CN85200882U - 液晶大屏幕投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液晶显示技术领域。

本装置由投影机和屏幕构成的光学***以及包括液晶显示器件在内的电路***共两个***所组成，其特征是使液晶器件产生变化的驱动电信息来源于计算机、电子表、电子钟、或能产生字符信息的电路。通过调整投影机物镜镜头的象距或改换不同焦距的物镜，可使大屏幕投影的显示面积改变。如在本装置中的液晶显示器件上，换入单色偏振片，可实现单色大面积显示；或在本装置中放入由三基色组成一个象素的液晶显示器，可实现彩色大面积显示。

Description

液晶大屏幕投影显示装置

一、实用新型所属技术领域：液晶显示，

二、有关的现有技术

已有的显示器件诸如灯泡、荧光、场致发光、等离子体、阴极射线管、发光二极管和电磁机械翻板。上述器件除电磁机械翻板外，均属于主动发光器件，因此为了器件本身发光须消耗足够的电能。而液晶器件是被动发光器件，因其本身不发光，故不象上述主动发光器件须消耗足够的能量，仅在驱动液晶器件产生电光效应时消耗极其微小的电能。例如扭曲型液晶器件的驱动电压3～6伏，每平方厘米显示面积的功耗仅约5～10微瓦，极适于集成电路相配。

欲实现大面积（例如一平方米以上）的显示，如采用主动发光器件，由于功耗较大，因而驱动电路的耗资较大。例如我国正积极试制中的由30个场致发光器件组成面积约为一平方米的大显示屏，仅其一套驱动电路（能带动两个各一平方米的大显示屏）的器材费，约七至八万元。清华大学等四个单位合作研制成功的液晶大表格字符显示***（详见1984年9月在北京举行的Nn－Ch存贮型液晶大表格字符显示***鉴定会资料），是由大小不同的单个器件共138个，组成面积约3平方米的大显示屏。该***从1978年开始研制，于1984年开鉴定会。

美国国际电话电报元件集团微波和光学电子设备西费尔德公司（TTT Components Grvoup Microwave and Opto－Electronics Westfield Mill） 于1981年生产的公用信息显示器由24个单个液晶器件组成，总显示面积约0.14m²（长1.7米×高0.08米），已用作候机厅的信息显示器。

中国科学院成都计算机应用研究所于1984年10月将火车站旅客服务信息处理***的显示屏投入成都站候车室运用。该屏由1596个电磁机械黑白翻板组成同数量象素的矩阵显示屏，其有效显示面积约0.7m²（1.2米×0.6米），能显示车次、站名、时刻和站台的序数。每个显示屏（包括驱动电路）的器材及加工费共约一万元。12个剪票口设有12个显示屏。

国外将写入信息光投向光电导液晶光阀，再用较强的读出光透射过光阀投影至屏幕（A.D.Jacobson，Soc，Ixform，Display，Symp.San  Francisco  1972.70），实现液晶大屏幕显示。这是靠阴极射线管（CRT）将电信号转换成光信号，再将光信号投向光电导层转换至电信号，该电信号在液晶上产生电光效应实现显示的。

国外还用激光作写入信息光投向由向列相和胆

相液晶制成的一个小面积光阀，用较强的读出光透过光阀，读出已写入的信息（H.Mclchior etc.Appl.Phys.Lett.21（8），P.392，1972）。这是靠电信号调红外激光束的强度，再将激光束投向液晶，在液晶上产生热光效应实现显示的。

液晶大面积显示器或场致发光大面积显示器，必然由若干单个小面积液晶器件或若干单个小面积场致发光器件组成。由于器件生产工艺条件难于保证完全一致，结果使得各单个小面积液晶器件或场致发光器件性能参数也就难以一致，当进行大面积显示时，易出现各部份浓淡不一。电磁机械黑白翻板组成的大面积显示器，因为显示时只是黑色与白色两种状态，虽不存在浓淡不一的现象，但也有极少数象素显示不正常，即应该显示白色反而显示黑色，应该显示黑色时反而显示白色。

以上举例的大面积显示器是分别用若干单个场致发光器件、若干单个液晶器件、若干单个磁性翻板组成，致使大面积显示器成本难于降低，同时又由于器件数量多，功耗增大，又使驱动电路的成本难于降低。

以上两种液晶光阀虽属单个小面积显示器件，但要通过几种转换，比较复杂费钱，用来显示较高分辨率的图象比较适宜，但仅用作字符显示便不合算。

三、本实用新型的目的

鉴于上述方法实现大面积显示耗资较大，故将欲显示的信息诸如字符、图表、曲线等，以电信号形式直接写入功耗微小的一个单个小面积液晶器件，使液晶产生电光效应，便在液晶器件上读出了显示的信息，再将较强的光线透射过液晶，经过光学放大，投影至屏幕，也能实现1m²以上的大面积显示。当然要求这样一个单个小面积液晶器件上所显示的象素应与若干单个液晶器件组成的大面积液晶器件总共所显示的象素相当。前者的一个单个小面积液晶器件的价格较之后者若干单个中的一个液晶器件，或许贵些，但较之若干单个液晶器件组成的大面积器件总会便宜得多；前者的驱动电路也较后者便宜得多；前者仅用一个液晶器件较之后者用若干个液晶器件，使整机的可靠性大大提高。

四、本实用新型的内容

实验装置的示意图如图1，该装置由光学***和电路***（图1虚线部份为电路***S，其框图另绘于图2）所组成。电路***中的液晶显示器件LCD置于光学***的片门位置。光学***是：1.为反光镜（以能透红外的冷光镜为宜）、2.为光源、3.为聚光镜、4.为物镜镜头、5.为投影屏幕；还有风扇（冷却用，未在图1中标出）；如光源功率较大，使液晶器件的温度接近其最高使用温度时，应在光源与液晶器件的光路间加适量的隔热玻璃；当对液晶器件强制风冷无效时，尚应将液晶器件置于可循环冷却的绝缘而透明的液体介质中；为防止紫外线对液晶起光化学反应，以延长液晶使用寿命，可在液晶器件与光源的光路间加入滤紫外线的滤光片（有的液晶器件的偏振片有滤紫外的作用）。

屏幕上显示的画面面积可以调整，除通常改变物镜镜头与屏幕间距离即象距外，也可让象距基本不变，仅改变物镜的焦距即用另一种焦距的物镜代换原来的物镜（可将不同焦距的物镜，装在一个园盘上，转动园盘可方便地将某一焦距的物镜***物与象的光路间）再调节物距，使成象清晰，这样便很方便地调整屏幕上显示画面的面积，只要使画面无较大的失真而且亮度够当时环境下观察即可。若干单个器件组成的大面积显示，其画面面积不可调整。

投影屏可采用正面投影屏（即反射式投影屏）或背面投影屏（即透射式投影屏）均可。屏幕材料有几种，根据需要选用。

如果需要，可在光路中***适量的反射镜，可改变光路方向便改变了物、物镜和象之间的相对位置，以减小光学投影***所占的空间。

采用的光学投影机实际就是幻灯机，其铭牌上的性能是：光源额定功率300W、镜头的焦距为10CM、相对孔径为f／3.5，作为光源的灯泡额定电压是120～125V，为了延长灯泡寿命实际只加100～105V的电压做如下实验。

启动光源，使光学投影机镜头与屏幕间距离2.9米，由此计算和测量出的投影机放大倍数约为30倍。投影机放幻灯片门内框面积为40×40cm²，当片框内未放任何幻灯片或液晶器件时，屏幕上投影光面积约1.2×1.2m²，在无环境光干扰下测得屏幕上的照度约250Lux，使透射式液晶器件LCD放入片门处，将电路***中驱动液晶的电信号加在液晶器件上，即使屏幕上的环境光照度在200－250Lux冲刷下，通过液晶器件投影在大屏幕上显示的字符大而清晰，对比度够用。这种投影显示即使在室外有阳光的情况下，室内的屏幕只要不正对阳光，仍能获得较为满意的观看效果。将屏幕上方和两旁加一遮光罩，显示的对比度将会提高。如果希望获得更亮和更大面积的显示，可选用或自制光源功率更大的投影机，投影机片门内框面积要与液晶器件面积适应。选择电影院用的幻灯机，光源功率可达约1千瓦或更高，此时应该注意液晶器件的冷却。在公共场合下，为了方便群众观看和走动，应将投影机置于屏幕的上前方或上后方、正后方。如欲保持一定的显示面积而又要将投影机与屏幕间的距离缩短，可将光学镜头的焦距设计短些，例如投影机与屏蔽间的距离1米，显示面积的水平宽度也是1米，可将投影机和显示屏幕做成一整体，以便将其移动位置。

所选的液晶显示器件，其上下基片的透明电极的排列，采取矩阵式，即上基片的若干根平行带状透明电极与下基片的若干根平行带状透明电极相互垂直，上下电极的交叉点即为象素。选扭曲场效（也可选其它效应）的液晶器件作显示。要注意液晶矩阵显示的扫描行数不宜过多，否则产生交叉效应，因此目前微型计算机上的液晶显示器多是小面积的，其面积形状是长与宽的比值较大的长方形，例如NANHO牌或CASIO的PB－700型便携式个人微型计算机便采用了这样的长方形矩阵液晶显示器。也有较大面积的液晶显示器，例如1984年加拿大推出的STM－PC便携式微型计算机，其液晶显示器为250×80mm²，显示象素为600×200个点。初选的PB－700型便携式微型计算机主要性能和配置如下：

主CPU：HD61917A06，时钟脉冲400CHz

付CPU：HD61917A07，时钟脉冲200KHz

RAM：4KB（可外加三块每块4KB    RAM，共扩充至16KBRAM）

ROM：25KB

键盘：小型，按标准排列

液晶显示器：LCD AC15351，矩阵显示160×32点，有效显示面积95×19mm²（黑白显示）

绘图打印机：四色（黑、红、绿、兰），每行最多80个字符，平均11个字符／秒，FA－10型（带磁带机接口）

微型合式磁带机：CM－1

PB－700微型计算机的液晶显示器所显示的英文字、数字、图表如图2；显示的曲线如图3；显示的游戏图形如图4。

此种机型的配置，已构成一个微型计算机***，价格（全套2700元）合宜。如只购主机、键盘和液晶显示器（共在一小合内），估计价格约2000元以下。

图1中的电路***S，本文中用初选的PB－700微型计算机***为代表（当然也可选择内存更大、液晶显示器件面积更大的其它微机***），其电路***框图5。本实验装置的工作过程是：将显示文字（汉字或其它种文字）图表、曲线和活动图形的不同程序预先编好，通过键盘输入主机的随机存取存贮器（RAM）中，被存入内存RAM的程序，还可送入外存——微型合式磁带机（CM－1）内的磁带上记录下来，以便需要时将磁带上记录的程序重新调入RAM。选按键盘的P₀～P₉（0～9程序区）键，也就选择了内存中不同的程序，再按下运行（RUN）键，后按返回（RETURN）键，运行程序。此时，一方面可将欲显示的文字、图表、曲线和活动图形，的电信号，通过X、Y驱动器加在液晶显示器件上，实现了显示，事先应将液晶显示器的反射镜剥去，便成为透射式液晶器件，将其置于图1中LCD的位置，经过光学投影，在屏幕上实现大面积显示；另一方面还可用四色绘图打印机（FA－10），将置于光学***内部的液晶器件上显示的内容同时打印在记录纸上，以便操作者监视放在远处的液晶器件上所显示的内容，並留作记录。

在上述图5的工作过程中，在液晶显示器上设想始发站重庆火车站561次慢车开出的显示牌如图6、经过重庆站的303次快车（正点）显示牌如图7、经过重庆站的303次快车（晚点）显示牌如图8。各车次的到开时间和站台序数，值班者可根据当时情况操作数字键即可。

又在液晶显示器上，显示出为成都机场设想的进港班机英文公告（供外宾观看）。4102航班的到达公告如图9，其中ARRlVALS为进港，BEIJING－CHENGDU为北京至成都，FLTGHT  NO.为航班号，SCHEDULED为规定（到达）时间，同时打印机打出的结果如图10；该航班取消公告如图11。其中CONCELLATIONS为取消，同时打印机打出的结果如图12。

如有必要，如图5中用一部外接磁带机，通过FA－10接口的插座，实现PB－700微机***中的磁带机（CM－1）与外接磁带机之间相互传送数据或程序。

如有必要，如图5中，用一个PB－700微机***中的FA－10接口的插座，通过电缆与另一个PB－700微机***中的FA－10接口的插座相连，可实现两个PB－700微机***之间相互交换数据和程序。

用计算机中X、Y驱动器输出的电信息供给矩阵式液晶器件，由此实现的液晶大屏幕投影显示，适用于所有公共场合，诸如车站、码头、机场、公园、娱乐场所、体育馆等；还可将电子游戏、广告合起来作商店橱窗或街头广告宣传用；还可将计算机输出的信息，通过液晶投影到大屏幕上供多人观看，给教学、讲演、军事指挥等场合提供了方便。

还可将电子计时器（如液晶电子表、电子钟）的译码驱动器的驱动电信号输给液晶器件做上述投影显示，从而实现月、日、星期几、时、分、秒的大屏幕显示，供多人观看。

将液晶显示器上的无色（或浅兰色）偏振片换成某种颜色的偏振片，可在同一个器件上实现从黑字显示换成某种颜色字的显示。例如火车慢车的车次用黑字显示，快车的车次用红字显示。因红色偏振片将大部份非红色的可见光吸收掉，尽量只将车次的数字用红色偏振片显示红色，其它汉字和数字仍用无色（或浅兰色）偏振片显示黑色，以提高黑白对比度。无色偏振片与红色偏振片的相互置换，可采用一简单的机械装置实现。用投影方式便可在大屏幕上实现大面积的一幅黑白显示或一幅某种颜色的单色显示；或者一幅黑白和某种颜色兼而有之的显示，这是其它显示方式（CRT和四色电磁机械翻板除外）所难以达到的。

还可采用由红、绿、兰三个基色合成一个彩色象素的矩阵式透射型彩色液晶显示器件（例如已有160×64个象素、显示面积为105×42mm²的商品器件），通过投影可在屏幕上实现大面积彩色显示。

液晶显示器件有一定的视角。如将液晶显示器件投影在大屏幕上，显示视角大为提高，因而优于其他由多个液晶器件组成的大屏幕显示，后者视角有限（扭曲型为±45°）。

如有进一步的需要，可选择宽工作温度范围（－5℃至62℃）並且是长寿命（100，000小时）的高质量矩阵式液晶显示器件。

几种常用的大面积显示与一个单个液晶器件投影的大面积显示的比较如表1。

由表1可见，单个液晶器件投影的大面积显示，较之几种常用大面积显示，前者性能价格比（^性能 _价格）和可靠性较优。

五、实现本实用新型的最好方式

当显示一幅画面的信息内容较少，可变化的画面幅数不多时，以采用面积较小的液晶显示器和内存较小的微机为宜，例如PB－700型。当显示一幅画面的信息内容中等，可变化的画面幅数中等时，以采用面积中等的液晶显示器和内存较大的微机为宜，例如FP－200型便携式微机，其液晶显示器面积约为PB－700的一倍，长宽比例较PB－700合理，象素为64×160个点，尚有小型软磁盘驱动器。当显示一幅画面的信息内容很多，可变化的画面幅数极多，以采用面积较大的液晶显示器和内存很大的微机为宜，例如STM－PC型便携式微机，其液晶显示本身便是透射式器件，显示面积约80×250mm²，象素为200×600个点，内存512KB，有两个独立的软磁盘驱动器。也可采用通常的以CRT作显示的微机，但要在电路上做些改动，使能与带X，Y驱动器的液晶显示器相适配。

液晶器件以选用90°扭曲场效应的为宜，便于和CMOS驱动器相配；如采用动态散射效应的，驱动电压和功耗均较高。

Claims (3)

1、一种液晶投影大屏幕显示装置其显示的变化由一个在投影光源与屏幕之间的液晶显示器件产生，其特征是使液晶器件显示的驱动电信号来源于计算机、电子表、电子钟、能产生字符信息的电路。

2、根据权利要求1所述的装置其特征是屏幕显示面积的改变是通过调整一个载有各种不同焦距物镜镜头的园盘实现的。

3、根据权利要求1所述的装置其特征是位于光源和显示屏幕之间的液晶显示器件可选用无色偏振片和单色偏振片组合的液晶显示器件，或彩色液晶显示器件。

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