wird
mit einem Brechungswinkel ψ gebrochen,
tritt in die Mikrolinse ML mit einem Einfallswinkel ψ ein, wird
durch die Pixelelektrode 21G, über die die Linie, die einen Winkel ψ mit der
optischen Achse der Mikrolinse ML bildet, läuft (in der Figur nicht gezeigt), übertragen und
an einem Fokussierungspunkt FG innerhalb
des Glassubstrats 21a fokussiert.
-
Dabei
variiert die Spannung, welche an die Pixelelektroden 21B, 21R und 21G angelegt
wird, als Antwort auf die Pixelsignale, und entsprechend werden
die Polarisationsrichtungen der B-, R- und G-Lichtstrahlen moduliert,
wobei sie durch die Flüssigkristallschicht 23 laufen.
-
Die
B-, R- und G-Lichtstrahlen werden dann innerhalb des Glassubstrats 21a des
ersten Substrats 21 fokussiert, divergieren wiederum mit
Divergenzwinkeln ΦB, ΦR bzw. ΦG, treten aus dem Glassubstrat 21a aus,
laufen selektiv durch den in der Figur nicht gezeigten Polarisierer
und werden durch die Projektionslinse 30 gesammelt, um
so auf dem Bildschirm 40 farblich künstlich aufgebaut zu werden.
-
Wenn
der Abstand zwischen dem Hauptpunkt A der Mikrolinse ML und den
Pixelelektroden 21B, 21R und 21G gleich
d ist und die Pixelteilung (die Teilung der Pixelelektroden 21B, 21R und 21G) gleich
p ist, müssen
d und p die folgende Gleichung (1) erfüllen: d·tanψ = p (1)
-
Gemäß dem Snell-Gesetz
haben ψ und θ die folgende
Beziehung nach Gleichung (2): nAir·sinθ = nSUB·sinψ (2)wobei nAir und nSUB der
Brechungsindex von Luft bzw. der Brechungsindex des Glassubstrats 22a sind.
-
Die
Vorteile dieser Ausführungsform
werden im Vergleich mit einem Fall erläutert, bei dem die Brennpunkte
der Mikrolinse ML auf oder in der Nähe der Pixelelektroden 21B, 21R und 21G des
ersten Substrats 21 angeordnet sind.
-
3 ist
ein Diagramm, welches den Fall zeigt, bei die Brennpunkte der Mikrolinse
ML auf oder in der Nähe
der Pixelelektroden positioniert sind, wobei der Abstand zwischen
der Mikrolinse ML und den Pixeln der gleiche ist wie der von 2,
anders ausgedrückt,
dies ist eine Struktur eines inneren gegenüberliegenden Substrats, bei
dem Mikrolinsen auf der Lichtaustrittsfläche des zweiten Substrats angeordnet
sind, wie im Dokument (ii) beschrieben ist. In dieser Figur bezeichnen
die gleichen Bezugszeichen im Wesentlichen identische Teile wie
diejenigen von 2, so dass auf eine ausführliche
Erläuterung
dafür verzichtet
wird.
-
Wie
in dieser Figur gezeigt ist, werden die B-, R- und G-Lichtstrahlen,
die in die Mikrolinse ML aus unterschiedlichen Richtungen eintreten,
entsprechend gesammelt und auf die Pixelelektroden 21B, 21R und 21G des
ersten Substrats fokussiert. In diesem Zeitpunkt erfüllen, wobei
die Brennweite der Mikrolinse ML in Luft f ist und die Pixelteilung
(die Teilung der Pixelelektroden 21B, 21R und 21G)
gleich p ist, die Einfallswinkel (d. h., die Winkel, die mit dem R-Lichtstrahl
gebildet sind) θ die
folgende Gleichung, wie in den obigen Dokumenten erläutert wurde: tanθ = p/f (3)
-
In
diesem Fall sind die Divergenzwinkel von den B-, R- und G-Lichtstrahlen nach
der Fokussierung gleich ϕB', ϕR' bzw. ϕG',
die beträchtlich
größer sind
als die Divergenzwinkel ϕB, ϕR und ϕG nach
der vorliegenden Ausführungsform
(2). Anders ausgedrückt können die Divergenzwinkel ϕB, ϕR und ϕG durch Einstellen der Brennweite f der Mikrolinse
ML auf länger
als den Abstand d zwischen der Mikrolinse ML und den Pixelelektroden 21B, 21R und 21G reduziert
werden, während
die Brennpunkte innerhalb des Glassubstrats 21a des ersten
Substrats 21 eingestellt werden. Als Ergebnis nehmen gemäß einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
nach dieser Ausführungsform
die Divergenzwinkel der austretenden Lichtstrahlen von dem LCD-Feld 20 ab,
und somit treten keine Verdunkelungen auf, sogar wenn die Projektionslinse 30 einen
kleinen effektiven Durchmesser hat (d. h., eine hohe Blende). Daher
können preiswerte
Linsen, die eine hohe Blende haben, als Projektionslinse 30 verwendet
werden, die einen großen
Teil der Herstellungskosten der Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
bildet.
-
Ein
bevorzugtes Beispiel dieser Ausführungsform
wird nun beschrieben.
-
In 2 kann
der Brennpunkt FR an einer Position ungefähr 120 μm innerhalb
des Glassubstrats 21a von der Pixelelektrode 21R angeordnet
sein, wobei die Pixelteilung p = 20 μm ist, die Fokussierungslänge f der
Mikrolinse ML in Luft gleich 230 μm ist
(336 μm
in einem Quarzsubstrat, welches einen Brechungsindex von 1,46 hat),
der Abstand d zwischen der Mikrolinse ML und dem Pixelelektroden 21B, 21R und 21G gleich
217 μm ist
und der Einfallswinkel ψ in
der Mikrolinse ML gleich 5,3° (θ = 7,7°) ist. In
diesem Fall tritt, obwohl der Sammelungsdiameter, der auf die Pixel
projiziert wird (d. h., der Durchmesser des Lichtstrahls an der
Position, wo der R-Lichtstrahl durch die Pixelelektrode 21R läuft) ungefähr 21,2 μm beträgt, ein
Farbmischen aktuell nicht auf, da die Summe der Pixelteilung 20 μm und die
Breite des lichtundurchlässigen
Bereichs von 4,5 μm
gleich 24,5 μm
beträgt.
Somit ist es gemäß dieser
Ausführungsform
erforderlich, dass der Sammelungsdiameter, der auf die Pixel projiziert
wird, nicht die Summe der Pixelteilung und der Breite des lichtundurchlässigen Bereichs übersteigt.
-
Da
die Farbmischung nicht nur vom Sammlungsdiameter abhängt, sondern
auch von der Winkelverteilung des einfallenden Lichts, ist es notwendig,
eine Lampe, welche die kürzest
mögliche
Bogenlänge
hat, als Weißlichtquelle
zu verwenden, um ein gleichförmig-paralleles
Licht zu erhalten. Wenn beispielsweise eine Metallhalogenid-Lampe,
die eine Bogenlänge
von 1,4 mm hat, verwendet wird, hat das einfallende Licht von der
Lampe eine Winkelverteilung von –3,5° bis +3,5°, wie in 5 gezeigt
ist. Das Farbmischen verursacht jedoch kein praktisches Problem,
da der Einfallswinkel, der die Spitzenintensität hat, ungefähr 1° beträgt.
-
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
nach 2 beträgt
der maximale Lichtaustrittswinkel vom LCD-Feld 20 ungefähr 18,7° in bezug
auf die Normallinie des LCD-Felds 20. Somit wird die Blende
der Projektionslinse 30 auf ungefähr 1,5 festgesetzt, um das
gesamte austretende Licht zu sammeln.
-
Wenn
erlaubt wird, Lichtstrahlen auf die Pixelelektroden 21B, 21R und 21G,
wie in 4 gezeigt ist, zu fokussieren, und die Fokussierungslänge der
Mikrolinse ML in Luft auf 150 μm
festgelegt ist, beträgt
der maximale Lichtaustrittswinkel vom LCD-Feld 20 ungefähr 22,7°. Somit muss
die Blende der Projektionslinse 30 niedriger sein als 1,5,
ungefähr
1,3, um das gesamte austretende Licht zu bündeln, wodurch die Herstellungskosten
der Projektionslinse 30 erhöht werden.
-
Die
Möglichkeit
zum Reduzieren des maximalen Lichtaustrittswinkels vom LCD-Feld 20 durch andere
Verfahren, die herkömmliche
Verfahren einschließen,
wird anschließend
untersucht.
-
Zunächst kann
der maximale Lichtaustrittswinkel vom LCD-Feld 20 dadurch
reduziert werden, dass der Brechungswinkel ψ im Glassubstrat 22a vermindert
wird. Obwohl der Brechungswinkel ψ durch Vermindern des Einfallswinkels θ in bezug
auf das Glassubstrat 22a reduziert werden kann, ist es notwendig,
die Kollimation des einfallenden Lichts jeder Farbe weiter zu verbessern,
um ein Farbmischen zu verhindern. Wenn jedoch die Kollimation des
einfallenden Lichts verbessert wird, um den Verteilungsbereich des
Lichtdivergenzwinkels zu vermindern, wird die Gesamtmenge des einfallenden
Lichts, welches in das LCD-Feld 20 eintritt,
im optischen System reduziert, wie in 5 gezeigt
ist. Die Helligkeit wird dadurch reduziert, anders ausgedrückt, eine
Verbesserung der Luminanz, welche die wesentliche Aufgabe der Verwendung
der Mikrolinse ist, kann nicht erreicht werden.
-
Zweitens
wird nun ein Fall erläutert,
bei dem Mikrolinsen auf der Lichteinfallsseite eines zweiten Substrats
eines LCD-Felds positioniert sind, wie im oben erwähnten Dokument
(i) beschrieben wurde. In diesem Fall beträgt die Dicke des zweiten Substrats ungefähr 1,1 bis
0,7 mm. Wenn man annimmt, dass die Dicke des zweiten Substrats 0,7
mm beträgt,
was die untere Grenze ist, beträgt
die Brennweite der Mikrolinsen ungefähr 0,7 mm (700 μm). Daher
beträgt der
Einfallswinkel θ,
der die Gleichung (3) erfüllt,
1,8°. In
der Praxis jedoch, wenn die Winkel zwischen den einfallenden Lichtstrahlen
innerhalb von 1,8° festgelegt
werden, wird die Gesamtmenge an Licht im optischen System nachteilig ähnlich wie
im oben beschriebenen Fall reduziert. Die Winkel, die zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Spiegeln der drei dichroitischen Spiegel sind,
müssen
0,9° (= θ/2) sein,
was in der Praxis sehr schwierig ist und unrealistisch ist, um diesen
einzustellen. Wenn man annimmt, dass die Dicke des zweiten Substrats
1,1 mm beträgt,
was die obere Grenze ist, muss der Einfallswinkel θ weiter
reduziert werden, was eine schwierigere Einstellung zur Folge hat.
-
Wie
oben erwähnt
werden, wenn man das Verhindern einer Farbmischung und Luminanzreduzierung
betrachtet, die Brennpunkte der Mikrolinsen in den Dokumenten (i)
und (ii) auf die Pixel festgelegt. Es ist jedoch nicht immer erforderlich,
dass die Brennpunkte der Mikrolinsen auf den Pixeln positioniert
sind, und zwar aus folgenden Gründen:
das Farbmischen kann in der Praxis dadurch verhindert werden, dass
die Bogenlänge
der Lichtquellenlampen reduziert wird oder die Lichttrenneigenschaften der
dichroitischen Spiegel optimiert werden; und in bezug auf die Luminanzreduzierung
tritt kein Problem auf, wenn erlaubt wird, dass Lichtstrahlen durch den
Aperturbereich jedes Pixels laufen. Die vorliegende Erfindung hat
zum Ziel, diesen Punkt zu erreichen, und folglich sind die Brennpunkte
der Mikrolinsen innerhalb des ersten Substrats, jedoch nicht auf den
Pixeln positioniert.
-
Beim
Stand der Technik, den die Dokumente (i) und (ii) umfassen, werden
TFTs, die aus amorphem Silizium hergestellt sind, verwendet, wobei
die Pixelteilung ungefähr
100 μm ist.
Daher tritt das Verdunkelungsproblem bei der Projektionslinse bei
den herkömmlichen
Systemen nicht auf, bei denen die Brennpunkte der Mikrolinsen auf
die Pixel festgelegt sind, und somit wurde eine derartige Schwierigkeit nicht
erkannt. Bei dem Trend nach höherer
Bildqualität
muss jedoch die Blende der Projektionslinse auf einen beträchtlich
niedrigen Wert gemäß den herkömmlichen
Verfahren vermindert werden, wenn die Pixelteilung auf ungefähr 20 μm oder weniger
reduziert wird, um höhere
Auflösung
mit den TFTs zu erreichen, die aus Polysilizium hergestellt sind.
Somit steigen die Schwierigkeit und die Kosten zur Herstellung von
Projektionslinsen unausweichlich an. Die vorliegende Erfindung ist
bei dem Lösen
dieser Schwierigkeit extrem effektiv und kann ausreichend mit dem
Wunsch nach höherer
Auflösung
fertig werden, was in der Zukunft wahrscheinlich noch dringender
ist.
-
Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird anschließend erläutert.
-
4 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsstruktur
eines LCD-Felds in einer Projektions-Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Farbtrennung
durch dichroitische Spiegel, wie in 1 gezeigt
ist, nicht angewandt. Eine Mikrolinse und ein Farbfilter sind für jedes
Pixel angeordnet, um eine Farbanzeige zu erreichen. Wie in 4 gezeigt
ist, hat das LCD-Feld: ein erstes Substrat 121, auf dem
zahlreiche Pixelelektroden gemäß einem
Matrixmuster angeordnet sind; ein zweites Substrat 122,
welches eine Gegenelektrode, Mikrolinsen und Farbfilter hat; und
eine Flüssigkristallschicht 123,
welche zwischen dem ersten Substrat 121 und dem zweiten
Substrat 122 angeordnet ist. Das erste Substrat 121 ist ähnlich wie das
erste Substrat 21 von 2 aufgebaut
und hat: ein Glassubstrat 121a, Pixelelektroden 121B, 121R und 121G,
die regelmäßig auf
der Lichteinfallsseite des Glassubstrats 121a gemäß einem
Matrixmuster angeordnet sind; und lichtundurchlässige Bereiche 121b,
die aus TFTs bestehen (in der Figur nicht gezeigt), die als Schaltelemente
verwendet werden, um eine Spannung an die Pixelelektroden als Antwort
auf die Bildsignale anzulegen. Da das System zum Anlegen einer Signalspannung
an jede Pixelelektrode (d. h., die Struktur und das Schaltansteuersystem
der TFTs) ähnlich
dem von 2 ist, wird auf eine Erläuterung
dafür verzichtet.
-
Das
zweite Substrat 121 weist auf: ein Glassubstrat 122a;
eine Mikrolinsenmatrix 122b, die auf der Lichtaustrittsseite
des Glassubstrats 122a gebildet ist; ein Abdeckglas 122c,
welches eng auf der Mikrolinsenmatrix 122b angeordnet ist;
Farbfilter 122e für
die B-, R- und G-Lichtstrahlen, die auf dem Abdeckglas 122c an
Positionen gebildet sind, die den Pixeln entsprechen; und eine Gegenelektrode 122d, die
auf den Farbfiltern 122e gebildet ist.
-
Die
Struktur und die Arbeitsweise der Gegenelektrode 122d ist ähnlich denjenigen
der Gegenelektrode 22d von 2. Die Mirkolinsenmatrix 122b ist
so gebildet, dass eine Mikrolinse für jede der Pixelelektroden 121B, 121R und 121G des
ersten Substrats 121 angeordnet ist. Das gebündelte Licht,
welches von einer Lichtquelle (in der Figur nicht gezeigt) herkommt,
tritt ein und wird durch alle Mikrolinsen MLs gesammelt, läuft durch
die entsprechenden Farbfilter 122e, um Farblichtstrahlen
B, R und G zu bilden, und nach einem Durch laufen der Flüssigkristallschicht 123 treten
die Farbstrahlen in die Pixelelektroden 121B, 121R bzw. 121G ein.
Anders ausgedrückt
sind im Unterschied zu dem Fall von 2 die optischen
Achsen der Farblichtstrahlen B, R und G bei dieser Ausführungsform
parallel zueinander.
-
Was
den R-Lichtstrahl betrifft, so ist der Fokussierungspunkt FR der
Mikrolinsenmatrix 122b tief innerhalb des Glassubstrats 121a angeordnet,
jedoch nicht auf oder in der Gegend der Pixelelektroden 121R.
Anders ausgedrückt
ist die Brennweite f der Mikrolinsen auf einen Wert festgesetzt,
der länger ist
als der Abstand d zwischen der Pixelelektrode 121R und
dem Hauptpunkt A der Mikrolinsenmatrix 122b. Daher läuft der
R-Lichtstrahl, der von der Mikrolinse austritt, durch die Pixelelektrode 121R,
wobei er nicht vollständig
fokussiert ist. Die Lichtstrahlen der anderen Farben verhalten sich
wie oben ausgeführt.
-
Bei
dieser Ausführungsform
sind die Brennpunkte der Mikrolinsen im ersten Substrat 121 positioniert,
jedoch nicht auf den Pixelelektroden, was ähnlich dem Fall von 2 ist,
womit, sogar wenn der Abstand d zwischen der Mikrolinsenmatrix 122b und dem
ersten Substrat 121 mit der Verminderung der Pixelteilung
abnimmt, die Fokussierungslänge
der Mikrolinsen auf einen größeren Wert
d festgesetzt werden kann. Daher ist der Divergenzwinkel ϕR in diesem Fall kleiner als der Divergenzwinkel ϕR' bei dem
Fall, bei dem die Brennpunkte der Mikrolinsen auf den Pixelelektroden
positioniert sind (gezeigt durch gestrichelte Linien in der Figur).
Als Ergebnis wird der Austrittswinkel von dem LCD-Feld reduziert. Somit
ist es nicht notwendig, die Blende der Projektionslinse (in der
Figur nicht gezeigt) signifikant zu vermindern, die verwendet wird,
um das Farbbild auf dem Bildschirm künstlich aufzubauen. Die Herstellungskosten
werden dadurch reduziert.
-
Beispielsweise
kann der Brennpunkt der Mikrolinsen bei einer Position sein, die
ungefähr
128 μm innerhalb
des Glassubstrats 121a von der Pixelelektrode 121R ist,
wenn die Pixelteilung p 32 μm
beträgt, die
Fokussierungslänge
f der Mikrolinsen in Luft 180 μm
beträgt
und der Abstand d zwischen dem Hauptpunkt der Mikrolinsen und den
Pixelelektroden 135 μm
beträgt.
In diesem Fall beträgt
der maximale Lichtaustrittswinkel vom LCD-Feld ungefähr 13,8° in bezug
auf die Normallinie des LCD-Felds (wenn ein Lichtstrahl, der einen
Divergenzwinkel von +/–8° hat, eintritt).
Somit beträgt
Blende der Projektionslinse ungefähr 2,3. Wenn der Brennpunkt
auf die Pixel festgelegt wird, würde ähnlich wie
beim Stand der Technik der maximale Lichtaustrittswinkel ungefähr 18,1° sein, und
sonst müsste
die Blende der Projektionslinse auf niedriger als 2,3 festgesetzt
werden. Daher kann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
eine Projektionslinse, die bei niedrigeren Kosten verglichen mit
dem Stand der Technik schneller produziert werden kann, verwendet
werden, wodurch eine Kostenreduzierung der Einrichtung insgesamt erreicht
wird.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung oben mit Hilfe spezieller Ausführungsformen
erläutert
wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt,
und es können
verschieden Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung,
wie diese in den Ansprüchen
definiert ist, ausgeführt
werden. Beispielsweise können,
obwohl die pixel-ansteuernden TFTs auf der Pixelelektrodenseite
bei den obigen Ausführungsformen
angeordnet sind, diese auf der zweiten Substratseite angeordnet sind.
Außerdem
sind in bezug auf den zentralen Lichtstrahl die Einfallswinkel der
anderen beiden Farblichtstrahlen, d. h. θ, bei der in 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
die gleichen, wobei jedoch diese Einfallswinkel voneinander verschieden sein
können.
In diesem Fall muss die Pixelteilung entsprechend geändert werden.
-
Obwohl
weiter die Farbfilter 122e auf der Lichtaustrittsseite
des Abdeckglassubstrats 122c bei der in 4 gezeigten
Ausführungsform
angeordnet sind, können
diese auf der Lichteintrittsseite (Mikrolinsenseite) angeordnet
sein. Die vorliegende Erfindung kann außerdem bei einem System angewandt werden, beispielsweise
bei Dreifeld-System-Projektoren und Projektions-Fernsehern, bei
denen Mikrolinsen auf monochrome Flüssigkristallfelder fest sind, die
in den entsprechenden optischen Pfaden des B-, R- und G-Lichts angeordnet
sind, um ebenfalls höhere
Luminanz zu erreichen.
-
Große Bildschirmanzeigeeinrichtungen
mit einem verstärkenden
optischen Projektionssystem, bei dem ein Flüssigkristallfeld verwendet
wird, sind in Einzelfeld-System klassifiziert, die aus einem einzelnen
Flüssigkristallfeld
bestehen, die Farbbilder haben, und Dreifeld-Systeme, welche keine
Farbfilter haben. Gemäß den Dreifeld-Systemen
werden Lichtstrahlen, welche in die Primärfarben R, G und B getrennt
sind, die wechselseitig unterschiedliche Wellenlängenbereiche haben, gesammelt,
um Flecken in einem Flüssigkristallfeld
anzuzeigen, um so ein Farbbild zu reproduzieren, wie in 1 gezeigt
ist. Anders ausgedrückt
sind getrennte Flüssigkristallfelder für jede der
Primärfarben
R, G und B vorgesehen, und Lichtstrahlen, welche durch die entsprechenden Flüssigkristallfelder
moduliert werden, werden künstlich
hergestellt und auf einen Bildschirm durch eine Projektionslinse
projiziert.
-
6 ist
ein Querschnittsdiagramm, welches den Aufbau eines optischen Systems
eines LCD-Felds zeigt, bei dem ein dichroitisches Prisma bei dem
optischen System zur Farbensynthese verwendet wird. Licht von einer
Lichtquelle 60 läuft
durch ein Interferenzfilter 61. Ein dichroitischer Spiegel 62B reflektiert
das B-Licht, so dass die Richtung des B-Lichts sich um 90° ändert, wobei
dieses in Richtung auf das Flüssigkristallfeld 63B gerichtet
wird, und überträgt Licht
der anderen Farben (R und G). Das übertragene Licht trifft auf
einen zweiten dichroitischen Spiegel 62G auf, der das G-Licht
reflektiert, wobei dieses in Richtung auf ein Flüssigkristallfeld 63G gerichtet
wird, und überträgt das R-Licht,
welches durch ein Flüssigkristallfeld 63R gerichtet
wird, durch Spiegel 67. Wie oben erwähnt wird ermöglicht, dass
die getrennten Lichtstrahlen aus R, G und B in drei Flüssigkristallfelder 63R, 63G bzw. 63B eintreten.
In jedem der Flüssigkristallfelder 63R, 63G und 63B wird
ein Bild entsprechend der Farbe des Felds reproduziert und der einfallende
Lichtstrahl der anderen Farbe wird moduliert. Die modulierten einfallenden
Lichtstrahlen treten in ein dichroitisches Prisma 64 aus
unterschiedlichen wechselseitigen Richtungen ein. Ein Farbbild wird
im dichroitischen Prisma 64 künstlich hergestellt und dann
auf einen Bildschirm 66 durch eine Projektionslinse 65 projiziert.
Bei den Flüssigkristallfeldern
dieser Projektionsanzeigeeinrichtung werden eine Mikrolinse und
eine Pixelelektrode für
jedes Pixel angeordnet. Eine einfachere Ausbildung und niedrigere
Herstellungskosten für
Projektionslinsen können
dadurch erreicht werden, dass die Brennpunkte der Mikrolinsen innerhalb
des Pixelsubstrats positioniert werden, um so die Blende der Projektionslinsen
zu vergrößern, wie
oben in Verbindung mit den schon beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung erläutert
wurde.
-
Wie
oben erläutert
wurde, wird gemäß dem Flüssigkristallfeld
der vorliegenden Erfindung die Brennweite der Mikrolinsen so festgelegt,
dass diese länger
ist als der Abstand zwischen der Mirkolinsenmatrix und dem ersten
Substrat, während
das Licht, welches durch jede Mikrolinse aufgesammelt wird, eingerichtet
ist, auf der Innenseite des ersten Substrats fokussiert zu werden.
Damit kann der Divergenzwinkel nach dem Fokussieren reduziert werden.
Daher kann der maximale Lichtaustrittswinkel vom LCD-Feld reduziert
werden, und eine Verdunkelung des Lichts, was durch Nichtgleichförmigkeit
der Chrominanz oder Luminanz verursacht wird, tritt nicht auf, sogar
dann, wenn eine Linse, die eine hohe Blende hat, als Projektionslinse
verwendet wird. Damit können
Schwierigkeiten und Herstellungskosten von Projektionslinsen reduziert
werden, wodurch in vorteilhafter Weise die Herstellungskosten der
Einrichtung insgesamt reduziert werden.