專利名稱：液晶投影儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用垂直對準液晶裝置的液晶投影儀。更具體地說，本發明涉及一種能一起改善對比度和響應速度的液晶投影儀。
背景技術：
迄今為止，已經知道了采用例如透射式液晶面板，通過對光源發出的光進行光調制，形成圖像光束，并在例如屏上投影所形成的圖像的圖像投影儀。采用這種液晶投影儀，用液晶面板結合紅(R)、綠(G)和藍(B)三基色光束實現光調制，并且通過該光調制形成的各光束被合成在一起，以輸出全彩色圖像。
用于消除圖像影像中的不規則性并通過展寬液晶面板視角而改善對比度的液晶投影儀已經在日本專利2001-42314中提出。在此公開文本中的液晶投影儀包括燈102，其在反射器102a的焦點位置具有光發射單元102b，如圖1所示。從燈102發射的光束，從燈的開口部分向前發射，該光束基本平行于反射器102a的光軸。
在燈102的下游側臺，設置有排列成例如方形陣列的多個透鏡構件組成的多透鏡陣列103，以及另一多透鏡陣列104。多透鏡陣列103的透鏡構件的包絡線，與例如由扭曲向列液晶形成、并包括液晶面板部分110，113，119的液晶面板的被照射區域的形狀和高寬比相同，稍后將對該液晶面板進行說明。另一多透鏡陣列104由多個透鏡構件組成，其設置為與多透鏡陣列103的透鏡構件相對。由多透鏡陣列103、104采集的光束，通過光偏振部件105轉換成具有預定偏振方向的偏振光束。也就是，從燈102發射的非偏振光，即P偏振光加S偏振光，通過光偏振部件105并從而被轉換成具有預定光偏振方向的光束，例如，P偏振光，以與液晶面板部分110，113，119相匹配。同時，省略對光偏振部件105的說明。
通過光偏振部件105被轉換成例如P偏振光束的光，射到設置在光偏振部件105旁的平凸透鏡106。構建該平凸透鏡106是用于采集來自光偏振部件105的光束以有效照明液晶面板。
從平凸透鏡106發射的光束，即白色光，最初射向用于透射紅色光束R的二向色鏡107。二向色鏡透射紅色光束R并反射綠色光束G和藍色光束B。通過二向色鏡107透射的紅色光束R，其前進方向被反射鏡108轉向例如90°，并經由平凸透鏡109入射到液晶面板部分110。
另一方面，被二向色鏡107反射的綠色光束G和藍色光束B，通過用于透射藍色光束B的二向色鏡104被彼此分離。也就是，綠色光束G被二向色鏡104反射，并通過平凸透鏡112入射到液晶面板部分113。藍色光束B從二向色鏡104透射，并沿直線前進，通過中繼透鏡114、反射鏡115、中繼透鏡116、反射鏡117和平凸透鏡118，到達液晶面板部分119。
通過由液晶面板部分110，113和119進行光調制的各種顏色的光束，入射到交叉棱鏡120，交叉棱鏡120是通過將復合玻璃棱鏡接合在一起而形成的。在玻璃棱鏡的連接面上形成具有預設光學特性的干涉濾色器121a、121b。例如，設置干涉濾色器121a用來反射紅色光束R并透射綠色光束G，而設置干涉濾色器121b用來反射藍色光束B并透射綠色光束G。因此，紅色光束R被干涉濾色器121a反射，而藍色光束B被干涉濾色器121b反射，從而兩種光束到達投影透鏡122，在那里各光束被合成在唯一的光軸上。
利用上述液晶投影儀100，會出現與視角有關的對比度下降的問題。這個與視角有關的問題，可以歸因于組成液晶面板的扭曲向列液晶分子的扭曲，如圖2所示。在該圖中，示出了設置在偏光片130，133之間的常白液晶面板132的液晶分子陣列。在每個取向膜132a，132b中的實線箭頭示出對準的處理方向。如果驅動電壓施加至上述構造的液晶面板132，液晶分子從所示狀態豎立，從而切斷任意入射光束。在取向膜132a，132b的每個的界面，液晶分子的對準方向相對于對準處理方向具有預定角度。該預定角度在術語中稱為預傾角。該預定角度是在施加驅動電壓時為了引導液晶分子的驅動方向而對準的進程方向的分子初始對準角度。通過向液晶面板132施加電壓以使液晶分子豎立，可以顯示黑色電平。然而，由于預傾角的上述效果，與視角相關的光阻斷特性劣化，而產生黑色白化現象，導致對比度下降。
因此，在傳統液晶投影儀100中，在偏光片130和液晶面板132之間設置相位差膜131，以改善對比度，如圖3所示。圖3所示的液晶面板132中，設置在光入射側的第一偏光片130具有偏振軸，也就是，例如沿z軸的偏振方向。因此，經過偏光片130的光束到達相位差膜131。相位差膜131被設置成使得相位延遲軸或快軸與偏光片130的光偏振軸相交。此外，相位差膜131設置為圍繞包括在相位差膜130的平面內并平行于偏光片130的光偏振軸延伸的旋轉軸按預定傾角設置。至于液晶面板132，取向膜132a的對準處理方向為x軸方向，而取向膜132b的對準處理方向為y軸方向，如圖2所示。液晶分子以必須的預傾角取向，如圖中與取向膜132a，132b關聯的粗線條所示。因此，在偏光片130的光偏振軸與液晶分子的對準方向之間，存在與上述預設預傾角對應的角度差。相位差膜131校正該角度差，使得穿過偏光片130的光束的相位與具有預傾角的取向膜130a的液晶分子陣列一致。
發明內容
發明解決的問題同時，上述傳統液晶投影儀使用扭曲向列液晶作為液晶裝置。在最近出現的液晶投影儀中，垂直對準液晶裝置開始被使用。使用垂直對準液晶裝置，可以獲得極高的對比度。然而，當將垂直對準液晶裝置安裝到液晶投影儀上時，會出現液晶分子的對準方向被所謂橫向電場干擾的現象，該橫向電場在平行于基板表面的方向變得最強，從而導致透射率下降。
為了盡可能抑制橫向電場，提出了所謂的逐場反向驅動系統，其中每兩個相鄰場的電極電位相反。為實現該驅動，液晶裝置的每個像素必須具有足夠的像素電位電容，以使得像素電位足夠保持一個場周期。因此，在安裝垂直對準液晶裝置時，液晶裝置必須被設計并構造為能增強像素電位電容的反射液晶裝置。然而，這使液晶投影儀的設計和構建受到約束。
另一方面，從易于制造的觀點考慮，透射液晶裝置是用于液晶投影儀的主流液晶裝置，并且試圖將其設計并構造為垂直對準液晶裝置。為了抑制由橫向電場引起的對液晶分子對準的其他干擾，以得到高性能，期望使用已經在直視液晶裝置實現的施加傾斜電場的方法，或對準控制方法，諸如在像素中設置傾斜部分。在這兩種方法中，都要犧牲顯示面中的開口率(孔徑)，使得這些方法不能應用于高清晰度的液晶裝置。
本發明還提出了用于控制垂直對準液晶分子的預傾角的方法，該方法抑制了由橫向電場引起的對液晶分子對準的其他干擾，并改善液晶面板132的透射率以及液晶分子的響應速度。然而，會出現不能實現高對比度的問題，而高對比度是垂直對準液晶裝置的突出優點，從而很難實行其上安裝垂直對準液晶裝置的透射液晶投影儀。
本發明的目的是為了解決上述問題，并提供一種其上安裝有垂直對準液晶裝置的透射液晶投影儀，其中液晶面板的透射率和響應速度可以改善，并且保持高對比度。
根據本發明，提供一種液晶投影儀，其包括偏光控制器件和相位差器件。偏光控制器件包括分別設置在液晶裝置的光入射側和光發射側的第一偏光片和第二偏光片。第一偏光片透射照明光學系統采集的光束中的第一偏振光成分，并將透射的第一偏振光成分發送到液晶裝置。第二偏光片透射從液晶裝置發射的光束中的第二偏振光成分，以將透射的第二偏振光成分發送到投影透鏡。相位差器件由設置在第一偏光片和液晶裝置之間，或第二偏光片和液晶裝置之間的光學各向異性裝置形成。相位差器件的光學各向異性裝置相對于液晶裝置中的液晶分子的對準方向傾斜一角度。
在本發明的優選實施例中，提供一種液晶投影儀，其包括光源，用于將從光源發射的光束聚集在理想光路上的照明光學系統，用于通過以垂直對準狀態排列的液晶分子對由照明光學系統收集的光束進行光調制的液晶裝置，以及用于將液晶裝置光調制的光束投影至放大比例的投影透鏡。液晶投影儀包括偏光控制器件和相位差器件。偏光控制器件包括分別設置在液晶裝置的光入射側和光發射側的第一偏光片和第二偏光片。第一偏光片透射照明光學系統采集的光束中的第一偏振光成分，并將透射的第一偏振光成分發送到液晶裝置。第二偏光片透射從液晶裝置發射的光束中的第二偏振光成分，以將透射的第二偏振光成分發送到投影透鏡。相位差器件由設置在第一偏光片和液晶裝置之間，或第二偏光片和液晶裝置之間的光學各向異性裝置形成。相位差器件的光學各向異性裝置相對于液晶裝置中的液晶分子的對準方向傾斜一角度。
根據本發明，使用以下液晶投影儀，其中光學各向異性裝置以與液晶分子的預傾角α相關的一定角度安裝在液晶面板5中。通過這樣做，可以保持高對比度，同時改善液晶面板的透射率以及響應速度。
本發明的其他目的和具體優點，可以通過以下對其優選實施例的解釋，特別是結合附圖的解釋，而變得更加明確。
圖1是傳統液晶投影儀的側視圖。
圖2是示出組成液晶面板的扭曲向列液晶分子的構造的透視圖。
圖3是示出設置在偏光片和液晶面板之間的相位差膜的構造的透視圖。
圖4是示出根據本發明的液晶投影儀的構造的側視圖。
圖5是示出用于根據本發明的液晶投影儀的液晶面板的透視圖。
圖6是示出本發明的液晶投影儀中從光入射側偏光片至光發射側偏光片的構造的透視圖。
圖7A和7B是根據本發明的液晶投影儀的對比度特性圖。
圖8是示出穿過液晶裝置的基板施加用于單行反轉驅動的電場的狀態下的示圖。
圖9示出通過將光學各向異性裝置設置為角度傾斜而獲得的顯示狀態。
圖10A和10B是液晶分子在小預傾角α的情況下的對比度特性圖。
圖11A和11B一方面示出液晶裝置的對比度特性、透射率和響應速度的關系，另一方面示出與預傾角α之間的關系。
圖12A和12B是示出將光學各向異性裝置夾在一對傾斜介質片之間的結構的示意圖。
圖13A和13B是分別示出用于改變光學各向異性裝置的旋轉角β的補償板傾斜機構的前視圖和側視圖。
具體實施例方式
現在參照附圖對根據本發明的三板型液晶投影儀的實施例進行說明，其中三塊用于紅色、綠色和藍色光束的透射液晶面板用于投影全彩色圖像。
液晶投影儀1將圖像投影到外部屏上。參照圖4，液晶投影儀1沿從光源11發射的光路，按順序包括發射光束的光源11，截止濾光片12，第一反射(fold-back)鏡13，第一和第二多透鏡陣列14，15，PS合成樹脂片16，第一聚光透鏡17和第一二向色鏡20。截止濾光片截斷可見光范圍外的光，并且第一反射鏡13反射入射其上的光束。第一和第二多透鏡陣列14，15中的每一個例如由具有外形封裝并且高寬比大致與液晶面板25的有效開口區域相同的多個透鏡構件的方形陣列形成。PS合成樹脂片16使來自第二多透鏡陣列15的光束沿預設光偏振方向發生偏振，并且第一聚光透鏡17采集經過PS合成樹脂片16的光束。第一二向色鏡20根據不同波長譜帶分離光束。
光源11用于發射投影全彩色圖像所必需的白光，該白光由紅色、綠色和藍色三基色光組成。光源11包括發射白光的光發射構件11a，以及用于反射從光發射構件11a發射的光的反射器11b。光源11的光發射構件11a，例如，是放電燈，其中封入包括水銀成分的氣體，例如超高壓水銀燈。光源11的反射器11b是凹透鏡，其鏡面形成為具有高周邊效率。反射器11b形成為對稱旋轉表面，諸如旋轉拋物面或橢球面。
截止濾光片12是平面鏡，用于反射并從而去除包括在從光源11發射的白光中的紫外線區域的光。例如截止濾光片12是玻璃基板，其上形成涂層以反射紫外線區域的光。截止濾光片允許除了紫外線區域的光經過。
第一多透鏡陣列14被設計為在與第二多透鏡陣列15聯合的情況下，將入射在第一多透鏡陣列14上的光轉變為對應液晶面板25的有效區域的形狀的光束，以均勻照明液晶面板25的有效區域，如以下解釋，并從而確保均勻照度分布。第一多透鏡陣列14通過將多個小透鏡設置在一個陣列中而形成。由第一反射鏡13反射的光被透鏡裝置采集，以形成多個小尺寸點光源。來自各個點光源的照明光束被第二多透鏡陣列15合成。
聚光透鏡17是凸透鏡，其用于調節光斑直徑，使得由PS合成樹脂片16控制在預定偏振方向的光有效照明液晶面板25的有效開口區域。
第一二向色鏡20是波長選擇鏡，其例如由玻璃基板組成，其主表面通過所謂二向色涂覆，涂覆了多層介電膜。第一二向色鏡20將入射光束分離為紅色光束和其他顏色的光束，使紅色光束被反射，并透射其他顏色的光束，即綠色光束和藍色光束。
具體地說，第一二向色鏡20設置在從聚光透鏡17入射的光的光路上，相對于垂直方向傾斜45°，以從聚光透鏡17入射的光束中透射綠色光束和藍色光束，并沿基本垂直的方向反射紅色光束，從而將紅色光束的方向改變90°。
液晶投影儀1沿由第一二向色鏡20分離的紅色光束的光路，按順序還包括第二反射鏡22，第一場鏡23R，第一光入射側偏振片24R，第一液晶面板25R，以及第一光發射側偏振片26R。第二反射鏡對光束全反射，并且第一場鏡23R采集該光束。第一光入射側偏振片24R僅透射預定方向偏振的光成分，第一液晶面板25R對光束進行空間調制。第一光發射側偏振片26R僅透射預定偏振方向的光成分。
第二反射鏡22是全反射鏡，向垂直方向反射由第一二向色鏡20反射的光束，將光方向改變90°。第二反射鏡設置在反射的紅色光束的光路上，相對于垂直方向45°設置。因此，第二反射鏡22向第一場鏡23R反射紅色光束。
第一場鏡23R是與聚光透鏡17一起形成照明光學系統的光采集透鏡。第一場鏡將從第二反射鏡22反射回的紅色光，向第一光入射側偏振片24R輸出，同時采集第一液晶面板25R上的光。
第一光入射側偏振片24R設計為僅透射具有預定偏振方向的紅色光束的光成分。紅色光束被從第一場鏡23R輸出。第一光入射側偏振片24R被設置為使得光軸或光透射方向相對于在第一液晶面板25R的光入射側基板表面上的液晶分子的對準方向成45°角。
第一液晶面板25R是采用垂直對準液晶分子的透射面板，并且其由未示出的兩片透明基板組成，在兩片透明基板之間封裝了垂直排列的液晶分子。當液晶分子狀態響應輸入的與紅色圖像信息關聯的圖像信號而改變時，第一液晶面板25R對經由第一光入射側偏振片24R入射的紅色光束進行空間調制，以透射該進行空間調制的紅色光束。因為投影的圖像基本為矩形，其沿水平方向的圖像尺寸長于沿垂直方向的圖像尺寸，第一液晶面板25R具有相應形狀的光入射表面，即大致為矩形。
第一光發射側偏振片26R僅透射具有垂直于第一光入射側偏振片24R的偏振方向的光偏振方向的紅色光束的光成分。紅色光束被第一液晶面板25R調制。第一光發射側偏振片26R被設置為使得光透射軸(光透射方向)相對于在第一液晶面板25R的光發射側基板表面上的液晶分子的對準方向成45°角。簡言之，第一光發射側偏振片26R和第一光入射側偏振片24R被設置為具有正交尼科耳關系，即第一光發射側偏振片被設置為使得其光透射軸垂直于第一光入射側偏振片24R的光透射軸。
液晶投影儀1還包括第二二向色鏡31，其用于沿其他顏色的光束，即由第一二向色鏡20的分離而獲得的藍色光束和綠色光束的光路，根據波長譜帶來分離入射光束。
第二二向色鏡31將入射光束分離為藍色光束和其他顏色的光束，即綠色光束。
第二二向色鏡31相對于從第一二向色鏡20入射光的光路，被設置為相對于垂直方向偏離45°，這樣，第二二向色鏡從第一二向色鏡20入射的光透射藍色光束，沿基本平行方向朝向圖像投影單元2反射綠色光束，從而將綠色光束的方向改變90°。
液晶投影儀1沿由第二二向色鏡31分離獲得的綠色光束的光路，按順序包括第二場鏡23G，第二光入射側偏光片24G，第二液晶面板25G和第二光發射側偏光片26G。第二場鏡采集光，并且第二光入射側偏光片僅透射具有預設光偏振方向的光成分。第二液晶面板25G空間調制所述光，并且第二光發射側偏光片26G僅透射具有預設偏振方向的光成分。
第二場鏡23G是與聚光透鏡17一起形成照明光學系統的光會聚透鏡。第二場鏡將由第二二向色鏡31反射的綠色光束，朝向第二光入射側偏光片24G輸出，同時采集第二液晶面板25G上的光。
第二光入射側偏光片24G是僅透射從第二場鏡23G輸出的綠色光束中的具有預設偏振方向的光成分的偏光片。第二光入射側偏振片24G設置為使得光透射軸方向相對于在第二液晶面板25G的光入射側基板表面上的液晶分子的對準方向成45°角。
第二液晶面板25G是采用垂直對準液晶分子的透射面板。該透射面板由兩片透明基板，以及封裝在兩片透明基板之間限定的空間中的垂直對準液晶分子組成。隨著液晶分子狀態響應輸入的與綠色圖像信息關聯的圖像信號而改變，使用第二液晶面板25G對經由第二光入射側偏振片24G入射的綠色光束進行空間調制，以透射進行空間調制的綠色光束。因為投影的圖像基本為矩形，因而第二光入射側偏光片24G具有相應形狀的光入射表面，即基本為矩形。
第二光發射側偏光片26G僅透射具有垂直于第二光入射側偏振片24G的偏振方向的光偏振方向的綠色光束的光成分。綠色光束被第二液晶面板25G調制。第二光發射側偏光片26G設置為使得光透射軸相對于在第二液晶面板25G的光發射側基板表面上的液晶分子的對準方向成45°角。第二光發射側偏振片26G和第二光入射側偏振片24G被設置為具有正交尼科耳關系，即第二光發射側偏振片26G設置為使得其光透射軸垂直于第二光入射側偏振片24G的光透射軸。
液晶投影儀1沿由第二二向色鏡31分離的藍色光束的光路，還包括第一中繼透鏡33，用于調節光程長；第三反射鏡34，用于全反射入射光束；以及第二中繼透鏡35，用于校正光程長。所述液晶投影儀還包括第四反射鏡36，用于全反射入射光束；第三場鏡23B，用于采集光束；以及第三光入射偏光片24B，用于僅透射入射光束中具有預設偏振方向的光成分。液晶投影儀還包括第三液晶面板25B，用于對入射光束進行空間調制；以及第三光發射側偏光片26B，用于僅透射入射光束中具有預設偏振方向中的光成分。
第一中繼透鏡33用于與第二中繼透鏡35結合來調節光程長，并將由第二二向色鏡31分離的藍色光束導向第三反射鏡34。
第三反射鏡34沿水平方向反射來自第一中繼透鏡33的光束，以將其方向改變90°。具體地說，第三反射鏡設置為相對于來自第一中繼透鏡33的藍色光束的光路，相對于垂直方向傾斜45°。因此，第三反射鏡34將來自第一中繼透鏡33的光朝向第二中繼透鏡35反射。
第二中繼透鏡35用于與第一中繼透鏡33結合來調節光程長，并將被第三二向色鏡34反射的藍色光束朝第四反射鏡36反射。
應該注意到藍色光束到第三液晶面板25B的光程長于紅色光束到第一中繼透鏡25R的光程或綠色光束到第二液晶面板25G的光程。因此，第一中繼透鏡33和第二中繼透鏡35補償該光程長差值，以適當地校正會聚在第三液晶面板25B上的藍色光束。
第四反射鏡36是全反射鏡，用于沿垂直方向反射來自第二中繼透鏡35的光，以將其方向改變90°，并且第四反射鏡36設置為相對于來自第二中繼透鏡35的藍色光的光路，相對于垂直方向偏離45°。這樣，第四反射鏡36將來自第二中繼透鏡35的藍色光束朝第三場鏡23B反射。
第三場鏡23B是聚光透鏡，其與聚光透鏡17結合構成照明光學系統。第三場鏡將由第四反射鏡36反射的藍色光束朝向第三光入射偏光片24B反射，同時采集第三液晶面板25B上的光束。
第三光入射偏光片24B是僅透射從第三場鏡23B輸出的藍色光束中的具有預設偏振方向的光成分的偏光片。第三光入射偏光片24B設置為使得光透射軸相對于在第三液晶面板25B的光入射側基板表面上的液晶分子的對準方向成45°角。
第三液晶面板25B是采用垂直對準液晶分子的透射面板。第三液晶面板由未示出的兩片透明基板，以及封裝在兩片透明基板之間限定的空間中的垂直對準液晶分子組成。隨著液晶分子狀態響應輸入的與藍色圖像信息關聯的圖像信號而改變，第三液晶面板25B對經由第三光入射偏振片24B入射的藍色光束進行空間調制并透射該藍色光束。因為投影的圖像基本為矩形，第三液晶面板25B具有相應形狀的光入射表面，即基本為矩形的光入射表面。
第三光發射側偏光片26B僅透射具有垂直于第三光入射偏光片24B的偏振方向的藍色光束的光成分。藍色光束被第三液晶面板25B調制。第三光發射側偏光片26B被設置為使得光偏振軸相對于在第三液晶面板25B的光發射側基板表面上的液晶分子的對準方向成45°角。簡言之，第三光發射側偏振片26B和第三光入射側偏振片24B設置為具有正交尼科耳關系，即第三光發射側偏振片26B被設置為使得其光透射軸垂直于第三光入射側偏振片24B的光透射軸。
液晶投影儀1在紅色、綠色和藍色光束的光路交叉位置處還包括光合成棱鏡38和投影透鏡41，所述紅色、綠色和藍色光束分別被第一至第三液晶面板25R，25G和25B空間調制，并分別由光發射側偏光片26R，26G和26B透射。光合成棱鏡38合成紅色、綠色和藍色光束，并且投影透鏡41將由光合成棱鏡38合成的光束朝向屏投影。
在光合成棱鏡38上，入射從第一液晶面板25R發射并從第一光發射側偏振片26R透射的紅色光束，從第二液晶面板25G發射并從第二光發射側偏振片26G透射的綠色光束，以及從第三液晶面板25B發射并從第三光發射側偏振片26B透射藍色光束。光合成棱鏡38合成入射的紅色、綠色和藍色光束，以從光發射表面38T發射合成光束。
投影透鏡41將從光合成棱鏡38的光發射表面38T發射的合成光，以放大的比例投影到屏上。
現在進一步詳細說明液晶面板25R，25G和25B。
圖5示出液晶面板25的透視圖。參照圖5，通過將光入射側液晶基板41a和光發射側液晶基板41b堆疊在一起形成液晶面板25。來自光入射側偏光片24的入射光Li入射到光入射側液晶基板41a上。在基板41a，41b之間限定的空間中，具有密封的垂直對準液晶分子。用于施加電壓到液晶裝置的電壓印板(voltage impression)42的部分被連接到光發射側液晶基板41b。
圖6示出根據本發明的液晶投影儀從光入射側偏光片24至光發射側偏光片26的詳細構造。在光入射側液晶基板41a和光發射側液晶基板41b之間，夾有排列成陣列的垂直對準液晶分子25a，其被均勻取向，相對于基板表面的垂直線Y1具有一定傾斜角α。該角度α以下文中指預傾角。在本實施例中，假設將預傾角α設定為12°以賦予強取向控制力，液晶分子不會受到任何橫向電場的對準干擾。
同時，如果要在單行反向驅動時產生反抗橫向電場的取向控制力，20°的預傾角α就足夠了。因此，預傾角α被設置為在1°至20°范圍內。
在液晶投影儀1中，根據本發明，光學各向異性裝置45被設置在光入射側偏光片24和液晶面板25之間，并具有預設的傾斜角β，以改善例如對比度，如圖6所示。該光學各向異性裝置45是例如由聚苯乙烯聚合物、基于聚合物的丙烯酸、基于聚合物異丁烯酸、丙烯腈聚合物或甲基丙烯腈聚合物形成的負單軸相位片。該光學各向異性裝置45可以形成為便于用作投影儀的無機介電材料的多層膜，例如，Ti2O5或SiO2。
因為光學各向異性裝置被設置得相對于入射光束傾斜，考慮到此，其它由反射引起的光損失必須被最小化，可以在該光學各向異性裝置45的表面上涂覆抗反射膜。在這種情況下，涂覆抗反射膜的光學各向異性裝置45的反射率優選為1％或更小，尤其優選為0.5％或更小。
如上所述構造的光學各向異性裝置45，被設置為垂直于液晶分子的對準方向，即以光學各向異性裝置45的光軸P1為旋轉中心，使光學各向異性裝置從平行于液晶基板41的平面旋轉β角，如圖6中示例所示。此時旋轉方向大致與液晶分子的預傾方向相同。
如果延遲值(Δnd)為-427nm的光學各向異性裝置45被設置為對于預傾角α＝12°的情況下β＝14°，對于極角為10°或更大的方向，可以實現2000∶1或更大的對比度，如圖7A所示。此外，視角特性可以更接近理想狀態。在不存在光學各向異性裝置45的情況下，對于極角高達20°，具有2000∶1的對比度的區域與中心適當偏離，如圖7B所示。即，可以看出，因為液晶分子以預傾角α傾斜，前側對比度適當降低，同時視角特性劣化，除非如果液晶分子的傾斜通過光學各向異性裝置45的傾斜去除。同時，當通過計算找到圖7B的趨勢后，液晶分子的Δnd被設置為427nm。雖然希望光學各向異性裝置的Δnd和液晶分子的Δnd幅值相同而極性相反，但±50nm級別的誤差是可校正的。在采用透射垂直對準液晶裝置的情況下，Δnd值被設計為在300nm至500nm范圍內。還可以對紅色光束、綠色光束和藍色光束中的每一個來優化Δnd值。
同時，在根據本發明的液晶投影儀1被用作透射三片液晶投影儀的情況下，液晶分子的預傾角α在大多數情況被設置為12°。通過以上述傾斜角設置光學各向異性裝置45，在施加電場進行單行反向驅動的情況下，如圖8所示，通過將光學各向異性裝置45設置為按如上所述傾斜，可以在液晶基板41上獲得最佳顯示狀態，諸如圖9所示。
即使液晶分子具有小預傾角α，也可獲得上述對比度特性。對于α＝2°，對比度特性如圖10A所示。光學各向異性裝置45可以以傾斜角度設置，從而可以獲得具有寬視角的理想對比度，如圖10B所示。
因此，光學各向異性裝置45設置在光入射側偏光片24和液晶面板25之間，并且被傾斜旋轉角β，該旋轉角β大致與液晶面板25中的液晶分子的預傾角α大致相等，由此可以進一步改善對比度。
圖11A和11B示出相對于預傾角α，液晶分子的對比度特性，透射率和響應速度之間的關系。采用垂直對準液晶分子，通過在用光學各向異性裝置45光補償之前，將預傾角α設置為較小的值，可以使對比度較高，如圖11A所示。然而，如果在單行反向驅動時，預傾角α被設置為較小的值，由于生成疇域(domain)，透射率劇烈下降并且響應速度也下降，如圖11B所示。
另一方面，如果預傾角α被設置為較大的值，至透射率為90％級別的程度，響應速度隨之改善。然而，在光學補償之前，如圖11A所示，對比度劇烈降低。
通過設置具有根據本發明控制的傾斜角的光學各向異性裝置45，光學補償后的對比度可以設為2000∶1或更高，如圖11A所示，因此對比度被改善。尤其是，根據本發明，隨著液晶裝置的透射率和響應速度被設為較佳狀態，可以有效改善對比度。簡言之，可以實現在運動圖像特性方面得到改善的高質量液晶投影儀。
尤其是，對于液晶投影儀1，由無機材料組成的蒸發膜可以用作液晶的前述取向膜。而且，不需要對光學各向異性裝置45進行空間軸傾斜處理，并且因此光學各向異性裝置可以由多層無機氧化物膜形成。這里，所有的投影儀構件，除了液晶之外，可以由無機材料形成，從而改善耐氣候性。
此外，對于耐氣候性被改善并且相結合地實現高對比度以及改善的視角特性的液晶投影儀1，可以擴展入射光的擴展角，從而實現具有較高亮度的投影儀。
在上述實施例中，已經說明了預傾角α和旋轉角β大致相等的情況。本發明不限于這種情況，光學各向異性裝置45的旋轉角β可以是與預傾角α相關的條件下的任何角。光學各向異性裝置45還可以以這樣的角度傾斜，使得垂直于液晶面板25中的液晶分子對準方向的方向成為光學各向異性裝置的旋轉軸。
旋轉角度β還與液晶面板25的折射率n1相關，并且與距離液晶面板25和光學各向異性裝置45一樣遠的介質的折射率n2相關。根據斯捏爾定律，預傾角α和旋轉角β可以用下式(1)表示n1sinaα＝n2sinβ (1)在上述圖6所示的結構中，距離液晶面板25和光學各向異性裝置45一樣遠的介質是空氣。因此，用1替代n2，并且用普通光的折射率n0替代液晶分子的折射率n1，可以看出對于預傾角α＝12°，在β＝14°的情況下可以改善對比度特性。
以同樣的方式，當距離液晶面板25和光學各向異性裝置45一樣遠的介質的折射率不同于空氣的情況下，用于改善例如對比度特性的最佳旋轉角β可以通過將介質的折射率代入公式(1)來確定。
圖12A示出其中光學各向異性裝置45夾在傾斜介質片51之間的方式。在圖12A的結構中，光學各向異性裝置45的旋轉角β在一開始時固定。依靠與光學各向異性裝置45一樣遠的介質51的折射率n2，旋轉角β可以從公式(1)得出。可以調節介質51的傾斜角度以從公式(1)得出的旋轉角β。
圖12B示出一開始就具有傾斜軸的光學各向異性裝置45，其直接安裝在液晶面板25上。圖12所示的光學各向異性裝置45的軸，依靠其折射率，被控制為旋轉角β。因此，在該結構中，也可以同樣改善例如對比度特性。
采用本發明的液晶投影儀1，不限于上述實施例。例如，光學各向異性裝置45的旋轉軸β可以自由改變。
圖13A和13B示出用于改變光學各向異性裝置45的旋轉角β的補償板傾斜機構7。該補償板傾斜機構7包括光學補償板安裝單元71、傾斜軸72、旋轉環73和支撐74。光學補償板安裝單元將光學各向異性裝置45固定。傾斜軸72允許光學補償板固定單元71沿圖13B中箭頭P指示的方向旋轉。旋轉環73允許光學補償板固定單元71沿圖13A中箭頭Q指示的方向旋轉，并且支撐74設置在旋轉環73的周圍。
因此，通過沿圖13B中箭頭P指示的方向或沿圖13A中箭頭Q指示的方向，自由旋轉光學各向異性裝置45，可以更精確地調節旋轉角β。更具體地，如果想要根據液晶投影儀1的實際使用情況，校正預設旋轉角β，在光學各向異性裝置45被安裝在該補償板傾斜結構7上的情況下，可以容易地進行這種校正。
另一方面，很可能生產線上的各個液晶投影儀的液晶面板25中的液晶分子的預傾角α只是輕微地不同，并且很可能光學各向異性裝置45的最佳旋轉角β也以相應的方式輕微地不同。然而，在光學各向異性裝置45被安裝在補償板傾斜機構7上的情況下，當設置在生產臺時旋轉角β可以被優化，并且當設置在生產臺時，可隨后根據本發明對旋轉角β一點點地調節。
應該注意，采用本發明的液晶投影儀1，不限于采用垂直對準液晶裝置的情況，并且也可以被用于均勻取向的電氣控制雙折射系統。
采用本發明的液晶投影儀1，不限于光學各向異性裝置45設置在光入射偏光片24和液晶面板25之間的情況，并且光學各向異性裝置45當然可以設置在光發射側偏光片26和液晶面板25之間。
雖然到目前為止已經參照優選實施例對本發明進行了說明，本發明不限于這些實施例的特定結構。應該理解本發明可包括例如在本發明的范圍和原理的范圍內由本領域技術人員輕易實現的各種改變或修正。
權利要求
1.一種液晶投影儀，其包括光源，用于將從所述光源發射的光束聚集在理想光路上的照明光學系統，用于通過以垂直對準狀態排列的液晶分子對由所述照明光學系統收集的光束進行光調制的液晶裝置，以及用于將所述液晶裝置光調制的所述光束投影至放大比例的投影透鏡，所述液晶投影儀包括偏光控制器件，其包括分別設置在所述液晶裝置的光入射側和光發射側的第一偏光片和第二偏光片；所述第一偏光片透射所述照明光學系統收集的所述光束中的第一偏振光成分，并將透射的第一偏振光成分發送到所述液晶裝置；所述第二偏光片透射從所述液晶裝置發射的所述光束中的第二偏振光成分，并將透射的第二偏振光成分發送到投影透鏡；以及相位差器件，其由設置在所述第一偏光片和所述液晶裝置之間、或所述第二偏光片和所述液晶裝置之間的光學各向異性裝置形成；所述相位差器件的所述光學各向異性裝置相對于所述液晶裝置中的液晶分子的對準方向傾斜一角度。
2.根據權利要求1所述的液晶投影儀，其中，所述相位差器件的所述光學各向異性裝置被傾斜一角度，所述角度與從所述液晶裝置到所述光學各向異性裝置的介質的折射率相關，并且和所述液晶裝置的折射率相關。
3.根據權利要求1所述的液晶投影儀，其中，所述液晶裝置中的液晶分子被均勻取向。
4.根據權利要求1所述的液晶投影儀，其中，所述相位差器件的所述光學各向異性裝置相對于與所述液晶裝置中的液晶分子的對準方向垂直的方向傾斜一角度。
5.根據權利要求1所述的液晶投影儀，其中，還包括用于調節所述相位差器件的所述光學各向異性裝置的傾斜角的器件。
全文摘要
本發明提供一種透射液晶投影儀，其安裝有垂直對準液晶構件，并在液晶面板(25)的入射側和發射側分別具有入射側偏振片(24)和發射側偏振片(26)。由照明光學系統聚光的光束中的第一偏振成分通過入射側偏振片(24)，并被導向液晶面板(25)。光學各向異性組件(45)，被設置在入射側偏振片(24)和液晶面板(25)之間或在發射側偏振片(26)和液晶面板(25)之間，其中，該光學各向異性組件相對于液晶面板(25)中的液晶分子的對準方向以相應的特定角度(預傾角)傾斜。結果，可以保持高對比度，并增強液晶面板的透射率。
文檔編號G03B21/00GK1977213SQ20058002138
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月13日 優先權日2004年6月29日
發明者白坂康弘, 犬飼仁, 谷野友哉 申請人:索尼株式會社