JP2000214797A

JP2000214797A - 表示装置

Info

Publication number: JP2000214797A
Application number: JP11326045A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Motomiya; 佳典本宮; Masataka Shirato; 昌孝白土
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】小型にして十分な拡大像を実現できるととも
に、表示画像全体の画質劣化を抑制することが可能な示
装置を提供することを目的とする。【解決手段】液晶表示装置１は、有効表示領域を備えた
液晶パネル１０１と、有効表示領域より大きい画像表示
領域を備えた表示スクリーン７０１と、複数の領域に区
分された有効表示領域の各領域を表示スクリーン上に拡
大結像する拡大結像光学系５０１と、液晶パネル１０１
を平行光で照明する面光源部３０１とを有している。拡
大結像光学系５０１の第３レンズアレイ５１３は、各レ
ンズ５１３ａの表面が、液晶パネル１０１を物点とする
共役な像点及び表示スクリーン７０１を像点とする共役
な物点から外れるような位置に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、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、装置の制約等から２０インチ以上の大表示面
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９６７
０４号公報に開示される技術が知られている。

【０００７】これは、液晶パネルの表示画像を拡大投影
するに際し、表示画像を複数の領域に区分し、各領域に
対応した等倍結像光学系を配置して表示画像を導くとと
もに、その光路上に拡大光学系を配置してスクリーン上
に拡大し結像させるものである。

【０００８】しかしながら、上述した技術は、液晶パネ
ルの表示画像を単一の拡大光学系により拡大投影するた
め、十分な拡大倍率を実現するためには、光路を比較的
長くとる必要があり、このため直視型の表示装置として
は装置寸法が大きくなることから不向きである。

【０００９】この発明は、上述した技術課題に対処して
成されたものであり、小型にして十分な拡大像を実現で
きるとともに、表示画像全体の画質劣化を抑制すること
が可能な表示装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、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複数有し、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、前記拡大結像光学系において、前記表
示パネルを物点とする共役な像点、及び前記表示スクリ
ーンを像点とする共役な物点から外れる位置に、前記レ
ンズアレイの各レンズ表面が位置することを特徴とする
表示装置を提供するものである。

【００１１】また、請求項５に記載の発明は、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複数有し、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
拡大結像光学系に含まれるレンズアレイであって、前記
表示パネルを物点とする共役な像点及び前記表示スクリ
ーンを像点とする共役な物点に、レンズ表面が位置する
レンズアレイを密閉する密閉手段と、を備えたことを特
徴とする表示装置を提供するものである。

【００１２】この発明の表示装置によれば、第１レンズ
アレイから成る拡大結像光学系が、それ自体で拡大能を
有しているため、短い光路長でクロストークのない拡大
像を得ることができる。

【００１３】また、この発明の表示装置によれば、表示
パネルを物点とする共役な像点及び表示スクリーンを像
点とする共役な物点が、拡大結像光学系に含まれるレン
ズアレイ表面上に位置しないため、これらのレンズアレ
イにゴミなどが付着したとしても、表示スクリーン上に
拡大投影される画像に及ぼす影響を低減でき、表示画像
全体の画質の劣化を防止できる。

【００１４】また、この発明の表示装置によれば、光学
設計上、表示パネルを物点とする共役な像点及び表示ス
クリーンを像点とする共役な物点が、拡大結像光学系に
含まれるレンズアレイの各レンズ表面上に位置しても、
密閉手段により、このレンズアレイを密閉し、外気から
遮断されている。このため、表示パネルに対する像点及
び表示スクリーンに対する物点に位置するレンズアレイ
表面にゴミが付着することがない。また、仮に密閉手段
の表面にゴミが付着しても、密閉手段の表面は、前記像
点及び物点から外れているため、表示スクリーン上に拡
大投影される画像に及ぼす影響を低減でき、表示画像全
体の画質の劣化を防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の一実施の形態
の表示装置として、液晶表示装置を例にとり図面を参照
して詳細に説明する。

【００１６】この液晶表示装置１は、図１に示すよう
に、表示パネルとしての液晶パネル１０１と、図示しな
いがこの液晶パネル１０１に駆動信号を供給する駆動回
路基板と、液晶パネル１０１の裏面側に配置される照明
手段としての面光源部３０１と、液晶パネル１０１の前
面に配置される光路偏向手段４０１と、第１乃至第５レ
ンズアレイ５１１，…，５１５から成る拡大結像光学系
としてのレンズアレイ群５０１と、拡大レンズ６０１
と、この拡大レンズ６０１の前面に配置される表示スク
リーン７０１とを備えて構成される。

【００１７】まず、液晶パネル１０１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。この液晶パネル１０１は、
上述した高精細化を実現するために、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、アレ
イ基板１１１に対向配置された対向基板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１
９１とを含む。また、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１８
５ａ，１８５ｂが配置されている。

【００１８】カラー表示を実現するのであれば、カラー
フィルタをアレイ基板１１１上、あるいは対向基板１５
１上に形成することができ、また各フィールド期間を各
色期間に分割して駆動することにより表示することもで
きるが、ここではアレイ基板１１１上にカラーフィルタ
１８１が形成されている。

【００１９】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とを備えて構成される。

【００２０】このＴＦＴ１２１は、チャネル領域１２３
ｃと、このチャネル領域１２３ｃを挟んで配置されるソ
ース及びドレイン領域１２３ｓ，１２３ｄを備えた多結
晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）膜１２３と、このｐ−Ｓｉ膜１
２３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と、ソース及びドレイン領域１２３ｓ，１２３ｄ
にそれぞれ接続されたソース及びドレイン電極１２７
ｓ，１２７ｄを備えて構成される。このゲート電極１１
８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。

【００２１】また、画素電極１３１は、ＴＦＴ１２１上
に配置される層間絶縁膜を兼ねるカラーフィルタ層１８
１上にマトリクス状に配置される。

【００２２】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と、アレイ基
板１１１上のＴＦＴ１２１や走査線及び信号線などの非
画素部としてを遮光する遮光膜すなわちブラックマトリ
クスＢＭとを備えて構成される。

【００２３】このようにして構成される液晶パネル１０
１の裏面側に配置される面光源部３０１は、図１に示す
ように、十分な光量を確保するために、アクリル樹脂か
ら成る薄板状の導光板３１１と、この導光板３１１の両
長手端面にそれぞれ２段に配置される冷陰極管３２１と
を備えて構成される。また、この導光板３１１表面上に
は、導光板３１１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３３１が
２層配置されている。また、導光板３１１の裏面側に
は、図示しないが導光板３１１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。

【００２４】次に、図面を参照して、液晶パネル１０１
の前面に配置される光学系について説明する。

【００２５】液晶パネル１０１の前面に配置されるレン
ズアレイ群５０１を構成する第１乃至第５レンズアレイ
５１１，…，５１５の各レンズ５１１ａ，…，５１５ａ
は、液晶パネル１０１の有効表示領域ＰＳを、例えば２
４×１８の領域に区分した各領域にそれぞれ対応して並
置配列される。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の領域に区分したが、
各表示画素あるいは各表示絵素毎の領域に分割すること
もできる。この分割数は、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分割以上の分割数
に設定することが望ましい。

【００２６】このような構成の液晶表示装置において、
まず、図１及び図３に示すように、面光源部３０１の２
枚のプリズムシート３３１から出射された平行光は、液
晶パネル１０１を照明する。液晶パネル１０１の各画素
を選択的に通過した光は、上述したように区分された各
領域毎に、レンズアレイ群５０１の第１レンズアレイ５
１１の各レンズ５１１ａにより、これらの各レンズ５１
１ａに対応して設けられた第２レンズアレイ５１２の各
レンズ５１２ａの中心に導かれる。

【００２７】第１レンズアレイ５１１と第２レンズアレ
イ５１２との間には、光路偏向手段４０１として、例え
ば凹レンズが配置され、これにより、第１レンズアレイ
５１１の各レンズ５１１ａを通過した光の光軸は、第２
レンズアレイ５１２の対応する各レンズ５１２ａに偏向
される。光路偏向手段４０１としては、凹レンズの他に
も凸レンズ、フレネルレンズ、プリズムあるいは光ファ
イバ束等が適宜使用される。

【００２８】この第２レンズアレイ５１２の各レンズ５
１２ａは、第３レンズアレイ５１３位置に液晶パネル１
０１に表示された表示画像５５１の倒立像５５２を結像
させる第１結像レンズである。すなわち、液晶パネル１
０１を物点とし、この物点の共役点に相当する像点の位
置に液晶パネル１０１の表示画像の倒立像５５２が結像
する。

【００２９】第２レンズアレイ５１２の各レンズ５１２
ａを通過した光は、第３レンズアレイ５１３の対応する
各レンズ５１３ａの位置に結像される。この第３レンズ
アレイ５１３の各レンズ５１３ａは、第２レンズアレイ
５１２の各レンズ５１２ａを通過した光を第３レンズア
レイ５１３の各レンズ５１３ａに集光するフィールドレ
ンズである。

【００３０】第３レンズアレイ５１３の対応する各レン
ズ５１３ａを通過した光は、第４レンズアレイ５１４の
対応する各レンズ５１４ａに集光される。

【００３１】第４レンズアレイ５１４の対応する各レン
ズ５１４ａは、表示スクリーン７０１上に倒立結像させ
る第２結像レンズである。すなわち、液晶パネル１０１
の像点に結像された表示画像５５１の倒立像５５２を物
点とし、表示スクリーン７０１を、この物点の共役点に
相当する像点とする。

【００３２】第４レンズアレイ５１４の対応する各レン
ズ５１４ａを通過した光は、表示スクリーン７０１上に
拡大投影される。これにより、そして、表示スクリーン
７０１上には、倒立像５５２の倒立像５５３、すなわ
ち、液晶パネル１０１上の表示画像５５１を所定の倍率
で拡大した正立像５５３が結像する。

【００３３】また、第５レンズアレイ５１５の各レンズ
５１５ａは、第４レンズアレイ５１４を通過した各光の
光束の広がりを抑えて表示スクリーン７０１上に投影す
るものである。

【００３４】この実施の形態では、上述したレンズアレ
イ群５０１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７０１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。更に、この実施の
形態では、上述したレンズアレイ群５０１の各第４乃至
５レンズアレイ５１４，５１５間に拡大レンズ６０１と
して凹レンズが配置され、これにより表示スクリーン７
０１上には、略１．７倍の拡大正立結像が形成される。
拡大レンズ６０１としては、凹レンズの他にも凸レン
ズ、フレネルレンズ、あるいはプリズム等が適宜使用さ
れる。

【００３５】そして、表示スクリーン７０１は、対角２
０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。

【００３６】また、この実施の形態では、レンズアレイ
群５０１の第５レンズアレイ５１５と表示スクリーン７
０１との間には、第５レンズアレイ５１５の各レンズを
通過した光の各光軸を表示スクリーン７０１に対する法
線方向と略一致させる光路偏向手段８０１としてのコリ
メータレンズ８０１が配置されている。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７０１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。なお、光路偏向手段８０１としては、凹レンズ、凸
レンズ、フレネルレンズ、あるいはプリズム等が適宜使
用される。

【００３７】ところで、レンズの主点がレンズ表面に位
置するような平凸レンズをフィールドレンズ５１３ａと
して用いた場合、このレンズ表面にゴミが付着すると、
このゴミがレンズの主点に結像された倒立像５５２とと
もに表示スクリーン７０１上に拡大投影され、表示画像
の画質を低下させてしまうおそれがある。

【００３８】すなわち、上述したような場合、平凸レン
ズの主点は、表示画像５５１の物点となる倒立像５５２
の結像位置に位置している。このため、倒立像５５２が
結像される平凸レンズの表面にゴミが付着すると、倒立
像５５２とともにゴミも表示スクリーン７０１上に結像
されることになる。

【００３９】したがって、この実施の形態の液晶表示装
置では、図４に示すように、フィールドレンズ５１３ａ
は、その表面が、第１結像レンズ５１２ａによる物点に
共役な像点、または、第２結像レンズ５１４ａによる像
点に共役な物点の位置から外れるように配置されてい
る。

【００４０】このとき、第１結像レンズ５１２ａの像点
及び第２結像レンズ５１４ａの物点から、どれだけレン
ズ表面を離すべきかについては、その距離Ｌの具体的な
数値は、諸条件から決定できる。例えば、その像にかか
るレンズの有効ＦナンバーＦと代表的な波長λなどから
定まる焦点深度以上に離すことで、ゴミの輪郭が鮮明に
表示されることを抑制することができる。しかしなが
ら、想定されるゴミのサイズが大きい場合は、焦点深度
程度の距離を離すだけでは不十分であり、より大きな間
隔を設定する必要がある。

【００４１】例えば、ゴミによる明るさの変化の割合の
許容値をεとした場合、想定される最大のゴミのサイズ
をｄとすると、Ｌ＞Ｆｄ×ε^-1/2 の条件で決まるＬよりも大きい間隔とすることなどが一
つの目安になる。

【００４２】例えば、ε＝０．０１、ｄ＝１０μｍ、Ｆ
＝５．６の場合、Ｌ＞５６０μｍなどの条件となる。但
し、現実には、もっと離す構成の設計が特段困難になる
ものではなく、これらの値よりはるかに離した設計をす
ることが望ましい。

【００４３】この例を参考にすると、第１結像レンズ５
１２ａの像点及び第２結像レンズ５１４ａの物点が位置
するレンズの主点と、レンズの表面とが、例えば６００
μｍ離れたようなレンズ、すなわちレンズ内部に主点が
存在するようなレンズをフィールドレンズとして利用す
ることにより、図４に示したような構成を実現できる。

【００４４】また、第３レンズアレイ５１３を、液晶パ
ネル１０１側及び表示スクリーン７０１側にそれぞれ配
置された少なくとも２枚以上のレンズアレイ群で構成
し、第１結像レンズ５１２ａの像点及び第２結像レンズ
５１４ａの物点が、第３レンズアレイ５１３を構成する
レンズアレイ群の間に位置するようにしても良い。

【００４５】すなわち、図５に示したように、第３レン
ズアレイ５１３をレンズアレイ５１３−１及び５１３−
２で構成し、各レンズアレイに含まれる各レンズ５１３
−１ａ及び５１３−２ａにより、上述したフィールドレ
ンズ５１３ａの機能を達成する。そして、これらレンズ
アレイの各レンズ５１３−１ａと５１３−２ａとの間
に、倒立像５５２が形成される第１結像レンズ５１２ａ
の像点、すなわち第２結像レンズ５１４ａの物点を位置
させる。

【００４６】これにより、第３レンズアレイ５１３を構
成する各レンズの表面にゴミが付着しても、ゴミが倒立
像５５２とともに表示スクリーン７０１上に拡大投影さ
れることなく、表示画像の画質の劣化を防止できる。

【００４７】また、液晶パネル１０１に表示される表示
画像５５１、液晶パネル１０１に表示された表示画像５
５１の共役な倒立像５５２が結像される像点、表示スク
リーン７０１に結像される正立拡大像５５３などに近い
光学素子面の影響も抑制するため、これらに近い光学素
子、すなわち第１レンズアレイ５１１の各レンズ５１１
ａ、凹レンズ４０１、第３レンズアレイ５１３の各レン
ズ５１３ａ、及び凸レンズ８０１のそれぞれ像に近い面
と、像との距離を離すように光学系が配置されるよう光
学設計されている。

【００４８】もちろん、装置サイズ、その他の制約で、
必ずしもこれらすべてにおいて、光学素子面を結像位置
や、これに共役な位置から離すことが困難な場合には、
表示スクリーン７０１上に拡大投影される表示画像５５
３の画質に対して影響の大きい光学素子面にゴミが付着
しないよう、図６に示すように、密閉手段としての透明
部材によって形成されたハウジング５６０によって密閉
しても良い。

【００４９】すなわち、光学設計上、倒立像５５２の結
像位置がレンズ５１３ａの主点に一致してしまうような
レンズを使用する場合、これらのレンズ５１３ａを透明
なハウジング５６０で密閉すれば良い。このハウジング
５６０の表面は、倒立像５５２の結像位置から十分に離
れているものとする。

【００５０】したがって、液晶パネル１０１を物点とす
る共役な像点及び表示スクリーン７０１を像点とする共
役な物点が、第３レンズアレイ５１３の各レンズ５１３
ａ表面上に位置しても、透明なハウジング５６０によ
り、外気から遮断されているため、倒立像５５２が結像
する液晶パネル１０１に対する像点すなわち表示スクリ
ーン７０１に対する物点に位置するレンズアレイ表面に
ゴミが付着することがない。また、仮にハウジング５６
０の表面にゴミが付着しても、ハウジング５６０の表面
は、液晶パネル１０１に対する像点すなわち表示スクリ
ーン７０１に対する物点から外れているため、表示スク
リーン７０１上に拡大投影される表示画像５５３に及ぼ
す影響を低減でき、表示画像全体の画質の劣化を防止で
きる。

【００５１】また、図６に示した例では、倒立像５５２
の結像位置付近に配置された第３レンズアレイ５１３の
レンズ５１３ａのみを５６０によって密閉したが、各光
学素子間のスペースの制御を考慮して、表示画像５５１
を拡大結像するための光学系の一部もしくは全体を透明
なハウジングによって密閉しても良い。例えば、レンズ
アレイ群５０１の第１レンズアレイ５１１から拡大レン
ズ６０１を１つのハウジングで密閉することにより、表
示画像５５１の拡大結像にかかわるレンズを外気から遮
断することが可能となるとともに、仮に、このハウジン
グにゴミが付着しても、結像光学系の像点または物点か
ら外れた位置に付着しているため、表示スクリーン７０
１上に拡大投影される表示画像５５３の画質の劣化を防
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、対角１２インチサイズの液晶パ
ネル１０１の有効表示領域ＰＳに表示された表示画像
を、１００ｍｍ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る。

【００５３】しかも、この実施の形態の液晶表示装置１
によれば、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乃至第５レ
ンズアレイ５１１，…，５１５の各レンズ５１１ａ，
…，５１５ａを対応させ画像を導くため、短い光路長
で、不所望なクロストークなく、十分な拡大画像を得る
ことができる。

【００５４】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る。

【００５５】また、この実施の形態の液晶表示装置１に
よれば、レンズアレイ群５０１に含まれる第３レンズア
レイ５１３は、各フィールドレンズ５１３ａの表面が、
液晶パネル１０１を物点とする共役な像点及び表示スク
リーン７０１を像点とする共役な物点から外れるような
位置に配置されている。このため、これらのレンズアレ
イにゴミなどが付着したとしても、表示スクリーン７０
１上にゴミが結像されることがなく、拡大投影される画
像に及ぼす影響を低減でき、表示画像全体の画質の劣化
を防止できる。

【００５６】さらに、この液晶表示装置によれば、光学
設計上、液晶パネル１０１を物点とする共役な像点及び
表示スクリーン７０１を像点とする共役な物点が、レン
ズアレイ群５０１に含まれる第３レンズアレイ５１３の
各レンズ５１３ａ表面上に位置しても、透明なハウジン
グ５６０により、密閉され、外気から遮断されている。
このため、液晶パネル１０１に対する像点及び表示スク
リーン７０１に対する物点に位置するレンズアレイ表面
にゴミが付着することがない。また、仮にハウジング５
６０の表面にゴミが付着しても、ハウジング５６０の表
面は、前記像点及び物点から外れているため、表示スク
リーン７０１上に拡大投影される画像に及ぼす影響を低
減でき、表示画像全体の画質の劣化を防止できる。

【００５７】上述した各実施の形態は、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。

【００５８】この実施の形態では、単一の液晶パネル１
０１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、更に大面積の表示が可能となることは言う
までもない。

【００５９】上述した実施の形態では、液晶パネル１０
１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乃至第５レンズアレイ５１１、……、
５１５の各レンズ５１１ａ、…、５１５ａ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
乃至第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。なお、この実施の形態の液晶表示装置においても、
表示パネルを物点とする共役な像点、及び表示スクリー
ンを像点とする共役な物点から外れる位置に、各レンズ
アレイの各レンズが位置することは言うまでもない。

【００６０】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。

【００６１】図７において、１１０１はバックライト装
置、１１０２は光透過型の液晶パネル、１１０３は第１
の倒立光学系を構成する第１のレンズアレイ、１１０４
は第２の倒立光学系を構成する第２のレンズアレイ、１
１０５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１１０３，１１０４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。

【００６２】液晶パネル１１０２を透過した光は、第１
のレンズアレイ１１０３の各レンズにより、像面１１０
６に倒立結像される。そして、さらに第２のレンズアレ
イ１１０４の各レンズにより表示スクリーン１１０５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１１０３，１１０４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。

【００６３】これにより、液晶パネル１１０２上の像点
Ａは、表示スクリーン１１０５上の焦点Ａ’に、像点Ｂ
は表示スクリーン１１０５上の焦点Ｂ’にそれぞれ結像
される。

【００６４】ところで、第１及び第２のレンズアレイ１
１０３，１１０４の各チャネルは、液晶パネル１１０２
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。

【００６５】さらに説明すると、同図に示すように、液
晶パネル１１０２の有効領域における像点Ｃは、表示ス
クリーン１１０５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。

【００６６】このように、液晶パネル１１０２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。

【００６７】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１１０２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１１０２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、３０°、さらに好ましくは２０°以下に制御される
ことが望ましい。

【００６８】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１１０３のレンズピッチと第２のレ
ンズアレイ１１０４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８を参照して説明す
る。

【００６９】ここで、第１のレンズアレイ１１０３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１
１０４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１１０３のレンズピッチを
ｐ_１、第２のレンズアレイ１１０４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１１０２、
第１のレンズアレイ１１０３、像面１１０６、第２のレ
ンズアレイ１１０４、表示スクリーン１１１０５のそれ
ぞれの間隔を、それぞれａ_１，ｂ_１，ｂ_２，ａ_２とす
る。

【００７０】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。

【００７１】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１１０３，１１０４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１１０２および
表示スクリーン１１０５と交わる点は、対応点となる。

【００７２】そこで、図８のように、液晶パネル１１０
２上の対応点の間隔をｑ_１、拡散スクリーン１１０５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。

【００７３】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。

【００７４】（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。

【００７５】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。

【００７６】即ち、各チャネルを構成する第１のレンズ
アレイ１１０３の各レンズと第２のレンズアレイ１１０
４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。

【００７７】また、この第１のレンズアレイ１１０３と
第２のレンズアレイ１１０４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。

【００７８】以下に、この実施形態の第１の具体例の表
示装置について、図面を参照して詳細に説明する。

【００７９】この液晶表示装置１０００は、図９および
図１０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１７
０１及び表示スクリーン１８０１とを備えて構成され
る。

【００８０】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。

【００８１】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８参照）
と同様であるため説明は省略する。

【００８２】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９ないし図１０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１３１１
の両長手端面にそれぞれ２段に配置される冷陰極管１３
２１とを備えて構成される。また、この導光板１３１１
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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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１５１１ａ，１５１２ａは、液晶
パネル１２０１の有効表示領域ＰＳに対応して２４×１
８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。

【００８６】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。

【００８７】第１のレンズアレイ１５１１の各レンズ１
５１１ａは、液晶パネル１２０１側に焦点距離ａ_１が６
０ｍｍ、表示スクリーン１８０１側に焦点距離ｂ_１が４
ｍｍ、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。

【００８８】また、第２のレンズアレイ１５１２の各レ
ンズ１５１２ａは、液晶パネル１２０１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。

【００８９】この第１のレンズアレイ１５１１の各レン
ズ１５１１ａは、第２のレンズアレイ１５１２の各レン
ズ１５１２ａ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１５１２ａ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。

【００９０】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
５１１ａ，１５１２ａ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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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
１１０１の有効表示領域ＰＳに表示された表示画像を、
１７０ｍｍ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。

【００９５】しかも、この具体例の液晶表示装置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１
５１１ａ，１５１２ａ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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】また、この具体例では、レンズアレイ群１
５０１と表示スクリーン１８０１との間に拡大レンズ１
６０１を配したが、液晶パネル１２０１と拡大レンズ１
６０１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。

【０１０１】次に、この実施形態の第２の具体例の表示
装置について、同一箇所には同一符号を付して説明す
る。

【０１０２】この液晶表示装置１０００は、図１１ない
し図１３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と面光源部
１３０１との間に配置される第１の光路偏向手段１４０
１と、第１ないし第２のレンズアレイ１５１１，１５１
２から成るレンズアレイ群１５０１と、第２の光路偏向
手段１７０１及び表示スクリーン１８０１とを備えて構
成される。

【０１０３】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。

【０１０４】まず、液晶パネル１２０１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。この液晶パネル２０
１は、上記した具体例とサイズが異なる他は実質的に同
様の構成であって、ＴＮ液晶層１９１に代えて強誘電液
晶層が保持されて構成されている。

【０１０５】この具体例では、液晶パネル１２０１透過
後の画像劣化を防止するため、第１の光路偏向手段１４
０１の後段に液晶パネル１２０１が配置される。このた
め、液晶パネル１２０１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１１９
１を用いた液晶パネル１２０１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１２０１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-Swit
ching）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。

【０１０６】このようにして構成される液晶パネル１２
０１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１１および図１２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１３１１の両長手端面にそれぞれ２段に配置
される冷陰極管１３２１とを備えて構成される。また、
この導光板１３１１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、例えばアラ
イドシグナル社製の集光シート１３３２が配置されてい
る。この集光シート１３３２は、図示しないが導光板１
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。

【０１０７】これにより、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１０°に制御されてい
る。

【０１０８】また、導光板１３１１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
例においても、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。

【０１０９】次に、この具体例の表示装置の光学系につ
いて説明する。

【０１１０】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、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１５１１ａ，１５１１ｂ，１５１２ａ，
１５１２ｂは、液晶パネル１２０１の有効表示領域ＰＳ
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、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。

【０１１１】まず、面光源部１３０１と液晶パネル１２
０１との間には光路偏向手段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。

【０１１２】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。

【０１１３】第１のレンズアレイ１５１１は、液晶パネ
ル１２０１側の第１のレンズ１５１１ａと対向する第２
のレンズ１５１１ｂ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１５１１の
第１のレンズ１５１１ａは、液晶パネル１２０１側に焦
点距離ａ_１が５５ｍｍ、表示スクリーン１８０１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１５１１の第２のレンズ
１５１１ｂは、各レンズ１５１１ａと同様の光学特性を
有し各レンズ１５１１ａ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１５１１ａ，１５１１ｂは、画面中央でレンズ中
心が一致するものであり、レンズ１５１１ａ，１５１１
ｂの視野角は±２８゜とした。

【０１１４】第２のレンズアレイ１５１２は液晶パネル
１２０１側の第１のレンズ１５１２ａと対向する第２の
レンズ１５１２ｂ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１５１２の第
１のレンズ１５１２ａは、第１のレンズアレイ１５１１
の第１のレンズ１５１１ｂと同一ピッチで構成され、互
いのレンズ１５１１ｂ，１５１２ａ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１５１２の各レ
ンズ１５１２ａは、液晶パネル１２０１側に焦点距離ａ
_２が２ｍｍ（レンズ厚に一致）、表示スクリーン１８０
１側に焦点距離ｂ_２が８０ｍｍ、レンズ径Ｄ_２が１．０
ｍｍ、レンズピッチｐ_１が１．１１１２１９５１２２ｍ
ｍに構成されている。そして、各レンズ１５１１ａ，１
５１１ｂは、画面中央でレンズ中心が一致するものであ
り、レンズ１５１１ａ，１５１１ｂの視野角は±２８゜
とした。

【０１１５】この第１のレンズアレイ１５１１の各レン
ズ１５１１ａは、レンズ１５１１ｂとレンズ１５１２ａ
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
１５１２ａ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。

【０１１６】ここで、第１のレンズアレイ１５１１の各
レンズ１５１１ａと第２のレンズアレイ１５１２の各レ
ンズ１５１２ｂ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。

【０１１７】また、結像に寄与しない第１のレンズアレ
イ１５１１の各レンズ１５１１ｂ及び第２のレンズアレ
イ１５１２の各レンズ１５１２ａ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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】そして、この具体例では、上述したレンズ
アレイ群１５０１は、表示スクリーン１８０１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。

【０１２１】これに応じて、表示スクリーン１８０１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。

【０１２２】以上説明したように、この具体例の液晶表
示装置１０００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１１０１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。

【０１２３】しかも、この具体例の液晶表示装置１００
０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１５１１ａ，１５１２ａ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。

【０１２４】しかも、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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】この具体例の液晶表示装置において、レン
ズアレイ群１５０１と表示スクリーン１８０１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１
２０１とレンズアレイ群１５０１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。

【０１２８】また、この具体例の表示装置では、第１の
レンズアレイ１５１１の第２のレンズ１５１１ｂと第２
のレンズアレイ１５１２の第１のレンズ１５１２ａ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。

【０１２９】しかし、第１のレンズアレイ１５１１の第
２のレンズ１５１１ｂと第２のレンズアレイ１５１２の
第１のレンズ１５１２ａ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。

【０１３０】また、第１のレンズアレイ１５１１の第２
のレンズ１５１１ｂ、あるいは第２のレンズアレイ１５
１２の第１のレンズ１５１２ａ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。

【０１３１】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。

【０１３２】この具体例では、単一の液晶パネル１２０
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。

【０１３３】

【発明の効果】この発明の表示装置によれば、小型にし
て十分な拡大像を実現することができるとともに、表示
画像全体の画質劣化を抑制することが可能な表示画像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の一実施の形態の液晶表示装
置の構成を概略的に示す図である。

【図２】図２は、図１に示した液晶表示装置の液晶パネ
ルの構成を概略的に示す図である。

【図３】図３は、図１に示した液晶表示装置のレンズア
レイ群の構成を概略的に示す図である。

【図４】図４は、図３に示したレンズアレイ群における
物点、像点、及び各レンズ位置の関係を概略的に示す図
である。

【図５】図５は、図１に示した液晶表示装置に適用可能
なレンズアレイ群における物点、像点、及び各レンズ位
置の関係を概略的に示す図である。

【図６】図６は、図１に示した液晶表示装置に適用可能
な他のレンズアレイ群における物点、像点、及び各レン
ズ位置の関係を概略的に示す図である。

【図７】図７は、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８】図８は、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】図９は、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１０】図１０は、図９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１１】図１１は、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１２】図１２は、図１１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１３】図１３は、図１２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】

１…液晶表示装置１０１…液晶パネル３０１…面光源部４０１…光路偏向手段５０１…レンズアレイ群５１１…第１レンズアレイ５１２…第２レンズアレイ５１３…第３レンズアレイ５１４…第４レンズアレイ５１５…第５レンズアレイ５５１…表示画像（物点）５５２…倒立像（像点、物点）５５３…正立拡大像（像点）５６０…透明ハウジング６０１…拡大レンズ７０１…表示スクリーン８０１…コリメータレンズＢＭ…ブラックマトリクス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、複数のレンズが並置配列されたレンズアレ
イを複数有し、前記表示パネルの前記表示領域の像を前
記表示スクリーン上に拡大正立結像させる複数のチャネ
ルを備えた拡大結像光学系と、を備え、前記拡大結像光学系において、前記表示パネルを物点と
する共役な像点、及び前記表示スクリーンを像点とする
共役な物点から外れる位置に、前記レンズアレイの各レ
ンズ表面が位置することを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記拡大結像光学系は、前記表示パネルの
表示画像の倒立像を像点に結像する第１結像レンズが並
置配列された第１レンズアレイと、第１結像レンズによ
って結像された倒立像を正立像として表示スクリーンに
結像する第２結像レンズが並置配列された第２レンズア
レイと、前記表示画像の像点及び表示スクリーンの物点
から外れる位置にレンズ表面が位置するように並置配列
された第３レンズアレイと、を備えたことを特徴とする
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記第３レンズアレイを形成する各レンズ
は、レンズの表面上にレンズの主点が位置していないこ
とを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】前記第３レンズアレイは、表示パネル側及
び表示スクリーン側にそれぞれ配置された少なくとも２
枚以上のレンズアレイ群で構成され、前記表示画像の像
点及び表示スクリーンの物点は、前記レンズアレイ群の
間に位置することを特徴とする請求項２に記載の表示装
置。
【請求項５】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、複数のレンズが並置配列されたレンズアレ
イを複数有し、前記表示パネルの前記表示領域の像を前
記表示スクリーン上に拡大正立結像させる複数のチャネ
ルを備えた拡大結像光学系と、を備え、前記拡大結像光学系に含まれるレンズアレイであって、
前記表示パネルを物点とする共役な像点及び前記表示ス
クリーンを像点とする共役な物点に、レンズ表面が位置
するレンズアレイを密閉する密閉手段と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項６】前記密閉手段により密閉されたレンズアレ
イの各レンズ表面上にその各レンズの主点が位置するこ
とを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】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、前記表示パネルからの光の光軸を少なく
とも前記有効表示領域の各前記領域毎に偏向する光路偏
向手段を備えたことを特徴とする請求項１または５に記
載の表示装置。
【請求項８】前記表示パネルと前記表示スクリーンとの
間に拡大レンズが配置されることを特徴とする請求項１
または５に記載の表示装置。
【請求項９】前記拡大結像光学系と前記表示スクリーン
との間に配置され、前記表示パネルからの光の光軸を前
記表示スクリーンの主表面に対して法線方向を成すよう
偏向する光路偏向手段を備えたことを特徴とする請求項
１または５に記載の表示装置。
【請求項１０】前記拡大結像光学系の前記レンズアレイ
に含まれる前記レンズは、複数の領域に区分された前記
有効表示領域の各領域に対応して並置配列されたことを
特徴とする請求項１または５に記載の表示装置。
【請求項１１】前記拡大結像光学系の前記レンズアレイ
に含まれる前記レンズは、複数の領域に区分された前記
有効表示領域の複数の領域に対応して並置配列されたこ
とを特徴とする請求項１または５に記載の表示装置。