專利名稱：液晶顯示裝置和投影型液晶顯示設備的制作方法
背景技術：
1.發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種液晶顯示裝置和一種通過利用液晶顯示裝置顯示圖象的投影型液晶顯示設備。
2.現有技術的描述迄今為止，通過把液晶顯示裝置(此后稱之為液晶板)調制的光投影到屏幕上并由此在屏幕上顯示圖象的投影型液晶顯示設備(液晶投影儀)屬于公知技術。有兩類圖象投影方法用在投影型液晶顯示設備中正面投影型(正面型)，從屏幕的前面把圖象投影到屏幕上，以及背面投影型(背面型)，從屏幕的背面把圖象投影到屏幕上。另外，有兩類投影型液晶顯示設備用于顯示彩色圖象單板型和三板型，它們分別采用單液晶板和三個液晶板，三個液晶板用于顯示三種顏色，即紅(R)、綠(G)和蘭(B)。


圖12是表示現有技術的投影型液晶顯示設備的光學系統(tǒng)(主要是照明光學系統(tǒng))的示意圖。在此投影型液晶顯示設備中，光源101、成對形成的第一及第二多透鏡陣列集成器(a multi-lens array inegrator以下簡稱MLA)102和103、PS復合元件104、聚光透鏡105、場鏡106、液晶板107和投影透鏡108沿光軸100設置。MLA102和103分別包括多個二維排列的小透鏡(微透鏡)102M和103M。PS復合元件104包括多個位置對應于第二MLA103上相鄰微透鏡之間的位置的半波片104A。
在此投影型液晶顯示設備中，從光源101發(fā)出的照明光經過MLA102和103時被分成多個光束。從MLA102和103發(fā)出的光束入射到PS復合元件104。入射到PS復合元件104上的光L10包括P偏振光分量和S偏振光分量，它們在垂直于光軸100的平面上彼此相交。PS復合元件104用于把入射光L10分成兩類偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)L11和L12。偏振光分量L11和L12彼此分開之后，光分量L11離開PS復合元件104，其偏振方向不改變(例如為P偏振)。相反，光分量L12(例如為S偏振)的偏振方向被半波片104A在從PS復合元件104出射時變成其它的方向(例如為P偏振)。因此，從PS復合元件104射出具有預定偏振方向的光。
從PS復合元件104射出的光通過聚光透鏡105和場鏡106并輻射到液晶板107上。由MLA102和103形成的分開的光束以一定的放大比例放大并輻射到液晶顯示板107的整個入射表面上，其中該放大比例根據聚光透鏡105的焦距fc和形成在第二MLA103上的微透鏡103M的焦距fML2決定。因此，在液晶顯示板107的入射表面上多個放大的光束相互重疊，由此均勻地對液晶板107的入射面照明。液晶板107根據圖象信號對入射到其上的光進行空間調制并發(fā)出調制光。從液晶板107發(fā)出的光通過投影透鏡108投射到屏幕(未示出)上，使得在屏幕上形成圖象。
在液晶板中，為了在基底上形成如薄膜晶體管(TFT)之類的驅動器件，形成一被稱作黑色矩陣(a black-matrix)的光屏蔽區(qū)以分開相鄰的象素。因此，液晶板的孔徑比從未達到過100％。因此在現有的液晶板中，為了提高有效的孔徑比，對每個點(單個象素或單個子象素)沿光軸設置一個或多個微透鏡，形成在相對基底上的微透鏡設置在光入射側并用作聚光透鏡?！坝行Э讖奖取笔侵笍囊壕О迳涑龅墓馐c入射到液晶板上的光束之比。在投影型液晶顯示設備中，有效孔徑比一般不僅通過考慮液晶板所致的光損耗、而且還考慮到投影透鏡導致的光遮擋而決定。
圖13是表示其中形成有微透鏡的液晶顯示板107的結構實例示意圖。為了使結構清楚，部分地省去圖面陰影線部分。液晶板107包括一個象素電極基底140B和一個設置在象素電極基底140B光入射側的相對的基底104A，其設置方式使得相對的基底140A和象素電極基底140B將液晶層145夾置其間地面對。
象素電極基底140B包括一玻璃基底148、多個象素電極146和多個黑色矩陣元件件147。象素電極146和黑色矩陣元件件147二維設置在玻璃基底148上的光入射一側。象素電極146是導電的透明元件，黑色矩陣元件件147形成在相鄰的象素電極146之間。黑色矩陣元件件147例如通過一金屬層遮擋光線，用于根據圖象信號對相鄰的象素電極146選擇生地施加電壓的開關元件(未示出)形成在黑色矩陣元件件147的內部。TFT例如用作對象素電極146施加電壓的開關元件。
相對的基底140A從光入射側開始依次包括一個玻璃基底141，一個微透鏡陣列142和一個覆蓋玻璃144。樹脂層143層疊在玻璃基底141和微透鏡陣列142之間。另外，雖然在圖中沒有示出，但在覆蓋玻璃144和液晶層145之間設置有用于在象素電極146和反電極之間產生電壓的反電極。樹脂層143由折射率為n1的光學塑料形成。
微透鏡陣列142由一種折射率為n2(＞n1)的光學塑料形成，并且包括多個對應于象素電極146二維設置的微透鏡142M。微透鏡142M凸向其光入射側并具有正折射率。每個微透鏡142M用于把透過玻璃基底141和樹脂層143的入射光聚光到對應的象素電極單元146上。當投影透鏡108有一個足夠大的F數時，由微透鏡142M聚光并通過孔徑146A的光被用于顯示圖象。當提供微透鏡142M時，與不提供微透鏡142M的情況相比，通過象素電極146的孔徑146A的光量可以增大。因此，可以增大有效孔徑比并且可以提高光利用率。
在具有上述結構的液晶板107中，當相對于光軸200的發(fā)散角為β的光分量211入射到微透鏡142M之一上時，其被微透鏡142M的光焦度折射并以這種狀態(tài)發(fā)射，即與不提供微透鏡142M的情形相比，發(fā)散角增大。發(fā)射光的發(fā)散角(出射發(fā)散角)θ為微透鏡142M的光焦度產生的角α與初始角β之和。因此，給出下列方程θ＝α+β (1)當fML為微透鏡142M的焦距，2a為微透鏡142M的外部尺寸(直徑)時，微透鏡142M的光焦度產生的α角定義如下tanα＝a/fML(2)當fc和rc分別為聚光透鏡105(見圖12)焦距和半徑時，入射到液晶板107上的照明光的發(fā)散角(入射發(fā)散角)β定義如下tanβ＝rc/fc (3)另外，當從液晶板107發(fā)出的光的發(fā)散角為θ時，投影透鏡108必須具有如下定義的F數(Fno)Fno＝1/(2sinθ)(4)在上述液晶板107中，當具有大發(fā)散角β的光入射其上時，微透鏡142M不能把光充分地聚焦到孔徑146A，以致于光被黑色矩陣元件件147部分地阻擋。另外，當入射發(fā)散角β很大時，與不提供微透鏡142M的情形相比，發(fā)射光的發(fā)散度被微透鏡142M的光焦度增大，并且從方程(1)清楚地看到，出射發(fā)散角θ增大。另一方面，投影透鏡108不能接收到以超過方程(4)定義的F數決定的角入射的光。因此，當出射發(fā)散角θ太大時在投影透鏡108處出現遮光。
因此，為了利用微透鏡142M提高光利用率，必須減小入射發(fā)散角β。但是，如從方程(3)可以認識到的那樣，為了減小入射發(fā)散角β，必須增大聚光透鏡105的焦距fc。另外，還必須增大第二MLA103的微透鏡103M的焦距。因此，當入射發(fā)散角β減小時，從光源101到液晶板107的光程長度增大。當光程長度增大時，該設備的總體尺寸也增大，并且整個照明光學系統(tǒng)、即包括位于液晶板107之前的照明光學系統(tǒng)的系統(tǒng)中的光利用率減小。當把具有對應于高亮度的F數的透鏡用作投影透鏡108時，其中高亮度是對于出射發(fā)散角θ為足夠的亮度(例如F數＝1.2至1.5)，可以消除在投影透鏡108處的遮光。但是，還有一個問題就是，難以設計具有對應于高亮度的F數的透鏡，并且因而招致高成本。
形成在液晶板107中的上述照明系統(tǒng)和微透鏡142M的問題總結如下；(i)具有大入射發(fā)散角β的光導致在液晶板中黑色矩陣元件件處或在投影透鏡處的遮光。
(ii)雖然液晶板的有效孔徑比可以通過減小入射發(fā)散角β而增大，但整個照明系統(tǒng)的光利用率減小，并且在這種情況下孔徑的尺寸增大。
(iii)從液晶板發(fā)出的光的發(fā)散角θ被確定為由微透鏡光焦度產生的角度α與入射發(fā)散角β之和，并且大于不提供微透鏡的情形。因此，必須把具有對應于高亮度的F數的透鏡用作投影透鏡，其中高亮度是對于出射發(fā)散角θ為足夠的亮度。這種投影透鏡難以設計并因而招致高成本。
(i)中描述的在黑色矩陣元件件147處的遮光可以通過減小液晶板107中微透鏡142M的焦距而減小。但是，在這種情況下，由微透鏡142M的光焦度產生的角度α增大，使得出射發(fā)散角θ也增大。因此，出現(iii)中描述的問題。當減小投影透鏡108的F數以便增大亮度時，出現的問題在于成象性能下降，并且投影透鏡本身的尺寸和制造成本都增大。在實際的投影型液晶顯示設備中，微透鏡142M的焦距fML增大，并且根據投影透鏡108的F數優(yōu)化象素孔徑和微透鏡之間的距離。因此，不能解決(i)和(ii)中描述的問題。
另一方面，提出了一種圖14所示的液晶板，其中在象素電極基底140B上設置另一個微透鏡陣列152，并且當光從微透鏡陣列152中發(fā)出時可消除由形成在相對基底140A中的微透鏡142M的光焦度產生的角度α。在圖14所示的實例中，相對基底140A中的微透鏡陣列直接形成在玻璃基底141上其光出射一側。另外，在象素電極基底140B上其光發(fā)射側設置由光學樹脂形成的另一個微透鏡陣列152。此外，在微透鏡陣列152上其光發(fā)射側設置一玻璃基底151。微透鏡陣列152包括多個對應于形成在相對基底140A中的微透鏡142M的微透鏡152M。微透鏡152M凸向其光發(fā)射側并具有正折射率。每個微透鏡152M的結構使得其通過與相應的微透鏡142M的結合而用作一準直器。當n1和n2分別為玻璃基底141和微透鏡142M的折射率，并且n3和n4分別為微透鏡152M和玻璃基底151的折射率時，構成的液晶板滿足n2＞n1和n3＞n4。
當例如光分量212入射到圖14所示的液晶板上時，它被形成在相對基底140A中的微透鏡142M的光焦度折射一角度α。然后，該光分量被形成在象素電極基底140B上的相應微透鏡152M由其作為準直器的功能而在相反方向上折射一角度-α。因此，當光從微透鏡152M發(fā)出時，由形成在相對基底140A中的微透鏡142M的光焦度產生的角度α被消除。因為角度α被消除，所以由方程(1)通過θ＝β給出出射發(fā)散角θ，并且與圖13中所示實例相比，減小角度α。但是，當微透鏡如上所述設置時，例如如果入射發(fā)散角為β并且必須入射到微透鏡152M-1上的光分量213入射到相鄰的微透鏡152M-2上，則微透鏡152M-2不能用作該入射光分量的準直器。在此情況下，不能獲得上述關系(θ＝β)，并且出射發(fā)散角θ變得大于入射發(fā)散角β，以致于不能增大有效孔徑比。
另外，日本待審專利申請JP5-341282公開了一種在其中消除了入射發(fā)散角β的液晶板。在此公開物中揭示的液晶板包括一對玻璃基底和一設置在玻璃基底之間的液晶層，并且微透鏡設置在至少一個玻璃基底的兩側與象素孔徑對應。在此液晶板中，形成在玻璃基底一側的微透鏡的焦距做得與形成在玻璃基底另一側的微透鏡的焦距相同。另外，形成在玻璃基底一側的微透鏡和形成在玻璃基底另一側的微透鏡之間的距離做得與焦距相等。當入射準直光時，玻璃基底任意一側的微透鏡用來把光聚光到表面的另一側。因而，在光發(fā)出之前就消除了入射發(fā)散角β。根據此公開，通過離子交換法形成微透鏡。
在上述公開物中，基底任一側的微透鏡凸向內側并且面朝外的表面(基底兩側的表面)為平面。另外，形成在接近象素孔徑一側的微透鏡和象素孔徑之間的距離接近0。在此情況下，包含微透鏡的基底厚度約為幾十微米。但是，在上述結構中，有一個問題在于包含微透鏡的基底非常難以制造。尤其當采用離子交換法時，很難控制厚度，并且也難以高精度地處理厚度在幾十微米的薄基底以便獲得所需的光學特性。例如，雖然形成在基底兩側的微透鏡的透鏡表面必須拋光以便獲得所需的光學特性，但要拋光厚度在幾十微米的薄基底非常困難。近年來，已經要求具有小象素間距的高精度液晶板，以致于高加工精度成為必須。因此，根據上述公開物的液晶板在此點上有不利之處。
發(fā)明概述考慮到上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種液晶顯示裝置和一種投影型液晶顯示設備，其中可以提高有效孔徑比，并且可以不增大尺寸或使制造過程復雜地提高光利用率。另外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種液晶顯示裝置和一種投影型液晶顯示設備，其中通過調節(jié)微透鏡和象素孔徑之間沿光軸的位置關系優(yōu)化光聚集效率。
為了實現本發(fā)明的上述目的，根據本發(fā)明的液晶顯示裝置包括一液晶層；多個象素電極，具有允許光通過的象素孔徑；和至少一個微透鏡陣列，設置在液晶層的至少光入射側和光發(fā)射側，該微透鏡陣列具有多個對應于象素孔徑二維設置的微透鏡。每個微透鏡包括一聚光透鏡和一場鏡，聚光透鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，它將入射其上的光聚光到相應的象素孔徑，場鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，其結構使得場鏡的焦點與聚光透鏡的主點大致處于相同的位置。另外，聚光透鏡和場鏡的總焦點從對應的象素孔徑移位，并且移動量設置成與總焦點處于與對應的象素孔徑相同的位置時的情形相比，有效孔徑比增大。最好移動量超過總焦距的±10％。另外，最好當具有發(fā)散角成份的光入射時，發(fā)散角成份通過光從微透鏡陣列發(fā)出時被場鏡的光學性能消除使得入射光的發(fā)射角與平行于光軸入射的主光線的發(fā)射角相同。該液晶顯示裝置可以用于投影型液晶顯示設備，其中已經通過液晶顯示裝置的光被投影透鏡投射。在此情況下，每個微透鏡的數值孔徑設置成其數值孔徑大致對應于投影透鏡的F數。
另外，根據本發(fā)明，一種投影型液晶顯示設備包括一發(fā)射光的光源；一用于光學調制入射光的液晶顯示裝置；和一投射由液晶顯示裝置調制的光的投影透鏡。該液晶顯示裝置包括一個液晶層；多個象素電極，具有允許光通過的象素孔徑；和至少一個微透鏡陣列，設置在液晶層的至少光入射側和光發(fā)射側，該微透鏡陣列具有多個對應于象素孔徑二維設置的微透鏡。每個微透鏡包括一聚光透鏡和一場鏡，聚光透鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，它將入射其上的光聚光到相應的象素孔徑，場鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，其結構使得場鏡的焦點與聚光透鏡的主點大致處于相同的位置。另外，聚光透鏡和場鏡的總焦點從對應的象素孔徑移位，并且移動量設置成與總焦點處于與對應的象素孔徑相同的位置時的情形相比，有效孔徑比增大。
在根據本發(fā)明的液晶顯示裝置和投影型液晶顯示設備中，每個微透鏡由聚光透鏡和場鏡構成。聚光透鏡用于把從光源發(fā)出并入射到聚光透鏡上的光聚光到對應的象素孔徑，并且場鏡的結構使得其焦點大致處于與聚光透鏡的主點相同的位置。在此結構中，當相對于光軸具有發(fā)散角成份的光入射到微透鏡上時，發(fā)散角成份在光由其出射時被消除。因此，甚至當微透鏡的焦距減小時，也可以避免發(fā)射光發(fā)散角的增大。當液晶顯示裝置用于投影型液晶顯示時，可以減小由于投影透鏡所致的遮光。另外，根據本發(fā)明，象素孔徑從聚光透鏡和場鏡的總焦點移位，并且移動量設置成與總焦點處于與對應的象素孔徑相同位置的情形相比，有效孔徑比增大。當分析入射光的所有角成份時，總焦點與象素孔徑處于精確相同的位置時的有效孔徑比并不總是最佳的。當考慮所有的角成份時，微透鏡的總焦點從象素孔徑移開時的有效孔徑比增大。因此，最好優(yōu)化總焦點和象素孔徑之間的位置關系，使得有效孔徑比可以增大。有效孔徑比表示通過微透鏡、象素孔徑和投影透鏡的光束與從光源發(fā)出并入射到象素上的光束之比。
因而，根據本發(fā)明的液晶顯示裝置和投影型液晶顯示設備，可在不增大尺寸或不使制造過程復雜化的情況下增大有效孔徑比和提高光利用率。因而，可以提高光利用率并增大光輸出，還可以減小投影型液晶顯示設備的尺寸和投影透鏡的制造成本。另外，可以增大其中形成有象素孔徑的基底和形成有微透鏡的基底之間的允許位移量。
附圖簡述圖1是表示根據本發(fā)明實施例的投影型液晶顯示設備的光學系統(tǒng)整體結構的簡圖；圖2是表示根據本發(fā)明實施例的液晶板結構的示意截面圖；圖3是表示液晶板比較例結構的示意剖面圖；圖4是表示形成在圖2所述液晶板中的微透鏡結構的示意截面圖；圖5是第二微透鏡陣列和PS復合元件的部分放大圖；圖6是表示微透鏡陣列光學參數的表；
圖7A～7C是表示通過象素孔徑觀察的光源圖象簡圖；圖8是表示微透鏡陣列和形成有象素孔徑的襯底之間的位移與光輸出的關系曲線；圖9A和9B是表示圖2所示液晶板的改型的截面圖；圖10A～10C是表示微透鏡表面形狀的改型簡圖；圖11是表示圖2所示液晶板的另一改型截面圖；圖12是現有技術的投影型液晶顯示設備光學系統(tǒng)的結構平面圖；圖13是表示現有技術的液晶板的結構實例的截面圖；圖14是表示現有技術的液晶板的另一結構實例的截面圖。
優(yōu)選實施例的描述圖1是根據本發(fā)明實施例的投影型液晶顯示設備的光學系統(tǒng)整體結構簡圖。圖1所示的投影型液晶顯示設備是一種三板型液晶顯示設備，其中采用三個透射型液晶板顯示一個彩色圖象。此投影型液晶顯示設備包括一個發(fā)射光束的光源11，成對的第一和第二多透鏡陣列集成器12和13(以下簡稱MLA)，和一個設置在MLA12和13之間的反射鏡14，反射鏡14的設置方式使得光路的方向(光軸10)朝向第二MLA13改變90度。MLA12和13分別配置有多個微透鏡12M和13M，它們呈二維分布。MLA12和13用于把入射光分成多個光束，并由此使照明分布均勻。
光源11發(fā)出的白光包括紅、蘭和綠光分量，它們對于顯示一個彩色圖象是必需的。光源11包括發(fā)出白光的發(fā)光體(未示出)和一個反射并聚光發(fā)光體發(fā)出的光的凹反射鏡。發(fā)光體例如可以是汞燈、金屬鹵化物燈、氙燈等。凹反射鏡具有的形狀最好使得能夠獲得高的光收集率，并且把具有旋轉對稱面的反射鏡、如球面反射鏡或拋物面反射鏡用作凹反射鏡。
投影型液晶顯示設備還包括從第二MALL13的發(fā)光側起依次排列的一個PS復合元件15、一個聚光透鏡16和一個二向色反射鏡17。二向色反射鏡17用于把入射光分成例如紅光分量LR和對應于其它顏色的光分量。
PS復合元件15包括多個位置對應于第二MLA13相鄰微透鏡之間位置的半波片15A。另外，如圖5所示，PS復合元件15用于把入射光10分成兩類偏振光(P偏振光分量和S偏振光分量)L1和L2。偏振光分量L1和L2彼此分開后，光分量L2不改變其偏振方向(例如為P偏振)地離開PS復合元件15。反之，光分量L1在從PS復合元件15出射時其偏振方向被半波片15A改變到其它方向(如P偏振)。
該投影型液晶顯示設備還包括沿被二向色反射鏡17分開的紅光分量LR的光路依次排列的一個反射鏡18，一個場鏡24R和一個液晶板25R。反射鏡18把紅光分量LR反射向液晶板25R。液晶板25R根據圖象信號空間調制經場鏡24R入射到其上的紅光分量LR。
該投影型液晶顯示設備還包括一個二向色反射鏡19，該二向色反射鏡設置在對應于除紅光以外其它顏色的光分量的光路上。二向色反射鏡19把入射其上的光分成例如綠光分量LG和蘭光分量LB。
該投影型液晶顯示設備還包括沿被二向色反射鏡19分開的綠光分量LG的光路依次排列的一個場鏡24G和一個液晶板25G。液晶板25G根據圖象信號空間調制經場鏡24G入射到其上的綠光分量LG。
另外，投影型液晶顯示設備還包括沿被二向色反射鏡19分開的蘭光分量LB的光路依次排列的一個中繼透鏡20、一個場鏡24B和一個液晶板25B。反射鏡21把入射其上的蘭光LB經中繼透鏡20反射向反射鏡23。反射鏡23反射被反射鏡21反射并經中繼透鏡22入射到反射鏡23上的蘭光分量LB反射向液晶板25B。液晶板25B根據圖象信號空間調制被反射鏡23反射并經場鏡24B入射到液晶板25B上的蘭光分量LB。
該投影型液晶顯示設備還包括一個正交棱鏡26，該棱鏡放置在紅光分量LR、綠光分量LG和蘭光分量相交的位置并用于合并三種光分量LR、LG和LB。另外，投影型液晶顯示設備還包括一個把從正交棱鏡26發(fā)出的合并光投射到屏幕28上的投影透鏡27。正交棱鏡26有三個入射面26R、26G和26B以及一個出射面26T。從液晶板25R發(fā)出的紅光分量LR入射到入射面26R，從液晶板25G發(fā)出的綠光分量LG入射到入射面26G，從液晶板25B發(fā)出的蘭光分量LB入射到入射面26B。正交棱鏡26合并入射到入射面26R、26G和26B上的三種光分量，并從出射面26T發(fā)出合成光。
圖2是液晶板25R、25G和25B的結構實例簡圖。雖然液晶板25R、25G和25B對應于不同顏色改變光的成份，但其功能和結構基本上相同。在下面的描述中將描述液晶板25R、25G和25B的結構。在圖2中，為了使圖更清晰，部分地省去陰影線部分。液晶板25(25R、25G和25B)包括一象素電極基底40B和一設置在象素電極基底40B的光入射側的相對基底40A，相對基底40A的設置方式使得相對基底40A和象素電極基底40B中間夾置液晶層45地彼此相對。
象素電極基底40B包括一個玻璃基底48，多個象素電極46和多個黑色矩陣元件47。象素電極46和黑色矩陣元件47層疊在玻璃基底48上其光入射一側。象素電極基底40B還包括一個層疊在液晶層45和包含象素電極46與黑色矩陣元件47的層之間的對準薄膜(未示出)。象素電極46和黑色矩陣元件47按二維排列。象素電極46為導電的透明元件，黑色矩陣元件47形成在相鄰象素電極46之間。黑色矩陣元件47通過例如一個金屬層遮光，并且在黑色矩陣元件47的內側形成開關元件(未示出)，這些開關元件用于根據圖象信號選擇性地將電壓施加給相鄰的象素電極46。例如TFT用作向象素電極46施加電壓的開關元件。被黑色矩降元件47包圍的象素電極46具有能夠使入射光通過的孔徑，每個孔徑用作一對應于單個象素的象素孔徑。
相對基底40A包括從光入射側起依次分布的一個玻璃基底41、一個第一樹脂層43A、一個微透鏡42、一個第二樹脂層43B和一個蓋片玻璃44。雖然圖中沒有示出，但相對的基底40A還包括反電極和設置在蓋片玻璃44和液晶層45之間的對準薄膜。反電極用于在象素電極46和反電極之間產生電壓。
微透鏡陣列42由一種光學塑料形成，并且包括多個對應于象素電極46的二維分布的微透鏡42M。微透鏡42M具有正折射光焦度，每個微透鏡42M用于把入射到液晶板25上的光聚光到相應象素電極單元46上。當投影透鏡27具有足夠大的F數時，入射到液晶板25上、被微透鏡42M聚光并通過孔徑46A的大部分光被用于顯示圖象。為了有效利用從液晶板25發(fā)出的光，最好把投影透鏡27的F數設置成一個對應于相同或較高亮度的值，而且相同或較高亮度是同由微透鏡42m的數值徑確定的亮度相比較。
每個微透鏡42M包括兩個沿單個象素孔徑46a、即單個點(單個象素或單個子象素)的光軸分布的透鏡表面R1和R2。兩個透鏡表面R1和R2都有正折射光焦度。在圖2所示的實例中，兩個透鏡表面R1和R2為球形，并且第一透鏡表面R1凸向光入射側(朝向光源)，第二透鏡表面R2凸向光發(fā)射側。為了使透鏡表面R1和R2具有正折射光焦度，當n1、n2和n3分別為第一樹脂層43A、微透鏡陣列42和第二樹脂層43A的折射率時，滿足n2＞n1和n2＞n3。折射率n2和n1之差例如約為0.2～0.3，并且最好更大。類似地，折射率n2和n3之差約為0.2～0.3，并且最好更大。
在每個微透鏡42M中，第二透鏡表面R2的焦點大致與第一透鏡表面R1的主點H1處于相同的位置(見圖4)。另外，微透鏡42M的總焦點從相對的象素孔徑46A的位置移動。移動量設置成使有效孔徑比與微透鏡42M的總焦點處于與相對象素孔徑46A相同位置的情形相比被增大。第一透鏡表面R1用作具有光聚光功能的聚光透鏡，第二透鏡表面R2用作一場鏡。微透鏡的總焦點定義為聚光透鏡和場鏡的總焦點。
一般認為，當微透鏡的總焦點接近象素孔徑時有效孔徑比提高。但是，當考慮入射光的所有角度成份時，總焦點與象素孔徑處于精確相同的位置時有效孔徑比也不總是最佳。當考慮所有的角度成份時，微透鏡的總焦點沿光軸移開象素孔徑時有效孔徑比增大。因此，在本發(fā)明中，微透鏡的總焦點和象素孔徑沿光軸的位置關系最佳，使得可以提高象素孔徑的收集率。
第一樹脂層43A、微透鏡陣列42和第二樹脂層43B的形狀不限于圖中所示的形狀，只要透鏡的表面R1和R2具有正折射光焦度并顯示出所需的光學特性即可。另外，只要透鏡表面R1和R2具有足以用作微透鏡42M的光焦度，就可以省去樹脂層43A和43B并且可以將微透鏡陣列42直接設置在玻璃基底41和蓋片玻璃44之間，如下所述。
接下來將描述制造液晶板25中微透鏡陣列用的方法。首先，制造第一樹脂層43A和第二樹脂層43B。第一樹脂層43A例如通過用具有微透鏡42M第一透鏡表面R1的圖案的模子成形丙烯酸樹脂來制造。類似地，第二樹脂層43B例如通過用具有微透鏡42M第二透鏡表面R2的圖案的模子成形丙烯酸樹脂來制造。由此形成的樹脂層43A和43B設置成彼此相對，并且把用于形成微透鏡陣列42的光學樹脂(例如聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂等)注入樹脂層43A和43B之間。光學樹脂用作粘合劑，使得第一樹脂層43A、微透鏡陣列42和第二樹脂層43B結合到一起。然后，拋光第一樹脂層43A和第二樹脂層43B的外表面。制造微透鏡陣列42的方法不限于上述方法，其它的方法也可以采用。
在液晶板25中，諸如蓋片玻璃44、對準薄膜(未示出)和放置在第二透鏡表面R2和象素孔徑46A之間的液晶板45最好做得盡可能地薄(例如，在空氣中的總厚度最好為5～25μm)。
圖3是表示液晶板比較例的簡圖。圖3所示液晶板的基本結構與圖2所示的相同，并且為了便于理解，相同的組件用相同的標號表示。圖3所示的液晶板與圖2中所示液晶板的不同之處在于每個微透鏡42M的總焦點處于與對于象素孔徑46A相同的位置。在此情況下，在象素孔徑和照明光光闌處的光斑象彼此共軛，并且在光闌處的強度分布被直接投影到象素孔徑上。但是，因為從燈發(fā)出的光并不總是均勻的，所以其強度依據入射到板上的角度而不同。因此，焦點位置上的光斑象并不總是對應于該孔徑處的最大透射率。
接下來描述具有上述結構的投影型液晶顯示設備的操作。首先，參照圖1對投影型液晶顯示設備的整個工作進行解釋。從光源11發(fā)出的白光通過MLA12和13時被分成多個光束。從MLA12和13發(fā)出的光束入射到PS復合元件15上。入射到PS復合元件上的光包括彼此在垂直于光軸10的平面上相交的P偏振光分量和S偏振光分量。如圖5所示，PS復合元件15用于把入射光L0分成兩種偏振光分量(P偏振光分量和S偏振光分量)L1和L2。偏振光分量L1和L2彼此分開之后，光分量L2不改變其偏振方向(例如P-偏振)地離開PS復合元件15。相反，光分量L1(例如S偏振)在射出PS復合元件15時，其偏振方向被半波片15A改變成另外的方向(例如P偏振)。因此，從PS復合元件15發(fā)出具有預定偏振方向(如P偏振)的光。
從PS復合元件15發(fā)出的光通過聚光透鏡16并入射在二向色反射鏡17上。入射到二向色反射鏡17上的光例如被分成紅光分量LR和對應于其它顏色的光分量。
被二向色反射鏡17分開的紅光分量LR被反射鏡18反射向液晶板25R。被反射鏡18反射的紅光分量LR通過場鏡24R并入射到液晶板25R上。然后，入射到液晶板25R上的紅光分量LR被液晶板25R根據圖象信號進行空間調制，并且入射到正交棱鏡26的入射面26R上。
被二向色反射鏡17分開的對應于紅光以外其它顏色的光分量入射到二向色反射鏡19上，并被分成例如綠光分量LG和蘭光分量LB。被二向色反射鏡19分開的綠光分量LG通過場鏡24G且被入射到液晶板25G上。然后，入射到液晶板25G上的綠光分量被液晶板25G根據圖象信號進行空間調制，并入射到正交棱鏡26的入射面上。
被二向色反射鏡19分開的蘭光分量LB通過中繼透鏡20，入射到反射鏡21上，并被反射鏡21反射向反射鏡23。被反射鏡21反射的蘭光分量LB通過中繼透鏡22，入射到反射鏡23上，被反射鏡23反射向液晶板25B，并入射到液晶板25B上。然后，入射到液晶板25b上的蘭光分量LB被液晶板25B根據圖象信號進行空間調制，并且入射到正交棱鏡26的入射面26B上。
由MLA12和13形成的分開的光束被放大并相互重疊在液晶板25R、25G和25B的入射表面上，由此對液晶板25R、25G和25B進行均勻地照明。由MLA12和13形成的分開的光束以根據聚光透鏡16的焦距fc以及形成在第二MLA13上的微透鏡13M的焦距fMA2確定的放大率被放大。
入射到正交棱鏡26上的三種光分量LR，LG和LB通過正交棱鏡26合并，并且合并的光通過發(fā)射面26T射向投影透鏡27。發(fā)射的光投到屏幕28的前表面或后表面上，從而在屏幕28上形成圖象。
接下來，將主要參考圖4描述成為本實施例特征的微透鏡42M的光學工作和效果。為了使結構簡單，在圖4中只顯示了形成在液晶板25中的微透鏡的主要組件。如上所述，微透鏡42M的第一透鏡表面R1和第二透鏡表面R2具有正折射率光焦度。另外，第二透鏡表面R2的焦點與第一透鏡表面R1的主點H1近似在相同位置，并且微透鏡42m的總焦點從象素孔徑46A的位置移動。在下面的描述中，假設從位于液晶板25之前的照明光學系統(tǒng)發(fā)出的發(fā)散角為β的照明光入射到液晶板25的整個表面上。
首先考慮平行于微透鏡42M光軸60的主光線60A(由圖中的實線表示)。主光線60A被微透鏡42M的總光焦度聚光到象素孔徑46A上。從微透鏡42M發(fā)出的光的相對于光軸60的最大發(fā)散角α，根據微透鏡42M的最大外部尺寸和微透鏡42M的總焦距之間的關系決定。更具體地說，當2a為微透鏡42M的外部尺寸(直徑)，f為總焦距時，滿足下列方程tanα＝a/f (5)當f1為第一透鏡表面R1的焦距且f2為第二透鏡表面R2的焦距時，總焦距確定如下f＝f1×f2/(f1+f2-Δ)(6)此處，Δ為第一透鏡表面R1的主點H1和第二透鏡表面R2的主點H2之間的距離。
當第二透鏡表面R2的焦點與第一透鏡表面R1的主點H1位置相同時，滿足Δ＝f2。因此，總焦距f確定如下f＝f2 (7)
方程(7)表示總焦距f總是f2，無論第一透鏡表面R1的焦距f1如何。從方程(5)和(7)知道，主光線60A的最大發(fā)射發(fā)散角α只由微透鏡42M的外部尺寸(半徑)和第二透鏡表面R2的焦距f2決定。另外，在此情況下，通過調節(jié)第一透鏡表面R1的焦距f1可以不改變微透鏡42M總焦距f的情況下控制整個透鏡系統(tǒng)的總焦點。通過適當地設置焦距f1，可以使象素孔徑46A和第二透鏡表面R2之間的距離從加工的觀點看足夠大。
接下來考慮相對于光軸60以一定的角度入射的發(fā)散光線60B(由圖中的虛線表示)。當相對于光軸60的發(fā)散角為±β的光照明液晶板25時，它以相對于主光線60A的發(fā)散角保持為±β的狀態(tài)通過第一透鏡表面R1。然后，因為第二透鏡表面R2的焦點大致處于與第一透鏡表面R1的主點H1相同的位置，所以當光通過第二透鏡表面R2時變成與主光線60A平行。更具體地說，當主光線60A和發(fā)散光線60B從微透鏡42M發(fā)出時，其具有相同的最大出射發(fā)散角。
當微透鏡42M具有上述光學功能時，從液晶板25發(fā)出的光的最大出射發(fā)散角θ表示如下θ＝α (8)方程(8)表示液晶板25的發(fā)射發(fā)散角θ也只根據微透鏡42M的外部尺寸(半徑)以及第二透鏡表面R2的焦距f2確定，并且入射發(fā)散角β不影響發(fā)射發(fā)散角θ。更具體地說，根據本實施例，當光從液晶板25發(fā)出時，可消除照明光的入射發(fā)散角β，使得與圖13所示的現有技術實例相比，發(fā)射發(fā)散角θ可以減小β。因此，根據本實施例，甚至當微透鏡42M的總焦距減小時，與圖13所示的現有技術實例相比，可以減少黑色矩陣元件47處的遮光。因此，可在不減小有效孔徑比的前提下大大減小微透鏡42M的焦距，并且還可以大大減小聚光到象素孔徑46A上的光的光斑大小。結果，可以增大液晶板25的有效孔徑比。
另外，根據本實施例，與現有技術相比，可以大大減小聚光光相對于象素孔徑46A的尺寸的光斑尺寸。因此，與現有技術相比，可以增大入射發(fā)散角β。另外，從圖4明顯看出，當入射發(fā)散角β增大時，聚光光的光斑大小可以增大到上限即象素孔徑46A的尺寸，以致于可以增大發(fā)射光的量。當入射發(fā)散角β增大時，入射到液晶板25上的光量和安裝光學系統(tǒng)的外殼的大小受到很大的影響。
如上參考圖12所述，當fc和rc分別為聚光透鏡16的焦距和半徑時，入射到液晶板25上的照明光的發(fā)散角β定義如下
tanβ＝rc/fc (3)因此，根據聚光透鏡16的半徑rc和焦距fc確定入射發(fā)散角β。但是，聚光透鏡16的半徑rc實際上由形成光源11的燈的大小決定，以致于當入射發(fā)散角β增大時，焦距fc減小。另一方面，形成在第一MLA12上的微透鏡12M的放大率M(液晶板25的照明面積與第一MLA12的面積之比定義的恒定值)被確定為聚光透鏡16的焦距fc與形成在第二MLA13上的微透鏡13M的焦距fMA2之比M＝fc/fMLA2(7)由MLA12和13形成的分開的光束以放大率M放大并對液晶板25照明。
因此，當減小聚光透鏡16的焦距fc以便增大發(fā)散角β時，形成在第二MLA13上的微透鏡13M的焦距fMLA2也必需減小。當焦距fMLA2減小時，MLA12和MLA13之間的距離也減小，以致于光學系統(tǒng)的整體尺寸也可以減小。因此，還可以減小光學系統(tǒng)的外殼大小。
如圖5所示，當D為第二MLA13中單個微透鏡的有效直徑時，由于PS復合元件15的結構，只有入射到尺寸為D/2的區(qū)域上的光束可以受到PS復合元件15的偏振轉換處理。因此，為了提高PS復合元件15的光接收效率，最好減小第二MLA13上光源圖象的大小和入射到PS復合元件15上的光束直徑。第二MLA13上光源圖象的大小一般由形成光源11的燈的弧長和反射鏡與光源11的弧之間的距離(弧-反射鏡距離)決定燈弧長度×fMLA2/弧-反射鏡距離 (8)因此，可以知道，當入射發(fā)散角β增大并且焦距fMLA2減小時，第二MLA13上光源圖象的大小也減小。因此，第二MLA13和PS復合元件15的光接收率提高，并且位于液晶板25之前的整個照明系統(tǒng)的光輸出也增大。因此，可以增大入射到液晶板25上的光量。
如上所述，通過增大入射到液晶板25上的光的發(fā)散角β，可以減小光學系統(tǒng)外殼的大小，并且同時可以增大整個照明系統(tǒng)的光學輸出。
接下來將描述微透鏡的總焦點和象素孔徑之間的位置關系。在本發(fā)明中，調節(jié)上述的位置關系并控制象素孔徑處光的聚焦，使得甚至當作為液晶板尺寸的減小和精確度的升高的結果而減小孔徑比時，也可以獲得較高的有效孔徑比。利用具有圖6所示參數的微透鏡進行一項實驗。結果解釋如下。改變微透鏡的總焦距和象素孔徑的位置，并且確定有效孔徑比。如圖6所示，在用于該實驗的微透鏡中，第一透鏡的焦距為59.3μm，第二透鏡的焦距為41.4μm，透鏡之間的距離為41.4μm，總焦距為41.4μm，幾何孔徑比為31％，投影透鏡的F數為1.7，點間距(象素間距)為18μm×18μm。
圖7A～7C表示該實驗的結果。圖7A表示在使用具有圖6所示參數的微透鏡并且其總焦點與象素孔徑處于相同位置的情形中孔徑處的光強分布。在此情況下，有效孔徑比為80％。圖7B表示在使用具有圖6所示參數的微透鏡并且其總焦點位于從象素孔徑向光源移動6μm的情形中孔徑處的光強分布。圖6中表示的所有尺寸以及下面列舉的尺寸，都是空氣中的尺寸。移動量也可以表示成一個百分比6μm/41μm×100＝15％。在此情況下，有效孔徑比為85％。圖7C表示朝向光源的移動量增大到10μm的情況下的結果。在此情況下，有效孔徑比為75％。有效孔徑比表示通過微透鏡和象素孔徑并入射到投影透鏡上的光束與從光源發(fā)出并入射到象素上的光束之比。在焦點處清楚地顯示第二陣列上的光源圖象，如圖7A所示，但在離焦點6μm處圖象模糊，如圖7B所示。但是，光斑大小幾乎相同。注意到，當總焦點從象素孔徑移動6μm時，通過象素孔徑和投影透鏡的有效光束增大約5％。這意味著當象素孔徑處于焦平面上時，能夠通過投影透鏡的相當多的有效光束包含在被孔徑阻擋的光束中。另外，它意味著當象素孔徑從焦平面移動6μm時，有效光束被收集到中心區(qū)域中。另外，如圖7C所示，當象素孔徑從焦平面移動10μm時，與象素孔徑移動6μm時相比，因為光斑的大小增大，所以通過投影透鏡的有效光束量減少。在此情況下，相對于總焦距的移動量的百分比為24％。因此發(fā)現，可以通過從焦平面移動象素孔徑超過10％的總焦距而增大有效孔徑比。但是，如果有效孔徑比減小，則以大位移量從焦平面移動象素孔徑是沒有益處的，如圖7C所示。移動象素孔徑的方向既可以是象素孔徑朝向光源運動的負方向，也可以是象素孔徑離開光源運動的正方向，并且移動量最好是總焦距的±10％或更大。上述結果意味著根據所采用的光源的發(fā)射強度分布從總焦點移動關于光斑直徑之間的最佳點、有效光束的分布和有效孔徑比。當移動量最佳時，可以增大投影型液晶顯示設備的亮度。另外，還可以進一步增大入射發(fā)散角β，使得可以提高照明系統(tǒng)的光利用率。因此，可以增大光輸出并且可以減小總尺寸。
圖8是表示微透鏡陣列和形成有象素孔徑的襯底之間的位移與光輸出的關系曲線。在曲線中，連結圓環(huán)的曲線代表采用圖2所示結構的情形，其中每個微透鏡的總焦點從對應的象素孔徑移動6μm。連結三角的曲線代表圖3所示的比較例，其中，每個微透鏡的總焦點處于與對應象素孔徑相同的位置。連結矩形的曲線代表微透鏡具有單透鏡結構以代替上述聚光透鏡和場鏡組合的雙透鏡結構的實例。如從曲線中可以看出，當位移增大時光輸出減小。更具體地說，當位移增大時，在象素孔徑處被阻擋的照明光量增加。但是，當采用雙透鏡結構并且總焦點從象素孔徑移位時，甚至在位移增加時光輸出也只減少一個很小的量。例如，當位移在±1μm范圍內時，光輸出幾乎恒定。本發(fā)明尤其在微透鏡用于一個相對于孔徑處光斑直徑較大的板時有效。根據本發(fā)明可以防止由微透鏡陣列和其中形成有象素孔徑的基底之間的位移導致的光輸出的減少并且可以減少裝置之間質量的變化。
圖9A和9B是表示液晶板25改變的簡圖。在圖9A和9B所示的結構中，相對基底40A-1和40A-2與圖2所示的相對基底40A不同。雖然微透鏡42M的透鏡表面R1和R2形成在圖2所示的樹脂和樹脂之間的界面上，但它們也可以形成在玻璃和樹脂(或空氣層)之間的界面上。在圖9A和9B中，微透鏡42M通過在玻璃層51和53之間設置一折射率為n1的樹脂層52而形成，其中玻璃層51和53的折射率分別為ng1和ng2。第一透鏡表面R1形成在玻璃層51和樹脂層52之間的界面處，第二透鏡表面R2形成在玻璃層53和樹脂層52之間的界面處。透鏡表面R1和R2的形狀通過兩界面處的折射率之差決定。
圖9A表示樹脂層52、玻璃層51和玻璃層53的折射率n1、ng1和ng2滿足n1＞ng1和n1＞ng2的結構。在此情形中，第一透鏡表面R1凸向光入射側(朝向光源)，并且第二透鏡表面R2凸向光發(fā)射側。圖9B表示樹脂層52、玻璃層51和玻璃層53的折射率滿足n1＜ng1和n1＜ng2的結構。在此情形中，第一透鏡表面R1凹向光入射側，第二透鏡表面R2凹向光發(fā)射。在圖9B所示的結構中，樹脂層52也可以是空氣層。
下面將描述圖9A和9B中所示液晶板的相對基底40A-1和40A-2的制造方法。首先，在兩玻璃基底的表面上形成透鏡表面R1和R2的圖案，并且將兩玻璃基底設置成彼此相對。然后，在玻璃基底之間注入形成樹脂層52的光學樹脂(例如聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂等)。玻璃基底的表面可以通過利用例如各種蝕刻法(各向同性蝕刻、各向異性蝕刻、干蝕刻等)進行處理。
在圖9A和圖9B所示的結構中，從相對基底中省去圖2所示的樹脂層43A和43B。因而，與圖2所示的結構相比，可以減少樹脂層的數量和降低成本。
圖10A和10B是表示微透鏡42M的透鏡表面R1和R2的形狀改變的簡圖。除圖10C所示的球面之外，透鏡表面R1和R2也可以形成為非球面，如橢球面(圖10B)、菲涅爾表面(圖10A)等。雖然球面透鏡的表面具有易于處理的優(yōu)點，但因為對應于最小焦距的曲率半徑受點大小的限制，所以如果透鏡表面的折射率之差不滿足，則很難減小焦距。從圖中可以知道，具有非球面和菲涅爾面的透鏡在減小焦距和確保透鏡主表面平坦方面有利。因此，可以可靠地消除入射發(fā)散角β。
圖11是表示液晶板25另一改型的簡圖。在圖11，在相對基底上形成作為聚光透鏡的透鏡表面，并在象素電極基底中形成作為場鏡的透鏡表面。根據本改型的液晶板包括一象素電極基底50B和一設置在象素電極基底50B的光入射側的相對基底50A，相對基底50A的設置方式使得相對基底50A和象素電極基底50B彼此面對，液晶層45夾置其間。
相對基底50A從光入射側起依次包括一個玻璃基底41、一個樹脂層43A、一個第一微透鏡陣列42A和一個蓋片玻璃44。象素電極基底50B從光入射側起依次包括象素電極46和黑色矩陣元件47、一個蓋片玻璃44B、一個第二微透鏡陣列42B、一個樹脂層43B和一個玻璃基底48。
第一微透鏡陣列42A由一種光學樹脂形成，并包括對應于象素電極46二維分布的多個第一微透鏡42M-1。每個微透鏡42M-1包括一個具有正折射光焦度的第一透鏡表面R1，并用作聚光透鏡。在圖11所示的改型中，當樹脂層43A和第一微透鏡陣列42A的折射率分別是n1和n2時，滿足n2＞n2。另外，第一透鏡表面R1凸向光入射側(凸向光源)。
類似于第一微透鏡陣列42A，第二微透鏡陣列42B由一種光學樹脂形成，并包括對應于象素電極46二維分布的多個第二微透鏡42M-2。每個微透鏡42M-2包括一個具有正折光度的第二透鏡表面R2，并用作場鏡。因此，第二透鏡表面R2的焦點與第一透鏡表面R1(第一微透鏡42M-1)的主點位置相同。在圖11所示的改型中，當n3和n4分別為第二微透鏡陣列42B和樹脂層43B的折射率時，滿足n3＞n4。另外，第二透鏡表面R2凸向光發(fā)射側。
圖11中所示的改型與圖2中所示的結構不同之處在于每個象素孔徑46A設置在微透鏡42M-1和42M-2(即兩個透鏡表面R1和R2之間)之間。但是，類似于圖2所示的結構，兩個微透鏡42M-1和42M-2的總焦點從象素孔徑46A移位?？偨裹c和象素孔徑46A之間的位置關系可以通過例如調節(jié)微透鏡42M-1和象素孔徑46A之間的距離以及微透鏡42M-2和象素孔徑46A之間的距離來控制?？梢哉J為，雖然處理非常困難，但本改型中的有效孔徑比提高最多。
在圖11所示的改型中，因為通過第一透鏡確定相對于孔徑的效率，，其中第一透鏡處于接近光源的位置，所以第一透鏡的焦距在可以被第二透鏡接收的范圍內減小。另外，孔徑設置在束腰處，處于比第一透鏡的焦點更接近光源的位置，所以可以提高有效孔徑比。在此情況下，孔徑可以設置在從微透鏡的總焦點向光發(fā)射側移動的一個位置處。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，并且可以有各種改型。例如，雖然在上述實施例中對每個點只設置兩個具有光焦度的透鏡面，但也可以對每個點設置三個或更多的具有光焦度的透鏡表面。另外，本發(fā)明并不局限于三板式投影液晶顯示設備，并且還可以應用到單板式投影型液晶顯示設備。
權利要求
1. 一種液晶顯示裝置，包括一液晶層；多個象素電極，具有允許光通過的象素孔徑；和至少一個微透鏡陣列，設置在液晶層的至少光入射側和光發(fā)射側，該微透鏡陣列具有多個對應于象素孔徑二維設置的微透鏡，其中每個微透鏡包括一聚光透鏡和一場鏡，聚光透鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，它將入射其上的光聚光到相應的象素孔徑，場鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，其結構使得場鏡的焦點與聚光透鏡的主點大致處于相同的位置，和其中聚光透鏡和場鏡的總焦點從對應的象素孔徑移位，并且移動量設置成與總焦點處于與對應的象素孔徑相同的位置時的情形相比，有效孔徑比增大。
2.如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于該移動量超過總焦距的±10％。
3.如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于當入射具有發(fā)散角成份的光時，發(fā)散角成份通過光從微透鏡陣列發(fā)出時場鏡的光學性能而消除，使得入射光的發(fā)射角與平行于光軸入射的主光線的發(fā)射角相同。
4.如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于該液晶顯示裝置用于投影型液晶顯示設備中，其中已經通過液晶顯示裝置的光被投影透鏡投射，而且其中每個微透鏡的數值孔徑設置成其數值孔徑大致對應于投影透鏡的F數。
5.如權利要求1所述的液晶顯示裝置，其特征在于每個微透鏡至少由包括球面、非球面、菲涅爾表面中的一個表面形成。
6.一種投影型液晶顯示設備，包括一發(fā)射光的光源；一用于光學調制入射光的液晶顯示裝置；和一投射由液晶顯示裝置調制的光的投影透鏡，其中該液晶顯示裝置包括一液晶層；多個象素電極，具有允許光通過的象素孔徑；和至少一個微透鏡陣列，設置在液晶層的至少光入射側和光發(fā)射側，該微透鏡陣列具有多個對應于象素孔徑二維設置的微透鏡，其中每個微透鏡包括一聚光透鏡和一場鏡，聚光透鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，它將入射其上的光聚光到相應的象素孔徑，場鏡具有至少一個沿光軸的透鏡表面，其結構使得場鏡的焦點與聚光透鏡的主點大致處于相同的位置，其中聚光透鏡和場鏡的總焦點從對應的象素孔徑移位，并且移動量設置成與總焦點處于與對應的象素孔徑相同的位置時的情形相比，有效孔徑比增大。
全文摘要
一種液晶顯示裝置，包括一液晶層；具有象素孔徑的多個象素電極；以及包括多個微透鏡的至少一個微透鏡陣列，所述微透鏡與象素孔徑對應按二維設置。每個微透鏡包括一聚光透鏡和一場鏡，且此聚光透鏡沿光軸具有至少一個透鏡表面，并將入射其上的光聚光到相應的象素孔徑；且此場鏡沿光軸具有至少一個透鏡表面，其結構是使其焦點與聚光透鏡的主點大致處于相同的位置。聚光透鏡和場鏡的總焦點被從相應象素孔徑移位，且其位移量被設置成與總焦點處于與對應象素孔徑相同位置時的情形相比，有效孔徑比增大。
文檔編號G02F1/13GK1397824SQ0212519
公開日2003年2月19日 申請日期2002年5月28日 優(yōu)先權日2001年5月28日
發(fā)明者福田俊廣, 古家知喜 申請人:索尼株式會社