光学显示系统和光学移位器的制作方法

专利名称：光学显示系统和光学移位器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种光学显示系统，并更具体地涉及一种单面板投影型光学显示系统，其可用单显示面板以全色进行显示操作，而不使用滤色器。本发明可有效地用于紧凑的投影型彩色液晶TV系统或信息显示系统。
背景技术：
使用液晶显示器(LCD)面板的常规投影型光学显示系统将被描述。
这种投影型光学显示系统需要被单独提供光源，这是因为LCD面板本身不发光。然而，使用LCD面板的投影型光学显示系统优于使用CRT的投影型光学显示系统，这是因为前者类型的显示系统实现了较宽的彩色可再现范围，具有较小的尺寸和较轻的重量，并且不需要会聚校正。
投影型光学显示系统可通过三面板方法(即，有被用于三原色的三个LCD面板)或通过单面板方法(即，有仅一个所使用的LCD面板)来进行显示操作。
三面板投影型光学显示系统使用用于将白光分为表示红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色的三个光线的光学系统以及用于调制R、G和B光线并由此形成三个图像分量的三个LCD面板。通过从光学上将R、G和B图像分量相互叠加，三面板投影型光学显示系统可生成全色的图像。
三面板投影型光学显示系统可有效地利用从白光源辐射的光，但需要复杂的光学系统和较大数量的部件。这样，三面板投影型光学显示系统在成本和尺寸上通常不如单面板投影型光学显示系统。
单面板投影型光学显示系统使用包括被以马赛克或条纹图形安排的多个R、G和B滤色器的单个LCD面板，并获得全色图像，其被显示于LCD面板上，通过投影光学系统投影到投影平面(例如屏幕)上。例如，这种单面板投影型光学显示系统被描述于日本公开出版物No.59-230383。单面板型仅使用一个LCD面板，并需要比三面板型的大为简单的光学系统。这样，单面板方法可被有效地用于以减小的成本来提供小尺寸投影型光学显示系统。
然而，在使用滤色器的单面板型中，光被吸入滤色器。因此，与使用类似光源的三面板型相比，图像的亮度在单面板型中降低到大约三分之一。另外，一个像素通过分别对应于R、G和B的LCD面板的一组三个像素区域而被显示。这样，与三面板型相比，图像的分辨率亦降低到三分之一。
对亮度降低的一个可能的措施是使用较亮的光源。然而，对于消费者电子器具(consumer electronic appliance)，使用有大的功率损耗的光源不是优选的。还有，当吸收型滤色器被使用时，已被吸入滤色器的光变为热。因此，如果光源的亮度急剧增加，则不仅LCD面板的温度增加，而且滤色器的变色(discoloration)亦被加速。为了这个原因，为增加投影型光学显示系统的利用价值，如何完全利用所给的光是很重要的。
为增加由单面板投影型光学显示系统所显示的图像的亮度，用于不使用任何滤色器而以全色进行显示操作的液晶显示设备被开发(例如，见日本公开出版物No.4-60538)。在这种液晶显示设备中，从光源辐射的白光由电介质镜如分色镜分为R、G和B光束。然后该光束以相互不同的角度入射到微透镜阵列上。微透镜阵列被安排于LCD面板的一侧以面向光源。这些已入射到微透镜上的光束透过微透镜以依照相应的入射角被聚焦到其关联的像素区域上。这样，R、G和B分光光束被相互不同的像素区域调制，然后被用于全色显示。
一种取代电介质镜而使用用于R、G和B的光线的可透射全息元件以尽可能有效地利用光的显示系统被公开于日本公开出版物No.5-249318。另一方面，一种包括具有由像素间距(pitch)限定的周期性结构并起电介质镜或微透镜作用的可透射全息元件的显示系统被公开于日本公开出版物No.6-222361。
低分辨率是单面板型的另一个问题。然而，对于这个问题，通过采用场序制(field sequential)技术，即使仅一个LCD面板亦可实现可与三面板型的相比的分辨率。场序制技术利用了这样的现象当光源的颜色被以过高的速率转换以致不能由人眼识别时，欲被在时间上顺序显示的相应图像分量通过附加的色彩混合过程使其色彩被混合。这个现象被称为“连续附加色彩混合过程”。
在用于通过场序制技术来进行全色显示操作的投影型光学显示系统中，一个由R、G和B滤色器组成的盘被以等效于LCD面板一个垂直扫描周期的高速来旋转，并且对应于三个滤色器色彩的图像信号被顺序地输入LCD面板的驱动器电路。这样，对应于各自色彩的三个图像分量的合成图像被人眼识别。
在这种场序制型的显示系统中，与单面板型不同，R、G和B图像分量由LCD面板的每个像素在时间上顺序地显示。这样，其分辨率可与三面板型相比。
用R、G和B光束照射LCD面板的相互不同区域的投影型光学显示系统作为另一种场序制型的显示系统被公开于IDW’9(pp.989-992)。在这种显示系统中，从光源辐射的白光被电介质镜分为R、G和B光束，其然后将照射LCD面板的相互不同的区域。欲被用R、G和B光束照射的LCD面板部分通过旋转立体棱镜而被顺序地切换。
此外，如在日本公开出版物No.9-214997中公开的投影型光学显示系统使用类似于被公开于以上确定(identify)的日本公开出版物No.4-60538中的液晶显示设备。该显示系统亦将白光分为相应色彩的光束，然后通过类似方法使这些光束以相互不同的角度入射到其关联的像素区域上。为同时增加光效率和分辨率，这种投影型光学显示系统将每个图像帧分为时间上顺序的子帧，并在每次经过LCD面板的一个垂直扫描周期时周期性地转换光束的入射角。
然而，被公开于以上确定的日本公开出版物No.4-60538、5-249318和6-222361的显示系统可增加亮度，但其分辨率仍为三面板型的三分之一。原因是三个空间上被分离的R、G和B像素被用作表示一个像素(或点)的一组。
相比而言，通常的场序制型可将分辨率增加到可与三面板型的相比的水平。然而，由通常场序制型实现的图像的亮度不如常规单面板型令人满意。
另一方面，在被公开于IDW’9的显示系统中，R、G和B光束的入射点不应相互重叠。为了这个目的，需要具有很高程度平行性的照明光。因此，由于被照明光的平行性程度所限，光效率亦降低。
这样，没有任何上述常规技术可同时增加亮度和分辨率，或者解决单面板型的问题。
本申请的申请人在日本公开出版物No.9-214997中公开了一种投影型光学显示系统，其应解决上述问题。在被公开于日本公开出版物No.9-214997的显示系统中，进入LCD面板的光束的入射角需要被与LCD面板的每个垂直扫描周期的结束同步地顺序切换。在这种显示系统中，需要在LCD面板和光源之间提供专门的空间，并且需要两组全息元件或镜面在那里被驱动以实现这样的切换。
这种显示系统需要多个可移动组件以切换入射光束的入射角，由此需要复杂的控制。还有，LCD面板的每个像素逐一地显示所有三个色彩，由此逐个颜色的调节不能由LCD面板实现。
为克服这些问题，被公开于PCT专利申请WO01/96932的光学显示系统将一个帧分为多个子帧，在每次子帧被切换时在逐个像素基础上移位(shift)LCD面板出射光线的光程，并且在时间上顺序地合成这些光线。
在被公开于PCT专利申请WO01/96932的光学显示系统中，LCD面板出射光线的光程需要由光学移位器(optical shifter)来移位。如果光学移位器包括双折射元件，将要从LCD面板进入光学移位器的光线应具有与光程被光学移位器移位的方向垂直或平行的偏振方向。然而，R、G和B光线应以相互不同的角度入射到LCD面板上。因此，入射光线正常地具有水平或垂直方向上的宽扩展角。这样，LCD面板应受45度的打磨处理(rubbing treatment)以提高其显示性能。尽管如此，当使用光学移位器时，由于上述原因，LCD面板仅可被水平或垂直地打磨。
发明概述为了克服上述问题，本发明的首要目的是提供一种光学显示系统，其实现了以高分辨率显示亮且均匀的图像，并可有效地促使尺寸和成本的减小。
本发明的另一目的是提供一种用于这种光学显示系统的光学移位器。
依照本发明优选实施例的光学显示系统优选地包括光源、显示面板和光学移位器。显示面板优选地包括多个像素区域，其每个均可调制光。光学移位器优选地被安排以接收显示面板的出射光并在逐帧的基础上从光学上移位(shift)显示面板上的图像，并且优选地包括第一元件和第二元件。第一元件优选地有选择地改变显示面板出射光线的偏振方向，而第二元件优选地显示出依照入射光线偏振方向的多个不同折射率之一。显示系统优选地进一步包括显示面板和光学移位器之间的偏振校正器。偏振校正器优选地将显示面板出射光线的偏振方向变为与图像被移位的方向平行或垂直的方向。
在本发明的一个优选实施例中，显示面板优选为液晶显示面板。液晶显示面板优选地通过在空间上调制具有与图像将被移位的方向既不平行也不垂直的偏振方向的光，在其上形成图像。
在这个具体的优选实施例中，光学显示系统优选地进一步包括光源和显示面板之间的第二偏振校正器。第二偏振校正器优选地接收具有与图像将被移位的方向平行或垂直的偏振方向的光，将所接收光的偏振方向变为与图像被移位的方向既不平行也不垂直的方向，然后将光传递到液晶显示面板。
在另一优选实施例中，每个偏振校正器优选地包括至少一个半波片。
特别地，偏振校正器优选地包括在光程上被串联安排的多个半波片。
更具体地，偏振校正器优选地包括第一半波片和第二半波片，其被以这个顺序安排以使第一半波片离光源比第二半波片近。第一半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定大约8.3度到大约14.3度的角度。第二半波片优选地具有慢轴或快轴，其关于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定一个大约30.8度到大约36.8度的角度。
在可选的优选实施例中，偏振校正器可包括第一半波片和第二半波片，其被以这个顺序层叠以使第一半波片离光源比第二半波片近。在此情况下，第一半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定大约19.5度到大约25.5度的角度。第二半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定大约87.0度到大约93.0度的角度。
在仍另一个优选实施例中，偏振校正器可包括具有多个光轴的半波片。
在再另一个优选实施例中，偏振校正器优选地包括具有多个光轴的半波片。半波片优选地基本上满足nz＝(nx+ny)/2，其中nx和ny为平面内方向上(in an in-plane direction)半波片的折射率，而nz为厚度方向上半波片的折射率。
依照本发明另一优选实施例的光学移位器优选地周期性地移位显示图像帧的显示面板出射光线的光程，并且由此有选择地将图像帧移动(displace)到三个或多个位置之一，所述位置在相同的平面上被以直线安排并且相互间隔至少一个像素间距。光学移位器优选地包括在出射光线的光程上被串联安排的至少两对元件。每对优选地包括第一元件和第二元件，其被以这个顺序安排以使第一元件离显示面板比第二元件近。第一元件优选地有选择地改变显示面板出射光线的偏振方向。第二元件优选地显示出依照入射光线偏振方向的多个不同折射率之一。光学移位器优选地进一步包括偏振校正器。偏振校正器优选地被安排于显示面板和第一元件之间，第一元件离显示面板比所述至少两对元件的任何一个要近。偏振校正器优选地将显示面板出射光线的偏振方向变为与光程被移位的方向平行或垂直的方向。
在一个优选实施例中，偏振校正器优选地包括至少一个半波片。
在另一个优选实施例中，偏振校正器可包括在光程上被串联安排的多个半波片。
在这个具体优选实施例中，偏振校正器优选地包括第一半波片和第二半波片，其被以这个顺序安排以使第一半波片离显示面板比第二半波片近。第一半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约30.8度到大约36.8度的角度。第二半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约8.3度到大约14.3度的角度。
在可选的优选实施例中，偏振校正器可包括第一半波片和第二半波片，其被以这个顺序层叠以使第一半波片离显示面板比第二半波片近。在此情况下，第一半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约64.5度到大约70.5度的角度。第二半波片优选地具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约132.0度到大约138.0度的角度。
在另一个优选实施例中，偏振校正器可包括具有多个光轴的半波片。
从以下参照附图对本发明优选实施例的具体描述，本发明的其它特点、元件、过程、步骤、特征和优点将变得较为明显。
附图简述

图1为示出依照本发明的投影型光学显示系统的示意性表示。
图2为示出示意性地示出LCD面板的横断面视图。
图3为示出分色镜光谱特性的曲线图。
图4示出如何从原始图像帧产生逐色的图像帧。
图5A到5C示出本发明的彩色显示原理如何与常规彩色显示原理不同。
图6示出如何从逐色图像帧数据产生三个子帧数据。
图7示出移位图像子帧的模式(即图像移位)。
图8A和8B示出多个图像子帧如何被合成在一起。
图9为示出光学移位器的透视图。
图10为示出另一光学移位器的透视图。
图11为示出光学移位器的示例安排的透视图。
图12为示出在本发明第一特定优选实施例中透过半波片的光量如何随着光的波长而变化的曲线图。
图13为示出在本发明第二特定优选实施例中透过两个半波片的光量如何随着光的波长而变化的曲线图。
图14为示出泄漏的光量如何随着两个半波片的第一个的慢轴或快轴角度而变化的曲线图。
图15为示出泄漏的光量如何随着两个半波片的第二个的慢轴或快轴角度而变化的曲线图。
图16为示出在本发明第三特定优选实施例中透过两个半波片的光量如何随着光的波长而变化的曲线图。
图17为示出泄漏的光量如何随着两个半波片的第一个的慢轴或快轴角度而变化的曲线图。
图18为示出泄漏的光量如何随着两个半波片的第二个的慢轴或快轴角度而变化的曲线图。
图19为示出在本发明第一、第二和第三优选实施例中透过一个或两个半波片的光量如何随着光的波长而变化的曲线图。
图20为示出在两个偏振器被安排于第一、第二和第三优选实施例偏振校正器的光入射侧和光出射侧以使其透射轴分别关于移位方向限定一个大约45度和一个大约0度的情况下，透射光量如何随着极角而变化的曲线图。
图21为示出在两个偏振器被安排于第四特定优选实施例的偏振校正器的光入射侧和光出射侧以使其透射轴分别关于移位方向限定大约45度和大约0度的情况下，透射光量如何随着极角而变化的曲线图。
优选实施例详述依照本发明，例如，在不包括滤色器的单面板投影型光学显示系统中，表示多个图像子帧的数据从表示每个图像帧的数据作为图像分量而被产生。然后，图像子帧由显示面板在时间上顺序地显示。之后，通过顺序地移位(shifting)投影平面上的这些图像子帧，投影平面上的相同区域被用多个光线顺序地照射，所述光线已被显示面板的相互不同的像素区域调制并属于相应不同的波长范围(其在此将被称为“R、G和B光线”)，由此实现高分辨率全色显示。
例如，取投影平面上的一个特定区域，其对应于一个像素。在本发明中，该特定区域可在子帧被显示的周期(该周期在此将被称为“子帧周期”)内用红(R)光线照射。在此情况下，该特定区域可分别在接下来的子帧周期内用绿(G)光线并在随后的子帧周期内用蓝(B)光线照射。以这种方式，依照本发明，投影平面上每个像素的色彩由R、G和B光线在时间上顺序地照射而限定。
在本发明和场序制型常规投影型彩色光学显示系统之间有明显的差别。
具体地，在常规场序制方法中，显示面板被用R、G和B光线交替地照射。因此，在一个子场周期内，显示面板的所有像素区域被用R、G和B光线之一照射。作为结果，投影平面上的每个图像子帧由表示R、G和B光线色彩的像素组成。然而，R、G和B图像子帧被以很短的时间间隔在时间上顺序地显示，该间隔甚至比人视觉的时间分辨率短。因此，彩色图像被人眼识别为残留影像(afterimage)。
相比而言，依照本发明，如将在以后具体描述的，每个图像子帧通过互相组合R、G和B光线而被形成。也就是说，在子帧周期内，投影平面被用已由显示面板调制的R、G和B光线来照射。已被显示面板调制的R、G和B光线的每个在一个子帧周期内照射投影平面上的一个位置，但在接下来的子帧周期内照射投影平面上的另一个位置。然后，那些光线被随时间合成在一起，由此在其上显示全色图像帧。
依照本发明，R、G和B光线的这种时间上顺序的合成是由光学移位器来进行的。光学移位器被安排于显示面板和投影平面之间以周期性且有规律地移位已被显示面板调制的光线的光程。
本发明不局限于投影型光学显示系统，而是亦可有效地用于在直视型光学显示系统如观察器或头戴式显示器中使用。然而，在以下描述中，本发明的优选实施例将被描述为被应用于这种投影型光学显示系统。
在以下，依照第一特定实施例的光学显示系统的示例安排将参照图1被描述。
实施例1这个实施例的光学显示系统为投影型。该显示系统包括光源1、LCD面板8、光控制装置和投影光学系统。依照其波长范围光控制装置被提供以将从光源1发射的光聚焦到LCD面板8的关联像素区域上。投影光学系统被提供以将已被LCD面板8调制的光线投影到投影平面上。
这个投影型光学显示系统进一步包括球面镜2、聚光透镜3和分色镜4、5和6。球面镜2向前反射从光源向后发射的(白)光。聚光透镜3将来自光源1和球面镜2的光准直为平行光束。然后，依照其波长范围该光束被分色镜4、5和6分为多个光线。被分色镜4、5和6反射的光线然后依照其波长范围以相互不同的角度入射到微透镜阵列7上。微透镜阵列7被附着于离光源1较近的LCD面板的两个衬底之一。以其相应的角度入射到微透镜阵列7上的光线将被聚焦到位于相互不同位置的其关联像素区域上。
在这个投影型光学显示系统中，投影光学系统包括场镜9和投影透镜11以将已透过LCD面板8的光束12投影到屏幕(即，投影平面)13上。在这个实施例中，光学移位器10被安排于场镜9和投影透镜11之间。图1示出光线12a和12b，其被光学移位器10平行于投影平面移位。然而，为获得这些被移动的光线，光学移位器10可被安排于LCD面板8和屏幕13之间的任何地方。例如，光学移位器10可被安排于投影透镜11和屏幕13之间。
在图1中，包括三个分色镜4、5和6的反射平面(即，色分离平面)的每个法线的平面被示出为平行于图1的纸面，并且像素移位方向(在此将亦被称为“图像移位方向”)亦被示出为平行于色彩分离平面。然而，像素移位方向不必平行于色彩分离平面。在以后将描述的优选实施例中，像素移位方向垂直于色彩分离平面。更具体地，在LCD面板的屏幕上色彩分离平面可平行于水平方向，而在LCD面板的屏幕上像素移位方向可平行于垂直方向。当然，尽管在屏幕上像素移位方向不必平行于垂直方向，但在屏幕上可平行于水平方向。
接下来，这种投影型光学显示系统的相应组件将被逐一描述。
在这个实施例中，具有150W光输出功率、5mm弧长和2.2mm弧直径的金属卤化物灯被用作光源1，并被安排以使其弧长方向平行于纸面。其它优选光源1的实例包括卤素灯、超高压水银灯和氙灯。被用于这个实施例的光源1辐射白光，该白光包括属于对应三原色的三个波长范围的光线。
球面镜2被安排在光源1之后。具有80mmφ孔径、60mm焦距的聚光透镜3被安排于光源1之前。球面镜2被放置以使其中心与光源1的发射部分的中心对准，而聚光透镜3被放置以使其焦点与光源1的中心对准。
在这个装置中，从光源1发射的光被聚光透镜3准直以使LCD面板8被用准直光照亮。被传递经过聚光透镜3的光的平行性程度可在弧长方向(即，平行于图1的纸面的方向)上为大约2.2度，而在弧直径方向上为大约1度。
被用于这个实施例的LCD面板8为透射型液晶显示器，在其中微透镜阵列7被安排于其两个透明衬底中离光源近的一个上。任何液晶材料或任何工作模式可被选择，但LCD面板8优选地能以足够高的速度工作。在这个实施例中，所述面板8在扭转向列(twisted nematic)(TN)模式中操作。LCD面板8包括用于调制入射光的多个像素区域。如在此所使用的，“像素区域”指空间上彼此分离的显示面板相应的光调制部分。在这个LCD面板8中，电压从与这些像素区域之一关联的像素电极被施加到液晶层的关联部分，由此改变那个部分的光学特性并调制所述光。
在这个LCD面板8中，768(H)×1,024(V)的扫描线可由逐行扫描技术来驱动。LCD面板8的像素区域被二维地安排于透明衬底上。在这个实施例中，像素区域的间距在水平和垂直方向上均为26μm。还有，在这个实施例中，R、G和B像素区域被安排以在屏幕的水平方向上形成条纹图形，并且每个微透镜被分配给三个像素区域(即，R、G和B像素区域)的多组之一。
如图1中所示，在LCD面板上照射的R、G和B光线已通过获得由分色镜4、5和6分裂的从光源1被辐射的白光而被产生。R、G和B光线以相互不同的角度入射到LCD面板8上的微透镜阵列7上。因此，通过适当地设定这些R、G和B光线的入射角，这些光线可通过微透镜7之一被分配到对应于三个波长范围的相应像素区域，如图2中所示。在这个实施例中，微透镜7具有255μm的焦距以在这些光线的两个之间形成5.8度的角度。更具体地，R光线垂直地入射到LCD面板8上，而B和G光线的每个在其上入射以限定与R光线5.8度的角度。在这个优选实施例中，包含三个分裂光线的光轴的平面(即，色彩分离平面)在LCD面板8的屏幕上平行于水平方向。
分色镜4、5和6可具有如图3中所示的光谱特性并分别有选择地反射绿(G)、红(R)和蓝(B)光线。G光线具有520nm到580nm范围内的波长，R光线具有600nm到650nm范围内的波长，而B光线具有420nm到480nm范围内的波长。
在这个实施例中，分色镜4、5和6以及微透镜阵列7被用于将表示三原色的光线聚焦到相应的像素区域上。可选地，任何其它光学元件(例如，具有衍射和谱函数的透射型全息)亦可被使用。
如以上所述，LCD面板8由逐行扫描技术来驱动。因此，所述面板8每秒显示60个图像帧。这样，被分配给每个帧的时间(即，帧时间周期T)为1/60秒。也就是说，T＝1/60秒16.6毫秒。
应指出，如果所述面板8由隔行扫描技术来驱动，则屏幕上的扫描线被分为偶数编号的线和奇数编号的线。在隔行扫描的过程中，所有这些偶数编号的扫描线或所有这些奇数编号的扫描线被交替激活。因此，T＝1/30秒33.3毫秒。还有，被分配给组成一帧的每个偶数和奇数编号场的时间(即，一个场时间周期)为1/60秒16.6毫秒。
在这个实施例中，关于组成一个完整图像的相应图像帧的信息(或数据)被顺序地存储于帧存储器中。依照从帧存储器被有选择地读出的信息，多个图像子帧被逐个形成。以下将具体描述如何形成图像子帧。
例如，假设由帧表示的图像(即，图像帧)如图4的(a)中所示。这个图像帧应被以全色显示，并且相应像素的色彩依照限定这个图像帧的数据来确定。应指出，在隔行扫描技术中，由场表示的图像可与如在此所使用的“图象帧”类似地被处理。
常规三面板投影型光学显示系统将数据分为对应于相应像素的R、G和B光线的三个数据子集，由此产生表示如图4的(b)、(c)和(d)中所示R、G和B图像帧的三个数据子集。然后，R、G和B图像帧由三个R、G和B显示面板同时显示以在投影平面13上互相叠加。图5A示意性地示出对于投影平面13上的特定像素，R、G和B图像帧是如何互相叠加的。
另一方面，在常规单面板投影型光学显示系统中，用于R、G和B光线的像素区域在单显示面板内的相互不同的位置处被提供。依照应表示R、G和B图像帧的数据，R、G和B光线被其相应的像素区域调制，由此在投影平面上形成彩色图像。在此情况下，具有比人视觉的空间分辨率小的尺寸的投影平面上的区域被用R、G和B光线照射。因此，尽管R、G和B光线实际上在空间上被彼此分离，人眼感觉好象是单个像素在投影平面上被形成。图5B示意性地示出投影平面13上的一个特定像素实际上如何被用R、G和B光线照射。
相比之下，不象任何这些常规技术，本优选实施例的单面板投影型光学显示系统用已由单显示面板8相互不同的像素区域调制的R、G和B光线顺序地照亮投影平面13上相同的区域，由此在这个相同的区域上形成像素。也就是说，取投影平面13上的任意像素，该像素通过类似于已知场序制技术的方法被显示。然而，这个实施例的方法完全不同于常规场序制技术，因为组成一个像素的R、G和B光线已被单显示面板相互不同的像素区域调制。图5C示意性地示出在时间上被顺序照射的R、G和B光线在一个帧周期内如何为投影平面13上的特定像素而被组合。图5C的左手侧所示的三个图像对应于由单显示面板8产生的三个相互不同的图像子帧。
如从图5A到5C可容易看到的，尽管仅一个显示面板被用于本实施例，仍能以与由三面板型所实现的一样高的分辨率和亮度来显示全色图像。
接下来，将参照图6具体描述图像子帧如何被形成。
图6的左手侧示出被分别存储于R、G和B帧存储器上的表示R、G和B图像帧的三个数据集。另一方面，图6的右手侧示出显示子帧No.1、2和3。在这个实施例中，由显示子帧No.1表示的图像在帧周期的第一个三分之一(即，第一子帧周期)期间被显示于投影平面上。在接下来的三分之一(即，第二子帧周期)期间，由显示子帧No.2表示的图像被显示。而在最后的三分之一(即，第三子帧周期)期间，由显示子帧No.3表示的图像被显示。在这个实施例中，这三个图像子帧如图7中所示在被相互移位时被显示，并且在时间上顺序地被组合在一起。作为结果，如图4的(a)所示的原始图像被观察者的眼睛识别。
接下来，将通过取显示子帧No.1作为实例来具体描述数据如何被安排于图像子帧中。
如图6中所示，表示显示子帧No.1的像素区域第一行的数据为被存储于R帧存储器中关于第一行R1上像素的数据。表示显示子帧No.1的像素区域第二行的数据为被存储于G帧存储器中关于第二行G2上像素的数据。表示显示子帧No.1的像素区域第三行的数据为被存储于B帧存储器中关于第三行B3上像素的数据。而表示显示子帧No.1的像素区域第四行的数据为被存储于R帧存储器中关于第四行R4上像素的数据。此后，表示显示子帧No.1的其余行的数据将以相同的方式被安排。
表示显示子帧No.2或3的数据亦如在显示子帧No.1中被采集(collect)。例如，对于显示子帧No.2，表示其像素区域第零行的数据为被存储于B帧存储器中第一行B1上关于像素的数据。表示显示子帧No.2的像素区域第一行的数据是被存储于R帧存储器中第二行R2上关于像素的数据。表示显示子帧No.2的像素区域第二行的数据为被存储于G帧存储器中第三行G3上关于像素的数据。表示显示子帧No.2的像素区域第三行的数据为被存储于B帧存储器中第四行B4上关于像素的数据。
以这种方式，从R、G和B帧存储器被读出的数据子集以预定顺序被组合，由此编译(compile)表示每个欲被时间上顺序显示的子帧的数据。这样，表示每个子帧的数据包含关于所有R、G和B三原色的信息。然而，从空间上讲，对于这些色R、G和B的每个，所包含的信息为大约整个屏幕的仅三分之一。更具体地，如从图6可容易看到的，被包含于显示子帧No.1的R信息仅与欲被形成的图像帧的第一、第四、第七、第十像素行等有关。关于图像帧其它像素行的R信息被分配给显示子帧No.2和3。
在这个实施例中，关于相同色的信息总是在显示面板的每个像素区域中被显示。然而，移位和投影相应子帧合成了该子帧以形成完整的图像帧。应指出，显示面板显示区域中的像素行的总数比组成如图6所示的一个子帧图像的像素行数大二。这两个附加的行被提供作为用于图像移位的余量(margin)。
接下来将参照图8和9描述被相互移位的这些图像子帧如何被合成在一起成为一个图像帧。
参考图8A，所示为示出被投影到投影平面如屏幕上的三个图像子帧相应部分的透视图。在图8A中，显示子帧No.1、2和3以及合成图像从左到右被示意性地示出。包括其第三到第七行的显示子帧No.1的部分、包括其第二到第六行的显示子帧No.2的部分以及包括其第一到第五行的显示子帧No.3的部分在投影平面上被在空间上一个在另一个上叠加，尽管这些部分是在时间上以相互不同的点处被投影到那里的。作为结果，单个图像帧被形成。
如图8B所示，用于R、G和B部分的像素区域被固定于显示面板上。然而，图像子帧的光程通过被提供于显示面板和投影平面之间的光学移位器而被移位，由此实现如图8A所示的图像子帧的合成。
以下将描述如何移位图像子帧。
本实施例的光学移位器通过准备如图9(或图10)中所示的两对元件并如图11所示在光程上串联安排这两对元件而被获得。图9或10所示的每对元件包括第一元件g1和第二元件g2。第一元件g1从好象根本不旋转其偏振轴而透射入射光线的状态到旋转入射光线偏振轴90度的状态进行切换，或反之亦然。第二元件g2显示出双折射并具有厚度t。在图9到11中所示的实例中，第一元件g1为液晶盒，并且可通过控制欲被施加给液晶盒液晶层的电压的ON/OFF状态来在这两个状态之间进行转换。第二元件g2可由例如石英来制成。
在图9中所示的状态中，例如5伏的电压被施加给第一元件g1，而入射光线根本不旋转其偏振轴而经过第一元件g1并进入第二元件g2。由于第二元件g2显示出一些双折射，当离开第二元件g2时，光线将使其光轴被移动ΔD。更具体地，进入第二元件g2的光线的普通线分量(ordinary ray component)直接经过第二元件g2，而其特别线分量(extraordinary ray component)被朝着第二元件g2的光轴移位。位移ΔD可通过第二元件g2的厚度t来调节。第二元件g2可由石英或任何其它有双折射的单轴晶体材料制成。其它优选材料的实例包括铌酸锂(lithium niobate)、方解石、云母、金红石(TiO2)和钠硝石(NaNO3)。如果显示系统的总重量应被减小，如在头戴式显示器(HMD)中，具有相对大的折射率各向异性Δn的铌酸锂或金红石被优选地使用。当第二元件g2由这种高Δn材料制成时，通过有被减小厚度的双折射元件g2来实现最小所需移位。这样，这种材料可被有效地用于减小显示系统的整体尺寸和重量。
另一方面，在图10中所示的状态中，基本上没有电压被施加给第一元件g1，而入射光线通过第一元件g1使得其偏振轴旋转近似90度。作为结果，透过第二元件g2的光线将不使其光轴被移位。
本实施例的光学移位器通过准备如图9(或图10)中所示的两对移位元件并如图11所示在光程上串联安排这两对移位元件而被获得。在包括多对移位元件的这种光学移位器中，投影平面上三个不同位置之一可依照光程上光入射侧和光出射侧的两个液晶层的电压应用状态而被选择。也就是说，三个不同位置之一依照光出射侧第一液晶层电压应用状态(即，ON或OFF状态)与光出射侧第二液晶层电压应用状态(即，ON或OFF状态)的具体组合而被选择。
另一方面，如上所述，R、G和B线以相互不同的角度入射到LCD面板8上。特别地，G和B线与R线水平地限定±7.6度的角度。因此，LCD面板8需要在屏幕的水平方向上具有展宽的视角。为此目的，LCD面板中的液晶分子优选地使其方位方向被排列，以在屏幕上限定相对于垂直方向(即，在本优选实施例中的移位方向)大约45度的角度或45度左右(即，大约40度到大约55度)的角度。也就是说，液晶分子优选地具有大约90度的扭转角或大约80度到大约110度的扭转角。
如果LCD面板液晶层中的液晶分子被对准这样的方向，则离开这种LCD面板的光线在屏幕上具有与水平方向限定为大约45度的角度或45度左右的角度(即，大约40度到大约55度的角度)的偏振方向。另一方面，光学移位器的移位方向在本实施例中在屏幕上为垂直方向。因此，除非显示面板出射光线的偏振方向绕其光轴右旋或左旋，普通线和特别线将入射到光学移位器的石英(双折射)元件上，由此产生鬼像。也就是说，为避免这种不需要的现象，显示面板出射光线的偏振方向应沿绕其光轴的任一方向旋转以垂直或平行于移位方向。
如图11中所示，本优选实施例的特征在于在光学移位器的光入射侧提供偏振校正器g0。偏振校正器g0有选择地旋转入射光线(在此情况下即，LCD面板的出射光线)的偏振方向。在图11中所示的优选实施例中，偏振校正器g0被提供于显示面板和光学移位器之间。可选地，偏振校正器g0可被与光学移位器组合。也就是说，本优选实施例光学移位器和偏振校正器g0的组合可被用作有偏振校正功能的单个光学移位器。
例如，TN模式液晶盒可被用作这种偏振校正器g0。然而，偏振校正器g0不必切换偏振状态。这样，在本实施例中，半波片被用作偏振校正器g0。作为偏振校正器g0的半波片比作为偏振校正器的TN模式液晶盒便宜。
在本实施例中，半波片具有大约225nm的延迟值(retardationvalue)，而其慢轴或快轴相对于移位方向限定大约22.5度的角度。半波片可由例如JSR Corporation生产的ARTON制成。
一对偏振器被安排于半波片的光入射侧和光出射侧以使其分别限定与移位方向的大约45度的角度和大约0度的角度。对于这种安排，透过半波片的光量被测量。结果如图12中所示。在图12中，横坐标表示入射光线的波长，而纵坐标表示透射的光量或透射比T2/T1，其中T1为入射光线的强度而T2为出射光线的强度。
如从图12可看到的，粗略地，仅普通线分量(或特别线分量)进入光学移位器的(石英)双折射元件，特别地在大约550nm的G线中心波长左右。这是因为在本优选实施例的安排中，入射光线的偏振状态在进入光学移位器的双折射元件之前被校正。
如上所述，依照本优选实施例，即使显示面板出射光线的偏振轴未与移位方向对准，适当的光学移位亦通过偏振校正器而被实现。因此，所选图像子帧可正如所想要的用关于总在显示面板每个像素区域处显示的相同色的信息并用为光学系统优化的其方位方向来移位。以这种方式，每个像素区域可逐个子帧地呈现关于不同位置(或像素)的信息，由此实现高分辨率。
同时，为增加反射效率，分色镜4到6优选地被设计以有选择地反射被偏振的光线，该光线垂直或平行于包括入射光线和反射光线(光轴)的平面(即，图1的纸面)而振动。然而，如在本优选实施例中，如果LCD面板出射光线的偏振方向与屏幕上水平方向限定大约45度的角度或45度左右(即，大约40度到大约55度)的角度，则分色镜4到6亦需要被设计以反射被偏振的光线，该光线具有这样的偏振方向限定与包括入射光线和反射光线的平面的大约45度的角度或45度左右(即，大约40度到大约55度)的角度，不过以这种方式被设计的分色镜4到6将具有被降低的波长分离能力或反射效率。
为避免分色镜4到6波长分离能力或反射效率的降低，类似于上述半波片的另一半波片被优选地提供于LCD面板的光入射侧。则本优选实施例的液晶显示设备亦可具有通常高度有效的安排，在其中具有与包括入射光线和反射光线的平面垂直或平行的偏振方向的偏振光线进入分色镜4到6。
实施例2在以下，本发明的第二特定优选实施例将被描述。在这个优选实施例中，一层叠半波片被用作偏振校正器g0以旋转偏振方向。
通过使用如由S.Pancharatnam在“Achromatic Combinations ofBirefringent Plates(双折射片的消色差组合)”，Proceedings ofIndian Academy of Sciences(印度科学院论文集)Vol.XLI，No.4Sec.A，1955，pp.130-136和pp.137-144中所公开的层叠波片，改进了消色差性能。
具体地，用于在本优选实施例中使用的偏振校正器g0包括第一半波片和第二半波片，其被以这样的顺序层叠以使光进入第一半波片比第二半波片早。为增加大规模生产率，用于在本优选实施例中使用的两个半波片优选地由相同材料制成并优选地被设计以具有相同的延迟值。特别地，两个半波片可均由JSR Corporation生产的ARTON制成并均具有225nm的延迟值。两个半波片优选地被一个在另一个上层叠并被集成在一起。然而，这两个半波片不必互相紧密接触。还有，两个半波片的材料或延迟值不必相同。
在本优选实施例中，光入射侧的半波片(即，第一半波片)的慢轴或快轴在屏幕上可相对于垂直方向限定大约33.75度的角度。另一方面，光出射侧的半波片(即，第二半波片)的慢轴或快轴在屏幕上可相对于垂直方向限定大约11.25度的角度。换句话说，第一半波片的慢轴或快轴相对于入射光线偏振方向(或偏振轴)可限定大约11.25度的角度，而第二半波片的慢轴或快轴相对于入射光线偏振轴可限定大约33.75度的角度。
如在上述第一优选实施例中，一对偏振器被安排于偏振校正器g0的光入射侧和光出射侧以使其透射轴在屏幕上与垂直方向分别限定大约45度的角度和大约0度的角度。对于这种安排，所透射的光量被测量。结果如图13中所示。如从图13可看到的，仅普通线分量(或特别线分量)进入光学移位器的(石英)双折射元件，特别在大约550nm的G线中心波长左右。
偏振校正器g0的两个半波片不必如以上所述被安排。例如，两个偏振器可被安排于两个半波片的光入射侧和光出射侧，所述半波片不是被层叠而是在光程上被串联安排，这样在屏幕上其透射轴分别与垂直方向限定大约45度的角度和大约0度的角度。随着第一和第二半波片的慢轴或快轴角度的变化，所透射的光量被测量。结果如图14中所示。特别地，图14示出当第一半波片的慢轴或快轴角度被改变时泄漏的光量，而图15示出当第二半波片的慢轴或快轴角度被改变时泄漏的光量。如从图14和15可看到的，如果半波片慢轴或快轴角度与设计角度差在±3度以内，对应于至少100∶1的半波片反差比(contrastratio)的足够性能可被实现。
因此，如果本发明的偏振校正器通过在光程上串联安排两个半波片而被获得，则第一半波片优选地被安排以使在屏幕上其慢或快轴相对于垂直方向(即，移位方向)右旋或左旋地限定大约30.8度到大约36.8度的角度。第二半波片优选地被安排以使在屏幕上其慢或快轴相对于垂直方向右旋或左旋地限定大约8.3度到大约14.3度的角度。则所期望的效果被完全实现。换句话说，第一半波片优选地被安排以使其慢或快轴相对于离开显示面板的光线的偏振轴右旋或左旋地限定一个大约8.3度到大约14.3度的角度。另一方面，第二半波片优选地被安排以使其慢或快轴相对于离开显示面板的光线的偏振轴右旋或左旋地限定一个大约30.8度到大约36.8度的角度。
日本公开出版物No.7-5421公开了包括多个半波片的示例安排。然而，那些半波片被安排以形成预定倾斜角，而不能被互相层叠。此外，被公开于出版物No.7-5421中的方法为将被椭圆形偏振的光线转变为被线性偏振的光线的方法。日本公开出版物No.11-298920亦公开了包括多个半波片的示例安排。但该安排被设计以实现3D显示。这样，这两个文件都没有公开考虑如在上述优选实施例中R、G和B线以相互不同的角度入射的情况的设计过程或者都不具有与本发明相同的目的。
实施例3在以下，本发明的第三特定优选实施例将被描述。用于在这个第三优选实施例中使用的偏振校正器g0亦包括第一半波片和第二半波片，其被以这样的顺序层叠以使第一半波片接收入射光线比第二半波片早。这两个半波片的材料和延迟值可与为上述第二优选实施例所采用的相同。第二和第三优选实施例之间的仅有差别在于半波片的慢轴或快轴角度。
在本优选实施例的偏振校正器g0中，光入射侧的半波片的慢轴或快轴优选地在屏幕上相对于垂直方向限定大约67.5度的角度。另一方面，光出射侧的半波片的慢轴或快轴优选地在屏幕上相对于垂直方向限定大约135.0度的角度。换句话说，光入射侧的半波片的慢轴或快轴优选地与入射光线偏振轴限定大约22.5度的角度，而光出射侧的半波片的慢轴或快轴优选地与入射光线偏振轴限定大约90.0度的角度。
如在上述第一优选实施例中，一对偏振器被安排于偏振校正器g0的光入射侧和光出射侧以使其透射轴分别与垂直方向限定大约45度的角度和大约0度的角度。对于这种安排，所透射的光量被测量。结果如图16中所示。如从图16可看到的，仅特别地在大约550nm的G线中心波长左右的普通线分量(或特别线分量)进入光学移位器的(石英)双折射元件。
偏振校正器g0的两个半波片不必如以上所述被安排。例如，如在上述第二优选实施例中，两个偏振器可被安排于两个半波片的光入射侧和光出射侧，所述半波片不是被层叠而是在光程上被串联安排，这样在屏幕上其透射轴分别与垂直方向限定一个大约45度的角度和一个大约0度的角度。随着第一和第二半波片的慢轴或快轴角度的变化，所透射的光量被测量。结果如图17和18中所示。特别地，图17示出当第一半波片的慢轴或快轴角度被改变时泄漏的光量，而图18示出当第二半波片的慢轴或快轴角度被改变时泄漏的光量。如从图17和18可看到的，如果半波片慢轴或快轴角度与设计角度差在±3度内，对应于至少100∶1的半波片反差比的足够性能可被实现。
因此，如果本发明的偏振校正器通过在光程上串联安排两个半波片而被获得，则第一半波片优选地被安排以使在屏幕上其慢或快轴相对于垂直方向右旋或左旋地限定一个大约64.5度到大约70.5度的角度。第二半波片优选地被安排以使在屏幕上其慢或快轴相对于垂直方向右旋或左旋地限定一个大约132.0度到大约138.0度的角度。则所期望的效果被完全实现。换句话说，第一半波片优选地被安排以使其慢或快轴相对于离开显示面板的光线的偏振轴右旋或左旋地限定一个大约19.5度到大约25.5度的角度。另一方面，第二半波片优选地被安排以使其慢或快轴关于离开显示面板的光线的偏振轴右旋或左旋地限定一个大约87.0度到大约93.0度的角度。
接下来，上述第一、第二和第三优选实施例的偏振校正器将参照图19被相互比较。当两个偏振器被安排于上述第一到第三优选实施例的偏振校正器的每个的光入射侧和光出射侧以使其透射轴分别相对于移位方向限定大约45度的角度和大约0度的角度时，泄漏的光量被测量。图19示出泄漏的光量如何随着第一、第二和第三优选实施例偏振校正器中入射光的波长而变化。
如从图19可看到的，第二或第三优选实施例的偏振校正器可在比第一优选实施例的偏振校正器宽的波长范围内提供用于光学移位器双折射元件的被适当引导的(directed)、偏振的光线。这样，作为层叠两个半波片的偏振校正器可被看做比由仅一个半波片构成的偏振校正器工作得好。然而，即使通过由仅一个半波片构成的偏振校正器亦可实现相当好的效果。这样，为削减成本，偏振校正器可包括仅一个半波片。
实施例4在以下，本发明的第四特定优选实施例将被描述。在这个实施例中，当两个偏振器被安排于任何上述优选实施例的偏振校正器的光入射侧和光出射侧以使其透射轴分别与移位方向(即，屏幕上的垂直方向)限定大约45度的角度和大约0度的角度时，所透射的光量被测量。图20示出透射比(即，所透射的光量)如何随着极角、即由入射光线光轴与半波片的法线所限定的角度而变化。图20中所示的多个曲线与入射光线入射到半波片上的相互不同的方位角关联。在图20中所示的实例中，半波片平面上的零点钟方向(或垂直方向)被假设具有零度的方位角，而该平面上三点钟方向(或水平方向)被假设具有90度的方位角。
如从图20所看到的，极角越大，所透射的光量越大。换句话说，由入射光线与半波片表面所限定的倾斜角越大，可能恶化图像质量的泄漏光量越大。当方位角为大约45度时，所透射光量的这种增加是尤其剧烈的。
在图1中所示的优选实施例中，所发射的白光被分色镜分为三原色的三个光线。因此，R、G和B光线以相互不同的角度入射到半波片上。另外，三原色中的每个的光线不是完全平行的线，并且以几乎20度的极角变化入射到半波片上。然而，在这个优选实施例中，具有很小角依赖性(angular dependence)的半波片被用于防止具有不需要的偏振方向的光线进入光学移位器。这样，不产生鬼像并且图像质量不恶化。
具有两个光轴的半波片可被用作具有小的角依赖性的半波片。如果半波片平面上两个相互垂直的方向的折射率nx和ny满足关系nx＞ny，则二轴半波片优选地具有在厚度方向上由(nx+ny)/2＝nz表示的折射率差。当折射率nx和ny满足这个关系时，(nx+ny)/2-nz＝0。因此，在半波片的厚度方向上不生成相位差，并且具有很小角依赖性的半波片被实现。应指出，即使(nx+ny)/2-nz不完全等于零但近似于零，亦可实现所需效果。例如，为实现具有大约1.7的F值的透镜的极角范围内的100∶1的反差比，(nx+ny)/2-nz优选地不大于(nx+ny)/2的±0.2％。
当两个偏振器被安排于偏振校正器的光入射侧和光出射侧以使其透射轴与移位方向限定大约45度的角度和大约零度的角度时，所透射的光量被测量。图21示出透射光量(即，透射比)的角依赖性。
相互比较图20和21所示的结果，可看到角依赖性可通过使用二轴半波片而被减小。即使偏振校正器由仅一个这种具有两个轴的半波片构成，偏振校正器仍具有小的角依赖性并且在实践中起足够适当的作用。当欲被提供的半波片数可被减小时，设备成本可被有效地削减。这样，通过仅使用一个二轴半波片作为偏振校正器，设备成本可被减小，而且不恶化图像质量。
依照上述本发明的各个优选实施例，即使显示面板出射光线的偏振轴既不平行也不垂直于出射光线光程在与欲被显示的图像分量的切换同步地在时间上被顺序移位的方向，由于偏振校正器的功能，图像仍可如所需被移位。这样，本发明提供了实现以高分辨率显示亮且均匀的图像并且可有效促使尺寸和成本减小的光学显示系统。
尽管本发明已参照其优选实施例被描述，对本领域的技术人员来说，所公开的发明能以多种方式被改动并且可假定除以上特别描述的以外的许多实施例，这将是显然的。因此，随后的权利要求欲覆盖属于本发明真实精神和范围的本发明的所有改动。
权利要求
1.一种光学显示系统，包括光源；显示面板，包括多个像素区域，其每个都能调制光；以及光学移位器，其被安排以接收显示面板的出射光线并在逐个帧的基础上光学地移位显示面板上的图像，其中光学移位器包括第一元件，用于有选择地改变显示面板出射光线的偏振方向；以及第二元件，其显示出依照入射光线偏振方向的多个不同折射率之一，并且其中显示系统进一步包括显示面板和光学移位器之间的偏振校正器，偏振校正器将显示面板出射光线的偏振方向变为平行或垂直于图像被移位的方向的方向。
2.权利要求1的光学显示系统，其中显示面板为液晶显示面板，并且其中通过在空间上调制具有与图像将被移位的方向既不平行也不垂直的偏振方向的光，液晶显示面板在其上形成图像。
3.权利要求2的光学显示系统，进一步包括光源和显示面板之间的第二偏振校正器，其中第二偏振校正器接收光，所述光具有与图像将被移位的方向平行或垂直的偏振方向，将所接收光的偏振方向变为与图像将被移位的方向既不平行也不垂直的方向，并且然后将该光传递给液晶显示面板。
4.权利要求1的光学显示系统，其中每个所述偏振校正器包括至少一个半波片。
5.权利要求4的光学显示系统，其中偏振校正器包括在光程上被串联安排的多个半波片。
6.权利要求5的光学显示系统，其中偏振校正器包括第一半波片和第二半波片，其被以这样的顺序安排以使第一半波片离光源比第二半波片近，并且其中第一半波片具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定一个大约8.3度到14.3度的角度，并且其中第二半波片具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定一个大约30.8度到36.8度的角度。
7.权利要求5的光学显示系统，其中偏振校正器包括第一半波片和第二半波片，其被以这样的顺序层叠以使第一半波片离光源比第二半波片近，并且其中第一半波片具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定一个大约19.5度到25.5度的角度，并且其中第二半波片具有慢轴或快轴，其相对于显示面板出射光线偏振轴右旋或左旋地限定一个大约87.0度到93.0度的角度。
8.权利要求4的光学显示系统，其中偏振校正器包括具有多个光轴的半波片。
9.权利要求4的光学显示系统，其中偏振校正器包括具有多个光轴的半波片，并且其中半波片基本上满足nz＝(nx+ny)/2，其中nx和ny为平面内方向上半波片的折射率，而nz为厚度方向上半波片的折射率。
10.一种用于周期性地移位表现图像帧的显示面板出射光线光程的光学移位器，并且由此有选择地将图像帧移动到三个或多个位置之一，该位置在相同的平面上被以直线安排并被相互间隔至少一个像素间距，其中光学移位器包括在出射光线的光程上被串联安排的至少两对元件，每个所述对包括第一元件和第二元件，其被以这样的顺序安排以使第一元件离显示面板比第二元件近，并且其中第一元件有选择地改变显示面板出射光线的偏振方向，并且其中第二元件显示出依照入射光偏振方向的多个不同折射率之一，并且其中光学移位器进一步包括偏振校正器，其被安排于显示面板和第一元件之间，所述第一元件离显示面板比至少两对的元件的任何之一近，并且其将显示面板出射光线的偏振方向变为与光程被移位的方向平行或垂直的方向。
11.权利要求10的光学移位器，其中偏振校正器包括至少一个半波片。
12.权利要求10的光学移位器，其中偏振校正器包括在光程上被串联安排的多个半波片。
13.权利要求12的光学移位器，其中偏振校正器包括第一半波片和第二半波片，其被以这样的顺序安排以使第一半波片离显示面板比第二半波片近，并且其中第一半波片具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约30.8度到36.8度的角度，并且其中第二半波片具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约8.3度到14.3度的角度。
14.权利要求12的光学移位器，其中偏振校正器包括第一半波片和第二半波片，其被以这样的顺序层叠以使第一半波片离显示面板比第二半波片近，并且其中第一半波片具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约64.5度到70.5度的角度，并且其中第二半波片具有慢轴或快轴，其相对于光程将被移位的方向右旋或左旋地限定大约132.0度到138.0度的角度。
15.权利要求12的光学移位器，其中偏振校正器包括具有多个光轴的半波片。
全文摘要
一种光学显示系统包括光源；显示面板，包括多个像素区域，其每个都能调制光；以及光学移位器，其被安排以接收显示面板的出射光线并在逐帧的基础上从光学上移位显示面板上的图像。光学移位器包括第一元件，用于有选择地改变显示面板出射光线的偏振方向；以及第二元件，其显示出依照入射光线偏振方向的多个不同折射率之一。在显示面板和光学移位器之间提供了的偏振校正器，其将显示面板出射光线的偏振方向变为与图像被移位的方向平行或垂直的方向。
文档编号G02B5/30GK1437053SQ03104379
公开日2003年8月20日 申请日期2003年2月8日 优先权日2002年2月5日
发明者加藤浩巳, 宫地弘一 申请人:夏普公司