JP2004507796A - 液晶カラーディスプレイデバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、白色の光源(1)、相補的なB、G及びRの光ビームを形成する手段、少なくとも、液晶によって放出された光を変調する、B、G及びRのビームを原色の各々に割り当てられた液晶に集束させるための光学的手段を備えた液晶マトリックス、及び基本点ごとにそれらを併合することによってスクリーンに液晶の画像を投影するための光学系(15)を含む液晶カラーディスプレイデバイスに関係する。デバイスは、色B、V、Rの混合物を含有する二つの基本源(1a、1b)を形成する光学的分割手段(S)を含み、前記源(1a、1b)は、間隔を隔てており、少なくとも二つの光路(Cg、Crb)は、マトリックス(Mb、Mrb)を含み、経路の一つ(Cg)は、単一の色(G)に割り当てられ、他の経路は、二つの他の色B及びRに割り当てられる。
Description
【0001】
本発明は、
−多色性の、特に白色の、光源、
−この光源から相補的な光ビームを形成するための手段、を含み、
その波長の範囲は、異なると共にそれぞれ三原色、青色B、緑色G及び赤色Rに対応し、
−それぞれ原色の各々に割り当てられた液晶上へ、対応する相補的な光ビームを集束させるための光学的手段を備えた少なくとも一つの液晶マトリックス、を含み、
電子式手段は、所望の強度に従って、液晶上で作用すると共にそれらによって放出された光を変更するように提供され、及び
−スクリーン上へ液晶の画像を投影すると共に基本スポットごとにそれらを併合するための光学系、を含むものの種類の液晶カラーディスプレイデバイスに関する。
【0002】
この種のカラーディスプレイデバイスは、既知であり、これらは、通常“空間色のプロジェクター”と呼ばれ、源によって放出された白色光は、白色光のビームの平均の方向に関して異なる角度で傾斜した三つの二色性ミラー上へ向けられた平行なビームとして形成される。三つの二色性ミラーは、原色B、G及びRに対応する三つの相補的な光ビームを生成させるために使用される。これらの三つのビームは、各基本のビームを、原色に割り当てられた液晶を位置させる、異なる点で集束させるように、液晶マトリックス上への入射のわずかに異なる角度を有する。液晶が自己照明しないこと、及び光のスポットを構成するためにはそれらを照明しなければならないことが想起されると思われる。
【0003】
従って、このようなデバイスにおいて、液晶マトリックスの各水平線は、B、G、R;B、G、R;などに割り当てられた、ピクセルとも呼ばれる、一連の液晶を含む。投影が催されるスクリーン上で、単一の基本スポットは、三つの相補的なピクセルB、G、Rに対応し、スポットの色は、各対応する基本ピクセルB、G、Rの強度に依存する。
【0004】
従って、スクリーン上へ投影された画像の水平方向における鮮明度を減少させることは直ちに明らかである。例えば、液晶マトリックスが、水平線に沿って999個のピクセルを含むとすれば、スクリーン上へ投影された水平線上にたった999/3=333個の色が付いたスポットがあることになる。
【0005】
液晶マトリックスの水平線毎のピクセルの数を増加させることによって、水平の鮮明度を改善することは想像できるであろう。しかしながら、これは、垂直/水平の不均衡、及びピクセル上にビームの画像を形成するための液晶マトリックが提供された手段に関する光学的な開口の問題に、帰着する場合もある。
【0006】
さらに、ヒトの目の感度は、全ての周波数にわたって均一ではなく、それは、緑色の光に対して最大であることは既知である。
【0007】
従って、演色を改善するためにこの事実を考慮に入れることは望まれるであろう。
【0008】
このようにして、本発明の目的は、とりわけ、液晶マトリックスの製造を相応じて複雑にすることなく、スクリーン上へ投影された画像の分解能及び演色を改善することを可能にする、液晶カラーディスプレイデバイスを提供することである。
【0009】
本発明に従って、上で定義した種類の液晶カラーディスプレイデバイスは、それが、
−しかしながら原色B、V、Rの混合物を含有する異なる波長の範囲を有する少なくとも二つの基本源を多色性の光源から形成するための光学的分割手段、を含み、
これらの基本源は、幾何学的に別々であり、及び
−各々が液晶マトリックスを含む少なくとも二つの光学的チャネル、を含み、
チャネルの一つは、単一の原色Gに割り当てられ、
他のチャネルは、他の二つの原色B及びRに割り当てられる、ことを特徴とする。
【0010】
好ましくは、たった二つの光学的チャネルが提供され、各チャネルに割り当てられた液晶マトリックスは、同一であり、同じ数のピクセルをもつので、G(緑色)チャネルにおける分解能は、他のマトリックスのピクセルを分かつ二つの他の原色B及びRに対する分解能の二倍である。
【0011】
都合良くは、二つの基本源を形成するための光学的分割手段は、白色の光源の出口に置かれた、波長に従って光を偏向させるための手段、特に回折格子、及び好ましくは補正的プリズムを含む。二つのライドガイドは、ビームの一部分を受け、各ガイドは、出力として基本源を与え、その波長の範囲が他の基本源のものと異なる。第一の基本源は、より小さい波長の範囲に、例えば420nm乃至550nmの可視スペクトルの下側の部分に、対応する場合もあり、他の基本源は、より大きい波長の範囲に、例えば、550nm乃至680nmの可視スペクトルの上側の部分に対応する。
【0012】
光学的分割器は、二つの光学的チャネルを生成させるために、二つのライトガイドの出口に提供され、一つは、単一の色、緑色Gに、他は、色、青色B及び赤色Rに割り当てられる。分割器は、B及びRを反射させると共にGを透過させる二色性フィルター、又は反対にB及びRを透過させると共にGを反射させる二色性フィルター、からなっていてもよい。
【0013】
好ましくは、二つの光学的チャネルは、これらのチャネルの各々に割り当てられた二つのマトリックスであるように、90°に置かれる。二色性フィルターを光軸に対して45°に傾斜させる。そして、二つのチャネルの併合は、45°に傾斜した二色性再結合ミラー又は半透明ミラーによって達成される。
【0014】
二つのライトガイドの出力は、二つの相補的な源に対応し、数ミリメートルの間隔を隔て、これらの源は、ビームを二つの隣接するピクセル上へ集束させるように、二つの異なる角度で液晶マトリックスを照明することを可能にする。赤色−青色のチャネルの場合には、二つの隣接するピクセルが、それぞれ、赤色及び青色に割り当てられるのに対して、緑色のチャネルの場合には、二つの隣接するピクセルは、緑色の光の二つのビームによって照明される。
【0015】
好ましくは、フレネル(Fresnel)レンズが、光学的分割器及び液晶マトリックスの間に置かれる。また、好ましくは、単純なミラーは、好ましくは90°にビームを折り返すために、フレネルレンズ及び液晶マトリックスの間に置かれる。本発明は、上述の配置は別として、ここで添付した図面を参照して詳細に記載するが決して限定していない例に関して、以下でより詳細に説明することになる、ある一定の数の他の配置からなる。
【0016】
図1は、液晶カラーディスプレイデバイスAを示す。
【0017】
このデバイスは、楕円反射体2を備えた、例えば電気アークによって形成される白色の光源1を含む。源1からの光は、三原色、すなわち青色B、緑色G及び赤色Rの混合物である。
【0018】
光学的分割手段Sは、白色の光源1から、異なる波長の範囲を有する二つの基本源1a、1bを形成するために提供される。二つの基本源1a、1bは、幾何学的に分離される。
【0019】
光学的分割手段Sは、波長に従って異なって光を偏向させる、例えば220l/mm(本の線毎ミリメートル)を有する回折格子3を含む。回折格子からある距離での平面Pにおいて、光を、伝播の方向に垂直な方向にわたって広げる。具体的には、問題を単純化するために、三つの領域B、G及びRを示してきた。現実には、波長の分離は、特に連続スペクトルの場合には、急ではなく漸進的である。
【0020】
回折格子3によって発生した収差(色コマ)を防止するために、良好な補正を提供すると共に光軸をランプ1の軸上に保つ、回折格子3及び源1の間に置かれる、プリズム4を提供することは都合がよい。
【0021】
この軸上に一つの面をもつ、二つの並列したライトガイド5a、5bは、ランプ1の光軸のいずれかの側に置かれる。各ガイド5a、5bを、光軸の方向に垂直で平行な底面をもつ、ガラス又は透明なプラスチックで作られた角錐台によって形成してもよい。小さい底面は、回折格子3に向けられる。ガイド5a、5bの入口面は、平面Pにある。ガイド5bが、本質的に、緑色から赤色まで、例えば550nmから680nmまでに及び波長を受けるのに対して、図1に示す表現においては最上に位置する、ガイド5aは、本質的に、緑色から青色まで、例えば550nmから420nmまでに及ぶ波長を受ける。
【0022】
各ガイド5a、5bは、基本源1a、1bを形成するコンデンサ6a、6bと共に出口に備えられる。二つの源1a、1bの中心は、ランプ1の光軸に垂直に間隔を隔てる。各基本源1a、1bによって放出された光は、原色の混合物を含有する。
【0023】
勾配二色性フィルターF1は、ガイド5a、5bの後に置かれ、フィルターは、光軸に対して45°の角度で傾斜する。
【0024】
フィルターF1の一つの端の近傍で源1a、1bから発出する光の光線の平均の方向は、他の端においてフィルターF1との光線の平均の方向の角度がα2であるのに対して、このフィルターと角度α1をなす。フィルターF1は、カットオフ周波数が、波長内で、両方の角度α1及びα2に対して同じか又はおおよそ同じであるように、設計される。
【0025】
勾配二色性フィルターF1は、例えば、緑色Gを透過させると共に青色B及び赤色Rを反射させるように設計される。図1における図は、このような二色性フィルターF1に対応する。
【0026】
変形として、勾配二色性フィルターを、Gを反射させると共にB及びRを透過させるように設計することができるであろう。
【0027】
フィルター1は、二つの光学的チャネルCg及びCrbを生じ、各々は、液晶マトリックスMg、Mrbを含む。そのマトリックスMgを伴うチャネルCgは、そのマトリックスMrbを伴う他のチャネルCrbが、他の二つの原色R及びBに割り当てられるのに対して、単一の原色Gに割り当てられる。
【0028】
チャネルCgは、フィルター1の後、源1の光軸に垂直に、例えばプラスチックで作られると共に平行な光ビームを与えるフレネルレンズLを含む。
【0029】
フレネルレンズLの後に置かれるのは、ビームを90°だけ偏向させるために、光軸に対して45°に傾斜した単純なミラー7である。
【0030】
液晶マトリックスMgは、レンズLに対して直角にミラー7の後に置かれる。
【0031】
図2で理解してもよいが、マトリックスMgは、光の平均の方向に垂直な平面に置かれた透過性の液晶又は基本ピクセル8a、8b、9a、9bを含む。図2に示すものに類似する平行なピクセルのラインは、図2の平面に垂直な方向で一つずつ随伴する。ピクセルは、一組み8a、8bなどで関連付けられ、一組みの各ピクセルは、基本源1a、1bの一つに対応する。源1a、1bの画像は、対応するピクセル8a、9a;8b、9bなどの上に形成される。
【0032】
この目的のために、液晶マトリックス(LCDマトリックス)には、プラスチック又はガラスで作られた透明な板10が備え付けられ、その一つの面上には、板のマイクロレンズ11が形成され、これらのマイクロレンズは、凸の円柱面からなり、その母線は、図2の平面に垂直である。どの一つのマイクロレンズ11も、二つの異なる角度で、源1a、1bから発出する二つの平行なビームを受ける。入射の角度における差は、源1a、1bの幾何学的な分離を提供する。異なる入射の角度の各ビームは、それぞれのピクセル上へ集束されることになる。
【0033】
マトリックスMgの場合には、一組み8a、8bの二つのピクセルは、緑色Gで(しかしながら、平均の波長におけるわずかな差を伴う)照明されることになり、これは、各ピクセルに割り当てられた文字Gによって図2に示される。
【0034】
マトリックスMrbは、好ましくは、同じ数のピクセルをもつマトリックスMgと同一である。赤色光Rのビームは、文字Rに割り当ててきたピクセル8b、9bなどの上へ集束させられるのに対して、青色光Bの平行なビームは、1aから発出し、その入射の角度は、1bから発出する赤色光Rのビームのものと異なる。青色光Bは、文字Bに割り当ててきた例えばピクセル8a、9aなどの上へ集束させられる。スポットB及びスポットRの数は、スポットGの数の半分の多さであることになる。
【0035】
電子式手段Eは、マイクロレンズ10によって提供された照明に応じて、このピクセルに対する所望の光強度に従って、各基本ピクセル8a、8b、9a、9bなどを駆動するために提供される。
【0036】
要約すれば、ライトガイド5a、5bの出力によって形成された、数ミリメートルの間隔を隔てた二つの相補的な源1a、1bは、源1aから発出するエネルギーが、ピクセル8a上へ集束されると共に他の源1bから発出するエネルギーが隣接するピクセル8b上へ集束されるように、二つの異なる角度で液晶を照明するために使用され、このスキームは、同じラインに沿って二つのピクセルごとに繰り返される。
【0037】
液晶マトリックスMg又はMrbの真向かいに置かれるのは、寄生光を減少させるための偏向子フィルター12である。検光子フィルター13は、液晶マトリックスの出口に置かれる。
【0038】
第二のチャネルCrbを、源1の光軸に対してフィルターF1によって直角に偏向させる。このチャネルCrbもまた、マトリックスMgに対して直角に置かれたマトリックスMrb上へ源1のものに平行な軸に沿って光を送るために、45°に傾斜した単純なミラー7が後に続くフレネルレンズLを含む。
【0039】
マトリックスMg及びMrbの液晶によって放出された二つのビームは、二つのマトリックスMg及びMrbの平面の二等分線に対して45°に傾斜した半透明ミラー14によって併合される。ミラー14を、フィルターF1と整列させてもよい。またミラー14は、都合良くは、再結合する二色性ミラーであってもよい。
【0040】
ミラー14の後に提供されるのは、変調されたピクセルG、B及びRを併合することによって得られる画像の基本スポットをスクリーン16上へ投影する(例えば、約1.6のF/D比をもつ)広角の対物レンズ15である。スクリーン16は、対物15から反対側における画像を観察するために、半透明であってもよい。
【0041】
投影機の動作は、上の説明から結果として生じる。
【0042】
本質的にG及びRで構成されたビームが、ライトガイド5bを通じて伝播するのに対して、本質的にB及びGからなる光ビームは、ライトガイド5aを通じて伝播する。幾何学的に空間を隔てた二つの基本源1a及び1bは、その波長の範囲が異なる光ビームを放出する。
【0043】
二色性フィルターF1は、源1a及び1bから発出するビームの成分Gを通す。これらのビームは、二つのわずかに異なる角度で液晶マトリックスMg上に入射する。各ビームは、関連付けられた液晶上へ集束させられる。
【0044】
このように照明されたマトリックスMgの各液晶又はピクセル8a、8b、などは、その強度が、問題のピクセルに関する電子式手段Eによって送出された制御信号によって変調される緑色光を放出するか又は透過させる。
【0045】
源1aから発出するビームの成分Bは、二色性フィルターF1によって反射される。同じことは、源1bから発出するビームの成分Rに当てはまる。二つのビームB及びRは、わずかに異なる角度で液晶マトリックスMrb上へ向けられる。ビームRが、例えばマトリックスMrbの液晶8b、9bなどの上へ集束されることになるのに対して、ビームBは、例えばマトリックスMrbの液晶8a、9aなどの上へ集束されることになる。基本ピクセルB及びRは、電子式手段Eによって送出された指示に依存する光の強度を有することになる。
【0046】
次に、マトリックスMgのピクセル及びマトリックスMrbのピクセルによって形成された光のスポットは、併合される。対物15は、併合された基本スポットをスクリーン16上へ投影する。
【0047】
全系は、スクリーン16上へ投影された画像の各色が付いたスポットが、二つのピクセルG、例えばマトリックスMgの8a、8b、並びにピクセルB及びピクセルR、例えばそれぞれマトリックスMrbの8a及び8b、の併用から結果として生じるように、設計される。
【0048】
好ましくは、二つのマトリックスMg及びMrbは、同一であり、例えば、XGA(1024×768)LCDマトリックス、すなわち、水平方向に沿って1024ピクセル及び垂直方向に沿って768ピクセルからなる。
【0049】
系は、スペクトル分割及び結合を成し遂げる二つのガイド5a、5bを使用する。分割は、一方が可視スペクトルの下側の部分、550nm乃至420nmを、他方が、上側の部分、680nm乃至550nmを透過させるように、二つのガイドの入口の物理的な制限によって達成される。ガイド5a、5bは、問題のスペクトルを結合させ、ガイドの出力は、空間色効果に関して意図された角度の分割を成し遂げる。
【0050】
二つの対物又はコンデンサ6a、6bは、LCDの平面でこの出力の画像を形成するために、ガイドの出口で使用される。
【0051】
二つの透過性LCD、Mg及びMrbを伴う投影機において、その一つは、緑色G用に、他は、青色B及び赤色R用に意図され、分割は、45°ミラー又はフィルターF1によって、再結合は、同様にミラー14によって果たされ、二つのミラーは、相互整列にあり、LCDは、これらのミラーに対して45°及び互いに対して90°である。
【0052】
十分な開口の投影対物15は、照明系によって発生したビームの範囲を許容するように、提供される。
【0053】
本発明に従う投影デバイスは、三原色B、G及びRが単一のマトリックスのピクセルの単一のラインに沿って分解される投影機と比較して全分解能を改善することを可能にする。さらに、演色は、目が最も敏感である緑色が、より高い効率係数から利益を得るので、より良好である。
【0054】
投影対物15の開口は、より小さい。従ってこの対物は、あまり高価ではなく、生産することがより容易である。
【0055】
スペクトルの分割は、改善され、ミラーが使用される場合における一つのチャネルの他による汚染は、回避される。
【0056】
レンズの後の出口の距離が、より短いと、二つのミラーの空間色投影機に対する損失は、より低い。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に従う液晶カラーディスプレイデバイス全体の図である。
【図2】
より大きい縮尺の、緑色用のマイクロレンズをもつ液晶マトリックスの一部に関する図である。
【図3】
図2に類似する様式で、青色及び赤色用のマイクロレンズをもつ液晶マトリックスを示す。
本発明は、
−多色性の、特に白色の、光源、
−この光源から相補的な光ビームを形成するための手段、を含み、
その波長の範囲は、異なると共にそれぞれ三原色、青色B、緑色G及び赤色Rに対応し、
−それぞれ原色の各々に割り当てられた液晶上へ、対応する相補的な光ビームを集束させるための光学的手段を備えた少なくとも一つの液晶マトリックス、を含み、
電子式手段は、所望の強度に従って、液晶上で作用すると共にそれらによって放出された光を変更するように提供され、及び
−スクリーン上へ液晶の画像を投影すると共に基本スポットごとにそれらを併合するための光学系、を含むものの種類の液晶カラーディスプレイデバイスに関する。
【0002】
この種のカラーディスプレイデバイスは、既知であり、これらは、通常“空間色のプロジェクター”と呼ばれ、源によって放出された白色光は、白色光のビームの平均の方向に関して異なる角度で傾斜した三つの二色性ミラー上へ向けられた平行なビームとして形成される。三つの二色性ミラーは、原色B、G及びRに対応する三つの相補的な光ビームを生成させるために使用される。これらの三つのビームは、各基本のビームを、原色に割り当てられた液晶を位置させる、異なる点で集束させるように、液晶マトリックス上への入射のわずかに異なる角度を有する。液晶が自己照明しないこと、及び光のスポットを構成するためにはそれらを照明しなければならないことが想起されると思われる。
【0003】
従って、このようなデバイスにおいて、液晶マトリックスの各水平線は、B、G、R;B、G、R;などに割り当てられた、ピクセルとも呼ばれる、一連の液晶を含む。投影が催されるスクリーン上で、単一の基本スポットは、三つの相補的なピクセルB、G、Rに対応し、スポットの色は、各対応する基本ピクセルB、G、Rの強度に依存する。
【0004】
従って、スクリーン上へ投影された画像の水平方向における鮮明度を減少させることは直ちに明らかである。例えば、液晶マトリックスが、水平線に沿って999個のピクセルを含むとすれば、スクリーン上へ投影された水平線上にたった999/3=333個の色が付いたスポットがあることになる。
【0005】
液晶マトリックスの水平線毎のピクセルの数を増加させることによって、水平の鮮明度を改善することは想像できるであろう。しかしながら、これは、垂直/水平の不均衡、及びピクセル上にビームの画像を形成するための液晶マトリックが提供された手段に関する光学的な開口の問題に、帰着する場合もある。
【0006】
さらに、ヒトの目の感度は、全ての周波数にわたって均一ではなく、それは、緑色の光に対して最大であることは既知である。
【0007】
従って、演色を改善するためにこの事実を考慮に入れることは望まれるであろう。
【0008】
このようにして、本発明の目的は、とりわけ、液晶マトリックスの製造を相応じて複雑にすることなく、スクリーン上へ投影された画像の分解能及び演色を改善することを可能にする、液晶カラーディスプレイデバイスを提供することである。
【0009】
本発明に従って、上で定義した種類の液晶カラーディスプレイデバイスは、それが、
−しかしながら原色B、V、Rの混合物を含有する異なる波長の範囲を有する少なくとも二つの基本源を多色性の光源から形成するための光学的分割手段、を含み、
これらの基本源は、幾何学的に別々であり、及び
−各々が液晶マトリックスを含む少なくとも二つの光学的チャネル、を含み、
チャネルの一つは、単一の原色Gに割り当てられ、
他のチャネルは、他の二つの原色B及びRに割り当てられる、ことを特徴とする。
【0010】
好ましくは、たった二つの光学的チャネルが提供され、各チャネルに割り当てられた液晶マトリックスは、同一であり、同じ数のピクセルをもつので、G(緑色)チャネルにおける分解能は、他のマトリックスのピクセルを分かつ二つの他の原色B及びRに対する分解能の二倍である。
【0011】
都合良くは、二つの基本源を形成するための光学的分割手段は、白色の光源の出口に置かれた、波長に従って光を偏向させるための手段、特に回折格子、及び好ましくは補正的プリズムを含む。二つのライドガイドは、ビームの一部分を受け、各ガイドは、出力として基本源を与え、その波長の範囲が他の基本源のものと異なる。第一の基本源は、より小さい波長の範囲に、例えば420nm乃至550nmの可視スペクトルの下側の部分に、対応する場合もあり、他の基本源は、より大きい波長の範囲に、例えば、550nm乃至680nmの可視スペクトルの上側の部分に対応する。
【0012】
光学的分割器は、二つの光学的チャネルを生成させるために、二つのライトガイドの出口に提供され、一つは、単一の色、緑色Gに、他は、色、青色B及び赤色Rに割り当てられる。分割器は、B及びRを反射させると共にGを透過させる二色性フィルター、又は反対にB及びRを透過させると共にGを反射させる二色性フィルター、からなっていてもよい。
【0013】
好ましくは、二つの光学的チャネルは、これらのチャネルの各々に割り当てられた二つのマトリックスであるように、90°に置かれる。二色性フィルターを光軸に対して45°に傾斜させる。そして、二つのチャネルの併合は、45°に傾斜した二色性再結合ミラー又は半透明ミラーによって達成される。
【0014】
二つのライトガイドの出力は、二つの相補的な源に対応し、数ミリメートルの間隔を隔て、これらの源は、ビームを二つの隣接するピクセル上へ集束させるように、二つの異なる角度で液晶マトリックスを照明することを可能にする。赤色−青色のチャネルの場合には、二つの隣接するピクセルが、それぞれ、赤色及び青色に割り当てられるのに対して、緑色のチャネルの場合には、二つの隣接するピクセルは、緑色の光の二つのビームによって照明される。
【0015】
好ましくは、フレネル(Fresnel)レンズが、光学的分割器及び液晶マトリックスの間に置かれる。また、好ましくは、単純なミラーは、好ましくは90°にビームを折り返すために、フレネルレンズ及び液晶マトリックスの間に置かれる。本発明は、上述の配置は別として、ここで添付した図面を参照して詳細に記載するが決して限定していない例に関して、以下でより詳細に説明することになる、ある一定の数の他の配置からなる。
【0016】
図1は、液晶カラーディスプレイデバイスAを示す。
【0017】
このデバイスは、楕円反射体2を備えた、例えば電気アークによって形成される白色の光源1を含む。源1からの光は、三原色、すなわち青色B、緑色G及び赤色Rの混合物である。
【0018】
光学的分割手段Sは、白色の光源1から、異なる波長の範囲を有する二つの基本源1a、1bを形成するために提供される。二つの基本源1a、1bは、幾何学的に分離される。
【0019】
光学的分割手段Sは、波長に従って異なって光を偏向させる、例えば220l/mm(本の線毎ミリメートル)を有する回折格子3を含む。回折格子からある距離での平面Pにおいて、光を、伝播の方向に垂直な方向にわたって広げる。具体的には、問題を単純化するために、三つの領域B、G及びRを示してきた。現実には、波長の分離は、特に連続スペクトルの場合には、急ではなく漸進的である。
【0020】
回折格子3によって発生した収差(色コマ)を防止するために、良好な補正を提供すると共に光軸をランプ1の軸上に保つ、回折格子3及び源1の間に置かれる、プリズム4を提供することは都合がよい。
【0021】
この軸上に一つの面をもつ、二つの並列したライトガイド5a、5bは、ランプ1の光軸のいずれかの側に置かれる。各ガイド5a、5bを、光軸の方向に垂直で平行な底面をもつ、ガラス又は透明なプラスチックで作られた角錐台によって形成してもよい。小さい底面は、回折格子3に向けられる。ガイド5a、5bの入口面は、平面Pにある。ガイド5bが、本質的に、緑色から赤色まで、例えば550nmから680nmまでに及び波長を受けるのに対して、図1に示す表現においては最上に位置する、ガイド5aは、本質的に、緑色から青色まで、例えば550nmから420nmまでに及ぶ波長を受ける。
【0022】
各ガイド5a、5bは、基本源1a、1bを形成するコンデンサ6a、6bと共に出口に備えられる。二つの源1a、1bの中心は、ランプ1の光軸に垂直に間隔を隔てる。各基本源1a、1bによって放出された光は、原色の混合物を含有する。
【0023】
勾配二色性フィルターF1は、ガイド5a、5bの後に置かれ、フィルターは、光軸に対して45°の角度で傾斜する。
【0024】
フィルターF1の一つの端の近傍で源1a、1bから発出する光の光線の平均の方向は、他の端においてフィルターF1との光線の平均の方向の角度がα2であるのに対して、このフィルターと角度α1をなす。フィルターF1は、カットオフ周波数が、波長内で、両方の角度α1及びα2に対して同じか又はおおよそ同じであるように、設計される。
【0025】
勾配二色性フィルターF1は、例えば、緑色Gを透過させると共に青色B及び赤色Rを反射させるように設計される。図1における図は、このような二色性フィルターF1に対応する。
【0026】
変形として、勾配二色性フィルターを、Gを反射させると共にB及びRを透過させるように設計することができるであろう。
【0027】
フィルター1は、二つの光学的チャネルCg及びCrbを生じ、各々は、液晶マトリックスMg、Mrbを含む。そのマトリックスMgを伴うチャネルCgは、そのマトリックスMrbを伴う他のチャネルCrbが、他の二つの原色R及びBに割り当てられるのに対して、単一の原色Gに割り当てられる。
【0028】
チャネルCgは、フィルター1の後、源1の光軸に垂直に、例えばプラスチックで作られると共に平行な光ビームを与えるフレネルレンズLを含む。
【0029】
フレネルレンズLの後に置かれるのは、ビームを90°だけ偏向させるために、光軸に対して45°に傾斜した単純なミラー7である。
【0030】
液晶マトリックスMgは、レンズLに対して直角にミラー7の後に置かれる。
【0031】
図2で理解してもよいが、マトリックスMgは、光の平均の方向に垂直な平面に置かれた透過性の液晶又は基本ピクセル8a、8b、9a、9bを含む。図2に示すものに類似する平行なピクセルのラインは、図2の平面に垂直な方向で一つずつ随伴する。ピクセルは、一組み8a、8bなどで関連付けられ、一組みの各ピクセルは、基本源1a、1bの一つに対応する。源1a、1bの画像は、対応するピクセル8a、9a;8b、9bなどの上に形成される。
【0032】
この目的のために、液晶マトリックス(LCDマトリックス)には、プラスチック又はガラスで作られた透明な板10が備え付けられ、その一つの面上には、板のマイクロレンズ11が形成され、これらのマイクロレンズは、凸の円柱面からなり、その母線は、図2の平面に垂直である。どの一つのマイクロレンズ11も、二つの異なる角度で、源1a、1bから発出する二つの平行なビームを受ける。入射の角度における差は、源1a、1bの幾何学的な分離を提供する。異なる入射の角度の各ビームは、それぞれのピクセル上へ集束されることになる。
【0033】
マトリックスMgの場合には、一組み8a、8bの二つのピクセルは、緑色Gで(しかしながら、平均の波長におけるわずかな差を伴う)照明されることになり、これは、各ピクセルに割り当てられた文字Gによって図2に示される。
【0034】
マトリックスMrbは、好ましくは、同じ数のピクセルをもつマトリックスMgと同一である。赤色光Rのビームは、文字Rに割り当ててきたピクセル8b、9bなどの上へ集束させられるのに対して、青色光Bの平行なビームは、1aから発出し、その入射の角度は、1bから発出する赤色光Rのビームのものと異なる。青色光Bは、文字Bに割り当ててきた例えばピクセル8a、9aなどの上へ集束させられる。スポットB及びスポットRの数は、スポットGの数の半分の多さであることになる。
【0035】
電子式手段Eは、マイクロレンズ10によって提供された照明に応じて、このピクセルに対する所望の光強度に従って、各基本ピクセル8a、8b、9a、9bなどを駆動するために提供される。
【0036】
要約すれば、ライトガイド5a、5bの出力によって形成された、数ミリメートルの間隔を隔てた二つの相補的な源1a、1bは、源1aから発出するエネルギーが、ピクセル8a上へ集束されると共に他の源1bから発出するエネルギーが隣接するピクセル8b上へ集束されるように、二つの異なる角度で液晶を照明するために使用され、このスキームは、同じラインに沿って二つのピクセルごとに繰り返される。
【0037】
液晶マトリックスMg又はMrbの真向かいに置かれるのは、寄生光を減少させるための偏向子フィルター12である。検光子フィルター13は、液晶マトリックスの出口に置かれる。
【0038】
第二のチャネルCrbを、源1の光軸に対してフィルターF1によって直角に偏向させる。このチャネルCrbもまた、マトリックスMgに対して直角に置かれたマトリックスMrb上へ源1のものに平行な軸に沿って光を送るために、45°に傾斜した単純なミラー7が後に続くフレネルレンズLを含む。
【0039】
マトリックスMg及びMrbの液晶によって放出された二つのビームは、二つのマトリックスMg及びMrbの平面の二等分線に対して45°に傾斜した半透明ミラー14によって併合される。ミラー14を、フィルターF1と整列させてもよい。またミラー14は、都合良くは、再結合する二色性ミラーであってもよい。
【0040】
ミラー14の後に提供されるのは、変調されたピクセルG、B及びRを併合することによって得られる画像の基本スポットをスクリーン16上へ投影する(例えば、約1.6のF/D比をもつ)広角の対物レンズ15である。スクリーン16は、対物15から反対側における画像を観察するために、半透明であってもよい。
【0041】
投影機の動作は、上の説明から結果として生じる。
【0042】
本質的にG及びRで構成されたビームが、ライトガイド5bを通じて伝播するのに対して、本質的にB及びGからなる光ビームは、ライトガイド5aを通じて伝播する。幾何学的に空間を隔てた二つの基本源1a及び1bは、その波長の範囲が異なる光ビームを放出する。
【0043】
二色性フィルターF1は、源1a及び1bから発出するビームの成分Gを通す。これらのビームは、二つのわずかに異なる角度で液晶マトリックスMg上に入射する。各ビームは、関連付けられた液晶上へ集束させられる。
【0044】
このように照明されたマトリックスMgの各液晶又はピクセル8a、8b、などは、その強度が、問題のピクセルに関する電子式手段Eによって送出された制御信号によって変調される緑色光を放出するか又は透過させる。
【0045】
源1aから発出するビームの成分Bは、二色性フィルターF1によって反射される。同じことは、源1bから発出するビームの成分Rに当てはまる。二つのビームB及びRは、わずかに異なる角度で液晶マトリックスMrb上へ向けられる。ビームRが、例えばマトリックスMrbの液晶8b、9bなどの上へ集束されることになるのに対して、ビームBは、例えばマトリックスMrbの液晶8a、9aなどの上へ集束されることになる。基本ピクセルB及びRは、電子式手段Eによって送出された指示に依存する光の強度を有することになる。
【0046】
次に、マトリックスMgのピクセル及びマトリックスMrbのピクセルによって形成された光のスポットは、併合される。対物15は、併合された基本スポットをスクリーン16上へ投影する。
【0047】
全系は、スクリーン16上へ投影された画像の各色が付いたスポットが、二つのピクセルG、例えばマトリックスMgの8a、8b、並びにピクセルB及びピクセルR、例えばそれぞれマトリックスMrbの8a及び8b、の併用から結果として生じるように、設計される。
【0048】
好ましくは、二つのマトリックスMg及びMrbは、同一であり、例えば、XGA(1024×768)LCDマトリックス、すなわち、水平方向に沿って1024ピクセル及び垂直方向に沿って768ピクセルからなる。
【0049】
系は、スペクトル分割及び結合を成し遂げる二つのガイド5a、5bを使用する。分割は、一方が可視スペクトルの下側の部分、550nm乃至420nmを、他方が、上側の部分、680nm乃至550nmを透過させるように、二つのガイドの入口の物理的な制限によって達成される。ガイド5a、5bは、問題のスペクトルを結合させ、ガイドの出力は、空間色効果に関して意図された角度の分割を成し遂げる。
【0050】
二つの対物又はコンデンサ6a、6bは、LCDの平面でこの出力の画像を形成するために、ガイドの出口で使用される。
【0051】
二つの透過性LCD、Mg及びMrbを伴う投影機において、その一つは、緑色G用に、他は、青色B及び赤色R用に意図され、分割は、45°ミラー又はフィルターF1によって、再結合は、同様にミラー14によって果たされ、二つのミラーは、相互整列にあり、LCDは、これらのミラーに対して45°及び互いに対して90°である。
【0052】
十分な開口の投影対物15は、照明系によって発生したビームの範囲を許容するように、提供される。
【0053】
本発明に従う投影デバイスは、三原色B、G及びRが単一のマトリックスのピクセルの単一のラインに沿って分解される投影機と比較して全分解能を改善することを可能にする。さらに、演色は、目が最も敏感である緑色が、より高い効率係数から利益を得るので、より良好である。
【0054】
投影対物15の開口は、より小さい。従ってこの対物は、あまり高価ではなく、生産することがより容易である。
【0055】
スペクトルの分割は、改善され、ミラーが使用される場合における一つのチャネルの他による汚染は、回避される。
【0056】
レンズの後の出口の距離が、より短いと、二つのミラーの空間色投影機に対する損失は、より低い。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に従う液晶カラーディスプレイデバイス全体の図である。
【図2】
より大きい縮尺の、緑色用のマイクロレンズをもつ液晶マトリックスの一部に関する図である。
【図3】
図2に類似する様式で、青色及び赤色用のマイクロレンズをもつ液晶マトリックスを示す。
Claims (15)
- 多色性の、特に白色の、光源(1)、
波長の範囲が異なると共にそれぞれ三原色、青色B、緑色G及び赤色Rに対応する相補的な光ビームを、この光源から形成する手段、
それぞれ前記原色の各々に割り当てられた液晶上へ前記対応する相補的な光ビーム(B、G、R)を集束させる光学的手段を備え、電子式手段(E)が所望の強度に従って前記液晶上で作用すると共にそれらによって放出された光を変更するように提供された、少なくとも一つの液晶マトリックス、並びに
スクリーン上へ前記液晶の画像を投影すると共に基本スポットごとにそれらを併合する光学系(15)を含む、液晶カラーディスプレイデバイスであって、
それは、
しかしながら前記原色B、G、Rの混合物を含有する異なる波長の範囲を有する少なくとも二つの基本源(1a、1b)を前記多色性の光源から形成する光学的分割手段(S)、及び
各々が液晶マトリックス(Mg、Mrb)を含む少なくとも二つの光学的チャネル(Cg、Crb)を含み、
これらの基本源(1a、1b)は、幾何学的に別々であり、
前記チャネルの一つ(Cg)は、前記単一の原色Gに割り当てられ、
前記他のチャネルは、前記他の二つの原色B及びRに割り当てられることを特徴とする液晶カラーディスプレイデバイス。 - たった二つの光学的チャネルが提供されることを特徴とする請求項1記載のディスプレイデバイス。
- 各チャネルに割り当てられた前記液晶マトリックス(Mg、Mrb)は、同一であり、同じ数のピクセルをもつので、前記G(緑色)チャネルにおける分解能は、前記他のマトリックスのピクセルを分かつ前記二つの他の原色B及びRに対する分解能の二倍であることを特徴とする請求項1記載のディスプレイデバイス。
- 前記光学的分割手段(S)は、前記波長に従って前記光を偏向させる手段、特に回折格子(3)を含むことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載のディスプレイデバイス。
- 補正的プリズム(4)は、前記白色の光源(1)の出口に置かれることを特徴とする請求項4項記載のディスプレイデバイス。
- 二つのライドガイド(5a、5b)は、前記ビームの一部分を受け、
各ガイド(5a、5b)は、出力として基本源(1a、1b)を与え、
前記基本源の波長の範囲は、前記他の基本源のものと異なることを特徴とする請求項4又は5項記載のディスプレイデバイス。 - 第一の基本源(1a)は、より小さい波長の範囲に対応し、
前記他の基本源(1b)は、より大きい波長の範囲に対応することを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載のディスプレイデバイス。 - 前記第一の基本源(1a)は、可視スペクトルの下側の部分、420nm乃至550nmに対応し、
前記他の基本源(1b)は、可視スペクトルの上側の部分、550nm乃至680nmに対応することを特徴とする請求項7記載のディスプレイデバイス。 - 光学的分割器(F1)は、二つの光学的チャネルを生成させるために前記二つのライトガイドの出口に提供され、
一つ(Cg)は、前記単一の色の緑色Gに、前記他(Crb)は、前記色の青色B及び赤色Rに割り当てられることを特徴とする請求項6記載のディスプレイデバイス。 - 前記分割器は、B及びRを反射させると共にGを透過させるか又は反対である二色性フィルター(F1)からなることを特徴とする請求項9記載のディスプレイデバイス。
- 前記二つの光学的チャネル(Cg、Crb)は、これらのチャネルの各々に割り当てられた前記二つのマトリックス(Mg、Mrb)であるように90°に置かれ、
前記二つのチャネルの併合は、45°に傾斜した半透明ミラー(14)又は二色性再結合ミラーによって達成されることを特徴とする請求項1乃至10いずれか1項記載のディスプレイデバイス。 - 前記赤色−青色のチャネル(Crb)の場合には、二つの隣接するピクセル(8a、8b)は、それぞれ、前記赤色R及び前記青色Bに割り当てられるのに対して、
前記緑色のチャネル(Cg)の場合には、二つの隣接するピクセルは、緑色の光Gの二つのビームによって照明されることを特徴とする請求項1乃至11いずれか1項記載のディスプレイデバイス。 - フレネルレンズ(L)は、前記光学的分割器(F1)及び前記液晶マトリックスの間に置かれることを特徴とする請求項1乃至12いずれか1項記載のディスプレイデバイス。
- 単純なミラー(7)は、好ましくは90°に前記ビームを折り返すために、前記フレネルレンズ(L)及び前記液晶マトリックス(Mg、Mrb)の間に置かれることを特徴とする請求項13記載のディスプレイデバイス。
- 前記光源(1)は、楕円反射体(2)が備え付けられることを特徴とする請求項1乃至14いずれか1項記載のディスプレイデバイス。
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