专利名称：液晶面板及使用该液晶面板的投影机的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影领域，特别涉及一种透射型液晶面板及使用该液晶面板在屏幕上投射彩 色图像的投影机。
技术背景现有的投影机主要为穿透式和反射式两种。穿透式投影机的基本原理是通过分色镜将光 源发出的光分离为红、绿和蓝三色光，三色光分别入射至对应的三个液晶面板(Liquid Crystal Panel)，并通过加在液晶面板上的视频信号来控制液晶分子的旋转，从而在屏幕 上形成人眼可感知的彩色图像。对于穿透式LCD投影机，其中的液晶面板包括可以透光的液晶分子层和控制液晶分子旋转 的薄膜晶体管(TFT， Thin Film Transistor)。因为薄膜晶体管为半导体器件，典型的采 用非晶材料制成，该种非晶材料对光电效应比较敏感。为了避免光线直接照射薄膜晶体管和 提高R、 G、 B颜色对比值，而在液晶显示元件的入射面上构建与液晶显示元件上的像素对应 的黑色矩阵(Black Matrix)。但是，这样会使得部分光束被黑色矩阵所遮挡，导致开口率 (Aperture Ratio)较低。开口率是指在单元像素内，实际可透光区的面积与单元像素总面 积的比率，开口率越高，光线的透过率也越高。为了提高面板的开口率，现有技术进一步地在黑色矩阵前增加一个微透镜阵列(MLA， Micro Lens Array)。微透镜阵列对入射光有汇聚作用，使得原本会被黑色矩阵遮挡的光线 可以通过透光的液晶分子层，从而提高面板的开口率。但是由于微透镜阵列的汇聚作用，从液晶面板出射的图像光入射到投影镜头( Projection Lens)时会引入大角度入射光线，引起较大的像差，进而使投影画面解析度降 低。发明内容有鉴于此，有必要提供一种出射光线角度可调的液晶面板。 其次，还有必要提供一种使投影画面具有较佳解析度的投影机。一种液晶面板，包括微透镜阵列和液晶显示元件。微透镜阵列位于液晶显示元件的入射 面一侧，微透镜阵列包括多个微透镜。液晶面板的出射面一侧具有可调透镜阵列和透镜调节 单元，可调透镜阵列包括多个可调透镜，透镜调节单元用于调节可调透镜的焦距。
一种投影机，该投影机包括光源、液晶面板以及投影镜头，液晶面板包括微透镜阵列和 液晶显示元件。光源发出的光束经微透镜阵列汇聚后通过液晶显示元件，液晶显示元件根据 视频信号调制入射光束，投影镜头将从液晶显示元件出射的光线投射到屏幕上。投影机还包 括可调透镜阵列和透镜调节单元，可调透镜阵列位于液晶显示元件的出射面一侧，透镜调节 单元用来调节可调透镜的焦距，以改变入射到投影镜头的光线的发散角。上述液晶面板，可通过透镜调节单元改变可调透镜的焦距，从而调节液晶面板的出射光 线角度。上述投影机，通过透镜调节单元来改变可调透镜之焦距，进而改变入射到投影镜头 上的光线的发散角，从而使经投影镜头投射到屏幕上的画面具有较佳解析度。
图l是较佳实施方式的液晶面板的部分结构示意图。图2是较佳实施方式的投影机的光学系统示意图。图3是图2所示投影机中微透镜阵列和液态透镜阵列的示意图。图4是图2所示投影机中液态透镜阵列中的液态透镜与微透镜阵列中的微透镜的位置关系 示意图。
具体实施方式
如图1所示是较佳实施方式的液晶面板310的部分结构示意图，该液晶面板310包括微透 镜阵列12、液晶显示元件16，可调透镜阵列13和透镜调节单元15。微透镜阵列12位于液晶显 示元件16的入射面一侧，微透镜阵列12包括多个微透镜120，微透镜120与液晶显示元件16中 的像素一一对应。可调透镜阵列13位于液晶显示元件l6的出射面一侧，可调透镜阵列13包括 多个可调透镜130，可调透镜130与微透镜阵列12中的微透镜120—一对应。在本实施例中，可调透镜阵列13为液态透镜阵列。透镜调节单元15和液态透镜阵列13通 过电性连接。由于微透镜阵列12的汇聚作用，光线在出射液晶显示元件16后会向外发散，形成较大的 角度ei 。可通过透镜调节单元15输出的电压大小来调节液态透镜130的焦距，使原本角度 过大的出射光束聚焦，形成较小的角度9 2 (82〈ei)，如此可调节液晶面板310的出射光 线角度。如图2所示是第一较佳实施方式的投影机100的光学系统示意图，该投影机100包括照明 光学系统IO、色分离光学系统20、光调制系统30、中继光学系统(Relay Optical System) 40和投影镜头24。照明光学系统10包括光源11、透镜阵列104、 108、反射镜106和偏振转换 器105。色分离光学系统20包括分色镜202、 204。光调制系统30包括液晶面板35R、 35G、 35B和合光棱镜308。中继光学系统40包括反射镜404、 206、 408、延迟透镜402和中继透镜 406。其中，投影机100中使用的液晶面板35R、 35G、 35B分别包括微透镜阵列302R、 302G、 302B、液晶显示元件300R、 300G、 300B、可调透镜阵列304R、 304G、 304B。光源ll可为高压卤素灯或者高压汞灯，其包括灯丝112和反射罩114。反射灯罩114可以 为抛物形状，用于将灯丝112发出的光线转换成近似平行光线，该平行出射光线沿光束传播 路径上具有近似圆形的截面。透镜阵列104和108具有若干微透镜，并具有与液晶面板35R、 35G、 35B中的长方形液晶 显示元件基本相同的尺寸。透镜阵列104和108使上述从光源11出射的圆形截面的光束大致均 匀地出射。偏振转换器105用于改变从透镜阵列104和108出射光线的偏振状态，使出射光线仅有一 种偏振态，例如将S光转换成P光，从而使偏振转换器105出射的光线为P光。分色镜202和204将从偏振转换器105出射的光束分离为红(R)、绿(G)和蓝(B)三色 光，同时分色镜202反射红光到反射镜206上，反射镜206进一步将红光反射到调制红色光的 液晶面板35R上，分色镜204反射绿光到调制绿色光的液晶面板35G上。蓝光经过延迟透镜 402到达反射镜404，反射镜404将蓝光反射到中继透镜406上，反射镜408进一步将通过中继 透镜406的蓝光反射到调制蓝色光的液晶面板35B上。延迟透镜402和中继透镜406的作用是使 红光、绿光和蓝光的光路长度相等，保证红光、绿光和蓝光同时入射到液晶面板35R、 35G、 35B上。红、绿、蓝三色光经微透镜阵列302R、 302G、 302B汇聚，分别通过液晶显示元件 300R、 300G、 300B，可以提高光利用率。视频信号源经过A/D转换、调制成电驱动信号，加 到液晶面板35R、 35G、 35B上，通过控制液晶分子的旋转，控制R、 G、 B三色光的通过率，以 形成携带图像信息的三色光。携带图像信息的三色光在合光棱镜308中合成后经投影镜头24 投射到屏幕27上形成彩色图像。微透镜阵列302R、 302G、 302B分别位于液晶显示元件300R、 300G、 300B的入光面一侧， 微透镜阵列302R、 302G、 302B分别包括多个微透镜23R、 23G、 23B。在液晶显示元件300R、 300G、 300B的出射面一侧，分别具有可调透镜阵列304R、 304G、 304B。可调透镜阵列304R、 304G、 304B分别包括多个可调透镜25R、 25G、 25B，可调透镜25R、 25G、 25B分别与微透镜 23R、 23G、 23B——对应。通过调节可调透镜25R、 25G、 25B的焦距，即可改变自液晶面板 35R、 35G、 35B出射光线的角度，从而改变入射到投影镜头24的光线的角度，提高投影画面 的解析度。在本实施例中，可调透镜阵列304R、 304G、 304B为液态透镜阵列。投影机100还包括三 个透镜调节单元45 (图3中只示出调节液态透镜304R焦距的透镜调节单元45，另两个透镜调 节单元45分别调节液态透镜阵列304G和304B的焦距)，三个透镜调节单元45分别与液态透镜 阵列304R、 304G、 304B通过电性连接。请一并参阅图3，以液态透镜阵列304R为例，液晶显示元件300R的出射面设置有多个液 态透镜25R。液态透镜25R与微透镜阵列302R中的微透镜23R—一对应，其位于液晶显示元件 300R的出射面一侧。投影镜头24的光圈值(F/tt值)=有效焦距(EFFL， Effective Focal Length) /光瞳(Pupil)直径，即表示角度大小。改变入射到投影镜头24光线的角度相当于 改变投影镜头24的光圈值。如此，通过焦距调节机制，例如透镜调节单元45输出的电压大小 改变液态透镜25R的焦距，即相当于调节投影镜头24的光圈值，从而改变入射到投影镜头24 光线的角度，使得投影画面每一像素的解析度均可以得到改善。请再参阅图4，以液态透镜阵列304R为例，假设微透镜阵列302 R中的微透镜23R的像方 焦距为F1'，液态阵列304R中的液态透镜25R的像方焦距为F2'，平行入射光束经微透镜 23R和液态透镜25R汇聚后，以角度8 3入射到投影镜头24上。当投影机100发现屏幕某一区域出现画面解析不良时，通过调节透镜调节单元45输出的 电压大小来改变液态透镜25R的焦距，减小入射到投影镜头24光线的角度。由于电压减小时 ，液态透镜的焦距增大。假设减小透镜调节单元45输出的电压大小时，液态透镜25R的焦距 为F2''，此时F2' ' 〉F2'。由于透镜的焦距越长，对光线的汇聚特性越弱，从而出射光 线以较小角度S4 (e4〈8 3)入射到投影镜头24上，进而使投影画面解析不良的区域得到改 善。上述投影机100通过调节透镜调节单元45输出的电压大小，改变液态透镜25R的焦距，进 而改变入射到投影镜头24的光线的入射角度，从而使经投影镜头24投射到屏幕27上的画面具 有较佳的解析度。本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非 用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变 和变化都落在本发明要求保护的范围之内。其一，仅对投影机100中的一个液晶面板对应设置液态透镜阵列，例如，仅对应液晶面 板35R设置液态透镜阵列304R，或者仅对应液晶面板35G设置液态透镜阵列304G，亦或液晶面 板35B设置液态透镜阵列304B，以分别对应改变红光或者绿光或者蓝光入射到投影镜头24的 光线角度，改善投影画面的解析度。其二，仅对投影机100中的两个液晶面板对应设置液态透镜阵列，例如，仅对应液晶面 200710201757.7说明书第5/5页板35R和35G分别设置液态透镜阵列304R和304G，以改变红光和绿光入射到投影镜头24的光线 角度，或者仅对应液晶面板35G和35B分别设置液态透镜阵列304G和304B，以改变绿光和蓝光 入射到投影镜头24的光线角度，或者仅对应液晶面板35R和35B设置液态透镜阵列304R和 304B，以改变红光和蓝光入射到投影镜头24的光线角度，从而改善投影画面的解析度。其三，对投影机100的三个液晶面板均对应设置液态透镜阵列，即对应液晶面板35R 、 35G和35B分别设置液态透镜阵列304R、 304B和304G，以同时改变红光、绿光和蓝光入射到投 影镜头24的光线角度，从而改善投影画面的解析度。投影机100中的液态透镜阵列304R、 304B、 304G也可以与液晶面板35R、 35B、 35G分离。 即液态面板35R、 35B、 35G包括微透镜阵列302R、 302B、 302G、液晶显示元件300R、 300B、 300G，液态透镜阵列304R、 304B、 304G与之分离。此外，液态透镜阵列还可为其他形式的可 调透镜阵列，如焦距可调液晶透镜阵列，液晶透镜阵列包括多个液晶透镜，可通过施加的电 压使液晶分子移动改变液晶透镜的焦距。权利要求
权利要求1一种液晶面板，包括微透镜阵列和液晶显示元件，所述微透镜阵列位于液晶显示元件的入射面一侧，所述微透镜阵列包括多个微透镜，其特征在于所述液晶显示元件的出射面一侧具有可调透镜阵列和透镜调节单元，所述可调透镜阵列包括多个可调透镜，所述透镜调节单元用于调节可调透镜的焦距。
2.如权利要求l所述的液晶面板，其特征在于所述微透镜与液晶显 示元件中的像素一一对应，所述可调透镜与所述微透镜阵列中的微透镜一一对应。
3.如权利要求l所述的液晶面板，其特征在于所述可调透镜阵列为 液态透镜阵列。
4. 一种投影机，所述投影机包括光源、液晶面板以及投影镜头，所 述液晶面板包括微透镜阵列和液晶显示元件，光源发出的光束经所述微透镜阵列汇聚后通过 所述液晶显示元件，所述液晶显示元件根据视频信号调制入射光束，所述投影镜头将从液晶 显示元件出射的光线投射到屏幕上，其特征在于所述投影机还包括可调透镜阵列和透镜调 节单元，所述可调透镜阵列位于液晶显示元件的出射面一侧，所述透镜调节单元用来调节所 述可调透镜阵列的焦距，以改变入射到所述投影镜头光线的发散角。
5.如权利要求4所述的投影机，其特征在于所述可调透镜阵列为液 态透镜阵列。
6.如权利要求5所述的投影机，其特征在于所述透镜调节单元可以 输出可变的电压，用于调节所述液态透镜的焦距。
7.如权利要求5所述的投影机，其特征在于所述液晶面板包括红光 液晶面板、绿光液晶面板、蓝光液晶面板，所述红光液晶面板、绿光液晶面板、蓝光液晶面 板中至少一者具有液态透镜阵列。
8.如权利要求5所述的投影机，其特征在于所述液态透镜阵列包括 多个与微透镜阵列中的微透镜一一对应的液态透镜。
全文摘要
一种投影机包括光源，三个液晶面板，合光棱镜和投影镜头。光源发出的光束通过分色镜被分离为红、绿和蓝光，三色光分别入射三个液晶面板，每个液晶面板包括微透镜阵列和液晶显示元件，微透镜阵列位于液晶显示元件的入射面一侧。微透镜阵列将光线汇聚以通过液晶显示元件，液晶显示元件分别根据视频信号调制红、绿和蓝光，以形成携带图像信息的三色光在合光棱镜中合成，投影镜头将该合成光投射到屏幕上。三个液晶面板至少有一个具有液态透镜阵列，液态透镜阵列位于液晶显示元件的出射面一侧，其包括多个液态透镜。可通过透镜调节单元调节液态透镜的焦距，改变入射到投影镜头的光线的发散角，如此可改善投影画面解析度。本发明还提供一种液晶面板。
文档编号G02B7/04GK101393345SQ20071020175
公开日2009年3月25日 申请日期2007年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者周玉山, 朱清德, 王柏林, 许建文 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司