[发明专利]费涅尔透镜和液晶显示装置

说明书

本发明涉及一种具有遮光层的费涅尔透镜和一种显示装置，这种显示装置诸如包括放大费涅尔透镜的液晶显示装置。

液晶显示装置可以具有较薄的结构，并已经被用在很多应用中。近来，已经开发了大屏幕投影式液晶显示装置。一种典型的投影式液晶显示装置，包括将放大图象投影到屏幕上的投影透镜。另外，可以用投影透镜以外的光学元件来放大图象。

例如，Japanese Unexamined Patent Publication(Kokai)No.5-188340公布了一种投影式液晶显示装置，它包括液晶显示装置、用于放大液晶显示装置产生的图象的费涅尔透镜、以及一个屏幕。在此情况下，该液晶显示装置还包括会聚透射元件阵列和屏幕。每一个会聚透射元件阵列都适于形成一个与物大小相同的直立的实象，且各个费涅尔透镜都用于放大来自会聚透射元件阵列的图象。

这些会聚透射元件，是由直径为1mm至2mm的透明杆形式的塑料或者玻璃制成的，从而使各个透明杆的折射率沿着其径向改变。通过适当选择其长度和折射率分布，可以用各个会聚透射元件来形成具有与物相同的大小的直立实象。多个会聚透射元件，以彼此接近的方式设置，且这些元件的端表面被设置成一行或在一个平面中，从而形成一行或一个阵列的会聚透射元件。会聚透射元件阵列，可以被用作成象装置，用于产生具有与物相同的大小的直立实象。与通常的球面透镜相比，采用这种会聚透射元件阵列的成象装置具有一些优点，即焦距非常短促，且光学性能在行或平面上是均匀的，从而不需要对透镜之间的距离进行调节。

然而，当这种会聚透射元件阵列被用作成象装置时，不能改变图象的放大率，虽然可以通过改变元件的长度来改变各个会聚透射元件的放大率。这是由于各个会聚透射元件产生的放大图象，一个在一个之上地被不一致地重叠在阵列中，且不能形成正常的图象。因此，会聚透过元件阵列只能够被用作全尺寸的成象装置，且需要在会聚透过元件阵列之外提供一放大装置。

Japanese Examined Patent Publications(Kokoku)No.58-33526和No.61-12249，公布了一种成象装置，它包括会聚透过元件阵列和作为放大装置的凸透镜和凹透镜，这些透镜被设置在会聚透过元件阵列的入射侧或外射侧。凸透镜或凹透镜可以是单透镜或由多个透镜元件组成的复合透镜，以实现所希望的放大率。然而，当把这种成象装置与放大装置一起用在液晶显示装置中时，产生了一问题，即透镜的分辨率从中心部分到周边区域是变化的。

已经发现，如果在4(1p/mm)即每毫米四对白和黑点的条件下，如果分辨率MTF大于50％，则可以获得良好的图象。然而，在上述现有技术中，通常难于获得具有大于50％的分辨率MTF的图象。光需要以相对于液晶显示板的法线成大约10度的角度，通过液晶显示板的周边区域，以保证分辨率MTF大于50％。在周边区域的角度越小，装置的放大率越小。其结果，在与会聚透过元件阵列一起采用凸透镜或凹透镜的情况下，不可能实现具有薄结构的液晶显示装置，虽然会聚透过元件阵列本身能够提供具有薄结构的液晶显示装置。

因此，需要一种放大元件，它能够与会聚透过元件阵列一起使用，且它能够实现具有薄结构的液晶显示装置。在上述Japanese-Unexamined Patent Publication(Kokai)No.5-188340中，公布了与会聚透过元件阵列一起采用的费涅尔透镜，但在此现有技术中没有公布这种费涅尔透镜的使用方式。本发明人近来发现，如果将费涅尔透镜用作放大元件，可以获得良好的结果。

进一步地，在液晶显示装置中，一个问题是，在屏幕的周边区域上图象的亮度，相对于屏幕中心区域上的图象亮度，被减小了。

本发明的目的，是提供一种费涅尔透镜，它具有这样的构造，即使得光入射到其具有结构的表面上。

本发明的另一目的，是通过适当设置费涅尔透镜，来提供具有薄结构的显示装置。    

本发明的另一目的，是提供一种显示装置，其中屏幕的亮度得到了改善。

根据本发明的一个方面，提供了一个费涅尔透镜，它包括本体，该本体具有平坦的表面和具有结构的表面并具有周期性的脊。每一个脊都包括平坦的顶—该顶与平坦的表面大于上平行地延伸—以及至少一个从平坦的顶向平坦的表面延伸的倾斜表面，以及设置在各个脊的平坦的顶上的遮光层。