显示屏和投影式显示装置的制作方法

专利名称：显示屏和投影式显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示屏和投影式显示装置，并且它适于例如单板式全色显示装置，用于通过使用具有微透镜阵列的显示屏实现全色图象显示，微透镜阵列如在液晶显示单元的光入射表面上提供的微透镜阵列。
迄今，已经提出了各种使用具有这种类型的微透镜阵列的显示屏的投影式显示装置。例如，公开的日本专利申请8-114780就提出了透射式液晶显示单元作为具有微透镜阵列的显示屏。
附

图13是上述公开的液晶显示单元LP的实质部分的剖面图。在图13中，标识数16表示由多个以预定的间距安排的微透镜16a构成的微透镜阵列，数17表示液晶层，和数18表示R(红)，G(绿)，和B(蓝)象素。
该单元LP单元是这样设计的，当红，绿和蓝发射的光R,G和B从不同的角度加到单元LP上时，通过微透镜16a的聚光作用，各自的彩色的光仅进入对应的彩色象素18。用这种设计，原则上可以取消滤色镜，因此，可以提供一种高效利用光的显示屏。
然而，在通常的投影式显示装置中，R,G和B彩色象素18被放大地投放在屏上，因此如图14中所示，在屏上R,G和B的象素的马赛克结构就变得很明显，这就导致了图象质量下降的缺点。
本发明的目的在于提供一种能够显示高质量图象的显示屏和投影式显示装置。
本发明的显示屏的特点在于(1-1)象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三三色象素中的两个的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的不同于上述两色象素组合的两色象素的组合的象素单元构成，以致共用一个彩色象素，在衬底上以预定的间距安排的两维象素单元和由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一方向和第二方向上的两彩色象素的间距是一个间距，该多个微透镜是安排在衬底上的两维象素单元阵列上。
本发明的显示屏的特征在于(1-2)象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，在衬底上以预定的间距两维地安排象素单元和由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一和第二方向上的两色象素的间距是一个间距，多个微透镜被两维地安排在衬底上的象素单元阵列上。
具体地说，在本发明的显示屏的结构(1-1)或(1-2)中的特征在于(1-2-1)第一彩色象素位于对应微透镜的中心部分的位置，第二彩色象素位于对应在第一方向上的微透镜阵列的微透镜之间的边界部分的位置，和第三彩色象素位于对应在第二方向上的微透镜阵列的微透镜之间的边界部分的位置；(1-2-2)三彩色象素包括反射电极，并由反射显示式的液晶构成；(1-2-3)三彩色象素包括反射电极，并使用反射电极的DMD的工作方式；和(1-2-4)三彩色象素利用液晶，并且相同安排状态的两个微透镜阵列在关于液晶层的对称位置上提供，以便将液晶层夹在中间。
本发明的投影显示装置的特征在于(2-1)象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，在衬底上以预定的间距两维安排象素单元和由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一和第二方向上的两色象素的间距是一个间距，多个微透镜被两维地安排在衬底上的象素单元阵列上，第一彩色象素位于对应微透镜中心部分的位置，照射装置使得第一彩色光垂直进入显示屏，同时使得第二彩色光以第一方向倾斜地进入显示屏，和使得第三彩色光以第二方向倾斜地进入显示屏，并且投影装置用以将由显示屏光调制的光束投射到预定的表面。
具体地说，本发明的投影式的显示装置的特征在于(2-1-1)从构成象素单元的三彩色象素来的光束通过相同的微透镜，并进入投影装置。
本发明的投影式的显示装置的特征在于(2-2)显示屏具有象素单元阵列，象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，在衬底上以预定的间距两维安排的象素单元和由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一和第二方向上的两色象素的间距是一个间距，多个微透镜被两维地安排在衬底上的象素单元阵列上，第一彩色象素位于对应微透镜中心部分的位置，照射装置使得第一彩色光垂直进入显示屏，同时使得第二彩色光以第一方向倾斜地进入显示屏，和使得第三彩色光以第二方向倾斜地进入显示屏，并且投影装置用以将由显示屏光调制的光束投射到预定的表面，来自构成象素单元的三彩色象素的由显示屏调制过的反射光通过相同的微透镜并直接进入投影装置。
具体地说，在本发明的显示屏的结构(2-1)或(2-2)中的特征在于(2-2-1)照明装置使用多个分光镜将来自光源的白光彩色分解成为多个彩色光，以至用多个分光镜的配置从相应各彩色光的不同方向将多个彩色光加到三色象素上；和(2-2-2)投影装置将微透镜的配置表面，或它的邻近部分投影于预定的表面。
本发明的直视式的显示装置的特征在于(3-1)显示屏具有象素单元阵列，象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，象素单元在衬底上以预定的间距两维安排，以及一个由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一和第二方向上的两色象素的间距是一个间距，多个微透镜被两维地安排在衬底上的象素单元阵列上，第一彩色象素位于对应微透镜中心部分的位置，照射装置使得第一彩色光垂直进入显示屏，同时使得第二彩色光以第一方向倾斜地进入显示屏，和使得第三彩色光以第二方向倾斜地进入显示屏，目镜使得由显示屏光调制的光束射向观察者的眼球，从而可以观察到根据光束得到的图象信息。
本发明的显示装置的特点在于
(4-1)显示屏具有象素单元阵列，象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，在衬底上以预定的间距两维安排的象素单元和由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一和第二方向上的两色象素的间距是一个间距，多个微透镜被两维地安排在衬底上的象素单元阵列上，第一彩色象素位于对应微透镜中心部分的位置，照射装置使得第一彩色光垂直进入显示屏，同时使得第二彩色光以第一方向倾斜地进入显示屏，和使得第三彩色光以第二方向倾斜地进入显示屏。
本发明的显示装置的特征在于(4-2)显示屏具有象素单元阵列，象素单元阵列是由具有在第一方向上安排的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安排的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，在衬底上以预定的间距两维安排的象素单元和由多个微透镜构成的微透镜阵列，其中，在第一和第二方向上的两色象素的间距是一个间距，多个微透镜被两维地安排在衬底上的象素单元阵列上，第一彩色象素位于对应微透镜中心部分位置，照射装置使得第一彩色光垂直进入显示屏，同时使得第二彩色光以第一方向倾斜地进入显示屏，和使得第三彩色光以第二方向倾斜地进入显示屏，由构成象素单元的三彩色象素发射的光经显示屏的光调制设计通过相同的微透镜。
图1A,1B和1C是本发明的投影式的显示装置的实施例1的实质部分的示意图；图2A,2B和2C是表示本发明的投影式的显示装置中使用的分光镜的光谱反射特性曲线；图3是本发明的投影式显示装置的彩色分解和照明部分的透视图；图4是发明的液晶屏的第一实施例的剖视图；图5A,5B和5C是在本发明的液晶屏中彩色分解和彩色组合的原理图；图6是根据本发明的第一实施例的液晶屏的部分放大的顶视图；图7是本发明的投影式显示装置的实施例1的投影光学系统的部分的结构图8是本发明的投影式显示装置的实施例1的驱动电路的方框图；图9是本发明的投影式显示装置的实施例1中在屏幕上的投影图象的部分放大了的示图；图10是根据本发明的液晶屏的另一种形式的部分放大了的顶示图；图11是本发明的液晶屏的实施例2的部分放大了的剖面图；图12A和12B分别表示本发明的第二实施例的液晶屏部分放大的顶视图和部分放大的剖面图；图13是根据现有技术的具有微透镜阵列的透射式液晶显示元件的部分放大的剖面图；图14是投影在根据现有技术的投影式显示装置的屏上的放大投影图象的放大了的示图；图15是在本发明的液晶屏中的有源矩阵驱动电路的典型的剖面图；图16是在本发明的液晶屏中的有源矩阵驱动部分的电路图；图17是在本发明的液晶屏中的外围驱动电路(另一种形式)的典型的方框图；图18是根据本发明的液晶屏的典型的总平面图；图19A和19B是表示在本发明的液晶屏中反射电极的刻蚀特性曲线；图20是本发明的直视式液晶显示装置的第三实施例的总体结构的典型示图；图21是图20所示的R,G和B的LED背面的透视图；图22是本发明的显示装置的第四实施例的照明系统的透视图；图23是根据本发明的第五实施例使用具有微透镜的DMD器件的显示屏的部分放大了的剖面图；图24A,24B和24C示出了使用本发明的透射式液晶屏的投影式显示装置的第六实施例的总结构图；图25是根据本发明第六实施例的透射式液晶屏的剖面图；图26A,26B和26C是在本发明的第六实施例的透射式液晶屏中的彩色分解和彩色组合的原理图；图27是根据本发明的第六实施例的透射式液晶屏的部分放大的顶视图；图28是使用本发明的第六实施例的透射式液晶屏的投影式显示装置的投影光学系统的部分放大了的结构示图；图29是根据本发明的第六实施例的透射式液晶屏的TFT部分的方案图。
图1A,1B和1C是本发明的投影式液晶显示装置和显示屏的实施例1的光学系统的实质部分的示意图，图1A是这个光学系统的顶视图，图1B是这个光学系统的正视图，和图C是这个光学系统的侧视图。
在图1A至1C中，数1表示投影透镜，它将由具有微透镜阵列的液晶显示屏(液晶显示屏)2显示的全色图象(信息)投影到屏幕上或墙壁上。数3表示偏振光束分离器(PBS)。该PBS3使P-偏振光通过和反射S-偏振光。数40表示只反射红(R)光的分光镜，41表示只反射蓝和绿(B和G)光的分光镜，数42表示只反射蓝(B)光的分光镜，数43表示反射所有的彩色光R,G和B的高反射镜，数50表示菲涅耳透镜，数51表示凸透镜(正透镜)，数6表示棒式(表面反射式)积分器，和7表示椭园反射器，在它的中心放置由诸如金属卤灯或UHP灯构成的光源8的光发射部分。
R反射分光镜40,B/G反射分光镜41和B反射分光镜42分别具有如图2A,2B和2C所示的光谱反射特性。分光镜40,41，和42与高反射镜43如图3所示三维地放置，将要描述的镜40,41,42和43被设计用于彩色分解来自光源8的白光成为R,G和B三色光，并且该R,G和B三基色光从相对液晶屏2不同的方向三维地照射该液晶屏2。
在此，根据来自光源8的光束的穿越过程描述，由灯8发射的白光，首先由椭园反射器7反射，并聚光在反射器7的前面的积分器6的入口(光入射面)6a，在它穿越积分器6时在其内表面重复反射，它的空间光强度分布(白光束)是不均匀的。通过凸透镜51和菲涅耳透镜50，从积分器6的出口(光出现表面)出来的光变成在X轴方向上的平行光，并首先进入B反射分光镜42。
只有B光(蓝光)由这个(蓝光)B反射分光镜42反射并朝着Z轴方向上的R反射分光镜40射来，也就是相对Z轴以预定的角度向下(参照图1B)。另一方面，非B的其它的颜色的光(R/G)通过这个B反射分光镜42，此后，它们由高反射镜43以相对Z轴方向成直角方向反射，并射向R反射分光镜40。
根据图1A进行解释，将B反射分光镜42和高反射镜43二者都设置成将来自积分器6的X轴方向上的光束反射在Z轴方向(向下)，并且高反射镜43以Y轴方向作为旋转轴相对XY平面倾斜45度。与此相反，B轴射分光镜42以Y轴为旋转轴相对Y轴方向的XY平面成小于45度角。
因此，在Z轴方向上反射由高反射镜43反射的R/G光，相反，由B反射分光镜42反射的B光以相对Z轴的预定的角度(在XY平面上倾斜)向下射出。为了使得在液晶屏2上的B和R/G三基色光的照射范围相互一致，设定高反射镜43和B反射分光镜42的偏移量和倾斜量，使得各颜色的光的主光线(中心光线)在液晶屏2上相互交叉。
其次，如前所述的向下(在Z轴方向上)穿越的R,G和B三基色光射向R反射分光镜40和B/G反射分光镜41，但是它们位于B反射分光镜42和高反射分光镜43的下面，并且B/G反射分光镜41以X轴为旋转轴相对XZ平面倾斜45度，并且使R反射分光镜40以X轴为旋转轴相对XZ平面有小于45度的角度。
因此，在入射的R,G和B光中的B/G通过R反射分光镜40并由B/G反射镜41以与Y轴正方向成直角的角度反射，并且由PBS3单独取出P-偏振光。这些蓝和绿P-偏振光照射在XZ平面中水平放置的液晶屏2上。
该蓝光B已经如前所述以相对X-轴预定的角度(在XZ平面中倾斜)穿越(见图1A和1B)，因此，在由B/G反射分光镜41反射以后，它保持与Y轴成的预定的角度(在XY平面中倾斜)，并由PBS3单独取出P-偏振光。该蓝偏振光以相对于Y轴的角度作为入射(XY平面的方向)角照射在液晶屏2上。该绿光由B/G反射分光镜41以直角的角度反射，和在Y轴的正方向上穿越，并由PBS单独取出P-偏振光。该绿P-偏振光从垂直方向以0度的入射角度照射在液晶屏2上。
而且，如前所述，红光R在Y轴的正方向上由接近B/G反射分光镜的R反射分光镜41反射，并在Y轴的正方向上，和如图1C所示，以相对Y轴成预定的角度(在YZ平面中倾斜)传输，并由PBS3取出这个红色P-偏振光。这个红色P-偏振光以相对Y轴的角度作为入射(YZ平面的方向)角照射在液晶屏2上。
而且，为了使得R,G和B彩色光照射在液晶屏2上的范围彼此一致，设定B/G反射分光镜41和R反射分光镜40的偏移量和倾斜量，以至各彩色的主光线在液晶屏2上相互交叉。
另外，如图2A至2C所示，B/G反射分光镜41的截止波长是570nm，而R反射分光镜40的截止波长是600nm，因此不必要的橙色的光透射B/G反射分光镜41并被从该光路排除。因此，得到了最佳的色平衡。
还有，将如以后所述，R,G和B三基色光被液晶屏2反射和偏振，和此后返回到PBS3，并且独有S-偏振光被PBS3的PBS表面3A在X-轴正方向上反射。各颜色的三个S-偏光进入投影透镜1，因此放大和投影由各颜色的S-偏振光显示在液晶屏上的图象到屏幕或墙壁上。
照射在液晶屏2上的R,G和B彩色光在入射该屏的角度上彼此不同，因此，该屏反射出的R,G和B光在出射角度上彼此不同。因而，如投影透镜1，它使用有足够大小的直径和孔径的透镜，以引进各个颜色的这些反射的光。当它进入液晶屏2时，由于每个颜色的光两次通过微透镜，进入投影透镜1的来自屏2的扩展了的整个光束保持该整个光束的扩展。
然而，在图13所示的现有技术的透射式液晶显示元件LP中，通过微透镜16的聚光作用，从液晶显示元件LP出来的整个光束被更大地扩展了，因此，为了接收该更大扩展的光束，该投影透镜需要更大的孔径数值，这将导至笨重的投影透镜。
反之，和图13的现有技术比较，在从本实施例中的液晶屏2来的扩展的光束是小的，因此，即使比现有技术小的孔径数的投影透镜也能放大和投影足够亮的图象在墙壁上或屏幕上，这就使得用更小的投影透镜成为可能。
现在将要详细介绍液晶屏2。图4是本发明的液晶屏2的典型放大了的剖面图(对应图1C的YZ平面)。
数21表示微透镜阵列衬底(玻璃衬底)，数字22,22a和22b表示微透镜，数23表示玻璃板，24表示透明的对电极，25表示液晶层，数26表示象素电极，数27表示有源矩阵驱动电路部分和数28表示硅构成的半导体衬底。用所谓的离子交换的方法在玻璃(碱玻璃)衬底上形成若干微透镜22，和在XZ平面上以象素电极26的间距两倍的间距两维地安排蝇眼透镜，形成所谓的微透镜。
液晶层25采用所谓适于反射类型的DAH或HAN的ECB型的向列液晶，和具有由没有施加电场的情况下未示出的取向层保持的预定的取向。起反射镜作用的象素电极26是由铝(Al)制作的，和在制做图案之后的最后步骤中经受所谓的CMP处理，以使它的表面特性变好和改善它的反射率(将在后面详细叙述)。
有源矩阵驱动电路部分27是提供在硅半导体衬底28上的半导体电路，并用于有源矩阵-驱动象素电极26。没有示出的栅线驱动器(垂直寄存器或类似的)和信号线驱动器(水平寄存器或类似的)提供在电路部分27的周围(以后将详细介绍)。
这些外围驱动器和有源矩阵驱动电路部分27设计用来将R,G和B三基色图象信号写入预定的R,G和B象素，并且每个象素电极26没有滤色片，但是，由有源矩阵驱动电路27写入的基色图象信号来将象素电极26辨明为R,G和B象素，并且形成预定的R,G和B象素排列，以后将要叙述之。
首先描述绿光G照射在液晶屏2上。如前所述，绿光G由PBS3制成P-偏振光，此后垂直地进入液晶屏2。在图4中用箭头G(入/出)表示这个绿色光束G进入微透镜22a的例子。
如图4所示，光束G由微透镜22a聚光并照射在G象素电极26g上。它由铝形成的象素电极26g反射，并再次通过相同的微透镜22a从液晶屏2出来。当它往复地通过液晶层25时，光束G通过取向状态发生变化的液晶而受到偏振调制，加在象素电极26g上的信号电压使在液晶和对电极24间形成电场，改变液晶的取向状态，然后光束G以包括S-偏振光的形式从液晶屏2出来和返回到PBS3。这里由依赖于其调制程度的PBS表面3a反射的和投向投影透镜1的图象光(S-偏振光)的量变化，和因此完成了G象素的所谓的灰度谐和显示。
另一方面，如前所述，在图4的截面(YZ平面)中射入屏4的光R还由PBS3制成P-偏振光，此后，进入例如微透镜22b的光束R被微透镜22B聚光，如图4中的箭头R(入)所示，并且照射正在它的下面处向左偏移的位置的R象素电极26r。然后光R被由铝形成的象素电极26r反射，并且如图所示，现在在负Z方向(R(出来))通过邻近的微透镜22a从液晶屏2出来。
在这种情况下，光束G通过取向状态发生变化的液晶而受到偏振调制，由加在R象素电极26r上的信号电压在液晶和对电极24间形成的电场改变液晶的取向状态，并且光束G以包括S-偏振光的形式从液晶屏2出来和返回到PBS3。此后的处理过程和前述的光束G的情况完全相同，从而完成R象素的和谐的灰度显示。
现在，在图4中，所描述的在G象素电极26g和R象素电极26r上的彩色光G和R部分地重复和相互干扰，这是由于一般液晶层25的厚度在描绘时被夸大，实际上该液晶层的最大的厚度是5微米的数量级，这个厚度和玻璃层的50至100微米的厚度比较是薄的，因此，这样干扰不会发生，与象素的大小无关。
图5A,5B和5C表示了本实施例的液晶屏的彩色分解和彩色组合的原理。图5A是液晶屏2的具体的顶视图，和图5B和5C是在图5A中沿线5B-5B(X-方向)以及线5C-5C(Z-方向)分别具体的剖面图。
图5C是对应表现YZ截面的图4的截面图，和表示进入每个微透镜22的G和R颜色的光的入射和出来的状态。从图5C可以看到每个G象素电极作为第一色象素置于每个微透镜22的中心的正下方，作为第二色象素的每个R象素电极置于微透镜间的边界的正下方。因此，R光的入射角θ最好这样设定，以使该θ的正切等于交替安置的G和R象素的间距和在Y方向上微透镜22与象素电极26间的距离之间的比率。
另一方面，图5B对应液晶屏2的XY截面。考虑XY截面，作为第三色象素的B象素电极和作为第一色象素的G象素电极如图5C那样交替安排，并且每个G象素电极还安置在每个微透镜22的正下方，并且作为第三色象素的每个B象素电极安置在微透镜22间的边界的正下方。
现在，如前所述，使照射在液晶屏2上的光束B由PBS3制成P-偏振光，此后，它倾斜地进入图5B截面(XY平面)中的屏2，正象光束R的情况，已经进入每个微透镜22的光束B由所示的铝形成的B象素电极反射，并且由邻近已经在X方向上入射包括S-偏振光的微透镜22的微透镜出来。由在B象素电极上的液晶层25作的偏振调制和来自液晶屏2的出射光的投影类似于前述的G和B光。
而且，每个B象素电极安置在微透镜22间的边界的正下方，并且最好蓝光B在液晶屏2上的入射角θ这样设定，以至在红光R的情况下，使角θ的正切等于交替安置的G和R象素的间距和在Y方向上微透镜22与象素电极26间的距之间的比率。
现在，在根据如上所述本实施例的液晶屏2中，R,G和B象素的安排是在Z方向(第一方向)上是RGRGRG…，在X方向(第二方向)上是BGBGBG…，和图5A示出了它的平面安排。
在安排方向上的彩色象素的尺寸大约是在对应的水平和垂直二个方向上的微透镜的直径的一半，并且该象素的间距是对应的水平和垂直二个方向上的微透镜的间距的一半。而且G象素在位于微透镜22的中心的正下方的平面中，并且R象素位于在Z方向上的G象素之间，并且在微透镜22间的边界，B象素位于在X方向上的G象素之间，并且在微透镜22间的边界。而且微透镜的形状是正方的(每一边的尺寸是象素的一个边的两倍)。
图6是本实施例的液晶屏2的部分的顶视图。在图6中虚线格子29表示象素单元，其中构成图象单元的R,G和B三色象素结合在一起。
象素29是在X和Z方向上以一定的间距两维地安排在衬底上的，从而构成了象素单元阵列。也就是当R,G和B象素被图4的有源矩阵驱动电路部分27驱动时象素单元29被对应相同图象单元位置的图象信号R,G和B所驱动。
在此，要注意图象单元是由R象素电极26r,G象素电极26g和B象素电极26b构成，从微透镜22b出来和倾斜进入的红光R照射在R象素电极上，它由箭头r1表示，通过微透镜22a出来的反射红光R由箭头r2表示，从微透镜22c出来和倾斜进入的蓝光B照射在B象素电极上，它由箭头b1表示，通过微透镜22a出来的反射蓝光B由箭头b2表。
而且，从微透镜22a出来垂直进入(在朝着图面的平面的后面的方向上)的绿光G照射G象素电极26g，用朝着前和后的箭头g12表示，并且通过相同的微透镜22a绿反射光G垂直地出来(在朝着图面的平面的这一面出来的方向)。
如上所述，在液晶屏2中，考虑到构成图象单元的由R,G和B色象素组成的象素单元，三基色照射光在微透镜阵列上的入射位置彼此不同，但是它们的出来的位置是一个相同的微透镜(在这种情况下，微透镜22a)。对于其它的图象单元(R,G和B象素单元)也是如此。
图7是所有从本实施例中的液晶屏2射出的光通过PBS3和投影透镜1投射在屏幕9上的示意图。当如图7中所示，图6中所示的液晶屏2被使用，并且该光学系统被调整，以至在液晶屏2中的微透镜阵列22或接近它的区域可以在屏9上成象，在屏9上放大投影的图象会有处于一个状态的一个图象单元作为它的组成单元，在这种状态下，从如图9中所示的若干微透镜22组成的方格中的构成图象单元的R,G和B象素单元的出射光相互混色，也就是相同象素相互混色的状态。
在本实施例中，因此使用图6所示结构的显示屏2，和在屏2或邻近它的光射出端的微透镜阵列22作成与屏幕9共轭，因此没有所谓R,G和B马赛克的高质量的全色的图象有可能在屏幕的表面上形成。
现在将要描述每个象素电极26和提供在硅半导体衬底28上的驱动象素电极26的源矩阵驱动电路部分27。
图15是根据本发明的液晶屏2的有源矩阵驱动电路部分27的具体的截面图。数28表示硅衬底(半导体衬底)，数102和102′分别表示P型阱和N型阱，数103和103′表示晶体管的漏极区，数104表示栅极，和数105和105′表示源极区。
从图15可以看到，在显示区的晶体管并没形成有自适应栅极的源区层和漏区层，但是具有偏移，在此间，低密度的N-层和P-层被提供，如在漏区103′和栅105′中所示。这个偏移量最好是0.5至2.0微米。
另一方面，外围电路的一些电路部分如图15中所示，外围部分的一些电路形成有自适应栅极的源区层和漏区层。
在此已经描述了源极和漏极的偏移，不但该偏移的存在与否，而且与经受的压力一致的偏移量的变化，或者栅极的最佳化长度是有效的。外围电路的一部分是逻辑电路，而且这个部分可以是上述的1.5至5V的系统驱动，因此上述的自适应结构被提供以减少晶体管的尺寸，以及改善晶体管的驱动力。
半导体衬底28包含P型半导体，并且衬底28是最小电位(通常是地电位)，并且在显示区的情况下，N型阱需要加给象素的电压是10至15V，另一方面外围电路的逻辑部分需要1.5至5V的逻辑驱动电压。用这种结构，可以构成符合各个电压的最佳器件，不但可以实现减少芯片的大小，而且通过改善驱动速度实现高质量的象素显示。
数106表示场氧化膜，数110表示连接到数据线的源电极，数111表示连接到象素电极26的漏极电极。数107表示覆盖显示区和外围区的光阻断层，和钛，锡，钨，钼或类似的物质适于作光阻断层107。
从图15可以看到，光阻断层覆盖除了象素电极和源电极之间的连接部分外的显示区，而且在外围象素区被设计成当照射光混入光阻断层被除去的部分而引起电路故障时，覆盖象素电极层，并且光的阻断层在诸如一些图象信号线和时钟信号线的引线电容变大的区域设计能够用来传输高速的信号。
数108表示在光阻断层的下面部分中的绝缘层，并且P-SiO层已经经受由SOG的扁平处理，并且该层还用P-SiO覆盖，从而保障了绝缘层的稳定性。当然，除了用SOG作扁平处理，可以形成P-TEOS膜和覆盖P-SiO，此后，该绝缘层可以作CMP-处理和被扁平。
数109表示在反射电极与光阻断层之间的绝缘层，通过这个绝缘层提供反射电极的电荷保持能力。为了形成大的电容，除了SiO2以外，叠置高介电常数的P-SiN,Ta2O5和SiO2是有效的。该光阻断层提供在如Ti,TiN,MO或W金属板上因此，膜的厚度为500至5000埃数量级是适合的。
数25表示液晶材料，数117和117′表示高浓度杂质区，和数119表示显示区。
如从图15可以看到，与晶体管的下部分形成的阱的极性相同的高浓度杂质层117和117′形成在周边部分和阱的内部，即使加到源极的是大幅度的信号，由于阱的电位在低电阻层中固定在希望的电位，所以阱的电位是稳定的，因此可以实现高质量的图象显示。另外，在N型阱和P型阱间，通过场氧化膜提供高浓度杂质层117和117′，因此，在通常使用的MOS晶体管中的场氧化膜正下方的沟道截断层不必须做出。
在源和漏层形成过程时可以形成这些高浓度的杂质层，因此在制造过程中若干掩膜和步骤可以节省，从而减少成本。
图16是本实施例中液晶屏2的有源矩阵驱动部分27的电路图。
在图16中，数121表示水平移位寄存器，122表示垂直移位寄存器，数123表示n沟道MOSFET，数124表示P沟道MOSFET,125表示保持电容(holding capacity)，数126表示表示液晶象素电容，数127表示信号传输开关，数128表示复位开关，数129表示复位脉冲输入端，数130表示复位电源端，数131表示R,G和B图象信号输入端。
然而，在图15中硅半导体衬底28是P型，也可以是n型。而且，阱区102是与半导体衬底28相反的电导电型。因此，在图15中阱102是P型。希望P型和n型阱102和102′具有比半导体衬底28的杂质密度要高的注入杂质。还希望当半导体衬底28的杂质密度是1014至1015(cm-3)，该阱区102的杂质密度是1015至1017(cm-3)。
源电极110连接到显示信号传送到的数据线，并且漏电极111连接到象素电极26。Al,AlSi,AlSiCu,AlGeCu或AlCu导线通常用作电极110和111。当由Ti和TiN形成的势垒金属层用作这些电极110和111的下部分时，可以实现稳定的接触。并且接触电阻可以减少。
希望象素电极26具有一个平面和具有高的反射率，除了普通的Al,AlSi,AlSiCu,AlGeCu和AlCu用作导线以外，还可以使用Cr,Au和Ag等金属用作导线。而且为了改善象素电极的平整，地绝缘层和象素电极26的表面最好用化学机械抛光(CMP)。
图16中所示的保持电容125是保持在图15中所示的象素电极26和对面的透明电极24之间的信号的电容。衬底电位被加到阱区102。
在本实施例中，在各个列中的透射栅做成这样的结构，其中的顺序在相邻的列中变化，以至在从上数的第一列中，n沟道MOSFET123在上面，和P沟道MOSFET124在下面，而在第二列中，P沟道MOSFET124在上面，和n沟道MOSFET123在下面。如上所述，不仅在带状型阱中显示区的周围与电源线接触，而且在显示区提供细的电源线并使得它与其接触。
在这时，阱的电阻的稳定就变得关键了。因此，在P型结构的情形中，在n阱的显示区中的接触面积或接触数目增加超过P阱中的接触。该P阱是其中采用恒定电位的P型衬底，该衬底起到低电阻体的作用，因此，由于输入和输出信号的波动对变成带状的n型阱的源和漏区的影响易于变大，但是这能由从上引线层增加接触来避免，从而可以实现高质量的稳定的显示。
从图象信号输入端131输入R,G和B图象信号(如视频信号和脉冲调制信号)，并且用与来自水平移位寄存器121的脉冲一致的信号传输开关127的接通和中断将信号输出给每个数据线。由垂直移位寄存器122将高的脉冲加到选定列中的n沟道MOSFET123的栅极，并且低脉冲加到p沟道MOSFET的栅极。
如上所述，象素部分的开关包括单晶的CMOS透射栅，还有这样的优点，即写入象素电极的信号不依赖于MOSFET的阈值电压，但是源的信号可以完全写入。
而且，该开关包含单晶晶体管并且没有在多晶Si-TFT的晶粒间界的不稳定特性等，并且可以实现没有不规则的高可靠的高速驱动。
而且，如上所述的有源矩阵驱动电路部分27在每个象素电极26的下面，和因此在图16的电路图中构成图象元素的R,G和B象素被简单地描绘为横向安排，但是如图6中所示，每个象素FET的漏极连接到两维排列的R,G和B象素电极26上。
参照图17将描述屏周围的驱动电路的结构的另一个例子。
图17是有关屏的驱动电路的结构的另一个例子的具体的方框图。在图17中，数132表示电平移位器电路，数133表示图象信号取样开关，数134表示水平移位寄存器，数135表示R,G和B图象信号输入端，数136表示垂直移位寄存器，以及数137表示显示区。
如上结构所述，诸如H和V移位寄存器的逻辑电路可以以与视频信号幅度无关的1.5至5V量级的很低的电位驱动，并且可以实现更高的速度以及更低的功耗电压。水平和垂直移位寄存器在此可以通过选择开关在两个方向上扫描，并且可以处理光学系统配置等的变化而使显视屏没有变化，还有这样的优点，即可以在不同系列的产品中使用相同显示屏并实现更低的成本。
在图17中已经叙述的图象信号取样开关133的每一个具有一个单极性的晶体管，但不局限于此，当然，它们的每一个可以包含CMOS晶体管传输门，因此所有的输入信号可以写入信号线。
然而，当采用CMOS晶体管传输门时，有这样的问题，由于在NMOS栅和PMOS栅间面积不同和在该栅与源或漏极间的叠加电容的不同，图象信号就出现了不稳定。为了防止这一问题，约为各个极性的取样开关133的MOSFET的栅极长度的1/2的MOSFET的源和漏极连接到信号线，并反相的脉冲加到这里，由此可以防止该信号的不稳定，并将好的图象信号写入信号线。因此，高质量的显示成为可能。
图18是表明屏结构与密封结构间的关系的具体的平面图。在图18中，数151表示密封材料，数152表示电极盘，，数153表示时钟缓冲电路，以及数154表示一个放大器。这个放大器用作检查屏电流期间的输出放大器。数155表示取对面衬底的电势的Ag糊部分，数156表示显示区，数157表示如SR的外围驱动电路部分。
如图18可以看到，在本实施例中，在密封部分的内部和外部都有电路，所以整个芯片的尺寸可以变小。在本实施例中，焊盘的引出是集中在显示屏的一侧，但是可以是较长的一侧，当处理高速时钟时，从多侧面而不从一侧引出是有效的。
另外，根据本实施例的液晶屏使用了Si半导体衬底，因此，当在投影式显示装置中，强光加到上面，和光也射到衬底的侧壁，衬底的电位可能起伏，因此引起了液晶屏的错误的工作。因此，在液晶屏的侧壁和上表面上的显示区的外围电路部分是可以遮断光的衬底持架，和Si衬底的背面是持架结构，诸如具有高导热性的Cu的金属可以通过具有高热传导性的粘结剂连接到该持架上。
现在将要叙述在本实施例中的反射电极的结构和制作的方法。用新的方法在本实施例中平展反射电极，而不是用制做金属图形的普通的方法，然后抛光它，使电极图形预先刻蚀出沟槽，形成金属膜，除去没有形成电极图案的区域的金属，使在电极图形上的金属平整。并且，导线的宽度大于其它非导线区域的宽度，根据普通刻蚀装置的公知的知识，出现了这样的问题，即完成刻蚀时，聚合物在刻蚀期间沉积，而图案形成变得不可能，因此不可能形成在本实施例中的结构。
因而，试图描述在通常的氧化膜初始刻蚀(CF4/CHF3)中的状态。
图19A和19B是表示在根据本发明的液晶屏的生产中的刻蚀处理质量的曲线，图19A表示总压力是1.7托的通常情况，图19B表示总压力是1.0托的本实施例的情形。
可以看到，当在通常条件下，淀积特性的气体CFH3减少时，聚合物的体积肯定减少，但是在接近保护膜的图形和远离保护膜的图形间的尺寸差(负载效应)变得很大，和这种气体不能用。
已以发现这时压力渐渐减少以抑制该负载效应，当压力变得等或小于1托时，明显地抑制了该负载效应，并且用其中没有CHF3的CF4单独刻蚀是有效的。
另外，在象素电极区很少或没有保护层，和外围部分用保护层占据。因此，已经发现，形成一种结构是困难的，并且它有效地提供在显示区的外围部分上等于象素电极形状的结构。
通过采用本结构，已经获得了这样的效果，关于显示部分和外围部分或这以前已经出现的密封部分的电平差变为零，和间隙精度变得很高，以及在表面上的均匀压力变高，而且在注入期间的不规则性减少，可以很好输出形成的高质量的图象。
图8是根据本发明的投影式的液晶显示装置的驱动电路系统的总方框图。
在图8中，数10表示屏驱动器，它反向R,G和B图象信号的极性并且形成经过预定电压放大的液晶驱动信号，还形成对电极24的驱动信号，和各种定时信号等。数12表示将各种图象和控制传输信号解码为标准图象信号或其它的接口，数11表示一个解码器，它解码来自接口12的标准图象信号成为R,G和B基色图象信号和同步信号。数14表示驱动和开启电弧灯8的镇流器。数15表示给每个电路块提供电源的电源电路。数13表示包括没有示出的操作部分的控制器，它同步控制上述的每个电路块。
如前所述，根据本实施例的投影式的液晶显示装置的驱动电路系统象单板型投影器那样普及，并且没有负载具体加在该驱动电路系统，而且可以显示如前所述没有R,G和B的马塞克的高质量的彩色图象。
图10是本发明的液晶显示屏的另一种方式的部分放大的平面图。这里，作为第一彩色象素的B象素安排在微透镜22中心的正下方，绿G象素作为第二象素交替地与B象素安排在B象素的左和右方向上，并且R象素作为第三象素交替地与B象素安排在G象素的垂直方向上。
用这种安排，通过使得蓝光B垂直地进入液晶屏并且使得红光R和绿光G倾斜地进入液晶屏，从而可以获得完全类似前例的效果，以至来自构成图象单元的R,G和B象素单元的反射光可以射出公共的微透镜。另外，R象素可以作为第一象素安排在微透镜22中心的正下方，和G和B彩色象素中的一个可以在左和右方向上交替地与R象素一起安排，和另外的G和B象素可以交替地在垂直的方向上与R象素一起安排。
图11是本发明第二实施例的液晶屏20的主要部分的示意图。图11示出了液晶屏20的部分放大了的截面图。实施例2与实施例1的区别在于玻璃层23用于对面的玻璃衬底，以及用所谓的使用热塑树脂的回流法在玻璃层上形成微透镜220。另外，用光敏树脂的照象平版影印技术在非象素区形成间隔部分251。
图12A是液晶屏20的部分顶视图。从这个图可以看到，在微透镜220的角上的非象素区上以预定的间距形成间隔部分251。通过这些间隔部分251的截面12B-12B示于图12B中。最好是这些间隔柱251以10至100象素间距的矩阵形式提供，并且必须设定其形成密度以使得满足与间隔柱数相反的玻璃层的平整度和液晶的可注入性的两个参数。
还有在本实施例中，提供了由金属膜构成的图形形成的光的遮断层221，并且防止了从微透镜间的边缘部分有任何泄漏光的进入。因此，防止了由于泄漏光引起的投影图象色彩的减少(由于三基色R,G和B图象光的混合)和对比度的减少。因此，使用该液晶屏220以构成如实施例1的投影式显示装置，可以得到更多的调制的好图象。
图20是本发明的投影式的液晶显示装置的第三实施例的主要部分的示意图。图20具体地示出了使用反射式液晶屏的直视式显示装置的总结构。
在图20中，数101表示目镜，数20表示在前述的实施例2中所示的液晶屏，数31表示一个PBS(偏振光束分离器)，数52表示物镜，数44表示整个反射镜，和数81,82和83分别地表示R-LED(红色发光二极管)，G-LED(绿色发光射二极管)和B-LED(蓝色发光射二极管)，和这些如图所安排。
首先，从对应三基色的LED81,82和83发射的光束R,G和B被镜44反射，此后，它们通过物镜52和PBS31照射在液晶屏20上。物镜52准直来自LED81,82和83的加宽的光束(发散光束)，PBS31只从基色照射光中取出P-偏振光。另外，液晶屏20是在Y轴方向上以RGRG的顺序两维地安排多个R,G和B象素，和在X轴方向上以BGBG的顺序两维地安排多个R,G和B象素。
图21示出了LED81,82和83的安排。图21示出了从图20的箭头A方向看的背面透视图。从这个图可以看出，R-LED81位于相邻G-LED82的Z轴方向上的位置，B-LED83位于相邻G-LED82的X轴方向上的位置，并且各LED的方向是这样设定的，以至从LED射出的主光线r,g和b(图21中的箭头)通过各自的光路射向液晶屏20的中心位置。
另外，G-LED82这样设置，以使得在从这里射出的光束被物镜52准直后，由主光线g(在图21中的箭头g)垂直地进入和照射液晶屏20。和如主光线b表示的从B-LED81射出的光(蓝)在由物镜52准直的状态下照射液晶屏20，这是以相对垂直进入液晶屏20的G光在X轴方向上倾斜θ1的角度照射的。
如由主光线r(图21中的箭头)表示的从R-LED83射出的光(红)首先以相对G光在Z轴方向上倾斜θ2角度的方向上射出，但是在由镜44反射以后，它以由物镜52准直的状态照射在液晶屏20上，这是以相对垂直进入液晶屏20的G光在Y轴方向上倾斜θ2的角度照射的。
从液晶屏20来的具有偏振调制图象信息的反射光(反射图象光)的S-偏振光由PBS31的PBS表面31a反射，此后，它的图象直接通过物镜101和眼睛30的虹膜被观察。
因此，这时的聚焦位置被调节在液晶屏20的中的微透镜位置，因此，可以由完全类同前述实施例1的原理得到没有马赛克的相同混合色象素的调制的好的全色观看图象。
而且，在本实施例中，如由图20中的箭头Pa所示，外部光可以通过PBS31进入目镜，因此它可能给予该实施例看穿的功能。
现在，在如前面的实施例和本实施例中，PBS31用作偏振元件，但是为了减少成本和重量，可以使用倾斜放置的反射式偏振膜例如3M公司生产的DBEF，以对应该PBS的表面，而不是PBS31。另外，在这种情况下，为了改善偏振(线性偏振的纯度)的程度，偏振板可以提供在对应PBS31的入射平面和出射平面的位置。
图22是本发明的投影式液晶显示装置的第四实施例的主要部分的示意图。在图22中，数8表示发射白光束的灯，数70表示抛物线的反射器，数45表示带有具有开口的R,G和B滤色片的遮光板，该滤色片包括R,G和B滤色片，数53表示聚光透镜。遮光板45的G滤色片开口部分45g位于反射器70的圆形开口的中央，也就是在照明系统光轴上，遮光板45的R滤色片开口部分45r位于它的上面相邻的部分(Y-方向)，遮光板45的B滤色片开口部分45b位于它的右面的相邻部分(X-方向)。
该聚光透镜53的放大率被设置，以至将从开口45g,45r和45b发射的平行光束聚光在被照射的液晶屏上，如箭头r,g和b所示。然而，来自开口45g的绿光G在光轴上通过并因此直线地通过透镜53，同时红光R在Y轴方向上被透镜53弯曲θ1的角度，蓝光B在X轴方向上被弯曲θ2的角度。这里，θ1和θ2等于在实施例1中所述的θ。
因此，通过设计照明系统的光轴以垂直延伸通过被照射的液晶屏的表面，绿光G可以以与其垂直的入射角照射该液晶屏，红光R可以相对垂直方向在Y轴方向倾斜θ1的入射角照射液晶屏，和蓝光B可以相对垂直方向在X轴方向倾斜θ2的入射角照射在液晶屏上，并且可能使用象实施例1或实施例3的液晶屏构成显示装置。根据这样的照明系统，可以用相当简单的结构实现希望的照明。
图23是本发明的显示屏的第五实施例的主要部分的截面图。图23示出了使用所谓的DMD(可变形的镜装置)的显示屏300的部分放大了的截面图。在图23中，数21表示微透镜阵列衬底，数22表示微透镜，数23表示玻璃层，数231表示有防止反射膜涂层，数261表示象素电极，数271表示有源矩阵驱动电路部分，和数281表示硅半导体衬底。
微透镜22用所谓的离子交换方法形成在由碱玻璃形成的玻璃衬底的表面上，并以两倍象素电极261的间距两-维地安排形成阵列结构。象素电极261用铝构成，并作为反射镜，并通过有源驱动电路部分271执行与写入信号一致的弯曲的操作，如图23中的箭头a所示。
有源矩阵驱动电路部分271是提供在所谓的硅半导体衬底281上的半导体电路，用来有源矩阵-驱动象素电极261，和栅线驱动器(如垂直寄存器)和信号线驱动器(如水平寄存器)(未示出)提供在这个电路矩阵的周围(以后将详细叙述)。
外围驱动器和有源矩阵驱动电路部分271设计用来将R,G和B基色图象信号写入多个R,G和B彩色象素，并且象素电极261没有滤色片，但仍通过由有源矩阵驱动电路写入的基色图象信号而被区分为R,G和B彩色象素，并形成如图6中所示的R,G和B象素的相同的安排。而且，微透镜的间距以及象素电极的间距和安排以及距离等完全类似实施例1中的那些。
因此，当用实施例5的显示屏和先前作为实施例2描述的照明装置相结合形成显示装置时，呈现了图23中由G1和R1典型示出的R,G和B彩色光的光路，因此，类似于实施例2中的相同的象素彩色混合显示变为可能。还有如绿光G2的光线所指示，某些象素的黑显示是由于象素电极261被弯曲所引起的，因此它的反射光偏离投影透镜和物镜等的口径。
没有如前面所述的在现有技术中所谓的R,G和B马赛克的高质量的极好的彩色图象显示变为可能。
图24A,24B和24C，是表示使用透射式液晶屏的投射式液晶显示装置的本发明的第六实施例的结构的示意图。图24A是实施例6的顶视图，图24B是它的正视图，和图24C是它的侧视图。
在图24A至24C中，数1表示投影透镜，数200表示具有微透镜阵列的透射式液晶屏，数40表示只反射红光的R反射分光镜，数41表示只反射蓝和绿光的B/G反射分光镜，数42表示只反射蓝光的B反射分光镜，数43表示反射所有的光的高反射透镜，数50表示菲涅耳透镜，数51表示凸透镜，数6表示柱型积分器，数7表示抛物线反射器，和数8表示弧光灯如金属卤灯或UHP。
这里，R反射分光镜40,B/G反射分光镜41和B反射分光镜42具有如图2A至2C所示的光谱反射特性。这些分光镜与高反射镜43的类似图3的透视图所示被三维地安排，并适于彩色分解白色照射光成为R,G和B光，并设计成R,G和B三基色光从不同的方向三维地照射液晶屏。
这里，根据光的行进过程来描述，来自灯8的白光首先由抛物面反射器7聚光在抛物面反射器7的前向的积分器6的光的入射面6a，并且其横截面光强度分布均匀，它穿过积分器6时由它的内表面反复地反射。从该积分器的光射出表面6b射出的光束被凸透镜51和菲涅耳透镜50准直，并在X轴方向上(参照图24B中所示)向前行进，和到达B反射分光镜42。
在这个B反射分光镜42中，只有蓝光B在Z轴方向上反射，也就是向下(参照图24B所示)并相对Z轴以预定的角度朝R反射分光镜40行进。
另一方面不是蓝光B的其它的红和绿光R/G通过B反射分光镜42并以在Z轴方向上成直角由高反射镜43反射(向下)，并朝着R反射分光镜40行进。这里是根据图24A所说，B反射分光镜42和高反射镜43二者是这样安排的，以至在Z轴方向(向下)上反射来自积分器6的光束(X轴方向)，并且高反射镜43相对XZ平面中的X和Z轴恰好旋转45度并以它的平行于Y轴的轴作旋转轴。
而且，B反射分光镜42被设置，以使它在XZ平面内以平行于Y轴的轴作旋转轴旋转小于45度的角度。因此，由高反射镜43反射的红和绿光R/G以在Z轴方向上成直角地反射，而，被B反射分光镜42反射的蓝光以在XZ平面内相对Z轴倾斜预定的角度状态向下传播。
为了使蓝光B和红和绿光R/G在液晶屏2上的照射范围彼此相一致，选择高反射镜43和B反射分光镜42的偏移量和倾斜量，以至各彩色光的主光线能在液晶屏200上彼此相交。
其次，三基色光R,G和B直接向下(在Z轴方向上)朝着R反射分光镜40和B/G反射分光镜41传播。这些镜40和41位于B反射分光镜42和高反射镜43的下面，并且B/G反射分光镜41在YZ平面内相对Y和Z轴倾斜45度，并用它的平行于X轴的轴作旋转轴，并且R反射分光镜40也被设置为在YZ平面内以它的平行于X轴的轴作旋转轴，旋转小于45度。
因此，R,G和B颜色的光进入这些镜，蓝和绿光B/G通过R反射分光镜40，以在Y轴正方向上以直角被B/G反射镜41反射并照射在XZ平面上水平放置的液晶屏2。如前所述，(见图24A和24B)，蓝光B以相对X轴预定的角度(在XZ平面中倾斜)前进，因此，在由B/G反射分光镜41反射后，它保持相对Y轴的预定的角度(在XY平面内倾斜)传播，并以该角度作为入射角ⅨY平面的方向)照射该液晶屏200。
绿光G被B/G反射分光镜41以直角反射，和在Y轴正方向上传播，和以0度的入射角照射液晶屏200，也就是垂直照射。而且，如前所述，红光R由靠近B/G反射分光镜41的R反射分光镜40在Y轴正方向上被反射，但是如图24C(侧视图)所示，在Y轴的正方向上以相对Y轴预定的角度(在YZ平面中倾斜)传播，并用这个相对Y轴的角度作为入射角(YZ平面的方向)照射液晶屏200。
为了使各R,G和B彩色光，如前所述，在液晶屏2上的照射范围彼此相一致，B/G反射分光镜41和R反射分光镜40的偏移量和倾斜量被选择，以至各彩色光的主光线能在液晶屏200上相互相交。另外，如图2A,2B和2C所示，B/G反射分光镜41的截止波长是570nm,R反射分光镜40的截止波长是600nm，因此，不需要的橙色光通过B/G反射分光镜41透射和并被放弃。因此，可以得到最佳的光平衡。
如以后所述，由液晶屏200偏振调制彩色光R,G和B，并变成图象光，在Y轴正方向上传播，并通过投影透镜1放大投影在屏幕(未示出)上。现在，照射液晶屏200的彩色光R,G和B在液晶屏上的入射角彼此不同，因此，通过这里透射和调制的光R,G和B从液晶屏的出射角也是彼此不同的，因此具有足够大的透镜直径以及足以引入所有的这些光的孔径的透镜被用作投影透镜1。然而，入射到投影透镜4上的整个光束扩大，与当它进入液晶屏200时整个光束的扩大相同，因为每个光两次通过微透镜，因此变成平行光。
然而，如图13所示，在现有技术的透射型式中，从液晶屏射出的光束由于所加的微透镜的聚光作用而更大地加宽了，因此，为了引进这个光束，需更大数值孔径的投影透镜，从而投影透镜变得很贵。然而，从液晶屏2来的整个光束的扩大小于现有技术实例中的，即使具有小的数值孔径的投影透镜也能得到在屏幕上的足够明亮的投影图象，因此，可以使用更便宜的投影透镜。
现在将描述在这里使用的本发明的液晶屏200。图25示出了液晶屏200的放大了的具体的截面图(对应图24A至24C的YZ平面)。数21和21′表示微透镜衬底，数22和22′表示微透镜，数23和23′表示玻璃层，数24表示透明的对电极，数225表示TN液晶层，数226表示透明的象素电极，和数227表示有源矩阵驱动电路部分。数47和46表示一对偏振板，它处在正交尼科耳棱镜关系中。
微透镜22和22′用所谓的离子交换方法形成在由碱玻璃形成的玻璃衬底21和21′上，形成阵列结构，在该结构中，以两倍象素电极226间距的间距两维地安排微透镜。玻璃层23和23′牢靠地粘合在微透镜阵列入射和出射面。液晶层225采用所谓的适于透射型的TN型向列型液晶，在没有施加电场的状态下，通过取向层(未示出)保持预定的取向。象素电极226包括TTO，并且形成在玻璃层23上。
有源矩阵驱动电路部分227是所谓的具有所谓的非晶或多晶硅薄膜作为基极的TFT电路，并有源矩阵驱动象素电极226，形成在玻璃层23′上并具有图29中所示的布局。数301,302和303分别表示R,G和B信号图象线，数310表示栅线，数321至323表示TFT，字符226r,226g和226b分别表示R,G和B透明象素电极。
栅线驱动器(如垂直寄存器)和信号驱动器(水平寄存器)(未示出)提供在电路矩阵的周部部分(以后将详细介绍)。构成这些外围的驱动器和有源矩阵驱动电路以便在预定的R,G和B象素写入R,G和B基色彩色图象信号，各象素电极226没有滤色片，但是通过有源矩阵驱动电路部分227写入的基色图象信号，仍然可以识别R,G和B象素，并形成以后将描述的预定的R,G和B象素安排。
如前所述，照射液晶屏200的绿光G垂直地进入液晶屏200。在这些光线中，例如进入微透镜22a的光束由图25中的箭头G(入)表示。如这里所示，G光束由微透镜聚光并照射G(绿)象素电极226g。然后它通过液晶层225，之后，通过在TFT侧的微透镜22′从液晶屏出射。当绿光G通过层225时，其线性偏振光已由偏振器46取出的绿光G经受由电场改变它的取向状态的液晶所作的偏振调制，并从液晶屏射出绿光G，由加到象素电极226g上的信号电压在象素电极226g和对面电极24间形成所述电场。
这里，通过分析器47和射向投影透镜1的偏振光量随这个偏振调制程度而变化，由此，完成了有关象素的灰度谐和显示。另一方面如前所述，在图中截面(YZ面)中从斜方向进入的红光R也有由偏振器46取出的它的线性偏振光。如在图25中由箭头R(入)表示，进入微透镜22b的红光束R由微透镜22b聚光，并照射在微透镜22b的正下方向下偏移的位置处的R(红)象素电极226r。如所示，它于是通过R象素电极226r，还通过在TFT侧((G/R(出)的微透镜22′a从屏射出。
在这时，红偏振光束R经受由电场改变它的取向状态的液晶所作的偏振调制，并从液晶屏射出，加到红象素电极226r上的信号电压在象素电极226r和对面电极24间形成所述电场。此后，正如前述的情形，绿光G，红光R变成产生R象素的灰度和谐显示的图象光。
现在，在图25中，将分别在G象素电极226g和R象素电极226r上的彩色光G和R描述成彼此部分重叠和彼此相互干扰，这是由于在描绘液晶屏的时，其厚度被夸大了所引起的，实际液晶屏的厚度最大是5微米，这和50至100微米的玻璃层的厚度相比较是很小的，而不取决于象素的尺寸，因此不发生干扰。
图26A,26B和26C表示了本实施例中的彩色分解和彩色组合的原理。图26A是具体的液晶屏200的顶视图，图26B和26C是沿图26A中的线26C-26C(X方向)和线26B-26B(Z方向)所作的具体的截面图。
图26C对应图25所示的YZ截面部分，表示进入微透镜22的绿光G和红光R的入射和出射的方式。由此可以看到，每个G(绿)象素电极在每个微透镜中心的正下方，每个R(红)象素电极在微透镜22间的边缘的正下方。
因此，最好是设定红光(R)在R象素电极上的入射角θ，以使它的tanθ等于交替安排的G和R象素的象素间距与微透镜与象素电极间的距离的比。另一方面图26B对应液晶屏200的XY截面。考虑到这个XY截面，B(蓝)象素电极和G(绿)象素电极如图26C所示交替安排，并且每个G象素电极安排在每个微透镜22的中心的正下方，每个B象素电极安排在微透镜22间的边缘的正下方。
如前所述，照射液晶屏200的蓝光B从相对于图中截面(XY平面)倾斜的方向进入，正象红光R的情形，从每个微透镜22出射的蓝光B通过B象素电极，如图所示，从在X轴上邻近蓝光进入的微透镜22的正下方位置的微透镜(22′)的微透镜(22′)出射。
由液晶屏在B象素电极上的调制和来自液晶屏的蓝光束B的投影类似于前述的绿光G和红光R。而且每个B象素电极安置在微透镜22间的边缘的正下方，最好是与红光的情况下一样，蓝光进入液晶屏的入射角度被设定为θ，以使它的tanθ等于交替安置的G和B象素的象素间距和在Y轴上微透镜和象素电极间的距离之间的比率。
在前述的液晶屏中，R,G和B彩色象素的安排相对Z方向是RGRGRG,和相对X轴方向是BGBGBG。图26A示出了它的平面安排。
如图26A中所示，每个象素的尺寸在长度和宽度上，也就是在X和Z方向上，是每个微透镜的约一半，象素的间距也是微透镜的一半。而且，在平面中的每个G象素位于每个微透镜22的中心的正下方，每个R象素位于在Z方向上的G象素间和在Z方向上安排的微透镜间的边界，和每个B象素位于在X方向上的G象素间和在X向上安排的微透镜间的边界。而且微透单元的形状是正方形的(它的侧边尺寸是象素侧边尺寸的2倍)。
图27是本实施例的液晶屏200的部分放大了的顶视图。在图27中，虚线格29表示构成图象单元的夸大了的R,G和B彩色象素。也就是当由图25中的有源驱动电路部分227驱动R,G和B象素时，由虚线格29表示的R,G和B三色象素由对应相同的图象单元位置的R,G和B图象信号驱动。
这里，应当注意到由R象素电极226r,G象素电极226g和B象素电极226r构成图象单元，由从微透镜22b射出的和倾斜进入它的红光R照射红光象素电极226r，如由箭头r1表示，并且如由虚线箭头r2所示，通过的红光R由此通过在微透镜22a的正下方的微透镜22′a(未示出)出射。如箭头b1所示，从微透镜22c出射和倾斜进入它的蓝光B照射象素电极226b，并且如虚线箭头b2所示，通过的蓝光B由此也通过在微透镜22a的正下方的微透镜22′a(未示出)出射。而且，由从微透镜22a来的垂直(在朝着压延层的平面背后的方向)进入的绿光G照射G象素电极226g，如朝前和后的箭头g1所示，透射的光G由此以朝着压延层平面的背后的方向通过在微透镜22a的正下方的微透镜22′a(未示出)垂直地出射。
因此，在本实施例的液晶屏中，考虑到构成象素的R,G和B彩色象素，在微透镜阵列的表面上的三基色照射光的入射位置彼此不同，但是这些光的出射是出自共同的微透镜(在这种情形下，微透镜22′a)。这对于所有其它的图象单元(R,G和B象素单元)也是如此。
因此，如果液晶屏200的微透镜阵列被调整，以至当所有的来自液晶屏200的出射光通过投影透镜1投射在屏幕9或墙壁上时，成象在屏幕9上，如图28所示。投影图象如图9所示，变成，其中，图象单元处在这种状态下，来自构成图象单元的R,G和B象素单元的出射光被混色，也就是，相同的象素被混色，这种状态下的象素被构成在微透镜的方格中。在前述的多个实施例中，没有所谓的R,G和B马赛克的高质量的好的彩色图象成为可能。
权利要求
1．一种显示屏，其特征在于象素单元阵列是由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的两个组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的不同于所述的两个彩色象素的组合的两个象素的组合的象素单元构成的，以致共用一个彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一方向和第二方向上两个象素间的间距是一个间距，所述的多个微透镜是两维安排在所说衬底上的象素单元阵列上。
2．一种显示屏，其特征在于由象素单元构成的象素单元阵列是由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的所述的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距，所述的多个微透镜两维地安排在所述的衬底上的象素单元阵列上。
3．根据权利要求1的显示屏，其特征在于所述的第一彩色象素位于对应所述的微透镜的中心的位置，所述的第二彩色象素位于与在所述的第一方向上所述的微透镜阵列的微透镜间的边界部分对应的位置，并且所述的第三象素位于与在所述的第二方向上所述的微透镜阵列的微透镜间的边界部分对应的位置。
4．根据权利要求2的显示屏，其特征在于所述的第一彩色象素位于对应所述的微透镜的中心的位置，所述的第二彩色象素位于对应于所述的第一方向上所述的微透镜阵列的微透镜间的边界部分的位置，和所述的第三象素位于对应于所述的第二方向上所述的微透镜阵列的微透镜间的边界部分的位置。
5．根据权利要求1,2,3或4的显示屏，其特征在于所述的三色象素包括反射电极，并且是由反射显示式的液晶构成的。
6．根据权利要求1,2,3或4的显示屏，其特征在于所述的三色象素包括反射电极，并且使用反射电极的DMD操作。
7．根据权利要求1,2,3或4的显示屏，其特征在于所述的三色象素使用液晶，并且两个相同排列状态的微透镜阵列提供在相对于液晶层对称的位置上，以致所说的液晶层被夹在中间。
8．一种投影式显示装置，其特征在于显示屏具有由象素单元构成的象素单元阵列，象素单元阵列是由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的所述的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距，所述的多个微透镜两维地安排在所述的衬底上的象素单元阵列上，所述的第一彩色象素位于对应所述的微透镜的中心的位置，照明装置使得第一彩色光与其垂直地进入所述的显示屏，使得第二彩色光在第一方向倾斜地进入所述的显示屏，和使得第三彩色光在第二方向倾斜地进入显示屏，投影装置用以将由所述的显示屏光调制的光束投影在预定的表面上。
9．根据权利要求8的投影式显示装置，其特征在于来自构成所述的象素单元的三色象素的光束通过相同的微透镜进入所述的投影装置。
10．一种投影式显示装置，其特征在于显示单元具有由象素单元构成的象素单元阵列，象素单元阵列是由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的所述的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距，所述的多个微透镜两维地安排在所述的衬底上的象素单元阵列上，所述的第一彩色象素位于对应所述的微透镜的中心的位置，照明装置使得第一彩色光与其垂直地进入所述的显示屏，使得第二彩色光在第一方向倾斜地进入所述的显示屏，和使得第三彩色光在第二方向倾斜地进入显示屏，投影装置用以将由所述的显示屏光调制的光束投影在预定的表面上，来自构成所述的象素单元的三色象素的由所述的显示屏光调制的反射光通过相同的微透镜并进入所述的投影装置。
11．根据权利要求8或10的投影式显示装置，其特征在于所述的照明装置用多个分光镜将来自光源的白光彩色分解成多个彩色的光，从而通过配置所述的多个分光镜，所述的多个彩色光从各彩色光的不同的方向加到所述的三彩色象素。
12．根据权利要求8或10的投影式显示装置，其特征在于所述的投影装置将所述的微透镜的配置表面或它的相邻的部分投影在预定的表面。
13．一种直视型显示装置，其特征在于显示屏具有由象素单元构成的象素单元阵列，象素单元阵列由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的所述的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距，在所述的衬底上的象素单元阵列上两维安排所述的多个微透镜，所述的第一彩色象素位于对应的微透镜的中心部分，照明装置使得第一彩色光与其垂直地进入所述的显示屏、使得第二彩色光在第一方向倾斜地进入所述的显示屏、使得第三彩色光在第二方向倾斜地进入显示屏，物镜将由显示屏光调制的光束射向眼球，从而可以观察根据所说光束的图象信息。
14．一种显示装置，其特征在于显示屏具有由象素单元构成的象素单元阵列，象素单元阵列由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的所述的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距，所述的多个微透镜两维地安排在所述的衬底上的象素单元阵列上，所述的第一彩色象素位于对应所述的微透镜的中心部分，照明装置使得第一彩色光与其垂直地进入所述的显示屏、使得第二彩色光在第一方向倾斜地进入所述的显示屏、使得第三彩色光在第二方向倾斜地进入显示屏。
15．一种显示装置，其特征在于显示屏具有由象素单元构成的象素单元阵列象素单元阵列由具有置于第一方向上的第一，第二和第三彩色象素中的第一和第二彩色象素组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的所述的第一和第三彩色象素的组合的象素单元构成的，以致共用第一彩色象素，所述的象素单元是在衬底上以预定的间距两维地安排的，一个微透镜阵列包括多个微透镜，其中在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距，在所述的衬底上的象素单元阵列上两维地安排所述的多个微透镜，所述的第一彩色象素位于对应所述的微透镜的中心部分，照明装置使得第一彩色光与其垂直地进入所述的显示屏，使得第二彩色光在第一方向倾斜地进入所述的显示屏，和使得第三彩色光在第二方向倾斜地进入显示屏，由所述显示屏光调制的、从构成象素单元的三彩色象素射出的光被设计成通过相同的微透镜。
全文摘要
一种显示装置,其特征在于象素单元阵列由具有置于第一方向上的第一,第二和第三彩色象素中的两个象素的组合以及在不同于第一方向的第二方向上安置的不同于上述两个象素的组合的两个象素组合的象素单元构成的,以致共用第一彩色象素,所述象素单元在衬底上以预定间距两维地安排,一个微透镜阵列包括多个微透镜,在第一和第二方向上的两个彩色象素的间距是一个间距,在所述衬底上的象素单元阵列上两维地安排所述多个微透镜。
文档编号G02B26/08GK1204065SQ98108040
公开日1999年1月6日 申请日期1998年3月9日 优先权日1997年3月10日
发明者榑松克已, 小山理 申请人:佳能株式会社