平面显示器的光学装置制造方法及图纸

一种平面显示器，包括背面光源，用于产生窄带激活光；部件，例如液晶调制器（２１），用于调制激活光；发光输出屏（２３），它响应该激活光而发出可见光。没有使得激活光简单地穿过调制器到达屏幕上，而是在调制器（２１）和输出面板之间设置光学装置（２２），从而将调制器的影像投射至输出屏上。这降低了激活光准直的需要。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。在本专利技术中使用投影装置，以有助于PL-LCD平面显示器的操作。本专利技术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。因此本专利技术的一个用途是作为“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，在本专利技术的实施方案中，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。微透镜可以以任何方式使用；一种是集成成象，在微透镜的间距大大小于影像/物体的尺寸时发生。使用微透镜的集成成象的基本理论在NF Borelli等人的微透镜阵列的成象和辐射性质(Imaging and radiometric properties of micro-lensarrays)，应用光学，Vol.30(25),1991年9月1日3633-3642页中有所描述。在本专利技术的情况下，物体的尺寸一般是几十厘米，为LCD面板，因此可以发生集成成象。即使使用场透镜，如本文所述，采用“普通的”准直量，产生了第二影像，它使获得的影像变劣。避免这个问题的最明显的方法是增加激活光的准直度。这方面对PL-LCD显示器特别有用，因为窄带激发光允许使用绝缘准直(见申请人的早期申请WO98/49585)。这是扩展光源准直特别有效的方式，因为一般的，通常为白光折射准直膜的人造产品的高角度旁瓣能够被消除，非准直光的再生就更容易了。另一个方法是，如GB2329786A(CRL Ltd)所述，使用孔径阵列以及微透镜，但是该方法非常浪费来自背面光的可获得的照明。另一个值得注意的问题是，普通的投影光学系统投射放大的影像(在许多情况下是放大相当大的影像)。在本专利技术的许多应用中，不需要放大调制器的影像，例如在桌面计算机监视器中。在这些情况下，调制器的影像无需放大即被投影，也可以表述为一致或1∶1放大。有时这指影像中继或影像转移。另一个进行中继成象的普通方法是使用GRIN透镜阵列，这些也可以简单地用于本专利技术。除了一致放大的多个应用以外，采用大于一致放大的比例投影也是有利的。这样的一种应用是用于显示器被无缝平铺，而不考虑在调制器的侧面用于寻址电路所需的空间。这种想法在GB2236447(KC Tung)中有所描述，并在前述的CRL专利中进行了研究。平铺子显示器而没有可见连接的概念此处是指无缝平铺，这样产生的影像是无缝影像。先有技术中无缝平铺显示器已经将这种放大原理用于传统显示器，而不是PL-LCD显示器结构中。当该原理用于PL-LCD显示器结构中时产生了许多优点。在此处给出的先有技术的实施例中，尽管影像可以呈现为无缝，但是实际上存在视角问题(如果只从某一视角是无缝的，大型无缝显示器就有点失败)。在CRL专利中描述的解决方法是从单独的子面板覆盖影像或在扩散屏上形成影像(结果是视角特征由屏幕而不是产生该影像的光学系统来决定)。但是，这些方法中没有一个是完全实用的，即在GB2329786A中描述的解决方案在实际上是非常无效的，它们实际上也不能产生在其全部区域中带有全Lambertian视角特征的影像。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面显示器，包括一个部件，例如背面光源，用于产生窄带激活光；一个部件（２１），用于调制激活光；和一个发光输出屏（２３），它响应该激活光而发出可见光；其特征在于，在调制器（２１）和输出面板之间设置光学装置（２２），该光学装 置用来将调制器的影像投射至输出屏上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WA克罗斯兰德，TM科克，
申请(专利权)人：屏幕技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]