JPH02115889A - 投影型画像表示装置 - Google Patents

投影型画像表示装置

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JPH02115889A JP63270181A JP27018188A JPH02115889A JP H02115889 A JPH02115889 A JP H02115889A JP 63270181 A JP63270181 A JP 63270181A JP 27018188 A JP27018188 A JP 27018188A JP H02115889 A JPH02115889 A JP H02115889A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、マトリックス型で透過型の非発光型表示バネ
１ｖ（例えば液晶表示バネｌｖ）と、それに対する照明
光を絵素領域に集光して、表示を明るくする為の集光手
段として用いられるマイクロレンズアレイ（微小なレン
ズが二次元的に規則正しく配列されたもの）を備えた投
影型画像表示装置に関するものである。
〈従来の技術〉 本発明に用いられる非発光型表示パネルとは。
それ自身は発光しないが、その透過率が駆動信号によっ
て変化し、別に設けられた光源からの光の強度を変調す
ることにより画像や文字を表示するものである。この例
には液晶表示バネ〃、エレクトロクロミックデイスプレ
ィ、ＰＬＺＴ（透光性セラミック）等があり、中でも液
晶表示パネルはポケッタプ／Ｌ’　Ｔ　Ｖやワードプロ
セッサー等に広く利用されている。このようなパネルで
は、絵素と呼ばれる最小の表示単位が規則的に配列され
ており、それらの絵素にそれ、それ独立した駆動電圧を
印加することにより画像や文字が表示される。各絵素に
独立した駆動電圧を印加する方法には、単純マトリック
ス駆動法、アクティブマトリックス駆動法があるが、特
に後者では各絵素に駆動電圧を供給するための駆動信号
ラインを絵素と絵素の間に配線しなければならないので
、画面中の絵素領域の占める割合（開口率）が小さくな
る。パネルに照射された光の中で、絵素領域以外の部分
に当たった光は１表示に寄与せず無駄になってしまうの
で、同じ光源を用いてもパネルの開口率が低い程、画面
が暗くなるという欠点があった。
この対策として、マイクロレンズアレイヲ表示パネルに
適用し、照明光を絵素領域に集光して、表示画面の明る
さの向上を図る方法が、特開昭６０−１６５６２１−１
６５６２４、特開昭６０−２６２１３１に開示されてい
る。但し、これらの出願では、各マイクロレンズは表示
パネルの絵素に対応する位置に設けるとしか記述されて
おらず、図面から判断するとマイクロレンズアレイのピ
ッチと表示パネルの絵素ピッチを等しくすることが暗黙
の前提となっている。
ところで、このようなマイクロレンズアレイの形成法と
しては、次のような方法が考案されており、本発明はこ
れらのいずれの方法にも適用することができる。
（１）　　プラスチックあるいはガラスを金型によって
成型する方法。
（２）　　ある種の感光性樹脂にパターン状に露光した
時、非露光部から露光部に未反応の化ツマ−が多動し、
露光部が盛り上がるという現象を利用し、凸レンズを形
成する方法。
この方法については、応用物理学会光学懇話会敵手光学
研究グループ機関誌Ｖｏ１．５Ｎｏ、２ｐ＋１８（１９
８７）、同Ｖｏ１．６　Ｎｏ、　２　ｐ８７（１９８８
）に記述されている。
（３）熱可塑性樹脂を周知のフォトグラフィー技術等に
より、レンズの平面形状にパターン化し、その後、軟化
点以上の温度に加熱して流動性をもたせ、エツジのダレ
を起こさせて凸レンズを得るという方法。この場合、熱
可塑性樹脂が感光性であれば、それ自身を露光すること
によってパターン化することができる。
この方法については、特開昭６０−４８９８９、特開昭
６０−１６５６２３、特開昭６ｌ−６７００（に開示さ
れている。
（４）感光性樹脂にプロキシミティ露光（フォトマスク
を密着させずに露光させる方法）を行い、パターンのエ
ツジのボケに応じて光反応生成物の量の分布を持たせ、
凸レンズ形状を得る方法。
この方法については、特開昭６１−１５３６０２に開示
されている。
（５）感光性樹脂に強度分布を持った光を照射し、光の
強度に応じた屈折率分布のパターンを形成し、レンズ効
果を持たせる方法。
この方法については、特開昭６０−７２９２７に開示さ
れている。光照射によって屈折率の変化する材料につい
ては特開昭６０−１６６９４６にて開示されている。
（６）選択的イオン拡散により屈折率分布型レンズを得
る方法。
これは、母体となるガラス板を熔融塩に浸漬し、ガラス
板上に設けられたマスクを通して、ガラス板と熔融塩と
の間で異種のアルカリイオン等ノイオンを交換させ、マ
スクパターンニ対応した屈折率分布を持つガラス板を得
る方法であり、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ　　Ｖｏｌ。
１７　　Ｎｏ、　　１３　ｐ４＋５２（１９８１）に記
載されている。
（７）感光性ガラスに対する光照射によって引き起こさ
れる結晶化に伴う収縮を利用して凸レンズを得る方法。
この方法は、Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ。
２４Ｎｏ、１６　　ｐ２５２０（１９８５）に記載され
ており、その原理は次のとおりである。
銀塩により感光性を付与されたガラスに光を照射すると
銀が遊離し結晶核の潜像を形成する。
これを加熱すると結晶核を中心にしてガラスが結晶化し
、その体積が収縮する。光をパターン化して照射すると
、光照射部は収縮するが、非照射部は収縮しないので相
対的に取り残されて盛り上がり、表面張力により凸レン
ズ状となる。
〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の適用される投影型画像表示装置では、スライド
プロジェクタ−と同様の投影光学系を用い、スライドの
代わりに非発光型表示パネルを設置し、その表示パネル
に表示された画像を拡大投影するが、このような光学系
では、第２図に示すように光源の像を投影レンズ３の中
に結ぶように設計するのが一般的である。このように設
計した場合、表示バネ／ｖｌの周辺部では光源５からの
光はコンデンサーレンズ４により集光されるが、表示バ
ネＡ／１に対して直角ではなく斜めに通過する。
この直角からのずれの角度θは、表示バネｔＶ　１が大
きい程、また、表示バネ／ｌ／１と投影レンズ３の間の
距離が短い程、大きくなる。
従来のように、表示パネルの絵素のピッチとマイクロレ
ンズアレイのピッチとが等しい場合には、θが大きくな
るとつぎのような二つの現象が生じる。まず第一は、光
源からの光は光源側のマイクロレンズにより絵素の近傍
に収束され光源の像を結ぶが、θが大きいと第３図（ａ
）に示すように光源の像が絵素領域１ｂからはみ出し、
非表示領域に光が当たって吸収されたり散乱されたりし
て無駄になる。第二は、第３図（ｂ）に示すように光源
側のマイクロレンズ２ｂの中心を通った光は、投影レン
ズ側のマイクロレンズ２ｂの中心を通らないので、入射
光は向きを変え、投影レンズ３に向かわなくなる。θは
画面の中心から離れるに従って大きくなるので、これら
二つの現象により投影画像は画面の中心から離れるに従
って暗くなるという問題が生じる。
本発明は上記のような問題点を解決するために発明され
たものであり、新規の投影型画像表示装置を提供するこ
とを目的としている。
く課題を解決するだめの手段〉 上記目的を達成するために本発明においては、マ）　Ｉ
Ｊソックスで透過型の非発光表示パネルと該表示パネル
をはさんで光源、および投影レンズを備えた投影型画像
表示装置において、前記表示パネルの光源側に第１のマ
イクロレンズアレイを備え、該第１のマイクロレンズア
レイのピッチＰ１が前記表示パネルの絵素ピッチＰｏ　
よりも大きく設定されている投影型画像表示装置を提供
するものであり、このことによって上記目的が達成され
る。
さらに、前記表示パネルの前記投影レンズ側に第２のマ
イクロレンズアレイを備え、該第２０マイクロレンズア
レイのピッチ、Ｐ２が前記表示パネルの絵素ピッチＰａ
　よりも小さく設定されていることが好ましい。
レイの設けられている平面との距離をｔ、前記表が、 ＰＫ＝Ｐｏ　１１　＋ｔ／　（ｎ　−Ｌ　）′Ｉ（１１
Ｐ２　＝Ｐｏ　ｆｌ　　ｔ／　（ｎ−Ｌ　））　　　（
２１を満足するように設定することがより好ましい。
く作　用〉 前記手段により、光源から発しコンデンサーレンズによ
り集光された光が表示パネルに入射する場合、光源側の
マイクロレンズの中心を通った光が表示パネルの絵素の
中心を通ることになる。従って１表示パネルの絵素以外
の非表示領域に光が当たって吸収されたり、散乱された
りして無駄になる事はなくなる。更に、光源側のマイク
ロレンズの中心を通った光は、投影レンズ側のマイクロ
レンズの中心を通るので、入射光の向きを変えずに有効
に投影レンズに向かわせることができる。
〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面にしたがって詳細に説明す
る。
第１図は本発明に係る投影型画像表示装置の実施例の構
成を示す上面から見た説明図であシ、マトリックス型で
透過型の液晶表示バネ／Ｌ／　１は基板ｌａにはさまれ
た部分に表示単位となる絵素が規則的に配列されている
。液晶表示バネｔＶ　１の前方には、その絵素ピッチよ
り大きいピッチを持つマイクロレンズアレイ２ａを密着
させ、さらにその前方には、コンデンサーレンズ４およ
び光源５を配置する。また、液晶表示バネＡ／１の後方
には。
その絵素ピッチより小さいピッチを持つマイクロレンズ
アレイ２ｂを密着させ、さらにその後方に投影レンズ３
を配置し、液晶表示パネルｌの中心から投影レンズ３ま
での距離をＬとする。また、液晶表示バネｌＬ／ｌの絵
素が配列されている平面とマイクロレンズアレイ２ａｔ
たは２ｂの設けられている平面との距離をｔとすると、
ｔは液晶表示バネ／ｌ／１０基板１ａの厚さとみなすこ
とができる。
なお、第１図中、液晶表示バネ／Ｌ／１には間隔をアケ
てマイクロレンズアレイ２ａおよび２ｂが配されている
が、これは説明の便宜上のものであり、実際には間隔を
あけず密着している。
光源５からの光はコンデンサーレンズ４により集光され
、マイクロレンズアレイ２ａ＋液晶表示パネルｌ、マイ
クロレンズアレイ２ｂを透過して投影レンズ３に像を結
び、図示しないスクリーンに投影される。
液晶表示パネルとして、本件出願人により市販されてい
るポケット型液晶カラーＴＶ（機種名＝３Ｃ−Ｅ１．Ｂ
Ｅ−Ｊｌ　）に使用されている液晶表示パネルを用いた
。この液晶表示パネルの画面サイズは縦４５．６ｍ、横
６１．８−．絵素ピツチＰ。
は縦方向１９０μｍ、横方向１６１μｍ、基板の厚さｔ
は１．１ｍ、基板の屈折率ｎは１．５である。
投影レンズ３の焦点距離は２００ｎとしたので、Ｌもほ
ぼ２００鱈となる。
マイクロレンズアレイは前述（６）の方法（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ　　Ｖｏｌ、１７　　
Ｎｏ。
１３　　ｐ４５２（１９８１）］によって作成した。
ここで、光源側マイクロレンズアレイ２ａのピッチは（
１）式により、縦方向１９０．７μｍ、横方向１６１．
６μｍとし、投影レンズ側マイクロレンズアレイ２ｂの
ピッチは（２）式により、縦方向１８９．３μｍ、横方
向１６０．４μｍとした。比較のためにピッチの補正を
行わず、絵素ピッチと同じピッチのマイクロレンズアレ
イも作成した。尚、レンズの直径は１５０μｍ１焦点距
離は空気中で７３０μｍ（＝ｔ／ｎ）とした。
このようにして得られたマイクロレンズアレイを投影型
カラー液晶表示装置に適用した。
マイクロレンズアレイのピッチの補正を行なわなかった
ものでは、画面の中央部だけしか有効に投影されなかっ
たが、これは次のように説明される。
すなわち、液晶表示バネ／Ｖ　ｌの端の位置では。
コンデンサーレンズ４からの光が液晶表示パネル１に対
して直角でなく、ある角度θをもって入射する。
このとき、 ：　ｏ、　１　５４５ となるので、マイクロレンズアレイのピッチの補正を行
わない場合には、光源側のマイクロレンズの中心を通り
投影レンズの中心に向かう光は、絵素の中心から（ｔ／
ｎ）＃ｔａｎθ＝１１３／！ｊｍはずれた所を通るが、
このズレは絵素ピッチの１／２よりも大きいので、隣接
する絵素の中に入ってしまう。更に、この光は投影レン
ズ側のマイクロレンズの中心から２２６μｍはずれた所
を通るが、このずれはマイクロレンズアレイのｌピッチ
よりも大きく、投影レンズには到達しなくなるからであ
る。
一方、本発明によりマイクロレンズアレイのピッチを補
正した場合には、投影画像の周辺部でも光源の光を有効
に利用できるようになったので、輝度の分布が一様にな
り見易くなった。
ナオ、マイクロレンズアレイの凸面を表示パネル側に向
けても、反対側に向けても集光機能には大差は見られな
いが、表示パネルの絵素の配列されている平面とマイク
ロレンズアレイの設けられている平面との間の距＠１が
変わるのでそれに応じてマイクロレンズプレイのピッチ
も変える必要がある。
また、本発明は、球面レンズのアレイだけではすく、円
筒レンズ（シリンドリカルレンズ、レンチキュラーレン
ズ）に適用しても同様の効果が得られる。
〈発明の効果〉 本発明は以上のように構成されているので、表示パネル
の周辺部の輝度の低下をなくし、−様な輝度の投影画像
を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る実施例の構成要素の位置関係と光
線の経路などを示す上面から見た説明図、第２図は従来
の投影型画像表示装置の光学系を示す構成図、第３図は
従来の表示パネルを透過する光線の経路などを示す説明
図である。 １；液晶表示パネル、　　１ａ：液晶表示パネルの基板
、　　１ｂ：絵素領域ｔ　　　ｌｃ：非表示領域。 ２°ａ：光源側マイクロレンズアレイ、　２ｂ：投影レ
ンズ側マイクロレンズアレイ、　　３：投影レンズ、　
　４：コンデンサーレンズ、　　　５：光ｉ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、マトリックス型で透過型の非発光表示パネルと該表
    示パネルをはさんで光源、および投影レンズを備えた投
    影型画像表示装置において、前記表示パネルの光源側に
    第１のマイクロレンズアレイを備え、 該第１のマイクロレンズアレイのピッチＰ＿１が前記表
    示パネルの絵素ピッチＰ＿０よりも大きく設定されてい
    ることを特徴とする投影型画像表示装置。 ２、請求項１において、 さらに、前記表示パネルの前記投影レンズ側に第２のマ
    イクロレンズアレイを備え、該第２のマイクロレンズア
    レイのピッチＰ＿２が、前記表示パネルの絵素ピッチＰ
    ＿０よりも小さく設定されていることを特徴とする投影
    型画像表示装置。 ３、請求項１および２において、 前記表示パネルの絵素が配列されている平面と前記第１
    または前記第２のマイクロレンズアレイの設けられてい
    る平面との距離をｔ、前記表示パネルの基板の屈折率を
    ｎ、前記表示パネルと前記投影レンズとの距離をＬとす
    ると、前記第１および前記第２のマイクロレンズアレイ
    のピッチＰ＿１、Ｐ＿２が Ｐ＿１＝Ｐ＿０｛１＋ｔ／（ｎ・Ｌ）｝ Ｐ＿２＝Ｐ＿０｛１−ｔ／（ｎ・Ｌ）｝ を満足するように設定されたことを特徴とする投影型画
    像表示装置。
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