JPH05313122A

JPH05313122A - 表示装置

Info

Publication number: JPH05313122A
Application number: JP4148106A
Authority: JP
Inventors: Toru Yoshida; 徹吉田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示パネルの画像をレンズを用いてスク
リーンに拡大投影する表示装置において、装置自体を薄
型化する。【構成】液晶表示パネル１１の画像をそれぞれ対応す
る凸レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃで複数に分割する。
このように、凸レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃは液晶表
示パネル１１の画像を複数に分割しているだけであるの
で、その焦点距離をかなり短くすることができる。そし
て、凸レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃで分割した各画像
を１枚の凹レンズ２４によって拡散してスクリーン２５
に拡大投影する。したがって、凸レンズ２３ａ、２３
ｂ、２３ｃからスクリーン２５までの距離をかなり短く
することができ、ひいては薄型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶テレビ等で用いら
れる表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶テレビ等で用いられる表示装置の表
示画面を大型化する場合、液晶表示パネル自体つまりそ
の一部を構成するガラス等からなる透明基板を大きくす
ると、製造装置が大型化して設備費が増大するばかりで
なく、歩留が低下する。そこで、従来の表示装置には、
図４に概略的に示すように、液晶表示パネル１の画像を
凸レンズ２によってスクリーン３に拡大投影し、これに
より表示画面を大型化するようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような表示装置では、装置自体がかなり厚型化する
という問題があった。例えば、液晶表示パネル１の表示
領域４の一辺の長さＰ₀が５０ｍｍでこれを２倍（Ｐ₁＝
２Ｐ₀）の１００ｍｍに拡大投影する場合、液晶表示パ
ネル１の裏面側に配置されたバックライト（図示せず）
からの光を凸レンズ２に十分に取り込めるようにするに
は、凸レンズ２の直径Ｄを５０ｍｍ程度としなければな
らず、しかも仮に投影距離（凸レンズ２からスクリーン
３までの距離）Ｓを最小にするとしても、Ｆ数（Ｆ≧
１）を考慮すると、Ｆ＝ｆ／Ｄ（ただし、ｆは凸レンズ
２の焦点距離）の関係式からｆ≧Ｄとなり、凸レンズ２
の焦点距離ｆとして５０ｍｍ程度が限界であり、投影距
離Ｓを１５０ｍｍ程度以下にすることができず、装置自
体がかなり厚型化してしまう。この発明の目的は、薄型
化することのできる表示装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
表示パネルとスクリーンとの間に、前記表示パネルの画
像を複数に分割するための複数の凸レンズを配置し、こ
の複数の凸レンズと前記スクリーンとの間に、前記複数
の凸レンズによって分割された各画像を拡散するための
凹レンズを配置したものである。請求項２記載の発明
は、前記表示パネルの画像表示面から前記各凸レンズの
主点までの距離を、前記各凸レンズの主点から前記凹レ
ンズの主点までの距離よりも大きくなしたものである。
請求項３記載の発明は、前記各凸レンズを棒状レンズと
したものである。請求項４記載の発明は、前記表示パネ
ルの画像表示面から前記各棒状レンズの入射側主点まで
の距離を、前記各棒状レンズの出射側主点から前記凹レ
ンズの主点までの距離よりも大きくなしたものである。
請求項５記載の発明は、前記各棒状レンズの屈折率を軸
中心から外周側に向かって漸次変化するようにしたもの
である。請求項６記載の発明は、前記各棒状レンズの長
さを該棒状レンズを通過する光の蛇行周期の３／４倍と
したものである。

【０００５】

【作用】この発明によれば、表示パネルの画像を複数の
凸レンズで複数に分割し、この分割した各画像を凹レン
ズによって拡散してスクリーンに拡大投影することにな
る。この場合、表示パネルの画像は複数に分割され、各
凸レンズに対応する像高が小さくなるため、各凸レンズ
はその焦点距離をかなり短くすることができ、しかもこ
の複数の凸レンズで分割した各画像を拡大投影するため
に凹レンズを用いているので、複数の凸レンズからスク
リーンまでの距離をかなり短くすることができ、ひいて
は薄型化することができる。この場合、請求項２記載の
如く、凸レンズの主点から画像表示面までを凸レンズの
主点から凹レンズの主点までの距離よりも大となせば、
スクリーン面に投影される合成画像の重なりを小さくし
たり殆どなくしたりすることができる。請求項３記載の
如く、凸レンズを棒状レンズとすれば、正立像や倒立像
を自由に選択できるので、適用範囲の拡大を図ることが
できる。この棒状レンズに対しても請求項４記載の如き
構成とすれば、スクリーン面での合成画像の重なりをな
くすことができる。棒状レンズを請求項５記載の如く、
屈折率が軸中心から外周側に向かって漸次変化するもの
とすれば、全反射で光を伝送するものに比較して、伝送
損失を小さくすることができるし、また、請求項６記載
の如く、棒状レンズを蛇行周期の３／４倍とすれば、正
立等倍像を結像させることができる。

【０００６】

【実施例】図１はこの発明の第１実施例における表示装
置の概略構成を示したものである。この表示装置は液晶
表示パネル１１を備えている。液晶表示パネル１１は、
２枚の透明基板１２、１３間の周囲に封止材１４が設け
られ、その内部に液晶１５が封入され、その表裏両面に
偏光板（図示せず）が配置された構造であって、周囲の
封止材１４に対応する部分が非表示領域でその内側が表
示領域となっている。液晶表示パネル１１の表示領域
は、実際には分割されていないが、説明の便宜上、図２
（Ａ）に示すように、縦方向および横方向の分割線で示
す各領域にそれぞれ３等分されている。そして、縦方向
上側の分割表示領域を符号１６ａで表わし、縦方向中央
の分割表示領域を符号１６ｂで表わし、縦方向下側の分
割表示領域を符号１６ｃで表わすこととする。液晶表示
パネル１１の左側にはバックライト（図示せず）が配置
されている。液晶表示パネル１１の右側には、各分割表
示領域１６ａ、１６ｂ、１６ｃにそれぞれ対応して合計
９つの方形中空状の導光部２１を有する導光部材２２が
配置されている。導光部材２２の各導光部２１内の右側
にはそれぞれ凸レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃが配置さ
れている。導光部材２２の右側には１枚の凹レンズ２４
が配置されている。凹レンズ２４の右側には１枚の半透
明なスクリーン２５が配置されている。

【０００７】この表示装置では、一例として、液晶表示
パネル１１の表示領域の一辺の長さＰ₀が５０ｍｍでこ
れを２倍（Ｐ₁＝２Ｐ₀）の１００ｍｍに拡大投影するよ
うになっている。このため、凹レンズ２４の焦点距離
は、各凸レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび１枚の凹
レンズ２４を透過してスクリーン２０に投影される各投
影画像を隣接部で互いに重なり合うことなく互いに密接
させるような値であって、５１ｍｍとなっている。した
がって、凹レンズ２４の主点からスクリーン２０までの
距離Ｓ₂は５１ｍｍとなっている。縦方向上側の３つの
凸レンズ２３ａおよび縦方向下側の３つの凸レンズ２３
ｃに対応する光路長は縦方向中央の３つの凸レンズ２３
ｂに対応する光路長よりも長くなるので、その補正を行
っている。すなわち、縦方向上側の３つの凸レンズ２３
ａおよび縦方向下側の３つの凸レンズ２３ｃは、焦点距
離が２３ｍｍであって、主点が液晶表示パネル１１の画
像表示面からＳ₃＝３４ｍｍ離間した位置に配置されて
いる。縦方向中央の３つの凸レンズ２３ｂは、焦点距離
が２２ｍｍであって、主点が液晶表示パネル１１の画像
表示面からＳ₄＝３３ｍｍ離間した位置に配置されてい
る。そして、凹レンズ２４の主点から液晶表示パネル１
１の画像表示面までの距離Ｓ₁は４９ｍｍとなってい
る。したがって、液晶表示パネル１１の画像表示面から
スクリーン２５までの距離Ｓ₀はＳ₁＋Ｓ₂＝１００ｍｍ
となっている。

【０００８】さて、この表示装置では、バックライトの
点灯により、液晶表示パネル１１の表示領域から画像に
対応した光線が出射される。縦方向上側の３つの分割表
示領域１６ａから出射された各光線は、それぞれ対応す
る導光部２１を通って縦方向上側の各凸レンズ２３ａに
よって分割され、この後凹レンズ２４の上部によって上
方に向かって屈曲拡散され、スクリーン２５の上部に拡
大投影される。縦方向中央の３つの分割表示領域１６ｂ
から出射された各光線は、それぞれ対応する導光部２１
を通って縦方向中央の各凸レンズ２３ｂによって分割さ
れ、この後凹レンズ２４の中央部によって屈曲拡散さ
れ、スクリーン２５の中央部に拡大投影される。縦方向
下側の３つの分割表示領域１６ｃから出射された各光線
は、それぞれ対応する導光部２１を通って縦方向下側の
各凸レンズ２３ｃによって分割され、この後凹レンズ２
４の下部によって下方に向かって屈曲拡散され、スクリ
ーン２５の上部に拡大投影される。

【０００９】この場合、各凸レンズ２３ａ〜２３ｃ（図
１は側面から見た概略図なので縦方向に配列された３枚
のみ図示されているが、横方向にも３列に配列されてお
り、全部で９枚である。）は、それぞれが各表示を上下
および左右方向に逆転した倒立像を結像するので、スク
リーン２５上に投影される合成画像を１枚の正立拡大像
とするためには、液晶表示パネル１１に表示される表示
画像の表示位置を変えておく必要がある。以下、このこ
とについて説明する。図２（Ａ）は液晶表示パネル１１
の各表示領域１６ａ〜１６ｉに表示される表示画像の位
置を説明するための平面図である。各表示領域１６ａ〜
１６ｉは、それぞれが凸レンズ２３ａ〜２３ｃの中のい
ずれか１枚に対応している。図２（Ｂ）はスクリーン２
５上に投影される合成画像の表示位置を示す平面図であ
る。図２（Ａ）と図２（Ｂ）の各表示画像の位置を対比
すると、各表示領域１６ａ〜１６ｉ内における表示画像
はその位置が上下および左右で反転していることが判
る。表示領域１６ａを一例として具体的に説明すれば、
表示領域１６ａの右下に表示される表示画像ｘ₁ｙ₁は、
スクリーン２５上では左上の表示画像ｘ₁ｙ₁に対応する
位置に表示される。表示領域１６ａの左上に表示される
表示画像ｘ₂ｙ₂は、これとは逆に、スクリーン２５上で
は右下の表示画像ｘ₂ｙ₂に対応する位置に表示される。
同様に、表示領域１６ａに表示される表示画像ｘ₁ｙ₂と
ｘ₂ｙ₁は、スクリーン２５上ではそれぞれ相手方と入れ
換わった位置に表示される。このことは、すべての表示
領域１６ａ〜１６ｉに関して全く同一である。液晶表示
パネル１１に図２（Ａ）に示すような表示をするには、
水平シフトレジスタに供給するデータの順番を変えれば
よい。すなわち、通常の表示の場合にｘ₁、ｘ₂、ｘ₃、
ｘ₄・・・ｘ_n-1、ｘ_n行目のデータをこの順でシフトレ
ジスタに送るとしたら、この実施例の液晶表示パネル１
１に対しては、ｘ₂、ｘ₁、ｘ₄、ｘ₃・・・ｘ_n、ｘ_n-1の
如く、各表示領域１６ａ〜１６ｉにおける順番を逆順に
すればよい。また、各行のデータは、通常の表示の場合
にｙ₁、ｙ₂、ｙ₃、ｙ₄・・・ｙ_n-1、ｙ_nの正順でシフト
レジスタに供給されるとしたら、この実施例の液晶表示
パネル１１に対しては、ｙ₂、ｙ₁、ｙ₄、ｙ₃・・・
ｙ_n、ｙ_n-1の如く、各表示領域１６ａ〜１６ｉにおける
順番を逆順にすればよい。

【００１０】このように、この表示装置では、液晶表示
パネル１１の９つの分割表示領域１６ａ、１６ｂ、１６
ｃの各画像をそれぞれ対応する凸レンズ２３ａ、２３
ｂ、２３ｃで分割しているだけであるので、凸レンズ２
３ａ、２３ｂ、２３ｃの焦点距離を２２〜２３ｍｍとか
なり短くすることができ、しかも凸レンズ２３ａ、２３
ｂ、２３ｃで分割した各画像をスクリーン２５に拡大投
影するために１枚の凹レンズ２４を用いているので、凸
レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃからスクリーン２５まで
の距離を従来の１５０ｍｍに対して６６〜６７ｍｍとか
なり短くすることができ、ひいては薄型化することがで
きる。

【００１１】次に、図３はこの発明の第２実施例におけ
る表示装置の概略構成を示したものである。この図にお
いて、図１と同一名称部分には同一の符号を付し、その
説明を適宜省略する。この表示装置では、第１実施例に
おける凸レンズ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとして、棒状レ
ンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを用いている。棒状レンズ
３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、屈折率分布形レンズの一種
で、ロッドレンズ、セルフォックレンズ等と呼ばれ、中
心軸から半径方向の距離をｒとしたとき、屈折率ｎ
（ｒ）が近似的に次式で表わされるものからなってい
る。ただし、Ｇは屈折率分布定数である。ｎ（ｒ）＝ｎ（０）｛１−１／２×Ｇｒ²｝このような棒状レンズを作成する方法としては、イオン
交換法によってガラスで作成する方法、拡散重合法によ
って樹脂で作成する方法等が知られている。また、この
ような棒状レンズでは、端面に入射した光線の入射位
置、入射角度に関係なく、すべての光線が同じ蛇行周期
Ｑ（２π／√（Ｇ））で正弦波状の光路をとって進むよ
うになっている。このため、棒状レンズの長さＺをレン
ズを通過する光線の蛇行周期Ｑの３／４倍に選定する
と、正立等倍像を結像させることができる。この第２実
施例で用いられている棒状レンズ３１ａ、３１ｂ、３１
ｃは、このような構造であって、正立等倍結像するよう
になっている。このため、この第２実施例の液晶表示パ
ネル１１に表示される表示画面は、通常の場合と同じで
よく、第１実施例の如き、表示領域毎の表示画像の位置
の入れ換えを行う必要はない。

【００１２】この表示装置では、液晶表示パネル１１の
９つの分割表示領域１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各画像を
それぞれ対応する棒状レンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃで
分割し、この分割した各画像を１枚の凹レンズ２４によ
って拡散してスクリーン２５に拡大投影することにな
る。この場合、各棒状レンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの
入射側主点から液晶表示パネル１１の画像表示面までの
距離Ｓ₅を、出射側主点から凹レンズ２４の主点までの
距離Ｓ₆よりも大となし、スクリーン２５上に拡大投影
される合成画像が重なりを生じないようにされている。
したがって、この場合も、棒状レンズ３１ａ、３１ｂ、
３１ｃからスクリーン２５までの距離をかなり短くする
ことができ、ひいては第１実施例同様に薄型化すること
ができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、表示パネルの画像を複数に分割するための複数の凸
レンズの焦点距離をかなり短くすることができ、しかも
この複数の凸レンズで複数に分割した各画像を拡大投影
するために凹レンズを用いているので、複数の凸レンズ
からスクリーンまでの距離をかなり短くすることがで
き、ひいては薄型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例における表示装置の概略
構成図。

【図２】液晶表示パネルの画像とスクリーン上の投影画
像との関係を説明するために示す図。

【図３】この発明の第２実施例における表示装置の概略
構成図。

【図４】従来の表示装置の概略構成図。

【符号の説明】

１１液晶表示パネル２３ａ、２３ｂ、２３ｃ凸レンズ２４凹レンズ２５スクリーン３１ａ、３１ｂ、３１ｃ棒状レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表示パネルとスクリーンとの間に、前記
表示パネルの画像を複数に分割するための複数の凸レン
ズを配置し、この複数の凸レンズと前記スクリーンとの
間に、前記複数の凸レンズによって分割された各画像を
拡散するための凹レンズを配置したことを特徴とする表
示装置。
【請求項２】前記表示パネルの画像表示面から前記各
凸レンズの主点までの距離を、前記各凸レンズの主点か
ら前記凹レンズの主点までの距離よりも大きくなしたこ
とを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】前記各凸レンズは棒状レンズであること
を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項４】前記表示パネルの画像表示面から前記各
棒状レンズの入射側主点までの距離を、前記各棒状レン
ズの出射側主点から前記凹レンズの主点までの距離より
も大きくなしたことを特徴とする請求項３記載の表示装
置。
【請求項５】前記各棒状レンズは、その屈折率が軸中
心から外周側に向かって漸次変化するものであることを
特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】前記各棒状レンズの長さは、該棒状レン
ズを通過する光の蛇行周期の３／４倍であることを特徴
とする請求項５記載の表示装置。