JPH02149837A

JPH02149837A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JPH02149837A
Application number: JP63304959A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-08

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光透過型表示素子（たとえば液晶表示素子な
ど）と、それに対する照明光を絵素領域に集光して、表
示を明るくするための集光手段とを備えた投影型画像表
示装置に関する。

従来の技術従来から用いられる光透過型表示素子とは、それ自身は
発光しないが、その光透３！Ｉ率が駆動信号によって変
化し、別に設けられた光源からの光の強度を変調するこ
とにより画像や文字を表示するものである。この例には
液晶表示素子、エレクトロクロミック表示素子、ＰＬＺ
Ｔ等があり、中でも液晶表示素子はポケッタブルテレビ
ジョン受信機やワードプロセッサ等の表示手段として広
く利用されている。

このような表示素子では、絵素と呼ばれる最小の表示単
位が規則的に配列されており、それらの絵素にそれぞれ
独立した駆動電圧を印加することにより画像や文字が表
示される。各絵素に独立した駆動電圧を印加する方法に
は、単純マトリックス駆動法、アクティブマトリックス
駆動法等があるが、特に後者では各絵素に駆動電圧を供
給するための駆動信号ラインを絵素と絵素の間に配線し
なければならないので、画面中の絵素領域の占める割合
（開口率）が小さくなる。パネルに照射された光のうち
、絵素領域以外の部分に当たった光は、表示に寄与せず
無駄になってしまうので、同じ光源を用いてもパネルの
開口率が低いほど、画面が暗くなるという欠点があった
。

この対策として、照明光をそれぞれの絵素領域に集光す
る手段としてマイクロレンズアレイ（微小レンズが２次
元的に規則的に配列されたもの）を設け、表示画面の明
るさの向上を図ることが、特開昭６０−１６５６２１〜
１６５６２４．特開昭６０−２６２１３１等に開示され
ている。これらの出願では、微細な蒲鉾状のシリンドリ
カルレンズが等間隔に一体的に配列されたレンズ（以下
、レンチキュラーレンズと称する）についても言及され
ているが、一定方向のみの集光効果を利用しているだけ
であり、入射光を１００％利用するには至っていない。

ところで、このようなマイクロレンズアレイの形成法と
しては、次のよ・）な方法が考案されている。

（１）プラスチックあるいはガラスを機械加工または金
型によって成型する方法。

（２）ある種の感光性樹脂にパターン状に露光したとき
、非露光部から露光部に未反応のモノマーが移動し、露
光部が盛り上がるという現象を利用し、凸レンズを形成
する方法。

この方法→こついては、応用物理学会光学懇話会微小光
学研究グループ機関誌Ｖｏ１．うＮｏ、２　ｐＨ８（１
９８７）、同Ｖｏ１．６　ＮＯ，２ｐ８７　（１９８８
）に記述されている。

（３）熱可塑性樹脂を周知のフォトグラフィー技術等に
より、レンズの平面形状にパターン化し、その後、軟化
点以上の温度に加熱して流動性をらたせ、エツジのダレ
を起こさせて凸レンズを得るという方法。

この場合、熱可塑性樹脂が感光性であれば、それ自身を
露光することによってパターン化することができる。

この方法については、特開昭６０−３８９８９、特開昭
６０　１６５６２３、特開昭６１−６７００３に記載さ
れている。

（４）感光性樹脂にプロキシミティ露光（フォトマスク
を密着させずに露光させる方法）を行い、パターンのエ
ツジのボケに応じて光反応酸物の量の分布を持たせ、凸
レンズ形状を得る方法。

この方法については、特開昭６１−１５３６０２に記載
されている。

（５）感光性樹脂に強度分布を持った光を照射し、光の
強度に応じた屈折率分布のパターンを形成し、レンズ効
果と持たせるｈ°法。

この方法については、特開昭６０−７２９２７にて出願
されている。光照射によって屈折率の変化する材料につ
いては特開昭６０−１６６９４６にて出ＰＪＩされてい
る。

（６）選択的イオン拡散により屈折率分布型レンズを得
る方法。

これは、母体となるガラス板を溶融塩に浸漬し、ガラス
板上に設けられたマスクを通して、ガラス板と溶融塩と
の間で異種のアルカリイオン等のイオンを交換させ、マ
スクパターンに対応した屈折率分布を持つガラス板を得
る方法であり、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ　Ｖｏｌ、１７　Ｎｏ、１３　ｐ４５２　（１９８１
）に記載されている。

（７）感光性ガラスに対する光照射によって引き起こさ
れる結晶化に伴う収縮を利用して凸レンズを得る方法。

この方法は、＾ｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ　Ｖｏｌ、２
４　Ｎｏ、１６　ｐ２５２０　（１９８５）に記載され
ており、その原理は次の通りである。銀塩によつ感光性
を付与されたガラスに光を照射すると銀が遊離し結晶核
による潜像を形成する。これを加熱すると結晶核を中心
にしてガラスが結晶化し、その体積が収縮する。光をパ
ターン化して照射すると、光照射部は収縮するが、非照
射部は収縮しないので相対的に取り残されて盛り上がり
、表面張力により凸レンズ状となる。

発明が解決しようとする課題表示素子に照射された光を個々が円形のレンズアレイを
用いて絵素領域に集光する場合、レンズと【／ンズの間
隙に入射した光が有効に利用されないという問題点が生
じる。第５図は従来例を示す図である。表示素子１１の
絵素１２に関して、縦方向の絵素ピッチＰ１と横方向の
絵素ピッチＰ２が等しい場合（第５図（１）に示す）、
マイクロレンズ１３の集光率の上限は絵素１２の正方形
の面積とそれに内接する円の面積比ｒｌ＝（ＰＩ／２）”π／（ＰＬ＞”＝ｇ／４”；０．
７８５　　＝ｉｌ）となる、Ｉ１１方向の絵素ピッチＰ
１と横方向の絵素ピッチＰ２が等しくない場合（第５図
（２）に示す）には、マイクロレンズ１３の直径は短い
ほうの絵素ピッチ（たとえばＰＬ＞Ｐ２とする）よりも
大きくできないので、集光率は前述の値よりも小さな面
積比ｒ２＝（Ｐ２／２）２π／（Ｐｌ・Ｐ２）＝（Ｐ２／Ｐ
Ｉ）・（ｒ／４）　−＜２）となる。

さらに、前述のマイクロレンズアレイの形成決手（１）
項以外の方法では、マイクロレンズ１３相互間を分離す
るために、マイクロレンズ１３相互間に間隙が空くよう
にマイクロレンズ１３の径を小さくしなければならない
ので、集光率はさらに小さくなる。前述の第（１）項の
方法では、原理的には球面を正方形または長方形の外形
に切り取った形状のレンズを隙間なく並べることは可能
であるが、絵素ピッチＰＬ、Ｐ２が小さくなると、現実
的には金型の製作が困難になる。

本発明の目的は上述の技術的課題を解決し、製造が容易
であって、開口率が格段に向上された投影型画像表示装
置を提供することである。

課題を解決するための手段本発明は、光透過型表示素子と、該光透過型表示素子の少なくとも光源側に配置され、該
光透過型表示素子の各絵素に対応した集光手段とを含み
、該集光手段は光透過材料から成り、光透過型表示素子側
表面およびその反射側表面には、その軸線が、互いに交
差する一対のレンチキュラーレンズがそれぞれ形成され
ることを特徴とする投影型画像表示装置である。

作　　用一対のシリンドリカルレンズをその軸線が互いに交差す
るように配置し、それらの焦点が一致するように配置し
たものは、球面レンズと等価であるので、互いに交差す
る一対のレンチキュラーレンズは、個々のレンズの平面
視外形が長方形である球面レンズのアレイと等価になる
。これを投影型画像表示装置に適用すると、集光率が向
上する。

つまり、表示パネルに入射した光を従来よりも格段に多
く利用することが可能になり、同じ光源を用いても従来
よりも表示が明るくなる。

実施例第１図は、本発明の一実施例の投影型画像表示装置の光
学系の系統図である。光透過型表示素子である液晶表示
パネル１の光軸方向両側には、基本的構成を従来技術の
項で説明した光源側レンチキュラーレンズ２ａ、投影レ
ンズ側レンチキュラーレンズ２ｂが配置される。レンチ
キュラーレンズ２ａ、２ｂのさらに外側には、投影レン
ズ３、コンデンサーレンズ４、および光源５が配置され
る。光源５から発した光は、コンデンサーレンズ４によ
り集光され、液晶表示パネル１に照射され、投影レンズ
３によりスクリーンに投影される。ここで、液晶表示パ
ネル１に照射された光は、光源側レンチキュラーレンズ
２ａにより各表示絵素領域だけを透過するように収束さ
れ、液晶に印加された信号電圧に応じて強度変調を受け
た後、投影レンズ側レンチキュラーレンズ２ｂにより投
影レンズ３に向かうように収束される。

次に、レンチキュラーレンズの設計について説明する。

第２図に、１絵素分のレンチキュラーレンズ２ａ、２ｂ
と液晶表示パネル１の斜視図を示す、レンチキュラーレ
ンズ２ａ、２ｂを構成する個々の蒲鉾状のシリンドルカ
ルレンズ６ａ、７ａ、６ｂ、７ｂの幅Ｐｌａ、Ｐ２ａ；
Ｐｌｂ　　Ｐ２ｂは液晶表示パネル１の絵素ピッチＱｌ
、Ｑ２とほぼ等しくするが、投影光学系の設定に応じて
伍かに補正を加えてもよい。

第３図および第４図は、それぞれ第２図の切断面線ｍ−
ｍ、ｒｖ−ｒｖがら見た断面図である。液晶表示パネル
１の透明基板１ａ、ｌａ’問に液晶層１ｂが介在される
。本実施例で用いた基板１ａ。

ｌａ′の厚さｔ８は１．１ｍｍ、屈折率ｎは１゜５であ
り、液晶層１ｂの厚さは約５μｍである。

レンチキュラーレンズ２ａ、２ｂの厚さ１１は１゜１ｍ
ｍである。液晶ＩＷ１ｂの中央部に絵素領域ＩＣ（第２
図の斜線を付した部分で囲まれる領域）があり、そこに
照射光が集まるように、レンチキュラーレンズ２ａ、２
ｂを設計する。

つまり、液晶表示パネル１から近いほうのレンチキュラ
ーレンズ７ａ、６ｂの焦点距Ｍｒ＋は、ｆ＋＝ｔｓ＝１
．１ｍｍ　　　　　　　　　　　　・・・（３）とし、
遠いほうのレンチキュラーレンズ６ａ、７ｂの焦点距Ｍ
ｒｘは、ｆ、＝ｔｓ＋ｔｔ＝２．２ｍｍ　　　　　　　　　　−
（４）とする、ただし焦点距離ｆ＋、ｆｚはいずれも屈
折率ｎの基板１ａ、ｌａ’中での値である。

屈折率ｎ０の媒質から、屈折率ｎで曲率半径ｒの凸面を
有する媒質に光が入射する場合の焦点距＠ｆは、ｆ＝ｒＸｎ／　（ｎ−ｎｏ　）　　　　　　　　　　　
−（５）で与えられるので、ｎ、＝１（空気）、ｎ＝１
゜５くガラス）とすると、前記レンチキュラーレンズ６
ａ、７ｂ：６ｂ、７ａの曲率半径ｒｌ、ｒ２はそれぞれ
３６７μｍ、７３３μｍとなる。絵素ピッチｐが２００
μｍのとき、レンズの膨らみは、ｒ　−Ｊ　ｒ　−ｐ　
　２２　　　　　　　　　　　・・・（６）で与えられ
るので、レンチキュラーレンズ６ａ７ｂ；６ｂ、７ａの
膨らみＢｌ、Ｂ２はそれぞれ１３．９μｍ、６．９μｍ
となる。

以上のような設計に基づき、機械加工により一枚の透明
プラスチック板の両面を互いに直交するレンチキュラー
レンズ６ａ、７ａ　（６ｂ、７ｂ）に加工し、開口率が
約５０％の液晶表示パネル１を用いた投影型画像表示装
置に適用したところ、従来に比べて表示画像の輝度が１
．５倍以上に向上した。

本発明は、前述のようにレンチキュラーレンズｌａ、１
ｂを組み合わせて用いることを特徴とするが、従来技術
の項で説明したマイクロレンズアレイの形成決手（１）
項〜第（６）項のいずれの方法を用いても、このレンチ
キュラーレンズｌａ。

１ｂを製造することが可能である。

なお、前述の選択的イオン拡散により屈折率分布型レン
ズを得る方法でレンチキュラーレンズ１ａ、ｌｂを形成
する場合には、レンズの外形は凹凸がないので、カナダ
バルサムや光硬化性樹脂を用いて、空気層を介さずに液
晶表示パネルに張り合わせることができる。

発明の効果本発明により作成された投影型画像表示装置は、レンチ
キュラーレンズアレイの組合わせにより、光源の光を有
効に利用し、明るい投影画像を表示することができる。

また、本発明で用いられるレンチキュラーレンズアレイ
は、球面レンズのアレイと比較して金型の製作が容易で
あるので、加圧成型法や射出成型法を用いることができ
、低コスト・大量生産に適するという経済効果も合わせ
持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系の系統図、第２図は
１絵素分のレンチキュラーレンズ２ａ。２ｂと液晶表示パネル１の斜視図、第３図は第２図の構
成の切断面線ト（から見た断面図、第４図は第２図の構
成の切断面線■−ＩＶから見た断面図、第５図は従来技
術の問題点を説明する図である。１・・・液晶表示パネル、ｌａ、ｌａ’・・・液晶表示
パネルの基板、１ｂ・・・液晶層、１ｃ・・・絵素領域
、２ａ・・・光源側レンチキュラーレンズ、２ｂ・・・
投影レンズ側レンチキュラーレンズ、３・・・投影レン
ズ、４・・・コンデンサーレンズ、５・・・光源代理人
　　弁理士　画数　圭一部第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】光透過型表示素子と、該光透過型表示素子の少なくとも光源側に配置され、該
光透過型表示素子の各絵素に対応した集光手段とを含み
、該集光手段は光透過材料から成り、光透過型表示素子側
表面およびその反射側表面には、その軸線が、互いに交
差する一対のレンチキュラーレンズがそれぞれ形成され
ることを特徴とする投影型画像表示装置。