专利名称：液晶显示装置及光学模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影型液晶显示装置，其将基于视频数据调制的多个彩色光线合成为图像，并将这样获得的合成光投影至屏幕之上以显示图像，还涉及一种用于这种投影型液晶显示装置的光学模块。
本申请请求2003年9月12日申请的日本专利申请No.2003-322300的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
背景技术：
图1经由示例示出了一种投影型液晶显示装置。以标记100表示的投影型液晶显示装置是所谓的“三面板”型液晶投影仪。即，投影型液晶显示装置100使用分别对应于三原色(红色、绿色和蓝色)的三个液晶显示面板。
如图1所示，液晶投影仪100包括三个偏振光光分离器101R、101G和101B，液晶显示面板102R、102G和102B，合成棱镜103、投影物镜104和屏幕S′。在液晶显示投影仪100中，将从诸如灯等光源射出的光分离成分别对应于三原色的三种彩色光线。分别通过偏振光光分离器101R、101G和101B将分离的红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)分别导引至液晶显示面板102R、102G和102B，其将基于视频数据分别调制入射红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)。通过合成棱镜103将调制的红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)合成为一个图像。通过投影物镜104将这样获得的合成光投射于屏幕S′之上，在其上放大显示成彩色图像。
这里需要注意，分别用作液晶显示面板102R、102G和102B的每个液晶显示元件通常不是透射型的就是反射型的。透射型的液晶显示元件调制来自其后面用于透射的背光。另一方面，反射型液晶显示元件调制入射光用于反射。由于需要较高精确度显示、更紧凑设计和较高亮度的投影仪，反射型液晶显示元件已经引起了越来越多的注意，并在实践中作为具有前途的显示装置得到应用，设计该显示装置能以较高的精确度进行显示，而且该显示装置具有更紧凑的结构，其也能较高效率的利用了光。
更具体的，反射型液晶显示元件包括在其上具有由诸如ITO(锡铟氧化物)的导电材料形成的透明电极的玻璃基片，以及包括在其上具有由诸如铝基金属材料形成的像素反射电极的驱动电路板，还包括在玻璃基片和彼此相对设置的驱动电路板之间填充的液晶层，沿着其中的边缘使用密封构件对全部的电路板进行封装。此外，彼此相对的玻璃基片和驱动电路板的每个表面具有在其上提供的配向膜，从而以预定方向排列液晶。
在反射型液晶显示元件中，在彼此相对的透明电极和像素反射电极之间施加电压以对液晶层施加电场。然后，相应于电极之间的电势差，改变液晶层光学特性以调制通过液晶层的光。因此，通过光调制，反射型液晶显示元件能够通过光调制来分配亮度等级。
用作这种液晶显示元件的液晶包括扭曲向列液晶(下文中称为“TN液晶”)，其介电各向异性(平行于液晶分子长轴的介电常数ε(‖)和垂直于液晶分子的长轴的介电常数ε(⊥)之差Δε(＝ε(‖)-ε(⊥))变成正的。该TN液晶也称作“电平排列液晶”。在TN液晶中，当无驱动电压施加时，液晶分子相对基片几乎电平扭曲排列，并以所谓的“常态白色显示模式”提供白色显示。另一方面，当施加驱动电压时，液晶分子垂直于基片竖立并提供黑色显示。也在TN液晶中，当施加驱动电压时必须预先设置竖立液晶分子的方向，因此在实践中预先设置几度到10度的恒定方向。
如今，由于它的高对比度和响应速率，使用垂直排列的具有负介电各向异性的向列液晶的垂直排列液晶的液晶显示元件已经引起了注意。在此垂直排列的液晶中，当不施加驱动电压时，液晶分子几乎垂直于基片排列，并以所谓的“常态黑色显示模式”提供黑色显示。另一方面，当施加驱动电压时，由于倾斜时出现双折射，液晶分子以预定方向倾斜以使其透光度改变。
此外，在垂直排列的液晶中，如图2和3所示，除非液晶分子200在相同的方向倾斜，否则对比度不均匀，因此需要使液晶分子200的长轴一条法线成微小的倾斜角θ的一个恒定方向X垂直排列液晶，该法线垂直于在其上形成有像素电极201的驱动电路板202。该预倾斜方向X，即液晶分子200排列的方向，被设置成几乎为某一元件的对角线，通常通过结合诸如偏振片等光学系统，使所述元件的透光度最大，也就是以大约45度的方向，该方向是以几乎为方型矩阵形式存在的像素电极201的几乎对角方向。此外，如果预倾斜角度θ太大，将损坏垂直排列，黑电平将上升而降低对比度并对V-T(驱动电压-透光度)曲线产生有害的影响。因此，通常控制预倾斜角度θ使其在1到5度的范围中。
预倾斜垂直排列液晶的配向膜是通过在基片上沉积诸如二氧化硅(SiO2)等的无机材料形成的倾斜蒸发薄膜或是具有磨面的聚酰亚胺的聚合体薄膜。通过控制用于倾斜蒸发薄膜的入射方向和倾斜角度，或通过控制用于聚合体薄膜的摩擦方向和条件来控制预倾斜和预倾斜角度。通常，相对于垂直于基片的光，实际预倾斜角度为大约45至65度。
在上面的液晶显示投影仪100中，如图1所示，如果合成由该三个液晶显示面板102R、102G和102B显示的红色、绿色和蓝色图像，当通过液晶显示面板102R、102G和102B调制的彩色光线(R、G和B)分别通过合成棱镜103并将其合成成图像时，由于涉及合成棱镜103的液晶显示面板102R、102G和102B的受限制的几何学上的原因，只有通过液晶显示面板102G调制的绿色图像被显示为和液晶显示面板102R和102B分别调制的红色和蓝色图像(在图1中分别以A和A′标记)水平反转。
也就是，在经过合成棱镜103的二向色表面之后，将通过液晶显示面板102G调制的绿色光(G)入射至投影物镜104之上，而，在合成棱镜103的二向色表面反射之后，将分别通过液晶显示面板102R和102B调制的红色光(R)和蓝色光(B)入射至投影物镜104之上(在图1中分别以实线和虚线表示)。
由于该原因，基于在合成之前分别通过三液晶显示面板102R、102G和102B调制的彩色光线(R、G和B)的反射次数是奇数还是偶数(包括零)，三个液晶显示面板102R、102G和102B的一个面板(102G)调制的图像被显示为关于其它两个液晶显示面板(102R和102B)调制的图像水平反转(见日本已公开未审专利申请No.2867992)。
因此，在前述液晶投影仪100中，如图4B所示的液晶显示面板102G调制的绿色图像，被显示为如图4A所示的其它两个液晶显示面板(102R和102B)调制的红色和蓝色图像的水平反转倒像，从而使通过合成棱镜103合成的图像在屏幕上彼此相一致。
这里需要注意，在前述传统的液晶投影仪100中，如图5所示，当黑色左上倾的斜线L在屏幕S′上被显示在白色显示装置中时，应该显现为黑色的斜线L将显示为以黑色和洋红色的混合色得到的颜色。此外，除了左上倾的斜线L，当在屏幕S′上白色显示中黑色右上倾的斜线被显示时，应该显现为黑色的斜线L在一些情况中，会显示绿黑色。在这些情况的任何一种下，斜线可能被染成任何其他色，这大大的降低了显示图像的质量。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过提供一种投影型液晶显示装置，克服上面提到的相关技术的缺陷，该投影型液晶显示装置可通过防止在多个液晶显示元件中出现的向错差(随后将作详细描述)引起的色污染实现有质量的图象显示，该向错差产生于于将通过多个液晶显示元件调制的彩色光线合成为一个图像时的多个液晶显示元件中，以及用于这种投影型液晶显示装置中的光学模块。
根据本发明，通过提供投影型液晶显示装置可以获得上述目的，该装置包括相应于多个彩色光的多个液晶显示面板，其基于视频数据调制彩色光；用于将分别由液晶显示面板调制的彩色光合成为图像的光合成装置；以及用于将由光合成装置产生的合成光投影至屏幕之上的投影装置，其中，提供和其它液晶显示面板提供的图像成倒像关系的一个液晶显示面板的排列方向布置成与其它液晶显示面板排列方向不同，从而使在屏幕上显示的图像中它们方向彼此相一致。
通过提供用于投影型液晶显示装置的光学模块也可以获得上述目的，其中将基于视频数据调制的多个彩色光合成为一个图像，并将作为图像的合成光投射于屏幕之上，光学模块包括对应于多个彩色光的多个液晶显示面板，其基于视频数据调制彩色光；用于将分别由液晶显示面板调制的彩色光合成为图像的光合成装置；以及其中设置提供了关于由其它液晶显示面板提供的图像成倒像的一个液晶显示面板，该液晶显示面板的排列方向不同于其它液晶显示面板的排列方向，从而在屏幕上显示的图像中的也竞显示面板的排列方向相一致。
如上所述，根据本发明，以不同于排列其它液晶显示面板的方向排列提供了提供其它液晶显示面板提供的图像的倒像的液晶显示面板，因此，液晶显示面板的排列方向(液晶显示面板的液晶分子的排列方向)将与显示在屏幕上的图像中的方向彼此一致。这样，当光合成装置将通过液晶显示元件调制的彩色光线合成的一个图像时，可以使在每个液晶显示元件处出现的向错与屏幕上的彼此一致。因此，可以防止由于提供倒像的液晶显示面板和其它液晶显示面板之间的向错差导致色污染的发生。
结合附图，在下面本发明的优选实施例的详细描述中，本发明的这些及其它目的、特征和优点将变得更清晰，其中图1是传统液晶投影仪基本结构的结构图；图2是驱动电路板的平面图，其示出了垂直排列液晶的预倾斜；图3示出了液晶分子的排列方向，其中图3A是液晶的平面图，图3B是液晶的相关侧视图；图4A是在包括在传统的液晶投影仪中的红色和蓝色液晶显示面板上显示的斜线的方向以及红色和蓝色液晶显示面板的排列方向的平面图，图4B是在包括在传统的液晶投影仪中的绿色液晶显示面板上显示的斜线的方向以及绿色液晶显示面板的排列方向的平面图；图5是在屏幕上显示的斜线的平面图；图6是液晶显示面板的平面图，其示出了对应于在屏幕上显示的倾斜线的面板的像素；图7A是包括在传统的液晶投影仪中的红色和蓝色液晶显示面板的像素的放大平面图，图7B是包括在传统的液晶投影仪中的绿色液晶显示面板的像素的放大平面图；图8在传统的液晶投影仪中的屏幕上投影的斜线的放大平面图；图9是根据本发明的液晶投影仪的方框图；图10是反射型液晶显示元件的截面图；图11是包括在反射型液晶显示元件中驱动电路板的示意图；图12是包括在反射型液晶显示元件中的开关驱动电路的电路图；图13A是在包括在根据本发明的液晶投影仪中的红色和蓝色液晶显示面板上显示的倾斜线的方向以及红色和蓝色液晶显示面板的排列方向的平面图，图13B是在包括在液晶投影仪中的绿色液晶显示面板上显示的斜线的方向以及绿色液晶显示面板的排列方向的平面图；图14A是包括在根据本发明的液晶投影仪中的红色和蓝色液晶显示面板的像素的放大平面图，图14B是包括在液晶投影仪中的绿色液晶显示面板的像素的放大平面图；图15是在液晶投影仪中的屏幕上投影的斜线的放大平面图；图16A示出了用于图像评估的单像管图案，图16B示出了用于图像评估的多个斜线；图17是和根据本发明液晶投影仪的相比较的变体液晶投影仪的方块图；图18是根据本发明的液晶投影仪的第一变体方块图；以及图19是根据本发明的液晶投影仪的第二变体方块图。
具体实施例方式
在描述根据本发明的投影型液晶显示装置和光学模块之前，将详细描述先前提到的色污斑。
发明人已经对在显示的斜线中出现色污斑的的起因进行了实验，并且发现发生在形成前述液晶显示面板102R、102G和102B的液晶显示元件中的向错明显和色污斑相关的事实。
首先，将描述出现在每个液晶显示元件中的向错。
需要注意，由于将以在前述的液晶显示装置根据同样的原理发生向错，而不管后者是水平排列的还是垂直排列的，因此通过举例，将描述发生在图2和3中给出的垂直排列的液晶显示面板的向错。
在液晶显示元件中，当将不同大小的电压分别施加给相邻像素电极201时，在平面中的水平电场将出现在像素和它们的周围区域之间，导致在液晶分子200排成中由串扰引起扰动。通常将在液晶分子中的扰动称为“向错”。
例如，在被称为“行反转驱动”的驱动方法中，在一行的每个扫描点反转信号电压的极性，当相邻像素电极201的电压极性彼此相反时，当在±5V的范围中反转电压极性时，例如，在相邻像素电极之间的电势差将大至10V。这样，通过相邻像素电极201之间的水平电场，将抑制对应于通常全部应该以白色显示的像素的液晶分子200的倾斜，也就是，被讨论的液晶分子将不是白色的，而是有些暗的，其产生了条纹向错。
通常，为了阻止由这种向错引起的图象质量的恶化，通过被称为“桢反转驱动”的驱动方法驱动液晶显示元件，在该驱动方法中，对每一桢都反转驱动电压的极性。由于使用了这种方法，当像素全部以白色显示时，在相邻像素电极201处的电压将彼此相等，水平场导致的向错将不会发生。同样由于在灰度显示中，至少相邻像素电极的电压极性将不会彼此相反，而且在相邻像素电极201之间的电势差将是在“行反转驱动”中的电势差的一半，因此串扰将小于前述“行反转驱动”中的串扰。
即使在采用上面提到的“桢反转驱动”方法的情况下，然而，当使显示装置被制造为相邻像素之间亮度差别较大时，例如，具有白色显示和黑色显示的像素的显示，就很困难防止在相邻像素电极201之间的水平场引起的串扰对图像显示的影响。
接下来，下面将描述，当如先前描述的在图5中示出的屏幕S′上显示以白色显示的黑斜线L(例如，向左上倾斜线)时，发生在图4A中示出的液晶显示面板102R和102B的向错以及在图4B中示出的液晶显示面板102G的向错之间的差别。
包括在前述液晶显示面板102R、102G和102B中的液晶分子排列在与设备对角X1′和X2′相同的方向上(从右侧看左上倾的曲线F′)。在这种情况下，在图4A中示出的液晶显示面板102R和102B中的排列方向X1′和向左上倾斜线L1′的方向相同。另一方面，由于在图4B中的液晶显示面板102G提供了水平反向显示，右上倾斜线L2′和排列方向X2′在它们所在平面中形成了大约90度的角度。
因此，当图4A中液晶显示面板102R和102B中的具有一个像素的厚度的左上倾斜线L1′被如由图6中示出的在白色显示像素201a中的黑色显示像素201b表示时，将在邻近黑色显示像素201b的白色显示像素201a中出现弯曲的向错203a和203b，所述向错从排列方向X1′的拐角(图7A所示的左上角)沿着图7A中示出的放大的白色显示像素201a和黑色显示像素201b之间的边界延伸。
另一方面，由于如在图4B中示出的液晶显示面板102G中的具有一个像素的厚度的右上倾斜线L2′由白色显示像素201a中的黑色显示像素201b表示，将在邻近黑色显示像素201b的白色显示像素201a中出现弯曲的向错203c和203d，其从位于排列方向X2′的拐角(图7B所示左上角)沿着图7B中示出的放大的白色显示像素201a和黑色显示像素201b之间的边界延伸。
这里需要注意，由于液晶显示面板102R和102B与液晶显示面板102G之间的显示差异，从白色显示像素施加至黑色显示像素的水平电场在图4A中的液晶显示面板102R和102B与在图4B中的液晶显示面板102G之间在尺寸上是不同的。
更具体的，在图4A中示出的液晶显示面板102R和102B中，黑色显示像素201b将相邻于两个白色显示像素201a和在一个图7A左上角处的黑色显示像素201b。在这种情况下，由于黑色显示像素201b具有与它相临的黑色显示像素201b相同的电势，因此，它几乎不受来自黑色显示像素201b的水平电场的影响。
另一方面，在图4B中示出的液晶显示面板102G中，黑色显示像素201b将相邻于图7B左上角处的三个白色显示像素201a。在这种情况下，由于黑色显示像素201b将大大受到来自三个相邻白色显示像素201a的电平电场的影响，同时也就意味着电场的电力线形状是不同的。
这样，在图4A中示出的液晶显示面板102R和102B与在图4B中示出的液晶显示面板102G的向错输出有些不同。
因此，在前述液晶投影仪100中，通过合成棱镜103将由三个液晶显示面板102R、102G和102B调制的彩色光线(R、G和B)合成一个图像。当左上倾黑色斜线L在屏幕S′上显示在白色显示中时，由于出现在前述图8中放大示出的向错203a、203b、203c和203d的不同，液晶显示面板102R和102B的黑电平高于液晶显示面板102G的黑电平。在这种情况下，将以从黑色和洋红色的混合彩色得到的彩色显示应为黑色的斜线L。
相反，当右上倾黑色斜线L在屏幕S′上显示在白色显示中时，由于出现向错203a、203b、203c和203d不同，液晶显示面板102G的黑电平高于液晶显示面板102R和102B的黑电平。在这种情况下，将以绿黑色显示应为黑色的斜线L。
需要注意，当2X2的黑色显示像素201b的斜线显示在白色显示像素201a中时，在邻近白色显示像素201a的黑色显示像素201b周围发生类似的色污。此外，当在黑色显示中显示白色斜线时，也出现这种色污现象。当显示黑色斜线时该色污斑更显著。
如上所述，通过发明人的实验已经发现在传统的透射型液晶显示装置中，当将由多个液晶显示元件调制的彩色光线合成一个图像时，色污斑引起的发生在每个液晶显示元件上的向错将引起实际的问题，诸如图量质量的恶化。
参照附图在下文将描述作为本发明实施例的关于投影型液晶0显示装置和光学模块。
现在参照图9，以方框图示意性图示了根据本发明的投影型液晶显示装置。如图所示，通常以标记1表示投影型液晶显示装置，该投影型液晶显示装置是所谓的三面板类型的，其利用了对应于三原色(红色、绿色和蓝色)的三个反射型液晶显示元件以在屏幕S上放大显示彩色图象。
如图所示，反射型液晶投影仪1包括作为光源以发射照明光的灯2，作为光分离装置用于从灯2将照明光分离成红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)而提供的二向色分离过滤器3和二向色镜4，分别对应于光(R、G和B)的彩色光线基于视频数据调制分离的红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)而提供的液晶显示面板5R、5G和5B，合成棱镜6，用以将调制的红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)合成一个图像，以及投影物镜7，用于将合成照明光投影至屏幕上。
灯2发射包括红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)的白光。例如，它是卤灯、金属卤灯或氙灯。
此外，在灯2和二向色分离过滤器3之间的光路中，提供了复眼微透镜8以均匀分布从灯2发射的照明光，偏振转换元件9，用以将照明光的P和S偏振光分量转换成一个偏振光分量(例如，S-偏振光分量)，聚光透镜10，用以聚焦照明光，等等。
二向色分离过滤器3用以将从灯2发射的白光分离成蓝色光(B)和其它颜色的光线(R和G)，而且它分别以相反的方向反射分离的蓝色光(B)和其它彩色的光线(R和G)。
而且，在二向色分离过滤器3和液晶显示面板5B之间，提供了全反射镜11，用以向液晶显示面板5B反射分离的蓝色光(B)。此外，在二向色分离过滤器3和二向色镜4之间，提供了全反射镜12，用以向二向色镜4反射分离的其它颜色光线(R和G)。
二向色镜4用于将其它颜色光线(R和G)分离成红色光(R)和绿色光(G)，并且它允许分离的红色光(R)通向液晶显示面板5R，同时向液晶显示面板5G反射分离的绿色光(G)。
此外，在每个液晶显示面板5R、5G和5B与合成棱镜6之间，提供了偏振光束分离器13R、13G和13B，用以导引每个分离的彩色光线(R、G和B)至每个液晶显示面板5R、5G和5B。
偏振光束分离器13R、13G和13B用于将入射彩色光线(R、G和B)分离成P和S偏振光分量，并且它们向每个液晶显示面板5R、5G和5B反射每个偏振光分量之一(例如，S-偏振光分量)，并允许其它的偏振光分量(例如，P-偏振光分量)通向合成棱镜6。
每个液晶显示面板5R、5G和5B包括反射型液晶显示元件50。它们基于视频信号对偏振光束分离器13R、13G和13B导引的偏振光分量之一(例如，S-偏振光分量)实施偏振调制，并且向偏振光束分离器13R、13G和13B反射由偏振调制得到的光。
更具体的，如图10所示，反射型液晶显示元件50包括彼此相对设置的透明基片51和驱动电路板52，介于这些透明基片51和驱动电路板52液晶层53，以及用以密封透明基片51的边缘和驱动电路板52的密封构件54。
透明基片51包括玻璃基片51a，该玻璃基片具有形成在其中相对于驱动电路板52的主要一侧之上的透明电极55。由诸如氧化锡(SnO2)和氧化铟(In2O3)的固态溶液的ITO(锡铟氧化物)的导电材料形成透明电极55，并且向具有公共电位(例如，接地电位)的整个像素区域应用。
如图10、11和12所示，驱动电路板52包括硅基片52a，该硅基片上形成的大量矩阵像素的每一个像素都具有开关驱动电路58，该开关驱动电路包括C-MOS(补偿金属氧化物半导体)或n-通道MOS型的FET(场效应晶体管)56，以及辅助电容57，以向液晶显示层53提供电压。即，以行和列设置FET56和电容57。此外，在硅基片52a上，形成电连接至FETs56的源极的信号线59和电连接至FET56的栅极的扫描线60，它们彼此垂直。设置信号线59和扫描线60在显示区61中的像素61a处彼此相交。在显示区61之外，形成包括信号驱动器62的逻辑部分以提供显示电压至每个信号线59和扫描驱动器63，从而为每个扫描线60提供选择脉冲。应注意，通常在制备开关驱动电路58时，由于晶体管不得不具有对应于至液晶显示层53的驱动电压的介电强度，其需要高于逻辑电路的介电强度。
此外，在硅基片52a上，对于每个像素61a，形成多个方阵像素反射电极64，它们电连接至FET56的漏极。例如，由铝(AL)金属薄膜形成像素反射电极64，其在可视区具有高反射系数，更具体的，以包含铝(AL)基及白分之几德重量的铜(Cu)的金属薄膜作为在LSI制备处理中的导线，并在基中掺入了硅(Si)。像素反射电极64用以反射来自透明基片51的入射光，而且它为液晶显示层53提供电压。为了能具有高的反射系数，像素反射电极64可以具有多层介电镜膜层压在其铝层上。
需要注意，此例中，像素反射电极64的侧面长度为大约8.4μm，而且在相邻像素反射电极64之间的缝隙，即所谓的像素间隔为大约0.6μm(通常，为0.3至0.7μm)。因此，限定在相邻像素反射电极64之间的像素距为大约9(＝8.4+0.6)μm(通常大约为7至15μm)。此外，像素反射电极64大约为150至250μm厚。
此外，在透明基片51和驱动电路板52的彼此相对的表面上，分别形成配向膜65和66，其分别覆盖透明电极55和像素反射电极64。为了在预定方向排列液晶层53的液晶分子53a(后面将被描述)，通过倾斜沉积诸如二氧化硅(SiO2)等的无机材料于硅基片52a形成的倾斜蒸发薄膜或具有摩擦表面的聚酰亚胺的聚合体薄膜等形成配向膜65和66。应注意，通过控制倾斜蒸发薄膜的入射方向和倾斜角度，或通过控制聚合体薄膜的摩擦方向和条件来控制液晶显示层53的预倾斜方向和角度。通常，相对于垂直于基片的光，实际预倾斜角度为大约45至65度。
由垂直排列的液晶形成液晶层53，其中，具有负介电各向异性的向列液晶与上述配向膜65和66垂直排列。在该垂直排列的液晶中，当无驱动电压时，液晶分子53a几乎垂直于硅基片52a排列，并提供所谓“常态黑色显示模式”中的黑色显示。另一方面，当施加驱动电压时，由于在倾斜时出现的双折射，液晶分子53a以预定方向倾斜，以变化其上的透光度。此外，在垂直排列的液晶中，由于如在图2和3示出的对比度不均匀，除非以相同的方向倾斜液晶分子53a，因此，通过在具有其上形成像素反射电极64的驱动电路板52的一条法线成稍微预倾斜角度θ的恒定方向X，倾斜液晶分子53a的长轴，可以垂直排列该液晶。预倾斜方向X，也就是液晶分子53a要被排列的方向，与显示区61几乎成对角，通过结合诸如偏振板等的光学系统，使透光度最大，即，以大约45度的方向，也就是以近似方阵形式的像素反射电极64的几乎对角方向。此外，如果预倾斜角度θ太大，垂直排列将变差，黑色电平升高将降低对比度，而且V-T(驱动电压-投射系数)曲线将受负面影响。因此，通常控制预倾斜角度θ以在1至7度的范围中。
由环氧树脂等形成密封构件54，在具有分散在透明基片51和驱动电路板52之间的玻璃珠(未示出)的配向膜65和66之间提供厚度为几微米的密封。应注意，可以形成密封构件54以覆盖配向膜65和66的侧面。
在如上面构造的反射型液晶显示元件50中，来自透明基片51的入射光经过液晶显示层53，并被在驱动电路板处52的像素反射电极64反射。反射光以与它的入射方向相反的方向前进，经过液晶显示层53和透明基片51并从透明基片51离开。此时，液晶显示层53具有对应于在透明电极55和反射像素电极64之间施加的驱动电压的电势差而改变光学特征以调制经过的光。因此，通过光调制，反射型液晶显示元件50能分配一定强度等级，并在显示图像中可利用调制的反射光。
如图9所示，合成棱镜6是所谓的横向立方棱镜。它用以合成已经通过偏振光束分离器13R、13G和13B的其它调制光分量(例如，P-偏振光分量)的彩色光(R、G和B)，并且它使合成光向投影物镜7出射。更具体的，合成棱镜6由连接在一起的四个直角棱镜组成，并且它形成在每个彼此连接的表面之上，该组分棱镜的二向色层将反射具有特定波长的光。通过向投影物镜7反射由液晶显示面板5R调制的红色光(R)，允许由液晶显示面板5G调制的绿色光(G)通向投影物镜7，并向投影物镜7反射液晶显示面板5B调制的蓝色光(B)，合成棱镜6将这些彩色光(R、G和B)合成为一个图像。
投影物镜7用以向屏幕S放大投射来自合成棱镜6的光。
在上面构造的反射型液晶显示投影仪1中，二向色分离过滤器3和二向色镜4将由灯2发射的白光分离成红色光(R)绿色光(G)和蓝色光(B)。这样被分离的红色光(R)绿色光(G)和蓝色光(B)是S-偏振分量，并通过偏振光束分离器13R、13G和13B，且分别入射至液晶显示面板5R、5G和5B之上。红色光(R)绿色光(G)和蓝色光(B)分别入射至液晶显示面板5R、5G和5B之上，并基于视频数据对应于施加至液晶显示面板5R、5G和5B的每个像素的驱动电压实施偏振调制，然后反射向偏振光束分离器13R、13G和13B。仅允许这样被调制的红色光(R)绿色光(G)和蓝色光(B)的P偏振光分量分别通过偏振光束分离器13R、13G和13B，并通过合成棱镜6将其合成一个图像，并且通过投影物镜7将这样被合成的光投射至屏幕S之上。这样彩色图像将放大显示于屏幕S之上。
这里需要注意，在反射型液晶显示投影仪1中，相对于来自液晶显示面板5R和5B的红色和蓝色图像成电平反转显示来自液晶显示面板5G的绿色图像，从而使通过合成棱镜6合成的图像与屏幕S上的绿色图像一致。
此外，在反射型液晶显示投影仪1中，通过投影对应于由液晶显示面板5R、5G和5B调制的彩色光的图像至屏幕S上显示彩色图像。当驱动电压是零时，形成每个液晶显示面板5R、5G和5B的反射型液晶显示元件50将如实反射入射S-偏振光分量。在这种情况下，红色光(R)绿色光(G)和蓝色光(B)将不分别通过偏振光束分离器13R、13G和13B，并提供所谓“常态黑色显示模式”中黑色显示。此外，在反射型液晶显示元件50中，由于驱动电压上升以及P偏振光分量经历偏振调制，透光度将增大。
在反射型液晶显示投影仪1中，将前述液晶显示面板5R、5G和5B、合成棱镜6和偏振光束分离器13R、13G和13B彼此集成在一起形成以构造一个光学模块20。由于这种光学模块20，根据本发明的反射型液晶投影仪1设计更加紧凑。
这里需要注意，在反射型液晶显示投影仪1中，提供了和由液晶显示面板5R和5B提供的图像成倒像的液晶显示面板5G具有和液晶显示面板5R和5B的排列不同的排列方向，从而使液晶显示面板5R、5G和5B(液晶显示面板的液晶分子排列方向)的排列方向与在屏幕S上显示的每个图像中的排列方向相互一致。
在这种情况下，当合成棱镜6将由液晶显示面板5R、5G和5B调制的彩色光(R、G和B)合成一个图像，可使在液晶显示面板5R、5G和5B中发生的向错与在来自由合成棱镜6合成的光的屏幕S上形成的图像中的每个向错的形状、尺寸等互相一致。
作为举例，将进一步详细描述上面所述的如在图5中示出的在屏幕S之上的白色显示中的黑色斜线L(例如，向左上倾斜线)的显示。
在反射型液晶显示投影仪1中，在图13B中示出液晶显示面板5G显示关于和在图13A中示出的每个液晶显示面板5R和5B显示的左上倾斜线L1水平反向的右上倾斜线L2，从而使通过合成棱镜6合成的图像在屏幕S上互相一致。
从弯曲线F右侧看，将在图13A中的液晶显示面板5R和5B的排列方向X1设置成以大约45度的角度左上倾。即，排列方向X1几乎和前述液晶显示元件50的显示区61成对角。因此，左上倾斜线L1和排列方向X1在液晶显示面板5R和5B中几乎相互一致。
另一方面，在图13B中示出的液晶显示面板5G排列在液晶显示面板5R和5B按照图像倒像的排列方向X1被反转的方向。因此，从弯曲线F右侧看，将液晶显示面板5G的排列方向X2设置成以大约45度的角度右上倾。即，方向X2和X1在它们所在的平面之间形成大约90度的角度。也就是，在液晶显示面板5G中，右上倾斜线L2和排列方向X2彼此相一致。
由于在图13A中的液晶显示面板5R和5B中，由如在图14A中放大示出的在白色显示像素64a中的黑色显示像素64b表示具有一个像素厚度的左上倾斜线L，形成弯曲的向错线70a和70b以沿着和黑色显示像素64b相邻的白色显示像素64a和来自以排列方向X1定位的拐角(如在图14A中示出的上左侧拐角)的黑色显示像素64b之间的边界延伸。
另一方面，由于在图13B所示的液晶显示面板5G中，由如在图14B中以放大示出的在白色显示像素64a中的黑色显示像素64b表示具有一个像素厚度的右上倾斜线，形成弯曲的向错线70c和70d以沿着和黑色显示像素64b相邻的白色显示像素64a和来自以排列方向X2定位的拐角(如在图14B中示出的右上侧拐角)的黑色现实像素64b之间的边界延伸。
因此，在前述的液晶投影仪1中，当通过合成棱镜6将由液晶显示面板5R、5G和5B调制的彩色光线(R、G和B)合成一个图像以及在屏幕S上在白色显示装置中显示左向上倾黑色斜线L时，可以使在液晶显示面板5R和5B处发生的向错线70a和70b以及在液晶显示面板5G处发生的向错线70c和70d在图15中放大示出的屏幕S上彼此相一致。
如上所述，投影型液晶投影仪1可以在屏幕S上在白色显示装置中合适的显示左上上升黑色斜线L。另一方面，即使在屏幕S上在白色显示装置中显示右上上升黑色倾斜线L，也能够合适的显示线L。
如上所述，依据根据本发明的反射型液晶投影仪1，可以防止色污斑发生在斜线的显示中，因此把提供和其它液晶显示面板5R和5B提供的图像反向的液晶显示面板5G的液晶分子排列到不同于液晶显示面板5R和5B的液晶分子的那些方向，这样提供了高质量的图像显示，从而使液晶显示面板5R、5G和5B的排列方向在屏幕S上显示的图像中相互一致。
实施例下面，将描述实际生产的根据本发明的反射型的液晶投影仪1的实施例。也将描述与该实施例做比较的比较例。
-实施例根据本发明的实施例，制备用于反射型液晶投影仪1的每个三个液晶显示面板5R、5G和5B的每一个的反射型的液晶显示元件50。更具体的，为了制备反射型液晶显示元件，制备具有由ITO层在其上形成的有透明电极的玻璃基片，和由铝层在其上形成具有正方形反射像素电极的硅基片。在电极清洗之后，通过在玻璃和硅基片上的蒸发设备倾斜蒸发二氧化硅配向膜。需要注意，像素反射电极的像素间距是9μm，像素间距C是0.6μm。配向膜是50μm厚，并将配向膜的蒸发角度控制至55度，用于液晶的预倾斜角度为大约2.5度。此外，液晶几乎和像素反射电极成对角被预倾斜(排列液晶分子)。下面，合适数量的直径为2μm的玻璃珠分散于每个都于其上形成有配向膜的多个基片之间，以及用以密封彼此相对设置的基片的边缘的环氧树脂的密封构件。下面，将具有负介电各向异性(由Merck Ltd.获得)的向列液晶材料注入基片之间以形成具有2μm的单位厚度的反射类型液晶显示元件50。
制备A和B两种类型的反射类型液晶显示元件50。在类型A中，从曲线F右看，设置排列方向为左上倾约45度角，几乎是像素反射电极对角。在类型B中，从曲线F右看，设置排列方向为右上倾约45度角。
液晶显示面板5R和5B用A型，而液晶显示面板5G用B型。将它们组装在一起制备根据本实施例的反射型液晶投影仪1。
-比较示例除了每个上述液晶显示面板5R、5B和5G都用A型，本比较示例的反射型液晶投影仪1与上述实施例相似。
按照实施例和比较例的反射型液晶显示投影仪，在屏幕S上都能观测到显示的图像上出现的色污斑。
应注意，使用在图16A中示出的单像管图形作为用于上面观测的图像。观测在单像管图形的中心部分处的右和左倾斜线。此外，使用用于这种观测的每个具有一个像素的厚度的多个左上倾斜线和每个具有一个像素的厚度的多个右上倾斜线，其在图16B中示出的白色显示装置中形成。
在比较例反射型液晶显示投影仪中，应当用黑色显示的右上倾斜线被显示为具有来自黑色和洋红色的混合色得到颜色的斜线，而右上倾斜线被显示为与左上倾斜线分离的绿黑色-黑色线。
另一方面，在根据所述实施例的反射型液晶显示投影仪中，却没有发现这种色污斑。此外，在使用作为类型B的液晶显示元件作为液晶显示面板5R和5B，同时使用类型A的液晶显示元件作为液晶显示面板5G的的实施例中，也没有这种色污斑。
如上所知，通过排列液晶显示面板的液晶分子，可以解决色污斑的问题，并因此可防止图像质量的恶化，其中，该液晶显示面板提供和其它液晶显示面板提供的图像反向的液晶显示面板被排列在和其它液晶显示面板排列方向反向的方向。
用于液晶投影仪1中的多个液晶显示面板基于被合成棱镜6合成之前调制彩色光线(R、G和B)反射的次数为奇数或偶数(包括零)可被分成提供倒像的液晶显示面板5G和液晶显示面板5R和5B。
因此，在如在图7中示出的前述液晶投影仪1中的液晶显示面板5G和偏振光分离装置13G之间另提供的全反射镜21允许全部相同类型的液晶显示面板5R、5G和5B而不必反转显示在液晶显示面板5G的图像。
然而，在光学模块20中增加反射镜21将引起从液晶显示面板5R、5G和5B至合成棱镜6之间彼此不同的光程差，其导致亮度的减小或类似的问题。此外，为了光程相等，不得不将光学模块20整体上设计得较大，其导致部件数量增加，并且这样不利于获得设计紧凑的反射型液晶投影仪1。
应注意，本发明不局限于为图9中示出的反射型液晶投影仪1的前述构造，而可应用于其中由两个二色镜组合形成十字分色色镜22的构造，使用该十字分色色镜作为光合成装置以取代合成棱镜6，例如，在图8中示出的第一种变体就给出了这种情况。
同样在这种情况下，通过向投影物镜7反射由液晶显示面板5R调制的红色光(R)，并允许由液晶显示面5G调制的绿色光(G)经过至投影物镜7以及向投影物镜7反射由液晶显示面板5B调制的蓝色光(B)，可将彩色射线光(R、G和B)合成一个图像。
此外，如在图9中的第二种变体中示出根据本发明的反射型液晶投影仪可以使用四个二向色镜23、24、25和26取代合成棱镜6。
在上面的四个二向色镜中，二向色镜23用以将从灯2发射的白光分离成蓝色光(B)和其它彩色光线(R和G)，并且它向偏振光分离装置13B反射分离的蓝色光(B)，同时允许其它彩色光线(R和G)经过。二向色镜24用以将其它彩色光线(R和G)分离成红色光(R)和绿色光(G)，并且它允许偏振光分离装置13R通过分离的红色光(R)，同时向偏振光分离装置13G反射分离的绿色光(G)。二向色镜24允许由液晶显示面板13R调制的红色光(R)朝向二向色镜25通过，而向二向色镜25反射由液晶面板13G调制的绿色光(G)。二向色镜25允许由液晶显示面板5B调制的蓝色光(B)朝向投射棱镜7通过，而向投射棱镜7反射由液晶显示面板5R和5G调制的红色和绿色光线(R和G)。同样在这种情况下，可将彩色光线(R、G和B)合成成图像。
需注意，本发明不局限于前述反射型液晶投影仪1，其可广泛应用于投影型液晶显示装置，该投影型液晶显示装置基于视频数据调制多个彩色光线并将合成光投影至屏幕之上以显示图像。
此外，本发明不局限于前述垂直排列液晶的反射型液晶显示元件，其可广泛应用于使用非前述类型并不会出现向错的液晶显示元件的投影型液晶显示装置。
综上，参照附图详细描述了本发明有关的特定优选实施例。然而，可以理解对本领域的普通技术人员来说，本发明不局限于所述实施例，可对其进行各种方式的修改、可替代的构造或各种其它形式的具体化，只要其不脱离由附加权利要求提出和限定的范围和精神。
权利要求
1.投影型液晶显示装置，包括对应于多个彩色光提供的多个液晶显示面板，其基于视频数据调制彩色光；用于将由液晶显示面板分别调制的彩色光合成为图像的光合成装置；以及用于把由光合成装置得到的合成光投影至屏幕之上的投影仪，其中，将其中一个提供和其它液晶显示面板提供的图像成倒像的图像的液晶显示面板的排列方向设置成不同于其它液晶显示面板的排列方向，以使在屏幕显示的图像中它们互相一致，所述其中一个液晶显示面板。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括光源，以及用于将从光源射出的光分离成多个彩色光的光分离装置，其中，多个液晶显示面板调制由光分离装置分离的多个彩色光。
3.根据权利要求2所述的装置，其中光分离装置将从光源发射的光分离成对应于红色、绿色和蓝色的三原色的彩色光。多个液晶显示元件包括对应于作为三原色的红色、绿色和蓝色的三个液晶显示面板；以及至少液晶显示面板之一的排列方向不同于其它液晶显示面板的排列方向。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，通过光合成装置，将显示反转图像的液晶显示面板的排列方向，设置成其它液晶显示面板的排列方向相应于该图像反转而反转的方向。
5.根据权利要求4所述的装置，其中显示倒像的液晶显示面板的排列方向与在液晶显示面板的平面中的其它液晶显示面板排列方向大约相差90度。
6.根据权利要求1所述的装置，其中液晶显示面板包括透明基片，具有形成在其主侧的透明电极以及覆盖透明电极的配向膜；相对于透明基片设置的驱动电路板，并具有形成在其主侧上与透明电极相对的多个驱动电路，以及对应于像素的像素反射电极和覆盖多个像素反射电极的配向膜；以及介于透明基片上的配向膜和驱动电路板的配向膜之间的液晶层，所述液晶层为具有负介电各向异性的是垂直排列液晶的液晶层，并且在该液晶层中通过配向膜在预定方向上使液晶层预倾斜。
7.根据权利要求6所述的装置，其中液晶显示面板的排列方向通常是形成显示区的像素的对角方向。
8.根据权利要求6所述的装置，其中通过桢反转驱动以驱动该液晶显示面板，所述桢反转驱动反转每个视频信号桢的驱动电压的极性。
9.根据权利要求6所述的装置，其中相邻反射像素电极之间的缝隙是0.7μm或更小。
10.根据权利要求1所述的装置，其中多个液晶显示面板基于在合成棱镜6合成之前被调制彩色光反射的次数是奇数还是偶数(包括零)被分成提供倒像的第一组液晶显示面板和第二组液晶显示面板。
11.用于投影型液晶显示装置中的光学模块，其中将基于视频数据调制的多个彩色光合成一个图像，并将作为图像的合成光投射于屏幕之上，光学模块包括对应于多个彩色光提供的多个液晶显示面板，其基于视频数据调制彩色光；用于将分别由液晶显示面板分别调制的彩色光合成为一个图像的光合成装置；以及其中，将其中一个提供和其它液晶显示面板提供的图像成倒像的液晶显示面板的排列方向设置成不同于其它液晶显示面板的排列方向，以使它们在屏幕显示的图像中互相一致。
12.根据权利要求11所述的光学模块，其中多个液晶显示元件包括对应于作为三原色的红色、绿色和蓝色的三个液晶显示面板，至少液晶显示面板之一的排列方向不同于其它液晶显示面板的排列方向。
13.根据权利要求11所述的光学模块，其中通过光合成装置将显示倒像的液晶显示面板的排列方向设置成其它液晶显示面板相应于图像反转而反转的排列方向的方向。
14.根据权利要求13所述的光学模块，其中显示倒像的液晶显示面板的排列方向与在液晶显示面板的平面中的其它液晶显示面板排列方向大约相差90度。
15.根据权利要求11所述的光学模块，其中液晶显示面板包括透明基片，具有形成在其主侧的透明电极以及覆盖透明电极的配向膜；相对于透明基片设置的驱动电路板，其具有形成在其主侧上与透明电极相对的多个驱动电路，以及对应于每个像素的反射像素电极和覆盖多个反射像素电极的配向膜；以及介于透明基片上的配向膜和驱动电路板的配向膜之间的液晶层，所述液晶层是具有负介电各向异性是垂直排列液晶的液晶层，并且其中通过配向膜在预定方向使液晶层预倾斜。
16.根据权利要求15所述的光学模块，其中液晶显示面板的排列方向通常是形成显示区的像素的对角方向。
17.根据权利要求15所述的光学模块，其中通过反转每个视频信号桢的驱动电压的极性的桢转换驱动来驱动液晶显示面板。
18.根据权利要求15所述的光学模块，其中相邻的反射像素电极之间的缝隙是0.7μm或更小。
19.根据权利要求11所述的光学模块，其中多个液晶显示面板基于在合成棱镜6合成之前被调制彩色光反射的次数是奇数还是偶数(包括零)被分成提供倒像的第一组液晶显示面板和第二组液晶显示面板。
全文摘要
本发明提供一种反射型液晶显示投影仪，包括多个液晶显示面板(5R、5G和5B)，以基于各自视频数据相应三原色(红色、绿色和蓝色)调制彩色光线(R、G和B)，和合成棱镜(6)，用于将液晶显示面板(5R、5G和5B)调制的彩色光线(R、G和B)合成为图像。提供和液晶显示面板(5R和5B)提供图像成倒像的液晶显示面板(5G)排列在方向(X2)上，该方向(X2)不同于在液晶显示面板(5R和5B)的排列方向(X1)，以使液晶显示面板(5R、5G和5B)的排列方向(X1和X2)在屏幕(S)上显示的图像中相互一致。这样，可以防止合成液晶显示面板(5R、5G和5B)调制的彩色光线得到的图像上出现色污斑。
文档编号H04N9/31GK1607457SQ200410098128
公开日2005年4月20日 申请日期2004年9月13日 优先权日2003年9月12日
发明者桥本俊一 申请人:索尼株式会社