[发明专利]投影式液晶显示装置

说明书

本发明涉及投影式液晶显示装置，用于通过光学投影系统把图象放大并投影在液晶显示面板上，将图象显示在荧光屏上，尤其涉及包括单一液晶显示面板而没有任何滤光片的投影式液晶显示装置。

已经开发出投影式液晶显示装置，例如液晶投影器和液晶投影电视，用于通过光学投影系统作为光学开关装置把图象放大并投影在液晶面板上。这样的液晶显示装置包括由具有蓝(B)、红(R)和绿(G)三色滤光片(CF)的液晶显示面板构成的单板装置，和由分别放置在B、R和G光路中的单色液晶显示面板构成的三板装置。所述单板装置结构简单而且容易做到减尺、重量和成本。但是难以达到高亮度，因为滤光片吸收大量的光。装置的冷却也因此而受到影响。

为了克服这些问题，例如在与美国专利No.5,161,042和‘Asia Display’95(p.887)相应的日本未审专利申请特开平4-60538(1992)中公开了一种单板液晶显示装置，其中一个聚光显微透镜对着每三个象素。B、R和G三色光线从彼此不同的方向射入每个显微透镜并被聚光。从显微透镜射出的光分别进入对应于B、R和G三原色的三个象素中的每一个。在这种液晶显示装置中，也能够有效利用入射到各象素之间区域(黑矩阵区域，在此形成薄膜晶体管[TFT]，即驱动各象素的开关装置)的光。因此，可以提高实际孔径比(有效象素面积与整个象素面积之比)并获得高的亮度。因为这种投影式液晶显示装置包括以显微透镜阵列代替滤光片的单个液晶显示面板，所以把这种类型的装置称为无滤光片单板显微透镜系统的投影式液晶显示装置。

图1是一种推荐的无滤光片单板显微透镜系统的投影式液晶显示装置的光学系统的示意图。该装置包括：发射白光的光源501；用于从光源501所发白光中去掉紫外线和红外线的UV-IR截止源光片502；玻璃棒积分器503，用于使得通过UV-IR截止滤光片502的光束截面上的光强分布均匀；替续透镜504，用于会聚玻璃棒积分器射出的光束；和准直透镜505，用于把从替续透镜504射出的光束变换为近似平行的光束。该显示装置还包括：置于光路中准直透镜505后面的分色镜506B、506R和506G，用于把从准直透镜505射出的白光分为B、R和G顔色的光，并以彼此不同的角度反射各色光；入射偏振片507，用于把分色镜506B、506R和506G分出的各色光变换为特定方向上的线偏转光；液晶板508，用于根据彩色图象信号对通过偏振片507的各色光进行强度调制；已及投影透镜509，用于会聚从液晶面板508出射的光，并把光投影在荧光屏510上形成图象？。

光源501通常由金属卤化物的发射体501a和旋转对称的凹面镜501b构成。玻璃棒积分器503由棱镜形状的玻璃制成，通过在内部多次反射光束使得在从积分器一个端而入射的光束截面上的光强分布均匀，并从另一端面射出光束。液晶显示面板508是无滤光片显微透镜系统的面板，包括与B、R和G颜色的光对应二维规则排列的象素电极(未示出)，各自对着B、R和G三个象素电极的聚光易微透镜(未示出)，它们之间具有未予示出的液晶层，以及未予示出的出射偏振片。所述聚光显微透镜把经分色镜506B、506R和506G分出并以彼此不同的角度入射的三色光B、R和G会聚。然后聚光显微透镜得各色光入射到对应于B、R和G三色的各个象素。

在具有这样结构的投影式液晶显示装置中，根据加到液晶显示面板508的每个象素电极上的每种颜色的彩色图象信号，以选择方式对入射到为每个象素所提供的液晶层上的B、R和G三色光中的每一色光进行空间调制。投影透镜509把在液晶面板508上调制的色光在荧光屏510上形成图象，并因此而合成颜色。从而将彩色图象投射在荧光屏510上。

如上所述，投影式液晶显示装置利用玻璃棒积分器503作为使液晶面板508上的亮度分布均匀的措施。在这种情况下，玻璃棒积分器503的输出面与液晶板508的表面共轭。结果，可使外界物质如沉积在积分器503的输出面上的灰尘被放大并投影在荧光屏510。从而使象质大大下降。

在该显示装置中，虽然通过玻璃棒积分器503的内部反射在一定程度上在使输出光束横截面上的光强分布均匀了，但是如果为了减小整个装置的尺寸而减小积分器503的长度，那么有些光线不经过内部反射而直接到达输出端面。因而，液晶板508上亮度分布的均匀度是有限的。因此，如果光源501的发射体出现弧光波动，该波动将导致图象闪烁。从而使图象质量降低。