[发明专利]平面显示器的光学装置

说明书

本发明涉及一种平面显示器，尤其是液晶显示器，该显示器采用短波激活光和如WO95/27920(Crossland等人)所述的例如PL-LCD的发光输出元件。

PL-LCD平面显示器主要存在关于需要激发光准直的问题。FPD技术的其它例子，例如TFT或STN屏幕，也有光准直的需要；但是这一般由于对比度、影像亮度，以及在STN屏幕中的多路复用性程度都会由于准直而增强。传统的液晶FPD的缺点在于，因为准直的程度提高，视角就因此受到影响。对此的建议解决方法包括在显示器前面(即，在彩色滤色片和观察者之间)的漫射屏。

PL-LCD结构通过在屏幕前面放置可见荧光体并用来自背面光的激活光对其激发的方法，避免了传统FPD的视角问题。但是，这种解决视角的方法使得PL-LCD的准直需要更强烈，因为在邻近的象素之间还存在另外的串扰问题。一种简单的解决概念是提供高度的准直，使得穿过一个液晶象素的光只碰撞正确的荧光体象素。但是，难以将来自扩展光源的光准直至如此程度，更难以有效地做到这一点。所需要的准直的量(或可允许的偏离度)取决于象素的间距以及液晶调制层和荧光屏之间的距离。

在传统的投影显示器中，例如电影投影仪、大屏幕背投TV等，使用来自邻近点光源的非常高度准直的光。但是，这种光不会简单地穿过调制层和下降，它仍然基本在屏幕之上平行。它被聚焦而不是聚集，并通过投影透镜被透射至屏幕上。如果不是在因为调制层和屏幕之间的大距离而使得准直需要(避免象素串扰)会大大超出目前的光学系统的情况下，那么这一点对于所有类型的投影显示器，而不仅是对PL-LCD结构来说就是真实的。在本发明中使用投影装置，以有助于PL-LCD平面显示器的操作。

本发明提供一种平面显示器，包括调制元件阵列，设计用来调制从背面输入的激活光，以及发光输出屏面，用于接收调制信号并给出相应的可见输出以产生显示影像；其特征在于，提供将调制元件的平面投影在输出元件平面上的光学装置。

使用光学装置以将LCD调制器的影像“投影”在荧光输出元件的优点在于，现在这两者可以不再需要由象素图案的几何形状和激活光的偏离度(准直度)而决定的距离来分开；现在的新的分开是由光学系统决定的。但是这不是说准直不再有关，而是在这种设计下，它以其它的方式影响影像的质量。实际上某些方案可以采用非准直光来进行操作，尽管因为需要遮掩或阻挡光到达荧光输出屏而使其有些浪费。总之，尽管准直仍然是有关的，但是其效果不再与象素几何形状呈简单的关系。

对于给定的准直量，没有光学装置的象素几何形状会确定荧光体和液晶调制器对于零串扰的最大分离。在许多情况下，该最大分离小于玻璃面板的厚度，对此的解决方法是在调制器里面而不是外面放置荧光体。虽然它至少在理论上是可行的，但是在实际中却是很困难和昂贵的。但是使用适当的光学元件解除了分离距离和象素几何形状之间的关联，并因此使得该分离可以任意地增大或减小，从而荧光体可以保留在调制器外面。因此本发明的一个用途是作为“内置荧光体”的替代方案。

尤其是与采用类似原理的其它传统结构相比较，使用该“投影”装置的另一个优点在于，就要被调制和投影的光而言，PL-LCD结构主要是单色的。因此，该光学装置不需要包括在光学系统中为了解决波长分散而通常需要的额外复杂结构，例如不再需要消色双合透镜连同它们的附带成本，单组透镜就足够了。另外，更微妙的优点在于，最终影像的分辨率只是由输出屏幕上的荧光体装置来决定。例如如果输出屏幕上的“点间距”是3/mm，那么影像的分辨率就是3点/mm。这是因为象素化的荧光屏有效地对光学系统所产生的影像再抽样，其方式为模拟声频材料的数字抽样。当考虑到荧光体最经常被布置在黑矩阵内的输出屏上时，这一点就是最明显的。如果分辨率使得每一个象素被以较不完美的方式在输出屏上成象，那么每个象素就会产生“模糊的”焦点不实的影像。但是，在一定的限制内，这种模糊影像内的光落在预定的象素或是在环绕它的黑矩阵内，从而正确的荧光体象素仍然被激活，并且仍然保留准确的影像。以这种方式，能够采用简单廉价的光学系统，而不会危及影像的质量。

采用光学装置来投射影像的原理与投影显示器是一致的，但是在该结构中，所有的零件优选被包括在一个单个外壳或刚性组件中，其液晶象素成象(即投影)的距离一般是毫米级或至多不过厘米级，肯定小于1米。一般来说，在本发明的实施方案中，成象距离比显示器的直线尺寸小。但是，小的成象距离或光“距”使得普通的透镜和类似于面板的孔径就完全不实用。对此的一个解决方案是使用微透镜的阵列。它们具有适当的焦距，即几毫米级的，但是可制成足以用于任何平面应用的阵列尺寸。