[發(fā)明專利]平面顯示器的光學(xué)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 99811193.7
• 申請日: 1999-09-21
• 公開（公告）號: CN1319196A
• 公開（公告）日: 2001-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W·A·克羅斯蘭德;T·M·科克
• 申請（專利權(quán)）人: 屏幕技術(shù)有限公司
• 主分類號: G02F1/1335
• 分類號: G02F1/1335
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張志醒

本發(fā)明涉及一種平面顯示器，尤其是液晶顯示器，該顯示器采用短波激活光和如WO95/27920(Crossland等人)所述的例如PL-LCD的發(fā)光輸出元件。

PL-LCD平面顯示器主要存在關(guān)于需要激發(fā)光準(zhǔn)直的問題。FPD技術(shù)的其它例子，例如TFT或STN屏幕，也有光準(zhǔn)直的需要；但是這一般由于對比度、影像亮度，以及在STN屏幕中的多路復(fù)用性程度都會由于準(zhǔn)直而增強(qiáng)。傳統(tǒng)的液晶FPD的缺點(diǎn)在于，因?yàn)闇?zhǔn)直的程度提高，視角就因此受到影響。對此的建議解決方法包括在顯示器前面(即，在彩色濾色片和觀察者之間)的漫射屏。

PL-LCD結(jié)構(gòu)通過在屏幕前面放置可見熒光體并用來自背面光的激活光對其激發(fā)的方法，避免了傳統(tǒng)FPD的視角問題。但是，這種解決視角的方法使得PL-LCD的準(zhǔn)直需要更強(qiáng)烈，因?yàn)樵卩徑南笏刂g還存在另外的串?dāng)_問題。一種簡單的解決概念是提供高度的準(zhǔn)直，使得穿過一個(gè)液晶象素的光只碰撞正確的熒光體象素。但是，難以將來自擴(kuò)展光源的光準(zhǔn)直至如此程度，更難以有效地做到這一點(diǎn)。所需要的準(zhǔn)直的量(或可允許的偏離度)取決于象素的間距以及液晶調(diào)制層和熒光屏之間的距離。

在傳統(tǒng)的投影顯示器中，例如電影投影儀、大屏幕背投TV等，使用來自鄰近點(diǎn)光源的非常高度準(zhǔn)直的光。但是，這種光不會簡單地穿過調(diào)制層和下降，它仍然基本在屏幕之上平行。它被聚焦而不是聚集，并通過投影透鏡被透射至屏幕上。如果不是在因?yàn)檎{(diào)制層和屏幕之間的大距離而使得準(zhǔn)直需要(避免象素串?dāng)_)會大大超出目前的光學(xué)系統(tǒng)的情況下，那么這一點(diǎn)對于所有類型的投影顯示器，而不僅是對PL-LCD結(jié)構(gòu)來說就是真實(shí)的。在本發(fā)明中使用投影裝置，以有助于PL-LCD平面顯示器的操作。

本發(fā)明提供一種平面顯示器，包括調(diào)制元件陣列，設(shè)計(jì)用來調(diào)制從背面輸入的激活光，以及發(fā)光輸出屏面，用于接收調(diào)制信號并給出相應(yīng)的可見輸出以產(chǎn)生顯示影像；其特征在于，提供將調(diào)制元件的平面投影在輸出元件平面上的光學(xué)裝置。

使用光學(xué)裝置以將LCD調(diào)制器的影像“投影”在熒光輸出元件的優(yōu)點(diǎn)在于，現(xiàn)在這兩者可以不再需要由象素圖案的幾何形狀和激活光的偏離度(準(zhǔn)直度)而決定的距離來分開；現(xiàn)在的新的分開是由光學(xué)系統(tǒng)決定的。但是這不是說準(zhǔn)直不再有關(guān)，而是在這種設(shè)計(jì)下，它以其它的方式影響影像的質(zhì)量。實(shí)際上某些方案可以采用非準(zhǔn)直光來進(jìn)行操作，盡管因?yàn)樾枰谘诨蜃钃豕獾竭_(dá)熒光輸出屏而使其有些浪費(fèi)。總之，盡管準(zhǔn)直仍然是有關(guān)的，但是其效果不再與象素幾何形狀呈簡單的關(guān)系。

對于給定的準(zhǔn)直量，沒有光學(xué)裝置的象素幾何形狀會確定熒光體和液晶調(diào)制器對于零串?dāng)_的最大分離。在許多情況下，該最大分離小于玻璃面板的厚度，對此的解決方法是在調(diào)制器里面而不是外面放置熒光體。雖然它至少在理論上是可行的，但是在實(shí)際中卻是很困難和昂貴的。但是使用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件解除了分離距離和象素幾何形狀之間的關(guān)聯(lián)，并因此使得該分離可以任意地增大或減小，從而熒光體可以保留在調(diào)制器外面。因此本發(fā)明的一個(gè)用途是作為“內(nèi)置熒光體”的替代方案。

尤其是與采用類似原理的其它傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比較，使用該“投影”裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，就要被調(diào)制和投影的光而言，PL-LCD結(jié)構(gòu)主要是單色的。因此，該光學(xué)裝置不需要包括在光學(xué)系統(tǒng)中為了解決波長分散而通常需要的額外復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如不再需要消色雙合透鏡連同它們的附帶成本，單組透鏡就足夠了。另外，更微妙的優(yōu)點(diǎn)在于，最終影像的分辨率只是由輸出屏幕上的熒光體裝置來決定。例如如果輸出屏幕上的“點(diǎn)間距”是3/mm，那么影像的分辨率就是3點(diǎn)/mm。這是因?yàn)橄笏鼗臒晒馄劣行У貙鈱W(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影像再抽樣，其方式為模擬聲頻材料的數(shù)字抽樣。當(dāng)考慮到熒光體最經(jīng)常被布置在黑矩陣內(nèi)的輸出屏上時(shí)，這一點(diǎn)就是最明顯的。如果分辨率使得每一個(gè)象素被以較不完美的方式在輸出屏上成象，那么每個(gè)象素就會產(chǎn)生“模糊的”焦點(diǎn)不實(shí)的影像。但是，在一定的限制內(nèi)，這種模糊影像內(nèi)的光落在預(yù)定的象素或是在環(huán)繞它的黑矩陣內(nèi)，從而正確的熒光體象素仍然被激活，并且仍然保留準(zhǔn)確的影像。以這種方式，能夠采用簡單廉價(jià)的光學(xué)系統(tǒng)，而不會危及影像的質(zhì)量。

采用光學(xué)裝置來投射影像的原理與投影顯示器是一致的，但是在該結(jié)構(gòu)中，所有的零件優(yōu)選被包括在一個(gè)單個(gè)外殼或剛性組件中，其液晶象素成象(即投影)的距離一般是毫米級或至多不過厘米級，肯定小于1米。一般來說，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，成象距離比顯示器的直線尺寸小。但是，小的成象距離或光“距”使得普通的透鏡和類似于面板的孔徑就完全不實(shí)用。對此的一個(gè)解決方案是使用微透鏡的陣列。它們具有適當(dāng)?shù)慕咕啵磶缀撩准壍模强芍瞥勺阋杂糜谌魏纹矫鎽?yīng)用的陣列尺寸。