DE3624188A1

DE3624188A1 - Fluessigkristall- videoprojektionsanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE3624188A1
Application number: DE19863624188
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Tejima; Ryota Ogawa
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp; Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1987-02-12
Also published as: GB2179484B; JPH0623817B2; GB2179484A; GB8617309D0; JPS6219834A; US4936657A; DE3624188C2

Description

Bekanntlich können Flüssigkristall-Anzeigetafeln oder Anzeigeplatten zusammengesetzt sein aus einer nematischen Flüssigkristallzelle, die zwischen zwei parallelen Licht polarisierungseinrichtungen angeordnet ist. Eine Anzeige tafel oder Anzeigeplatte blockiert einfallendes Licht, wenn keine Spannung angelegt ist, und sie überträgt das Licht, wenn eine richtige Spannung angelegt ist. Die langen Achsen von Flüssigkristallmolekülen werden unter einem angelegten elektrischen Feld in einer Richtung recht winklig zu den Elektroden neu orientiert, und ein maxima ler Darstellungseffekt oder Anzeigeeffekt wird erreicht, wenn die rechtwinklige Ausrichtung der langen Achsen vollkommen ist. Tatsächlich ist jedoch die Spannung, die angelegt werden kann, begrenzt, und die langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle werden nicht derart umorientiert oder neu orientiert, daß sie vollständig rechtwinklig zu den Elektroden verlaufen würden, sondern sie sind et was schräg mit Bezug auf die Elektroden.

Dies bedeutet, daß die Lichtmenge, die durch die Flüs sigkristall-Anzeigeplatte hindurch übertragen wird und dann in Richtung zu den Augen des Betrachters der Platte oder Tafel wandert, von dem Einfallwinkel des Beleuchtungslichtes mit Bezug auf die Platte und auch von dem Winkel der Sichtlinie des Betrachters abhängt. In anderen Worten ausgedrückt, ändert sich der Bild kontrast oder sein ästhetisches Aussehen in großem Ausmaß mit dem Winkel der Umorientierung von Flüssig kristallmolekülen und mit dem Winkel, unter welchem der Betrachter die Anzeigeplatte oder Anzeigetafel betrachtet.

Ein Verfahren, welches es erlaubt, daß das Beleuchtungs licht in wirksamer Weise durch die Flüssigkristall- Anzeigetafel oder Anzeigeplatte übertragen wird, würde darin bestehen, es zu ermöglichen, daß parallele Lichtstrahlen nicht rechtwinklig zur Platte oder Tafel einfallen, sondern parallel zu der Neigung der neu orientierten langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle. Mit einem solchen Verfahren wird maximale Lichtüber tragung durch die Anzeigetafel hindurch erreicht, je doch bleibt noch das Problem bestehen, daß der Kon trast von dem Betrachtungswinkel abhängig ist. Weiter hin kann kein scharfes Bild auf der Anzeigetafel er halten werden, wenn sie unter einem rechten Winkel be trachtet wird.

Eine übliche Videoprojektionsanzeigevorrichtung, die gegenwärtig im Handel verfügbar ist, ist ein Video projektor, der eine Kathodenstrahlröhrenanzeige auf einen Schirm über ein Projektionslinsensystem pro jiziert, welches ein verhältnismäßig kleines Öffnungs verhältnis von f/1,3 oder f/1,0 mit einer angenäherten Brennweite von 100 mm hat. Projektionslinsensysteme mit kleinem Öffnungsverhältnis, die heutzutage bekannt sind, sind typisch aus sechs Linseneinheiten, deren jede aus einem einzigen Glaslinsenelement besteht, oder aus drei Linseneinheiten zusammengesetzt, von denen zwei aus zwei einzigen nichtsphärischen Kunststofflinsen bestehen, während die letzte Linseneinheit aus einem einzigen Glaslinsenelement besteht. Jedoch haben beide Arten von Projektionslinsensystemen den Nachteil, daß teures optisches Material verwendet wird und hohe Her stellungskosten auftreten, die zu einer Erhöhung der Gesamtkosten der Anzeigevorrichtung beitragen.

Bei einem bekannten Videoprojektor dient die Kathoden strahlröhre als Lichtsender, um das Bild über das Pro jektionslinsensystem auf einen Schirm zu projizieren. Andererseits erfordert die Flüssigkristall-Anzeigetafel eine getrennte Quelle für Beleuchtungslicht. Weiterhin wird Licht, welches parallel zur Schräglage der neu orientierten langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verläuft, durch die Tafel bzw. Platte in wirksamster Weise übertragen.

Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, die Flüssigkristall- Anzeigetafel A derart angeordnet ist, daß ihr Zentrum sich in Ausrichtung mit und rechtwinklig zu der opti schen Achse einer Projektionslinse B befindet, ist es erforderlich, daß der Betrachtungswinkel und die wirk same Öffnung der Linse B die Abmessungen der Anzeige tafel A überdecken. Jedoch kann die Anzeigetafel A nicht kleiner gemacht werden als mit einer diagonalen Abmessung von etwa 7,62 cm (3 Zoll). Wenn die Pro jektionslinse B eine Brennweite von 100 mm hat, ist ein Öffnungsverhältnis von f/1,3 erforderlich, um auf dem Schirm S eine Vergrößerung von 20 zu erhalten. Dies bedeutet, daß die wirksame Öffnung der Projek tionslinse B so groß wie diejenige ist, die für den bekannten Videoprojektor erforderlich ist. Jedoch ist die Lichtquelle C üblicherweise divergierend, und kein großer Anteil des durch die Anzeigetafel A übertragenen Lichtes verläuft parallel zur optischen Achse der Projektionslinse B. Als Ergebnis ist die Menge wirksamen Lichtes die auf die Linse B fällt, zu klein, um auf dem Schirm S ein scharfes Bild zu bilden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Um die Lichtmenge zu erhöhen, die auf die Projektionslinse B fällt, kann ein schräg gestelltes optisches System verwendet werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist und bei welchem die Anzeigeta fel B mit Bezug zu der Projektionslinse B schräg ange ordnet ist. Wenn die Tafel A derart schräggestellt wird, daß die Flüssigkristallmoleküle parallel zur optischen Achse umorientiert werden, kann das durch die Tafel A übertragene Licht wirksam auf die Projektionslinse B fallen. Jedoch ist der Schirm S ebenfalls mit Bezug zu der optischen Achse schräg angeordnet, so daß ein trapez förmiges Bild auf dem Schirm S gebildet wird.

Eine alternatives Verfahren zum Erhöhen der Lichtmenge, die auf die Projektionslinse B fällt, besteht in der Ver wendung eines verschobenen optischen Systems, bei wel chem, wie in Fig. 4 dargestellt, das Zentrum der Anzeige tafel A gegenüber der optischen Achse der Projektions linse B versetzt ist. Bei diesem System fällt Licht schräg auf die Anzeigetafel A und wird wirksam durch diese hindurch übertragen und fällt auf die Projektions linse B. Anders als bei dem schrägen System ist der Schirm S nicht schräg angeordnet, wie es in Fig. 5 dar gestellt ist, und das geformte Bild ist nicht trapezfor mig, wobei jedoch andererseits der Betrachtungswinkel der Projektionslinse B vergrößert ist.

Es sei beispielsweise der Fall angenommen, in welchem das Bild an einer Flüssigkristall-Anzeigetafel einer dia gonalen Abmessung von 76,2 mm (46 mm×61 mm) auf den Schirm mit einer Vergrößerung von 20 über eine Pro jektionslinse projiziert wird, die eine Brennweite von 100 mm hat. Im nicht verschobenen Zustand muß der Be trachtungswinkel 76,2 mm (abgerundet 77 mm) bzw. die diagonale Abmessung der Anzeigetafel überdecken. Wenn jedoch das Licht von der Anzeigetafel einen Winkel von 15° mit der optischen Achse bildet, beträgt das Ausmaß der Ver schiebung 26,8 mm, und der Betrachtungswinkel muß 120 mm überdecken. Dies führt zu der Notwendigkeit, eine teuere Projektionslinse zu verwenden, die nicht nur eine große wirksame Öffnung für das Empfangen des Lichtes von der Anzeigetafel hat, sondern auch einen großen Betrachtungs winkel schafft.

Demgemäß besteht ein Zweck der vorliegenden Erfindung darin, eine Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung zu schaffen, welche Licht wirksam verwendet.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine sol che Anzeigevorrichtung zu schaffen, welche eine kleine Projektionslinse verwendet, die rechtwinklige Anzeigen erzeugt.

Ein noch weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine solche Anzeigevorrichtung zu schaffen, die scharfe Bilder liefert, indem sie verantwortlich ist für den Neuorien tierungswinkel oder Umorientierungswinkel der nematischen Kristalle.

Die Erfindung schafft eine Flüssigkristall-Videoprojek tionsanzeigevorrichtung, die es ermöglicht, das Beleuch tungslicht, welches durch eine Flüssigkristall-Anzeige tafel übertragen wird, gebrochen wird in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zu der Anzeigetafel, wobei das Licht auch zu einer Stelle nahe der Eintrittspupille eines optischen Projektionssystems fokussiert wird. Diese Ausführung ermöglicht die Verwendung eines optischen Pro jektionssystems, welches einen kleinen Betrachtungswinkel oder Sichtwinkel und eine kleine Öffnung hat, während nicht nur wirksame Ausnutzung des Beleuchtungslichtes, sondern auch bequemer Zugang der Anzeige für den Betrach ter ermöglicht sind.

Die Erfindung schafft weiterhin eine Flüssigkristall- Videoprojektionsanzeigevorrichtung, die auf der oben summarisch angegebenen Vorrichtung basiert und die es ermöglicht, daß Licht von einer Lichtquelle auf die Flüssigkristall-Anzeigetafel in einem Winkel fällt, der im wesentlichen parallel zur Schräglage der Um orientierung oder Neuorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle liegt. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß sogar noch wirksamere Ausnutzung des Beleuchtungslichtes und bequemer Zugang des Be trachters der Anzeige ermöglicht sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 bis 5 zeigen bekannte Flüssigkristall-Video projektionsanzeigevorrichtungen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Anzeige vorrichtung gemäß der Erfindung, bei wel cher ein optisches Element an der Aus trittsseite einer Flüssigkristall-Anzeige tafel angeordnet ist.

Fig. 7 und 8 zeigen die Gestalt des optischen Elementes gemäß Fig. 6.

Fig. 9 und 10 zeigen eine andere Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher ein optisches Element auf der Austrittsseite einer Flüssigkristall- Anzeigetafel angeordnet ist, wobei Fig. 9 eine waagerechte Schnittansicht, und Fig. 10 eine senkrechte Schnittansicht ist.

Fig. 11 bis 13 zeigen die Gestalt des optischen Ele mentes gemäß den Fig. 9 und 10.

Fig. 14 und 15 zeigen, wie Beleuchtungslicht durch das optische Element gemäß den Fig. 9 und 10 konzentriert wird, wobei Fig. 14 eine waagerechte Schnittansicht, und Fig. 15 eine senkrechte Schnittansicht ist.

Fig. 16 zeigt eine noch andere Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung gemäß der Er findung, bei welcher ein optisches Ele ment auf der Austrittsseite einer Flüssigkristall-Anzeigetafel angeordnet ist.

Fig. 17 zeigt die Gestalt des optischen Elementes gemäß Fig. 16.

Fig. 18 und 19 zeigen, wie Beleuchtungslicht durch das optische Element gemäß Fig. 16 konzentriert wird, wobei Fig. 18 eine waagerechte Schnittansicht, und Fig. 19 eine senkrech te Schnittansicht ist.

Fig. 20 bis 27 zeigen andere Ausführungsformen einer Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung, bei denen ein zweites optisches Element auf der Eintrittsseite einer Flüssig kristall-Anzeigetafel angeordnet ist, wobei Fig. 21 eine waagerechte Schnitt ansicht, Fig. 22 eine senkrechte Schnitt ansicht, und Fig. 20 sowie 23 bis 27 ebenfalls senkrechte Schnittansichten sind.

Die Fig. 6 bis 19 zeigen drei Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung. Alle drei Ausführungsformen um fassen eine Quelle von Beleuchtungslicht (nicht darge stellt, jedoch links angeordnet), eine nematische Flüssigkristall-Anzeigeplatte oder Anzeigetafel 1 zum Übertragen des Lichtes von der Lichtquelle, und eine Projektionslinse 2, um das durch die Anzeigetafel 1 übertragene Licht auf einen Schirm (nicht dargestellt, jedoch rechts angeordnet) zu projizieren. Besonders wichtig ist die Anordnung eines optischen Elementes 3 auf der Austrittsseite der Anzeigetafel 1. Das opti sche Element 3 hat eine optische Wirkung, durch welche das durch die Anzeigetafel 1 übertragene Beleuchtungs licht gegenüber einer schrägen Richtung auf der linken Seite der Anzeigetafel 1 derart gebrochen wird, daß es konvergiert und zu einem Punkt rechtwinklig zu dem optischen Element nahe der Eintrittspupille der Pro jektionslinse 2 konzentriert wird, die auf der mitt leren Achse des gebrochenen Lichtes liegt. Das Beleuch tungslicht kann, nachdem es durch die Anzeigetafel 1 hindurchgegangen und fokussiert worden ist, auf die Pupille der Projektionslinse 2 fallen. Die Eintritts pupille ist als das Bild der Öffnungsblende definiert, gebildet durch die optischen Elemente zwischen der Öffnungsblende und dem Objekt. Sie erstreckt sich zu dem Bild der Öffnungsblende, gesehen von dem Objekt. Dieser bekannte Ausdruck ist vollständiger beschrieben in "Fundamentals of Optics", 4. Ausgabe, von Jenkins und White (McGraw-Hill, 1984). Die Blendenöffnung be grenzt das Sichtfeld oder Betrachtungsfeld, und sie kann eine getrennte Öffnung oder die seitliche Er streckung der Linse 2 sein.

Um das Beleuchtungslicht, welches im wesentlichen rechtwinklig durch die Anzeigetafel 1 hindurch über tragen wird, zu einem gemeinsamen Brennpunkt zu brechen, ist das optische Element 3 gemäß Fig. 6 an einer ihrer der Anzeigetafelseite zugewandten Flächen als eine abgestufte Prismafläche gebildet, die, wie in Fig. 7 dargestellt, parallele Rillen hat und als ein Prisma wirkt. Die Beleuchtungsseite des optischen Elementes 3 weist eine Mehrzahl von kleinen Prismen auf, die sägezahnförmigen Querschnitt haben, um zu ermöglichen, daß das durch die Anzeigetafel 1 hin durch übertragene Licht auf einen Punkt in der Nähe der Eintrittspupille der Projektionslinse 2 konzen triert wird. Die andere Fläche des optischen Elementes 3 auf der Seite der Projektionslinse 2 ist, wie in Fig. 8 dargestellt, als eine Fresnellinsenfläche gebildet, die konzentrische Rillen hat und einen Konvergierungs effekt schafft mittels einer Mehrzahl von kreisförmi gen Prismen sich ändernder Höhe, die unregelmäßigen sägezahnförmigen diametralen Querschnitt haben. Das optische Element 3, welches solche Flächen hat, kann in Massenproduktion hergestellt werden durch Preßformen oder Einspritzformen von Kunststoffen, wobei ein Form hohlraum verwendet werden kann, der mit einer numerisch gesteuerten Drehbank hergestellt worden ist.

Das abgestufte Prisma und die kreisförmige Fresnellinse können einheitlich ausgebildet sein, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, sie können aber auch getrennt herge stellt werden. In jedem Fall werden die beiden Kompo nenten oder Bauteile vorzugsweise in großer Nähe zu der Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 verwendet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird ein Moir´muster ge bildet als Ergebnis der nahen Anordnung der abgestuf ten Prismafläche und der kreisförmigen Fresnellinsen fläche, jedoch kann dieser Effekt unscharf (blurred) gemacht werden durch richtige Einstellung der Tiefe des Brennpunktes der Projektionslinse 2. Die kreis förmige Fresnellinsenfläche, die in Fig. 8 dargestellt ist, ist typisch mit einer sphärischen Kurve gebildet, die als Basis verwendet wird. Unter einer sphärischen Basis ist zu verstehen, daß die freiliegenden Flächen der Fresnellinse nicht eben sind, sondern stattdessen einer sphärischen Gestalt folgen bzw. eine solche Ge stalt haben. Die Wirkung besteht darin, daß eine in Segmente unterteilte sphärische Linsenfläche erhalten wird. Um jedoch zu ermöglichen, daß das Bild der Lichtquelle auf die Eintrittspupille der Projektions linse 2 in wirksamer Weise mit minimalem Abbildungs fehler fällt, wird vorzugsweise eine nichtsphärische Kurve als Basis verwendet. Nichtsphärische oder genauer gesagt asphärische Linsenflächen sind für übliche sich glatt oder weich ändernde Linsen bekannt.

Das optische Element 3 gemäß den Fig. 9 und 10 ist eine orthogonale oder gekreuzte lineare Fresnellinse, die in Fig. 9 waagerecht, und in Fig. 10 senkrecht dargestellt ist. Zwei lineare Fresnellinsenflächen werden von zwei zylindrischen Linsen hergestellt. Jede zylindrische Linse hat gerade parallele Rillen, und sie schafft eine in einer Richtung verlaufende konvergierende Wirkung durch eine Mehrzahl von kleinen Prismen, die sägezahnförmigen Querschnitt haben, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist. Die beiden Zylinderlinsen sind auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Elementes 3 derart angeordnet, daß gerillte oder genutete Flächen nach außen gewandt sind, und daß die Rillen oder Nuten einer Zylinderlinse recht winklig zu denen der anderen verlaufen.

In den Fig. 11 und 12 ist ein optisches Element 3 dargestellt, welches derart modifiziert worden ist, daß die waagerechten Rillen symmetrisch um den Mittel punkt verlaufen. Jedoch sind bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 9 und 10 die waagerechten Rillen unsymmetrisch. Dieses versetzte Zentrum in der senk rechten Richtung, welches in Fig. 13 vollständig darge stellt ist, ermöglicht es, daß das einfallende Licht, welches mit Bezug auf die optische Achse der Projektions linse 2 schräg verläuft, auf die optische Achse kon zentriert werden kann. Dies bedeutet, daß Fresnellinsen flächen, die Brechungsenergie in der senkrechten Rich tung mit Bezug auf die Anzeigetafel 1 haben, als ex zentrische lineare Fresnellinsenflächen verwendet wer den. Als Ergebnis wird das Licht, welches aus der An zeigetafel 1 in einer Richtung parallel zur Schräglage oder Neigung der Neuorientierung oder Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verläuft, in eine Richtung rechtwinklig zur Anzeigetafel 1 ge brochen.

Anhand der Fig. 14 und 15 ist ersichtlich, daß, wenn Beleuchtungslicht auf die orthogonale oder gekreuzte lineare Fresnellinse schräg in der vertikalen Richtung fällt, die Lichtstrahlen in der senkrechten Richtung durch die exzentrische lineare Fresnellinsenfläche konzentriert werden, die eine senkrechte Brechungs energie hat, wohingegen die Lichtstrahlen in der waage rechten Richtung durch die lineare Fresnellinsenfläche konzentriert werden, die waagerechte Brechungsenergie hat. Wie in Fig. 15 dargestellt, wird das Beleuchtungs licht in der senkrechten Richtung zu einem nicht auf der Achse liegenden Brennpunkt durch die exzentrische lineare Fresnellinsenfläche konzentriert. Wenn das Zentrum der Anzeigetafel 1 in Ausrichtung mit der opti schen Achse der Projektionslinse 2 gebracht wird (die Linsenachse ist die Linie rechtwinklig zu der orthogo nalen linearen Fresnellinse, gezogen von der nicht auf der Achse (off-axis) liegenden Brennpunktposition), und wenn die Anzeigetafel 1 mit Bezug auf die opti sche Achse der Projektionslinse 2 rechtwinklig angeordnet ist, wird das durch die Anzeigetafel 1 hin durch übertragene Licht auf die optische Achse nahe der Eintrittspupille der Projektionslinse 2 konzentriert. Als Ergebnis ist der Lichtfluß oder Lichtstrom, der die Anzeigetafel 1 überdeckt, als Beleuchtungslicht aus reichend. Wie im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann die lineare Fresnellinsenfläche hergestellt werden, wenn entweder eine sphärische oder eine nichtsphärische Kurve als Basis verwendet wird. Bei den Ausführungsfor men gemäß den Fig. 9 bis 15 wird kein Moir´muster gebildet, da die Rillen an einer Fresnelfläche die Rillen an der anderen im rechten Winkel schneiden.

Das optische Element 3, welches bei der Ausführungsform gemäß Fig. 16 verwendet wird, hat auf einer Seite eine kreisförmige Fresnellinse der gleichen Art, wie sie in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. 6 be schrieben worden ist, und auf der anderen Seite hat es eine ebene Fläche. Die kreisförmige Fresnellinsenfläche ist aus einer exzentrischen kreisförmigen Fresnellinse (Fig. 17) gebildet, durch welche das Licht, welches aus der Flüssigkristall-Anzeigetafel in einer Richtung parallel zur Schräglage oder Neigung der Neuorientierung oder Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristall moleküle austritt, zu einem Punkt rechtwinklig zu dem physikalischen Zentrum des optischen Elementes 3 gebro chen ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird Beleuch tungslicht, welches auf die exzentrische kreisförmige Fresnellinse schräg auftrifft, wie es in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist, durch die exzentrische kreis förmige Fresnellinsenfläche konzentriert, die Bre chungsenergie sowohl in senkrechter als auch in waage rechter Richtung hat. Wie in Fig. 19 für die senkrechte Richtung dargestellt, wird das Licht auf einen Brenn punkt fokussiert, der außerhalb der Achse liegt (off- axis focus). Wenn das Zentrum der Anzeigetafel 1 in Ausrichtung mit der optischen Achse der Projektionslin se 2 gebracht wird, welche die Linie rechtwinklig zu der exzentrischen kreisförmigen Fresnellinse ist, gezo gen von der außerhalb der Achse liegenden Brennpunkt position, und wenn die Anzeigetafel 1 zur optischen Achse der Projektionslinse 2 rechtwinklig angeordnet wird, wird das durch die Anzeigetafel 1 hindurch über tragene Licht auf die optische Achse nahe der Ein trittspupille der Projektionslinse 2 konzentriert. Demgemäß ist ein Lichtfluß, welcher die Anzeigetafel 1 überdeckt, für das Beleuchtungslicht ausreichend. Wie im Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 6, kann die Fresnellinsenfläche der exzentrischen kreisförmigen Fresnellinse entweder mit einer sphärischen oder einer nichtsphärischen Kurve als Basis hergestellt werden. Das optische Element 3, welches bei der oben beschrie benen Ausführungsform verwendet wird, hat den Vorteil, daß es sehr leicht hergestellt werden kann, da Rillen nur auf einer Seite gebildet werden müssen. Diese Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil, daß ein Bild mit minimaler Unschärfe gebildet wird, da die Fresnelfläche parallel zu der Anzeigetafel 1 angeord net werden kann.

Bei den Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Video projektionsanzeigevorrichtung gemäß den Fig. 6 bis 19 wird das durch das Beleuchtungslicht über die Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 gebildete Bild zu einer Stelle nahe der Eintrittspupille der Projektionslinse 2 fokussiert. Wenn daher die wirksame Öffnung der Linse 2 größer als das fokussierte Bild ist, ergibt sich keine "Vignettierung" des Beleuchtungslichtes, und es ist gewährleistet, daß ein helles Bild gebildet wird. Zusätzlich wird das durch die Anzeigetafel 1 hindurch übertragene Beleuchtungslicht in Richtung gegen einen Punkt rechtwinklig zu der Tafel 1 gebrochen. Die Projektionslinse 2 ist auf der Verlänge rung der Linie gebrochenen Lichtes angeordnet, wodurch das Zentrum der Anzeigetafel 1 in Übereinstimmung oder Ausrichtung mit der optischen Achse der Projektions linse 2 gebracht wird. Daher genügt es für den Bild kreis der Projektionslinse 2, daß er groß genug ist, um die wirksame Bildgröße der Anzeigetafel 1 zu überdecken.

Fig. 20 bis 27 zeigen Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung, die auf den Vorrichtungen gemäß den Fig. 6 bis 19 basieren, und die ein zweites optisches Element 4 auf weisen, welches auf der Einfallseite der Flüssig kristall-Anzeigetafel 1 angeordnet ist für den Zweck, zu ermöglichen, daß Beleuchtungslicht von einer Licht quelle auf die Anzeigetafel 1 in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle fällt. Diese Ausführung verbessert die Wirksamkeit der Licht übertragung durch die Anzeigetafel 1 hindurch, wodurch es ermöglicht ist, daß ein helleres Bild gesehen wird.

Das zweite optische Element 4 gemäß Fig. 20 hat eine parallele abgestufte Prismafläche bzw. eine kreisför mige Fresnellinsenfläche auf seinen gegenüberliegenden Seiten, ähnlich wie bei dem optischen Element gemäß Fig. 6. In Fig. 20 ist die kreisförmige Fresnellinsen fläche so dargestellt, daß sie in Richtung gegen die Lichtquelle 5 gerichtet ist, wo hingegen die parallele abgestufte Prismenfläche in Richtung gegen die Anzei getafel 1 gerichtet ist. Beleuchtung von der Licht quelle 5 erfolgt parallel durch die kreisförmige Fresnellinsenfläche, und das Licht wird durch die ab gestufte Prismenfläche in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle gebrochen, bevor es auf die Anzeigetafel 1 auftrifft.

Die kreisförmige Fresnellinsenfläche gemäß Fig. 20 ist typisch hergestellt mit einer sphärischen Kurve als Basis, jedoch kann, um in großem Ausmaß parallele Strahlen des Beleuchtungslichtes zu erhalten, die Fresnelfläche hergestellt werden mit einer nicht sphärischen Kurve als Basis.

Die Fig. 21 und 22 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher eine orthogonale oder gekreuzte lineare Fresnellinse des gleichen Typs, wie sie in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, für das zweite optische Element 4 verwendet wird. Diejenige Seite des opti schen Elementes 4, die der Lichtquelle 5 zugewandt ist, ist als eine nicht exzentrische lineare Fresnel linsenfläche gebildet, wie es in Fig. 21 dargestellt ist, während diejenige Seite, die der Flüssigkristall- Anzeigetafel 1 zugewandt ist, als eine exzentrische lineare Fresnellinsenfläche gebildet ist, die Brechungs energie in der senkrechten Richtung mit Bezug auf die Anzeigetafel 1 hat, wie es in Fig. 22 dargestellt ist. Licht von der Lichtquelle 5 wird durch die nicht ex zentrische lineare Fresnellinsenfläche im wesentlichen parallel zur waagerechten Richtung gerichtet, und es fällt auf die Anzeigetafel 1, nachdem es durch die exzentri sche lineare Fresnellinsenfläche in der senkrechten Richtung im wesentlichen parallel gerichtet ist und durch die exzentrische Linsenfläche derart gebrochen ist, daß es im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssig kristallmoleküle verläuft.

Wie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 20 festgestellt, können die beiden Fresnellinsenflächen gemäß den Fig. 21 und 22 entweder mit einer zylindrischen oder einer nicht zylindrischen Kurve als Basis hergestellt werden.

Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher eine exzentrische kreisförmige Fresnellinse der gleichen Art, wie sie in Fig. 15 dargestellt ist, für das zweite optische Element 4 verwendet wird, wobei die exzentrische kreisförmige Fresnellinsenfläche in Rich tung gegen die Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 gerichtet ist. Da die Fresnellinse exzentrisch ist, fällt Licht von der Lichtquelle 5, die an einer außerhalb der Achse liegenden Brennpunktposition der Fresnellinse angeordnet ist, auf die Anzeigetafel 1, nachdem es durch die exzentrische kreisförmige Fresnellinsenfläche im wesentlichen parallel gemacht oder gerichtet und durch die gleiche Linsenfläche derart gebrochen ist, daß es im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristall moleküle verläuft. Wie in Verbindung mit der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 20 festgestellt, kann die ex zentrische kreisförmige Fresnellinsenfläche gemäß Fig. 23 entweder mit einer sphärischen oder einer nichtsphäri schen Kurve als Basis hergestellt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 24 wird eine Kolli mationslinse als das zweite optische Element 4 verwen det. Die optische Achse, welche die Lichtquelle 5 und das Zentrum der Kollimationslinse 4 verbindet, verläuft gemäß der Darstellung im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle, so daß Licht, welches durch die Kollimationslinse 4 übertragen ist, auf die Anzei getafel 1 in Form von Strahlen fällt, die im wesent lichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle ver laufen.

Das zweite optische Element, welches bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 25 verwendet wird, ist aus einer Kollimationslinse 4 und einem keilförmigen Prisma 4′ zusammengesetzt. Die optische Achse, welche die Licht quelle 5 und das Zentrum der Kollimationslinse 4 ver bindet, verläuft gemäß der Darstellung rechtwinklig zu der Flüssigkristall-Anzeigetafel 1, jedoch ist zu folge des Vorhandenseins des keilförmigen Prisma 4′, welches zwischen der Kollimationslinse 4 und der Anzeigetafel 1 angeordnet ist, das Licht von der Licht quelle 5 durch die Kollimationslinse 4 parallel ge richtet und die sich ergebenden parallelen Strahlen fallen auf die Anzeigetafel 1, nachdem sie durch das keilförmige Prisma 4′ derart gebrochen sind, daß sie im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorien tierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verlaufen.

Das zweite optische Element, welches bei der Ausführungs form gemäß Fig. 26 verwendet wird, ist aus einer Kolli mationslinse 4 und einem abgestuften Prisma 4′ zusammen gesetzt. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 25 verläuft die optische Achse, welche die Lichtquelle 5 und das Zentrum der Kollimationslinse 4 verbindet, rechtwinklig zu der Flüssigkristall-Anzeigetafel 1. Jedoch wird als Folge des Vorhandenseins des abgestuf ten Prisma 4′, welches zwischen der Kollimationslinse 4 und der Anzeigetafel 1 angeordnet ist, Licht von der Lichtquelle 5 durch die Kollimationslinse 4 parallel gerichtet. Die sich ergebenden parallelen Strahlen fallen auf die Anzeigetafel 1, nachdem sie derart gebrochen sind, daß sie im wesentlichen parallel zur Schräglage der Umorientierung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle verlaufen.

Wie oben beschrieben, wird bei jeder der Ausführungsformen einer Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung gemäß den Fig. 20 bis 27 ein einfaches optisches Ele ment verwendet, um zu ermöglichen, daß Beleuchtungslicht auf eine Flüssigkristall-Anzeigetafel in einem solchen Winkel fällt, daß das Licht im wesentlichen parallel zu den langen Achsen der umorientierten oder neu orientierten Flüssigkristallmoleküle verläuft. Die Aus führungsformen gemäß den Fig. 18 bis 21, bei denen eine Fresnellinse als ein optisches Element auf der Beleuchtungsseite verwendet wird, haben den Vorteil, daß die Gesamtgröße der Anzeigevorrichtung oder Dar stellungsvorrichtung verkleinert ist, da die Fresnel linse derart hergestellt werden kann, daß sie eine sehr geringe Dicke hat. Zusätzlich kann eine billige Anzeigevorrichtung hergestellt werden durch Kopplung der Fresnellinse mit dem ersten optischen Element, welches in den Fig. 6 bis 19 dargestellt ist.

Wie vorbeschrieben, verwendet eine Flüssigkristall- Videoprojektionsanzeigevorrichtung gemäß der Erfindung ein oder zwei bequem herstellbare und billige optische Elemente, so daß es ermöglicht ist, eine Projektions linse mit engem Sichtwinkel oder Betrachtungswinkel mit einer Blendenöffnung von f/2,0 oder f/2,8 zu ver wenden. Dies ist ermöglicht durch richtige Steuerung der Größe der Lichtquelle, die in Verbindung mit einer Flüssigkristall-Anzeigetafel oder irgendwelchen anderen Anzeigeelementen verwendet wird, durch welche hindurch Licht in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel übertragen wird. Dies ermöglicht die Verwendung eines kompakten Projektionslinsensystems, was wiederum zu Verringerun gen der Größe und der Kosten der Gesamtanzeigevorrich tung führt. Das Konzept der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden bei Flüssigkristall-Farb videoanzeigevorrichtungen, bei denen Farbfilter verwendet werden. Obwohl die optischen Elemente von den Farbfiltern durch die Dicke der transparenten Elek trodenplatten getrennt sind, erzeugen die dunklen Pro jektionslinsen mit einer Brennweite, die durch ein großes Blendenverhältnis oder Öffnungsverhältnis wie f/2,0 oder f/2,8 anstelle von f/1,0 und f/1,3, wie es oben angegeben ist, definiert ist, ein scharfes Bild, während der Verlust der Menge an Licht minimiert ist, so daß ein Betrachter sehr bequemen Zugang zu der Anzeige hat.

In Fig. 27 ist eine weitere Ausführungsform der Erfin dung dargestellt, bei welcher das zweite optische Element 4 einen außerhalb der Achse angeordneten gekrümmten Spiegel aufweist, welcher der Lichtquelle 5 zugewandt ist und welcher dazu dient, von der Lichtquelle 5 ab gestrahltes Licht in einem schrägen Winkel in Richtung gegen die Flüssigkristall-Anzeigetafel 1 zu richten.

Claims

1. Flüssigkristall-Videoprojektionsanzeigevorrichtung, mit einer Lichtquelle (5), einer nematischen Flüssig kristall-Anzeigetafel (1), um von der Lichtquelle kommen des Licht zu übertragen, und mit einem optischen Projek tionssystem (2), um das übertragene Licht auf einen Schirm zu projizieren, wobei das optische System eine Eintrittspupille hat, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes optisches Element (3) vorgesehen ist, welches im wesent lichen die gleiche Fläche wie die Anzeigetafel (1) hat und neben dieser an der dem optischen Projektionssystem (2) zugewandten Seite angeordnet ist, um das übertragene Licht zu brechen und nahe zur Eintrittspupille des optischen Projektionssystems zu konzentrieren, und daß die Eintritts pupille im wesentlichen rechtwinklig zu einem mittleren Punkt des ersten optischen Elementes liegt.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (3) eine Fresnellinse aufweist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (3) eine kreisförmige Fresnellinse an einer ersten Hauptfläche, und ein abgestuftes Prisma mit sägezahnförmigem Querschnitt an einer zweiten Hauptfläche aufweist.

4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Fresnellinse eine sphärische Basis hat.

5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Fresnellinse eine nichtsphärische Basis hat.

6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (3) zwei gekreuzte lineare Fresnellinsen orthogonaler Ausrichtung aufweist, und daß wenigstens eine der Fresnellinsen mit Bezug auf ihre Mittellinie exzentrisch ist.

7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ex zentrische lineare Fresnellinse eine sphärische Basis hat.

8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ex zentrische lineare Fresnellinse eine nichtsphärische Basis hat.

9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (3) eine kreisförmige Fresnellinse auf weist, die mit Bezug auf einen Mittelpunkt exzentrisch ist.

10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ex zentrische kreisförmige Fresnellinse eine sphärische Basis hat.

11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ex zentrische kreisförmige Fresnellinse eine nichtsphärische Basis hat.

12. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Element (3) derart ausgeführt und ange ordnet ist, daß es das durch die Anzeigetafel (1) über tragene Licht in einem schrägen Winkel zu einer Stelle nahe der Eintrittspupille des optischen Projektions systems (2) konzentriert.

13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Winkel im wesentlichen parallel zu einer Um orientierungsrichtung oder Neuorientierungsrichtung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle in der Anzeigetafel (1) verläuft.

14. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites optisches Element (14) vorgesehen ist, welches im wesentlichen die gleiche Fläche wie die Anzeige tafel (1) hat und nahe dieser auf der der Lichtquelle (5) zugewandten Seite angeordnet ist, um das Beleuchtungs licht entlang eines schrägen Winkels zu brechen.

15. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Winkel im wesentlichen parallel zu einer Um orientierungsrichtung oder Neuorientierungsrichtung der langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle der An zeigetafel (1) verläuft.

16. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element (4) eine Kollimationslinse auf weist, deren optische Achse mit Bezug auf die Anzeige tafel (1) schräg verläuft.

17. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element eine Kollimationslinse (4) und ein Prisma (4′) aufweist.

18. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element eine Kollimationslinse (4) und ein abgestuftes Prisma (4′) aufweist, welches sägezahnförmigen Querschnitt hat.

19. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element eine kreisförmige Fresnel linse und ein abgestuftes Prisma mit sägezahnförmigem Querschnitt aufweist.

20. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Fresnellinse eine sphärische Basis hat.

21. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Fresnellinse eine nichtsphärische Basis hat.

22. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element zwei gekreuzte lineare Fresnel linsen aufweist, die zueinander orthogonal orientiert sind, und daß wenigstens eine der linearen Fresnellinsen mit Bezug auf eine Mittellinie exzentrisch ist.

23. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische lineare Fresnellinse eine sphärische Basis hat.

24. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische lineare Fresnellinse eine nichtsphärische Basis hat.

25. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Element eine kreisförmige Fresnellinse aufweist, die mit Bezug auf einen Mittelpunkt exzentrisch ist.

26. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische kreisförmige Fresnellinse eine sphärische Basis hat.

27. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische kreisförmige Fresnellinse eine nicht sphärische Basis hat.

28. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites optisches Element vorgesehen ist, welches einen außerhalb der Achse (off-axis) liegenden Spiegel auf weist, welcher der Lichtquelle (5) zugewandt ist, um Licht in einem schrägen Winkel in Richtung gegen die Anzeigetafel (1) zu reflektieren.