JPH0534817A - Projection type color image display device - Google Patents

Projection type color image display device

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JPH0534817A
JPH0534817A JP3190272A JP19027291A JPH0534817A JP H0534817 A JPH0534817 A JP H0534817A JP 3190272 A JP3190272 A JP 3190272A JP 19027291 A JP19027291 A JP 19027291A JP H0534817 A JPH0534817 A JP H0534817A
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display panel
liquid crystal
projection lens
light
crystal display
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Hiroshi Nakanishi
浩 中西
Hiroshi Hamada
浩 浜田
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Abstract

PURPOSE:To realize the projection type color image display device which has a bright screen and generates no color slurring. CONSTITUTION:The projection type color image display device is equipped with a light source 3, a transmission type liquid crystal display panel 1 formed by charging liquid crystal between a couple of transparent substrates 1a and 1b and arraying display picture elements in a matrix shape, microlenses 2 provided corresponding to the individual picture elements of the liquid display crystal panel 1, color filters 3R, 3G, and 3B of the primary colors R, G, and B which are arranged corresponding to the individual picture elements of the liquid crystal display panel and have specific transmission spectra, and a projection lens 7 which projects an image, displayed on the liquid crystal display panel 1, on a screen 8. Then the relation between the numerical aperture (Na) (a) of the projection lens 7 and the numerical aperture (Na) (b) of the microlenses 2 is set to 0.8*b<=a<=1.2*b to cut light of a component which has inferior parallelism and is made incident on the projection lens 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マトリクス状に配列さ
れた複数の表示用の絵素を有する透過型の表示パネル
と、表示を明るくするための集光手段として用いられ、
該表示パネルに対する照明光を絵素領域に集光するマイ
クロレンズアレイと、該表示パネルの個々の絵素に対応
するように配置され、かつ、所定の透過スペクトルを有
するカラーフィルタと、該表示パネルに表示されたカラ
ー画像をスクリーン上に拡大投影する投影レンズとを備
えた投影型カラー画像表示装置に関し、特に大画面の投
影型TVシステムや情報表示システムに適用が期待され
る投影型カラー画像表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used as a transmissive display panel having a plurality of display picture elements arranged in a matrix, and as a light condensing means for brightening the display.
A microlens array that collects illumination light for the display panel in a pixel region, a color filter that is arranged so as to correspond to each pixel of the display panel, and has a predetermined transmission spectrum, and the display panel Relates to a projection type color image display device having a projection lens for enlarging and projecting a color image displayed on a screen onto a screen, and particularly a projection type color image display expected to be applied to a large screen projection type TV system or information display system. Regarding the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来一般の透過型表示パネルは、それ自
体は発光しない表示パネルの透過率を駆動信号によって
変化させ、該表示パネルに照明光を照射する光源からの
照明光の強度を変調して画像や文字をスクリーン上に表
示する構成をとる。このような表示パネルとして、液晶
表示パネル、エレクトロクロミックディスプレイ、PL
ZT等の透光性セラミックを用いたディスプレイ等があ
り、中でも液晶表示パネルはポケットTVやワードプロ
セッサ等に広く利用されている。
2. Description of the Related Art In a conventional general transmission type display panel, the transmittance of a display panel which does not emit light itself is changed by a drive signal, and the intensity of illumination light from a light source for illuminating the display panel is modulated. Image and characters are displayed on the screen. As such a display panel, a liquid crystal display panel, an electrochromic display, a PL
There are displays using translucent ceramics such as ZT, and liquid crystal display panels are widely used for pocket TVs, word processors and the like.

【0003】このような液晶表示パネルは、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、該絵素
にそれぞれ独立した駆動電圧を印加して表示媒体として
の液晶の光学特性を変化させ、これにより画像や文字を
表示する。ここで、各絵素に独立した駆動電圧を印加す
る方法には、単純マトリクス駆動方式と、MIM(Me
tal Insulator Metal)ダイオード
等の非線形2端子スイッチング素子やTFT(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クス駆動方式がある。
In such a liquid crystal display panel, a minimum display unit called a picture element is regularly arranged, and an independent drive voltage is applied to each picture element to determine the optical characteristics of liquid crystal as a display medium. The image is changed and the image is displayed. Here, as a method of applying an independent drive voltage to each picture element, a simple matrix drive method and MIM (Me
There is an active matrix drive system in which a nonlinear 2-terminal switching element such as a tal Insulator Metal) diode or a 3-terminal switching element such as a TFT (thin film transistor) is provided in each pixel.

【0004】また、透過型表示パネルを観察するモード
としては、表示パネルを直視するモードと、投影レンズ
によって画像や文字をスクリーン上に拡大投影する投影
(投射)モードとがある。
Further, as modes for observing the transmissive display panel, there are a mode for directly looking at the display panel and a projection mode for enlarging and projecting an image or a character on a screen by a projection lens.

【0005】そして、観察モードが投影モードである投
影型の表示パネルには、R(赤)、G(緑)、B(青)
三原色のモザイク状のカラーフィルタを配列したカラー
液晶表示パネルを1枚用いるいわゆる1枚パネル方式
と、白黒(モノクロ)表示の3枚の液晶表示パネルを用
いたいわゆる3枚パネル方式とがある。前者は、液晶表
示パネルに表示されたカラー画像を投影レンズによって
投影する方式であり、後者と比べると液晶表示パネルの
小型軽量化が図れるほか、製造コストを大幅に低減でき
る利点がある。
Then, in the projection type display panel whose observation mode is the projection mode, R (red), G (green) and B (blue) are provided.
There are a so-called one-panel system using one color liquid crystal display panel in which mosaic color filters of three primary colors are arranged, and a so-called three-panel system using three liquid crystal display panels for monochrome display. The former is a method in which a color image displayed on a liquid crystal display panel is projected by a projection lens, and compared to the latter, there are advantages that the liquid crystal display panel can be made smaller and lighter and the manufacturing cost can be significantly reduced.

【0006】また、前者の方式には、カラーフィルタを
液晶層内に配置する方式と、例えば特開昭49-74438(特
公昭54-18886)号公報に開示されているように、該カラ
ーフィルタを液晶表示パネルの一方のガラス基板の外面
側に配置する、いわゆるカラーフィルタ外付け方式とが
知られている。
In the former method, a color filter is arranged in a liquid crystal layer, and the color filter is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-74438 (Japanese Patent Publication No. 54-18886). There is known a so-called color filter external mounting method, in which is disposed on the outer surface side of one glass substrate of the liquid crystal display panel.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
アクティブマトリクス駆動方式では、各絵素に独立した
駆動電圧を供給するために、各絵素に薄膜トランジスタ
又はMIM等のスイッチング素子を設け、かつ該スイツ
チング素子に駆動信号を供給するバスライン(ゲートバ
スラインおよびソースバスライン)を絵素と絵素の間に
配線しなければならない。そのため、液晶表示パネルに
おける画面中の絵素領域の占める割合(開口率)が小さ
くなり、以下に示す欠点がある。
However, in the above-mentioned active matrix driving method, in order to supply an independent driving voltage to each picture element, a switching element such as a thin film transistor or MIM is provided in each picture element, and the switching is performed. Bus lines (gate bus lines and source bus lines) that supply drive signals to the elements must be wired between the picture elements. Therefore, the ratio (aperture ratio) of the picture element area in the screen of the liquid crystal display panel becomes small, and there are the following drawbacks.

【0008】光源から液晶表示パネルに照射された照明
光の中で、絵素領域以外の領域に入射した光は、表示信
号による変調を受けない。このため、表示動作モードが
ノーマリーブラックモード(液晶層に電界が印加されて
いない時に、光が透過しないような動作モード)の液晶
表示パネルでは、絵素領域以外の領域に入射した表示に
寄与しない光が液晶表示パネルを透過する。
Of the illumination light emitted from the light source to the liquid crystal display panel, the light incident on the area other than the picture element area is not modulated by the display signal. Therefore, in a liquid crystal display panel whose display operation mode is a normally black mode (an operation mode in which light is not transmitted when an electric field is not applied to the liquid crystal layer), it contributes to a display incident on a region other than the pixel region. Light that does not pass through the liquid crystal display panel.

【0009】一方、表示モードがノーマリーホワイトモ
ード(液晶層に電界が印加されていない時に、光が透過
するような動作モード)である液晶表示パネルでは、絵
素領域以外の領域に入射した光が液晶表示パネルを透過
すると、表示画面の黒レベルが浮き上がってコントラス
トが低下する。
On the other hand, in a liquid crystal display panel whose display mode is a normally white mode (an operation mode in which light is transmitted when an electric field is not applied to the liquid crystal layer), light incident on a region other than the pixel region is When is transmitted through the liquid crystal display panel, the black level of the display screen rises and the contrast decreases.

【0010】そこで、上記のような不具合を防止するた
めに、絵素領域以外の領域に遮光マスクを設け、これに
より表示に寄与しない光を吸収又は反射させて表示品位
を向上させる構成がとられる。
Therefore, in order to prevent the above problems, a structure is provided in which a light-shielding mask is provided in a region other than the picture element region to absorb or reflect light that does not contribute to display to improve display quality. .

【0011】しかるに、このような遮光マスクで表示に
寄与しない光を確実に吸収又は反射しようとすると、該
遮光マスクを絵素(絵素電極)の周辺部に相当する部分
まで設ける必要がある。従って、遮光マスクを設ける
と、開口率が更に低下することになる。
However, in order to surely absorb or reflect light which does not contribute to display by such a light-shielding mask, it is necessary to provide the light-shielding mask up to a portion corresponding to the peripheral portion of the picture element (picture element electrode). Therefore, when the light shielding mask is provided, the aperture ratio is further reduced.

【0012】それ故、ノーマリーブラックモード、ノー
マリーホワイトモードいずれの表示モードにおいても、
開口率の低下に起因して画面が暗くなる欠点がある。こ
のような欠点は、直視型、投影型を問わず、いずれの液
晶表示パネルにおいても発生する。
Therefore, in both the normally black mode and the normally white mode,
There is a drawback that the screen becomes dark due to the reduction of the aperture ratio. Such a defect occurs in any liquid crystal display panel regardless of whether it is a direct-view type or a projection type.

【0013】上記欠点を解決するために、特開昭60-165
621〜165624号公報には、微小レンズ配列(マイクロレ
ンズアレイ)を液晶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。しかるに、液晶表示パネ
ルに入射する照明光の平行度には限界があるので、マイ
クロレンズを通過した光は対応する絵素だけに集光され
ず、その一部は隣の絵素に入射する。
In order to solve the above-mentioned drawbacks, JP-A-60-165
Japanese Patent Laid-Open No. 621-165624 discloses a method in which a microlens array (microlens array) is provided on the light source side of a liquid crystal display panel, and illumination light is focused on each pixel region to improve the utilization rate of illumination light. It is disclosed. However, since the parallelism of the illumination light incident on the liquid crystal display panel is limited, the light passing through the microlens is not focused only on the corresponding picture element, but a part thereof is incident on the adjacent picture element.

【0014】このため、例えば特開昭49-74438、特開平
3-51882号公報に開示されているようなカラーフィルタ
外付け方式の投影型カラー画像表示装置にマイクロレン
ズを適用すると、これが色ずれの原因になる。
Therefore, for example, JP-A-49-74438 and JP-A-
When a microlens is applied to a projection type color image display device of a color filter external type as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-51882, this causes color misregistration.

【0015】本発明はこのような従来技術の欠点を解決
するものであり、表示画面が明るく、かつ色ずれのない
投影型カラー画像表示装置を提供することを目的とす
る。
The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, and an object thereof is to provide a projection type color image display device having a bright display screen and no color shift.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の投影型カラー画
像表示装置は、光源と、一対の透明基板間に表示媒体が
封入され、かつ表示用の絵素をマトリクス状に配列して
なる透過型の表示パネルと、該表示パネルの個々の絵素
に対応して設けられたマイクロレンズと、該表示パネル
の個々の絵素に対応するように配置され、かつ、所定の
透過スペクトルを有するカラーフィルタと、該表示パネ
ルに表示された画像をスクリーン上に投影する投影レン
ズとを備えた投影型カラー画像表示装置において、該投
影レンズの開口数aと、該マクロレンズの開口数bとを
略一致させてなり、そのことにより上記目的が達成され
る。
A projection type color image display device of the present invention is a transmissive device in which a display medium is enclosed between a light source and a pair of transparent substrates, and display picture elements are arranged in a matrix. Type display panel, a microlens provided corresponding to each picture element of the display panel, and a color arranged so as to correspond to each picture element of the display panel and having a predetermined transmission spectrum In a projection type color image display device provided with a filter and a projection lens for projecting an image displayed on the display panel onto a screen, the numerical aperture a of the projection lens and the numerical aperture b of the macro lens are approximately They are matched, which achieves the above objectives.

【0017】好ましくは、前記投影レンズの開口数a
と、該マクロレンズの開口数bとの関係を0.8*b≦
a≦1.2*bに設定する。
Preferably, the numerical aperture a of the projection lens is
And the numerical aperture b of the macro lens is 0.8 * b ≦
Set a ≦ 1.2 * b.

【0018】[0018]

【作用】上記構成によれば、マイクロレンズアレイ(マ
イクロレンズ)に入射するほぼ平行な成分の光は、ま
ず、透明基板の光源側に設けられるマイクロレンズの凸
レンズ部により収束されて表示パネルの絵素領域に入射
し、画像信号に応じて変調を受けた後、マイクロレンズ
の開口数(Na)で決まる角度の円錐内に広がってい
く。
According to the above construction, the light of the substantially parallel components incident on the microlens array (microlens) is first converged by the convex lens portion of the microlens provided on the light source side of the transparent substrate, and the image of the display panel is displayed. After entering the elementary region and being modulated according to the image signal, it spreads within a cone of an angle determined by the numerical aperture (Na) of the microlens.

【0019】また、平行度の悪い成分の光がマイクロレ
ンズに入射した場合、対応する絵素ではなく、隣接する
絵素に入射する光の成分が発生し、表示パネルの外側に
カラーフィルタが形成されている場合は、これが色ずれ
の原因となる。しかし、この光は、表示パネルを通過し
た後、投影レンズの瞳付近では、それぞれのマイクロレ
ンズに対応する絵素を通過した光(平行な成分の光)よ
り外側に広がる。
Further, when light having a component with poor parallelism is incident on the microlens, a component of light which is incident not on the corresponding picture element but on the adjacent picture element is generated, and a color filter is formed outside the display panel. If so, this causes color misregistration. However, after passing through the display panel, this light spreads outside the light (parallel component light) that has passed through the picture elements corresponding to the respective microlenses in the vicinity of the pupil of the projection lens.

【0020】ここで、投影レンズの開口数(Na)a
と、マイクロレンズの開口数(Na)bを上記0.8*
b≦a≦1.2*bの関係に設定すると、後述する理由
により、投影レンズの口径が前者の光を通過させ、後者
の光をカットするように選択される。従って、このよう
な関係を設定すれば、マイクロレンズの効果を保った状
態で、色ずれを防止することができる。
Here, the numerical aperture (Na) a of the projection lens
And the numerical aperture (Na) b of the microlens is 0.8 *
When the relationship of b ≦ a ≦ 1.2 * b is set, the aperture of the projection lens is selected so that the former light passes and the latter light is cut for the reason described later. Therefore, by setting such a relationship, it is possible to prevent color misregistration while maintaining the effect of the microlens.

【0021】[0021]

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0022】図1は本発明の投影型カラー画像装置の構
成を示す。光源4から出射された照明光はコンデンサレ
ンズ6により平行光束化されて液晶表示パネル1に照射
される。該液晶表示パネル1を透過した光は投影レンズ
7により拡大されてスクリーン8上に投影される。これ
により、液晶表示パネル1上の画像や文字がスクリーン
8上に表示される。
FIG. 1 shows the construction of the projection type color image device of the present invention. The illumination light emitted from the light source 4 is converted into a parallel light flux by the condenser lens 6 and applied to the liquid crystal display panel 1. The light transmitted through the liquid crystal display panel 1 is magnified by the projection lens 7 and projected on the screen 8. As a result, the image or character on the liquid crystal display panel 1 is displayed on the screen 8.

【0023】光源4は白色光源であり、ハロゲンラン
プ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いら
れる。光源4のコンデンサレンズ6と反対側の位置に
は、光源4から反対側に出射された光を液晶表示パネル
1に向けて反射させる反射鏡5が配設される。
The light source 4 is a white light source, and a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp or the like is used. At a position opposite to the condenser lens 6 of the light source 4, a reflecting mirror 5 for reflecting the light emitted from the light source 4 to the opposite side toward the liquid crystal display panel 1 is arranged.

【0024】液晶表示パネル1は一対のガラス基板1
a、1a間に表示媒体としての液晶を封入してなり、そ
の表示画面の対角線は75mm、絵素ピッチは縦190μ
m、横161μmである。また、絵素領域は縦88μm、
横104μmである。更に、開口率は30%、基板の屈折
率nはn=1.53、基板の厚さは1.1mmである。
The liquid crystal display panel 1 is a pair of glass substrates 1
Liquid crystal as a display medium is enclosed between a and 1a, the diagonal line of the display screen is 75 mm, and the pixel pitch is 190 μ in the vertical direction.
m, horizontal 161 μm. In addition, the pixel area is 88 μm long,
The width is 104 μm. Furthermore, the aperture ratio is 30%, the refractive index n of the substrate is n = 1.53, and the thickness of the substrate is 1.1 mm.

【0025】本実施例の液晶表示パネル1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た
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1に直接貼り合わせることもできる
が、メタルハライドランプのような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1に直接貼
り合わせない方がよい。また、偏光板を設置する位置
は、液晶表示パネル1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、次
に述べるマイクロレンズ2が液晶表示パネル1と偏光板
の間に挿入されても構わない。
In the liquid crystal display panel 1 of the present embodiment, the operation mode of the liquid crystal is twisted nematic, but other modes can be used. In many liquid crystal operation modes, it is necessary to use a polarizing plate together. The polarizing plate can be directly attached to the liquid crystal display panel 1, but when a high-luminance light source such as a metal halide lamp is used, the temperature rise due to light absorption of the polarizing plate affects the operating characteristics of the liquid crystal. It is better not to directly bond the liquid crystal display panel 1. Further, the position where the polarizing plate is installed may be anywhere as long as there is no one that changes the polarization characteristic with the liquid crystal display panel 1. For example, the microlens 2 described below may be inserted between the liquid crystal display panel 1 and the polarizing plate.

【0026】液晶表示パネル1の光源4側には凸レンズ
効果を有するマイクロレンズ2が設けられる。該マイク
ロレンズ2のピッチは、液晶表示パネル1の絵素ピッチ
に対応し、その口径は160μm、焦点距離は、液晶表示
パネル1のガラス基板1aの厚さと等しくする(空気中
では、1.1/1.53∇0.72mmである。)。従
って、マイクロレンズ2の開口数(Na)は80/72
0=1/9となる。このマイクロレンズ2は液晶表示パ
ネル1の絵素の位置と対応付けられて透明な接着剤で貼
り合わされる。
A microlens 2 having a convex lens effect is provided on the light source 4 side of the liquid crystal display panel 1. The pitch of the microlens 2 corresponds to the pixel pitch of the liquid crystal display panel 1, its aperture is 160 μm, and its focal length is equal to the thickness of the glass substrate 1a of the liquid crystal display panel 1 (1.1 in air). /1.53 ∇ 0.72 mm.). Therefore, the numerical aperture (Na) of the microlens 2 is 80/72.
0 = 1/9. The microlenses 2 are associated with the positions of the picture elements on the liquid crystal display panel 1 and are bonded together with a transparent adhesive.

【0027】マイクロレンズ2の液晶表示パネル1側の
表面には、絵素に対応してR、G、Bの三原色のカラー
フィルタ3R、3G、3Bが形成されている。これらの
カラーフィルタ3R、3G、3Bとしては、顔料カラー
フィルタ、干渉カラーフィルタ等が用いられる。
On the surface of the microlens 2 on the liquid crystal display panel 1 side, color filters 3R, 3G and 3B of three primary colors of R, G and B are formed corresponding to the picture elements. A pigment color filter, an interference color filter, or the like is used as these color filters 3R, 3G, and 3B.

【0028】上記のようにコンデンサレンズ6により平
行光束化された照明光は、図1に示すようにマイクロレ
ンズ2により収束され、該マイクロレンズ2の表面に形
成されたカラーフィルタ3R、3G、3B及び液晶表示
パネル1の絵素領域1b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、投影レンズ7に
よりスクリーン8上に投影される。なお、1cは遮光領
域を示している。
The illumination light, which has been converted into a parallel light flux by the condenser lens 6 as described above, is converged by the microlens 2 as shown in FIG. 1, and the color filters 3R, 3G, 3B formed on the surface of the microlens 2 are converged. Also, the light is transmitted through the pixel region 1b of the liquid crystal display panel 1, is subjected to intensity modulation according to the image signal voltage applied to the liquid crystal layer, and is projected on the screen 8 by the projection lens 7. In addition, 1c has shown the light shielding area.

【0029】液晶パネル1に入射する光のうち、平行度
のよい光は各マイクロレンズ2を通過した後、各マイク
ロレンズ2の中心を通って投影レンズ7の光軸中心に向
かう光線の回りにtanθ=±1/9の角度内で円錐状
に広がって投影レンズ7に向かう。ここで、液晶表示パ
ネル1と投影レンズ7の間隔をLとすると、該間隔Lは
投影レンズ7の焦点距離fcと投影倍率mにより下記
式で表される。
Of the light incident on the liquid crystal panel 1, the light with good parallelism passes through each microlens 2 and then passes through the center of each microlens 2 toward the center of the optical axis of the projection lens 7. It spreads in a conical shape within the angle of tan θ = ± 1/9 toward the projection lens 7. Here, when the distance between the liquid crystal display panel 1 and the projection lens 7 is L, the distance L is represented by the following formula by the focal length f c of the projection lens 7 and the projection magnification m.

【0030】L=fc*(1+1/m)… 従って、上記式より、投影レンズ7の焦点距離fc
150mmとし、投影倍率mを5〜30とすると、L=
155〜180mmとなる。L=180mmの時、液晶
表示パネル1を透過した光は、上記したtanθ=±1
/9の関係より投影レンズ7の位置では半径20mmの
円内に広がる。
[0030] L = f c * (1 + 1 / m) ... Therefore, the above equation, the focal length f c of the projection lens 7 and 150 mm, when the projection magnification m and 5 to 30, L =
It becomes 155-180 mm. When L = 180 mm, the light transmitted through the liquid crystal display panel 1 has the above tan θ = ± 1.
Due to the relationship of / 9, the projection lens 7 spreads within a circle having a radius of 20 mm at the position.

【0031】一方、平行度の悪い光のうち、図2に点線
で示すような成分の光は、それぞれ対応する絵素ではな
く、隣接する絵素に入射するため投影レンズ7の瞳付近
では半径20mmの円より外側に広がる。
On the other hand, of the light with poor parallelism, the light components indicated by the dotted lines in FIG. 2 are incident on the adjacent picture elements, not on the corresponding picture elements, so that the radius is near the pupil of the projection lens 7. Spread outside the 20 mm circle.

【0032】図3は投影レンズ7の口径を変化させた場
合のマイクロレンズ効果の変化を示す。但し、縦軸はマ
イクロレンズ効果(倍)を、横軸は投影レンズ7の口径
(mm)をそれぞれ示している。また、図4は投影レン
ズ7の口径を変化させた場合の色度の変移を国際照明委
員会(CIE)で導入された色度図とともに示してい
る。但し、R、G、BはNTSC(National
TelevisionSystem Committe
e)の基準色度を示す。また、図示例では、投影レンズ
7の口径を60mm、54mm、48mmに設定した場
合の色度の変化を示している。
FIG. 3 shows changes in the microlens effect when the diameter of the projection lens 7 is changed. However, the vertical axis represents the microlens effect (times), and the horizontal axis represents the aperture (mm) of the projection lens 7. Further, FIG. 4 shows a change in chromaticity when the aperture of the projection lens 7 is changed, together with a chromaticity diagram introduced by the International Commission on Illumination (CIE). However, R, G, and B are NTSC (National
Television System Committee
The reference chromaticity of e) is shown. Further, the illustrated example shows changes in chromaticity when the apertures of the projection lens 7 are set to 60 mm, 54 mm, and 48 mm.

【0033】まず、図3よりマイクロレンズ効果を2倍
以上に維持するためには、投影レンズ7の口径aを32
mm以上に設定する必要がある。また、図4より色再現
範囲を向上するためには、投影レンズ7の口径aを48
mm以下に設定する必要がある。また、この時、カラー
フィルタ3R、3G、3Bは図4に示される色度図内に
おける所定の透過スペクトルを有する必要がある。
First, according to FIG. 3, in order to maintain the microlens effect to more than double, the aperture a of the projection lens 7 is set to 32.
It is necessary to set it to mm or more. Further, in order to improve the color reproduction range from FIG. 4, the aperture a of the projection lens 7 is set to 48
It is necessary to set it to mm or less. Further, at this time, the color filters 3R, 3G, 3B need to have a predetermined transmission spectrum in the chromaticity diagram shown in FIG.

【0034】上記した理由により、マイクロレンズ2の
効果を維持しつつ、色再現範囲を向上させるには、投影
レンズの口径aをおおよそ32mm≦a≦48mm程度
に設定すればよいことがわかる。
From the above reason, it is understood that the aperture a of the projection lens should be set to about 32 mm ≦ a ≦ 48 mm in order to improve the color reproduction range while maintaining the effect of the microlens 2.

【0035】また、色ずれの発生を防止するためには、
投影レンズ7の口径aが平行な成分の光を透過させ、平
行でない光をカットできるものであればよい。従って、
そのためには、投影レンズの口径a=32〜48mm、
マイクロレンズ2の開口数1/9、間隔L=180mm
の条件下において、図5に破線で示す平行でない光の成
分の投影レンズ7側端部が投影レンズ7の口径から外れ
る位置を通ればよい。そして、そのためには、投影レン
ズの瞳付近で、平行成分の中心と平行でない成分の中心
が40mmだけずれればよい。このずれ量40mmは、
マイクロレンズ2の開口数(Na)で規定される値であ
る。
In order to prevent the occurrence of color misregistration,
It suffices that the projection lens 7 can transmit light having a parallel component of the aperture a and cut non-parallel light. Therefore,
For that purpose, the diameter a of the projection lens a = 32 to 48 mm,
The numerical aperture of the microlens 2 is 1/9, the interval L = 180 mm
Under the above condition, it suffices that the end portion of the non-parallel light component on the projection lens 7 side indicated by the broken line in FIG. 5 passes through a position deviating from the aperture of the projection lens 7. For that purpose, the center of the parallel component and the center of the non-parallel component may be shifted by 40 mm near the pupil of the projection lens. This shift amount of 40 mm is
It is a value defined by the numerical aperture (Na) of the microlens 2.

【0036】従って、上記条件を満たす投影レンズ7の
口径a、すなわち開口数(Na)aとマイクロレンズ2
の開口数(Na)bとの関係を考察すると、32÷40
=0.8、48÷40=1.2であるので、両者が下記
式に示す関係を充足すればよいことがわかる。
Therefore, the aperture a of the projection lens 7 satisfying the above conditions, that is, the numerical aperture (Na) a and the microlens 2 are used.
Considering the relationship with the numerical aperture (Na) b of
= 0.8 and 48 ÷ 40 = 1.2, it can be seen that both need only satisfy the relationship shown in the following equation.

【0037】0.8*b≦a≦1.2*b… なお、投影レンズの開口数(Na)aがこの範囲より大
きくなると色ずれが発生し、小さくなるとマイクロレン
ズの効果が減少し、画面が暗くなる。以上の理由によ
り、画面が明るく、かつ色ずれを発生しないためには、
投影レンズ7の開口数(Na)aとマイクロレンズ2の
開口数(Na)bとが略一致すればよく、好ましくは上
記式の関係を満たせばよい。
0.8 * b.ltoreq.a.ltoreq.1.2 * b ... When the numerical aperture (Na) a of the projection lens is larger than this range, color misregistration occurs, and when it is smaller, the effect of the microlens decreases, The screen becomes dark. For the above reasons, in order to make the screen bright and to prevent color misregistration,
It suffices that the numerical aperture (Na) a of the projection lens 7 and the numerical aperture (Na) b of the microlens 2 are substantially the same, and preferably the relationship of the above expression is satisfied.

【0038】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
トリック照明系にも適用することができる。
In this embodiment, the case of Koehler illumination is shown, but other illumination methods such as critical illumination and telecentric illumination can be applied.

【0039】また、本実施例では、カラーフィルタ3
R、3G、3Bを液晶表示パネル1の光源側に配置した
が、図6に示すようにスクリーン8側に配置することに
してもよい。
Further, in this embodiment, the color filter 3 is used.
Although R, 3G, and 3B are arranged on the light source side of the liquid crystal display panel 1, they may be arranged on the screen 8 side as shown in FIG.

【0040】尚、上記各実施例におけるマイクロレンズ
アレイの形成は、以下に挙げる方法によって行うことが
できる。
The formation of the microlens array in each of the above embodiments can be carried out by the following method.

【0041】(1)プラスチック或はガラスを機械加工
または金型によって成型する方法。
(1) A method of machining plastic or glass by machining or molding.

【0042】金型は直接加工する以外に、以下に説明す
る(2)〜(5)及び(7)の方法で形成されたものを
原型として、電気鋳造等の方法により転写したものを用
いてもよい。
In addition to the direct processing of the mold, a mold formed by the methods (2) to (5) and (7) described below is used as a prototype and transferred by a method such as electrocasting. Good.

【0043】(2)ある種の感光性樹脂をパターン状に
露光した時、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て凸レ
ンズを形成する方法。
(2) A method of forming a convex lens by utilizing the phenomenon that when a certain kind of photosensitive resin is exposed in a pattern, unreacted monomer moves from the non-exposed area to the exposed area and the exposed area rises. .

【0044】この方法については、応用物理学会光学懇
話回微小光学研究グループ機関誌vol.5 No.2
p118(1987)、同vol.6 NO.2 p
87(1988)に記述されている。
This method is described in the Journal of Applied Physics, Opinion on Micro Optics Research Group, vol. 5 No. Two
p118 (1987), ibid. 6 NO. 2 p
87 (1988).

【0045】(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もたせ、
エッジのダレを起こさせて凸レンズを得るという方法。
(3) The thermoplastic resin is patterned into a plane shape of the lens by a known photography technique or the like,
After that, it is heated to a temperature above the softening point to have fluidity,
A method of obtaining a convex lens by causing edge sag.

【0046】この場合、熱可塑性樹脂が感光性で有れ
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。
In this case, if the thermoplastic resin is photosensitive, it can be patterned by exposing itself.

【0047】この方法については、特開昭60-38989、特
開昭60-165623および特開昭61-67003号公報に記載され
ている。
This method is described in JP-A-60-38989, JP-A-60-165623 and JP-A-61-67003.

【0048】(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、パターンのエッジのボケに応じて光反応生成物の量
の分布を持たせ、凸レンズ形状を得る方法。
(4) The photosensitive resin is subjected to proximity exposure (a method of exposing without exposing the photomask) to give a distribution of the amount of the photoreaction product according to the blur of the edge of the pattern, and to form a convex lens. How to get the shape.

【0049】この方法については、特開昭61-153602号
公報に記載されている。
This method is described in JP-A-61-153602.

【0050】(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、レンズ効果を持たせる方法。
(5) A method of irradiating the photosensitive resin with light having an intensity distribution to form a pattern of a refractive index distribution according to the intensity of the light so as to have a lens effect.

【0051】この方法については、特開昭60-72927号公
報に記載されている。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ー166946号公報に記載されてい
る。
This method is described in JP-A-60-72927. A material whose refractive index changes by light irradiation is described in JP-A-60-166946.

【0052】(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。
(6) A method of obtaining a gradient index lens by selective ion diffusion.

【0053】これは、母胎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 Letters vol.
17 No.13 p452 (1981)に記載されている。
This is a mask pattern in which a mother glass plate is immersed in a molten salt, and different kinds of ions such as alkali ions are exchanged between the glass plate and the molten salt through a mask provided on the glass plate. It is a method of obtaining a glass plate having a refractive index distribution corresponding to, Electronics Letters vol.
17 No. 13 p452 (1981).

【0054】この方法でマイクロレンズを形成した場合
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
ネルに貼り合わせることができ、基板表面での反射損失
をほとんど無視できる程度に低減できる。
When a microlens is formed by this method, the outer shape of the lens has no unevenness, so that it can be attached to a liquid crystal display panel using Canada balsam or a photocurable resin without an air layer. The reflection loss on the substrate surface can be reduced to a negligible level.

【0055】(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。
(7) A method of obtaining a convex lens by utilizing contraction due to crystallization caused by light irradiation on the photosensitive glass.

【0056】この方法は、Applied Optics Vol.24 No.1
6p2520 (1985)に記載されており、その原理は次のとお
りである。銀塩により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の潜像を形成する。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。
This method is based on Applied Optics Vol.24 No.1
6p2520 (1985), the principle of which is as follows. When light is radiated on glass to which photosensitivity is given by a silver salt, silver is released and a latent image of crystal nuclei is formed. When this is heated, the glass crystallizes around the crystal nuclei and the volume shrinks. When light is patterned and applied, the light-irradiated portion contracts, but the non-irradiated portion does not contract, so that the light-irradiated portion is relatively left behind and rises, and becomes a convex lens shape due to surface tension.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の本発明投影型カラー画像表示装置
は、投影レンズの開口数(Na)aとマイクロレンズの
開口数(Na)bとが略一致、好ましくは0.8*b≦
a≦1.2*bなる関係を満たすように設定されるの
で、表示パネルの光源側に設けられたマイクロレンズの
効果を減少させることなく、該投影レンズで平行度の悪
い成分をカットすることができる。従って、カラーフィ
ルタを外付けした場合の1枚パネル方式において、明る
い画面が得られ、かつ色ずれのない画像表示装置を実現
できる。それ故、大画面の投影型TVシステムや情報表
示システムに応用が期待できる。
In the projection type color image display device of the present invention described above, the numerical aperture (Na) a of the projection lens and the numerical aperture (Na) b of the microlens are substantially the same, preferably 0.8 * b≤.
Since it is set so as to satisfy the relationship of a ≦ 1.2 * b, it is possible to cut the component having poor parallelism with the projection lens without reducing the effect of the microlens provided on the light source side of the display panel. You can Therefore, it is possible to realize an image display device in which a bright screen is obtained and there is no color misregistration in the single-panel system in which a color filter is externally attached. Therefore, it can be expected to be applied to large-screen projection TV systems and information display systems.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の投影型カラー画像表示装置の全体構成
を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a projection type color image display device of the present invention.

【図2】図1の液晶表示パネルを拡大して示す図面。FIG. 2 is an enlarged view of the liquid crystal display panel of FIG.

【図3】投影レンズの口径を変化させた場合のマイクロ
レンズ効果の変化の測定結果を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing measurement results of changes in the microlens effect when the aperture of the projection lens is changed.

【図4】投影レンズの口径を変化させた場合の色度の変
移の測定結果を国際照明委員会(CIE)で導入された
色度図とともに示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing the measurement results of chromaticity shift when the aperture of the projection lens is changed, together with a chromaticity diagram introduced by the International Commission on Illumination (CIE).

【図5】本発明の原理説明図。FIG. 5 is an explanatory view of the principle of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例を示す図面。FIG. 6 is a view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 液晶表示パネル 1a、1a ガラス基板 1b 絵素領域 1c 遮光領域 2 マイクロレンズ 3R Rのカラーフィルタ 3G Gのカラーフィルタ 3B Bのカラーフィルタ 4 光源 5 反射鏡 6 コンデンサーレンズ 7 投影レンズ 8 スクリーン 1 Liquid crystal display panel 1a, 1a glass substrate 1b Picture element area 1c shade area 2 micro lens 3R R color filter 3G G color filter 3B B color filter 4 light sources 5 reflector 6 condenser lens 7 Projection lens 8 screen

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、一対の透明基板間に表示媒体が封
入され、かつ表示用の絵素をマトリクス状に配列してな
る透過型の表示パネルと、該表示パネルの個々の絵素に
対応して設けられたマイクロレンズと、該表示パネルの
個々の絵素に対応するように配置され、かつ、所定の透
過スペクトルを有するカラーフィルタと、該表示パネル
に表示された画像をスクリーン上に投影する投影レンズ
とを備えた投影型カラー画像表示装置において、 該投影レンズの開口数aと、該マクロレンズの開口数b
とを略一致させた投影型カラー画像表示装置。
1. A transmissive display panel in which a display medium is enclosed between a light source and a pair of transparent substrates, and display picture elements are arranged in a matrix, and an individual picture element of the display panel. A microlens provided correspondingly, a color filter arranged so as to correspond to each picture element of the display panel and having a predetermined transmission spectrum, and an image displayed on the display panel on a screen. In a projection type color image display device provided with a projection lens for projecting, a numerical aperture a of the projection lens and a numerical aperture b of the macro lens
A projection type color image display device in which and are substantially matched.
【請求項2】前記投影レンズの開口数aと、該マクロレ
ンズの開口数bとの関係を0.8*b≦a≦1.2*b
に設定した請求項1記載の投影型カラー画像表示装置。
2. The relationship between the numerical aperture a of the projection lens and the numerical aperture b of the macro lens is 0.8 * b ≦ a ≦ 1.2 * b.
The projection type color image display device according to claim 1, wherein
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