DE69834532T2

DE69834532T2 - Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69834532T2
Application number: DE69834532T
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Shinagawa-ku Fukuda; Akira Shinagawa-ku Nakamura
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: CN1115589C; KR19990030327A; EP0905542A3; JPH11109285A; US6219111B1; EP0905542A2; EP0905542B1; KR100569793B1; CN1217480A; ID20954A; DE69834532D1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp zur Anzeige eines Bildes auf einem Bildschirm durch Vergrößern und Projizieren eines Bildes auf ein Flüssigkristallanzeigefeld mittels eines optischen Projektionssystems und insbesondere auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, die ein einziges Flüssigkristallanzeigefeld ohne irgendein Farbfilter aufweist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Flüssigkristallvorrichtungen vom Projektionstyp, wie Flüssigkristallprojektoren und Flüssigkristall-Projektionsfernsehempfänger sind zur Vergrößerung und Projektion eines Bildes auf ein Flüssigkristallanzeigefeld als optische Schaltvorrichtung mittels eines optischen Projektionssystems entwickelt worden. Derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen enthalten eine Einzelfeldvorrichtung, die ein Flüssigkristallanzeigefeld mit drei Farbfiltern (CF) von Blau (B), Rot (R) und Grün (G) aufweist, und eine Dreifeld-Vorrichtung, die monochrome Flüssigkristallanzeigefelder umfasst, deren jedes in optischen Faden von B, R bzw. G vorgesehen ist. Die Einzelfeldvorrichtung weist einen einfachen Aufbau auf und Verringerungen in der Größe, im Gewicht und in den Kosten werden leicht erzielt. Es ist jedoch schwierig, eine hohe Luminanz bzw. Leuchtdichte zu erzielen, da die Farbfilter viel Licht absorbieren. Das Abkühlen der Vorrichtung wird dadurch ebenso beeinflusst.
Um diese Probleme zu überwinden, sind beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-60538 (1992) entsprechend dem US-Patent Nr. 5.161.042 und in „Asia Display" 95 (Seite 887) Einzelfeld-Farbflüssigkristall-Anzeigevorrichtungen angegeben worden, bei denen eine Kondensor-Mikrolinse gegenüber jeweils drei Pixeln vorgesehen ist. Drei Farbstrahlen B, R und G treten in jede Mikrolinse aus gegenseitig unterschiedlichen Richtungen ein und werden gebündelt. Das von der Mikrolinse abgegebene Licht tritt in jedes der drei Pixel entsprechend den drei Farben B, R bzw. G ein. In der Farbflüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist es möglich, Licht effektiv zu nutzen, welches in Bereiche zwischen Pixeln (schwarze Matrixbereiche, in denen Dünnschichttransistoren (TFT), das sind Schaltvorrichtungen für die Ansteuerung der Pixel, ebenso gebildet sind) einfällt. Das nennenswerte Aperturverhältnis (das Verhältnis des effektiven Pixelbereiches zum gesamten Pixelbereich) ist dadurch gesteigert und demgemäß wird eine hohe Beleuchtungsstärke erzielt. Da eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp ein einzelnes Flüssigkristallanzeigefeld mit einer Mikrolinsenanordnung anstelle eines Farbfilters enthält, wird die Vorrichtung dieses Typs als Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems bezeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines vorgeschlagenen optischen Systems, welches in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems verwendet wird. Die Vorrichtung umfasst: eine Lichtquelle 501 zur Abgabe von weißem Licht, ein UV-IR-Abschneidefilter 502 zur Beseitigung von Ultraviolett- und Infrarotstrahlen aus dem von der Lichtquelle 501 abgegebenen weißen Licht, einen Glasstab-Integrator 503 zur Vergleichmäßigung der Intensitätsverteilung im Querschnitt eines Bündels von Strahlen, die durch das UV-IR-Abschneidefilter 502 hindurchtreten, eine Weiterleitungslinse 504 zur Bündelung des von dem Glasstab-Integrator 503 abgegebenen Strahlenbündels und eine Kollimatorlinse 505 zum Transformieren des von der Weiterleitungslinse 504 abgegebenen Strahlenbündels in ein nahezu paralleles Strahlenbündel. Die Anzeigevorrichtung umfasst ferner: dichroitische Spiegel 506B, 506R und 506G, die in dem optischen Weg bzw. Pfad hinter der Kollimatorlinse 505 untergebracht sind, um das von der Kollimatorlinse 505 abgegebene weiße Strahlenbündel in Farbstrahlen B, R und G aufzuteilen und um die Farbstrahlen unter voneinander verschiedenen Winkeln zu reflektieren; eine Einfalls-Polarisationsplatte 507 zum Transformieren der durch die dichroitischen Spiegel 506B, 506R und 506G aufgeteilten Farbstrahlen in Licht, welches in einer bestimmten Richtung linear polarisiert ist; ein Flüssigkristallanzeigefeld 508 zur Vornahme einer Intensitätsmodulation bezüglich der Farbstrahlen, die durch die Polarisationsplatte 507 hindurchtreten, auf der Grundlage von Farbbildsignalen; und eine Projektionslinse 509 zur Bündelung des von dem Flüssigkristallanzeigefeld 508 abgegebenen Lichtes und zur Projektion des Lichtes auf einen Bildschirm 509 sowie zum Zusammensetzen des Lichtes.
Die Lichtquelle 501 besteht in typischer Weise aus einem Halogen-Metalldampfstrahler 501a und einem rotationssymmetrischen konkaven Spiegel 501b. Der Glasstab-Integrator 503 besteht aus Glas in Form eines Prismas, und er vereinigt die Intensitätsverteilung in einem Querschnitt des von einer Endfläche des Integrators einfallenden Strahlbündels durch Reflexion des Strahlbündels im Inneren in einer Anzahl von Malen, und er gibt das Strahlenbündel von der anderen Endfläche ab. Das Flüssigkristallanzeigefeld 508 ist ein Anzeigefeld des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems, und es enthält Pixelelektroden (nicht dargestellt), die in zwei Dimensionen entsprechend den Farben R, G und B regelmäßig angeordnet sind, Kondensor-Mikrolinsen (nicht dargestellt), die jeweils gegenüber jeweils drei Pixelelektroden von R, G und B mit einer dazwischen befindlichen, nicht dargestellten Flüssigkristallschicht vorgesehen sind, und eine nicht dargestellte Ausgangs-Polarisationsplatte. Die oben erwähnte Kondensor-Mikrolinse bündelt Strahlen der drei Farben B, R und G, welche durch die dichroitischen Spiegel 506B, 506R und 506G aufgeteilt sind und unter gegenseitig verschiedenen Winkeln eintreten. Die Kondensor-Mikrolinse lässt dann die jeweiligen Strahlen in die entsprechenden Pixel eintreten, die den drei Farben B, R und G entsprechen.
Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp mit einem derartigen Aufbau wird eine räumliche Modulation bezüglich jedes der drei Farbstrahlen B, R und G selektiv ausgeführt, die in die Flüssigkristallschicht einfallen, welche für das jeweilige Pixel vorgesehen ist, und zwar auf der Grundlage eines Farbbildsignals für jede Farbe, welches jeder Pixelelektrode des Flüssigkristallanzeigefeldes 508 zugeführt ist. Die Strahlen des in dem Flüssigkristallanzeigefeld 508 modulierten Farblichts bilden auf dem Bildschirm 510 durch die Projektionslinse 509 ein Bild, und die Farben sind somit zusammengesetzt. Dadurch wird ein Farbbild auf den Bildschirm 510 projiziert.
Wie oben beschrieben, verwendet die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp den Glasstab-Integrator 503 als Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Leuchtdichteverteilung in dem Flüssigkristallanzeigefeld 508. In diesem Fall ist die Austrittsfläche des Glasstab-Integrators 503 mit bzw. zu der Oberfläche des Flüssigkristallanzeigefeldes 508 konjugiert. Infolgedessen kann eine Fremdsubstanz, wie Staub, die bzw. der auf der Austrittsfläche des Integrators 503 abgelagert ist, vergrößert und auf den Bildschirm 510 projiziert werden. Dadurch ist die Qualität des Bildes signifikant herabgesetzt.
In der Anzeigevorrichtung erreicht ein Teil des Lichtes ohne eine innere Reflexion direkt die Austrittsfläche, falls die Länge des Integrators 503 zur Verringerung der Größe der Vorrichtung als Ganzes verringert ist, obwohl die Intensitätsverteilung im Querschnitt des austretenden Strahlenbündels in gewissem Grade durch die innere Reflexion des Glasstab-Integrators 503 vergleichmäßigt ist. Daher gibt es dort eine Beschränkung hinsichtlich der Vergleichmäßigung der Beleuchtungsstärkeverteilung in dem Flüssigkristallanzeigefeld 508. Falls Bogenabweichungen in dem Lichtquellenstrahler 501 auftreten, führen die Schwankungen folglich zu einem Flimmern des Bildes. Die Bildqualität ist dadurch herabgesetzt.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 5-346557 (1993) ist beispielsweise eine 3-Feld-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp angegeben, bei der ein Multilinsenanordnungs-Integrator verwendet wird. Anstelle des Stabintegrators umfasst die Vorrichtung den Multilinsenanordnungs-Integrator, der aus einer ersten Linsenanordnung, in der eine Vielzahl von Linsen in zwei Dimensionen angeordnet ist, und einer zweiten Linsenanordnung besteht, bei der eine Vielzahl von Linsen mit den entsprechenden Linsen der ersten Linsenanordnung zusammen in zwei Dimensionen angeordnet ist.
Der in der obigen Publikation erwähnte Multilinsenanordnungs-Integrator ist jedoch insbesondere für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp der verwandten Technik unter Verwendung eines Flüssigkristallanzeigefeldes mit Farbfiltern und einer 3-Feld-Anzeigevorrichtung entwickelt worden. Der Aufbau des Multilinsenanordnungs-Integrators ist daher bei der Vorrichtung des filterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems nicht anwendbar. In der oben erwähnten Publikation gibt es ebenso keinen Vorschlag für derartige Anwendungen des Integrators. Dafür gibt es folgende Gründe.
Die vorgeschlagene Vorrichtung mit den Farbfiltern und der 3-Feld-Vorrichtung benötigt nicht einen hohen Grad an Parallelität des Lichtes, welches das Flüssigkristallanzeigefeld beleuchtet, und zwar aufgrund der Eigenschaften des Flüssigkristallanzeigefeldes selbst. Die Bildqualität wird daher sogar dann nicht beeinflusst, falls der Einfalls-Divergenzwinkel (oder Konvergenzwinkel) 14 Grad beträgt oder darüber liegt. Der Einfalls-Divergenzwinkel stellt einen Variationsbereich von Einfallswinkeln des jeweiligen Lichtstrahles dar, der in ein bestimmtes Pixel des Flüssigkristallanzeigefeldes einfällt. Falls der Einfalls-Divergenzwinkel zu groß ist, wird dadurch jedoch der Austritts-Divergenzwinkel ebenfalls vergrößert, und eine auf die Projektionslinse ausgeübte Last wird zu schwer. Der Einfalls-Divergenzwinkel beträgt daher in typischer Weise etwa 14 Grad, und die Kosten der Vorrichtung sind beträchtlich.
Da, wie somit beschrieben, die Beschränkung des Einfalls-Divergenzwinkels bei dem Flüssigkristallanzeigefeld für die Vorrichtung mit Farbfiltern und die 3-Feld-Vorrichtung mäßig ist, ist es möglich, die Größe der zweiten Linsenanordnung, die als Blende wirkt, zu vergrößern. In der oben erwähnten Publikation ist ein Beispiel der zweiten Linsenanordnung angegeben, bei dem der Durchmesser des umschriebenen Kreises in der Größenordnung von 70mm liegt.
Im Gegensatz dazu nimmt die Vorrichtung des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems eine Farbbildanzeige dadurch vor, dass drei Farben B, R und G in jede Mikrolinse aus gegenseitig unterschiedlichen Richtungen eintreten und dass das eintretende Licht durch die Mikrolinsen auf jedes der drei Pixel von B, R bzw. G gebündelt wird. Falls der Einfalls-Divergenzwinkel des das Flüssigkristallanzeigefeld beleuchtenden Lichtes groß ist, kann ein Farblicht (beispielsweise das B-Licht) nicht nur in das Pixel für die B-Farbe eintreten, sondern auch in ein benachbartes Pixel (das Pixel für R oder G), woraus eine Farbmischung resultiert. Die Farbeinheit des angezeigten Bildes ist dadurch vermindert, und die Qualität des Bildes ist damit signifikant beeinflusst. Es ist somit erforderlich, den Einfalls-Divergenzwinkel des in das Flüssigkristallanzeigefeld einfallenden Lichtes auf einen hinreichend kleinen Winkel zu verringern.
Soweit beschrieben, ist die Beschränkung hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels bei dem Flüssigkristallanzeigefeld für die Vorrichtung des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems im Vergleich zu Vorrichtungen anderer System insbesondere genau. Es ist somit schwierig, eine ausreichende Bildqualität mit den in der zuvor betrachteten Publikation angegebenen Verfahren zu erreichen.
Sogar dann, wenn die strenge Beschränkung hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels beachtet wird, ist die Menge des das Flüssigkristallanzeigefeld erreichenden Lichtes demgemäß unabweislich vermindert. Ein weiteres Problem kann daraus resultieren, dass es schwierig ist, eine ausreichende Beleuchtungsstärke des Bildes zu erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht dann, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp bereitzustellen, die eine Herabsetzung in der Bildqualität aufgrund von abgelagerten Fremdstoffen, von Lichtbogen-Schwankungen der Lichtquelle und so weiter verhindert. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp bereitzustellen, die eine Verminderung in der Farbreinheit dadurch verhindert, dass der Einfalls-Divergenzwinkel des ein Flüssigkristallanzeigefeld beleuchtenden Lichtes verringert wird, und mit der ein projiziertes Bild von hoher Leuchtdichte durch effiziente Ausnutzung der Lichtmenge von der Lichtquelle erreicht wird.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp umfasst:
eine erste Linsenanordnung, die eine Vielzahl von in zwei Dimensionen angeordneten Linsenelementen enthält zum Aufteilen eines einfallenden einzelnen Strahlbündels in eine Vielzahl von aufgeteilten Strahlbündeln durch die Linsenelemente und zur Abgabe der aufgeteilten Strahlbündel und zum Bündeln der aufgeteilten Strahlbündel, wobei jedes Linsenelement der ersten Linsenanordnung einen Scheitelpunkt aufweist, der von dem Linsenelementumfang dezentriert ist;
eine zweite Linsenanordnung, die eine Vielzahl von Linsenelementen enthält, welche in zwei Dimensionen entsprechend den Linsenelementen der ersten Linsenanordnung angeordnet sind, und die die kleinen Strahlbündel, welche darin durch die betreffenden Linsenelemente der ersten Linsenanordnung einfallen, in eine solche Richtung abgibt, dass sich die aufgeteilten Strahlbündel überlappen oder einander überlagert sind;
eine Farbtrennungseinrichtung zur Trennung der von der zweiten Linsenanordnung abgegebenen Strahlbündel in Strahlen einer Vielzahl von Primärfarben und zur Abgabe der Farbstrahlen unter voneinander verschiedenen Winkeln;
und ein einziges Flüssigkristallanzeigefeld mit einer den Primärfarben entsprechende Pixel enthaltenden und die in die Pixel einfallenden Farbstrahlen selektiv modulierenden Flüssigkristallvorrichtung und Kondensor- bzw. Bündelungseinrichtungen, die jeweils für jede Gruppe von Pixeln vorgesehen sind und die die von der Farbtrennungseinrichtung abgegebenen und unter voneinander verschiedenen Winkeln einfallenden und in die Pixel der entsprechenden Farben eintretenden Farbstrahlen bündeln.
Vorzugsweise ist die Form der gesamten zweiten Linsenanordnung nahezu gleich bzw. ähnlich der Form einer Apertur jedes der Pixel der Flüssigkristallvorrichtung, und die gesamte zweite Linsenanordnung ist mit jedem der Pixel konjugiert oder nahezu konjugiert. Ferner wird es bevorzugt, dass die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung jeweils eine Größe und Form besitzen, die einem optischen Bild entspricht, welches durch das aufgeteilte Strahlbündel gebildet ist, das von dem entsprechenden Linsenelement der ersten Linsenanordnung abgegeben wird. Ferner wird es bevorzugt, dass die gesamte Linsenanordnung eine Größe aufweist, die nahezu das gesamte einzelne Strahlenbündel aufzunehmen imstande ist, wobei die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung jeweils derart dezentriert sind, dass die von den Linsenelementen abgegebenen aufgeteilten Strahlbündel bei bzw. in den entsprechenden Linsenelementen der zweiten Linsenanordnung konvergieren. Überdies wird es bevorzugt, dass die Form jedes der Linsenelemente der ersten Linsenanordnung nahezu gleich bzw. entsprechend der Form des Flüssigkristallanzeigefeldes ist, wobei die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung jeweils mit dem Flüssigkristallanzeigefeld konjugiert oder nahezu konjugiert sind. Ferner wird es bevorzugt, dass die Vorrichtung ferner eine Aufteilungs- und Zusammenfassungseinrichtung umfasst. Die Einrichtung ist vorgesehen zum Aufteilen eines einfallenden Strahlbündels in Strahlen, die in einer Richtung linear polarisiert sind, und in Strahlen, die in einer anderen Richtung rechtwinklig zu der einen Richtung linear polarisiert sind,
zum Transformieren der in einer der Richtungen linear polarisierten Strahlen in Strahlen, die in der anderen Richtung linear polarisiert sind,
zum Zusammenfassen der transformierten linear polarisierten Strahlen und der untransformierten linear polarisierten Strahlen zu Strahlen, die in einer einzigen Richtung linear polarisiert sind,
und zum Abgeben der Strahlen.
Entsprechend der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der Erfindung treten die durch die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung aufgeteilten Strahlenbündel jeweils in die entsprechenden Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung ein. Die aufgeteilten Strahlbündel, welche in die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung eintreten, werden in einer solchen Richtung ausgesendet, dass die betreffenden aufgeteilten Strahlbündel einander überlagert sind. Die von den Linsenelementen der zweiten Linsenanordnung abgegebenen aufgeteilten Strahlenbündel werden in Strahlen einer Vielzahl von Primärfarben durch die Farbtrennungseinrichtung aufgeteilt und unter voneinander verschiedenen Winkeln abgegeben. Die Farbstrahlen treten dann in das Flüssigkristallanzeigefeld ein. Infolgedessen werden schließlich sämtliche aufgeteilten Strahlenbündel, die durch die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung aufgeteilt sind, auf das Flüssigkristallanzeigefeld in einer überlagerten Weise projiziert. Die in das Flüssigkristallanzeigefeld einfallenden Farbstrahlen werden durch die Bündelungseinrichtung gebündelt und treten in die Pixel der entsprechenden Farben ein und werden in den Pixeln selektiv moduliert.
Falls die Form der gesamten zweiten Linsenanordnung nahezu ähnlich der Form einer Apertur jedes der Pixel der Flüssigkristallvorrichtung ist und falls die gesamte zweite Linsenanordnung mit jedem der Pixel konjugiert oder nahezu konjugiert ist, wird eine geeignete Begrenzung hinsichtlich des Einfall-Divergenzwinkels des Strahlenbündels auferlegt, welches in das Flüssigkristallanzeigefeld einfällt. Falls die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung jeweils eine solche Größe und Form besitzen, die einem optischen Bild entsprechen, welches durch das aufgeteilte Strahlenbündel gebildet ist, das von dem entsprechenden Linsenelement der ersten Linsenanordnung ausgesendet worden ist, erreicht ferner das meiste Licht, welches in die zweite Linsenanordnung einfällt, das Flüssigkristallanzeigefeld. Falls die gesamte erste Linsenanordnung eine Größe aufweist, die imstande ist, nahezu das gesamte einzelne Strahlenbündel aufzunehmen, und falls die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung jeweils derart dezentriert sind, dass die aufgeteilten Strahlenbündel, die von den Linsenelementen ausgesendet werden, in den entsprechenden Linsenelementen der ersten Linsenanordnung konvergieren, ist ferner eine Vignettierung des einfallenden einzelnen Strahlenbündels durch die erste Linsenanordnung verhindert, und das einfallende Licht wird dadurch mit hoher Effizienz genutzt. Falls die Form jedes der Linsenelemente der ersten Linsenanordnung nahezu ähnlich der Form des Flüssigkristallanzeigefeldes ist und jedes der Linsenelemente der ersten Linsenanordnung mit dem Flüssigkristallanzeigefeld konjugiert oder nahezu konjugiert ist, werden überdies die aufgeteilten Strahlenbündel, welche durch die ersten Linsenelemente der ersten Linsenanordnung aufgeteilt sind, ohne Verlust überlagert und in das Flüssigkristallanzeigefeld projiziert. Falls die Vorrichtung ferner die Aufteilungs- und Zusammenfassungs- bzw. Kombinationseinrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau aufweist, sind nahezu sämtliche einfallenden Strahlen zu Strahlen gebildet, die in einer spezifischen bzw. bestimmten Richtung linear polarisiert und genutzt sind. Der Lichtmengenverlust in der Polarisationsplatte, die generell vor dem Flüssigkristallanzeigefeld platziert ist, ist dadurch vermindert.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung vollständiger ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Draufsicht eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der verwandten Technik.
2 zeigt eine schematische Draufsicht eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine Vorderansicht einer bekannten Linsenanordnung, die als erste in 2 dargestellte Linsenanordnung positioniert ist.
4 zeigt eine Schnittansicht der in 3 dargestellten Linsenanordnung.
5 zeigt eine Vorderansicht der in 2 dargestellten Linsenanordnung.
6 zeigt eine Schnittansicht der in 2 dargestellten Linsenanordnung.
7 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteiles des in 2 dargestellten Flüssigkristallanzeigefeldes.
8 veranschaulicht die optischen Hauptwege des in 2 dargestellten optischen Systems in einer äquivalenten Weise.
9 veranschaulicht Lichtquellenbilder, die auf die in 5 dargestellte zweite Linsenanordnung projiziert sind.
10 veranschaulicht Lichtquellenbilder, die auf ein Vergleichsbeispiel einer zweiten Linsenanordnung projiziert sind.
11 zeigt eine Vorderansicht eines Modifikationsbeispiels der ersten Linsenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
12 zeigt eine Schnittansicht des Modifikationsbeispiels der ersten Linsenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform.
13 zeigt eine schematische Draufsicht eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
14 zeigt eine Vorderansicht der in 13 dargestellten Linsenanordnung.
15 zeigt eine Schnittansicht der in 13 dargestellten ersten Linsenanordnung.
16 zeigt eine Vorderansicht der in 13 dargestellten zweiten Linsenanordnung.
17 zeigt eine Schnittansicht der in 13 dargestellten zweiten Linsenanordnung.
18 veranschaulicht die optischen Hauptwege des in 13 dargestellten optischen Systems in einer äquivalenten Weise.
19 veranschaulicht Lichtquellenbilder, die auf die in 16 dargestellte zweite Linsenanordnung projiziert sind.
20 zeigt eine schematische Draufsicht eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
21 zeigt eine Seitenansicht des optischen Systems der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Projektionstyps gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
22 zeigt eine Vorderansicht der in 20 dargestellten ersten Linsenanordnung.
23 zeigt eine Vorderansicht der in 20 dargestellten zweiten Linsenanordnung.
24 zeigt eine schematische Draufsicht eines optischen Systems der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Projektionstyps gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
2 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung von oben. Der Einfachheit halber sind lediglich die Hauptlichtwege bzw. -pfade dargestellt, während andere Pfade weggelassen sind. Die Vorrichtung ist eine Vorrichtung des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems und umfasst: eine Lichtquelle 11 zur Abgabe von weißem Licht; ein UV-IR-Abschneidefilter 12 zur Entfernung von Ultraviolett- und Infrarotstrahlen aus dem von der Lichtquelle 11 abgegebenen Licht; eine Kollimatorlinse 13 zum Transformieren des durch das UV-IR-Abschneidefilter 12 hindurchgelangenden Lichtes und zum anschließenden Divergieren in ein nahezu paralleles Strahlenbündel; eine erste Linsenanordnung 21, die aus einer Vielzahl von Linsenelementen besteht, welche in zwei Dimensionen angeordnet sind, um das einzelne bzw. einzige, nahezu parallele Strahlenbündel von der Kollimatorlinse 13 in eine Vielzahl von aufgeteilten Bündeln von Strahlen aufzuteilen und um die Bündel zu bündeln; eine zweite Linsenanordnung 22, die aus einer Vielzahl von den Linsenelementen der ersten Linsenanordnung 21 entsprechenden Linsenelementen besteht, welche in zwei Dimensionen angeordnet sind; und eine Kollimatorlinse 15 zum Transformieren des durch die zweite Linsenanordnung 22 hindurchtretenden Strahlenbündels in ein nahezu paralleles Strahlenbündel. Die erste Linsenanordnung 21 entspricht einer „ersten Linsenanordnung" der Erfindung. Die zweite Linsenanordnung 22 entspricht einer „zweiten Linsenanordnung" der Erfindung.
Die Anzeigevorrichtung umfasst ferner: dichroitische Spiegel 16B, 16R und 16G, die in dem optischen Pfad hinter der Kollimatorlinse 15 untergebracht sind, um das von der Kollimatorlinse 15 abgegebene weiße Strahlenbündel in Farbstrahlen von B, R und G aufzuteilen und um die Farbstrahlen unter voneinander verschiedenen Winkeln zu reflektieren; eine Einfalls-Polarisationsplatte 17 zum Transformieren der durch die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G aufgeteilten Farbstrahlen in Licht, welches in einer bestimmten Richtung linear polarisiert ist; ein Flüssigkristallanzeigefeld 18 zur Ausführung einer Intensitätsmodulation bezüglich der durch die Polarisationsplatte 17 hindurchtretenden Farbstrahlen auf der Grundlage von Farbbildsignalen; und eine Projektionslinse 19 zum Bündeln des von dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 abgegebenen Lichtes und zum Projizieren des Lichtes auf einen Bildschirm 20 und zum Zusammensetzen der Farben. Eine ausgangsseitige Polarisationsplatte, die hinter dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 platziert ist, ist nicht dargestellt.
Die Lichtquelle 11 besteht aus einem Strahler 11a und einem rotationssymmetrischen konkaven Spiegel 11b. Eine Metall-Halogenlampe kann als Strahler 11a verwendet werden. Ein Spiegel mit ausgezeichnetem Bündelungswirkungsgrad wird als konkaver Spiegel 11b bevorzugt, wie ein Ellipsoidspiegel. Die erste Linsenanordnung 21 und die zweite Linsenanordnung 22 wirken als Integratoren zur Vergleichmäßigung der Beleuchtungsverteilung auf einer Oberfläche des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 durch Streuung des von der Lichtquelle abgegebenen weißen Lichtes. Die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung 22 geben aufgeteilte Strahlenbündel ab, die von den entsprechenden Linsenelementen der ersten Linsenanordnung 21 einfallen, so dass die aufgeteilten Strahlenbündel einander überlagert werden. Die erste Linsenanordnung 21 und die zweite Linsenanordnung 22 werden später im Einzelnen beschrieben.
Die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G, die jeweils unter einem kleinen Winkel voneinander angeordnet sind, reflektieren jeweils selektiv ein von der Kollimatorlinse 15 abgegebenes Strahlenbündel und nahezu parallel zu einer optischen Achse 10 bei etwas 90 Grad, und sie teilen das Strahlenbündel in drei Farbstrahlen B, R und G auf. Die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G leiten sodann die drei Farbstrahlen in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 unter gegenseitig verschiedenen Winkeln ein. Bei diesem Beispiel sind die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G derart angeordnet, dass der R-Strahl orthogonal in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfällt und dass der B-Strahl und der G-Strahl jeweils auf bzw. in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 unter einem Winkel von [+Θ] bzw. [-Θ] von dem R-Strahl einfallen. Alternativ kann die Anordnung so sein, dass der B-Strahl (oder der G-Strahl) orthogonal auf bzw. in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfällt und dass der R-Strahl und der G-Strahl (oder der R-Strahl und der B-Strahl) jeweils unter einem Winkel von [+Θ] bzw. [-Θ] von der Senkrechten einfallen. Die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G entsprechen einer „Farbaufteilungseinrichtung" der Erfindung.
Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 ist ein Anzeigefeld des farbfilterlosen Mikrolinsensystems, welches (nicht dargestellte) Pixelelektroden, die regelmäßig in zwei Dimensionen entsprechend den Farben R, G und B angeordnet sind, und (nicht dargestellte) Kondensor-Mikrolinsen enthält, deren jede gegenüber jeweils drei Pixelelektroden von R, G und B mit einer dazwischen vorgesehenen nicht dargestellten Flüssigkristallschicht angeordnet ist. Die Kondensor- bzw. Bündelungs-Mikrolinsen bündeln jeweils Strahlen der drei Farben B, R und G, welche durch die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G aufgeteilt sind und unter gegenseitig verschiedenen Winkeln eintreten. Die Kondensor-Mikrolinsen lassen sodann die Strahlen jeweils in die betreffenden Pixel eintreten, die den drei Farben B, R und G entsprechen. Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 wird später beschrieben.
Im Hinblick auf die in 2 dargestellten optischen Elemente wird die orthogonal bzw. rechtwinklig zu der optischen Achse 10 auf dem Zeichnungsblatt verlaufende Richtung als horizontale Richtung bezeichnet, und die rechtwinklig bzw. orthogonal zu dem Zeichnungsblatt verlaufende Richtung wird als vertikale Richtung bezeichnet. Diese Definition trifft ebenso auf die folgende Beschreibung zu.
3 und 4 veranschaulichen einen Aufbau der ersten Linsenanordnung 21 gemäß der verwandten Technik. 3 zeigt eine Vorderansicht der betreffenden Linsenanordnung, in die Licht einfällt. 4 zeigt eine Schnittansicht längs der in 3 eingetragenen Linie IV-IV. Wie dargestellt, besteht die erste Linsenanordnung 21 aus Linsenelementen 21a in der Form eines Vierecks bzw. Rechtecks von gleicher Größe, wobei die betreffenden Linsenelemente in vier Spalten und sechs Zeilen angeordnet sind. Die Linsenelemente 21a bestehen aus transparentem Harz bzw. Kunstharz, wie aus Polymethylmethacrylat (PMMA), und sie sind aus einem Stück gebildet. Eine Oberfläche jedes Linsenelements 21a ist flach ausgebildet, während die andere Oberfläche eine konvexe sphärische Oberfläche mit einer bestimmten Krümmung aufweist. Ein Scheitelpunkt 21b der jeweiligen sphärischen Fläche ist in der Mitte des jeweiligen Linsenelements 21a platziert. Wie in 2 veranschaulicht, ist die erste Linsenanordnung 21 derart platziert, dass Licht in deren sphärische Oberflächen einfällt. Wie in 3 veranschaulicht, liegt der Umfang der ersten Linsenanordnung 21 als Ganzes nahezu in Form eines Quadrats vor. Die erste Linsenanordnung 21 ist in einer solchen Position platziert, dass ein projiziertes Bild 25 der Lichtquelle 11 (genauer gesagt ein Bild des Strahlers 11a und einfach in der folgenden Beschreibung das „Lichtquellenbild") in das Quadrat einbezogen ist. Die Form des jeweiligen Linsenelements 21a ist der Form eines effektiven Bereiches des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 geometrisch nahezu ähnlich. Das Verhältnis der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung beträgt beispielsweise 4 zu 3. Die erste Linsenanordnung 21 ist an einer solchen Position angeordnet, dass die optische Achse 10 durch ihre Mitte verläuft und dass die Linsenelemente 21a jeweils mit den effektiven Bereichen des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 konjugiert oder nahezu konjugiert sind.
5 und 6 veranschaulichen eine Anordnung der zweiten Linsenanordnung 22. 5 zeigt eine Vorderansicht der betreffenden zweiten Linsenanordnung, von der Licht abgegeben wird bzw. ausgeht. 6 zeigt eine Schnittansicht längs der in 5 eingetragenen Linie VI-VI. Wie dargestellt, ist eine Oberfläche jedes Linsenelements 22a flach ausgebildet, während die andere Oberfläche eine konvexe sphärische Oberfläche mit einer bestimmten Krümmung wie beim ersten Linsenelement 21 ist. Wie in 2 veranschaulicht, ist jedoch die zweite Linsenanordnung 22 derart platziert, dass das Licht auf bzw. in ihre flachen Oberflächen einfällt. Die Linsenelemente 22a bestehen aus einem transparenten Harz, und sie sind aus einem Stück wie das erste Linsenelement 21 gebildet.
Wie in 5 veranschaulicht, ist der Umfang der zweiten Linsenanordnung 22 insgesamt derselbe wie jener der ersten Linsenanordnung 21 (nahezu ein Quadrat). Die Anzahl der Linsenelemente 22a ist gleich jener der Linsenelemente 21a der ersten Linsenanordnung 21. Im Unterschied zur ersten Linsenanordnung 21 enthält die zweite Linsenanordnung 22 die Linsenelemente 22a, deren Form und Größe voneinander verschieden sind. In 5 sind bei durch die horizontale Mittel-Grenzlinie gegebener X-Achse und bei durch die vertikale Mittel-Grenzlinie gegebener Y-Achse die Form und die Größe der sechs Linsenelemente 22a, die zu dem ersten Quadranten gehören, alle voneinander verschieden. Genauer gesagt werden die Linsenelemente 22a mit Abstand von der Mitte der zweiten Linsenanordnung 22 kleiner. Die sechs Linsenelemente 22a, die zu dem zweiten Quadranten gehören, und die sechs Linsenelemente 22a, die zu dem ersten Quadranten gehören, sind in Bezug auf die Y-Achse symmetrisch. Die 12 Linsenelemente 22a, die zu den dritten und vierten Quadranten gehören, und die 12 Linsenelemente 22a, die zu den zweiten und ersten Quadranten gehören, sind in Bezug auf die X-Achse symmetrisch. Die Linsenelemente 22a entsprechen den Linsenelementen 21a der ersten Linsenanordnung 21 (3). Kleine Strahlenbündel, die von den Linsenelementen 21a abgegeben werden, treten nahe der Mitte der entsprechenden Linsenelemente 22a ein. Der Grund dafür, dass die Formen und Größen der Linsenelemente 22a voneinander verschieden sind, wird später beschrieben.
In dem Fall, dass die Brennweite der Linsenelemente 21a der ersten Linsenanordnung 21 gegeben ist mit „f1" und dass die Brennweite der Linsenelemente 22a der zweiten Linsenanordnung 22 gegeben ist mit „f2" (=f1), wirken die Linsenelemente 22a als Feldlinsen, wenn die Linsenelemente 22a an einer solchen Stelle platziert sind, dass die Gesamtbrennweite „f" beider Linsenelemente ebenso f1 beträgt.
Damit die Linsenelemente 22a als Feldlinsen der entsprechenden Linsenelemente 21a der ersten Linsenanordnung 21 wirken, ist es zusätzlich zu der oben beschriebenen dezentrierten Anordnung erforderlich, dass der Brennpunkt der Linsenelemente 21a in die Hauptebene der Linsenelemente 22a fällt. Daher sind, wie dies in 8 veranschaulicht ist und wie dies später beschrieben wird, die Hauptebenen der entsprechenden Linsenelemente 22a in einer solchen Position untergebracht, dass der Querschnittsbereich des durch das jeweilige Linsenelement 21a gebündelten Strahlenbündels ein Minimum ist.
Die zweite Linsenanordnung 22 ist in bzw. an einer solchen Position untergebracht, dass die optische Achse 10 durch ihre Mitte verläuft und dass die betreffende Linsenanordnung 22 als Ganzes mit der jeweiligen Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 konjugiert oder nahezu konjugiert ist. Die Pixelapertur ist der Teil der Pixelelektroden, der nicht mit bzw. von dem schwarzen Matrixbereich 81b, wie in 7 veranschaulicht, bedeckt ist, was später beschrieben wird. Dabei wirkt die zweite Linsenanordnung 22 nicht nur als Feldlinsen, sondern die Linsenanordnung 22 wirkt als Ganzes auch als Blende bezüglich eines Strahlenbündels, welches in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfällt, und reguliert dadurch den Einfalls-Divergenzwinkel α (7), was später beschrieben wird. Demgemäß ist die Form der zweiten Linsenanordnung 22 als Ganzes nahezu ähnlich jener der Apertur des jeweiligen Pixels (Pixel-Elektroden 81B, 81R und 81G, die in 7 dargestellt sind, welche später beschrieben wird) des Flüssigkristallanzeigefeldes 18. Bei der Ausführungsform, wie sie in 5 veranschaulicht ist, ist der Umfang der gesamten zweiten Linsenanordnung 22 nahezu ein Quadrat. Die Linsenanordnung 22 ist daher optimal in dem Fall, dass die Pixel-Apertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 nahezu quadratisch ist.
7 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Flüssigkristallanzeigefeldes 18, das in 2 dargestellt ist, und zwar längs der horizontalen Richtung. Wie dargestellt, enthält das Flüssigkristallanzeigefeld: ein Pixelsubstrat 81, bei dem eine Anzahl von Pixelelektroden gebildet ist, ein Gegensubstrat 82, bei bzw. auf dem Gegenelektroden und Mikrolinsen gebildet sind, und eine Flüssigkristallschicht 83, die zwischen der Pixelelektrode 81 und dem Gegensubstrat 81 angeordnet ist.
Das Pixelsubstrat 81 enthält ein Glassubstrat 81a, Pixelelektroden 81B, 81R, 81G und so weiter für B-, R- bzw. G-Strahlen, und zwar auf einer Seite (in die das Licht einfällt) des Glassubstrats 81a regelmäßig (periodisch) angeordnet sowie einen schwarzen Matrixabschnitt 81b, der (nicht dargestellte) TFTs enthält, die als Schaltvorrichtungen zur Abgabe einer Spannung auf der Grundlage von Bildsignalen an die Pixelelektroden dienen. Die TFTs enthalten jeweils eine Gate-Elektrode, eine Drain-Elektrode und eine Source-Elektrode (nicht dargestellt), bestehend beispielsweise aus Polysilizium. Die Gate-Elektrode ist mit einer (nicht dargestellten) Adressenleitung verbunden, die von der rechten Seite zur linken Seite des Zeichnungsblatts verläuft. Die Source-Elektrode ist mit (nicht dargestellten) Datenleitungen für B, R und G verbunden, wobei diese Datenleitungen in der Richtung senkrecht zu dem Zeichnungsblatt verlaufen. Die Drain-Elektrode ist mit den Pixel-Elektroden 81B, 81R und 81G verbunden. Durch selektive Abgabe von Bildsignalspannungen von B, R und G an die durch die Adressen- und Datenleitungen ausgewählten Pixelelektroden ändert sich die Flüssigkristall-Molekularausrichtung in der Flüssigkristallschicht 83 zwischen den Pixel-Elektroden und der Gegenelektrode 82d. Die Polarisationsrichtung des durch die betreffende Anordnung hindurch tretenden Lichtes wird bzw. ist somit geändert. Der schwarze Matrixabschnitt 81b ist von Licht mittels eines Metallfilms aus Aluminium und so weiter (nicht dargestellt) abgeschirmt, um zu verhindern, dass die TFTs falsch arbeiten.
Das Gegensubstrat 82 enthält ein Glassubstrat 82a, eine Mikrolinsenanordnung, die aus Kondensor-Mikrolinsen 82b besteht, welche auf einer Seite (aus der Licht austritt) des Glassubstrats 82a gebildet sind, ein Abdeckglas 82e, welches in innigem Kontakt mit den Mikrolinsen 82b gebracht ist, und eine Gegenelektrode 82d, die auf dem Abdeckglas 82c gebildet ist. Die Gegenelektrode 82d ist eine transparente Elektrode, die über die gesamte Oberfläche des Abdeckglases 82c oder in einem benötigten Bereich der Oberfläche des Abdeckglases 82c gebildet ist (das heißt zumindest in einem Bereich gegenüber den Pixelelektroden 81B, 81R und 81G des Pixelsubstrats 81). Die Gegenelektrode 82d liegt fest auf einem konstanten Potential. Die Mikrolinsen 82b sind als Gradientenindex-Linsen durch ein Verfahren gebildet, gemäß dem ein Substrat beispielsweise in die Form von Linsen geätzt und darin ein transparentes Harz implantiert wird oder gemäß dem eine selektive Ionendiffusion vorgenommen wird. Die Mikrolinsen 82b können durch irgendein anderes Verfahren gebildet sein. Die Mikrolinsen 82b sind in typischer Weise halbzylindrische Linsen, die jeweils eine rechtwinklig zum Zeichnungsblatt verlaufende Achse aufweisen. Alternativ können die Mikrolinsen 82b in der Form einer typischen Kugel, in der Form einer nahezu kugelförmig gekrümmten Oberfläche oder in der Form einer asphärischen Oberfläche gebildet sein. Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 entspricht einem „Flüssigkristallanzeigefeld" der Erfindung. Die Mikrolinsen 82b entsprechen „Bündeleinrichtungen" der Erfindung.
Wie in 7 veranschaulicht, ist eine der Mikrolinsen 82b für jeweils drei Pixelelektroden 81B, 81R und 81G der Pixelelektrode 81 vorgesehen. Die Mikrolinse 82b bündelt die Strahlenbündel von B, R und G, die aus drei verschiedenen Richtungen eintreten, und sie lässt die Strahlenbündel in die Pixelelektroden 81B, 81R und 81G durch die Flüssigkristallschicht 83 eintreten. Die Aufmerksamkeit wird auf den R-Strahl gerichtet, der rechtwinklig in die Mikrolinse 82b einfällt; der Brennpunkt der Mikrolinse 82b liegt generell oberhalb der Pixelelektrode 81R oder in deren Nachbarschaft. Falls erforderlich, kann der Brennpunkt tief innerhalb des Glassubstrats 81a liegen. Dasselbe trifft ebenso auf die anderen Strahlen (B und G) zu.
Unter Bezugnahme auf 2, 8 und 9 werden nunmehr die Arbeitsweise und die Funktionen der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Projektionstyps beschrieben.
Unter Bezugnahme auf das in 2 dargestellte optische System wird nummehr die Arbeitsweise der Vorrichtung als Ganzes beschrieben. Wie dargestellt, wird weißes Licht von der Lichtquelle 11 emittiert, und ultraviolette und infrarote Strahlen sind aus dem weißen Licht durch das UV-IR-Abschneidefilter 12 entfernt. Das Licht konvergiert und divergiert sodann und tritt in die Kollimatorlinse 13 ein. Die Kollimatorlinse 13 transformiert das einfallende Licht in ein einzelnes bzw. einziges Strahlenbündel nahezu parallel zur optischen Achse 10 und sendet das Strahlenbündel aus. Das einzelne Strahlenbündel tritt in die erste Linsenanordnung 21 ein und wird durch die Linsenelemente 21a in eine Vielzahl von Strahlenbündeln kleinen Durchmessers aufgeteilt. Wie in 3 veranschaulicht, ist das Lichtquellenbild 25 in der ersten Linsenanordnung 21 (das heißt der Querschnitt des einfallen einzigen Strahlenbündels) nahezu vollständig innerhalb des Umfangs der ersten Linsenanordnung 21 aufgenommen. Das Licht von der Lichtquelle wird dadurch effizient genutzt.
Wie in 8 veranschaulicht, die später beschrieben wird, konvergieren die durch die Linsenelemente 21a der ersten Linsenanordnung 21 aufgeteilten kleinen Strahlenbündel jeweils nahezu in der Mitte der entsprechenden Linsenelemente 22a. Die Strahlenbündel ändern sodann leicht die Richtung, streuen und treten in die Kollimatorlinse 15 ein. Die Kollimatorlinse 15 transformiert die von der zweiten Linsenanordnung 22 einfallenden Strahlenbündel in nahezu telezentrische Strahlenbündel.
Die nahezu telezentrischen Strahlenbündel treten in die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G (2) ein. Die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G teilen die einfallenden Strahlenbündel in die drei Farben B, R und G auf und reflektieren die Farbstrahlen in voneinander unterschiedliche Richtungen. Die reflektierten Strahlen treten dann in die Einfalls-Polarisationsplatte 17 (2) ein. Die Polarisationsplatte 17 überträgt lediglich linear polarisierte Komponenten in einer bestimmten Polarisationsrichtung der einfallenden Farbstrahlen. Die durch die Polarisationsplatte 17 übertragenen, hinreichend linear polarisierten Farbstrahlen treten dann in die Mikrolinsen 82b des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 aus voneinander verschiedenen Richtungen ein. Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 führt eine Intensitätsmodulation bezüglich der Farbstrahlen B, R und G auf der Grundlage von Farbbildsignalen aus und sendet die Strahlen aus.
Nunmehr wird zur Beschreibung des Lichtpfades des in die Mikrolinse ML, einer der Mikrolinsen 82b, einfallenden Lichtes auf 7 Bezug genommen. Da der R-Strahl rechtwinklig in das Glassubstrat 82a eintritt, wird der R-Strahl in die Mitte oder in der Nachbarschaft der Mitte der Pixelelektrode 81R fokussiert, durch die die optische Achse der Mikrolinse ML verläuft. Der B-Strahl tritt in das Glassubstrat 82a unter einem Einfallswinkel Θ ein, und er wird unter einem Brechungswinkel Ψ gebrochen. Der B-Strahl tritt dann in die Mikrolinse ML unter dem Einfallswinkel Ψ ein und wird in die Mitte oder in der Nachbarschaft der Mitte der Pixelelektrode 81B fokussiert. Die Pixelelektrode 81B ist eine der Pixelelektroden in der Nachbarschaft der Pixelelektrode 81R, durch die eine gerade Linie, welche durch die Mitte der Mikrolinse ML verläuft, unter einem Winkel Ψ unter Bezug auf die optische Achse der Mikrolinse ML verläuft. In entsprechender Weise tritt der G-Strahl in das Glassubstrat 82a unter einem Einfallswinkel [-Θ] ein und wird unter einem Brechungswinkel Θ gebrochen. Der G-Strahl tritt dann in die Mikrolinse ML unter dem Einfallswinkel Ψ ein und wird in der Mitte oder in der Nachbarschaft der Mitte der Pixelelektrode 81G fokussiert. Die Pixelelektrode 81G stellt eine der Pixelelektroden dar, die der Pixelelektrode 81R benachbart ist, durch die eine gerade Linie, welche durch die Mitte der Mikrolinse ML verläuft, unter einem Winkel [-Ψ] in Bezug auf die optische Achse der Mikrolinse ML verläuft. Die an die Pixelelektroden 81B, 81R und 81G angelegten Spannungen ändern sich in Abhängigkeit von den gegebenen Pixelsignalen.
Demgemäß werden die Polarisationsrichtungen der Farbstrahlen B, R und G, die durch die Flüssigkristallschicht 83 hindurchtreten, moduliert.
Die Farbstrahlen B, R und G, die jeweils in der Mitte oder nahe der Mitte der jeweiligen Pixelelektroden 81B, 81R bzw. 81G fokussiert werden, treten jeweils aus dem Glassubstrat 81a aus, während sie gestreut werden. Die Strahlen werden dann selektiv durch die nicht dargestellte ausgangsseitige Polarisationsplatte übertragen und mittels der Projektionslinse 19 auf den Bildschirm 20 projiziert. Die Farben werden dadurch zusammengesetzt. Ein Farbbild wird somit auf den Bildschirm 20 projiziert.
Nunmehr werden die für die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung spezifischen Funktionen beschrieben.
8 veranschaulicht kurz den optischen Pfad von der ersten Linsenanordnung 21 zu dem in 2 dargestellten Flüssigkristallanzeigefeld 18. Der Einfachheit halber sind in 8 die abgelenkten optischen Pfade gemäß 2 in äquivalenter Weise in gerade Pfade abgeändert, und die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G, die in 2 dargestellt sind, sind weggelassen. Wie dargestellt, weist eine Vielzahl von aufgeteilten Strahlenbündeln, die von der ersten Linsenanordnung 21 ausgesendet werden, jeweils einen Querschnitt ähnlich dem Umfang des jeweiligen Linsenelements 21a auf. Die aufgeteilten Strahlenbündel treten schließlich in die effektiven Bereiche des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 mit einer Form ein, die nahezu jener des Linsenelements 21a ist, und zwar in einer nahezu parallelen Weise (unter einem einfallenden Divergenzwinkel α, um genau zu sein). Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 wird dadurch mit den von sämtlichen Linsenelementen 21a der ersten Linsenanordnung 21 abgegebenen Strahlen von der Lichtquelle in einer überlegenen Weise beleuchtet. In diesem Fall ist die Intensitätsverteilung des einzigen Strahlenbündels, welches in die erste Linsenanordnung 21 einfällt, im Querschnitt rechtwinklig zur optischen Achse 10 ungleichmäßig. Im Gegensatz dazu ist die Intensitätsverteilung im Querschnitt jedes der Vielzahl von aufgeteilten Strahlenbündeln, in die das einzige Strahlenbündel durch die erste Linsenanordnung 21 aufgeteilt wird bzw. ist, relativ gleichmäßig. Infolgedessen ist die Beleuchtungsverteilung in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 als Ergebnis der Vergrößerung und Überlagerung der aufgeteilten Strahlenbündel entsprechend gleichmäßig. Es ist daher möglich, die angemessene gleichmäßige Beleuchtungsverteilung des vergrößerten und auf den Bildschirm 20 projizierten Bildes zu erzielen.
Wie zuvor unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, führt die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp mit dem farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystem, bei dem die Erfindung angewandt ist, eine Farbbildanzeige durch, indem die drei Farben B, R und G in jede Mikrolinse 82b (7), die in Übereinstimmung mit den Pixelelektroden 81B, 81R und 81G vorgesehen ist, aus gegenseitig unterschiedlichen Richtungen eintreten, und indem das durch die Mikrolinse 82b gebündelte Licht in jede der Pixelelektroden 81B, 81R bzw. 81G eintritt. Falls der Einfalls-Divergenzwinkel α (7) des das Flüssigkristallanzeigefeld 18 beleuchtenden Lichtes groß ist, kann ein Farblicht (zum Beispiel das B-Licht) nicht nur in die Pixelelektrode 81B für die B-Farbe eintreten, sondern auch in das benachbarte Pixel (das sind die Pixelelektrode 81R für R oder die Pixelelektrode 81G für G). Dadurch resultieren Farbmischungen, und die Farbeinheit des angezeigten Bildes ist vermindert. Daher kann die Qualität des Bildes signifikant beeinflusst sein. Es ist somit erforderlich, den Einfalls-Divergenzwinkel des Lichtes, welches in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfällt, auf einen hinreichend kleinen Winkel zu verringern. Dies bedeutet, dass die Beschränkung hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels α in dem Flüssigkristallanzeigefeld für die Vorrichtung des farbfilterlosen Einzelfeld-Mikrolinsensystems speziell streng ist im Vergleich zu Vorrichtungen anderer Systeme (der Einzelanzeigefeldvorrichtung mit Farbfiltern und der Drei-Anzeigefeld-Vorrichtung).
Um den Einfalls-Divergenzwinkel α des in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes zu verringern, ist der Umfang der zweiten Linsenanordnung 22 bei der Ausführungsform so klein wie möglich. Wie zuvor beschrieben, wirkt der Umfang der gesamten zweiten Linsenanordnung 22 ebenso als Blende des Beleuchtungssystems, und daher legt er den Einfalls-Divergenzwinkel α des in die Pixel des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 einfallenden Lichtes fest. Um die Größe der zweiten Linsenanordnung 22 zu verringern, wird eine Formung mit einem Kunstharz bevorzugt, da die Bildung durch Glaspressung, wie sie in Verfahren der verwandten Technik angewandt wird, eine Genauigkeitsbeschränkung besitzt. So erfordert beispielsweise die Glaspressung, dass die Größe jedes Linsenelements 22a etwa 4mm zu 3mm oder darüber liegt. Im Gegensatz dazu erzielt die Kunststoffformung eine angemessene Genauigkeit bei einer geringeren Größe.
Es ist erforderlich, dass Beschränkungen hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels α sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Richtungen untergebracht werden. Der Grad der Beschränkungen hängt von der Form der Pixelapertur ab. Falls beispielsweise die Form der Pixelapertur rechteckig ist, das heißt in der vertikalen Richtung lang und in der horizontalen Richtung schmal ist, ist der Spielraum der Farbmischung in der horizontalen Richtung enger als in der vertikalen Richtung. Die Farbmischung resultiert somit häufig in der horizontalen Richtung. Die hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels α in der horizontalen Richtung untergebrachte Beschränkung ist daher strenger als in der vertikalen Richtung. Um den Wirkungsgrad hinsichtlich der Ausnutzung des Lichtes auf einen ausreichenden Pegel zu steigern, ist es erforderlich, dass die hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels α in den horizontalen und vertikalen Richtungen untergebrachten Beschränkungen voneinander verschieden sind. Aus diesem Grund ist die Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 22 ähnlich bzw. entsprechend der Pixelaperturform, und dadurch wird dem Einfalls-Divergenzwinkel entsprechend dem Verhältnis der horizontalen und vertikalen Länge der Pixelapertur bei der Ausführungsform der Erfindung eine Beschränkung auferlegt. Falls die Pixelapertur beispielsweise quadratisch ist, kann die Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 22 ebenso quadratisch sein, wie dies in 5 veranschaulicht ist. In diesem Fall sind die hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels α in den horizontalen und vertikalen Richtungen auferlegten Beschränkungen gleich.
9 veranschaulicht die zweite Linsenanordnung 22 gemäß der Ausführungsform, wobei das Lichtquellenbild 26 auf diese zweite Linsenanordnung projiziert wird. 10 veranschaulicht ein Beispiel, das mit 9 zu vergleichen ist. Im Gegensatz zu der Ausführungsform zeigt 10 das Beispiel, bei dem eine zweite Linsenanordnung 122 aus Linsenelementen 122a besteht, deren jedes gleich dem Linsenelement 21a (3) der ersten Linsenanordnung 21 in der Größe und der Form ist. Die dargestellten Lichtquellenbilder 26 werden aus aufgeteilten Strahlenbündeln erzeugt, die von den Linsenelementen 21a der ersten Linsenanordnung 21 abgegeben sind. Die erste Linsenanordnung, welche der zweiten Linsenanordnung 122 gegenüberliegt, ist dieselbe wie jene, die in 3 dargestellt ist.
Wie in 10 veranschaulicht, sind die Lichtquellenbilder 26, die in die Linsenelemente 122a nahe der Mitte der zweiten Linsenanordnung 122 einfallen, durch die die optische Achse 10 verläuft, relativ groß. Die Lichtquellenbilder 26, die in die Linsenelemente 122a von der optischen Achse 10 entfernt einfallen, sind relativ klein. Die Mitte des jeweiligen Lichtquellenbildes 26 entspricht nicht notwendigerweise der Mitte des entsprechenden Linsenelements 122a. Darüber hinaus sind die Linsenelemente 122a alle in der Größe und Form gleich. Infolgedessen wird der relativ große Teil des Lichtquellenbildes in das benachbarte Linsenelement 122a aus dem entsprechenden Linsenelement 122a projiziert. In diesem Fall tritt der Anteil des Lichtes, der von dem entsprechenden Linsenelement 122a versetzt ist, nicht durch den richtigen optischen Pfad hindurch, wie dies in 8 gezeigt ist, und er erreicht nicht das Flüssigkristallanzeigefeld 18 und trägt daher nicht zur Beleuchtung des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 bei. Dies heißt, dass ein Verlust in der Lichtmenge zunimmt und dass der Wirkungsgrad der Lichtausnutzung abnimmt. Falls die Anteile der Lichtquellenbilder, die von den Linsenelementen 122a versetzt sind, zu groß sind, ist die Beleuchtungsstärke in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 ungenügend, und die Beleuchtungsstärke des auf dem Bildschirm 20 angezeigten Bildes ist dadurch vermindert.
Im Unterschied dazu sind, wie in 9 gezeigt, die Formen und die Größen der Linsenelemente 22a entsprechend den Formen und Größen der Lichtquellenbilder 26 in der zweiten Linsenanordnung 22 bei der Ausführungsform in geeigneter Weise voneinander variiert. Die Lichtquellenbilder 26 fallen daher nahezu in den Umfang der betreffenden Linsenelemente 22a der zweiten Linsenanordnung 22. Insbesondere die großen Lichtquellenbilder 26 nahe der Mitte fallen in die jeweiligen Linsenelemente 22a nahezu vollständig hinein. Obwohl einige der übrigen Lichtquellenbilder 26 von den entsprechenden Linsenelementen 22a versetzt verlaufen, sind die Anteile nicht so groß. Als Ergebnis ist der Verlust in der Lichtmenge der zweiten Linsenanordnung 22 geringer als jener des in 10 dargestellten Vergleichsbeispiels. Eine Herabsetzung in der Beleuchtungsstärke des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 ist dadurch verhindert. Dies bedeutet, dass der Wirkungsgrad in der Lichtausnutzung verbessert ist.
Die Bestimmung der Größe der zweiten Linsenanordnung 22 und der Brennweite der Linsenelemente 21a der ersten Linsenanordnung 21 wird nunmehr beschrieben.
In 8 ist jedes Linsenelement 21a der ersten Linsenanordnung 21 mit der Oberfläche des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 konjugiert oder nahezu konjugiert. Das Vergrößerungsverhältnis m ist nahezu gegeben durch den nachstehend angegebenen Ausdruck (1). m = f3/fl (1)
Hierbei bedeuten f1 die Brennweite des jeweiligen Linsenelements 21a der ersten Linsenanordnung 21 und f3 die Brennweite der Kollimatorlinse 15.
Sind die Größe des jeweiligen Linsenelements 21a der ersten Linsenanordnung 21 und die Größe des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 gegeben, so ist das Vergrößerungsverhältnis m bestimmt. Daher ist bei gegebener Brennweite f3 der Kollimatorlinse 15 die Brennweite f1 des Linsenelements 21a der ersten Linsenanordnung 21 aus dem Ausdruck (1) gegeben mit f3/m.
Die Position der Hauptebene der zweiten Linsenanordnung 22 ist die Blendenposition des in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes. Die Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 22 ist mit der Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 in Bezug auf die Kollimatorlinse 15 und die Mikrolinse 82b konjugiert oder nahezu konjugiert. Das Verkleinerungsverhältnis m' der Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 22 in Bezug auf die Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 ist nahezu gegeben durch den nachstehenden Ausdruck (2). m' = f4/f3 (2)
Hierin bedeutet f4 die Brennweite der Mikrolinse 82b.
Der nachstehende Ausdruck (3) ist gegeben, wobei die Größe der Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 gegeben ist mit d und wobei die Größe der gesamten zweiten Linsenanordnung 22 gegeben ist mit D. m' = d/D (3)
Das Verkleinerungsverhältnis m' ist durch den Ausdruck (2) bestimmt, falls die Brennweite f3 der Kollimatorlinse 15 und die Brennweite f4 der Mikrolinse 82b gegeben sind. Infolgedessen ist die Größe D der zweiten Linsenanordnung 22 durch d/m' aus dem Ausdruck (3) bestimmt, falls die Größe d der Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 gegeben ist.
Die Größe des zweiten Linsenelements 22 wird theoretisch auf irgendeinen Wert festgelegt, solange der Ausdruck (2) erfüllt ist. Es ist daher möglich, die Größe des zweiten Linsenelements 22 dadurch zu steigern, dass das Verkleinerungsverhältnis m' auf einen Wert festgelegt wird, der so klein wie möglich ist. Dies ist allerdings nicht realistisch, da es bezüglich der Brennweite f3 der Kollimatorlinse 15 erforderlich ist, dass diese beträchtlich vergrößert ist, und da es bezüglich der Länge der Vorrichtung dadurch erforderlich ist, dass diese vergrößert ist. Um die Größe der Vorrichtung zu verringern, wird es daher bevorzugt, die Größe der zweiten Linsenanordnung 22 soweit wie möglich zu verringern und das Verkleinerungsverhältnis m' so nahe wie möglich bei „1" festzulegen.
Gemäß der soweit beschriebenen Ausführungsform der Erfindung weist jedes der Vielzahl von aufgeteilten Strahlenbündeln, die von der ersten Linsenanordnung 21 ausgesendet sind, einen Querschnitt ähnlich dem Umfang des jeweiligen Linsenelements 21a auf. Die aufgeteilten Strahlenbündel treten in die effektiven Bereiche des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 mit einer Form ein, die nahezu ähnlich jener des Linsenelements 21a ist. Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 wird dadurch mit Strahlen von der Lichtquelle beleuchtet, die von sämtlichen Linsenelementen 21a der ersten Linsenanordnung 21 in einer überlagerten Weise ohne Lichtverlust ausgesandt sind. In diesem Fall ist die Intensitätsverteilung des einzigen Strahlenbündels der Strahlen, die in die erste Linsenanordnung 21 einfallen, im Querschnitt rechtwinklig zur optischen Achse 10 ungleichmäßig. Im Gegensatz dazu ist die Intensitätsverteilung im Querschnitt jedes der Vielzahl von Strahlenbündeln, in die das einzelne Strahlenbündel durch die erste Linsenanordnung 21 aufgeteilt wird, relativ gleichmäßig. Infolgedessen ist die Beleuchtungsverteilung in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18, die ein Ergebnis der Überlagerung der aufgeteilten Strahlenbündel ist, entsprechend gleichmäßig. Es ist daher möglich, die geeignete gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung des vergrößerten und auf den Bildschirm 20 projizierten Bildes zu erzielen.
In 3 liegt der Scheitelpunkt 21b der jeweiligen Kugel der Linsenanordnung 21 in der Mitte des jeweiligen Linsenelements 21a. Bei der Ausführungsform liegt ein Scheitelpunkt 21b' der jeweiligen Kugel von der Mitte des jeweiligen Linsenelements 21a' versetzt, wie dies in 11 und in 12 veranschaulicht ist. 11 zeigt eine Vorderansicht, auf bzw. in die Licht einfällt. 12 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie XII-XII von 11. Bei dieser Abwandlung ist jedes Linsenelement 21a' derart dezentriert, dass der Scheitelpunkt 21b' der jeweiligen Kugel dichter bei der optischen Achse 10 liegt. Als Ergebnis verschieben sich die aufgeteilten Strahlenbündel, die durch die Linsenelemente 21a' des ersten Linsenelements 21' aufgeteilt sind, zur optischen Achse 10 hin. Infolgedessen sammeln sich die Lichtquellenbilder 26 um die Mitte der zweiten Linsenanordnung, und die Blendenapertur ist dadurch wesentlich verringert. Der Einfalls-Divergenzwinkel in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 ist dadurch auf einen kleinen Winkel beschränkt. Darüber hinaus sind ebenso die Anteile der von der zweiten Linsenanordnung 22 versetzten Strahlenbündel verringert. Ein Verlust hinsichtlich der Lichtmenge der zweiten Linsenanordnung 22 ist somit verringert.
Zweite Ausführungsform
Nunmehr wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Eine zusätzliche Beschreibung bezüglich der Funktion der ersten Ausführungsform als einem Beispiel, welches mit der zweiten Ausführungsform zu vergleichen ist, erfolgt nunmehr. Bei der vorstehenden ersten Ausführungsform sind die erste Linsenanordnung 21 und die zweite Linsenanordnung 22 als Ganzes in der Größe und in der Form einander gleich. Überdies ist kein Linsenelement 21a der ersten Linsenanordnung 21 zentriert, wie dies in 3 veranschaulicht ist. Daher gibt es, wie in 9 veranschaulicht, einen bedeutenden Platz unter den Lichtquellenbildern 26 in der zweiten Linsenanordnung 22, was bedeutet, dass die Linsenelemente 22a einen unnötigen Platz enthalten. Dasselbe trifft für das in 10 dargestellte Vergleichsbeispiel zu. Dies bedeutet, dass die Größe der zweiten Linsenanordnung 22 (oder 122) mehr als notwendig ist.
Falls eine Verringerung in der Größe der Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 erforderlich ist, um beispielsweise eine höhere Auflösung bzw. Bildschärfe zu erzielen, ist es erforderlich, die Gesamtgröße der zweiten Linsenanordnung 22 zu verringern, um den Einfalls-Divergenzwinkel α des in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes zu verringern. Demgemäß ist es bezüglich der Gesamtgröße der entsprechenden Linsenanordnung 21 erforderlich, dass diese ebenso verringert wird. Ansonsten sind die Lichtquellenbilder 26 in der zweiten Linsenanordnung 22 in Bezug auf die Linsenelemente 22a signifikant versetzt, und der Wirkungsgrad der Lichtausnutzung ist verringert. Falls die Gesamtgröße der ersten Linsenanordnung 21 verringert ist, ist es jedoch schwierig, das gesamte Licht von der Lichtquelle 11 mit der ersten Linsenanordnung 21 aufzunehmen. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad in der Lichtausnutzung verringert, und die Beleuchtungsstärke des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 ist reduziert.
Die Lichtmenge des das Flüssigkristallanzeigefeld 18 mittels der zweiten Linsenanordnung 22 erreichenden Lichtes ist unabweislich vermindert, falls der Einfalls-Divergenzwinkel α des in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes durch einfache Verkleinerung der Größe des Umfangs der zweiten Linsenanordnung vermindert ist. Die Beleuchtungsstärke auf dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 ist somit ebenfalls vermindert.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der zweiten Ausführungsform ist für eine Steigerung der Lichtmenge vorgesehen. Die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, bei der einige Modifikationen vorgenommen sind. Die Vorrichtung wird nunmehr unter Bezugnahme auf 13 bis 19 beschrieben. Dabei sind Komponenten, die ähnlich jenen bei der ersten Ausführungsform sind, entsprechende Bezugszeichen zugewiesen, und Beschreibungen der betreffenden Komponenten sind, falls angemessen, weggelassen.
13 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung von oben. Die Vorrichtung ist ähnlich bzw. entspricht der Vorrichtung der ersten Ausführungsform des farbfilterlosen Einzelanzeigefeld-Mikrolinsensystems, allerdings mit der Ausnahme, dass die Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eine erste Linsenanordnung 31 und eine zweite Linsenanordnung 32 anstelle der in 2 dargestellten ersten Linsenanordnung 21 und der zweiten Linsenanordnung 22 aufweist. Die erste Linsenanordnung 31 entspricht der „ersten Linsenanordnung" der Erfindung. Die zweite Linsenanordnung 32 entspricht der „zweiten" Linsenanordnung der Erfindung. Die erste Linsenanordnung 31 und die zweite Linsenanordnung 32 werden nunmehr im Einzelnen beschrieben.
14 und 15 veranschaulichen eine Anordnung der ersten Linsenanordnung 31, wie sie in 13 veranschaulicht ist. 14 zeigt eine Vorderansicht der betreffenden ersten Linsenanordnung, in die Licht einflällt. 15 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie XV-XV in 14. Wie dargestellt, besteht die erste Linsenanordnung 31 aus Linsenelementen 31a, die in der Form und Größe einander gleich sind und die in vier Spalten und sechs Zeilen angeordnet sind. Eine Oberfläche des jeweiligen Linsenelements 31a ist flach, während die andere Oberfläche eine konvex-sphärische Oberfläche mit einer bestimmten Krümmung ist. Ein Scheitelpunkt 31b der jeweiligen sphärischen Oberfläche ist von der Mitte des jeweiligen Linsenelements 31a in eine spezifische Richtung um einen spezifischen Betrag verschoben. Der Scheitelpunkt 31b ist somit in Bezug auf den Umfang des jeweiligen Linsenelements 31a dezentriert. Wie in 13 veranschaulicht, ist die erste Linsenanordnung 31 derart platziert, dass Licht auf bzw, in ihre konvex-sphärischen Oberflächen einfällt.
Wie in 14 veranschaulicht, in der die horizontale Mitten-Grenzlinie die X-Achse darstellt und in der die vertikale Mitten-Grenzlinie die Y-Achse darstellt, sind die Richtungen und die Beträge der Dezentrierung der sechs Linsenelemente 31a, die zum ersten Quadranten gehören, alle voneinander verschieden. Die sechs Linsenelemente 31a, die zum zweiten Quadranten gehören, und die sechs Linsenelemente 31a, die zum ersten Quadranten gehören, sind in Bezug auf die Y-Achse symmetrisch angeordnet. Die 12 Linsenelemente 31a, die zu den dritten und vierten Quadranten gehören, und die 12 Linsenelemente 31a, die zu den zweiten und ersten Quadranten gehören, sind in Bezug auf die X-Achse symmetrisch angeordnet.
Der Umfang der ersten Linsenanordnung 31 ist als Ganzes nahezu quadratisch. Das erste Linsenelement 31 ist in einer solchen Position platziert, dass das Lichtquellenbild 25 der Lichtquelle 11 in dem Quadrat erfasst ist. Die Form des jeweiligen Linsenelements 31a ist zur Form des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 geometrisch nahezu ähnlich. Das Verhältnis der horizontalen Richtung zur vertikalen Richtung beträgt beispielsweise 4 zu 3. Die erste Linsenanordnung 31 ist an einer solchen Position positioniert, dass die Linsenelemente 31a zu den effektiven Bereichen des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 konjugiert oder nahezu konjugiert sind.
16 und 17 veranschaulichen eine Anordnung der zweiten Linsenanordnung 32. 16 zeigt eine Vorderansicht der betreffenden zweiten Linsenanordnung, von der Licht ausgeht. 17 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie XVII-XVII in 16. Die zweite Linsenanordnung 32 enthält Linsenelemente 32a, die in der Größe und Form voneinander verschieden sind. Eine Oberfläche des jeweiligen Linsenelements 32a ist flach, während die andere Oberfläche eine konvex-sphärische Oberfläche mit einer spezifischen Krümmung wie das erste Linsenelement 31 ist.
Wie in 16 veranschaulicht, in der die horizontale Mitten-Grenzlinie die X-Achse darstellt und in der die vertikale Mitten-Grenzlinie die Y-Achse darstellt, sind die Formen und Größen der sechs Linsenelemente 32a, die zu dem ersten Quadranten gehören, alle voneinander verschieden. Um genauer zu sein, werden die Linsenelemente 32a mit dem Abstand von der Mitte der zweiten Linsenanordnung 32 (dem Schnittpunkt der X- und Y-Achsen) kleiner. Der Scheitelpunkt 32b der sphärischen Oberfläche des jeweiligen Linsenelements 32a ist von der Mitte des jeweiligen Linsenelements 32a um einen spezifischen Betrag in eine spezifische Richtung verschoben. Der Scheitelpunkt 32b ist somit in Bezug auf den Umfang des jeweiligen Linsenelements 32a dezentriert. Die sechs Linsenelemente 32a, die zu dem zweiten Quadranten gehören und die sechs Linsenelemente 32a, die zu dem erstem Quadranten gehören, sind in Bezug auf die Y-Achse symmetrisch. Die zwölf Linsenelemente 32a, die zu den dritten und vierten Quadranten gehören, und die zwölf Linsenelemente 32a, die zu den zweiten und ersten Quadranten gehören, sind in Bezug auf die X-Achse symmetrisch. Der jeweilige Scheitelpunkt 32b der Kugel, von der Licht von den jeweiligen Linsenelementen 32a der zweiten Linsenanordnung 32 abgegeben wird, ist längs einer geraden Linie positioniert, die durch die Mitte des entsprechenden Linsenelements 31a und parallel zur optischen Achse 10 verläuft. Daher ist jedes Linsenelement 32a in einer spezifischen Richtung von der Mitte des Umfangs versetzt.
Wie bei der ersten Linsenanordnung 31 beträgt die Gesamtzahl der Linsenelemente 32a hier 24, das sind vier Spalten und sechs Zeilen. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform (5) ist die Form der gesamten zweiten Linsenanordnung 32 ein Rechteck, welches in der vertikalen Richtung ein bisschen lang ist. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Form der zweiten Linsenanordnung 32 ähnlich jener der Pixelapertur gemacht ist, die in der vertikalen Richtung etwas lang ausgebildet ist, was zur Erzielung einer höheren Auflösung des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 dient. Die Linsenelemente 32a der zweiten Linsenanordnung 32 entsprechen den Linsenelementen 31a der ersten Linsenanordnung 31. Wie in 18 veranschaulicht, die später beschrieben wird, treten von den Linsenelementen 31a abgegebene Strahlenbündel jeweils nahezu in die Mitte der jeweiligen Linsenelemente 32a ein.
Wie in 14 veranschaulicht, ist jedes Linsenelement 31a der ersten Linsenanordnung 31 derart dezentriert, dass das jeweilige aufgeteilte Strahlenbündel, welches durch das jeweilige Linsenelement 31a hindurchtritt, in der Mitte des entsprechenden Linsenelements 32a der zweiten Linsenanordnung 32 konvergiert. Wie in 16 veranschaulicht, ist jedes Linsenelement 32a der zweiten Linsenanordnung 32 derart dezentriert, dass das Linsenelement 32a als Feldlinse wirkt. Jedes aufgeteilte Strahlenbündel, welches von dem jeweiligen Linsenelement 32a ausgesendet wird, wird dadurch nahezu genau auf dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 überlagert sowie vergrößert und projiziert. Damit die Linsenelemente 32a als Feldlinsen der entsprechenden Linsenelemente 31a der ersten Linsenanordnung 31 wirken können, ist es zusätzlich zu der oben beschriebenen dezentrierten Anordnung erforderlich, dass der Brennpunkt der Linsenelemente 31a in die Hauptebene der Linsenelemente 32a fällt. Genauer gesagt sind, wie in 18 veranschaulicht, die später beschrieben wird, die Hauptebenen der entsprechenden Linsenelemente 32a jeweils in einer solchen Position untergebracht, dass der Querschnittsbereichs des Strahlenbündels, welches durch das jeweilige Linsenelement 31a gebündelt wird, ein Minimum ist.
Die zweite Linsenanordnung 32 ist mit jeder Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 konjugiert oder nahezu konjugiert. Die zweite Linsenanordnung 32 wirkt nicht nur als Feldlinsen, sondern die Linsenanordnung 32 als Ganzes wirkt auch als Blende eines Strahlenbündels, welches in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfällt, und reguliert den Einfalls-Divergenzwinkel α. Demgemäß ist die Form der zweiten Linsenanordnung 32 als Ganzes nahezu ähnlich bzw. entspricht nahezu jener der Apertur des jeweiligen Pixels des Flüssigkristallanzeigefeldes 18. Um die Vorrichtungsgröße zu verringern, ist die Größe der zweiten Linsenanordnung 32 minimiert, und das Verkleinerungsverhältnis m', welches durch den Ausdruck (2) gegeben ist, liegt so nah wie möglich bei „1" (was bedeutet, dass das Verkleinerungsverhältnis so klein wie möglich ist). Diese Punkte sind ähnlich der vorstehenden ersten Ausführungsform.
Nunmehr werden die Wirkungen bzw. Funktionen der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Dabei werden lediglich die für die Ausführungsform spezifischen Funktionen beschrieben, während eine Beschreibung der Grundfunktion des in 13 als Ganzes dargestellten optischen Systems, welche ähnlich jener der ersten Ausführungsform ist, weggelassen wird.
18 veranschaulicht kurz den optischen Weg von der ersten Linsenanordnung 31 zu dem Flüssigkristallanzeigefeld 18, wie es in 13 veranschaulicht ist. 18 entspricht der 8 der vorstehenden ersten Ausführungsform. In 18 sind der Einfachheit halber die abgelenkten optischen Pfade gemäß 13 in gerade Pfade geändert, und zwar in einer äquivalenten Weise, und die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G, die in 13 dargestellt sind, sind weggelassen.
Wie dargestellt, weisen die in einer Vielzahl vorgesehenen Strahlenbündel, welche von der ersten Linsenanordnung 31 abgegeben sind, jeweils einen Querschnitt auf, der dem Umfang des jeweiligen Linsenelements 31a entspricht bzw. diesem ähnlich ist. Die Strahlenbündel treten in die effektiven Bereiche des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 mit einer Form ein, die nahezu ähnlich jener des Linsenelements 31a ist. Das Flüssigkristallanzeigefeld 18 wird dadurch mit den Strahlen von der Lichtquelle, die von sämtlichen Linsenelementen 31a der ersten Linsenanordnung 31 abgegeben werden, in einer überlagerten Weise beleuchtet. In diesem Fall ist die Intensitätsverteilung der in die erste Linsenanordnung 31 einfallenden einzelnen Strahlenbündel im Querschnitt rechtwinklig zur optischen Achse 10 ungleichmäßig. Im Gegensatz dazu ist die Intensitätsverteilung im Querschnitt jedes der Vielzahl von aufgeteilten Strahlenbündeln relativ gleichmäßig, in die das einzelne Bündel der Strahlen durch die erste Linsenanordnung 31 aufgeteilt ist. Infolgedessen ist die Beleuchtungsstärkeverteilung auf bzw. in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18, das heißt ein Ergebnis der Überlagerung der aufgeteilten Strahlenbündel, entsprechend gleichmäßig. Es ist daher möglich, die angemessen gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung des vergrößerten und auf den Bildschirm 20 projizierten Bildes zu erzielen. Dieses Merkmal entspricht bzw. ist ähnlich jenem der ersten Ausführungsform.
Wie zuvor beschrieben, erfordert die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp des farbfilterlosen Einzelanzeigefeld-Mikrolinsensystems, dass der Einfalls-Divergenzwinkel α des auf bzw. in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes auf einen hinreichend kleinen Winkel verringert ist. Bei der Ausführungsform ist daher der Umfang der zweiten Linsenanordnung 32 so klein wie möglich gemacht. Der Umfang der zweiten Linsenanordnung 32 wirkt ebenso als Blende des Beleuchtungssystems. Der Einfalls-Divergenzwinkel α des auf bzw. in die Pixel des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 einfallenden Lichtes ist dadurch festgelegt. Dieses Merkmal ist ebenso jenem der ersten Ausführungsform ähnlich.
Wie zuvor beschrieben, ist es erforderlich, dass hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels α sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung Grenzen bzw. Beschränkungen auferlegt werden. Das Maß der Beschränkungen hängt von der Form der Pixelapertur ab. Falls beispielsweise die Form der Pixelapertur ein Rechteck ist, welches in der vertikalen Richtung lang ausgebildet ist, um eine höhere Auflösung zu erzielen, ist es bezüglich der Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 32 erforderlich, dass diese ähnlich der Pixelapertur ein Rechteck ist. Bei der Ausführungsform, wie sie in 16 veranschaulicht ist, ist der Umfang der Linsenelemente 32a der zweiten Linsenanordnung 32 ein Rechteck ähnlich der Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18. In diesem Fall wird bzw. ist eine Beschränkung, die dem Einfalls-Divergenzwinkel α auferlegt ist, in der horizontalen Richtung strenger als in der vertikalen Richtung. Entsprechend der Beschränkung ist die horizontale Länge der zweiten Linsenanordnung 32 reduziert, und der Abblendungsbetrag in der horizontalen Richtung ist vergrößert. Eine Farbmischung ist dadurch nicht nur in der horizontalen Richtung, sondern auch in der vertikalen Richtung effektiv verhindert. Falls die Pixelapertur nicht nur in der horizontalen Richtung, sondern auch in der vertikalen Richtung vermindert ist, kann die vertikale Länge der zweiten Linsenanordnung 32 entsprechend verringert werden.
Falls die Größe der ersten Linsenanordnung 32 ebenso entsprechend dem Umfang der zweiten Linsenanordnung 32 verringert ist, ist jedoch die Menge des das Flüssigkristallanzeigefeld 18 erreichenden Lichtes unabweislich eingeschränkt, und die Beleuchtungsstärke auf dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 ist vermindert.
Daher liegt bei der in 14 dargestellten Ausführungsform die Form der gesamten ersten Linsenanordnung 31 so nahe wie möglich bei einem Kreis oder einem Quadrat. Darüber hinaus ist die Gesamtgröße der ersten Linsenanordnung 31 so groß wie möglich, so dass das Lichtquellenbild 25 auf der ersten Linsenanordnung 31 (das heißt der Querschnitt des einfallenden einzelnen Strahlenbündels) nahezu vollständig innerhalb des Umfangs der gesamten ersten Linsenanordnung 31 eingeschlossen ist (das heißt, dass das Strahlenbündel soweit wie möglich von der Lichtquelle 11 empfangen wird). Ein Verlust in der Lichtmenge aufgrund einer Vignettierung (Abdunklung) der ersten Linsenanordnung 31 ist dadurch minimiert.
Bei der Ausführungsform ist jedes Linsenelement 31a der ersten Linsenanordnung 31 angemessen dezentriert, so dass der gegenseitige Abstand unter den von der ersten Linsenanordnung 31 abgegebenen aufgeteilten Strahlenbündeln minimiert ist. Infolgedessen sind die aufgeteilten Strahlenbündel, welche durch die Linsenelemente 31a der ersten Linsenanordnung 31 hindurchtreten und die die zweite Linsenanordnung 32 erreichen, daran gehindert, von den jeweiligen Linsenelementen 32a der zweiten Linsenanordnung 32 abzunehmen, deren Gesamtgröße kleiner ist als jene der ersten Linsenanordnung 31. Ferner sind die Position und die Größe der zweiten Linsenanordnung 32 entsprechend dem Erreichungspunkt und der Größe der aufgeteilten Strahlenbündel festgelegt, die somit bestimmt sind. Infolgedessen sind, wie in 19 veranschaulicht, die Abstände zwischen den Mitten der Linsenelemente 32a ohne einen Verlust hinreichend klein. Jedes Lichtquellenbild 36 des Linsenelements 31a der ersten Linsenanordnung 31 wird nahezu präzise in die Mitte des entsprechenden Linsenelements 32a der zweiten Linsenanordnung 32 projiziert, ohne von dem Linsenelement 32a abzunehmen.
19 veranschaulicht die Lichtquellenbilder auf bzw. in der zweiten Linsenanordnung 32, in die Licht einfällt. Wie dargestellt, sind die Lichtquellenbilder 36, die in die Linsenelemente 32a nahe der optischen Achse 10 (der Mitte der zweiten Linsenanordnung 32) einfallen, relativ groß. Die Lichtquellenbilder 36, die in die Linsenelemente 32a von der optischen Achse 10 entfernt einfallen, sind relativ klein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Größen und Formen der Linsenelemente 32a entsprechend optimiert sind. Dies bedeutet, dass im Gegensatz zur 9 verschwendeter Raum, in welchem kein Lichtquellenbild 36, das von dem aufgeteilten Strahlenbündel ausgeht, ausgeübt wird, in den Linsenelementen 32a vermindert ist. Es gibt einige wenige Lichtquellenbilder 36, die sich ebenso von den Linsenelementen 32a weg erstrecken. Dies bedeutet, dass die Gesamtgröße der zweiten Linsenanordnung 32 wirksam verkleinert ist. Damit ist die zweite Linsenanordnung 32 als Blende verringert, so dass der Einfalls-Divergenzwinkel α in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 auf einen hinreichend kleinen Winkel eingeschränkt ist.
Entsprechend der soweit beschriebenen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Größe des Umfangs der ersten Linsenanordnung 31 so groß wie möglich, so dass das einzige Strahlenbündel von der Lichtquelle nahezu vollständig empfangen wird. Darüber hinaus sind die Linsenelemente 31a jeweils dezentriert, so dass die durch die erste Linsenanordnung 31 aufgeteilten und abgegebenen aufgeteilten Strahlenbündel so nahe wie möglich zur optischen Achse 10 gelangen. Ferner sind die Größen, Formen und Positionen der jeweiligen Linsenelemente 32a der zweiten Linsenanordnung 32 entsprechend den Erreichungspunkten der aufgeteilten Strahlenbündel bestimmt. Infolgedessen ist ein Verlust in der Lichtmenge infolge einer Vignettierung, die durch die erste Linsenanordnung 31 hervorgerufen wird, verringert. Darüber hinaus ist ein Verlust in der Lichtmenge in der zweiten Linsenanordnung 32 hinreichend herabgesetzt, während die zweite Linsenanordnung 32 hinreichend verkleinert ist. Dadurch ist der Wirkungsgrad hinsichtlich der Lichtausnutzung in dem optischen Beleuchtungssystem als Ganzem gesteigert. Da eine Verkleinerung bzw. Herabsetzung in der zweiten Linsenanordnung 32 als Blende ermöglicht ist, ist der Einfalls-Divergenzwinkel α des in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes hinreichend verringert. Somit ist eine Farbmischung in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 wirksam vermindert. Wie bei der vorstehenden ersten Ausführungsform wird die Oberfläche des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 durch Licht, welches durch die Linsenelemente 31a der ersten Linsenanordnung 31 tritt, in einer Überlagerungsweise beleuchtet. Infolgedessen wird die ausreichend gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung im Vergleich zu der Vorrichtung mit einem Glasstab-Integrator erreicht. Dadurch wird ein gleichmäßiges und helles Bild mit ausgezeichneter Farbreinheit auf den Bildschirm 20 projiziert.
Dritte Ausführungsform
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 20 bis 23 eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
20 und 21 zeigen schematische Darstellungen eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. 20 zeigt eine Darstellung von oben betrachtet.
21 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung. Entsprechende Bezugszeichen sind Komponenten zugeordnet, die ähnlich jenen sind, welche in 2 dargestellt sind, und ihre Beschreibungen werden, falls passend, weggelassen. In 20 und in 21 sind der Einfachheit halber die durch die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G tatsächlich abgelenkten optischen Pfade bzw. Wege, wie in 2 dargestellt, in einer äquivalenten Weise in gerade Bahnen abgeändert. Der Einfachheit halber sind lediglich Haupt-Lichtwege dargestellt, während andere Wege weggelassen sind. In 20 und in 21 sind die in 2 dargestellte Projektionslinse 19 und der in 2 dargestellte Bildschirm 20 weggelassen. In 21 sind auch die dichroitischen Spiegel 16B, 16R und 16G weggelassen.
Die Vorrichtung ist ähnlich den Vorrichtungen der vorstehenden Ausführungsformen des farbfilterlosen Einzelanzeigefeld-Mikrolinsensystems, allerdings mit der Ausnahme, dass der in 2 und 13 dargestellten Vorrichtung Einrichtungen hinzugefügt sind, um eine höhere Auflösung und eine höhere Beleuchtungsstärke zu erzielen. Zusätzlich zu den in 2 oder 13 dargestellten Komponenten umfasst die Vorrichtung ferner eine PS-Aufteilungs- und -Kombiniervorrichtung 50, die eine Funktion des Aufteilens eines einfallenden Strahlenbündels, welches sowohl p- als auch s-polarisierte Strahlen enthält, in ein p-polarisiertes Strahlenbündel und ein spolarisiertes Strahlenbündel sowie des Transformierens eines der polarisierten Strahlenbündel in das andere polarisierte Strahlenbündel und des Kombinierens der Strahlenbündel aufweist. Anstelle der ersten Linsenanordnungen 21 und 31 und der zweiten Linsenanordnungen 22 und 32, wie sie in 2 und 13 dargestellt sind, umfasst die Vorrichtung eine erste Linsenanordnung 41 und eine zweite Linsenanordnung 42, wobei jede dieser Linsenanordnungen eine Form besitzt, die in der vertikalen Richtung ausreichend lang ist. Um in der Vorrichtung eine höhere Auflösung zu erreichen, ist die horizontale Länge der jeweiligen Pixelapertur des Flüssigkeitsanzeigefeldes 18 hinreichend verringert, und das Pixel ist in der vertikalen Richtung lang. Die Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 42 ist daher ähnlich der Pixelaperturform gemacht, wie dies in 23 veranschaulicht ist. Die PS-Aufteilungs- und -Kombiniervorrichtung 50 entspricht einer „Aufteilungs- und - Kombiniereinrichtung" der Erfindung. Die erste Linsenanordnung 41 entspricht der „ersten Linsenanordnung" der Erfindung. Die zweite Linsenanordnung 42 entspricht der „zweiten Linsenanordnung" der Erfindung.
Wie in 21 veranschaulicht, enthält die PS-Aufteilungs- und - Kombiniervorrichtung 50: ein für polarisiertes Licht vorgesehenes Aufteilungsprisma 51 mit zwei für das polarisierte Licht vorgesehenen Aufteilungsspiegeln, die nahezu rechtwinklig zueinander auf der Innenseite angeordnet sind; Reflexionsspiegel 52a und 52b, die jeweils auf einer Seite des Prismas 51 (in der vertikalen Richtung der Vorrichtung) untergebracht sind; eine Halbwellenplatte 53, die hinter dem Prisma 51 (von dem Licht ausgeht) untergebracht ist. In dem Prisma 51 sind die Spiegel jeweils unter 45 Grad von der optischen Achse 10 platziert. Von den in das Prisma 51 einfallenden Strahlenbündeln werden die s-polarisierten Lichtkomponenten von der optischen Achse 10 (in der vertikalen Richtung der Vorrichtung) um nahezu 90 Grad reflektiert. Die p-polarisierten Lichtkomponenten treten durch das Prisma 51 hindurch, wie sie sind. Die s-polarisierten Strahlenbündel werden jeweils durch das Prisma 51 in der vertikalen Richtung reflektiert, und sodann werden sie durch die Reflexionsspiegel 52a und 52b in der Richtung nahezu parallel zur optischen Achse 10 reflektiert und treten jeweils in die oberen und unteren Bereiche der ersten Linsenanordnung 41 ein. Die p-polarisierten Strahlenbündel, die durch das Prisma 51 hindurchtreten, werden durch die Halbwellenplatte 53 hinter das Prisma 51 übertragen und in s-polarisierte Strahlenbündel transformiert; sie treten in den mittleren Bereich der ersten Linsenanordnung 41 ein. Das Ergebnis besteht darin, dass die Vorrichtung 50 nahezu jedes einfallende Strahlenbündel in ein s-polarisiertes Strahlenbündel transformiert und die Breite des Strahlenbündels in der vertikalen Richtung der Vorrichtung vergrößert. Alternativ kann das für polarisiertes Licht vorgesehene Aufteilungsprisma mit den auf der Innenseite vorhandenen Spiegeln anstelle der Reflexionsspiegel 52a und 52b verwendet werden. In diesem Fall tritt das durch das Prisma 51 aufgeteilte Strahlenbündel durch ein Medium mit einem höheren Brechungsindex im Vergleich zu dem Fall hindurch, dass die Reflexionsspiegel 52a und 52b verwendet sind. Dadurch ist die Divergenz des Strahlenbündels reguliert.
22 veranschaulicht die erste Linsenanordnung 41, in die Licht einfällt. Die vertikale Richtung in 22 entspricht der vertikalen Richtung der Vorrichtung (das ist die vertikale Richtung des Flüssigkristallanzeigefeldes 18). Wie dargestellt, ist die erste Linsenanordnung 41 in einer vertikalen langen Form ausgestaltet, bei der 12 Linsenelemente 31a in den ersten und zweiten Quadranten und 12 Linsenelemente 31a in den dritten und vierten Quadranten der ersten Linsenanordnung 31 jeweils zur Oberseite und Unterseite der ersten Linsenanordnung 31 der vorstehenden zweiten Ausführungsform (14) hinzugefügt sind. Für die Linsenelemente in 22 ist ein weiteres Bezugszeichen 41a benutzt. Wie bei der in 14 dargestellten Ausführungsform fällt Licht in die sphärischen Oberflächen der Linsenelemente 41a ein, ein Scheitelpunkt 41b der sphärischen Oberfläche des jeweiligen Linsenelements 41a ist dezentriert, und die Form des jeweiligen Linsenelements 41a ist ähnlich jener des Flüssigkristallanzeigefeldes 18.
In 21 tritt das s-polarisierte Strahlenbündel, welches von der Halbwellenplatte 53 der Vorrichtung 50 abgegeben wird, in 24 Linsenelemente 41a im mittleren Bereich der ersten Linsenanordnung 41 ein und bildet das Lichtquellenbild 25, wie dies in 22 veranschaulicht ist. Das durch die Reflexionsspiegel 52a und 52b der Vorrichtung 50 reflektierte s-polarisierte Strahlenbündel tritt in die 12 Linsenelemente 41a in jedem der oberen und unteren Bereiche der ersten Linsenanordnung 41 ein und bildet die Lichtquellenbilder 25a und 25b, wie dies in 22 veranschaulicht ist. Das Ergebnis besteht darin, dass das Strahlenbündel, dessen Querschnittsbereich nahezu zwei Mal so groß ist wie jener des ursprünglichen Bündels, über die gesamte erste Linsenanordnung 41 eintritt.
23 veranschaulicht eine Seite der zweiten Linsenanordnung 42, von der Licht ausgeht. Die vertikale Richtung in 23 entspricht der vertikalen Richtung der Vorrichtung. Wie dargestellt, ist die zweite Linsenanordnung 42 in einer vertikal langen Form gestaltet, bei der 12 Linsenelemente 32a in den ersten und zweiten Quadranten und 12 Linsenelemente 32a in den dritten und vierten Quadranten der zweiten Linsenanordnung 32 jeweils der Oberseite und der Unterseite der zweiten Linsenanordnung 32 der vorstehenden zweiten Ausführungsform (16) hinzugefügt sind. Ein weiteres Bezugszeichen 42a wird für die Linsenelemente in 23 benutzt. Wie bei der in 16 dargestellten Ausführungsform tritt Licht aus den sphärischen Oberflächen der Linsenelemente 42a aus, und ein Scheitelpunkt 42b der sphärischen Oberfläche des jeweiligen Linsenelements 42a ist dezentriert. Wie oben beschrieben, ist die vertikal lange Form der zweiten Linsenanordnung 42 ähnlich der Form der Pixelapertur des Flüssigkristallanzeigefeldes 18.
Um bei der dritten Ausführungsform eine höhere Auflösung einer Anzeige zu erzielen, ist die Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 42 in der vertikalen Richtung lang ausgebildet. Darüber hinaus ist das durch den Ausdruck (2) gegebene Verkleinerungsverhältnis m' der zweiten Linsenanordnung 42 in Bezug auf die Pixelgröße des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 auf einen Wert festgelegt, der kleiner ist als jener bei der zweiten Ausführungsform. Der Rest des Aufbaus ist ähnlich bzw. entspricht jenem der vorstehenden Ausführungsformen.
Nunmehr wird die Wirkung bzw. Funktion der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp beschrieben. In der Vorrichtung tritt ein nahezu paralleles einzelnes Strahlenbündel, welches von der Kollimatorlinse 13 ausgesandt wird, nahezu rechtwinklig in das Prisma 51 ein. Da die Größe des Prismas 51 groß genug ist, ist eine Vignettierung des einfallenden Strahlenbündels verhindert. Wie oben beschrieben, werden s-polarisierte Lichtkomponenten des einfallenden Strahlenbündels lediglich durch die Innenseite des Polarisationslichts-Aufteilungsspiegels reflektiert, und sie werden weiter durch die Reflexionsspiegel 52a und 52b reflektiert und zu einem spolarisierten Strahlenbündel gemacht, welches nahezu parallel zur optischen Achse 10 verläuft. Das Strahlenbündel tritt dann in die erste Linsenanordnung 41 ein. Andererseits treten die p-polarisierten Lichtkomponenten des einfallenden Lichtbündels durch das Prisma 51 ein und werden durch die Halbwellenplatte 53 in ein s-polarisiertes Strahlenbündel transformiert. Das Strahlenbündel tritt dann in die erste Linsenanordnung 41 ein. Da die Größe der ersten Linsenanordnung 41 groß genug ist, ist eine Vignettierung des einfallenden Strahlenbündels darauf verhindert.
Die Linsenelemente 41a der ersten Linsenanordnung 41 teilen das einfallende spolarisierte Strahlenbündel in aufgeteilte Strahlenbündel auf und lassen die Strahlenbündel in die jeweiligen Linsenelemente 42a der zweiten Linsenanordnung 42 eintreten. Wie bei der zweiten Ausführungsform fallen die (in 23 nicht dargestellten) Lichtquellenbilder kaum aus den jeweiligen Linsenelementen 42a heraus. Infolgedessen trägt nahezu jeder Strahl, der in die zweite Linsenanordnung 42 einfällt, zur Beleuchtung des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 bei.
Die von der zweiten Linsenanordnung 42 abgegebenen aufgeteilten Strahlenbündel werden durch die Kollimatorlinse 15 telezentrisch gemacht und treten durch die Einfalls-Polarisationsplatte 17 in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 ein. Die von den Linsenelementen 41a der ersten Linsenanordnung 41 abgegebenen Strahlen werden derart einander überlagert, dass eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke erzielt wird. Eine Beschränkung ist hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels des in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes auferlegt. Das Ausmaß der Beschränkung, die dem Winkel auferlegt ist, ist zwischen den horizontalen und vertikalen Richtungen der Pixelapertur unterschiedlich, und zwar auf Grund der Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 42. Falls beispielsweise das Verhältnis der horizontalen und vertikalen Richtungen der Pixelapertur gegeben ist mit 1 bis 3, beträgt der Einfalls-Divergenzwinkel α H (20) in der horizontalen Richtung etwa 5 Grad und der Einfalls-Divergenzwinkel α V (21) in der vertikalen Richtung beträgt etwa 15 Grad.
In der Vorrichtung ist das Strahlenbündel, welches in die Polarisationsplatte 17 unmittelbar vor dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfällt, durch die Wirkung der PS-Aufteilungs- und Kombiniervorrichtung 50 nahezu zu linear polarisiertem Licht gemacht. Daher wird nahezu vollständig linear polarisiertes Licht mit geringem Verlust erhalten, solange die Polarisationsachse der Polarisationsplatte in der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes festgelegt ist. Einige wenige polarisierte Lichtkomponenten werden durch die Polarisationsplatte 17 absorbiert, falls ein Strahlenbündel, welches zuvor zu nahezu linear polarisiertem Licht gemacht wurde, längs der Polarisationsachse der Polarisationsplatte 17 wie bei der Ausführungsform der Erfindung eintritt, und zwar im Unterschied zu dem Verfahren gemäß der verwandten Technik, bei dem Licht, welches sowohl p-polarisiertes Licht als auch spolarisiertes Licht enthält, zu linear polarisiertem Licht allein durch die Polarisationsplatte 17 gemacht worden ist und folglich jegliches Licht, das von den Polarisationslichtkomponenten längs der Polarisationsachse der Polarisationsplatte 17 verschieden ist, absorbiert wird und ungenutzt ist.
Gemäß der soweit beschriebenen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, ist die Form des Umfangs der zweiten Linsenanordnung 42 entsprechend der vertikalen langen Pixelapertur, die generell zur Erzielung einer hohen Auflösung angewandt wird, vertikal lang gemacht. Überdies ist die Form des Umfangs der ersten Linsenanordnung 41 ebenso entsprechend der Richtung der Länge der zweiten Linsenanordnung 42 vertikal lang gemacht. Darüber hinaus ist die PS-Aufteilungs- und Kombiniervorrichtung 50 vor der ersten Linsenanordnung 41 vorgesehen, um die Breite eines einfallenden einzelnen Strahlenbündels in der vertikalen Richtung zu erweitern und um das Strahlenbündel auszusenden. Infolgedessen ist die Beschränkung des Einfalls-Divergenzwinkels vom Aspektverhältnis der Pixelapertur sogar dann abhängig gemacht, wenn das Flüssigkristallanzeigefeld 18 extrem lange und schmale Pixelaperturen aufweist. Dadurch ist eine Farbmischung verhindert. Somit ist eine Bildanzeige mit ausgezeichneter Farbreinheit erzielt, während eine höhere Auflösung erreicht ist.
Gemäß der Ausführungsform ist die PS-Aufteilungs- und Kombiniervorrichtung 50 vor der ersten Linsenanordnung 41 vorgesehen, und nahezu jedes Strahlenbündel wird vorab zu nahezu linear polarisiertem Licht gemacht. Ein Verlust in der Lichtmenge in der Polarisationsplatte 17 ist dadurch reduziert. Eine Lichtmengenverringerung die resultiert, wenn eine höhere Auflösung erzielt wird, ist ebenso kompensiert. Dadurch ist eine noch höhere Beleuchtungsstärke des projizierten Bildes erreicht.
Vierte Ausführungsform
Nunmehr wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
24 veranschaulicht den Hauptteil eines optischen Systems einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung. Bei der Ausführungsform ist eine Anordnung einer PS-Aufteilungs- und Kombiniervorrichtung 60 beispielsweise unmittelbar hinter der zweiten Linsenanordnung 22 in dem optischen System der vorstehenden ersten Ausführungsform (2) vorgesehen. 24 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der zweiten Linsenanordnung 22 und der Vorrichtung 60. Die Vorrichtung 60 entspricht ebenso der „Aufteilungs- und Kombiniereinrichtung" der Erfindung.
Wie dargestellt, enthält die Vorrichtung 60 eine Vielzahl von Einheiten, bestehend jeweils aus: einem Polarisationslicht-Aufteilungsprisma 61, welches in Übereinstimmung mit der Mitte des jeweiligen Linsenelemente 22a der zweiten Linsenanordnung 22 platziert ist; ein Reflexionsprisma 62, welches zwischen zwei benachbarten Linsenelementen 22a untergebracht ist; und eine Halbwellenplatte 63, die hinter dem Reflexionsprisma 62 platziert ist. Das Aufteilungsprisma 61 enthält eine Aufteilungs-Spiegelinnenseite, und es reflektiert s-polarisierte Lichtkomponenten des darauf einfallenden Lichtes und überträgt p-polarisierte Lichtkomponenten. Das Reflexionsprisma 62 enthält einen Totalreflexionsspiegel oder einen Aufteilungsspiegel und es reflektiert nahezu jeden s-polarisierten Strahl des von dem Prisma 61 einfallenden Strahlenbündels. Die Halbwellenplatte 63 transformiert das von dem Reflexionsprisma 62 ausgesandte s-polarisierte Strahlenbündel in ein ppolarisiertes Strahlenbündel. In dem optischen System ist im Unterschied zu den vorstehenden Ausführungsformen die Blendenposition, die den Einfalls-Divergenzwinkel des auf bzw. in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes beschränkt, die in 24 mit ST bezeichnete Position. Dies bedeutet, dass die Position in der Ebene liegt, die nahezu durch die Mitte des Spiegels des Aufteilungsprismas 61 verläuft. Der Rest des Aufbaus ist ähnlich bzw. entspricht jenem der in 2 dargestellten Vorrichtung.
Bei der Vorrichtung, wie sie in 24 veranschaulicht ist, tritt das aufgeteilte Strahlenbündel, welches sowohl p-polarisiertes wie auch s-polarisiertes Licht enthält, das von der ersten Linsenanordnung 21 abgegeben worden ist, durch die Linsenelemente 21a hindurch, tritt in das Aufteilungsprisma 61 ein und wird in dem Aufteilungsspiegel gebündelt. Die s-polarisierten Lichtkomponenten des aufgeteilten Strahlenbündels werden durch den Aufteilungsspiegel des Aufteilungsprismas 61 reflektiert und treten in das benachbarte Reflexionsprisma 62 ein. Die Lichtkomponenten werden durch den Reflexionsspiegel des Reflexionsprismas 62 weiter reflektiert und durch die Halbwellenplatte 63 in ein p-polarisiertes Strahlenbündel transformiert. Andererseits werden p-polarisierte Lichtkomponenten des einfallenden aufgeteilten Strahlenbündels durch den Aufteilungsspiegel des Aufteilungsprismas 61 übertragen und so, wie sie sind, ausgesandt. Auf diese Weise wird jedes von der Vorrichtung 60 ausgesandte aufgeteilte Strahlenbündel nahezu zu einem p-polarisierten Strahlenbündel gemacht, und es tritt durch die Polarisationsplatte 17, wie in 2 veranschaulicht, in das Flüssigkristallanzeigefeld 18 ein. Auch in diesem Fall gibt es einen geringen Verlust in der Lichtmenge in der Polarisationsplatte 17 wie bei der dritten Ausführungsform. Die Beleuchtungsstärke in dem Flüssigkristallanzeigefeld 18 ist somit gesteigert.
Gemäß der soweit beschriebenen Ausführungsform ist die PS-Aufteilungs- und Kombiniervorrichtung 60 hinter der zweiten Linsenanordnung 22 vorgesehen, und nahezu jedes Strahlenbündel wird vorab zu einem nahezu linear polarisierten Licht gemacht. Ein Verlust hinsichtlich der Lichtmenge in der Polarisationsplatte 17 ist dadurch verringert, und ein helleres Bild wird erhalten.
Der in 24 dargestellte Aufbau kann bei dem optischen System der zweiten Ausführungsform (13) angewandt werden.
Die Erfindung ist auf die soweit beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt, sondern sie kann in noch anderer Weise praktisch ausgeführt werden. So sind beispielsweise die Formen und Größen der Umfänge der ersten und zweiten Linsenanordnungen, die die Integratoren bilden, sowie die Formen, Größen und Anordnungen der Linsenelemente der ersten und zweiten Linsenanordnungen nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt, sondern sie können entsprechend der Form des Flüssigkristallanzeigefeldes 18 und entsprechend der Form und Größe der Pixelapertur in geeigneter Weise modifiziert und optimiert werden.
Unmittelbar hinter der Polarisationsplatte 17 der vorstehenden Ausführungsformen kann eine Phasenplatte zur Drehung der Polarisationsrichtung um 45 Grad hinzugefügt sein. In diesem Fall bildet die Polarisationsrichtung des auf das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallenden Lichtes einen Winkel von etwa 45 Grad in Bezug auf die Ebene, welche die Farbstrahlen B, R und G einschließt, die von den dichroitischen Spiegeln 16B, 16R und 16G reflektiert werden und die auf das Flüssigkristallanzeigefeld 18 einfallen (das ist die horizontale Ebene rechtwinklig zu dem Flüssigkristallanzeigefeld 18). Inkonsistenzen in der Farbe in der horizontalen Richtung eines Bildes sind dadurch vermindert.
Obwohl der sphäroidische Spiegel als konkaver Spiegel der Lichtquelle zur Steigerung des Bündelungswirkungsgrades verwendet wird, kann alternativ eine Kombination aus einer asphärischen Linse und dergleichen mit einem sphärischen Spiegel oder ein Spiegel in der Form eines umlaufenden Paraboloids verwendet werden. Obwohl die Flüssigkristallanzeigefelder der vorstehenden Ausführungsformen Anzeigefelder vom Durchlässigkeitstyp sind, können alternativ Anzeigefelder vom Reflexionstyp verwendet werden.
Entsprechend der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp gemäß der Erfindung treten die durch die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung aufgeteilten Strahlenbündel jeweils in die entsprechenden Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung ein. Die aufgeteilten Strahlenbündel, die in die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung einfallen, werden in einer solchen Richtung abgegeben, dass die aufgeteilten Strahlenbündel einander überlagert sind. Die aufgeteilten Strahlenbündel treten dann durch die Farbtrennungseinrichtung in einer überlagerten Weise in das Flüssigkristallanzeigefeld ein. Die ersten und zweiten Linsenanordnungen wirken somit als Integrator, und die Beleuchtungsstärke in dem Flüssigkristallanzeigefeld ist gleichmäßig gemacht. Infolgedessen erzielt die Vorrichtung des farbfilterlosen Einzelanzeigefeld-Mikrolinsensystems eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke eines projizierten Bildes im Gegensatz zu der Vorrichtung, die den Stabintegrator der verwandten Technik nutzt. Die Auswirkungen von niedergeschlagenen Fremdsubstanzen, wie Staub, Lichtbogenschwankungen einer Lichtquelle und so weiter werden ebenfalls verringert sein.
Entsprechend der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Form der gesamten zweiten Linsenanordnung nahezu ähnlich der Form einer Apertur jedes der Pixel der Flüssigkristallvorrichtung sein, und die gesamte zweite Linsenanordnung kann mit jedem der Pixel konjugiert oder nahezu konjugiert sein. Infolgedessen wird hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels des in das Flüssigkristallanzeigefeld einfallenden Strahlenbündels eine angemessene Beschränkung auferlegt. Dies heißt, dass das in das Flüssigkristallanzeigefeld einfallende Strahlenbündel entsprechend dem Aspektverhältnis des Pixels angemessen verringert ist. Der Einfalls-Divergenzwinkel ist sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung optimiert. Infolgedessen ist eine Herabsetzung in der Lichtmenge infolge einer zu starken Verkleinerung des Einfalls-Strahlenbündels verhindert, und der Wirkungsgrad hinsichtlich der Lichtausnutzung ist verbessert. Dadurch wird ein helles projiziertes Bild erhalten. Darüber hinaus ist eine Farbmischung, die resultieren kann, wenn eine Verkleinerung in dem Einfalls-Strahlenbündel unzureichend ist, verhindert, und die Farbreinheit eines projizierten Bildes ist verbessert.
Entsprechend der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung jeweils eine Größe und eine Form aufweisen, die einem optischen Bild entsprechen, welches durch das aufgeteilte Strahlenbündel gebildet ist, das von den entsprechenden Linsenelementen der ersten Linsenanordnung abgegeben worden ist. Infolgedessen erreicht das meiste Licht, welches in die zweite Linsenanordnung einfällt, das Flüssigkristallanzeigefeld. Ein Verlust in der Lichtmenge in der zweiten Linsenanordnung ist ferner verringert, und der Wirkungsgrad hinsichtlich der Lichtausnutzung ist verbessert. Dadurch wird ein helles projiziertes Bild erhalten.
Entsprechend der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die gesamte erste Linsenanordnung eine Größe aufweisen, die imstande ist, nahezu das gesamte einzelne Strahlenbündel aufzunehmen, und die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung können jeweils derart dezentriert sein, dass die von den Linsenelementen abgegebenen aufgeteilten Strahlenbündel in den entsprechenden Linsenelementen der zweiten Linsenanordnung konvergieren. Die passende Größe der gesamten ersten Linsenanordnung wird somit unabhängig von der Größe der gesamten zweiten Linsenanordnung erhalten. Daher ist eine Vignettierung des einfallenden einzelnen Strahlenbündels durch die erste Linsenanordnung verhindert, und das einfallende Licht wird dadurch mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt. Die Beleuchtungsstärke auf dem Flüssigkristallanzeigefeld ist weiter gesteigert, und die Beleuchtungsstärke des projizierten Bildes ist weiter verbessert.
Entsprechend der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Form jedes der Linsenelemente der ersten Linsenanordnung nahezu ähnlich der Form des Flüssigkristallanzeigefeldes sein, und jedes der Linsenelemente der ersten Linsenanordnung kann mit dem Flüssigkristallanzeigefeld konjugiert oder nahezu konjugiert sein. Infolgedessen sind die durch die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung aufgeteilten Strahlenbündel nahezu präzise überlagert, und sie werden auf das Flüssigkristallanzeigefeld projiziert. Die durch die erste Linsenanordnung hindurchtretenden Strahlen werden daher zur Beleuchtung des Flüssigkristallanzeigefeldes ohne Verlust genutzt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ferner die Aufteilungs- und Kombiniereinrichtung umfassen. Infolgedessen werden nahezu sämtliche einfallenden Lichtstrahlen zu Strahlen gebildet, die in einer bestimmten Richtung linear polarisiert sind und die verwendet werden. Der Lichtmengenverlust in der Polarisationsplatte, die generell vor dem Flüssigkristallanzeigefeld untergebracht ist, ist dadurch vermindert. Der Wirkungsgrad hinsichtlich der Lichtausnutzung ist weiter verbessert, und ein helles projiziertes Bild wird dadurch erhalten.
Entsprechend der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Aufteilungs- und Kombiniereinrichtung vor der ersten Linsenanordnung untergebracht sein, und die Vorrichtung weist einen solchen Aufbau auf, dass ein von der Aufteilungs- und Kombiniereinrichtung abgegebenes Strahlenbündel im Vergleich zu einem Durchmesser eines einfallenden Strahlenbündels im Durchmesser vergrößert ist und in die gesamte erste Linsenanordnung eintritt. Infolgedessen ist die Beleuchtungsstärke eines projizierten Bildes weiter verbessert. Falls in der Vorrichtung ein Flüssigkristallanzeigefeld mit extrem langen Pixeln verwendet wird, die generell dazu genutzt werden, eine hohe Auflösung zu erzielen, sind überdies die Strahlenbündel, die in die gesamte zweite Linsenanordnung einfallen, gleichmäßig gemacht, deren Form lang und schmal ist, das heißt die jener der Pixelapertur ähnlich ist. Als Ergebnis ist die Beschränkung hinsichtlich des Einfalls-Divergenzwinkels in Abhängigkeit vom Aspektverhältnis der Pixelapertur passend gemacht. Dadurch ist eine Farbmischung verhindert, und ein Anzeigebild mit ausgezeichneter Farbreinheit wird somit erhalten, während eine höhere Auflösung erreicht ist.
Es dürfte einzusehen sein, dass viele Modifikationen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich sind. Es ist daher einzusehen, dass die Erfindung anders als speziell beschrieben im Umfang der beigefügten Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, umfassend: eine erste Linsenanordnung (21; 31; 41), die eine Vielzahl von in zwei Dimensionen angeordneten Linsenelementen enthält zum Aufteilen eines einfallenden einzelnen Strahlbündels in eine Vielzahl von aufgeteilten Strahlbündeln durch die Linsenelemente und zur Abgabe der aufgeteilten Strahlbündel und zum Bündeln der aufgeteilten Strahlbündel, wobei jedes Linsenelement der ersten Linsenanordnung einen Scheitelpunkt aufweist, der von dem Linsenelementumfang dezentriert ist; eine zweite Linsenanordnung (22; 32; 42), die eine Vielzahl von Linsenelementen enthält, welche in zwei Dimensionen entsprechend den Linsenelementen der ersten Linsenanordnung (21; 31; 41) angeordnet sind, und die die kleinen Strahlbündel, welche darin durch die betreffenden Linsenelemente der ersten Linsenanordnung (21; 31; 41) einfallen, in eine solche Richtung abgibt, dass sich die aufgeteilten Strahlbündel überlappen oder einander überlagert sind; eine Farbtrennungseinrichtung (16B, 16R, 16G) zur Trennung der von der zweiten Linsenanordnung (22; 32; 42) abgegebenen Strahlbündel in Strahlen einer Vielzahl von Primärfarben und zur Abgabe der Farbstrahlen unter voneinander verschiedenen Winkeln; und ein einziges Flüssigkristallanzeigefeld (18) mit einer den Primärfarben entsprechende Pixel enthaltenden und die in die Pixel einfallenden Farbstrahlen selektiv modulierenden Flüssigkristallvorrichtung und Kondensoreinrichtungen (19), die jeweils für jede Gruppe von Pixeln vorgesehen sind und die die von der Farbtrennungseinrichtung (16B, 16R, 16G) abgegebenen und unter voneinander verschiedenen Winkeln einfallenden und in die Pixel der entsprechenden Farben eintretenden Farbstrahlen bündeln.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 1, wobei die Form der zweiten Linsenanordnung (22; 32) nahezu gleich der Form einer Apertur jedes der Pixel der Flüssigkristallvorrichtung ist und wobei die gesamte zweite Linsenanordnung (22; 32) mit jedem der Pixel konjugiert oder nahezu konjugiert ist.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 2, wobei die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung (22; 32) jeweils eine Größe und Form besitzen, die einem optischen Bild entspricht, welches durch das aufgeteilte Strahlbündel gebildet ist, das von dem entsprechenden Linsenelement der ersten Linsenanordnung (21; 31) abgegeben wird.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 3, wobei die gesamte erste Linsenanordnung (31) eine Größe aufweist, die nahezu das gesamte einzelne Strahlenbündel aufzunehmen imstande ist, und wobei die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung (31) jeweils derart dezentriert sind, dass die von den Linsenelementen abgegebenen aufgeteilten Strahlbündel bei bzw. in den entsprechenden Linsenelementen der zweiten Linsenanordnung (32) konvergieren.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 1, wobei die Form jedes der Linsenelemente der ersten Linsenanordnung (21) nahezu gleich bzw. entsprechend der Form des Flüssigkristallanzeigefeldes (18) ist und wobei die Linsenelemente der ersten Linsenanordnung (21) jeweils mit dem Flüssigkristallanzeigefeld (18) konjugiert oder nahezu konjugiert sind.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Aufteilungs- und Zusammenfassungseinrichtung (50; 60) zum Aufteilen eines einfallenden Strahlbündels in Strahlen, die in einer Richtung linear polarisiert sind, und in Strahlen, die in einer anderen Richtung rechtwinklig zu der einen Richtung linear polarisiert sind, zum Transformieren der in einer der Richtungen linear polarisierten Strahlen in Strahlen, die in der anderen Richtung linear polarisiert sind, zum Zusammenfassen der transformierten linear polarisierten Strahlen und der untransformierten linear polarisierten Strahlen zu Strahlen, die in einer einzigen Richtung linear polarisiert sind, und zum Abgeben der Strahlen.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 6, wobei die Aufteilungs- und Zusammenfassungseinrichtung (50) vor der ersten Linsenanordnung (41) angeordnet ist und wobei die Vorrichtung einen solchen Aufbau aufweist, dass ein von der Aufteilungs- und Zusammenfassungseinrichtung (50) abgegebenes Strahlbündel im Durchmesser vergrößert ist im Vergleich zu einem Durchmesser eines einfallenden Strahlbündels und in die gesamte erste Linsenanordnung (41) eintritt.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp nach Anspruch 6, wobei die Aufteilungs- und Zusammenfassungseinrichtung (60) hinter der zweiten Linsenanordnung (22) angeordnet ist und wobei die Aufteilungs- und Zusammenfassungseinrichtung (60) eine Vielzahl von Aufteilungs- und Zusammenfassungseinheiten enthält zum Ausführen des Aufteilens und Zusammenfassens von polarisierten Strahlen in den durch die erste Linsenanordnung (21) aufgeteilten Strahlbündeln sowie zum Weiterleiten durch die Linsenelemente der zweiten Linsenanordnung (22) und zum Transformieren der Strahlen in einer einzigen Richtung linear polarisierte Strahlen.