JPH0545724A - 投写型液晶表示装置 - Google Patents
投写型液晶表示装置Info
- Publication number
- JPH0545724A JPH0545724A JP3200738A JP20073891A JPH0545724A JP H0545724 A JPH0545724 A JP H0545724A JP 3200738 A JP3200738 A JP 3200738A JP 20073891 A JP20073891 A JP 20073891A JP H0545724 A JPH0545724 A JP H0545724A
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- lens array
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- prism
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レンズアレイを搭載する液晶表示素子におい
て、レンズアレイに有利な光線角度分布を作り出すこと
により、投写型液晶表示素子の高輝度化をはかる。 【構成】 液晶ライトバルブ１０３とランプ１０１の間
の光路中にプリズム１０５を設ける。このプリズムによ
り、光線１０６、１０７はレンズアレイ１０４の集光機
能に有利な角度を持ってレンズアレイに入射する。 【効果】 画素開口部を透過する光量を増加させること
が可能となる。
て、レンズアレイに有利な光線角度分布を作り出すこと
により、投写型液晶表示素子の高輝度化をはかる。 【構成】 液晶ライトバルブ１０３とランプ１０１の間
の光路中にプリズム１０５を設ける。このプリズムによ
り、光線１０６、１０７はレンズアレイ１０４の集光機
能に有利な角度を持ってレンズアレイに入射する。 【効果】 画素開口部を透過する光量を増加させること
が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、投写型液晶表示装置に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】投写型液晶表示装置の解決すべき課題に
投写画像の輝度が低いという課題がある。上記課題に対
し、液晶表示素子にレンズアレイ体を形成し、入射光を
液晶画素開口部に集めることにより輝度の改善を図ると
いう提案がなされてきた。（例えば特開昭５７−１５７
２１５、特開昭６０−１６５６２４）
投写画像の輝度が低いという課題がある。上記課題に対
し、液晶表示素子にレンズアレイ体を形成し、入射光を
液晶画素開口部に集めることにより輝度の改善を図ると
いう提案がなされてきた。（例えば特開昭５７−１５７
２１５、特開昭６０−１６５６２４）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術に見
られる提案は光源を含めた一連の光学系の特性をほとん
ど考慮していないため、いずれも効果的であるとは言い
難い。その理由を図４、５を用いて説明する。従来の投
写型液晶表示装置においては、投写レンズの画角、ラン
プの大きさを考慮すると図４（Ａ）に示すような照明光
学系を用いる必要がある。ここで４０１はランプ、４０
２はコンデンサーレンズ、４０３は液晶ライトバルブ、
４０４はレンズアレイである。この照明光学系では液晶
ライトバルブ４０３に入射する光束のほとんどのものは
４０５、４０６に示すようなものとなり、レンズアレイ
４０４の光線入射面における入射光の入射角度分布は、
図４（Ｂ）に示すような分布となる。この図において、
縦軸は光強度（任意単位）を示しており、横軸はレンズ
アレイ法線に対する光線入射角度を示してある。また、
＋の角度は図４（Ａ）において下から上に向かう方向に
対応しており、−はその逆である。通常光強度のもっと
も強い角度成分（図４（Ｂ）の曲線における山の部分）
は、±５〜８°に分布していることが多い。次に、レン
ズアレイの構成について図５を用いて考えてみよう。通
常レンズアレイを構成する個々のレンズ要素５０５と、
画素開口部５１０の間に存在する対向基板５０４の厚さ
は０．３〜１ｍｍ程度、画素開口部５１０の大きさは５
０μｍ×５０μｍ、ピッチ１００μｍ×１００μｍ程度
である。また、投写レンズの瞳が画素開口部に対して張
る角度は±６〜９°程度である。以上の３点を考慮する
と、レンズ要素５０５として、Ｆナンバーが６〜８程度
の焦点距離の長いレンズ体を形成する必要がある。この
ようなレンズがどのような集光性を持つか、例をあげて
説明する。一例として、レンズ要素５０５の対向基板中
における焦点距離を０．４ｍｍとした場合、入射角度
（レンズアレイの法線に対する入射角度）約−３．５°
〜＋３．５°の範囲の光線５０７（以後、低角度成分と
呼ぶ）を画素開口部５１０に集光させることができる。
それより大きな約−３．５〜−９°、＋３．５°〜＋９
°の範囲の光線５０８（以後、中角度成分と呼ぶ）につ
いては画素開口部に集光させることができず、遮光部５
０３に集光させてしまう。従って、中角度成分の光線を
画像投影に利用することはできない。さらにそれよりも
大きな約−９°〜−１２°、 ＋９°〜＋１２°の範囲
の光線５０９（以後、高角度成分と呼ぶ）は、低角度成
分を集光した画素開口部５１０の隣の画素開口部５１１
に集光させることができる。従って、投写画像の輝度を
向上させるというレンズアレイの効果を最大に発揮させ
るためには、レンズアレイへ入射する光線の入射角度分
布が、低角度成分と高角度成分に集中していることが要
求される。ここで説明した角度範囲を、図４（Ｂ）に当
てはめると、４０７で示す角度範囲が低角度成分、４０
８で示す角度範囲が中角度成分、４０９で示す角度範囲
が高角度成分に相当する。これから明らかなように、レ
ンズアレイは光強度のもっとも強い角度成分を利用する
ことができず、従って、その効果を最大に発揮できない
という問題を有するのである。ここでは、ひとつのレン
ズアレイ設計値を例にあげて問題点を示したが、先述し
た液晶ライトバルブの構成上の制約からレンズアレイの
設計にはあまり大きなマージンはなく、他のレンズアレ
イを用いた場合でも基本的な問題点は変わり無い。本発
明は上記課題を解決するために為されたものであり、そ
の目的とするところは、レンズアレイ体が最大の効果を
発揮し得る光学系を提供し、投写型液晶表示装置の高輝
度化をはかることにある。
られる提案は光源を含めた一連の光学系の特性をほとん
ど考慮していないため、いずれも効果的であるとは言い
難い。その理由を図４、５を用いて説明する。従来の投
写型液晶表示装置においては、投写レンズの画角、ラン
プの大きさを考慮すると図４（Ａ）に示すような照明光
学系を用いる必要がある。ここで４０１はランプ、４０
２はコンデンサーレンズ、４０３は液晶ライトバルブ、
４０４はレンズアレイである。この照明光学系では液晶
ライトバルブ４０３に入射する光束のほとんどのものは
４０５、４０６に示すようなものとなり、レンズアレイ
４０４の光線入射面における入射光の入射角度分布は、
図４（Ｂ）に示すような分布となる。この図において、
縦軸は光強度（任意単位）を示しており、横軸はレンズ
アレイ法線に対する光線入射角度を示してある。また、
＋の角度は図４（Ａ）において下から上に向かう方向に
対応しており、−はその逆である。通常光強度のもっと
も強い角度成分（図４（Ｂ）の曲線における山の部分）
は、±５〜８°に分布していることが多い。次に、レン
ズアレイの構成について図５を用いて考えてみよう。通
常レンズアレイを構成する個々のレンズ要素５０５と、
画素開口部５１０の間に存在する対向基板５０４の厚さ
は０．３〜１ｍｍ程度、画素開口部５１０の大きさは５
０μｍ×５０μｍ、ピッチ１００μｍ×１００μｍ程度
である。また、投写レンズの瞳が画素開口部に対して張
る角度は±６〜９°程度である。以上の３点を考慮する
と、レンズ要素５０５として、Ｆナンバーが６〜８程度
の焦点距離の長いレンズ体を形成する必要がある。この
ようなレンズがどのような集光性を持つか、例をあげて
説明する。一例として、レンズ要素５０５の対向基板中
における焦点距離を０．４ｍｍとした場合、入射角度
（レンズアレイの法線に対する入射角度）約−３．５°
〜＋３．５°の範囲の光線５０７（以後、低角度成分と
呼ぶ）を画素開口部５１０に集光させることができる。
それより大きな約−３．５〜−９°、＋３．５°〜＋９
°の範囲の光線５０８（以後、中角度成分と呼ぶ）につ
いては画素開口部に集光させることができず、遮光部５
０３に集光させてしまう。従って、中角度成分の光線を
画像投影に利用することはできない。さらにそれよりも
大きな約−９°〜−１２°、 ＋９°〜＋１２°の範囲
の光線５０９（以後、高角度成分と呼ぶ）は、低角度成
分を集光した画素開口部５１０の隣の画素開口部５１１
に集光させることができる。従って、投写画像の輝度を
向上させるというレンズアレイの効果を最大に発揮させ
るためには、レンズアレイへ入射する光線の入射角度分
布が、低角度成分と高角度成分に集中していることが要
求される。ここで説明した角度範囲を、図４（Ｂ）に当
てはめると、４０７で示す角度範囲が低角度成分、４０
８で示す角度範囲が中角度成分、４０９で示す角度範囲
が高角度成分に相当する。これから明らかなように、レ
ンズアレイは光強度のもっとも強い角度成分を利用する
ことができず、従って、その効果を最大に発揮できない
という問題を有するのである。ここでは、ひとつのレン
ズアレイ設計値を例にあげて問題点を示したが、先述し
た液晶ライトバルブの構成上の制約からレンズアレイの
設計にはあまり大きなマージンはなく、他のレンズアレ
イを用いた場合でも基本的な問題点は変わり無い。本発
明は上記課題を解決するために為されたものであり、そ
の目的とするところは、レンズアレイ体が最大の効果を
発揮し得る光学系を提供し、投写型液晶表示装置の高輝
度化をはかることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の投写型液晶表示素子は、液晶ライトバルブ
の液晶画素に対応して、集光機能を有するレンズアレイ
が設けられており、かつ前記レンズアレイと光源の間の
光路中にプリズムが設けられていることを特徴とする。
また、前記プリズムが２つのプリズムの組合せからなる
ことを特徴とする。
に、本発明の投写型液晶表示素子は、液晶ライトバルブ
の液晶画素に対応して、集光機能を有するレンズアレイ
が設けられており、かつ前記レンズアレイと光源の間の
光路中にプリズムが設けられていることを特徴とする。
また、前記プリズムが２つのプリズムの組合せからなる
ことを特徴とする。
【０００５】
（実施例１）本発明の投写型液晶表示装置の照明光学系
の概要を図１（Ａ）に示す。図４に示した従来の光学系
と異なるところはプリズム１０５が光路中に配置されて
いることである。この光学系による、レンズアレイ１０
４の光線入射面上における入射光の角度成分分布はプリ
ズム１０５の屈折作用により（Ｂ）に示すようなものと
なる。ここで、角度領域１０９、１１０、１１１は、そ
れぞれ図４（Ｂ）の４０７、４０８、４０９に対応す
る。このような光束がレンズアレイに入射した場合、図
２に示すように、図１の光束１０６に対応する光線２０
７（実線）は、レンズ要素２０５により集光され、真上
にある画素開口部２０９を通過する。一方で、図１の光
束１０７に対応する光線２０８は、隣のレンズ要素の真
上にある画素開口部２１０を通過することになる。従っ
て、レンズアレイに入射した光束の大部分は液晶画素開
口部を透過することになり、投写画像の輝度が高くなる
のである。次に本実施例の詳細を述べる。本実施例で使
用した光学系において、プリズムを光学系に設けない場
合は、レンズアレイへの入射光のうち最高強度を持つ角
度成分が±５．２°であった。また、図２の液晶ライト
バルブ構造において、対向基板２０４の厚さは４００μ
ｍ、屈折率は１．５４、画素開口部２０９、２１０の幅
は３０μｍであり、画素開口部 ２０９の中心線とレン
ズ要素２０５の中心線は一致している。このような構成
を考慮して、プリズムとレンズアレイを以下のように設
計した。プリズム１０５の頂角１０８を９．５°とし、
素材は屈折率１．５４のクラウンガラスを使用した。こ
れにより、レンズアレイへ入射する光線の最高強度を持
つ角度成分は 約０°と−１０．４°となる。そこで、
以上のパラメーターを考慮してレンズ要素の幅を５６μ
ｍ、焦点距離を２６０μｍとした。この構成により、前
述したレンズアレイへの入射光のうち、強い強度を持つ
０°付近のものはすべて真上の開口部を透過し、−１
０．４°付近のものは約５０％が隣のレンズ要素の真上
にある開口部を透過する。その結果、投写画像の明るさ
を、レンズアレイを搭載しない場合の明るさの１．６
倍、レンズアレイは搭載するがプリズムを設けない場合
の１．３５倍にすることができた。
の概要を図１（Ａ）に示す。図４に示した従来の光学系
と異なるところはプリズム１０５が光路中に配置されて
いることである。この光学系による、レンズアレイ１０
４の光線入射面上における入射光の角度成分分布はプリ
ズム１０５の屈折作用により（Ｂ）に示すようなものと
なる。ここで、角度領域１０９、１１０、１１１は、そ
れぞれ図４（Ｂ）の４０７、４０８、４０９に対応す
る。このような光束がレンズアレイに入射した場合、図
２に示すように、図１の光束１０６に対応する光線２０
７（実線）は、レンズ要素２０５により集光され、真上
にある画素開口部２０９を通過する。一方で、図１の光
束１０７に対応する光線２０８は、隣のレンズ要素の真
上にある画素開口部２１０を通過することになる。従っ
て、レンズアレイに入射した光束の大部分は液晶画素開
口部を透過することになり、投写画像の輝度が高くなる
のである。次に本実施例の詳細を述べる。本実施例で使
用した光学系において、プリズムを光学系に設けない場
合は、レンズアレイへの入射光のうち最高強度を持つ角
度成分が±５．２°であった。また、図２の液晶ライト
バルブ構造において、対向基板２０４の厚さは４００μ
ｍ、屈折率は１．５４、画素開口部２０９、２１０の幅
は３０μｍであり、画素開口部 ２０９の中心線とレン
ズ要素２０５の中心線は一致している。このような構成
を考慮して、プリズムとレンズアレイを以下のように設
計した。プリズム１０５の頂角１０８を９．５°とし、
素材は屈折率１．５４のクラウンガラスを使用した。こ
れにより、レンズアレイへ入射する光線の最高強度を持
つ角度成分は 約０°と−１０．４°となる。そこで、
以上のパラメーターを考慮してレンズ要素の幅を５６μ
ｍ、焦点距離を２６０μｍとした。この構成により、前
述したレンズアレイへの入射光のうち、強い強度を持つ
０°付近のものはすべて真上の開口部を透過し、−１
０．４°付近のものは約５０％が隣のレンズ要素の真上
にある開口部を透過する。その結果、投写画像の明るさ
を、レンズアレイを搭載しない場合の明るさの１．６
倍、レンズアレイは搭載するがプリズムを設けない場合
の１．３５倍にすることができた。
【０００６】（実施例２）実施例１で示したプリズムを
使用すると投写画像に若干の明るさむらが生じてしま
う。なぜなら、液晶ライトバルブ面内の各ポイントで投
写レンズを見込む角度を考えたときに、その見込む角度
の面内分布は、光軸に対して対称であるにも関わらず、
図１（Ａ）からわかるように光線の入射角度は光軸に対
して対称ではないからである。図１の例の場合は、光軸
より上の部分の方が下の部分に比べて明るくなってしま
う。これを防ぐためには、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに、２つのプリズムを組み合わせたプリズム３０５、
３１０を使用することが考えられる。この場合は同図で
示したように、光軸より上の部分と下の部分における入
射光角度成分分布は光軸対称となる。実施例１で使用し
たプリズムを、光軸対称になるように（Ａ）、（Ｂ）に
示すような形に組み合わせて投写画像の明るさの分布を
測定したところ、いずれの場合も明るさむらはほぼ光軸
対称であった。実施例１における明るさむらは、光軸に
対して非対称であった。
使用すると投写画像に若干の明るさむらが生じてしま
う。なぜなら、液晶ライトバルブ面内の各ポイントで投
写レンズを見込む角度を考えたときに、その見込む角度
の面内分布は、光軸に対して対称であるにも関わらず、
図１（Ａ）からわかるように光線の入射角度は光軸に対
して対称ではないからである。図１の例の場合は、光軸
より上の部分の方が下の部分に比べて明るくなってしま
う。これを防ぐためには、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに、２つのプリズムを組み合わせたプリズム３０５、
３１０を使用することが考えられる。この場合は同図で
示したように、光軸より上の部分と下の部分における入
射光角度成分分布は光軸対称となる。実施例１で使用し
たプリズムを、光軸対称になるように（Ａ）、（Ｂ）に
示すような形に組み合わせて投写画像の明るさの分布を
測定したところ、いずれの場合も明るさむらはほぼ光軸
対称であった。実施例１における明るさむらは、光軸に
対して非対称であった。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、レ
ンズアレイを搭載する投写型液晶表示装置において、レ
ンズアレイと光源の間の光路中にプリズムを設置するこ
とにより、光線を効率よく画素開口部へ導くことが出来
る。従って、投写型液晶表示装置の輝度向上を図ること
が可能となる。
ンズアレイを搭載する投写型液晶表示装置において、レ
ンズアレイと光源の間の光路中にプリズムを設置するこ
とにより、光線を効率よく画素開口部へ導くことが出来
る。従って、投写型液晶表示装置の輝度向上を図ること
が可能となる。
【図１】 本発明の実施例１の説明図。
【図２】 本発明の実施例１の説明図。
【図３】 本発明の実施例１の説明図。
【図４】 従来の技術の説明図。
【図５】 従来の技術の説明図。
１０１ ランプ １０２ コンデンサーレンズ １０３ 液晶ライトバルブ １０４ レンズアレイ １０５ プリズム １０６ 光束 １０７ 光束 １０８ プリズム頂角 １０９ 角度領域 １１０ 角度領域 １１１ 角度領域 ２０１ 薄膜トランジスタ基板 ２０２ 薄膜トランジスタ ２０３ 遮光部 ２０４ 対向基板 ２０５ レンズ要素 ２０６ レンズアレイ基板 ２０７ 光束１０６に対応する光線 ２０８ 光束１０７に対応する光線 ２０９ レンズ要素２０５の真上にある画素開口部 ２１０ レンズ要素２０５の隣のレンズの真上にある画
素開口部 ３０１ ランプ ３０２ コンデンサーレンズ ３０３ 液晶ライトバルブ ３０４ レンズアレイ ３０５ ２つのプリズムを組み合わせたプリズム ３０６ ランプ ３０７ コンデンサーレンズ ３０８ 液晶ライトバルブ ３０９ レンズアレイ ３１０ ２つのプリズムを組み合わせたプリズム ４０１ ランプ ４０２ コンデンサーレンズ ４０３ 液晶ライトバルブ ４０４ レンズアレイ ４０５ 光束 ４０６ 光束 ４０７ 角度領域 ４０８ 角度領域 ４０９ 角度領域 ５０１ 薄膜トランジスタ基板 ５０２ 薄膜トランジスタ ５０３ 遮光部 ５０４ 対向基板 ５０５ レンズ要素 ５０６ レンズアレイ基板 ５０７ 低角度成分の光線 ５０８ 中角度成分の光線 ５０９ 高角度成分の光線 ５１０ 画素開口部 ５１１ 画素開口部 ５１２ 光軸
素開口部 ３０１ ランプ ３０２ コンデンサーレンズ ３０３ 液晶ライトバルブ ３０４ レンズアレイ ３０５ ２つのプリズムを組み合わせたプリズム ３０６ ランプ ３０７ コンデンサーレンズ ３０８ 液晶ライトバルブ ３０９ レンズアレイ ３１０ ２つのプリズムを組み合わせたプリズム ４０１ ランプ ４０２ コンデンサーレンズ ４０３ 液晶ライトバルブ ４０４ レンズアレイ ４０５ 光束 ４０６ 光束 ４０７ 角度領域 ４０８ 角度領域 ４０９ 角度領域 ５０１ 薄膜トランジスタ基板 ５０２ 薄膜トランジスタ ５０３ 遮光部 ５０４ 対向基板 ５０５ レンズ要素 ５０６ レンズアレイ基板 ５０７ 低角度成分の光線 ５０８ 中角度成分の光線 ５０９ 高角度成分の光線 ５１０ 画素開口部 ５１１ 画素開口部 ５１２ 光軸
Claims (2)
- 【請求項１】 液晶ライトバルブの液晶画素に対応し
て、集光機能を有するレンズアレイが設けられており、
かつ前記レンズアレイと光源の間の光路中にプリズムが
設けられていることを特徴とする投写型液晶表示装置。 - 【請求項２】 前記プリズムが２つのプリズムの組合せ
からなることを特徴とする請求項１記載の投写型液晶表
示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200738A JPH0545724A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 投写型液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200738A JPH0545724A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 投写型液晶表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545724A true JPH0545724A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16429352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3200738A Pending JPH0545724A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 投写型液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0545724A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08260570A (ja) * | 1995-03-23 | 1996-10-08 | Seiichi Kosaka | 木構造における部材の接合方法 |
| US6819893B2 (en) | 2002-04-24 | 2004-11-16 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and charging device |
| US7119957B2 (en) | 1994-12-28 | 2006-10-10 | Seiko Epson Corporation | Polarization luminaire and projection display |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3200738A patent/JPH0545724A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7119957B2 (en) | 1994-12-28 | 2006-10-10 | Seiko Epson Corporation | Polarization luminaire and projection display |
| JPH08260570A (ja) * | 1995-03-23 | 1996-10-08 | Seiichi Kosaka | 木構造における部材の接合方法 |
| US6819893B2 (en) | 2002-04-24 | 2004-11-16 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus and charging device |
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