JP2810572B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の液晶表示装置を
組合わせて大画面表示を行う場合の投写型表示装置に関
する。近年、ＯＡ機器及び家庭電気製品の軽量、薄型化
にともない、特に表示装置の軽量化、薄型化、低消費電
力化、高精細化及び画面サイズの大型化が要求されてい
る。このため、ＣＲＴ，液晶表示装置、プラズマ表示装
置、ＥＬ表示装置及びＥＬＤ表示装置等の画面大型化や
ＣＲＴまたは液晶を用いた投写型の表示装置が開発、実
用化されている。

【０００２】液晶表示装置で大画面表示を行う場合、液
晶パネルのサイズを大きくするにつれて歩留りが急激に
低下することから、複数の液晶表示装置でそれぞれの表
示画像を連続させて一つの大画像として表示を行う方式
が考えられる。そのため、つなぎ目のない高精細の画像
を表示することが必要である。

【０００３】

【従来の技術】図２７に、従来の大画面表示の構成図を
示す。図２７（Ａ）は、１個の液晶表示装置の構成図で
あり、図２７（Ｂ）は、４個の液晶表示装置を組合わせ
た場合の表示画面を示している。図２７（Ａ）の液晶表
示装置１０は、透過型の液晶パネル１１の周囲にプリン
ト基板１２が配設され、該液晶パネル１１と３辺のプリ
ント基板１２間で、それぞれリードパターン１３を介し
てドライバＩＣ１４が所定数配設される。

【０００４】図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）の液晶表示
装置１０を４個組合わせて大画面表示とする場合の表示
画面を示したものであり、液晶パネル１１に対応する表
示部１５と、ドライバＩＣ１４等に対応する非表示部１
６が存在する。従って、全体として不連続な表示画面と
なる。そこで、この不連続な表示大画面を連続的にする
ために、液晶パネル１１の表示部１５の画像のみを拡大
レンズを用いてスクリーンに連続的に投写することが行
われている。すなわち、非表示部１６が投写されないこ
とから、スクリーン上では、連続的な大画面表示を行う
ことができるものである。

【０００５】図２８に、従来の投写による大画面表示を
説明するための図を示す。図２８（Ａ）は、液晶表示装
置１０をランプ２１，コンデンサレンズ２２，液晶パネ
ル１１，投影レンズ２３より構成し、該液晶パネル１１
の表示部１５（図２７参照）を拡大してスクリーン２４
に投写する。これを説明上３個組合わせてスクリーン２
４上に連続的に投写して、切れ目のない大画面表示する
ものである。この場合、液晶表示装置１０間には仕切り
板２５が設けられ、像の重なりを防止している。

【０００６】同様に、他にスクリーン２４上に切れ目の
ない大画面を表示させる方法が図２８（Ｂ）〜（Ｄ）に
示される。図２８（Ｂ）は、２つの点光源２５よりそれ
ぞれ液晶パネル１１を照射して、発散光により拡大され
て直接スクリーン２４に投写させることにより、画像整
合を行うものである。図２８（Ｃ）は、一つの点光源２
５からの発散光を集光レンズ２６ａにより平行光として
液晶パネル１１，１１を透過させ、レンズ２６，２６に
よりスクリーン２４に拡大表示して画像整合を行うもの
である。

【０００７】また、図２８（Ｄ）は、光源２７からの光
線を液晶パネル１１，１１に透過させ、液晶パネル１
１，１１の各画素に対応した導光体束２８，２８によ
り、その端面で画面を整合するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２７のよう
な直視型のものを組み合わせる場合は、非表示部１６を
小さくする試みがなされているが、完全に取り去ること
ができないという問題がある。また、図２８（Ａ）のよ
うな投写型のものは、結像系を形成するための焦点距離
が長く奥行きを薄くすることができない。図２８
（Ｂ），（Ｃ）は理想状態に近い点光源や平行光線を得
る必要があり、光源の利用効率が悪い。そして、図２８
（Ｄ）は導光体のコストが高いという問題がある。

【０００９】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、薄型かつ連続した高精細な大画面表示を行う投
写型表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、次に述べ
る手段を講じることにより解決することができる。 請求
項１記載の発明に係る投写型表示装置では、 ガラス基板
で挟持され、所定数の画素がマトリクス状に配列される
透過型の液晶パネルと、 該液晶パネルに所定角度で光を
照射する照射手段と、 所定数の画素を１単位とした画素
ブロックを１枚の該液晶パネル内に複数形成した構成と
されており、該照射手段からの照射角度（θ）に応じて
該各画素ブロックごとに拡大結像してスクリーン上につ
なぎ目なく投写させる結像手段とを含むことを特徴とす
るものである。

【００１１】また、請求項２記載の発明では、 前記請求
項１記載の投写型表示装置において、 前記液晶パネルの
前記一のガラス基板上に、前記結像手段を形成したこと
を特徴とするものである。 また、請求項３記載の発明に
係る投写型表示装置では、 光源と、 所定数の画素がマト
リクス状に配列される透過型の液晶パネルと、 該液晶パ
ネルの正立像を、スクリーン上に結像する正立結像手段
とを具備し、 前記正立結像手段を、所定数の屈折率分布
レンズにより構成したことを特徴とするものである。

【００１２】

【００１３】また、請求項４記載の発明では、前記請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の投写形表示装置にお
いて、拡大手段を用いて、スクリーンに拡大投写を行う
ことを特徴とするものである。また、請求項５記載の発
明では、前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投
写形表示装置において、同一スクリーン上に画像投写を
行うことを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項６記載の発明では、前記請求
項１乃至５のいずれか１項に記載の投写形表示装置にお
いて、前記液晶パネルの入射面及び出射面に設けられる
偏光板のうち、出射面の偏光板を前記スクリーン直前に
設けたことを特徴とするものである。また、請求項７記
載の発明では、前記請求項１乃至５のいずれか１項に記
載の投写形表示装置において、スクリーン表面又は裏面
にカラーフィルタを設け、カラー表示を行うことを特徴
とするものである。

【００１５】また、請求項８記載の発明では、前記請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の投写型表示装置にお
いて、前記光源を有する前記液晶パネルに代え、発光型
の表示機器を設けることを特徴とするものである。更
に、請求項９記載の発明では、前記請請求項４乃至８の
いずれか１項に記載の投写型表示装置において、前記拡
大手段としてフレネルレンズを用いたことを特徴とする
ものである。

【００１６】

【作用】これにより、液晶パネルから結像手段までの距
離、及び結像手段からスクリーンまでの距離を短かく
し、装置全体の厚さを薄くすることが可能となる。ま
た、これら装置を複数組み合わせることにより、均一で
切れ目のない高精細な大画面表示を行うことが可能とな
る。

【００１７】

【実施例】実施例（Ａ） 図１に、本発明の実施例（Ａ）における一実施例の構成
図を示す。図１の投写型表示装置３０は、照射手段３
１，液晶パネル３２，集光手段である集光レンズ３３，
結像手段である結像レンズ３４，拡大レンズ３５及びス
クリーン３６より構成される。

【００１８】ここで、図２に、図１の照射手段を説明す
るための図を示す。図２（Ａ）において、照射手段３１
は光源３１ａ及び光線制御部３１ｂより構成される。光
線制御部３１ｂは、所定数の円筒３１ｂ₁ を配列して円
筒格子状にしたものである。この光線制御部３１は、図
２（Ｂ）に示すように、光源３１ａからの光線を、該円
筒３１ｂ₁ の軸方向と照射角度θの範囲内で照射するも
ので、該円筒３１ｂ₁の軸方向の長さで角度θの値を制
御することができる。

【００１９】また、図１に戻って説明するに、液晶パネ
ル３２は、２枚のガラス基板４１ａ，４１ｂに液晶が挟
持されて所定数の画素がマトリクス状に配列されたもの
である。駆動系は図２６（Ａ）と同様のものである。こ
の液晶パネル３２は、所定数の画素を１単位とした画素
ブロックを複数形成した構成とされている。集光レンズ
３３は、ガラス又は樹脂により形成されるものであっ
て、液晶パネル３２の前記画素ブロック３８ａを透過す
る照射角度θの光を集光するように、各画素ブロック３
８ａごとに一体で形成される。

【００２０】この場合、各画素ブロック３８ａ間のギャ
ップ３８ｂ（長さｇ）は、照射角度θによって定まり、
画素ピッチの範囲内とされる。また、結像レンズ３４
は、集光レンズ３３に対応して各画素ブロック３８ａご
とに倒立結像を行うもので、該集光レンズ３３と同様
に、ガラス又は樹脂により一体に形成されるものであ
る。

【００２１】次に、図３に、図１の投写を説明するため
の図を示す。図３（Ａ）は画素ブロックと集光レンズと
の関係を示し、図３（Ｂ）はそれと結像レンズとの関係
を示し、図３（Ｃ）は拡大レンズとの関係を示したもの
である。図３（Ａ）において、まず各画素ブロック３８
ａは縦横ｎ画素の正方形であり、画素ピッチをＰとした
ときの各画素ブロックの１辺の長さはｎＰとなる。ま
た、液晶パネル（３２）への入射光の最大角度を±θと
すると、集光レンズ３３の焦点距離Ｆ₁ は、 Ｆ₁ ＝（ｎＰ＋ｇ）／２tan θ … (1) となる。

【００２２】また、画素ブロック３８ａから集光レンズ
３３までの距離をＳとしたとき、各画素ブロック３８ａ
のギャップ３８ｂの長さｇは、 ｇ＝２Ｓtan θ … (2) となる。従って、画素ブロック３８ａの透過光は集光レ
ンズ３３に入射した後、画素ブロック３８ａから虚像位
置３９までの距離Ｘは、 Ｘ＝Ｓ² ／（Ｆ₁ −Ｓ） … (3) となる。すなわち、画素ブロック３８ａの後方の破線部
分の位置３９に虚像画素ブロックを作るように集光レン
ズ３３より出射される。

【００２３】そして、この集光レンズ３３の全ての出射
光は、焦点Ｆ₁ までｎＰが一辺の正方形を底面とする四
角柱から外には出ない。このことは、各画素ブロック３
８ａの透過光が集光レンズ３３の焦点までは隣接画素ブ
ロックの透過光と全く交わらないことを意味している。
また、図３（Ｂ）において、焦点距離Ｆ₂ の結像レンズ
３４を集光レンズ３３とその焦点Ｆ₁ との間で、かつ虚
像画素ブロックの位置３９から結像レンズ３４との距離
の1/2 にＦ₂ を設定すれば、結像レンズ３４をはさんで
虚像画素ブロックの位置３９と対称の位置４０に倒立等
倍結像がなされる。

【００２４】さらに、図３（Ｃ）において、結像レンズ
３４の外側に拡大レンズ３５を配置すると、虚像位置３
９の結像がその結像位置と大きさが拡大されてスクリー
ン３６上に結像するものである。なお、図３（Ａ）〜
（Ｃ）は、一画素ブロック３８ａに対応した光学系の光
路についてのみ示したが、実際には総ての画素ブロック
３８ａに対応した光学系で同様の光線制御が行われ、ス
クリーン３６上に全画素ブロック３８ａが結像される。

【００２５】この場合、スクリーン３６上の拡大画像
は、各画素ブロック３８ａごとに倒立しているが、例え
ば装置３０内にメモリを設けて表示データの配列を入替
える等の方法により正立にすることができる。このよう
に、各画素ブロック３８ａごとに結像レンズ３４で結像
することにより、液晶パネル３２と結像レンズ３４まで
の距離、及び結像レンズ３４からスクリーン３６までの
距離を短かくすることができ、装置３０全体の厚さを薄
くすることができる。また、これら装置３０を、図２７
（Ａ）のように、複数組合わせることにより、薄型且つ
連続した高精細な大画面表示を行うことができる。

【００２６】なお、集光レンズ３３及び結像レンズ３４
を液晶パネル３２のガラス基板３７ｂ上に形成してもよ
い。これにより、光学系の長さを短かくして、装置３０
をより薄型にすることができる。実施例（Ｂ） 図４に、本発明の実施例（Ｂ）における第１の実施例の
構成図を示す。図４の投写型表示装置５０は、光源５
１，液晶パネル５２，正立結像手段である屈折率分布レ
ンズ群５３，拡大手段である拡大レンズ５４及びスクリ
ーン５５により構成される。

【００２７】このような投写型表示装置５０は、液晶パ
ネル５２の画像（正立像）が屈折率分布レンズ群５３に
より位置５６ａに等倍結像する。この前段階で拡大レン
ズ５４により拡大してスクリーン５５に投写するもので
ある。ここで、図５に、図４の正立結像手段を説明する
ための図を示す。図５（Ａ）において、正立結像手段
は、円柱形状の屈折率分布レンズ５３ａを複数個配列し
て屈折率分布レンズ群５３で構成したもので、入射像５
７ａを正立結像５７ｂで結像するものである。

【００２８】この屈折率分布レンズ５３ａは、円柱形の
ガラス又はプラスチック樹脂から形成され、図５（Ｂ）
に示すように、イオン交換等を用いて円柱の中心軸から
外側に向って屈折率が変化するもので、各レンズ５３ａ
の像が重なり合って平面の等倍正立結像を得られる。す
なわち、屈折率分布レンズ５３ａを透過する光が正弦波
状に曲った軌跡を進むもので、分布率とレンズ長を選択
することにより、入射像５７ａと等倍の正立結像５７ｂ
が得られるものである。このように、等倍正立結像を得
るための正立結像手段を屈折率分布レンズ群により構成
することにより、結像に要する距離（即ち、液晶パネル
５２から像までの距離）を短くすることができ、投写型
表示装置５０の薄型化を図ることができる。

【００２９】次に、図６に、図４の第１の実施例におけ
る他の実施例の概念図を示す。図６（Ａ）は、屈折率分
布レンズ群５３と入射像５７ａ（液晶パネル）との間に
拡大手段である凸形の拡大レンズ５８を設けたものであ
る。この場合、屈折率分布レンズ群５３に入射する入射
像５７ａの拡大された虚像５７ｃと等倍の正立結像がス
クリーン上に投写される。

【００３０】また、正立結像手段５３は屈折率分布レン
ズに代えて、２つまたはそれ以上の凸レンズを組合わせ
て構成する事も可能である。図６（Ｂ）はその一例であ
り、２枚の凸レンズ５９ａ，５９ｂを組合せる事により
正立結像を得ることができるものである。この構成にお
いても、液晶パネル５２から像までの距離）を短くする
ことができ、投写型表示装置５０の薄型化を図ることが
できる。

【００３１】このように、正立結像手段５３を用いるこ
とにより、従来の結像レンズよりも焦点距離を短かくし
て正立結像が得られ、薄型にすることができると共に、
液晶パネル５２の像のみをスクリーン５５上に投写する
ことができる。次に、図７に、本発明の実施例（Ｂ）に
おける第２の実施例の構成図を示す。図７（Ａ）は、図
５又は図６に示す投写型表示装置５０を４台組合わせて
表示装置６０を構成したもので、その断面図が図７
（Ｂ）に示される。

【００３２】図７（Ｂ）において、筺体６１内で各投写
型表示装置５０が、光源５１（バックライト）上に液晶
パネル５２が位置し、該液晶パネル５２上に屈折率分布
レンズ又は凸レンズ等を組合わせ正立結像手段５３が位
置する。また、正立結像手段５３上には拡大手段として
プラスチック製のフレネルレンズ６２が位置され、その
前方に表示部としてのスクリーン５５が配置されるもの
である。

【００３３】そして、液晶パネル５２の表示画像のみを
拡大してスクリーン５５上に連続的に投写するものであ
る。ここで、図８に、図７の第２の実施例の他の実施例
の構成図を示す。図８は、図７におけるフレネルレンズ
６２を液晶パネル５２と正立結像手段５３との間に介在
させたもので、他は図７と同様である。

【００３４】このように、スクリーン５５上に連続的に
投写することにより、薄型で切れ目のない連続した大画
面を表示することができる。なお、本実施例では表示装
置を構成している投写型表示装置５０を縦２台、横２台
の４台構成としているが、本方式においては台数、縦横
の比率に特に制限はなく、また装置全体の奥行きは装置
台数に左右されない。

【００３５】実施例（Ｃ） 上述の実施例（Ａ），（Ｂ）は液晶パネルの画像を結像
して投写する場合を示しており、実施例（Ｃ）以下では
結像せずに平行光を拡大して投写する場合を示す。図９
に、本発明の実施例（Ｃ）における第１の実施例の構成
図を示す。図９の投写型表示装置７０_A は、面光源７１
上に光線制御手段である板状の光学繊維束７２が位置
し、該光学繊維束７２上に前述と同様のガラス基板７３
ａ，７３ｂで液晶７３ｃが挟持された液晶パネル７３が
位置する。また、液晶パネル７３上には拡大手段である
凹レンズ７４が位置し、その前方にスクリーン７５が配
置される。

【００３６】このような投写型表示装置７０_A は、面光
源７１より拡散性（有指向性であってもよい）の光線が
照射され、この光線を光線繊維束７２により平行光とし
て、該平行光を液晶パネル７３により遮断、透過させ、
凹レンズ７４により拡大してスクリーン７５に投写する
ものである。なお、液晶パネル７３は、図示しないが、
その特性を生かすために両面に偏光板が設けられるもの
である。

【００３７】また、凹レンズ７４は、下からの平行光線
を画面中心から外側方向に屈折させ、液晶パネル７３で
形成された画像を拡大する機能を有する。スクリーン７
５は、画面外側方向に拡大屈折された光線を散乱させ、
再び拡散光線に戻して前面に出射することにより、視角
の広い表示を行うものである。ここで、図１０に、図９
の光線制御手段を説明するための図を示す。図１０
（Ａ）において、光線制御手段はガラス繊維（透明樹脂
繊維でもよい）７２ａを光吸収体７２ｂにより包んだ形
状で多数本束ねて板状に固めた構造である。例えば、図
で下側からの光のうち、それぞれのガラス繊維７２ａに
入射した光線で光吸収体７２ｂの壁にぶつからないもの
は上側に透過するが、光吸収体７２ｂにぶつかったもの
はここで吸収され上側には透過しないような機能を有す
る。従って、光源７１からの拡散性光線のうち、光学繊
維束７２に平行または平行に近いものは通過するが、あ
る程度の角度で入射した光線は通過しないことになり、
平行光線に近い光線が得られる。

【００３８】そこで、図１０（Ｂ）に示すように、ガラ
ス繊維７２ａの径：φ，長さ：Ｌ及び屈折率：ｎ₂ と周
囲の屈折率：ｎ₁ ，入射及び出射角度：θ₁ ，ガラス繊
維７２ａ内での光線の角度：θ₂ とすると、 ｎ₁ sin θ₁ ＝ｎ₂ sin θ₂ … (4) tan θ₂ ＝φ／Ｌ … (5) より、 θ₁ ＝sin ^-1〔（ｎ₂ ／ｎ₁ ）（φ／（Ｌ² ＋φ² ）^1/2 ）〕 … (6) が得られる。ここで、θ₁ を光線の平行度と定義すれ
ば、(6) 式のφ，Ｌ及びｎ₂ を選ぶことにより所望の平
行度の光線が得られる。ここで、θ₁ は限りなく０に近
いことが理想だが、画像の解像度が実用上問題のないレ
ベルまで許容できるとすれば、図９における光学繊維束
７２の出射面からスクリーン７５までの距離、拡大率、
画素サイズ及び画素ピッチから最適値を設定できる。

【００３９】これにより、結像系を用いていないので光
学的構造が簡易となる。奥行きは、液晶パネル７３の像
を凸レンズ７４により拡大するのに要する距離と、光学
繊維束７２により平行光線を作る距離で決まるが、投写
型表示装置の焦点距離に比較して短いため奥行きが薄
く、枠のない表示装置が得られるものである。次に、図
１１に、図９の第１の実施例における他の実施例の構成
図を示す。図１１の投写型表示装置７０_A は、拡大手段
をフレネル凹レンズ７４ａにより構成したもので、他は
図９と同様である。

【００４０】いま、前述の(6) 式において、ガラス繊維
７２ａの屈折率ｎ₂ を1.5 ，空気の屈折率ｎ₁ を1.0 ，
ガラス繊維７２ａの径φを１０μm ，長さＬを３０mmと
すると、θ₁ は0.029 °を得る。ここで、画素数640 ×
480 ドット、画素ピッチ0.33mmの液晶表示画面をスクリ
ーン７５上で長さ寸法を1.3 倍にして、液晶パネルの枠
部分を見掛け上なくす場合を考える。また、フレネル凹
レンズ７４ａからスクリーン７５までの距離を８０mmと
して、光学繊維束７２からの光線が完全な平行光線でな
いことにより生ずる画素のずれを概算する。

【００４１】画素のずれをＤとすると、 Ｄ＝８０mm×tan θ₁ ×1.3 倍 （θ₁ ＝0.029 °） … (7) より、Ｄ＝0.053 mmとなり、拡大後の画素ピッチ0.43mm
に対して十分小さく、隣同士の画素がぼけて部分的に重
なっても解像度として許容できる程度である。これは、
両隣の画素が重なっても、もとの画素が3/4 残るためで
ある。この場合の、奥行きは、拡大部分が８０mm，光学
繊維束が３０mm，光源が３０mm，投影スクリーンが１mm
とすれば、これらの合計で141 mmであり、複数個を組み
合わせた表示装置（図１５参照）としては薄型となる。

【００４２】次に、図１２は、本発明の実施例（Ｃ）に
おける第２の実施例の構成図である。図１２（Ａ）にお
ける投写型表示装置７０_B は、図９及び図１１における
液晶パネル７３の下面ガラスの代わりに光学繊維束７２
を使用して一体パネル７６としたもので、他の構成は図
９及び図１１と同様である。この場合、一体パネル７６
は、図１２（Ｂ）に示すように、偏光板７６ａ，光学繊
維束７２，下部電極７６ｂ，配向膜７６ｃ₁ ，液晶７６
ｄ，配向膜７６ｃ₂，封止材７６ｅ，上部電極７６ｆ，
上面ガラス板７６ｇ₁ ，偏光板７６ｈにより構成され
る。

【００４３】このような投写型表示装置７０_B は、下側
の偏光板７６ａに入射した拡散性光線が、平行化されて
液晶７６ｄに入射する。下部電極７６ｂ，配向膜７６ｃ
₁ ，液晶７６ｄ及び偏光板７６ｈでの拡散は無視できる
程度であるので、平行光線はそのまま液晶パネルから凹
レンズ７４に達し、スクリーン７５に拡大投写される。

【００４４】すなわち、ガラス板を１枚省くことによ
り、より薄型化を図るものである。次に、図１３に、図
１２の第２の実施例における他の実施例の構成図を示
す。図１３（Ａ）における投写型表示装置７０_C は、図
１２（Ａ）の液晶パネルとは逆の上面ガラスの代わりに
光学繊維束７２を使用して一体パネル７７としたもので
ある。 この場合の一体パネル７７は、偏光板７７ａ，
下面ガラス板７７ｂ，下部電極７７ｃ，配向膜７７
ｄ₁ ，液晶７７ｅ，封止材７７ｆ，配向膜７７ｄ₂，上
部電極７７ｇ，光学繊維束７２及び偏光板７７ｈにより
構成される。

【００４５】下側の光源７１から出射され液晶７７ｅを
透過した光線のうち面に垂直に近い光線のみが光学繊維
束７２を通過して、凹レンズ７４に達して、スクリーン
７５に拡大投影され、ガラス１枚分の薄型化を図ること
ができる。ここで、図１４に、図１３の実施例における
他の実施例の構成図を示す。図１４は、図１３の一体パ
ネル７７を示したもので、光学繊維束７２の上面形状を
凹レンズ状にすることにより、光学繊維束７２を透過し
た平行光線が光学繊維束７２の出射面において屈折し、
画面中央に対して外側に広げられる構造である。なお、
光学繊維束７２の出射面は、フレネル面で凹レンズを形
成してもよい。

【００４６】次に、図１５に、本発明の実施例（Ｃ）に
おける第３の実施例の構成図を示す。図１５は、図１１
に示す投写型表示装置７０_A を複数台（図面上では２
台）を組合わせたもので、スクリーン７５上につなぎ目
のない画像を表示するものである。この場合、筺体７８
ａ，７８ｂに取り付けられた各投写型表示装置７０
_A は、位置合わせ機構７９ａ，７９ｂにより縦横の位置
合わせが行われて、スクリーン７５上での表示のつなぎ
目が取り除かれる。すなわち、薄型で高精細な大画面表
示を行うことができる。

【００４７】なお、図１５では、２台の組合わせを示し
たが、平面的に縦横に複数台をモザイク状に組合わせて
もよい。次に、図１６に、本発明の実施例（Ｃ）におけ
る第４の実施例の構成図を示す。図１６（Ａ）の投写型
表示装置７０_D は、図１３における一体パネル７７の上
面の偏光板７７ｈをスクリーン７５直前に設けられたも
ので、これにより該偏光板７７ｈでの乱反射の影響を軽
減するものである。この場合、一体パネル７７の最上面
の偏光板が省略される。なお、偏光板７７ａと偏光板７
７ｈとは互いに偏光方向が直交（液晶７７ｅがツイスト
ネマティック型）するように配置される。従って、図１
３に限らず、第１及び第２の実施例においても適用する
ことができる。

【００４８】なお、図１１〜図１６において、カラー表
示のためのカラーフィルタを液晶パネルに設けてもよ
く、また、電極７７ｃにＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等
の能動素子を設けてもよい。実施例（Ｄ） 図１７に、本発明の実施例（Ｄ）における第１の実施例
の構成図を示す。図１７の投写型表示装置８０_A は、面
方向に光源を照射する面光源８１上に、光線制御手段で
ある第１のレンチキューラレンズ８２ａ及び第２のレン
チキューラレンズ８２ｂが位置し、その上方に液晶パネ
ル８３が位置する。そして、液晶パネル８３上に拡大手
段である凹レンズ８４が位置し、その前方にスクリーン
８５が位置する。

【００４９】このような投写型表示装置８０_A は、面光
源８１より拡散性（有指向性であってもよい）の光線が
照射され、この光線を第１及び第２のレンチキューラレ
ンズ８２ａ，８２ｂにより平行光として、該平行光線を
液晶パネル８３により遮断、透過させ、ドットによる画
像を凹レンズ８４で拡大してスクリーン８５上に投写す
るものである。そして、スクリーン８５は、画面外側方
向に拡大屈折された光線を散乱させ、再び拡散光線に戻
して前面に出射することにより、視角の広い表示を行う
ものである。

【００５０】ここで、図１８に、図１７の光線制御手段
を説明するための図を示す。第１及び第２のレンチキュ
ーラレンズ８２ａ，８２ｂは、図１８（Ａ），（Ｂ）に
示すように、かまぼこ状のシリンドリカルレンズを複数
個連結させた構造であり、透明樹脂を削り込むか、金属
の型による一体成形等で製作され、非レンズ側に光吸収
層８６ａ，光反射層８６ｂ（第２のレンチキューラレン
ズ８２ｂには形成されず）が形成され、各シリンドリカ
ルレンズの中心と合致して、十分に細い幅のスリット８
６ｃが形成されている。第１のレンチキューラレンズ８
２ａと第２のレンチキューラレンズ８２ｂは、それぞれ
のスリット８６ｃが直交するように図１８（Ｃ）のごと
く積み重ねて置く。

【００５１】拡散光源８１は、第１のレンチキューラレ
ンズ８２ａのスリット８２ｃ側から光線を入射するよう
に配置される。光源８１からの拡散光線のうち、第１の
レンチキューラレンズ８２ａの各スリット８６ｃを通過
して透明樹脂中に進行する光線は、図１８（Ａ）のよう
に断面に対して扇状に屈折してレンズ面に達する。この
場合、レンズ面は、スリット８６ｃからの光線がレンズ
面での屈折の後、平行光線になるようにその形状を設計
する。従って、第１のレンチキューラレンズ８２ａを通
過した光は、このレンズ板のスリット８６ｃと直角方向
の成分が平行化される。さらに、第１のレンチキューラ
レンズ８２ａと直角に置かれる第２のレンチキューラレ
ンズ８２ｂにより、さらに直角方向の光成分が平行化さ
れるものである。

【００５２】さらに詳述すれば、第１及び第２のレンチ
キューラレンズ８２ａ，８２ｂの厚さは、スリット８６
ｃの位置がレンズの焦点であるようにし、レンズの幅
は、スリット８６ｃからの入射光の臨界角を考慮して適
当に選べば、一つのスリット８６ｃから入射して、第１
及び第２のレンチキューラレンズ８２ａ，８２ｂを進行
する光が、隣のレンズに入射しないようにできる。

【００５３】また、レンズ面からスリット８６ｃを見た
場合、スリット幅が十分に小さければ、線光源と見な
せ、かつ、スリット８６ｃはレンズの焦点に置かれてい
るので、凸レンズ面で屈折してレンズ外に出射する光
は、スリット８６ｃと直角方向の成分が平行化される。
なお、レンズに隣のスリットからの入射光が入らない条
件は、レンズ幅をＬ，レンズ板の最小厚さをｄ，レンズ
板材料の屈折率をｎ，空気の屈折率を１とすると、次式
で表せる。

【００５４】 ｄ＝｛Ｌ（ｎ² −１）^1/2 ｝／２ … (8) 従って、完全な平行光線を得るためには、スリット幅が
無限小となることが理想的だが、画像の解像度が実用上
問題のないレベルまで許容できるとすれば、図１７にお
ける第２のレンチキューラレンズ８２ｂの出射面からス
クリーン８５までの距離、拡大率、画素サイズ及び画素
ピッチから最適値を設定できる。

【００５５】スリット幅（Ｗ_S ）とレンズ厚さ（Ｔ_L ）
の関係から、スリット幅が無限小でないことによる平行
度（θ₁ ）を算出する。図１８（Ｄ）は、平行度
（θ₁ ）、スリット幅（Ｗ_S ）、およびレンズ厚さ（Ｔ
_L ）の関係を簡略的に説明する図である。図はレンチキ
ューラレンズ８２ａ，８２ｂの軸に垂直な面による断面
図である。この図のレンチキューラレンズ８２ａ，８２
ｂの断面形状は、スリット８６ｃの中心に入射した光は
レンズ曲面で屈折して、平行光線として出射するように
設計する。ここで、スリット幅は無限小でないために、
スリット８６ｃの中心以外の位置から入射した光は、レ
ンズ曲面で屈折しレンズ外に出射する時、平行光線とな
らずに斜めに出射する。この場合、スリット端面からの
入射光が最も平行光線の方向からずれるので、この時の
ずれ角を平行度（θ₁ ）とする。ここでは簡略的に、レ
ンズ中心に入射した場合の平行度を算出するが、レンズ
中心以外に入射する光の平行度も大差はない。レンズ材
料の屈折率をｎ、空気の屈折率を１とすると、図より、 tan θ₂ ＝（Ｗ_S ／２）／Ｔ_L … (9) ｎ・sin θ₂ ＝sin θ₁ …(10) これらより、平行度（θ）は、 θ₁ ＝sin ^-1〔ｎ・Ｗ_S ／（４・Ｔ_L ² ＋Ｗ_S ²)^1/2 〕 …(11) となる。

【００５６】図１７に戻って、本実施例を説明するに、
ここでは、レンチキューラレンズ８２ａ，８２ｂの厚さ
を１４．８ｍｍ、スリット８６ｃの幅を１０μｍ、屈折
率を１．５とし、画素数６４０×４８０ドット、画素ピ
ッチ０．３３ｍｍの液晶表示画面を投影スクリーン上で
長さ寸法を１．３倍にして、液晶パネルの枠部分を見掛
け上なくす場合を考える。凹レンズ８４からスクリーン
８５までの距離を８０ｍｍとして、まず、第１及び第２
のレンチキューラレンズ８２ａ，８２ｂからの光線が完
全な平行光線でないことにより生ずる画素のずれを概算
する。

【００５７】画素のずれをＤとすると、前記（１１）
式、（７）式より、 θ₁ ＝sin ^-1〔1.5 ×１０μｍ／（４× (14.8ｍｍ)²＋（１０μｍ)²)^1/2〕 ＝０．０２９° …(12) Ｄ＝（８０ｍｍ＋14.8ｍｍ）×tan θ₁ ×1.3 倍＝０．０６２ｍｍ …(13) となる。上式において、（８０ｍｍ＋１４．８ｍｍ）と
したのは、第１のレンチキューラレンズ８２ａからの出
射光は、第２のレンチキューラレンズ８２ｂの厚さ分だ
け光線行路が長くなるためである。したがって、Ｄ＝
０．０６２ｍｍとなり、拡大後の画素ピッチ０．４３ｍ
ｍに対して十分小さく、隣同士の画素がぼけて部分的に
重なっても解像度として許容できる程度である。これ
は、両隣の画素が重なっても、もとの画素が３／４近く
残るためである。この場合の奥行きは、拡大部分が８０
ｍｍ、レンチキューラレンズ部が１４．８×２≒３０ｍ
ｍ、光源が３０ｍｍ、投影スクリーンが１ｍｍとすれ
ば、これらの合計で１４１ｍｍであり、複数個組み合わ
せた表示装置はとして薄型となる。なお、レンチキュー
ラレンズ８２ａ，８２ｂの最小厚さおよびレンズ幅は、
前記（８）式により、レンズ厚さ（Ｔ_L ）とレンズの曲
面形状を考慮して決定することができる。

【００５８】このように、結像系を用いていないので光
学的構造が簡単であり、奥行きは、液晶パネルの像を凸
レンズにより拡大するのに要する距離と、第１及び第２
のレンチキューラレンズ８２ａ，８２ｂにより平行光線
を作る距離で決まるがこれらは、投写型表示装置の焦点
距離に比較して短いため奥行きが薄く、枠のない表示装
置が得られる。

【００５９】次に、図１９に、本発明の実施例（Ｄ）に
おける第２の実施例の構成図を示す。図１９の投写型表
示装置８０_B は、図１７における面光源８１と第１のレ
ンチキューラレンズ８２ａとの間に、光拡散部８７を介
在させたもので、他は図１７と同様である。この光拡散
部８７は、内部が均一な高散乱反射層で形成されてお
り、面光源８１からの拡散光をより効率的に第１及び第
２のレンチキューラレンズ８２ａ，８２ｂに入射させる
ためのものである。

【００６０】次に、図２０に、本発明の実施例（Ｄ）に
おける第３の実施例の構成図を示す。図２０は、図１７
に示す投写型表示装置８０_A を複数台（図面上では２
台）を組合わせたもので、スクリーン８５上につなぎ目
のない画像を表示するものである。この場合、筺体８８
ａ，８８ｂに取り付けられた各投写型表示装置８０は、
位置合わせ機構８９ａ，８９ｂにより縦横の位置合わせ
が行われて、スクリーン８５上での表示のつなぎ目が取
り除かれる。すなわち、薄型で高精細な大画面表示を行
うことができる。

【００６１】なお、図２０では、２台の組合わせを示し
たが、平面的に縦横に複数台をモザイク状に組合わせて
もよい。実施例（Ｅ） 図２１に、本発明の実施例（Ｅ）における第１の実施例
の構成図を示す。図２１の投写型表示装置９０は、照射
手段である平行光線を出射する平行光源部９１上に液晶
パネル９２が位置し、液晶パネル９２上に拡大手段であ
る凹レンズ９３が位置してその前方にスクリーン９４が
位置するものである。

【００６２】ここで、図２２に、図２１の平行光源部の
平面構成図を示す。また、図２３に、その斜視図を示
す。平行光源部９１は、反射鏡９５ａ内の光源９５ｂか
らの光線がピンホール（絞り）９６により点光源とされ
る。この点光源からの光線が光交換手段である曲面フレ
ネルレンズ９７により平行光線束となり、ミラー９８を
介して第１のハーフミラー群９９に入射される。第１の
ハーフミラー群９９で反射した平行光線束は第２のハー
フミラー群100 を介して面全体から均一な輝度分布の平
行光線を出射するものである。

【００６３】また、図２４に、図２２の曲面フレネルレ
ンズを説明するための図を示す。図２３（Ａ）におい
て、曲面フレネルレンズ９７は、入射側が点光源９６を
中心とする球面であり、出射側はｒ・sin θ₁ ＝Ｌ₀ ・
θ₁ の関係を持つ曲面上に微小プリズムが刻まれてい
る。また、微小プリズムの刻み角度は、図２３（Ｂ）に
示すように中心線と交わる角度をθ₂ とすると、θ₂ ＝
∠Ｒ−θ₁ −α，α＝sin^-1〔sin θ₁ ／（ｎ² ＋１−
２ｎ・cos θ₁ ）^1/2 〕の関係がある。

【００６４】このような曲面フレネルレンズ９７を用い
ると、点光源から一様な輝度分布で放射状に出射される
光線は、一様な輝度分布の平行光線束に変換される。し
かし、この平行光線束は表示部に比べて非常に細いた
め、第１及び第２のハーフミラー群９９，100 が使用さ
れる。この第１及び第２のハーフミラー群９９，100 は
平行光線束を展開する機能を持つものでそれぞれ反射率
・透過率の異なる複数のハーフミラーからなる。

【００６５】第１のハーフミラー群９９は横方向への展
開、第２のハーフミラー群100 は縦方向への展開を行う
もので、その数は例えば横方向の展開する長さをｗ，平
行光線束の幅をｓとすると、（ｎ−１）＜（ｗ／ｓ）≦
ｎなる数ｎで与えられる。ｋ番目、ｋ＋１番目（１≦ｋ
＜ｋ＋１≦ｎ）のハーフミラーの反射率・透過率をそれ
ぞれＡ_k ，Ｂ_k ，Ａ_k+1 ，Ｂ_k+1 とするとＢ_k ＝Ａ_k ／
Ａ_k+1 なる関係がある。

【００６６】このように、平行光源部９１により薄型の
投写型表示装置９０を得ることができる。次に、図２５
に、本発明の実施例（Ｅ）における第２の実施例の構成
図を示す。図２５は、図２１の投写型表示装置９０を、
例えばマトリクス状に４台配置したもので、図２５
（Ａ）はその全体図、図２５（Ｂ）は断面である。

【００６７】すなわち、図２５（Ａ），（Ｂ）におい
て、筺体101 内に投写型表示装置９０が４台マトリクス
状に配置され、該筺体101 の表示面にスクリーン102 が
設けられる。投写型表示装置９０は、図２１に示すよう
に、平行光源部９１，液晶パネル９２及び凹レンズ９３
により構成されるもので、各装置９０の表示画面がスク
リーン102 上でつなぎ目がないように配置されるもので
ある。

【００６８】これにより、薄型で高精細な大画面表示を
行うことができる。なお、図２５では４台の場合を示し
たが、これに限らずマトリクス状に配置される台数なら
ば何台でもよい。なお、上述の実施例（Ｂ）において、
表示機器として液晶パネルを用いたが、表示部が平面で
あれば、ＣＲＴ、プラズマディスプレイ等のような発光
型の表示機器を用いてもよい。

【００６９】実施例（Ｆ） 図２６に本発明の実施例（Ｆ）における一実施例の構成
図を示す。図２６（Ａ）は実施例の構成を説明する図で
あり、本実施例は、液晶パネル１１１に光線を照射する
光線照射部１１２と、光線照射部１１２からの光線を赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画素に対応して、光線の
遮断／透過を行う白黒表示の液晶パネル１１１と、液晶
パネル１１１からの出射光線をスクリーン１１３に拡大
結像させる機能を有する拡大結像部１１４と、拡大結像
部１１４からの光線を画素に対応させて、ＲＧＢの３原
色のみを選択透過するカラーフィルタ１１５と、カラー
フィルタ１１５からの光線を拡散しカラー表示を形成す
るスクリーン１１３面によって構成されている。図２６
（Ｂ）は、本実施例のスクリーンの構造の一例を示すも
のである。スクリーン１１３は、アクリル等の透明樹脂
板１２１を基板として、その上にＲＧＢの各色のカラー
フィルタ１１５をモザイク状またはストライプ状に形成
し、その上に各色の画素の境目をカバーするようにブラ
ックマトリクス１１５ａが形成され、さらに、カラーフ
ィルタ１１５およびブラックマトリクス１１５ａの上に
光拡散層１１６を形成している。カラーフィルタ１１５
は、印刷、染色又は顔浸法により形成することが可能で
あり、ブラックマトリクス１１５ａは、黒色塗料の印刷
等で形成される。光拡散層１１６は、拡散材料の積層等
で形成することが可能である。各カラーフィルタ１１５
のサイズは、液晶パネル１１１の各画素のサイズと拡大
結像部による拡大率により計算し設計される。液晶パネ
ル１１１の各画素とスクリーン１１３のカラーフィルタ
１１５の画素とは、画像形成において対応するように位
置合わせして組み立てられる。本実施例によれば、カラ
ーフィルタ１１５を結像面に近接して配置することによ
り、カラーフィルタ１１５を液晶パネル１１１内に設け
た場合の、カラーフィルタ１１５による光線の散乱によ
る拡大結像部１１４での異常光の発生を防止できる。ま
た、カラーフィルタ１１５の画素間の漏れ光を遮断する
役割を果たすブラックマトリクス１１５ａを光拡散層１
１６に近接させることにより、スクリーン１１３に上側
から入射する外光の影響も低減できる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、透過型の
液晶パネル等の平面表示の像を、焦点距離の短い結像手
段により結像し、または、平行光線により拡大投写する
ことにより、薄型で高精細な大画面表示を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例（Ａ）の一実施例の構成図であ
る。

【図２】図１の照射手段を説明するための図である。

【図３】図１の投写を説明するための図である。

【図４】本発明の実施例（Ｂ）における第１の実施例の
構成図である。

【図５】図４の正立結像手段を説明するための図であ
る。

【図６】図４の第１の実施例における第１の実施例の概
念図である。

【図７】本発明の実施例（Ｂ）における第２の実施例の
構成図である。

【図８】図７の第２の実施例における他の実施例の構成
図である。

【図９】本発明の実施例（Ｃ）における第１の実施例の
構成図である。

【図１０】図９の光線制御手段を説明するための図であ
る。

【図１１】図９の第１の実施例における他の実施例の構
成図である。

【図１２】本発明の実施例（Ｃ）における第２の実施例
の構成図である。

【図１３】図１２の第２の実施例における他の実施例の
構成図である。

【図１４】図１３の実施例における他の実施例の構成図
である。

【図１５】本発明の実施例（Ｃ）における第３の実施例
の構成図である。

【図１６】本発明の実施例（Ｃ）における第４の実施例
の構成図である。

【図１７】本発明の実施例（Ｄ）における第１の実施例
の構成図である。

【図１８】図１７の光線制御手段を説明するための図で
ある。

【図１９】本発明の実施例（Ｄ）における第２の実施例
の構成図である。

【図２０】本発明の実施例（Ｄ）における第３の実施例
の構成図である。

【図２１】本発明の実施例（Ｅ）における第１の実施例
の構成図である。

【図２２】図２１の平行光源部の構成図である。

【図２３】図２２の出射光を説明するための図である。

【図２４】図２２の曲面フレネルレンズを説明するため
の図である。

【図２５】本発明の実施例（Ｅ）における第２の実施例
の構成図である。

【図２６】本発明の実施例（Ｆ）における一実施例の構
成図である。

【図２７】従来の大画面表示の構成図である。

【図２８】従来の投写による大画面表示を説明するため
の図である。

【符号の説明】

３０ 投写型表示装置 ３１ 照射手段 ３１ａ 光源 ３１ｂ 光線制御部 ３２ 液晶パネル ３３ 集光レンズ ３４ 結像レンズ ３５ 拡大レンズ ３６ スクリーン ３８ａ 画像ブロック ３８ｂ ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−53510（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−227233（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−107102（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−228024（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−149837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−99943（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−39210（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/13 G02F 1/1335 G03B 21/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板で挟持され、所定数の画素が
   マトリクス状に配列される透過型の液晶パネルと、 該液晶パネルに所定角度で光を照射する照射手段と、 所定数の画素を１単位とした画素ブロックを１枚の該液
   晶パネル内に複数形成した構成とされており、該照射手
   段からの照射角度（θ）に応じて該各画素ブロックごと
   に拡大結像してスクリーン上につなぎ目なく投写させる
   結像手段と、 を含むことを特徴とする投写型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の投写型表示装置におい
   て、 前記液晶パネルの前記一のガラス基板上に、前記結像手
   段を形成したことを特徴とする投写型表示装置。
3. 【請求項３】 光源と、 所定数の画素がマトリクス状に配列される透過型の液晶
   パネルと、 該液晶パネルの正立像を、スクリーン上に結像する正立
   結像手段とを具備し、 前記正立結像手段を、所定数の屈折率分布レンズにより
   構成したことを特徴とする投写型表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   投写形表示装置において、 拡大手段を用いて、スクリーンに拡大投写を行うことを
   特徴とする投写形表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   投写形表示装置において、 同一スクリーン上に画像投写を行うことを特徴とする投
   写型表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   投写形表示装置において、 前記液晶パネルの入射面及び出射面に設けられる偏光板
   のうち、出射面の偏光板を前記スクリーン直前に設ける
   ことを特徴とする投写型表示装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   投写形表示装置において、 スクリーン表面又は裏面にカラーフィルタを設け、カラ
   ー表示を行うことを特徴とする投写形表示装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   投写型表示装置において、 前記光源を有する前記液晶パネルに代え、発光型の表示
   機器を設けることを特徴とする投写型表示装置。
9. 【請求項９】 請求項４乃至８のいずれか１項に記載の
   投写型表示装置において、 前記拡大手段としてフレネルレンズを用いたことを特徴
   とする投写型表示装置。