JP2641774B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
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- G02B3/00—Simple or compound lenses
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、複数の絵素を有する液晶表示パネル等の透
過型表示パネルへの照明光を絵素領域に集光して表示を
明るくするための集光手段として好適な屈折率分布型平
板マイクロレズアレイを備えた画像表示装置に関する。
過型表示パネルへの照明光を絵素領域に集光して表示を
明るくするための集光手段として好適な屈折率分布型平
板マイクロレズアレイを備えた画像表示装置に関する。
＜従来の技術＞ このような投影型の液晶表示装置において使用される
液晶表示パネルは、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ぞれ独立し
た駆動電圧を印加し、各絵素を構成する液晶の光学特性
を変化させることによって画像や文字が表示される。
液晶表示パネルは、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ぞれ独立し
た駆動電圧を印加し、各絵素を構成する液晶の光学特性
を変化させることによって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
マトリックス方式およびMIM（メタル・インシュレータ
・メタル）等の非線形２端子素子や薄膜トランジスタ等
の３端子スイッチング素子を各絵素に設けたアクティブ
マトリックス方式がある。
マトリックス方式およびMIM（メタル・インシュレータ
・メタル）等の非線形２端子素子や薄膜トランジスタ等
の３端子スイッチング素子を各絵素に設けたアクティブ
マトリックス方式がある。
アクティブマトリックス方式では、各絵素に独立した
駆動電圧を印加するために、各絵素に薄膜トランジスタ
ーまたはMIMなどの素子を設け、それらに駆動信号を供
給するラインを絵素と絵素の間に配線しなければならな
い。そのため、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
領域以外の領域に入射した光は、薄膜トランジスタや信
号線あるいは必要に応じて設けられた遮光マスクにより
吸収または反射され、スクリーンに到達しない。従っ
て、液晶表示パネルが同じ照度で照明された場合、液晶
表示パネルの開口率が低い程、画面が暗くなる。このよ
うな状況は、液晶表示パネルを直視する場合でも、投影
レンズによって拡大投影する場合でも同様である。
駆動電圧を印加するために、各絵素に薄膜トランジスタ
ーまたはMIMなどの素子を設け、それらに駆動信号を供
給するラインを絵素と絵素の間に配線しなければならな
い。そのため、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
領域以外の領域に入射した光は、薄膜トランジスタや信
号線あるいは必要に応じて設けられた遮光マスクにより
吸収または反射され、スクリーンに到達しない。従っ
て、液晶表示パネルが同じ照度で照明された場合、液晶
表示パネルの開口率が低い程、画面が暗くなる。このよ
うな状況は、液晶表示パネルを直視する場合でも、投影
レンズによって拡大投影する場合でも同様である。
このような液晶表示パネルの開口率を低いために画面
が暗くなるという問題を解決手段として、特開昭60−16
5621〜165624には、マイクロレンズアレイを表示パネル
の光源側に設け、照明光をそれぞれの絵素領域に集光し
て照明光の利用率の向上を図る方法が開示されている。
中でも特開昭60−165621では表示パネルの基板に屈折率
分布領域を形成する事が開示されているが、実施例では
凹レンズ効果を有する屈折率分布が図示されている。ま
た、特開昭60−262131には液晶表示パネルの両側にマイ
クロレンズアレイを設けることが開示されている。
が暗くなるという問題を解決手段として、特開昭60−16
5621〜165624には、マイクロレンズアレイを表示パネル
の光源側に設け、照明光をそれぞれの絵素領域に集光し
て照明光の利用率の向上を図る方法が開示されている。
中でも特開昭60−165621では表示パネルの基板に屈折率
分布領域を形成する事が開示されているが、実施例では
凹レンズ効果を有する屈折率分布が図示されている。ま
た、特開昭60−262131には液晶表示パネルの両側にマイ
クロレンズアレイを設けることが開示されている。
第３図は、このように液晶表示パネルへの照射光の集
光手段しとして従来使用されていた屈折率分布型平板マ
イクロレンズアレイを示している。
光手段しとして従来使用されていた屈折率分布型平板マ
イクロレンズアレイを示している。
この平板マイクロレンズアレイは、第３図に示すよう
に、隣接するマイクロレンズ111同士が接触しないよう
に拡散法の一つであるイオン交換法により作製されたも
ので、屈折率分布領域の断面形状はほぼ半球状に形成さ
れている。従って、隣合うマイクロレンズ111の拡散フ
ロントと呼ばれるイオン種拡散領域の最前線112は分離
されている。
に、隣接するマイクロレンズ111同士が接触しないよう
に拡散法の一つであるイオン交換法により作製されたも
ので、屈折率分布領域の断面形状はほぼ半球状に形成さ
れている。従って、隣合うマイクロレンズ111の拡散フ
ロントと呼ばれるイオン種拡散領域の最前線112は分離
されている。
このように各マイクロレンズ111の境界である拡散フ
ロント112を互いに分離するのは、良好なレンズ効果を
得るために必要な、屈折率分布形状の光軸に対する回転
対称性が、拡散フロント112の融合によって損なわれ、
これによって、方向性を持った収差成分が発生し、レン
ズの集光特性が劣化すると考えられていたからである。
ロント112を互いに分離するのは、良好なレンズ効果を
得るために必要な、屈折率分布形状の光軸に対する回転
対称性が、拡散フロント112の融合によって損なわれ、
これによって、方向性を持った収差成分が発生し、レン
ズの集光特性が劣化すると考えられていたからである。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、集光手段としての上記従来の平板マイ
クロレズアレイには次のような問題がある。
クロレズアレイには次のような問題がある。
第１の問題点は、マイクロレンズ111の屈折率分布が
光軸に対し回転対称な略半球形状であっても、半径方向
の分布が不適当であれば、球面収差が発生し、レンズの
集光特性に悪影響を及ぼすという問題である。
光軸に対し回転対称な略半球形状であっても、半径方向
の分布が不適当であれば、球面収差が発生し、レンズの
集光特性に悪影響を及ぼすという問題である。
これについて、本件発明者等が実験検討を重ねた結
果、一般にイオン交換法で平板マイクロレンズアレイを
作製する場合には、拡散フロント112近傍での屈折率分
布の勾配が大きく、このため、マイクロレンズ111の周
辺領域に入射する光軸が過度に屈折してしまい、球面収
差の原因になっていることが見出された。
果、一般にイオン交換法で平板マイクロレンズアレイを
作製する場合には、拡散フロント112近傍での屈折率分
布の勾配が大きく、このため、マイクロレンズ111の周
辺領域に入射する光軸が過度に屈折してしまい、球面収
差の原因になっていることが見出された。
第２の問題点は、隣合うマイクロレンズ111同士が接
触しないように配列するため、マイクロレンズ111の充
填率つまりマイクロレンズアレイ基板101の全面積に対
するマイクロレンズ111の占有面積の比をある限界以上
には高くできないという点である。ちなみに、この限界
となる充填率は、円形のマイクロレンズが正方格子状に
配置される場合にはπ/4≒78.5％、六方稠密格子状に配
列される場合には となるが、実際には、マイクロレンズ配列を表示パネル
の絵素配列に合わせなければならないので、充填率はこ
れよりも小さくなる。マイクロレンズ相互の隙間は、イ
オン未拡散領域なので屈折作用を持たず、この領域に入
射した光はそのまま直進し、集光効果に寄与しない。
触しないように配列するため、マイクロレンズ111の充
填率つまりマイクロレンズアレイ基板101の全面積に対
するマイクロレンズ111の占有面積の比をある限界以上
には高くできないという点である。ちなみに、この限界
となる充填率は、円形のマイクロレンズが正方格子状に
配置される場合にはπ/4≒78.5％、六方稠密格子状に配
列される場合には となるが、実際には、マイクロレンズ配列を表示パネル
の絵素配列に合わせなければならないので、充填率はこ
れよりも小さくなる。マイクロレンズ相互の隙間は、イ
オン未拡散領域なので屈折作用を持たず、この領域に入
射した光はそのまま直進し、集光効果に寄与しない。
このように、上記従来の平板マイクロレンズアレイは
集光性という点で問題があり、この平板マイクロレンズ
アレイを用いた従来の投影型の画像表示装置において
は、表示画面の暗さは十分に改善されなかった。
集光性という点で問題があり、この平板マイクロレンズ
アレイを用いた従来の投影型の画像表示装置において
は、表示画面の暗さは十分に改善されなかった。
そこで、本発明は、透過型の表示パネルに対する平板
マイクロレンズアレイの集光効果を高めて、照明光の利
用率が高く、明るい表面画面を得ることのできる画像表
示装置を提供することを目的としている。
マイクロレンズアレイの集光効果を高めて、照明光の利
用率が高く、明るい表面画面を得ることのできる画像表
示装置を提供することを目的としている。
＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、本発明の画像表示装置
は、複数の絵素を有する表示パネルと、上記複数の絵素
の夫々に対して照明光を集束させる複数のマイクロレン
ズを基板に拡散法で形成してなる屈折率分布型平板マイ
クロレンズアレイとを備えた画像表示装置において、 上記平板マイクロレンズアレイは複数列のマイクロレ
ンズからなり、 隣り合う列のマイクロレンズは、一方の列におけるマ
イクロレンズが他方の列におけるマイクロレンズに対し
て互いに位相がずらされており、 隣り合うマイクロレンズの拡散フロトは各マイクロレ
ンズの集光領域が六角形になるように互いに融合して、
上記複数のマイクロレンズが上記基板の表面を間隙なく
埋めていることを特徴としている。
は、複数の絵素を有する表示パネルと、上記複数の絵素
の夫々に対して照明光を集束させる複数のマイクロレン
ズを基板に拡散法で形成してなる屈折率分布型平板マイ
クロレンズアレイとを備えた画像表示装置において、 上記平板マイクロレンズアレイは複数列のマイクロレ
ンズからなり、 隣り合う列のマイクロレンズは、一方の列におけるマ
イクロレンズが他方の列におけるマイクロレンズに対し
て互いに位相がずらされており、 隣り合うマイクロレンズの拡散フロトは各マイクロレ
ンズの集光領域が六角形になるように互いに融合して、
上記複数のマイクロレンズが上記基板の表面を間隙なく
埋めていることを特徴としている。
なお、拡散フロントが融合することにより、基板の内
部に一続きの曲面が形成されるが、この曲面の形状は、
表示パネルの絵素ピッチや絵素開口部に適したものとす
るのが望ましい。
部に一続きの曲面が形成されるが、この曲面の形状は、
表示パネルの絵素ピッチや絵素開口部に適したものとす
るのが望ましい。
＜作用＞ 隣り合うマイクロレンズの拡散フロントが互いに融合
するようにマイクロレンズを形成することによって、各
マイクロレンズの周辺部での屈折率分布の勾配が小さく
なるので、従来、隣り合うマイクレンズの拡散フロント
が互いに分離されているためにマイクロレンズ周辺部で
の過度の屈折によって発生していた球面収差による悪影
響が低減される。さらに、全てのマイクロレンズが基板
表面を間隙なく埋めており、マイクロレンズ間の非レン
ズ領域がなくなって、マイクロレンズの基板に対する充
填率が100％に近い値となり、集光効果が向上する。
するようにマイクロレンズを形成することによって、各
マイクロレンズの周辺部での屈折率分布の勾配が小さく
なるので、従来、隣り合うマイクレンズの拡散フロント
が互いに分離されているためにマイクロレンズ周辺部で
の過度の屈折によって発生していた球面収差による悪影
響が低減される。さらに、全てのマイクロレンズが基板
表面を間隙なく埋めており、マイクロレンズ間の非レン
ズ領域がなくなって、マイクロレンズの基板に対する充
填率が100％に近い値となり、集光効果が向上する。
なお、後述のように、隣り合うマイクロレンズ同士の
部分融合によって屈折率分布の回転対称性は損なわれる
が、レンズの集光特性にはほとんど悪影響を及ぼさず、
六角形の集光領域に入射する光線はほぼ一点に良好に集
光させられることが本件発明者による実験の結果により
明らかになっている。
部分融合によって屈折率分布の回転対称性は損なわれる
が、レンズの集光特性にはほとんど悪影響を及ぼさず、
六角形の集光領域に入射する光線はほぼ一点に良好に集
光させられることが本件発明者による実験の結果により
明らかになっている。
したがって、光源からの照明光は、平板マイクロレン
ズアレイにより効果的に収束されて、表示パネルの絵素
領域を集中的に照射するので、従来の投影型画像表示装
置と比較して、明るい画像が得られる。
ズアレイにより効果的に収束されて、表示パネルの絵素
領域を集中的に照射するので、従来の投影型画像表示装
置と比較して、明るい画像が得られる。
また、集光領域の六角形の形状は、隣り合う列の一方
におけるマイクロレンズを他方の列におけるマイクロレ
ンズに対して互いに位相をずらした状態で、隣り合うマ
イクロレンズ同士を隙間がないように重ねることによっ
て必然的に得られる形状であるが、このように隣り合う
列のマイクロレンズを互いに位相をずらして形成するこ
とにより、隣り合うマイクロレンズ同士の重なり部分が
少なくてもマイクロレンズ間の隙間をなくすことがで
き、各マイクロレンズを効率よく使用できる。
におけるマイクロレンズを他方の列におけるマイクロレ
ンズに対して互いに位相をずらした状態で、隣り合うマ
イクロレンズ同士を隙間がないように重ねることによっ
て必然的に得られる形状であるが、このように隣り合う
列のマイクロレンズを互いに位相をずらして形成するこ
とにより、隣り合うマイクロレンズ同士の重なり部分が
少なくてもマイクロレンズ間の隙間をなくすことがで
き、各マイクロレンズを効率よく使用できる。
＜実施例＞ 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例である投影型画像表示装置
の模式図、第２図は第１図の投影型画像表示装置に使用
された平板マイクロレンズアレイの鳥かん図である。
の模式図、第２図は第１図の投影型画像表示装置に使用
された平板マイクロレンズアレイの鳥かん図である。
第１図において、１は第２図に示すように複数のマイ
クロレンズ11を基板10に形成してなる平板マイクロレン
ズアレイ、２は複数の絵素領域2bを有する液晶表示パネ
ル、３はハロゲンランプ、メタルハライドランプ、また
はキセノンランプ等からなる白色光源、４は上記光源３
から出射された光を上記液晶表示パネル２に向かうよう
に反射させる反射鏡、５はコンデンサレンズ、６は投影
レンズ、７は投影スクリーンである。
クロレンズ11を基板10に形成してなる平板マイクロレン
ズアレイ、２は複数の絵素領域2bを有する液晶表示パネ
ル、３はハロゲンランプ、メタルハライドランプ、また
はキセノンランプ等からなる白色光源、４は上記光源３
から出射された光を上記液晶表示パネル２に向かうよう
に反射させる反射鏡、５はコンデンサレンズ、６は投影
レンズ、７は投影スクリーンである。
第１図に示した本実施例の投影型画像表示装置は、光
源３から発した光を、反射鏡４およびコンデンサレンズ
５により投影レンズ６に向かうに集光して、スクリーン
７に投影するもので、コンデンサレンズ５を通過した光
束は平板マイクロレンズアレイ１により収束され、液晶
表示パネル２の絵素領域2bを透過し、液晶層に印加され
た画像信号電圧に応じて強度変調を受け、その後、投影
レンズ６によりスクリーン７に投影される。
源３から発した光を、反射鏡４およびコンデンサレンズ
５により投影レンズ６に向かうに集光して、スクリーン
７に投影するもので、コンデンサレンズ５を通過した光
束は平板マイクロレンズアレイ１により収束され、液晶
表示パネル２の絵素領域2bを透過し、液晶層に印加され
た画像信号電圧に応じて強度変調を受け、その後、投影
レンズ６によりスクリーン７に投影される。
上記液晶表示パネル２は、表示画面の対角線が75mm、
絵素ピッチが縦190μｍ×横161μｍ、絵素領域が縦88μ
ｍ×横104μｍ、開口率が30％、基板の屈折率ｎが1.5
3、基板2aの厚さが1.1mmという構成である。本実施例に
おいて、液晶の動作モードはツイステッド・ネマティッ
クを用いているが、他のモードを用いることもできる。
絵素ピッチが縦190μｍ×横161μｍ、絵素領域が縦88μ
ｍ×横104μｍ、開口率が30％、基板の屈折率ｎが1.5
3、基板2aの厚さが1.1mmという構成である。本実施例に
おいて、液晶の動作モードはツイステッド・ネマティッ
クを用いているが、他のモードを用いることもできる。
多くの液晶の動作モードでは図示しない偏光板を併用
することが必要になる。偏光板は液晶表示パネルに直接
貼り合わせることもできるが、高輝度の光源を用いる場
合には、偏光板の光吸収に伴う温度上昇が液晶の動作特
性に影響を与えるので、液晶表示パネルに直接貼り合わ
せない方がよい。偏光板を設置する位置は、液晶表示パ
ネルとの間に偏光特性を変化させるものが入らなけれ
ば、どこでも差し支えない。例えば、平板マイクロレン
ズアレイが液晶表示パネルと偏光板の間に挿入されても
支障はない。
することが必要になる。偏光板は液晶表示パネルに直接
貼り合わせることもできるが、高輝度の光源を用いる場
合には、偏光板の光吸収に伴う温度上昇が液晶の動作特
性に影響を与えるので、液晶表示パネルに直接貼り合わ
せない方がよい。偏光板を設置する位置は、液晶表示パ
ネルとの間に偏光特性を変化させるものが入らなけれ
ば、どこでも差し支えない。例えば、平板マイクロレン
ズアレイが液晶表示パネルと偏光板の間に挿入されても
支障はない。
次に、上記平板マイクロレンズアレイ１について第２
図、第４図に従って詳細に説明する。ここで、第４図
（ａ）はこの平板マイクロレズアレイ１の一部をレンズ
基板10に垂直な方向から見た模式図、第４図（ｂ）は第
４図（ａ）のＸ−Ｘ′線断面図である。第２図ならびに
第４図（ａ）からわかるように、平板マイクロレンズア
レイ１は複数列のマイクロレンズからなり、各列内のマ
イクロレンズは、隣り合うマイクロレンズ間に隙間がな
いように形成されている。また、隣り合う列のマイクロ
レンズは、一方の列におけるマイクロレンズが他方の列
におけるマイクロレンズの隣接する周辺部に対応するよ
うに、互いに位相がずらされ、かつ、上記隣り合う列同
士のマイクロレンズの間に隙間がないように、形成され
ている。
図、第４図に従って詳細に説明する。ここで、第４図
（ａ）はこの平板マイクロレズアレイ１の一部をレンズ
基板10に垂直な方向から見た模式図、第４図（ｂ）は第
４図（ａ）のＸ−Ｘ′線断面図である。第２図ならびに
第４図（ａ）からわかるように、平板マイクロレンズア
レイ１は複数列のマイクロレンズからなり、各列内のマ
イクロレンズは、隣り合うマイクロレンズ間に隙間がな
いように形成されている。また、隣り合う列のマイクロ
レンズは、一方の列におけるマイクロレンズが他方の列
におけるマイクロレンズの隣接する周辺部に対応するよ
うに、互いに位相がずらされ、かつ、上記隣り合う列同
士のマイクロレンズの間に隙間がないように、形成され
ている。
平板マイクロレンズアレイ１におけるマイクロレンズ
11のピッチは、上記液晶パネル２の絵素ピッチ（縦190
μｍ×横161μｍ）に対応し、焦点距離は、液晶表示パ
ネル２の基板2aの厚さに等しい（空気中では、1.1/1.53
≒0.72mmである。）。
11のピッチは、上記液晶パネル２の絵素ピッチ（縦190
μｍ×横161μｍ）に対応し、焦点距離は、液晶表示パ
ネル２の基板2aの厚さに等しい（空気中では、1.1/1.53
≒0.72mmである。）。
上記マイクロレンズ11は、次に説明するようにイオン
交換法によって作製されたものである。
交換法によって作製されたものである。
まず、ガラス基板10の表面にAl,Ti,NiあるいはCr等か
らなる金属薄膜をスパッタ法等の周知の薄膜形成技術で
形成する。次に、液晶表示パネル２の絵素配列と対応し
た配置の微小開口窓を前記金属薄膜に周知のフォトリソ
グラフィに技術により形成し、金属マスクとする。この
ガラス基板10をガラス基板内部に含まれるイオン（以
下、第１のイオンと呼ぶ）よりも屈折率の高いイオン
（以下、第２のイオンと呼ぶ）が含む溶液中に所定の時
間浸す。これにより、金属マスク開口窓を通してイオン
の交換が行なわれ、その結果、金属マスク開口窓の近傍
から周囲に向かって屈折率が徐々に低くなる略半球状の
屈折率分布型のマイクロレンズ11が形成されるのであ
る。
らなる金属薄膜をスパッタ法等の周知の薄膜形成技術で
形成する。次に、液晶表示パネル２の絵素配列と対応し
た配置の微小開口窓を前記金属薄膜に周知のフォトリソ
グラフィに技術により形成し、金属マスクとする。この
ガラス基板10をガラス基板内部に含まれるイオン（以
下、第１のイオンと呼ぶ）よりも屈折率の高いイオン
（以下、第２のイオンと呼ぶ）が含む溶液中に所定の時
間浸す。これにより、金属マスク開口窓を通してイオン
の交換が行なわれ、その結果、金属マスク開口窓の近傍
から周囲に向かって屈折率が徐々に低くなる略半球状の
屈折率分布型のマイクロレンズ11が形成されるのであ
る。
このとき、イオン交換時間などを適当に設定すること
により、第２のイオン種が拡散して行く各領域つまり各
マイクロレンズ11の最前線である拡散フロント12を互い
に融合するようにしている。
により、第２のイオン種が拡散して行く各領域つまり各
マイクロレンズ11の最前線である拡散フロント12を互い
に融合するようにしている。
本実施例の如く液晶表示パネルの絵素ピッチが縦190
μｍ×横161μｍである場合には、各マイクロレンズ11
の拡散フロント12を直径約224μｍとすることにより、
第４図（ａ）に示されるようなガラス基板10全面にわた
りイオンの未拡散領域のない平板マイクロレンズアレイ
１が作製できる。
μｍ×横161μｍである場合には、各マイクロレンズ11
の拡散フロント12を直径約224μｍとすることにより、
第４図（ａ）に示されるようなガラス基板10全面にわた
りイオンの未拡散領域のない平板マイクロレンズアレイ
１が作製できる。
第４図（ｂ）は、第４図（ａ）のＸ−Ｘ′断面におけ
る屈折率の様子と光線の集束される様子を示したもので
ある。この図からわかるように、各マイクロレンズ11の
拡散フロント12が融合したことにより、レンズアレイ全
面にわたる拡散フロント12は基板10内部で一続きの曲面
を形成する。この結果、各マイクロレンズの屈折率分布
（13は等屈折率線を表す。）は、各マイクロレンズ11の
周辺部で屈折率勾配が小さくなり、マイクロレンズ周辺
部を通る光線は過度に屈折して曲げられることなく、す
べての光線14が良好にほぼ一点に集光するようになっ
た。
る屈折率の様子と光線の集束される様子を示したもので
ある。この図からわかるように、各マイクロレンズ11の
拡散フロント12が融合したことにより、レンズアレイ全
面にわたる拡散フロント12は基板10内部で一続きの曲面
を形成する。この結果、各マイクロレンズの屈折率分布
（13は等屈折率線を表す。）は、各マイクロレンズ11の
周辺部で屈折率勾配が小さくなり、マイクロレンズ周辺
部を通る光線は過度に屈折して曲げられることなく、す
べての光線14が良好にほぼ一点に集光するようになっ
た。
なお、隣接するマイクロレンズとの拡散フロントの融
合領域の形状は、各マイクロレンズ11の光軸に対し回転
対称ではないが、集光に対してさほど悪影響せず、各マ
イクロレンズ11は、第４図（ａ）の点線で示される六角
形の領域（第２図の鳥かん図に示されたマイクロレンズ
11の形状はこの領域の形状に対応する。）中に入射する
光線を良好にほぼ一点に集光させるように機能すること
がわかった。
合領域の形状は、各マイクロレンズ11の光軸に対し回転
対称ではないが、集光に対してさほど悪影響せず、各マ
イクロレンズ11は、第４図（ａ）の点線で示される六角
形の領域（第２図の鳥かん図に示されたマイクロレンズ
11の形状はこの領域の形状に対応する。）中に入射する
光線を良好にほぼ一点に集光させるように機能すること
がわかった。
このように優れた集光特性を有する平板マイクロレン
ズアレイ１は、各マイクロレンズ11を液晶表示パネル２
の各絵素領域2bの位置に対応づけて、屈折率が液晶表示
パネルの透明基板の屈折率とほぼ等しい透明な光学用の
接着剤で貼り合わすことにより、第１図に示した状態に
設置されるのである。
ズアレイ１は、各マイクロレンズ11を液晶表示パネル２
の各絵素領域2bの位置に対応づけて、屈折率が液晶表示
パネルの透明基板の屈折率とほぼ等しい透明な光学用の
接着剤で貼り合わすことにより、第１図に示した状態に
設置されるのである。
なお、本実施例の投影型画像表示装置に使用する上記
平板マイクロレンズアレイ１の比較対象として、隣接す
るマイクロレンズの拡散フロント同士が接するのみで互
いに融合しないレンズ径161μｍの従来型の平板マイク
ロレンズアレイを作製した。この従来型の平板マイクロ
レンズアレイの平面図および断面図を第５図（ａ）
（ｂ）にそれぞれ示す。これらの図においては、便宜上
第４図に使用したのと同じ参照番号を用いている。
平板マイクロレンズアレイ１の比較対象として、隣接す
るマイクロレンズの拡散フロント同士が接するのみで互
いに融合しないレンズ径161μｍの従来型の平板マイク
ロレンズアレイを作製した。この従来型の平板マイクロ
レンズアレイの平面図および断面図を第５図（ａ）
（ｂ）にそれぞれ示す。これらの図においては、便宜上
第４図に使用したのと同じ参照番号を用いている。
拡散フロントが横方向に互いに接するのみで融合しな
い平板マイクロレズアレイの場合、第５図（ｂ）に示す
ように、各マイクロレンズ11の周辺部に入射する光線14
は、周辺部の屈折率勾配が大きすぎるため過度に屈折さ
れ、各光線の集光位置がレンズ中心部と周辺部とでは大
きくずれてしまい、大きな球面収差が生じる結果となっ
た。この結果は隣り合う拡散フロントが接することなく
分離していた上記従来の平板マイクロレンズアレイと同
様であった。
い平板マイクロレズアレイの場合、第５図（ｂ）に示す
ように、各マイクロレンズ11の周辺部に入射する光線14
は、周辺部の屈折率勾配が大きすぎるため過度に屈折さ
れ、各光線の集光位置がレンズ中心部と周辺部とでは大
きくずれてしまい、大きな球面収差が生じる結果となっ
た。この結果は隣り合う拡散フロントが接することなく
分離していた上記従来の平板マイクロレンズアレイと同
様であった。
本実施例の投影型画像表示装置によって表示される画
像の輝度を調べたところ、同じ平板マイクロレンズアレ
イ１を用いない場合に比べて、約2.5倍であった。一
方、比較のために作成した従来の構造を有する平板マイ
クロレンズアレイを用いた場合には、それを使用しない
場合に比べて、表示画像の輝度は約1.8倍であった。
像の輝度を調べたところ、同じ平板マイクロレンズアレ
イ１を用いない場合に比べて、約2.5倍であった。一
方、比較のために作成した従来の構造を有する平板マイ
クロレンズアレイを用いた場合には、それを使用しない
場合に比べて、表示画像の輝度は約1.8倍であった。
また、平板マイクロレンズアレイ１を白色の平行光線
で照明したときの集光スポットを顕微鏡で観察したとこ
ろ、従来の平板マイクロレンズアレイでは、集光スポッ
トの大きさが最小になるところに顕微鏡のピントを合わ
せると、マイクロレンズの周辺部の収差による色付いた
ハローが集光スポットの回りに観察されたが、本実施例
において使用された平板マイクロレンズアレイ１では、
集光スポットの形状は円みを帯びた六角形であったが、
その回りにはハローは観察されなかった。
で照明したときの集光スポットを顕微鏡で観察したとこ
ろ、従来の平板マイクロレンズアレイでは、集光スポッ
トの大きさが最小になるところに顕微鏡のピントを合わ
せると、マイクロレンズの周辺部の収差による色付いた
ハローが集光スポットの回りに観察されたが、本実施例
において使用された平板マイクロレンズアレイ１では、
集光スポットの形状は円みを帯びた六角形であったが、
その回りにはハローは観察されなかった。
ところで、本実施例では、平板マイクロレンズアレイ
１をマイクロレンズ11相互間の隙間がなくなるように形
成したが、このようにマイクロレンズ相互間の間隙が皆
無の状態となるように平板マイクロレンズアレイを作製
した場合、液晶表示パネルの各絵素の配列の仕方によっ
ては、各マイクロレンズの拡散フロントの融合する領域
の面積が方向によって著しく異なり、これにより集光ス
ポットの形状が多少乱れることがある。このような場合
は、各マイクロレンズの間に若干の隙間を設けて拡散フ
ロントの融合する領域を少し小さ目にした方が集光効果
を良くすることがある。このような場合でも、各マイク
ロレンズの融合領域を設けることにより、各マイクロレ
ンズ周辺部に起因する球面収差を低減させ、また、マイ
クロレンズアレイ全面に対するマイクロレンズの占有面
積を上げ、集光効果、照明光の利用率を高めようとする
本発明の主旨に変わりはない。
１をマイクロレンズ11相互間の隙間がなくなるように形
成したが、このようにマイクロレンズ相互間の間隙が皆
無の状態となるように平板マイクロレンズアレイを作製
した場合、液晶表示パネルの各絵素の配列の仕方によっ
ては、各マイクロレンズの拡散フロントの融合する領域
の面積が方向によって著しく異なり、これにより集光ス
ポットの形状が多少乱れることがある。このような場合
は、各マイクロレンズの間に若干の隙間を設けて拡散フ
ロントの融合する領域を少し小さ目にした方が集光効果
を良くすることがある。このような場合でも、各マイク
ロレンズの融合領域を設けることにより、各マイクロレ
ンズ周辺部に起因する球面収差を低減させ、また、マイ
クロレンズアレイ全面に対するマイクロレンズの占有面
積を上げ、集光効果、照明光の利用率を高めようとする
本発明の主旨に変わりはない。
なお、本実施例では、ケーラー照明の場合を示した
が、他の照明法、例えばクリティカル照明やテレセント
リック系にも適用することができる。
が、他の照明法、例えばクリティカル照明やテレセント
リック系にも適用することができる。
また、本実施例の投影型画像表示装置は液晶表示パネ
ルを１枚のみ用いる方式のものであったが、本発明は、
３枚の液晶表示パネルを用い、それぞれに３原色の画像
を表示し、それらを光学的に合成してカラー画像を得る
方式にも適用できることは言うまでもない。さらに、表
示パネルは液晶表示パネルに限らず、透過型の表示パネ
ルであればよい。
ルを１枚のみ用いる方式のものであったが、本発明は、
３枚の液晶表示パネルを用い、それぞれに３原色の画像
を表示し、それらを光学的に合成してカラー画像を得る
方式にも適用できることは言うまでもない。さらに、表
示パネルは液晶表示パネルに限らず、透過型の表示パネ
ルであればよい。
また、上記平板マイクロレンズアレイ１はイオン交換
法によって作製したが、モノマー拡散共重合法、つま
り、第１のモノマーを半重合させた透明基板を準備し、
その表面に形成すべきマイクロレンズの配列に対応した
多数の開口部を設けた分子透過防止マスクを設け、その
分子透過防止マスクの開口部を通して、基板中に第２の
モノマーを拡散せた後重合を完結させる方法によって作
製してもよい。
法によって作製したが、モノマー拡散共重合法、つま
り、第１のモノマーを半重合させた透明基板を準備し、
その表面に形成すべきマイクロレンズの配列に対応した
多数の開口部を設けた分子透過防止マスクを設け、その
分子透過防止マスクの開口部を通して、基板中に第２の
モノマーを拡散せた後重合を完結させる方法によって作
製してもよい。
また、本実施例では平板マイクロレンズアレイを半球
状のマイクロレンズによって形成したが、マイクロレン
ズアレイはレンチキュラーレンズやフレネルレンズを形
成するものであってもよい。なお、マイクロレンズの形
状は表示パネルの絵素配列や絵素開口部の形状によって
決定されるのが望ましい。
状のマイクロレンズによって形成したが、マイクロレン
ズアレイはレンチキュラーレンズやフレネルレンズを形
成するものであってもよい。なお、マイクロレンズの形
状は表示パネルの絵素配列や絵素開口部の形状によって
決定されるのが望ましい。
＜発明の効果＞ 以上より明らかなように、本発明によれば、各マイク
ロレンズの集光領域が六角形となるように隣り合うマイ
クロレンズの拡散フロントが互いに融合して、一続きの
曲面をなし、隣り合うマイクロレンズ同士の間には隙間
つまり非レンズ領域が存在しないので、従来においては
平板マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ周辺部の
過度の屈折によって発生していた球面収差を低減させる
と共に、平板マイクロレンズアレイの基板全面に対する
マイクロレンズの占有面積を100％近くまで上げること
ができ、表示パネルに入射される照明光を無駄なく絵素
領域に集光して有効に利用でき、明るい投影画像を得る
ことができる。また、本発明によれば、各マイクロレン
ズの集光領域が六角形となるように、隣り合う列の一方
のマイクロレンズの他方の列におけるマイクロレンズに
対して互いに位相をずらした状態で、隣り合マイクロレ
ンズ同士を重ねているため、隣り合うマイクロレンズ同
士の重なり部分が少なくてもマイクロレンズ間の隙間を
なくすことができ、各マイクロレンズを効率よく使用で
きる。
ロレンズの集光領域が六角形となるように隣り合うマイ
クロレンズの拡散フロントが互いに融合して、一続きの
曲面をなし、隣り合うマイクロレンズ同士の間には隙間
つまり非レンズ領域が存在しないので、従来においては
平板マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ周辺部の
過度の屈折によって発生していた球面収差を低減させる
と共に、平板マイクロレンズアレイの基板全面に対する
マイクロレンズの占有面積を100％近くまで上げること
ができ、表示パネルに入射される照明光を無駄なく絵素
領域に集光して有効に利用でき、明るい投影画像を得る
ことができる。また、本発明によれば、各マイクロレン
ズの集光領域が六角形となるように、隣り合う列の一方
のマイクロレンズの他方の列におけるマイクロレンズに
対して互いに位相をずらした状態で、隣り合マイクロレ
ンズ同士を重ねているため、隣り合うマイクロレンズ同
士の重なり部分が少なくてもマイクロレンズ間の隙間を
なくすことができ、各マイクロレンズを効率よく使用で
きる。
第１図は本発明の一実施例である投影型画像表示装置の
模式図、 第２図は第１図の投影型画像表示装置に使用された平板
マイクロレンズアレイの鳥かん図、 第３図は従来の平板マイクロレンズアレイの鳥かん図、 第４図（ａ）は本実施例において使用された上記平板マ
イクロレンズアレイの模式平面図、第４図（ｂ）は第４
図（ａ）のＸ−Ｘ′線断面図、 第５図（ａ）は第４図に示した平板マイクロレンズアレ
イの比較対象として作製された従来型の平板マイクロレ
ンズの模式平面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＸ−
Ｘ′線断面図である。 １……平板マイクロレンズアレイ ２……液晶表示パネル 2a……液晶表示パネルの基板 2b……絵素領域 2c……遮光領域 ３……光源 ４……反射鏡 ５……コンデンサレンズ ６……投影レンズ ７……投影スクリーン 10……平板マイクロレンズアレイの基板 11……マイクロレンズ 12……拡散フロント 13……等屈折率線 14……光線
模式図、 第２図は第１図の投影型画像表示装置に使用された平板
マイクロレンズアレイの鳥かん図、 第３図は従来の平板マイクロレンズアレイの鳥かん図、 第４図（ａ）は本実施例において使用された上記平板マ
イクロレンズアレイの模式平面図、第４図（ｂ）は第４
図（ａ）のＸ−Ｘ′線断面図、 第５図（ａ）は第４図に示した平板マイクロレンズアレ
イの比較対象として作製された従来型の平板マイクロレ
ンズの模式平面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＸ−
Ｘ′線断面図である。 １……平板マイクロレンズアレイ ２……液晶表示パネル 2a……液晶表示パネルの基板 2b……絵素領域 2c……遮光領域 ３……光源 ４……反射鏡 ５……コンデンサレンズ ６……投影レンズ ７……投影スクリーン 10……平板マイクロレンズアレイの基板 11……マイクロレンズ 12……拡散フロント 13……等屈折率線 14……光線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船田 文明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ株式会社内 (72)発明者 浜中 賢二郎 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 田中 幸司 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−165621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−98631（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−115723（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】複数の絵素を有する表示パネルと、上記複
数の絵素の夫々に対して照明光を集束させる複数のマイ
クロレンズを基板に拡散法で形成してなる屈折率分布型
平板マイクロレンズアレイとを備えた画像表示装置にお
いて、 上記平板マイクロレンズアレイは複数列のマイクロレン
ズからなり、 隣り合う列のマイクロレンズは、一方の列におけるマイ
クロレンズが他方の列におけるマイクロレンズに対して
互いに位相がずらされており、 隣り合うマイクロレンズの拡散フロントは各マイクロレ
ンズの集光領域が六角形になるように互いに融合して、
上記複数のマイクロレンズが上記基板の表面を間隙なく
埋めていることを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1275410A JP2641774B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 画像表示装置 |
| TW079108887A TW197498B (ja) | 1989-10-23 | 1990-10-20 | |
| EP90311625A EP0425251B1 (en) | 1989-10-23 | 1990-10-23 | Image display apparatus |
| KR1019900016965A KR940006985B1 (ko) | 1989-10-23 | 1990-10-23 | 영상표시장치 |
| DE69026463T DE69026463T2 (de) | 1989-10-23 | 1990-10-23 | Bildanzeigevorrichtung |
| US08/140,978 US5359440A (en) | 1989-10-23 | 1993-10-25 | Image display apparatus with microlens plate having mutually fused together lenses resulting in hexagonal shaped microlenses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1275410A JP2641774B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03136004A JPH03136004A (ja) | 1991-06-10 |
| JP2641774B2 true JP2641774B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=17555113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1275410A Expired - Lifetime JP2641774B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | 画像表示装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0425251B1 (ja) |
| JP (1) | JP2641774B2 (ja) |
| KR (1) | KR940006985B1 (ja) |
| DE (1) | DE69026463T2 (ja) |
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| JP2760915B2 (ja) * | 1991-06-03 | 1998-06-04 | 日本板硝子株式会社 | 画像表示装置 |
| JPH0527114A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-05 | Sharp Corp | 有機カラーフイルタアレイの製造方法ならびに投影形カラー液晶表示装置 |
| EP0534426B1 (en) * | 1991-09-26 | 1997-01-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid crystal display panel and projector utilizing the same |
| US5459592A (en) * | 1992-04-24 | 1995-10-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Projection display system including a collimating tapered waveguide or lens with the normal to optical axis angle increasing toward the lens center |
| US5499138A (en) * | 1992-05-26 | 1996-03-12 | Olympus Optical Co., Ltd. | Image display apparatus |
| JP2951858B2 (ja) * | 1994-10-17 | 1999-09-20 | シャープ株式会社 | 投影型カラー液晶表示装置 |
| US5606436A (en) * | 1994-11-21 | 1997-02-25 | Proxima Corporation | Liquid crystal projection panel construction and method of making same |
| JP3251150B2 (ja) * | 1994-12-29 | 2002-01-28 | 日本板硝子株式会社 | 平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法 |
| WO1998033222A1 (en) * | 1997-01-27 | 1998-07-30 | Corning Incorporated | Rigid battery separator with compliant layer |
| TW459154B (en) * | 1998-11-10 | 2001-10-11 | Toshiba Corp | Flat display device |
| CN1688516A (zh) | 2002-10-04 | 2005-10-26 | 康宁股份有限公司 | 透镜阵列及制造这种透镜阵列和光敏玻璃板的方法 |
| JP2006201642A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Dainippon Printing Co Ltd | 拡散レンズアレイシート、面光源装置 |
| JP2015035396A (ja) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | オムロン株式会社 | スイッチおよびこれを用いたキーボード |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5753702A (en) * | 1980-09-16 | 1982-03-30 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Lens body |
| JPS58198001A (ja) * | 1982-05-14 | 1983-11-17 | Seiko Epson Corp | 屈折率分布型平板マイクロレンズアレイ |
| JPS5959421A (ja) * | 1982-09-29 | 1984-04-05 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | プラスチツク平面レンズを製造する方法 |
| JPS60165622A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | Nec Corp | 透過型表示素子 |
| JPS60165621A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | Nec Corp | 透過型表示素子 |
| JPS60227233A (ja) * | 1984-04-25 | 1985-11-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 平面画像表示パネル装置 |
| JPS60262131A (ja) * | 1984-06-08 | 1985-12-25 | Sharp Corp | 液晶表示装置 |
| JP2754529B2 (ja) * | 1985-10-22 | 1998-05-20 | セイコーエプソン株式会社 | 液晶装置 |
| JPS6344624A (ja) * | 1986-08-12 | 1988-02-25 | Fuji Photo Film Co Ltd | 液晶デバイス |
| JPS6435416A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Liquid crystal panel |
| JPH01187502A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-26 | Seiko Epson Corp | 平板レンズアレイ及び平板レンズアレイを備えた液晶表示素子 |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP1275410A patent/JP2641774B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-10-20 TW TW079108887A patent/TW197498B/zh active
- 1990-10-23 KR KR1019900016965A patent/KR940006985B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-10-23 EP EP90311625A patent/EP0425251B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-10-23 DE DE69026463T patent/DE69026463T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03136004A (ja) | 1991-06-10 |
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| DE69026463T2 (de) | 1996-11-28 |
| EP0425251A2 (en) | 1991-05-02 |
| DE69026463D1 (de) | 1996-05-15 |
| EP0425251A3 (en) | 1992-03-25 |
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| TW197498B (ja) | 1993-01-01 |
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