JP2000206616A

JP2000206616A - 表示装置

Info

Publication number: JP2000206616A
Application number: JP11322925A
Authority: JP
Inventors: Masataka Shirato; 昌孝白土; Yoshinori Motomiya; 佳典本宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】厚さが薄く、２倍程度の拡大画像を高品位で表
示可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１は、有効表示領域の大きさＰＳ
が対角１２インチである液晶パネル１０１と、画像表示
領域の大きさＤＳが対角２０インチである表示スクリー
ン７０１と、それぞれの間に配置され、液晶パネルに表
示された画像を、拡大するレンズアレイ５０１と、表示
スクリーンと液晶パネルの間に配置され、表示スクリー
ンに入射される画像光の特性を改善して視認性を高める
フレネルレンズ８０１を有する。フレネルレンズは、液
晶パネルの表示画素のピッチおよび光源部３０１のプリ
ズムシート３３１のプリズム構造のピッチに対して２倍
以上の異なる大きさにピッチを有する。この構成によ
り、表示スクリーンの全域において均質な画像が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に係り、
特に大面積にわたって良好な表示画像が得られる直視型
の表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置に代表される平面表示装置
は、軽量、薄型、低消費電力の特徴を生かして各種分野
で利用されるようになってきた。中でも、パーソナル・
コンピュータに代表される携帯情報機器には、液晶表示
装置が多用されている。

【０００３】しかしながら、このような液晶表示装置で
は、ガラス等の絶縁性基板が用いられているが、その基
板の制約あるいは装置の制約等から２０インチ以上の大
きな表示面積を実現することは困難であった。

【０００４】そこで、複数の液晶パネルを貼り合わせて
大表示領域を形成する技術が特開平８−１４６４５５号
公報等で知られている。

【０００５】しかしながら、このような表示パネルの貼
り合わせによる大表示画面化は、その継目が視認される
ことから改良が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような中、例えば
特開平５−１８８３４０号公報あるいは特開平９ー９６
７０４号公報には、液晶パネルに表示させた画像をレン
ズを用いて拡大する方法が開示されている。

【０００７】上述した公報に開示された技術は、液晶パ
ネルに表示させた画像を、等倍結像光学系（単焦点レン
ズアレイ）を用いて表示スクリーンに拡大投影するもの
で、表示画像を複数の領域に区分し、それぞれの領域の
画像を等倍結像光学系により表示スクリーンの前段に導
くとともに、その光路上に拡大光学系を配置して表示ス
クリーンに、拡大された画像を表示させるものである。

【０００８】しかしながら、上述した技術は、液晶パネ
ルの表示画像を、等倍結像光学系と拡大光学系により拡
大投影するため、大きな拡大倍率を得るためには、長い
光路が必要となり、表示装置としての装置の大きさが大
きくなる問題がある。

【０００９】この発明の目的は、厚さが薄く、元画像の
２倍程度の拡大画像を高品位で表示可能な表示装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、複数の表示画素が第１の
ピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた表示パ
ネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表
示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表示領域
を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示
スクリーンとの間に配置されるとともに、複数の領域に
区分された前記有効表示領域の各前記領域に対応して複
数の第１レンズが並置配列された第１レンズアレイを含
み、前記光源からの光により投影された上記画像を複数
のチャネルを介して拡大しながら各前記領域を前記表示
スクリーン上に拡大結像する拡大結像光学系と、前記表
示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され、前記
光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパターンが
第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を備えた表
示装置であって、前記光路偏向手段上に投影される前記
表示画素の投影ピッチと前記光路偏向手段の前記第２の
ピッチが異なることを特徴とする表示装置である。

【００１１】またこの発明の表示装置は、表示パネルと
表示スクリーンとの間に、表示パネルで変調された光源
からの光を少なくとも各前記領域毎に偏向する第２の光
路偏向手段をさらに含むことを特徴とする。

【００１２】さらにこの発明の表示装置においては、投
影ピッチと第２のピッチとが２倍よりも大きく異なるこ
とを特徴とする。

【００１３】またさらにこの発明の光路偏向手段は、フ
レネルレンズを含むことを特徴とする。

【００１４】さらにまたこの発明は、複数の表示画素が
第１のピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた
表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、
前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前
記表示スクリーンとの間に配置されるとともに、複数の
領域に区分された前記有効表示領域の各前記領域に対応
して複数の第１レンズが並置配列された第１レンズアレ
イを含み、前記光源からの光により投影された上記画像
を複数のチャネルを介して拡大しながら各前記領域を前
記表示スクリーン上に拡大結像する拡大結像光学系と、
前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備え、前記光路偏向手段は前記表示パネルの表示画像が
結像される共役位置から隔てて配置されることを特徴と
する表示装置である。

【００１５】またさらにこの発明の光路偏向手段は、拡
大光学系内の任意のレンズアレイにより前記表示スクリ
ーンに画像が結像される位置と共役の関係にあるレンズ
アレイの焦平面の近傍に位置されることを特徴とする。

【００１６】さらにまたこの発明の光路偏向手段は、共
役の関係にある位置から少なくとも０．１ｍｍ以上離間
して配置されることを特徴とする。

【００１７】またさらにこの発明は、複数の表示画素が
第１のピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた
表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、
前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前
記表示スクリーンとの間に配置されるとともに、複数の
領域に区分された前記有効表示領域の各前記領域に対応
して複数の第１レンズが並置配列された第１レンズアレ
イを含み、前記光源からの光により投影された上記画像
を複数のチャネルを介して拡大しながら各前記領域を前
記表示スクリーン上に拡大結像する拡大結像光学系と、
前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備えた表示装置であって、前記表示スクリーンのポイン
トスプレッドファンクション幅が前記第２のピッチより
も大きく設定されていることを特徴とする表示装置であ
る。

【００１８】さらにまたこの発明は、第１のピッチと前
記第２のピッチとが２倍よりも大きく異なることを特徴
とする。

【００１９】またさらにこの発明は、複数の表示画素が
第１のピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた
表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、
前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前
記表示スクリーンとの間に配置されるとともに、複数の
領域に区分された前記有効表示領域の各前記領域に対応
してレンズが並置配列されたレンズアレイを含み、各前
記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する拡大結像
光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間
に配置され、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を
有するパターンが第２のピッチで配列された光路偏向手
段と、を備えた表示装置であって、前記光路偏向手段上
に投影される前記表示画素の投影ピッチと前記光路偏向
手段の前記第２のピッチが異なることを特徴とする表示
装置である。

【００２０】さらにまたこの発明は、複数の表示画素が
第１のピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた
表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、
前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前
記表示スクリーンとの間に配置されるとともに、複数の
領域に区分された前記有効表示領域の各前記領域に対応
してレンズが並置配列されたレンズアレイを含み、各前
記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する拡大結像
光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間
に配置され、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を
有するパターンが第２のピッチで配列された光路偏向手
段と、を備え、前記光路偏向手段は前記表示パネルの表
示画像が結像される共役位置から隔てて配置されること
を特徴とする表示装置である。

【００２１】またさらにこの発明は、複数の表示画素が
第１のピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた
表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、
前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前
記表示スクリーンとの間に配置されるとともに、複数の
領域に区分された前記有効表示領域の各前記領域に対応
してレンズが並置配列されたレンズアレイを含み、各前
記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する拡大結像
光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間
に配置され、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を
有するパターンが第２のピッチで配列された光路偏向手
段と、を備えた表示装置であって、前記表示スクリーン
のポイントスプレッドファンクション幅が前記第２のピ
ッチよりも大きく設定されていることを特徴とする表示
装置である。

【００２２】さらにまたこの発明は、複数の表示画素が
第１のピッチで配列された所定の有効表示領域を備えた
表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、
前記光源と前記表示パネルとの間に配置され、前記光源
からの光を偏向するよう屈折力を有するパターンが第２
のピッチで配列された光路偏向手段と、前記表示パネル
の前記有効表示領域よりも大きい画像表示領域を備えた
表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリー
ンとの間に配置されるとともに、複数の領域に区分され
た前記有効表示領域の各前記領域に対応してレンズが並
置配列されたレンズアレイを含み、各前記領域を前記表
示スクリーン上に拡大結像する拡大結像光学系と、を備
えた表示装置であって、前記第１のピッチと前記第２の
ピッチが異なることを特徴とする表示装置である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態が適用される表示装置を、詳細に説明する。

【００２４】図１に示すように、表示装置１は、図２を
用いて以下に説明する液晶パネル１０１と、液晶パネル
１０１を駆動して画像を表示させる図示しない駆動回路
基板と、液晶パネル１０１の裏面側に配置される面光源
部３０１と、第１ないし第５のレンズアレイ５１１，・
・・，５１５を含み、液晶パネル１０１に表示されて面
光源部３０１からの照明光により投影された画像を以下
に説明する画像表示面（表示スクリーン）に所定の拡大
率で案内するレンズアレイ５０１と、レンズアレイ５０
１の内の任意の位置であって液晶パネル１０１に対して
面光源部３０１から遠のく方向に位置され、レンズアレ
イ５０１に入射した画像光の光路を所定の比率で広げる
光路偏向手段４０１と、レンズアレイ５０１内の任意の
位置に設けられ、光路偏向手段４０１により所定の比率
で拡大された液晶パネル１０１の画像をさらに拡大する
拡大レンズ６０１と、拡大レンズ６０１に対して液晶パ
ネル１０１と反対の側に位置される画像表示面（表示ス
クリーン）７０１と、表示スクリーン７０１とレンズア
レイ５０１との間に配置され、レンズアレイ５０１を透
過した光（画像）のそれぞれの主光線の向きを表示スク
リーン７０１の表示面に対する法線方向に一致させる光
路偏向手段としてのフレネルレンズ８０１が設けられて
いる。

【００２５】液晶パネル１０１は、対角１２インチサイ
ズで、行（走査線）方向が（１０２４×３）で、列（信
号線）方向が７６８である（１０２４×３）×７６８の
表示画素を備えた有効表示領域ＰＳを含む。

【００２６】また、液晶パネル１０１は、図２に示すよ
うに各画素を制御するスイッチ素子として多結晶シリコ
ン（ｐ−Ｓｉ）薄膜が活性層に用いられた薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）１２１を備えるアレイ基板１１１と、対
向基板１５１と、アレイ基板１１１と対向基板１５１と
の間に、それぞれ配向膜１８３ａ，１８３ｂを介して保
持されるＴＮ液晶層１９１とを含む。なお、それぞれの
基板１１１，１５１の外表面には、透過軸が互いに直交
するように、偏向板１８５ａおよび１８５ｂが配置され
ている。

【００２７】更に詳しく説明すると、アレイ基板１１１
は、ガラスからなる０．７ｍｍ厚の透明絶縁基板１１３
上に、図示しないがマトリクス状に配置される１０２４
×３本の信号線及び７６８本の走査線と、信号線と走査
線との交点近傍に配置されるスイッチ素子としてのＴＦ
Ｔ１２１と、ＴＦＴ１２１に接続されＩＴＯから構成さ
れる画素電極１３１とを備えている。

【００２８】ＴＦＴ１２１は、チャネル領域１２３ｃ、
チャネル領域１２３ｃを挟んで配置されるソース領域１
２３ｓおよびドレイン領域１２３ｄを備えた多結晶シリ
コン（ｐ−Ｓｉ）膜１２３、ｐ−Ｓｉ膜１２３のチャネ
ル領域１２３ｃ上に、ゲート絶縁膜１２５を介して配置
され、走査線に電気的に接続されるゲート電極１１８、
ソース領域１２３ｓおよびドレイン領域１２３ｄにそれ
ぞれ接続されたソース電極１２７ｓおよびドレイン電極
１２７ｄを有する。ゲート電極１１８は、走査線に接続
され、ドレイン電極１２７ｄは信号線に、さらにソース
電極１２７ｓは画素電極１３１にぞれぞれ接続されてい
る。

【００２９】対向基板１５１は、ガラスからなる０．５
ｍｍ厚の透明絶縁基板１５３上に、画素電極１３１に対
向したＩＴＯから構成される対向電極１５５を備えてい
る。

【００３０】また、カラー表示は、カラーフィルタをア
レイ基板１１１上あるいは対向基板１５１上に形成する
ことにより、もしくは各フィールド期間を各色期間毎に
分割して駆動することにより、表示可能であるが、この
実施の形態では、アレイ基板１１１上に、カラーフィル
タ１８１を配置している。なお、画素電極１３１は、カ
ラーフィルタ１８１上に配置される。

【００３１】再び図１を参照すれば、図２に示した液晶
パネル１０１の裏面側に配置される面光源部３０１は、
十分な光量を確保するために、例えばアクリル樹脂から
成る薄板状の導光板３１１と、導光板３１１の所定位置
に設けられた発光装置である冷陰極管３２１とからな
る。

【００３２】導光板３１１表面上には、導光板３１１か
ら放射される拡散光を概ね平行な光とするために、例え
ば３Ｍ社製のプリズムシート３３１が、それぞれのプリ
ズムシートのプリズム構造が直交するように９０°ずら
された状態で２層配置されている。なお、導光板３１１
の裏面側には、冷陰極管３２１から放射され、導光板３
１１内を伝播される光を選択的に主表面から出射させる
ようための図示しない乳白色のドットパターンが形成さ
れている。

【００３３】次に、液晶パネル１０１と表示スクリーン
７０１との間の光学系について詳細に説明する。

【００３４】図３ないし図５に示すように、図１を用い
て既に説明したレンズアレイ５０１の各レンズアレイ５
１１，・・・，５１５は、それぞれ、例えば図示しない
２４×１８個の領域に区分されている液晶パネル１０１
のそれぞれの領域から放射された画像に対応してマトリ
クス状に配置された２４×１８個のレンズからなる。な
お、この実施の形態では、液晶パネル１０１の有効表示
領域ＰＳを２４×１８個の領域に区分する例を説明する
が、各表示画素または各表示絵素毎の領域に分割するこ
ともできる。このとき、分割数は、拡大倍率、液晶パネ
ル１０１と表示スクリーン７０１との間の間隔等によっ
て決定され、表示品位等を考慮すると９分割以上の分割
数に設定することが望ましい。

【００３５】レンズアレイ５１１ないし５１５のそれぞ
れのレンズにおいては、２４×１８の領域に区分された
液晶パネル１０１の任意の領域に表示された画像が、レ
ンズ５１１，・・・，５１５のそれぞれにより順に拡大
され、表示スクリーン７０１に投影される。

【００３６】詳細には、各レンズアレイ５１１，・・
・，５１５のそれぞれのうちの任意のレンズの位置を
（ｘ，ｙ）で示すとき、液晶パネル１０１の区分された
それぞれの領域に表示された画像は、第１のレンズアレ
イ５１１の各レンズ５１１_（ｘ， _ｙ）を通って、それぞ
れのレンズに対応する第２のレンズアレイ５１２のそれ
ぞれのレンズ５１２_{（ｘ，ｙ）}に案内される。このと
き、第１レンズアレイ５１１の各レンズ５１１
_{（ｘ，ｙ）}を透過した光（画像）は、第２レンズアレイ
５１２の対応する各レンズ５１２_{（ｘ，ｙ）}に入射され
る際に、第１のレンズアレイ５１１と第２のレンズアレ
イ５１２との間に配置されている光路偏向手段として
の、例えば凹レンズ４０１の作用により、行方向および
列方向のそれぞれに、所定の広がり（発散性）が与えら
れる。なお、光路偏向手段４０１としては、凹レンズの
他にも、例えば凸レンズ、フレネルレンズ、プリズムあ
るいは光ファイバ束等の任意の光学要素を用いることが
できる。ここで、光路偏向手段４０１としてフレネルレ
ンズ等の光を偏向するよう屈折力を有するパターンが所
定のピッチで配列された光学部品を用いる場合は、液晶
パネルの表示画素の配列ピッチとの干渉によるモアレ現
象が生じにくいピッチに設定される必要があり、両者の
ピッチを異なるピッチとする、さらにはピッチの相違を
２倍よりも大きく設定することが好ましい。

【００３７】第２のレンズアレイ５１２の各レンズ５１
２_{（ｘ，ｙ）}に導かれた画像（液晶パネル１０１を出射
され、第１のレンズアレイ５１１の対応するレンズを通
過した）光は、第３のレンズアレイ５１３の各レンズ５
１３_{（ｘ，ｙ）}に、今度は、倒立像として案内される。

【００３８】以下、第３のレンズアレイ５１３の各レン
ズ_{（ｘ，ｙ）}に導かれた画像光は、第４のレンズアレイ
５１４の各レンズ５１４_{（ｘ，ｙ）}、拡大レンズ６０１
および第５のレンズ５１５の各レンズ５１５_{（ｘ，ｙ）}
のそれぞれに順に案内され、第５のレンズアレイ５１５
の各レンズ５１５_{（ｘ，ｙ）}により平行光に変換され
て、フレネルレンズ８０１により、出射方向が表示スク
リーン７０１の表示面の法線方向に揃えられて、表示ス
クリーン７０１に投影される。なお、スクリーン７０１
としては、画像表示領域ＤＳの大きさが、例えば対角２
０インチで、視野角を改善する目的で適度な拡散能が与
えられた光透過性のパネルが利用される。

【００３９】また、拡大レンズ６０１としては、例えば
凹レンズ、あるいは凸レンズ、フレネルレンズ、プリズ
ムおよび光ファイバ束等の任意の光学要素を用いること
ができる。なお、フレネルレンズ８０１のレンズ面パタ
ーンの向きは、偏向するべき光束の向きによって適宣設
定されるものであり、そのピッチはフレネルレンズ上で
の液晶パネル１０１の画像ピッチとの関係においてモア
レ現象が生じにくいピッチ、例えば異なるピッチ、さら
には両者が２倍よりも大きく異なるピッチに設定され
る。

【００４０】このようにして、液晶パネル１０１の有効
表示領域ＰＳに表示された画像は、レンズアレイ５０１
により定義される所定の倍率で、表示スクリーン７０１
に、正立拡大像として投影される。なお、図１に示した
例では、レンズアレイ５０１が提供可能な拡大倍率は、
レンズアレイ５１２，５１３および５１４のそれぞれに
おいて、例えば１．２倍に定義されている。また、レン
ズアレイ５０１の倍率と光路偏向手段である凹レンズ４
０１と拡大レンズ６０１のそれぞれの倍率を最適化する
ことにより、最終的に約１．７倍（凹レンズ４０１と拡
大レンズ６０１により約１．４倍）に、拡大される。

【００４１】ところで、図１および図３ないし図５に示
した構成において、表示スクリーン７０１に投影される
画像に不所望なモアレ現象が生じることがある。

【００４２】このことは、上述してように、フレネルレ
ンズ８０１上に投影される液晶パネル１０１の画素ピッ
チとフレネルレンズ８０１のれん図ピッチとの干渉によ
って生起されるものと考えられる。このため、フレネル
レンズ８０１は、好ましくは、図１および図３ないし図
５に示した構成では、好ましくは、表示スクリーン７０
１から僅かに光源３０１側に移動した位置、より好まし
くは、０．１ｍｍ以上、さらに好ましくは、１ｍｍ以上
光源３０１側に移動した位置、あるいは光路途中の第３
のレンズアレイ５１３により画像光に収束性が付与さ
れ、画像光が共役関係の位置となって結像される位置か
ら僅かに離間した位置に配置される。なお、この距離
は、例えば０．１ｍｍないし数ｍｍであって、より好ま
しくは、１ｍｍ以上に設定されれば、モアレ現象は、十
分に抑えられる。

【００４３】また、面光源部３０１側に光路偏向手段と
して配置されるプリズムシート３３１と液晶パネル１０
１の画像ピッチについてもモアレ現象が生じにくいピッ
チ、例えば異なるピッチ、さらには２倍よりも大きく異
なるピッチに設定される。

【００４４】図６は、図１および図３ないし図５に示し
た構成の別の実施の形態を説明する概略図である。

【００４５】すなわち、フレネルレンズ８０１のレンズ
面パターンのピッチΔは、図６に示されるように、フレ
ネルレンズ８０１上に投影される表示画素のピッチをｄ
とするとき、ｄ／２よりも小さい、または２ｄよりも大
きいピッチに設定することでモアレ縞が生じることを防
止できる。

【００４６】図７は、図６に示した構成の変形例を示す
概略図である。

【００４７】図７に示されるように、表示スクリーン７
０１は、入射される光を拡散するようにビーズが分散さ
れた拡散面を含み、これにより表示スクリーン７０１の
ポイントスプレッドファンクション幅がフレネルレンズ
８０１のレンズ面パターンのピッチΔと異なる、好まし
くは２倍よりも大きい、または１／２よりも小さいピッ
チに設定される。この構成により、光路途中に、レンズ
面パターンと表示画素のピッチとの関係で不回避的に存
在するモアレ縞を効果的に低減することができる。

【００４８】以上説明したように、この発明の実施の形
態によれば、表示スクリーン７０１に投影される画像光
に生じるモアレ縞は、フレネルレンズ８０１のピッチと
表示画素のピッチが２倍以上異なる大きさに設定される
ことにより大幅に低減される。

【００４９】また、フレネルレンズ８０１を、表示スク
リーン７０１から僅かに第５のレンズアレイ５１５側に
移動した位置あるいは光路途中の第３のレンズアレイ５
１３により画像光に収束性が与えられた結果、画像光が
共役関係となって結像される位置から僅かに移動した位
置に配置することによりモアレ縞が生じることが防止さ
れる。

【００５０】さらに、フレネルレンズ８０１のレンズ面
パターンのピッチΔを、スクリーンに投影された画像の
それぞれの画素のピッチ「ｄ」に比較して、『ｄ／２』
より小さくなるように、あるいは２ｄよりも大きくなる
ように設定することにより、同様にモアレ縞が生じるこ
とが防止される。

【００５１】なお、上述したモアレ縞が生じることを防
止する構成は、例えば複数の液晶パネルを平面的に貼り
合わせた構成に生じるパネル間の継ぎ目が画像となって
表示されることを、防止できる。すなわち、パネルのピ
ッチとフレネルレンズのピッチを２倍以上異なる大きさ
とすることで、パネル相互間の継ぎ目が明確に表示され
る現象を防止できる。

【００５２】以上説明したように、この実施の形態の液
晶表示装置１によれば、モアレ縞が生じることがなく、
有効表示領域ＰＳの大きさが対角１２インチの液晶パネ
ルを用いて、１００ｍｍの間隔で、対角２０インチの画
像表示領域ＤＳに拡大された画像を得ることができる。

【００５３】これにより、液晶パネル１０１としては比
較的小さい有効表示領域ＰＳを持つものが使用できるの
で、装置の低廉化を達成することができた。

【００５４】また、上述した実施の形態では、液晶パネ
ル１０１の有効表示領域ＰＳを複数の領域に区分し、区
分された各領域毎に第１ないし第５レンズアレイ５１
１、……、５１５の各レンズ５１１_{（ｘ，ｙ）}、…、５
１５_{（ｘ，ｙ）}を対応させたが、次の実施の形態の如
く、液晶パネル上の像点を第１ないし第２のレンズアレ
イの対応する各レンズによって構成される複数のチャネ
ルにより拡大投影することもできる。

【００５５】まず、この実施の形態の表示装置につい
て、その表示原理について図面を参照して簡単に説明す
る。

【００５６】図８において、９０１はバックライト装
置、９０２は光透過型の液晶パネル、９０３は第１の倒
立光学系を構成する第１のレンズアレイ、９０４は第２
の倒立光学系を構成する第２のレンズアレイ、９０５は
表示スクリーンを示している。そして、第１及び第２の
レンズアレイ９０３，９０４は、拡大光学系として機能
し、これらのレンズの組み合わせにより複数のチャネル
が構成されている。

【００５７】液晶パネル９０２を透過した光は、第１の
レンズアレイ９０３の各レンズにより、像面９０６に倒
立結像される。そして、さらに第２のレンズアレイ９０
４の各レンズにより表示スクリーン９０５上に正立拡大
結像される。ここで、第１及び第２のレンズアレイ９０
３，９０４の焦点距離は、それぞれ所望の倍率が得られ
るように調整されている。

【００５８】これにより、液晶パネル９０２上の像点Ａ
は、表示スクリーン９０５上の焦点Ａ’に、像点Ｂは表
示スクリーン９０５上の焦点Ｂ’にそれぞれ結像され
る。

【００５９】ところで、第１及び第２のレンズアレイ９
０３，９０４の各チャネルは、液晶パネル９０２の十分
な領域をそれぞれ受け持つため、隣接するチャネルの受
け持つ画像は十分に重ね合わせられる。

【００６０】さらに説明すると、同図に示すように、液
晶パネル９０２の有効領域における像点Ｃは、表示スク
リーン９０５上の焦点Ｃ’に３以上の複数のチャネルを
経由して結像される。従って、例えば領域Ｄが領域Ｄ’
に、領域Ｅが領域Ｅ’にそれぞれ正立拡大結像され、そ
れぞれの領域が重なり合うことにより、画面全体で一貫
した拡大像全体が形成される。

【００６１】このように、液晶パネル９０２上の像点
は、多数のチャネルを介してスクリーン上に結像して投
影されるため、全体として十分な表示輝度が確保され
る。

【００６２】ところで、不所望なクロストーク、即ち結
像特性の劣るチャネルの影響を防止するためには、液晶
パネル９０２の各所における出射光の平行度はそれぞれ
高い方が望ましい。即ち、レンズ設計にもよるが、液晶
パネル９０２の各所における出射光の輝度の半値幅によ
って決定される主たる光の伝播方向との成す角度は、３
０°、さらに好ましくは２０°以下に制御されることが
望ましい。

【００６３】また、隣接するチャネル間で結像位置の相
対的なシフト量が各チャネルの拡大率と一致するように
第１のレンズアレイ９０３のレンズピッチと第２のレン
ズアレイ９０４のレンズピッチとの比が設定されること
が望ましく、この点について図９を参照して説明する。

【００６４】ここで、第１のレンズアレイ９０３の各レ
ンズの焦点までの距離をｆ_１、第２のレンズアレイ９０
４の各レンズの焦点までの距離をｆ_２とする。また、第
１のレンズアレイ９０３のレンズピッチをｐ_１、第２の
レンズアレイ９０４のレンズピッチをｐ_２とする。ま
た、図示したように液晶パネル９０２、第１のレンズア
レイ９０３、像面９０６、第２のレンズアレイ９０４、
表示スクリーン１９０５のそれぞれの間隔を、それぞれ
ａ_１，ｂ_１，ｂ_２，ａ_２とする。

【００６５】このとき、それぞれの像面は結像関係にあ
ることから、（１／ａ_１）＋（１／ｂ_１）＝（１／ｆ_２），（１／ａ_２）＋（１／ｂ_２）＝（１／ｆ_２）が成り立つ、結像倍率ηは、 η＝（ｂ_１／ａ_１）（ａ_２／ｂ_２）＝（ａ_２／ｂ_１）（ａ_１／ｂ_２）となる。

【００６６】各チャネルの光軸（ここでは、各チャネル
を構成するレンズアレイ９０３，９０４の２つのレンズ
の中心を通る直線）は、そのまま光線の経路となる。し
たがって、その光線が液晶パネル９０２および表示スク
リーン９０５と交わる点は、対応点となる。

【００６７】そこで、図９のように、液晶パネル９０２
上の対応点の間隔をｑ_１、拡散スクリーン９０５上の対
応点の間隔をｑ_２とすると、これらの値は、ｑ_１＝ｐ_１−（ｐ_２−ｐ_１）ａ_１／（ｂ_１＋ｂ_２）ｑ_２＝ｐ_２＋（ｐ_２−ｐ_１）ａ_２／（ｂ_１＋ｂ_２）となる。

【００６８】そこで、結像倍率が、対応点の間隔の比
（ｐ_２／ｐ_１）になることが必要であり、このため次の
条件を満足することが要求される。

【００６９】（ａ_２ｂ_１）／（ａ_１ｂ_２）＝｛ｐ_２＋
（ｐ_２−ｐ_１）ａ_２／（ｂ_１＋ｂ_２）｝／｛ｐ_１−（ｐ
_２−ｐ_１）ａ_１／（ｂ_１＋ｂ_２）｝即ち、上式は、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１＋η（ｂ_１／ａ_２）｝／｛１＋η
（ｂ_２／ａ_１）｝となる。

【００７０】また、第１の倒立結像光学系の倍率を、η
_１（＝−ｂ_１／ａ_１）、第２の倒立結像光学系の倍率
を、η_２（＝−ａ_２／ｂ_２）とすると、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１−η_１｝／｛１−（１／η_２）｝となる。

【００７１】即ち、各チャネルを構成する第１のレンズ
アレイ９０３の各レンズと第２のレンズアレイ９０４の
各レンズとのレンズピッチを上記の関係を満足するよう
に設定することが重要である。これにより、良好な表示
品位の拡大像をえることが可能となる。なお、（ｂ_１／
ａ_１）も（ｂ_２／ａ_２）も、１と比べて非常に小さい数
であることから、わずかなピッチの違いとなるが、この
ピッチの相違を精度良く制御することが望まれる。

【００７２】また、この第１のレンズアレイ９０３と第
２のレンズアレイ９０４との間にフィールドレンズ等を
配置する、あるいはさらに結像レンズを配置することも
でき、レンズアレイを配置するのであればレンズピッチ
を上記にならって調整する必要すると良い。

【００７３】以下に、この実施の形態のさらに別の具体
例である表示装置について、図面を参照して詳細に説明
する。

【００７４】この液晶表示装置１０００は、図１０およ
び図１１に示すように、液晶パネル１２０１と、図示し
ないがこの液晶パネル１２０１に駆動信号を供給する駆
動回路基板と、液晶パネル１２０１の裏面側に配置され
る面光源部１３０１と、液晶パネル１２０１の前面に配
置される第１の光路偏向手段１４０１と、第１ないし第
２のレンズアレイ１５１１，１５１２から成るレンズア
レイ群１５０１と、拡大レンズ１６０１と、この拡大レ
ンズ１６０１の前面に配置される第２の光路偏向手段１
７０１及び表示スクリーン１８０１とを備えて構成され
る。

【００７５】ここで、第１ないし第２のレンズアレイ１
５１１，１５１２の対応するそれぞのレンズによって複
数のチャネルが構成される。

【００７６】液晶パネル１２０１は、対角１２インチサ
イズで（１０２４×３）×７６８の表示画素を備えた有
効表示領域ＰＳを含むもので、上記の構成（図９参照）
と同様であるため説明は省略する。

【００７７】このような液晶パネル１２０１の裏面側に
配置される面光源部１３０１は、十分な光量を確保する
ために、図１０ないし図１１に示すようにアクリル樹脂
から成る薄板状の導光板１３１１と、この導光板１３１
１の両長手端面にそれぞれ２段に配置される冷陰極管１
３２１とを備えて構成される。また、この導光板１３１
１表面上には、導光板１３１１からの拡散光を比較的均
一な平行光とするために、例えば３Ｍ社製のプリズムシ
ート１３３１が２層配置されている。これにより、上記
の実施形態と同様に液晶パネル１２０１の各所における
出射光の輝度の半値幅によって決定される主たる光の伝
播方向との成す角度は、約２５°に制御されている。

【００７８】また、導光板１３１１の裏面側には、図示
しないが導光板１３１１内を伝播する光を選択的に主表
面から出射させるよう乳白色のドットパターンが印刷形
成されている。尚、この具体例では、表示輝度の均一化
を図るために、導光板１３１１の周辺領域では比較的高
い輝度が達成されるようにドットパターンが形成されて
いる。これは、表示スクリーン１８０１の周辺領域は、
中央領域に比べて作用するチャネル数が少なく、このた
め輝度低下が免れないためであり、これを相殺するよう
に面光源部１３０１の輝度分布が調整されるためであ
る。

【００７９】次に、液晶パネル１２０１の前面に配置さ
れる光学系について説明する。

【００８０】液晶パネル１２０１の前面に配置されるレ
ンズアレイ群１５０１を構成する第１ないし第２のレン
ズアレイ１５１１，１５１２は、それぞれ倒立結像光学
系を構成し、各レンズ１５１１_{（ｘ，ｙ）}，１５１２
_{（ｘ，ｙ）}は、液晶パネル１２０１の有効表示領域ＰＳ
に対応して２４×１８個配置され、２４×１８個のチャ
ネルを構成する。このチャネル数は、拡大倍率、液晶パ
ネル１２０１と表示スクリーン１８０１との間隔等によ
って決定することができ、表示品位等を考慮すると９以
上に設定することが望ましい。

【００８１】まず、液晶パネル１２０１の前面には光路
偏向手段１４０１として例えば凹レンズが配置され、こ
れにより光の光軸は各チャネルの光軸に沿うように偏向
される。即ち、液晶パネル１２０１の有効表示領域ＰＳ
の周辺から出射される光の光軸は外側に向けられ、対応
するチャネルの光軸と略一致される。ここで、液晶パネ
ル１２０１の各所における出射光の輝度の半値幅によっ
て決定される主たる光の伝播方向との成す角度が十分に
小さくなるように面光源部１３０１が構成されているの
で、光路偏向手段１４０１によって光束は所定の方向に
偏向される。これにより光利用効率が向上されると共
に、結像特性が劣化するほどの広範なチャネルへの入
光、あるいは他のチャネルへの迷光が阻止される。この
光路偏向手段１４０１としては、凹レンズの他にもフレ
ネルレンズ、プリズムあるいは光ファイバ束等が適宜使
用される。

【００８２】第１のレンズアレイ１５１１の各レンズ１
５１１_{（ｘ，ｙ）}は、液晶パネル１２０１側に焦点距離
ａ_１が６０ｍｍ、表示スクリーン１８０１側に焦点距離
ｂ_１が４ｍｍ、レンズ径Ｄ_１が２ｍｍ、レンズピッチｐ
_１が２．１ｍｍに構成されている。

【００８３】また、第２のレンズアレイ１５１２の各レ
ンズ１５１２_{（ｘ，ｙ）}は、液晶パネル２０１側に焦点
距離ｂ_２が４ｍｍ、表示スクリーン１８０１側に焦点距
離ａ _２が７２ｍｍ、レンズ径Ｄ_２が２ｍｍ、レンズピッ
チｐ_２が２．１２２ｍｍである（図１１に、図９を適用
する）。

【００８４】この第１のレンズアレイ１５１１の各レン
ズ１５１１_{（ｘ，ｙ）}は、第２のレンズアレイ１５１２
の各レンズ１５１２_{（ｘ，ｙ）}との間の像面に倒立像を
結像させる結像レンズである。また、第２のレンズアレ
イ１５１２の対応する各レンズ１５１２_{（ｘ，ｙ）}は、
像面に結像された倒立像を表示スクリーン１８０１上に
正立像として拡大結像するためのレンズである。

【００８５】ここで、第１のレンズアレイ１５１１と第
２のレンズアレイ１５１２との各レンズピッチの比は、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１＋η（ｂ_２／ａ_２）｝／｛１＋η
（ｂ_２／ａ_２）｝を満足するように設定されており、それぞれのレンズ１
５１１_{（ｘ，ｙ）}，１５２１_{（ｘ，ｙ）}は画面中央でレ
ンズ中心が一致するように配置されている。

【００８６】この具体例では、上述したレンズアレイ群
１５０１は、その光学設計、各レンズアレイ間距離の設
定により表示スクリーン１８０１上に略１．２倍の拡大
正立結像させるよう構成されている。

【００８７】さらに、この具体例では、上述したレンズ
アレイ群１５０１の後段に拡大レンズ１６０１として凹
レンズが配置され、これにより表示スクリーン１８０１
上には、略１．７倍の拡大正立結像が形成される。

【００８８】また、表示スクリーン１８０１は対角２０
インチの画像表示領域ＤＳを有し、良好な視野角を確保
するため、適度な拡散能を有した光透過型で構成されて
いる。

【００８９】以上説明したように、この具体例の液晶表
示装置１によれば、対角１２インチサイズの液晶パネル
９０１の有効表示領域ＰＳに表示された表示画像を、１
７０ｍｍの間隔をもって対角２０インチサイズの画像表
示領域ＤＳに拡大投影することができた。

【００９０】しかも、この具体例である液晶表示装置１
によれば、液晶パネル１２０１上の像点を第１ないし第
２のレンズアレイ１５１１，１５１２の対応する各レン
ズ１５１１_{（ｘ，ｙ）}，１５１２_{（ｘ，ｙ）}によって構
成される複数のチャネルにより拡大投影することで、良
好な表示輝度を確保することができた。

【００９１】そして、第１ないし第２のレンズアレイ１
５１１，１５１２の各レンズピッチは、各チャネルによ
って構成される像の重なり位置精度が不所望な不連続性
を生じせしめない関係を保っているので、表示画像の劣
化が防止される。また、液晶パネル１２０１から出射さ
れる光は、その面光源部１３０１の構成の工夫により上
述したように十分な平行度に制御されているため、結像
特性の劣るチャネルからのクロストークによる画質劣化
が十分に解消されている。

【００９２】また、面光源部１３０１からの光源光は、
表示スクリーン１８０１の周辺領域での光量不足を相殺
するように液晶パネル１２０１の周辺領域が中央領域に
比べて高く設定されているため、面内での表示輝度のば
らつきは十分に解消されている。

【００９３】ところで、この具体例では、レンズアレイ
群１５０１と表示スクリーン１８０１との間には、第２
の光路偏向手段１７０１としてフレネルレンズが配置さ
れ、これにより表示スクリーン１８０１に入射される光
の光軸を表示スクリーン１８０１の法線方向と略一致さ
せている。これにより、画面輝度の均一性を確保し、良
好な表示品位を実現している。しかしながら、各光軸を
表示スクリーン１８０１の略中央に向かう方向に若干収
束させることもでき、これにより中央の観察者への表示
品位を向上させることもできる。

【００９４】この具体例の液晶表示装置１において、第
１のレンズアレイ１５１１と第１の光路偏光手段１４０
１、あるいは第２のレンズアレイ１５１２と拡大レンズ
１６０１とを一体的に構成することができ、また第２の
光路偏向手段１７０１を表示スクリーン１８０１裏面側
に一体的に配置することもできる。これにより、レンズ
数を低減し、また光学的な位置合わせを軽減し、一層の
装置の低廉化を達成することができる。

【００９５】また、上述の表示装置においては、レンズ
アレイ群１５０１と表示スクリーン１８０１との間に拡
大レンズ１６０１を配したが液晶パネル１２０１と拡大
レンズ１６０１との間に拡大レンズを配することもでき
るし、それらを組合せることもできる。

【００９６】次に、この実施形態のまたさらに別の具体
例の表示装置について、詳細に説明する。

【００９７】液晶表示装置２０００は、図１２ないし図
１４に示すように、液晶パネル２２０１と、図示しない
がこの液晶パネル２２０１に駆動信号を供給する駆動回
路基板と、液晶パネル２２０１の裏面側に配置される面
光源部２３０１と、液晶パネル２２０１と面光源部２３
０１との間に配置される第１の光路偏向手段２４０１
と、第１ないし第２のレンズアレイ２５１１，２５１２
から成るレンズアレイ群２５０１と、第２の光路偏向手
段２７０１及び表示スクリーン２８０１とを備えて構成
される。

【００９８】ここで、第１ないし第２のレンズアレイ２
５１１，２５１２の対応するそれぞのレンズによって複
数のチャネルが構成される。

【００９９】まず、液晶パネル２２０１は、対角１０．
５インチサイズで（１０２４×３）×７６８の表示画素
を備えた有効表示領域ＰＳを含む。

【０１００】この具体例では、液晶パネル２２０１透過
後の画像劣化を防止するため、第１の光路偏向手段２４
０１の後段に液晶パネル２２０１が配置される。このた
め、液晶パネル２２０１に入射される光は中央と周辺と
では入射角度が大きく異なる。よってＴＮ液晶層を用い
た液晶パネル２２０１では、表示状態が中央と周辺とで
異なる。しかし、この具体例において液晶パネル２２０
１は強誘電液晶層を用いている、即ち液晶分子の面内方
向のスイッチングで表示が成されるため、表示画像が視
角の影響を受けにくい。尚、強誘電液晶層を用いる他
に、面内方向のスイッチングで表示を行なうものであれ
ば種々のものを用いることができ、反強誘電液晶層を用
いても構わない。また、ＩＰＳ（In-Plａne-Switchin
g）モードを用いる液晶パネルも好適に使用することが
できる。

【０１０１】このようにして構成される液晶パネル２２
０１の裏面側に配置される面光源部２３０１は、十分な
光量を確保するために、図１２および図１３に示すよう
に、アクリル樹脂から成る薄板状の導光板２３１１と、
この導光板２３１１の両長手端面にそれぞれ２段に配置
される冷陰極管２３２１とを備えて構成される。また、
この導光板２３１１表面上には、導光板２３１１からの
拡散光を比較的均一な平行光とするために、例えばアラ
イドシグナル社製の集光シート２３３２が配置されてい
る。この集光シート２３３２は、図示しないが導光板２
３１１上に逆四角錐台状に配置される光制御部と、この
上に配置されるコリーメータレンズ部とが一体的に積層
されてなるものである。

【０１０２】これにより、液晶パネル２２０１の各所に
おける出射光の輝度の半値幅によって決定される主たる
光の伝播方向との成す角度は約１０°に制御されてい
る。

【０１０３】また、導光板２３１１の裏面側には、上記
した具体例と同様に、図示しないが導光板２３１１内を
伝播する光を選択的に主表面から出射させるよう乳白色
のドットパターンが印刷形成されている。尚、この具体
例においても、表示輝度の均一化を図るために、導光板
２３１１の周辺領域では比較的高い輝度が達成されるよ
うにドットパターンが形成されている。これは、表示ス
クリーン２８０１の周辺領域は、中央領域に比べて作用
するチャネル数が少なく、このため輝度低下が免れない
ためであり、これを相殺するように面光源部２３０１の
輝度分布が調整されるためである。

【０１０４】次に、この具体例の表示装置の光学系につ
いて説明する。

【０１０５】液晶パネル２２０１の前面に配置されるレ
ンズアレイ群２５０１を構成する第１ないし第２のレン
ズアレイ２５１１，２５１２は、上記の具体例と同様
に、それぞれ倒立結像光学系を構成するものである。そ
して、各レンズ２５１１_（ｘ， _ｙ）ａ，２５１１
_{（ｘ，ｙ）}ｂ，２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａ，２５１２
_{（ｘ，ｙ）}ｂは、液晶パネル２２０１の有効表示領域Ｐ
Ｓに対応して４８×３６個配置され、４８×３６個のチ
ャネルを構成する。このチャネル数は、拡大倍率、液晶
パネル２２０１と表示スクリーン２８０１との間隔等に
よって決定することができ、やはり表示品位等を考慮す
ると９以上に設定することが望ましい。

【０１０６】まず、面光源部２３０１と液晶パネル２２
０１との間には光路偏向手段２４０１として例えば凹レ
ンズが配置され、これにより光の光軸は各チャネルの光
軸に沿うように偏向される。即ち、液晶パネル２２０１
の有効表示領域ＰＳの周辺に向かう光の光軸は外側に向
けられ、対応するチャネルの光軸と略一致される。

【０１０７】これにより光利用効率が向上されると共
に、結像特性が劣化するほどの広範なチャネルへの入光
が阻止される。この光路偏向手段２４０１としては、凹
レンズの他にもフレネルレンズ、プリズムあるいは光フ
ァイバ束等が適宜使用される。

【０１０８】第１のレンズアレイ２５１１は、液晶パネ
ル２２０１側の第１のレンズ２５１１ａと対向する第２
のレンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂとを含み、レンズ厚
ｔ_１：２ｍｍに構成される。詳しくは、第１のレンズア
レイ２５１１の第１のレンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａは、
液晶パネル２２０１側に焦点距離ａ_１が５５ｍｍ、表示
スクリーン２８０１側に焦点距離ｂ_１が２ｍｍ（レンズ
厚に一致）、レンズ径Ｄ_１が１．０ｍｍ、レンズピッチ
ｐ_１が１．１ｍｍに構成されている。第１のレンズアレ
イ２５１１の第２のレンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂは、各
レンズ２５１１_（ｘ _，ｙ）ａと同様の光学特性を有し各
レンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａの焦点位置に配置されるも
のであって、レンズ径Ｄ_１´が１．０ｍｍ、レンズピッ
チｐ_１´が１．１０６０９７５６１ｍｍである。そし
て、各レンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａ，２５１１
_{（ｘ，ｙ）}ｂは、画面中央でレンズ中心が一致するもの
であり、レンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａ，２５１１
_{（ｘ，ｙ）}ｂの視野角は±２８゜とした。

【０１０９】第２のレンズアレイ２５１２は液晶パネル
２２０１側の第１のレンズ２５１２ _{（ｘ，ｙ）}ａと対向
する第２のレンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ｂとを含み、レン
ズ厚ｔ_２：２ｍｍに構成される。詳しくは、第２のレン
ズアレイ２５１２の第１のレンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａ
は、第１のレンズアレイ２５１１の第１のレンズ２５１
１_{（ｘ，ｙ）}ｂと同一ピッチで構成され、互いのレンズ
２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂ，２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａの丁部が
接して配置されている。また、第２のレンズアレイ２５
１２の各レンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａは、液晶パネル２
２０１側に焦点距離ａ_２が２ｍｍ（レンズ厚に一致）、
表示スクリーン２８０１側に焦点距離ｂ _２が８０ｍｍ、
レンズ径Ｄ_２が１．０ｍｍ、レンズピッチｐ_１が１．１
１１２１９５１２２ｍｍに構成されている。そして、各
レンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａ，２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂ
は、画面中央でレンズ中心が一致するものであり、レン
ズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａ，２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂの視野
角は±２８゜とした。

【０１１０】この第１のレンズアレイ２５１１の各レン
ズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａは、レンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}
ｂとレンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａとの間の像面に倒立像
を結像させる結像レンズである。また、第２のレンズア
レイ２５１２の対応する各レンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａ
は、像面に結像された倒立像を表示スクリーン２８０１
上に正立像として拡大結像するためのレンズである。

【０１１１】ここで、第１のレンズアレイ２５１１の各
レンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ａと第２のレンズアレイ２５
１２の各レンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ｂとの各レンズピッ
チの比は、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１＋η（ｂ_２／ａ_２）｝／｛１＋η
（ｂ_２／ａ_２）｝満足するように設定されている。

【０１１２】また、結像に寄与しない第１のレンズアレ
イ２５１１の各レンズ２５１１_（ｘ _，ｙ）ｂ及び第２の
レンズアレイ２５１２の各レンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａ
のレンズピッチは、この実施例では互いを接して配置す
ることから等しく設定され、それぞれ次の関係を満足す
るものとした。

【０１１３】ｐ´_１／ｐ_１＝｛η（ａ_１＋ｔ_１）＋（ａ
_１＋ｔ_１）｝／｛ηａ_１＋ａ_１＋２ｔ_１）｝ｐ_２／ｐ_２´＝｛η（ａ_２＋２ｔ_２）＋ａ_２｝／｛η
（ａ_２＋ｔ_２）＋（ａ_２＋ｔ_２）｝なお、上式ではレンズ材料の屈折率に依存しない関係式
を示すために、レンズ材料の屈折率を１として場合を示
した。しかしながら、実際のレンズは１．４〜１．６程
度の屈折率を有する材料で構成される。このように屈折
率が１よりも大きい材料で構成される場合、上式のレン
ズの厚さｔ_１、ｔ_２は、見かけ上の厚さを示すものであ
って、実際には屈折率ｎを用いてｎ×ｔ_１、ｎ×ｔ_２な
る厚さのレンズアレイとすることが必要である。また、
当然に全長もそれに応じた長さになる。

【０１１４】従って、屈折率を考慮し上式に基づいて各
チャネルの結像倍率に適合したレンズピッチを設定し、
各チャネルで生成される表示像が表示スクリーン上で互
いに正しく重なり合うように設定して拡大表示装置を構
成することが望ましい。

【０１１５】そして、この具体例では、上述したレンズ
アレイ群２５０１は、表示スクリーン２８０１上に略
１．４５倍の拡大正立結像させるよう構成されている。

【０１１６】これに応じて、表示スクリーン２８０１は
対角１５インチの画像表示領域ＤＳを有し、良好な視野
角を確保するため、適度な拡散能を有した光透過型で構
成されている。

【０１１７】以上説明したように、この具体例の液晶表
示装置２０００によれば、少ない光学部品点数で対角１
０．５インチサイズの液晶パネル２１０１の有効表示領
域ＰＳに表示された表示画像を１５０ｍｍの間隔をもっ
て対角１５インチサイズの画像表示領域ＤＳに拡大投影
することができた。

【０１１８】しかも、この具体例の液晶表示装置２００
０によれば、液晶パネル２２０１上の像点を第１ないし
第２のレンズアレイ２５１１，２５１２の対応する各レ
ンズ２５１１ａ，２５１２ａによって構成される複数の
チャネルにより拡大投影することで、良好な表示輝度を
確保することができた。

【０１１９】しかも、第１ないし第２のレンズアレイ２
５１１，２５１２の各レンズピッチは、各チャネルによ
って構成される像の重なり位置精度が不所望な不連続性
を生じせしめない関係を保っているので、表示画像の劣
化が防止される。また、液晶パネル２２０１から出射さ
れる光は、その面光源部２３０１の構成の工夫により上
述したように十分な平行度に制御されているため、結像
特性の劣るチャネルからのクロストークによる画質劣化
が十分に解消されている。

【０１２０】また、面光源部２３０１からの光源光は、
表示スクリーン２８０１の周辺領域での光量不足を相殺
するように液晶パネル２２０１の周辺領域が中央領域に
比べて高く設定されているため、面内での表示輝度のば
らつきは十分に解消されている。

【０１２１】この具体例では、レンズアレイ群２５０１
と表示スクリーン２８０１との間には、第２の光路偏向
手段２７０１としてフレネルレンズが配置され、これに
より表示スクリーン２８０１に入射される光の光軸を表
示スクリーン２８０１の法線方向と略一致させている。
これにより、画面輝度の均一性を確保し、良好な表示品
位を実現している。しかしながら、各光軸を表示スクリ
ーン２８０１の略中央に向かう方向に若干収束させるこ
ともでき、これにより中央の観察者への表示品位を向上
させることもできる。

【０１２２】この具体例の液晶表示装置において、レン
ズアレイ群２５０１と表示スクリーン２８０１との間に
第１の具体例の如く拡大レンズを配する、液晶パネル２
２０１とレンズアレイ群２５０１との間に拡大レンズを
配する、あるいはこれらを組合せて使用することもでき
る。

【０１２３】また、この具体例の表示装置では、第１の
レンズアレイ２５１１の第２のレンズ２５１１
_{（ｘ，ｙ）}ｂと第２のレンズアレイ２５１２の第１のレ
ンズ２５１２ _{（ｘ，ｙ）}ａとは、互いに接するように構
成したため、互いのレンズピッチを等しくすることがで
きた。これにより、光学系の設計、位置合わせ等を容易
にできた。

【０１２４】しかし、第１のレンズアレイ２５１１の第
２のレンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂと第２のレンズアレイ
２５１２の第１のレンズ１５１_{（ｘ，ｙ）}２ａとを互い
に離間させて配置することもできる。この場合、それぞ
れのレンズピッチを上記にならって若干異ならしめる必
要がある。

【０１２５】また、第１のレンズアレイ２５１１の第２
のレンズ２５１１_{（ｘ，ｙ）}ｂ、あるいは第２のレンズ
アレイ２５１２の第１のレンズ２５１２_{（ｘ，ｙ）}ａの
レンズ径は比較的大きく設定することもできるが、レン
ズ厚も増大するため、各レンズのピッチの差を大きく設
定する必要が生じ、このため加工精度を確保し、画面全
体で一様な画質を得ることが困難となる恐れがある。よ
ってレンズ径は、レンズを構成する材料の屈折率等にも
よるが、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が望ましい。

【０１２６】上述した各具体例は、光透過型の液晶パネ
ルを例にとって説明したが、反射型の表示装置であって
も良く、またＥＬパネル等の自己発光型の表示装置にも
用いることができる。

【０１２７】この具体例では、単一の液晶パネル２２０
１を使用したが、当然にこれらを貼り合わせて用いるこ
とにより、さらに大面積の表示が可能となることは言う
までもない。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の表示装
置によれば、画像情報を表示する液晶パネルと表示スク
リーンとの間の間隔が狭く、装置全体の厚さが薄い表示
装置を提供できる。

【０１２９】また、プリズムシートとフレネルレンズを
用いる拡大光学系において、モアレ縞が生じにくく、し
かも表示スクリーンの全域において均質な画像が確保可
能な表示装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態が適用される表示装置の
一例を示す概略図。

【図２】図１に示した表示装置に利用可能な液晶パネル
の構成の一例を示す概略図。

【図３】図１に示した表示装置のレンズアレイの配列の
特徴を説明する概略図。

【図４】図３に示したレンズアレイにおける画像光の伝
播の状態を説明する概略図。

【図５】図１に示した表示装置を図３に示したレンズア
レイの配列と対比させた状態で説明する概略図。

【図６】図１に示した表示装置の別の実施の形態を示す
概略図。

【図７】図１に示した表示装置の別の実施の形態を示す
概略図。

【図８】この発明の他の実施の形態の液晶表示装置の作
用を説明する概略図である。

【図９】この発明の他の実施の形態の液晶表示装置の作
用を説明する概略図である。

【図１０】この発明の他の実施の形態に係る一具体例の
液晶表示装置の概略斜視図である。

【図１１】図１０に示した実施の形態の変形例に係る液
晶表示装置の概略構成図である。

【図１２】この発明の他の実施の形態に係る一具体例の
液晶表示装置の概略斜視図である。

【図１３】図１２に示した実施の形態の変形例に係る液
晶表示装置の概略構成図である。

【図１４】図１３に示した液晶表示装置の一部概略断面
図である。

【符号の説明】

１０１・・・液晶パネル、３０１・・・面光源部、４０１・・・光路偏向手段、５０１・・・レンズアレイ、５１１・・・第１のレンズアレイ、５１２・・・第２のレンズアレイ、５１３・・・第３のレンズアレイ、５１４・・・第４のレンズアレイ、５１５・・・第５のレンズアレイ、６０１・・・拡大レンズ、７０１・・・表示スクリーン、８０１・・・フレネルレンズ、９０１・・・面光源、９０２・・・液晶パネル、９０３・・・第１のレンズアレイ、９０４・・・第２のレンズアレイ、９０５・・・表示スクリーン、９０６・・・像面、１２０１・・・面光源、１３０１・・・液晶パネル、１４０１・・・凹レンズ、１５０１・・・レンズアレイ、１５１１・・・第１のレンズアレイ、１５１２・・・第２のレンズアレイ、１６０１・・・拡大レンズ、１７０１・・・フレネルレンズ、１８０１・・・表示スクリーン、２２０１・・・面光源、２３０１・・・液晶パネル、２４０１・・・、２５０１・・・レンズアレイ群、２５１１・・・第１のレンズアレイ、２５１２・・・第２のレンズアレイ、２６０１・・・拡大レンズ、２７０１・・・フレネルレンズ、２８０１・・・表示スクリーン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の表示画素が第１のピッチで配列され
た所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応して複数の第１レンズが並置配列さ
れた第１レンズアレイを含み、前記光源からの光により
投影された上記画像を複数のチャネルを介して拡大しな
がら各前記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する
拡大結像光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備えた表示装置であって、前記光路偏向手段上に投影される前記表示画素の投影ピ
ッチと前記光路偏向手段の前記第２のピッチが異なるこ
とを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記表示パネルと前記表示スクリーンとの
間に配置され、前記表示パネルで変調された前記光源か
らの光を少なくとも各前記領域毎に偏向する第２の光路
偏向手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の表示
装置。
【請求項３】前記投影ピッチと前記第２のピッチとが２
倍よりも大きく異なることを特徴とする請求項１記載の
表示装置。
【請求項４】前記光路偏向手段はフレネルレンズを含む
ことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】複数の表示画素が第１のピッチで配列され
た所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応して複数の第１レンズが並置配列さ
れた第１レンズアレイを含み、前記光源からの光により
投影された上記画像を複数のチャネルを介して拡大しな
がら各前記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する
拡大結像光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備え、前記光路偏向手段は前記表示パネルの表示画像が結像さ
れる共役位置から隔てて配置されることを特徴とする表
示装置。
【請求項６】前記光路偏向手段は、前記共役の関係にあ
る位置から少なくとも０．１ｍｍ以上離間して配置され
ることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】複数の表示画素が第１のピッチで配列され
た所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応して複数の第１レンズが並置配列さ
れた第１レンズアレイを含み、前記光源からの光により
投影された上記画像を複数のチャネルを介して拡大しな
がら各前記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する
拡大結像光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備えた表示装置であって、前記表示スクリーンのポイントスプレッドファンクショ
ン幅が前記第２のピッチよりも大きく設定されているこ
とを特徴とする表示装置。
【請求項８】複数の表示画素が第１のピッチで配列され
た所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記光源と前記表示パネルとの間に配置され、前記光源
からの光を偏向するよう屈折力を有するパターンが第２
のピッチで配列された光路偏向手段と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応して複数の第１レンズが並置配列さ
れた第１レンズアレイを含み、前記光源からの光により
投影された上記画像を複数のチャネルを介して拡大しな
がら各前記領域を前記表示スクリーン上に拡大結像する
拡大結像光学系と、を備えた表示装置であって、前記第１のピッチと前記第２のピッチが異なることを特
徴とする表示装置。
【請求項９】前記第１のピッチと前記第２のピッチとが
２倍よりも大きく異なることを特徴とする請求項８記載
の表示装置。
【請求項１０】複数の表示画素が第１のピッチで配列さ
れた所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応してレンズが並置配列されたレンズ
アレイを含み、各前記領域を前記表示スクリーン上に拡
大結像する拡大結像光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備えた表示装置であって、前記光路偏向手段上に投影される前記表示画素の投影ピ
ッチと前記光路偏向手段の前記第２のピッチが異なるこ
とを特徴とする表示装置。
【請求項１１】複数の表示画素が第１のピッチで配列さ
れた所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応してレンズが並置配列されたレンズ
アレイを含み、各前記領域を前記表示スクリーン上に拡
大結像する拡大結像光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備え、前記光路偏向手段は前記表示パネルの表示画像が結像さ
れる共役位置から隔てて配置されることを特徴とする表
示装置。
【請求項１２】複数の表示画素が第１のピッチで配列さ
れた所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応してレンズが並置配列されたレンズ
アレイを含み、各前記領域を前記表示スクリーン上に拡
大結像する拡大結像光学系と、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置さ
れ、前記光源からの光を偏向するよう屈折力を有するパ
ターンが第２のピッチで配列された光路偏向手段と、を
備えた表示装置であって、前記表示スクリーンのポイントスプレッドファンクショ
ン幅が前記第２のピッチよりも大きく設定されているこ
とを特徴とする表示装置。
【請求項１３】複数の表示画素が第１のピッチで配列さ
れた所定の有効表示領域を備えた表示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記光源と前記表示パネルとの間に配置され、前記光源
からの光を偏向するよう屈折力を有するパターンが第２
のピッチで配列された光路偏向手段と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数の領域に区分された前記有効表示領域
の各前記領域に対応してレンズが並置配列されたレンズ
アレイを含み、各前記領域を前記表示スクリーン上に拡
大結像する拡大結像光学系と、を備えた表示装置であっ
て、前記第１のピッチと前記第２のピッチが異なること
を特徴とする表示装置。