DE69026463T2

DE69026463T2 - Bildanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69026463T2
Application number: DE69026463T
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Hiroshi Hamada; Kenjiro Hamanaka; Kouji Tanaka
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2010-10-24
Also published as: KR940006985B1; JP2641774B2; JPH03136004A; TW197498B; EP0425251A3; EP0425251A2; EP0425251B1; DE69026463D1; KR910008454A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Bildanzeige, und spezieller betrifft sie eine Bildanzeigevorrichtung, die mit einem Mikrolinsenarray in Form einer ebenen Platte mit Brechungsindexverteilung versehen ist, die als Lichtbündelungs- oder Konvergiereinrichtung geeignet ist, um die Anzeigefläche dadurch aufzuhellen, daß Beleuchtungslicht für eine transmissive Anzeigetafel wie eine Flüssigkristalltafel usw. mit mehreren Bildelementen oder Pixeln auf den Bereich der Pixel fokussiert wird.
Im allgemeinen sind bei einer Flüssigkristalltafel, die als Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung zu verwenden ist, wie oben genannt, minimale Anzeigeeinheiten, die als Pixel oder Bildelemente bezeichnet werden (nachfolgend als Pixel bezeichnet) regelmäßig angeordnet, und durch Anlegen unabhängiger Ansteuerspannung an die jeweiligen Pixel zum Verändern der optischen Eigenschaften des jedes Pixel bildenden Flüssigkristalls werden nach Wunsch Bilder und Zeichen usw. angezeigt.
Um den jeweiligen Pixeln unabhängige Steuerspannungen aufzuerlegen, sind ein Einfachmatrixsystem und ein Aktivmatrixsystem bekannt, bei dem nichtlineare Zweipolelemente wie MIMs (Metall-Isolator-Metall) oder dergleichen oder dreipolige Schaltelemente wie Dünnfilmtransistoren in den jeweihgen Pixeln vorhanden sind.
Beim Aktivmatrixsystem ist es erforderlich, daß zum Anlegen einer unabhängigen Ansteuerspannung an jedes Pixel Elemente wie die Dünnfilmtransistoren oder MIMs usw. an den jeweihgen Pixeln vorhanden sind, wobei Leitungen zum Zuführen von Ansteuersignalen zu diesen zwischen die Pixel geschaltet sind, wodurch die vom Pixelbereich auf der Bildfläche eingenommene Proportionalfläche (oder die numerische Apertur) verringert ist. Vom auf die Tafel projizierten Licht wird auf einen anderen Bereich als den Pixelbereich fallendes Licht durch die Dünnfilmtransistoren, Signalleitungen oder Abschirmungsmasken, die abhängig vom Bedarf vorhanden sind, usw. absorbiert oder reflektiert und erreicht den Schirm nicht. Demgemäß wird dann, wenn eine Flüssigkristalltafel mit derselben Beleuchtungsintensität beleuchtet wird, die Bildfläche dunkler, da die numerische Apertur verringert ist. Ein derartiger Zustand gilt sowohl für den Fall, daß eine Flüssigkristalltafel unmittelbar betrachtet wird, als auch für den Fall, daß mittels einer Projektionslinse eine Vergrößerungsprojektion ausgeführt wird.
Um die Schwierigkeit zu überwinden, daß die Bildfläche aufgrund der kleinen numerischen Apertur dunkel wird, wurden herkömmlicherweise, z. B. in den japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichungen Nr. 60-165621 bis 60-165624 Verfahren zum Verbessern der Nutzung des Beleuchtungslichts durch Bündeln desselben auf jeden Pixelbereich vorgeschlagen, wobei ein Mikrolinsenarray auf der Lichtquellenseite der Anzeigetafel vorhanden ist. Insbesondere die Veröffentlichung Nr. 60-165621 offenbart die Herstellung eines Bereichs mit Brechungsindexverteilung auf einem Substrat der Anzeigetafel, und sie veranschaulicht bei ihrem Ausführungsbeispiel ein Brechungsindexverteilungs-Diagramm mit konkavem Linseneffekt. Indessen offenbart die Veröffentlichung Nr. 60- 262131 das Anordnen von Mikrolinsenarrays an entgegengesetzten Seiten der Flüssigkristalltafel.
Fig. 3 zeigt ein Mikrolinsenarray M in Form einer flachen Platte mit Brechungsindexverteilung, wie es herkömmlicherweise als Bündelungs- oder Konvergiereinrichtung zum Projizieren von Licht auf eine Flüssigkristalltafel, worauf oben Bezug genommen wurde, verwendet wurde.
Das bekannte Mikrolinsenarray M in Fig. 3 in Form einer flachen Platte enthält ein Substrat 101 sowie mehrere Mikrolin sen 111, die so durch einen Ionenaustauschprozeß, der einer von verschiedenen Diffusionsproze ssen ist, auf dem Substrat 101 ausgebildet sind, daß benachbarte Mikrolinsen nicht miteinander in Kontakt stehen, wobei die Querschnittsform des Bereichs mit Brechungsindexverteilung ungefähr eine Halbkugelform ist. Demgemäß ist eine Ausbreitungslinie 112 eines Ionendiffusionsbereichs, die als Diffusionsfront der Mikrolinsen 111 bezeichnet wird, so abgetrennt, wie es dargestellt ist.
Der Grund für die Abtrennung der Diffusionsfront 112, die die Grenze zwischen den jeweiligen Mikrolinsen 111 ist, wie oben beschrieben, ist dergestalt, daß allgemein angenommen wurde, daß Rotationssymmetrie der Brechungsverteilungsform in bezug auf die optische Achse, die dazu erforderlich ist, einen günstigen Linseneffekt zu erzielen, durch die Verschmelzung der Diffusionsfront 112 unerwünscht beeinträchtigt wird, wodurch eine Aberrationskomponente mit Richtungswirkung erzeugt wird, was zu einer Verschlechterung der Bündelungseigenschaften der Linse führt.
Ein mit dem Mikrolinsenarray von Fig. 3 vergleichbares Array ist aus US-A-4,790,632 bekannt.
Jedoch bestehen bei einem herkömmlichen Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte als Bündelungseinrichtung, wie oben genannt, die untenangegebenen Probleme.
Das erste Problem ist dergestalt, daß dann, selbst wenn die Brechungsindexverteilung der Mikrolinsen 111 ungefähr mit Halbkugelform rotationssymmetrisch in bezug auf die optische Achse ist, dann, wenn die Verteilung in radialer Richtung inkorrekt ist, die Tendenz besteht, daß sphärische Aberration auftritt, wodurch die Bündelungseigenschaften der Linse nachteilig beeinflußt werden.
In bezug auf das Vorstehende haben die Erfinder durch wiederholte Versuche und Untersuchungen herausgefunden, daß allgemein dann, wenn ein Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte durch das Ionenaustauschverfahren hergestellt wird, der Gradient der Brechungsindexverteilung in der Nähe der Diffusionsfront 112 groß ist, weswegen das auf den Umgebungsbereich der Mikrolinsen 111 treffende Licht übermäßig gebrochen wird, was zu sphärischer Aberration führt.
Das zweite Problem liegt darin, daß, da die Mikrolinsen 111 so angeordnet sind, daß benachbarte Linsen außer Kontakt miteinander stehen, die Füllungsrate der Mikrolinsen 111, d. h. das Verhältnis der von den Mikrolinsen 111 eingenommenen Fläche zur Gesamtfläche des Mikrolinsenarray-Substrats 111 nicht höher als eine bestimmte Grenze gemacht werden kann. Beispielsweise kann eine derartige beschränkte Füllungsrate wie folgt repräsentiert werden:
π/4 78,5 %,
wenn kreisförmige Mikrolinsen in Form eines quadratischen Gitters angeordnet sind, und durch
π/2 3 90,6 %,
wenn kreisförmige Mikrolinsen in Form eines Sechseckgitters dicht angeordnet sind, jedoch ist bei der tatsächlichen Vorgehensweise die Füllungsrate kleiner als der obige Wert, da die Mikrolinsenanordnung in Übereinstimmung mit der Pixelanordnung der Anzeigetafel stehen muß. Da Zwischenräume zwischen den Mikrolinsen aus einem Bereich ohne Ionendiffusion bestehen und sie keine Brechungsfunktion aufweisen, läuft auf diesen Bereich auftreffendes Licht unverändert gerade durch, ohne zum Lichtbündelungseffekt beizutragen.
Wie bisher beschrieben, bestehen beim herkömmlichen Mikrolinsenarray in Form einer ebenen Platte Probleme hinsichtlich der Lichtbündelungseigenschaften, weswegen bei herkömmlichen Projektions-Bildanzeigevorrichtungen, die derartige Mikrolinsenarrays in Form einer flachen Platte verwenden, Dunkelheit der Anzeigebildfläche nicht vollständig verbessert werden konnte.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Bildanzeigevorrichtung mit hoher Ausnutzung des Beleuchtungslichts zu schaffen, die ein helles Bild dadurch auf der Anzeigefläche erzielen kann, daß der Bündelungseffekt eines Mikrolinsenarrays in Form einer ebenen Platte für eine transmissive Anzeigetafel verbessert ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bildanzeigevorrichtung des obenangegebenen Typs zu schaffen, die einfachen Aufbau aufweist und mit hoher Genauigkeit stabil arbeitet.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform schafft die Erfindung eine Bildanzeigevorrichtung mit einer Anzeigetafeleinrichtung mit mehreren Pixelbereichen und einem Mikrolinsenarray mit mehreren Mikrolinsen, die so angeordnet sind, daß sie Beleuchtungslicht auf jeweilige Pixelbereiche konvergieren, wobei das Mikrolinsenarray ein Substrat mit ebenen Außenhauptflächen aufweist, wobei die Mikrolinsen durch Änderungen des Brechungsindex des Materials des Substrats gebildet sind und diese Mikrolinsen Grenzen aufweisen, die zwischen benachbarten Mikrolinsen zusammenhängend verschmolzen sind, um, innerhalb des Substrats, einen Verlauf mit gleichem Brechungsindex zu bilden.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform schafft die Erfindung ein Mikrolinsenarray mit einer Vielzahl von Mikrolinsen, die so angeordnet sind, daß sie jeweils einfallendes Licht auf eine Vielzahl von dem Array benachbarte Pixelbereiche konvergieren, wobei das Mikrolinsenarray ein Substrat mit ebenen Außenhauptflächen aufweist, wobei die Mikrolinsen durch Änderungen des Brechungsindex des Materials des Substrats gebildet sind und diese Mikrolinsen Grenzen aufweisen, die zwischen benachbarten Mikrolinsen zusammenhängend verschmolzen sind, um, innerhalb des Substrats, einen Verlauf mit gleichem Brechungsindex zu bilden.
Eine bevorzugte Ausführungsform enthält ein Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte mit Brechungsindexverteilung, die dadurch hergestellt wird, daß mehrere Mikrolinsen zum Bündeln von Beleuchtungslicht auf die jeweiligen Pixelbereiche durch einen Diffusionsprozeß auf einem Substrat ausgebildet werden, wobei die Diffusionsfronten benachbarter Mikrolinsen des Mikrolinsenarrays in Form einer ebenen Platte ineinander verschmolzen werden, um eine kontinuierlich gekrümmte Fläche innerhalb des Substrats auszubilden.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß die Konfiguration der obigen einen kontinuierlich gekrümmten Fläche vorzugsweise so ausgebildet werden sollte, daß sie für die Schrittweite der Pixel und die Pixelöffnungen der Anzeigetafel geeignet ist.
Durch Ausbilden der Diffusionsfronten benachbarter Mikrolinsen auf solche Weise, daß sie ineinander verschmolzen sind, wie oben angegeben, wird der Gradient der Brechungsindexverteilung in den jeweiligen Mikrolinsen und benachbart zu diesen klein, weswegen der nachteilige Effekt aufgrund sphärischer Aberration, wie er aufgrund übermäßig hoher Brechung um die Mikrolinsen auftritt, in vorteilhafter Weise verringert werden kann.
Ferner zeigt die Füllungsrate, da der linsenfreie Bereich zwischen den Mikrolinsen beseitigt ist, hinsichtlich des Substrats der Mikrolinsen einen Wert nahe bei 100 %, mit einer entsprechenden Verbesserung des Bündelungseffekts.
Darüber hinaus wurde durch von den Erfindern ausgeführte Versuche klargestellt, daß zwar die rotationssymmetrische Art der Brechungsindexverteilung durch das Teilverschmelzen zwischen benachbarten Mikrolinsen miteinander in gewissem Ausmaß beeinträchtigt sein kann, daß jedoch die Bündelungseigenschaft der Linsen dadurch kaum nachteilig beeinflußt wird, wie es später detaillierter beschrieben wird.
Demgemäß wird das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle durch das Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte wirkungsvoll so gebündelt, daß es die Pixelbereiche der Anzeigetafel konzentriert beleuchtet, und dadurch können hellere Bilder als bei einer herkömmlichen Projektions-Bildanzeigevorrichtung erhalten werden.
In den beigefügten Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Projektions-Bildanzeigevorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die in vergrößertem Maßstab ein in der Bildanzeigevorrichtung von Fig. 1 verwendetes Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 2, die speziell ein herkömmliches Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte zeigt;
Fig. 4(a) ist eine gebrochene Draufsicht auf das Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte von Fig. 2, die in vergrößertem Maßstab die Anordnung der Mikrolinsen in diesem zeigt;
Fig. 4(b) ist ein Querschnitt entlang der Linie IV(b)-IV(b) in Fig. 4(a);
Fig. 5(a) ist eine Ansicht ähnlich der von Fig. 4(a), die speziell ein herkömmliches Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte zum Vergleich mit der des Ausführungsbeispiels von Fig. 4(a) zeigt; und
Fig. 5(b) ist ein Querschnitt entlang der Linie V(b)-V(b) in Fig. 5(a).
Bevor die Beschreibung des Ausführungsbeispiels weitergeführt wird, wird darauf hingewiesen, daß ähnliche Teile in den gesamten beigefügten Zeichnungen mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet sind.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Projektions-Bildanzeigevorrichtung P gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, in der ein Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte verwendet ist, das in Fig. 2 dargestellt ist.
In Fig. 1 enthält die Bildanzeigevorrichtung P ein Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte mit mehreren auf einem Substrat 10 (Fig. 2) ausgebildeten Mikrolinsen, eine Flüssigkristall-Anzeigetafel 2 mit mehreren Pixelbereichen 2b, eine Weißlichtquelle 3 in Form einer Halogenlampe, einer Metallhalogenidlampe, einer Xenonlampe oder dergleichen, einen Reflexionsspiegel 4 zum Reflektieren von von der Lichtquelle 3 emittiertem Licht in solcher Weise, daß es auf die Flüssigkristalltafel 2 gelenkt wird, Kondensorlinsen 5 zum Konvergieren des Lichts von der Lichtquelle 3 sowie eine Projektionslinse 6 zum Projizieren eines Bilds auf einen Projektionsschirm 7.
Die vorstehend beschriebene Bildanzeigevorrichtung P ist so ausgebildet, daß sie das von der Lichtquelle 3 emittierte Licht sammelt und es durch den Reflexionsspiegel 4 und die Kondensorlinsen 5 zur Projektion auf den Schirm 7 zur Projektionslinse 6 lenkt. Der durch die Kondensorlinsen 5 tretende Lichtfluß wird durch das Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte so konvergiert, daß es durch den Pixelbereich 2b der Flüssigkristall-Anzeigetafel 2 tritt, und seine Intensität wird entsprechend der an die Flüssigkristalltafel angelegten Bildsignalspannung moduliert, und danach wird er durch die Projektionslinse 6 auf den Schirm 7 projiziert.
Die obige Flüssigkristall-Anzeigetafel 2 verfügt über eine Diagonale der Anzeigebildfläche von 75 mm, eine Pixelschrittweite von 190 µm (in Längsrichtung) x 161 µm (in Querrichtung), einen Pixelbereich von 88 µm (in Längsrichtung) x 104 p.m (in Querrichtung), eine Öffnungsrate oder numerische Apertur von 30 %, einen Brechungsindex n des Substrats von 1,53 und eine Substratdicke 2a von 1,1 mm. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwar der verdrillt-nematische Modus als Funktionsmodus des Flüssigkristalls verwendet, jedoch kann dieser durch einen anderen Modus ersetzt werden, insoweit ein solcher Modus dem Verwendungszweck genügt.
Bei den Funktionsmodi der meisten Flüssigkristalle ist es erforderlich, gleichzeitig eine (nicht dargestellte) Polansationsplatte zu verwenden. Obwohl die Polarisationsplatte direkt auf die Flüssigkristall-Anzeigetafel gesetzt werden kann, sollte diese Vorgehensweise vorzugsweise vermieden werden, da ein Temperaturanstieg folgend auf Lichtabsorption durch die Polarisationsplatte die Funktionseigenschaften des Flüssigkristalls nachteilig beeinflußt, wenn eine Lichtquelle mit hoher Helligkeit verwendet wird. Die Position zum Anordnen der Polarisationsplatte kann eine beliebige sein, vorausgesetzt, daß nichts, das die Polarisationseigenschaften hinsichtlich der Flüssigkristall-Anzeigetafel ändern kann, eingefügt ist. Beispielsweise kann das Mikrolinsen array in Form einer flachen Platte zwischen die Flüssigkristall-Anzeigetafel und die Polarisationsplatte (nicht dargestellt) eingefügt sein.
Unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 2, 4(a) und 4(b) wird das Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte nachfolgend im einzelnen erläutert.
In Fig. 4(a) entspricht die Schrittweite der Mikrolinsen 11 im Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte der Pixelschrittweite von 190 µm (in Längsrichtung) x 161 µm (in Querrichtung) der Flüssigkristall-Anzeigetafel 2, während die Brennweite desselben der Dicke des Substrats 2a für die Flüssigkristall-Anzeigetafel 2 entspricht (1,1/1,53 = 0,72 mm an Luft).
Die obengenannten Mikrolinsen 11 werden durch einen Ionenaustauschprozeß so hergestellt, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Zunächst wird ein metallischer Dünnfilm aus Al, Ti, Ni, Cr oder dergleichen durch eine bekannte Dünnfilm-Herstelltechnik wie einen Sputterprozeß usw. auf der Oberfläche des Glassubstrats 10 ausgebildet. Anschließend werden sehr kleine öffnungsfenster, deren Anordnung derjenigen der Pixel der Flüssigkristalltafel entspricht, durch die bekannte Lithographietechnik im metallischen Dünnfilm hergestellt, um eine Metallmaske zu bilden. Dieses Glassubstrat 10 wird für eine vorgegebene Zeitspanne in eine Lösung eingetaucht, die ein Ion mit höherem Brechungsindex (nachfolgend als zweites Ion bezeichnet) als dem des lons im Glassubstrat (nachfolgend als erstes Ion bezeichnet) enthält. Durch die obige Verarbeitung wird Ionenaustausch durch die Öffnungsfenster der Metallmaske ausgeführt, und demgemäß werden ungefähr halbkugelige Mikrolinsen 11 mit Brechungsindexverteilung, deren Brechungsindex allmählich von der Nähe der Öffnungsfenster der Metallmaske aus zu ihrem Umfangsbereich abnimmt, ausgebildet.
Im obigen Fall kann durch geeignetes Einstellen der Ionenaustauschzeit usw. eine solche Anordnung erzielt werden, daß die jeweiligen Bereiche, in die die zweiten Ionenteilchen diffundiert werden, d. h. die Diffusionsfronten 12, an den Ausbreitungslinien der jeweiligen Mikrolinsen 11 miteinander verschmelzen.
Wenn die Pixelschrittweite der Flüssigkristall-Anzeigetafel wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel (190 µm (in Längsrichtung) x 161 µm (in Querrichtung) beträgt, kann das Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte ohne jeden ionendiffusionsfreien Bereich über die gesamte Oberfläche des Glassubstrats 10 dadurch hergestellt werden, daß die Diffusionsfront 12 jeder Mikrolinse 11 einen Durchmesser von ungefähr 224 µm einnimmt.
Wie es aus der Fig. 4(b) erkennbar ist, die den Brechungsindexzustand und den Lichtkonvergierungszustand am Querschnitt IV(b)-IV(b) von Fig. 4(a) zeigt, sind dank der Verschmelzung der Diffusionsfronten 12 der jeweiligen Mikrolinsen 11 miteinander die sich über die gesamte Oberfläche des Linsenarrays erstreckenden Diffusionsfronten 12 zu einer kontinuierlich gekrümmten Fläche innerhalb des Substrats 10 ausgebildet.
Im Ergebnis ist in der Brechungsindexverteilung (Linien mit gleichem Brechungsindex sind durch die Zahl 13 gekennzeichnet) der jeweiligen Mikrolinsen der Brechungsindexgradient im Umfangsabschnitt jeder Mikrolinse 11 klein, und Licht, das durch den Umfangsabschnitt einer Mikrolinse tritt, wird nicht aufgrund übermäßiger Beugung abgelenkt, weswegen im wesentlichen alle Lichtstrahlen 14 in günstiger Weise auf einen Punkt fokussiert werden.
Es hat sich auch herausgestellt, daß, obwohl die Form des Verschmelzungsbereichs der Diffusionsfronten benachbarter Mikrolinsen 11 nicht rotationssymmetrisch in bezug auf die optische Achse jeder Mikrolinse 11 ist, die Lichtbündelung dadurch nicht in übermäßiger Weise nachteilig beeinflußt wird und daß jede Mikrolinse 11 so wirkt, daß sie auf einen sechseckigen Bereich fallende Lichtstrahlen, der in Fig. 4(a) durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist (die in Fig. 2 dargestellte Form der Mikrolinse 11 entspricht der Form in diesem Bereich), in günstiger Weise auf ungefähr einen Punkt fokussiert.
Das Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte mit derartigen hervorragenden Bündelungseigenschaften wird in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand durch Aufkleben unter Verwendung eines transparenten optischen Klebemittels mit einem Brechungsindex, der im wesentlichen demjenigen des transparenten Substrats der Flüssigkristall-Anzeigetafel entspricht, angebracht, wobei die Positionen der jeweiligen Mikrolinsen 11 so angeordnet werden, daß sie den Positionen der jeweiligen Pixelbereiche 2b der Flüssigkristall-Anzeigetafel 2 entsprechen.
Zum Vergleich mit dem obigen Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte, das für eine erfindungsgemäße Projektions-Bildanzeigevorrichtung verwendet wurde, wurde ein herkömmuches Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte mit einem Linsendurchmesser von 161 µm, bei dem die Diffusionsfronten benachbarter Mikrolinsen ohne Verschmelzen nur miteinander in Kontakt stehen, so hergestellt, wie es in den Fig. 5(a) und 5(b) dargestellt ist, in denen gleiche Teile wie in den Fig. 4(a) und 4(b) mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet sind, wobei zur Kürze der Erläuterung ein Strich oder Apostroph hinzugefügt ist.
Im Fall des herkömmlichen Mikrolinsenarrays in Form einer flachen Platte, bei dem die Diffusionsfronten miteinander nur ohne Verschmelzen in Kontakt stehen, werden auf den Randabschnitt der jeweiligen Mikrolinsen 11' fallende Lichtstrahlen 14' übermäßig gebeugt, da der Brechungsindexgradient in diesem Umfangsabschnitt zu groß ist, und die Brennpositionen der jeweiligen Lichtstrahlen weichen mit starkem Ausmaß zwischen dem zentralen Abschnitt der Linse und dem Randabschnitt derselben voneinander ab, was zu großer sphärischer Aberration führt. Das obige Ergebnis war ähnlich dem beim bekannten Mikrolinsenarray, bei dem benachbarte Diffusionsfronten ohne einander zu berühren voneinander getrennt sind.
Beim Untersuchen der Helligkeit des durch die Projektions- Bildanzeigevorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels angezeigten Bilds zeigte sich, daß diese ungefähr das 2,5- fache derjenigen bei der Anordnung war, bei der das Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte nicht verwendet war. Indessen war dann, wenn das Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte mit dem Aufbau wie bei der herkömmlichen Anordnung, das zum Vergleich hergestellt wurde, verwendet wurde, betrug die Helligkeit des Anzeigebilds ungefähr das 1,8-fache derjenigen der Anordnung ohne Verwendung eines solchen Mikrolinsenarrays.
Andererseits wurde dann, wenn ein Bündelungs- oder Konvergierungsfleck beim Beleuchten des Mikrolinsenarrays 1 in Form einer flachen Platte mit weißen, parallelen Lichtstrahlen durch ein Mikroskop betrachtet wurde, beim herkömmlichen Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte eine Halofärbung aufgrund von Aberration im Umfangsabschnitt einer Mikrolinse um den Bündelungsfleck herum beobachtet, wenn das Mikroskop auf einen Punkt fokussiert war, an dem die Größe des Bündelungsflecks am kleinsten war, jedoch wurde beim Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte, wie bei der Erfindung verwendet, kein Hab um den Bündelungsfleck herum erkannt, obwohl die Form desselben eine leicht abgerundete Sechseckform war.
Übrigens differieren bei der Erfindung, obwohl das Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte so hergestellt wurde, daß kein Zwischenraum zwischen den Mikrolinsen 11 bestand, dann, wenn das Mikrolinsenarray so hergestellt wurde, daß kein Zwischenraum zwischen den Mikrolinsen bestand, wie oben angegeben, die Flächen für den Bereich, in dem die Diffusionsfronten der jeweiligen Mikrolinsen verschmolzen sind, deutlich abhängig von den Richtungen, und demgemäß ist die Form der Bündelungsflecke in gewissem Ausmaß gestört. In diesem Fall kann es geschehen, daß ein besserer Bündelungseffekt dann erzielt wird, wenn der Bereich leicht verringert wird, in dem die Diffusionsfronten verschmolzen sind, und zwar dadurch, daß kleine Zwischenräume zwischen den jeweiligen Mikrolinsen erzeugt werden. Selbst im obengenannten Fall kann der Zweck der Erfindung hinsichtlich der Verbesserung des Bündelungseffekts und der Ausnutzungsrate des Beleuchtungslichts durch Verringern der sphärischen Aberration, die vom Randabschnitt der jeweiligen Mikrolinsen herrührt, erzielt werden, und zwar durch Anbringen des Diffusionsbereichs der Mikrolinsen und durch eine Vergrößerung der von den Mikrolinsen eingenommenen Fläche in bezug auf die Gesamtfläche des Mikrolinsenarrays usw.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß beim vorstehenden Ausführungsbeispiel die Erfindung zwar unter Bezugnahme auf eine Koehlerbeleuchtung beschrieben ist, daß sie jedoch ebenfalls auf andere Beleuchtungsverfahren angewandt werden kann, z. B. kritische Beleuchtung, das telezentrische System usw.
Es sei hier angemerkt, daß zwar das vorstehende Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Projektions-Bildanzeigevorrichtung beschrieben wurde, die nur eine Flüssigkristall- Anzeigetafel verwendet, daß jedoch das Konzept der Erfindung in seiner Anwendung nicht auf eine derartige Bildanzeigevorrichtung alleine beschränkt ist, sondern daß es leicht z. B. auf ein System angewandt werden kann, bei dem drei Flüssigkristalltafeln dazu verwendet werden, jeweils ein Bild in den drei Primärfarben anzuzeigen, um Farbbilder durch optisches Kombinieren derselben zu erhalten. Darüber hinaus ist die Anzeigetafel nicht auf eine Flüssigkristalltafel beschränkt, sondern es kann auch jede andere Anzeigetafel vom Transmissionstyp verwendet werden.
Ferner wird gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel das Mikrolinsenarray 1 in Form einer flachen Platte zwar durch einen Ionenaustauschprozeß hergestellt, jedoch kann es auch durch folgendes hergestellt werden: einen Monomerdiffusions- Copolymerisationsprozeß, d. h. einen Prozeß einschließlich der Schritte des Herstellens eines transparenten Substrats durch Halbpolymerisierung eines ersten Monomers, Erstellen einer Moleküldurchdringungs -Verhinderungsmaske mit vielen Öffnungen entsprechend der Anordnung der herzustellenden Linsen an der Oberfläche, und Abschließen der Polymerisation nach dem Diffundieren eines zweiten Monomers in das Substrat durch die Öffnungen der Moleküleindringungs-Verhinderungsmaske.
Darüber hinaus wird das Mikrolinsenarray in Form einer flachen Platte gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwar durch halbkugelige Mikrolinsen gebildet, jedoch kann ein solches Mikrolinsenarray durch ein solches ersetzt sein, das mit Rasterlinsen, Fresnellinsen und dergleichen ausgebildet ist. Die Form der Mikrolinse sollte vorzugsweise durch die Pixelanordnung der Anzeigetafel und die Form der Pixelöffnungen usw. bestimmt sein.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist gemäß der Erfindung, da die Diffusionsfronten benachbarter Mikrolinsen so miteinander in Berührung stehen, daß sie eine kontinuierlich gekrümmte Fläche bilden, nicht nur die sphärische Aberration verringert, wie sie von der übermäßigen Brechung in den Umfangsabschnitten der jeweiligen Mikrolinsen eines Mikrolinsenarrays in Form einer flachen Platte bei herkömmlichen Anordnungen auftritt, sondern es kann auch die Belegungsfläche der Mikrolinsen in bezug auf die gesamte Substratfläche des Mikrolinsenarrays in Form einer flachen Platte auf nahe an 100 % angehoben werden, wodurch das auf die Anzeigetafel fallende Beleuchtungslicht ohne Verlust zur effektiven Ausnutzung auf den Pixelbereich fokussiert werden kann, wodurch ein helles Projektionsbild erzeugt wird.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Beispiels vollständig beschrieben wurde, wird hier darauf hingewiesen, daß dem Fachmann innerhalb des Schutzbereichs der durch die Ansprüche definierten Erfindung verschiedene Änderungen und Modifizierungen ersichtlich sind.

Claims

1. Bildanzeigevorrichtung mit einer Anzeigetafeleinrichtung (2) mit mehreren Pixelbereichen (2b) und einem Mikrolinsenarray (1) mit mehreren Mikrolinsen (11), die so angeordnet sind, daß sie Beleuchtungslicht auf jeweilige Pixelbereiche konvergieren, wobei das Mikrolinsenarray (1) ein Substrat (10) mit ebenen Außenhauptflächen aufweist, wobei die Mikrölinsen (11) durch Änderungen des Brechungsindex (13) des Materials des Substrats (10) gebildet sind und diese Mikrolinsen (11) Grenzen aufweisen, die zwischen be nachbarten Mikrolinsen zusammenhängend verschmolzen sind, um, innerhalb des Substrats (10), einen Verlauf (12) mit gleichem Brechungsindex zu bilden.

2. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anzeigetafeleinrichtung (2) einen Flüssigkristall aufweist.

3. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Flüssigkristall-Anzeigetafeleinrichtung (2) eine Flüssigkristall-Anzeigetafel enthält.

4. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Flüssigkristall-Anzeigetafeleinrichtung (2) drei Flüssigkristalltafeln enthält, die jeweils ein Bild mit einer von drei Primärfarben anzeigen, die zum Erzeugen eines Farbbilds optisch kombiniert werden.

5. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Anzeigetafeleinrichtung vom Transmissionstyp ist.

6. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mikrolinsenarray (1) durch einen Ionenaustauschprozeß hergestellt ist.

7. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mikrolinsenarray (1) durch einen Monomerdiffusions-Copolymerisationsprozeß hergestellt ist.

8. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mikrolinsenarray (1) aus Mikrolinsen (11) mit jeweils Halbkugelform besteht.

9. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mikrolinsenarray (1) aus Rasterlinsen besteht, bei denen eine große Anzahl Zylinderlinsen in paralleler Beziehung mit gleichen Abständen angeordnet sind.

10. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Mikrolinsenarray (11) aus Fresnellinsen für die Mikrolinsen (11) besteht.

11. Mikrolinsenarray (1) mit einer Vielzahl von Mikrolinsen (11), die so angeordnet sind, daß sie jeweils einfallendes Licht auf eine Vielzahl von dem Array benachbarte Pixelbereiche konvergieren, wobei das Mikrolinsenarray (1) ein Substrat (10) mit ebenen Außenhauptflächen aufweist, wobei die Mikrolinsen (11) durch Änderungen des Brechungsindex (13) des Materials des Substrats (10) gebildet sind und diese Mikrolinsen (11) Grenzen aufweisen, die zwischen benachbarten Mikrolinsen zusammenhängend verschmolzen sind, um, innerhalb des Substrats (10), einen Verlauf (12) mit gleichem Brechungsindex zu bilden.