JPH06208112A - Direct-view display device - Google Patents

Direct-view display device

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JPH06208112A
JPH06208112A JP5166973A JP16697393A JPH06208112A JP H06208112 A JPH06208112 A JP H06208112A JP 5166973 A JP5166973 A JP 5166973A JP 16697393 A JP16697393 A JP 16697393A JP H06208112 A JPH06208112 A JP H06208112A
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JP
Japan
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display panel
eyepiece
light
microlens
liquid crystal
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Hiromi Kato
浩巳 加藤
Hiroshi Hamada
浩 浜田
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Sharp Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a direct-view display device in which a striped pattern to be caused by parallax can be eliminated, and the quality of picture images has been improved. CONSTITUTION:On the emitting side of a back-light 6, a liquid crystal panel 1 for carrying out active matrix drive is arranged. On the surface 3a of the base plate 3 of the liquid crystal panel 1, a microlens array 5 consisting of a plurality of microlenses 5a that are formed so as to correspond to the respective picture elements of the liquid crystal panel 1 is formed. Further, between the microlens array 5 and an observer 9, a field lens 7 and an eyepiece 8 are arranged in this order. Since the field lens 7 converges the principal rays parallel to the optical axis of the light emitted from the microlens array 5 to the eyepiece 8, the Moire fringes to be caused by parallax can be eliminated, and the quality of picture images can be improved.

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、表示装置に関し、特に
ビデオカメラに用いられるビューファインダや、バーチ
ャルリアリティーシステムに用いられるスコープなどの
表示手段として適用される直視型表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device, and more particularly to a direct-view display device applied as a display means such as a viewfinder used in a video camera or a scope used in a virtual reality system.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明に用いられる表示パネルとは、そ
れ自身は発光しないが、その透過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
ことによって画像や文字を表示する透過型の表示パネル
である。この例には、液晶表示パネル、エレクトロクロ
ミックディスプレイ、およびPLZTなどの透光性セラ
ミックがあり、中でも液晶表示パネルは携行用テレビジ
ョン、ワードプロセッサおよびプロジェクタなどに広く
利用されている。
2. Description of the Related Art A display panel used in the present invention does not emit light by itself, but its transmittance changes according to a drive signal, and an intensity of light from a separately provided light source is modulated to display an image or a character. Is a transmissive display panel for displaying. Examples include liquid crystal display panels, electrochromic displays, and translucent ceramics such as PLZT, among which liquid crystal display panels are widely used in portable televisions, word processors, projectors, and the like.

【0003】液晶表示パネルの画素電極は、マトリクス
状に規則的に配列されて形成される。これらの画素電極
には独立した駆動電圧がそれぞれ印加され、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。各画素電極に独立した駆動電圧を印加する方法に
は、単純マトリクス方式と、非線形2端子素子や3端子
素子を設けたアクティブマトリクス方式とがある。特に
後者は、MIM(金属−絶縁体−金属)素子やTFT
(薄膜トランジスタ)素子などのスイッチング素子と、
画素電極に駆動電圧を供給するための配線電極とを設け
る必要があるため、画素の区画中に占める有効な画素開
口部の面積、すなわち開口率が小さくなる。さらに、前
記スイッチング素子や配線電極が形成された領域に存在
する液晶には、正規の駆動電圧が印加されずに本来の表
示動作が実行されないので、ブラックマトリクスと称さ
れる遮光手段によって前記領域を透過した光が遮断され
る。このような液晶表示パネルでは、ブラックマトリク
スによる遮光部分が縞として観察される。
The pixel electrodes of the liquid crystal display panel are formed by being regularly arranged in a matrix. An independent drive voltage is applied to each of these pixel electrodes, and an image or a character is displayed by changing the optical characteristics of the liquid crystal. As a method of applying an independent drive voltage to each pixel electrode, there are a simple matrix method and an active matrix method in which a nonlinear 2-terminal element or 3-terminal element is provided. Especially, the latter is a MIM (metal-insulator-metal) element or TFT.
A switching element such as a (thin film transistor) element,
Since it is necessary to provide a wiring electrode for supplying a drive voltage to the pixel electrode, the effective area of the pixel opening in the partition of the pixel, that is, the aperture ratio becomes small. Further, since the normal display voltage is not applied to the liquid crystal existing in the area where the switching elements and the wiring electrodes are formed, the original display operation is not executed, so that the area is covered by the light shielding means called a black matrix. The transmitted light is blocked. In such a liquid crystal display panel, the light-shielding portion due to the black matrix is observed as stripes.

【0004】ビデオカメラのビューファインダなどに用
いられる直視型表示装置において、上述したアクティブ
マトリクス駆動を行う場合、画素電極、スイッチング素
子および配線電極を比較的小さい面積に高密度に設ける
必要がある。しかし、前記スイッチング素子や配線電極
は、その電気的性能や製造技術などの制約から、ある程
度以下の大きさに形成することは困難である。したがっ
て、画素のピッチを小さくするほど開口率が小さくなっ
て表示が暗くなるとともに、前述したブラックマトリク
スの遮光部分による縞が目立ち、画像品質が著しく低下
するという問題が生じる。
When performing the above-mentioned active matrix driving in a direct-view type display device used for a viewfinder of a video camera, it is necessary to provide pixel electrodes, switching elements and wiring electrodes in a relatively small area with high density. However, it is difficult to form the switching element and the wiring electrode to a certain size or less due to restrictions on their electrical performance and manufacturing technology. Therefore, the smaller the pixel pitch, the smaller the aperture ratio and the darker the display, and the conspicuous stripes due to the light-shielding portion of the black matrix described above cause a problem that the image quality is significantly deteriorated.

【0005】このような開口率の低下に伴う問題を解決
する方法として、マイクロレンズを設けて表示パネルの
各画素電極からの出射光を画素の大きさに拡大すること
が考えられている。たとえば、特開昭64−35415
号には、平行光束を平行光束に拡大変換するためのテレ
セントリック光学系と、メニスカスマイクロレンズとを
用い、プロジェクタなどに利用されるライトバルブとし
て実現した例が紹介されている。
As a method of solving the problem associated with the reduction of the aperture ratio, it is considered to provide a microlens to expand the light emitted from each pixel electrode of the display panel to the size of the pixel. For example, JP-A-64-35415
The publication introduces an example in which a telecentric optical system for expanding and converting a parallel light flux into a parallel light flux and a meniscus microlens are used as a light valve used in a projector or the like.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ビデオカメラのビュー
ファインダは、表示パネルと接眼レンズとの距離が近
く、表示パネルの上下方向および左右方向の視差が大き
くなる。したがって、前記マイクロレンズを設けると、
マイクロレンズのピッチと表示パネルの画素ピッチとの
光学的なずれが生じ、表示パネルからの出射光がマイク
ロレンズの中心を通らなくなり、いわゆるモアレ縞と称
される縞模様が発生して画像品質が著しく低下するとい
う問題が生じる。
In the viewfinder of the video camera, the distance between the display panel and the eyepiece lens is short, and the vertical and horizontal parallax of the display panel becomes large. Therefore, when the microlens is provided,
An optical shift occurs between the pitch of the microlens and the pixel pitch of the display panel, the light emitted from the display panel does not pass through the center of the microlens, and a striped pattern called a so-called moire fringe occurs, resulting in poor image quality. There is a problem of a significant decrease.

【0007】前記特開昭64−35415号では、この
問題を考慮してテレセントリック光学系が使用され、表
示パネルへの入射光としては平行光束が用いられてい
る。しかしながら、ビューファインダでは小型であるこ
とも重要視されるため、限られたスペース内で均一な照
度分布を有し、かつ平行度の高い光束を作ることは困難
である。したがって、冷陰極管などを利用した拡散光源
を使わざるを得なくなり、前記特開昭64−35415
号に記載されている効果は期待できない。
In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 64-35415, a telecentric optical system is used in consideration of this problem, and a parallel light beam is used as the incident light to the display panel. However, since it is important for the viewfinder to be small in size, it is difficult to form a light flux having a uniform illuminance distribution and a high parallelism in a limited space. Therefore, there is no choice but to use a diffused light source using a cold cathode tube, and the above-mentioned JP-A-64-35415.
The effects described in the issue cannot be expected.

【0008】本発明の目的は、視差によって生じる縞模
様をなくし、画像品質が向上した直視型表示装置を提供
することである。
An object of the present invention is to provide a direct-view type display device in which the stripe pattern caused by parallax is eliminated and the image quality is improved.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、入射光を制御
する複数の画素がマトリクス状に配列される透過型の表
示パネルと、前記表示パネルに光を照射する光源と、前
記表示パネルに表示された画像を観察する接眼レンズと
を備える直視型表示装置において、前記表示パネルの接
眼レンズ側表面に、該表示パネルの各画素に対応してマ
イクロレンズを形成したことを特徴とする直視型表示装
置である。
According to the present invention, there are provided a transmissive display panel in which a plurality of pixels for controlling incident light are arranged in a matrix, a light source for irradiating the display panel with light, and the display panel. A direct-view type display device comprising an eyepiece for observing a displayed image, characterized in that a microlens is formed on a surface of the display panel on the eyepiece side corresponding to each pixel of the display panel. It is a display device.

【0010】また前記直視型表示装置は、前記表示パネ
ルの画素が配列されている平面とマイクロレンズが形成
されている平面との距離をtとし、前記表示パネル側か
ら接眼レンズを覗いたときの観察者の虚像と表示パネル
の画素が配列されている平面との距離をLとし、前記表
示パネルの基板の屈折率をnとし、前記表示パネルの画
素ピッチをP0とし、前記マイクロレンズのピッチをP
1としたとき、前記マイクロレンズのピッチP1が、P
1=P0・{1−t/(n・L)}であることを特徴と
する。
In the direct-view type display device, the distance between the plane on which the pixels of the display panel are arranged and the plane on which the microlens is formed is t, and when the eyepiece is viewed from the display panel side. The distance between the virtual image of the observer and the plane where the pixels of the display panel are arranged is L, the refractive index of the substrate of the display panel is n, the pixel pitch of the display panel is P0, and the pitch of the microlens is P
1, the pitch P1 of the microlenses is P
1 = P0 · {1-t / (n · L)}.

【0011】さらに本発明は、入射光を制御する複数の
画素がマトリクス状に配列される透過型の表示パネル
と、前記表示パネルに光を照射する光源と、前記表示パ
ネルに表示された画像を観察する接眼レンズとを備える
直視型表示装置において、前記表示パネルの接眼レンズ
側表面に、該表示パネルの各画素に対応してマイクロレ
ンズを形成し、前記マイクロレンズの接眼レンズ側に、
該マイクロレンズを透過した光の光軸に対して平行な主
光線が前記接眼レンズに集光するフィールドレンズを配
置したことを特徴とする直視型表示装置である。
Further, according to the present invention, a transmissive display panel in which a plurality of pixels for controlling incident light are arranged in a matrix, a light source for irradiating the display panel with light, and an image displayed on the display panel. In a direct-view display device including an eyepiece to be observed, on the eyepiece side surface of the display panel, a microlens is formed corresponding to each pixel of the display panel, and on the eyepiece side of the microlens,
In the direct-view type display device, a field lens is arranged in which a principal ray parallel to an optical axis of light transmitted through the microlens is condensed on the eyepiece lens.

【0012】[0012]

【作用】本発明に従えば、表示パネルの接眼レンズ側表
面にマイクロレンズが形成される。前記表示パネルは、
マトリクス状に配列され、入射光を制御する複数の画素
を有し、光源からの照射光を選択的に制御して画像を形
成する。また、前記マイクロレンズは、前記複数の画素
に対応して形成される。したがって、複数の画素電極か
ら出射した光が画素の大きさに拡大されて互いに繋が
り、縞模様がなくなって明るく、かつコントラストが均
一となり、画像品質が向上する。
According to the present invention, the microlenses are formed on the surface of the display panel on the eyepiece side. The display panel is
It has a plurality of pixels arranged in a matrix and controlling incident light, and selectively controls irradiation light from a light source to form an image. Further, the microlens is formed corresponding to the plurality of pixels. Therefore, the light emitted from the plurality of pixel electrodes is enlarged to the size of the pixel and is connected to each other, and the stripe pattern disappears, the image becomes brighter and the contrast becomes uniform, so that the image quality is improved.

【0013】また、前記マイクロレンズのピッチP1
は、P1=P0・{1−t/(n・L)}とされる。こ
こで、P0は表示パネルの画素ピッチであり、tは表示
パネルの画素が配列されている平面とマイクロレンズが
形成されている平面との距離である。また、nは表示パ
ネルの基板の屈折率であり、Lは表示パネル側から接眼
レンズを覗いたときの観察者の虚像と表示パネルの画素
が配列されている平面との距離である。したがって、前
記複数の画素電極から出射した光が互いに繋がるととも
に、マイクロレンズの中心を通るので、表示パネルとマ
イクロレンズとの間において視差によって生じるモアレ
縞をなくして画像品質を向上することができる。
Further, the pitch P1 of the microlenses
Is set to P1 = P0 · {1-t / (n · L)}. Here, P0 is the pixel pitch of the display panel, and t is the distance between the plane on which the pixels of the display panel are arranged and the plane on which the microlens is formed. Further, n is the refractive index of the substrate of the display panel, and L is the distance between the virtual image of the observer when looking into the eyepiece from the display panel side and the plane where the pixels of the display panel are arranged. Therefore, since the lights emitted from the plurality of pixel electrodes are connected to each other and pass through the center of the microlens, it is possible to improve the image quality by eliminating moire fringes caused by parallax between the display panel and the microlens.

【0014】また、本発明に従えば、表示パネルの接眼
レンズ側表面にマイクロレンズが形成され、さらにマイ
クロレンズの接眼レンズ側にフィールドレンズが配置さ
れる。前記表示パネルは、マトリクス状に配列され、入
射光を制御する複数の画素を有し、光源からの照射光を
選択的に制御して画像を形成する。前記マイクロレンズ
は、前記複数の画素に対応して形成される。また、前記
フィールドレンズは、前記マイクロレンズから出射した
光の光軸に対して平行な主光線を接眼レンズに集光す
る。したがって、複数の画素電極から出射した光が画素
の大きさに拡大されて互いに繋がり、明るく、かつコン
トラストが均一となる。また、接眼レンズから観察する
観察者は、マイクロレンズから出射した光のうちのほぼ
平行な成分の光のみを観察するので、前記特開昭64−
35415号で実施される平行光束を用いる必要はな
く、たとえば拡散光源を用いてもモアレ縞のない画像品
質の向上した画像を得ることが可能となる。さらに、液
晶表示装置として用いると、コントラスト比が均一で良
好な表示が実現できる。
Further, according to the invention, a microlens is formed on the surface of the display panel on the eyepiece side, and a field lens is arranged on the eyepiece side of the microlens. The display panel has a plurality of pixels arranged in a matrix and controlling incident light, and selectively controls irradiation light from a light source to form an image. The microlens is formed corresponding to the plurality of pixels. Further, the field lens focuses a principal ray parallel to the optical axis of the light emitted from the microlens on the eyepiece lens. Therefore, the light emitted from the plurality of pixel electrodes is enlarged to the size of the pixel and is connected to each other, and the light is bright and the contrast is uniform. Further, since the observer who observes from the eyepiece observes only the light of the substantially parallel component of the light emitted from the microlens, the above-mentioned JP-A-64-
It is not necessary to use the parallel light flux implemented in Japanese Patent No. 35415, and it is possible to obtain an image with improved image quality without moire fringes even if a diffused light source is used, for example. Further, when used as a liquid crystal display device, a good display with a uniform contrast ratio can be realized.

【0015】[0015]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例である表示装
置10の概略的構成を示す側面図である。図1には、表
示装置10を構成するブラックマトリクス4による遮光
領域4aをわかりやすくするために、該領域4aにハッ
チングを記載し、以下に示される図2、図4についても
同様のハッチングを記載した。表示装置10は、直視型
の表示装置であり、液晶パネル1と、マイクロレンズア
レイ5と、バックライト6と、フィールドレンズ7と、
接眼レンズ8とを含んで構成される。
1 is a side view showing a schematic configuration of a display device 10 according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, hatching is shown in the light shielding area 4a by the black matrix 4 which constitutes the display device 10 in order to make it easy to understand, and similar hatching is also described in FIGS. 2 and 4 shown below. did. The display device 10 is a direct-view display device, and includes a liquid crystal panel 1, a microlens array 5, a backlight 6, a field lens 7,
The eyepiece 8 is included.

【0016】液晶パネル1は透光性を有する基板2,3
を含み、該基板2,3のいずれか一方基板表面に、図示
しない規則的に配列される画素電極と、該画素電極に電
圧を供給する配線電極と、画素電極と配線電極間で印加
電圧のスイッチングを行うTFTなどのスイッチング素
子と、ブラックマトリクス4とが形成されて、他方基板
表面に対向電極が形成され、液晶パネル1では、いわゆ
るアクティブマトリクス駆動が実施される。また、基板
2,3の表面には液晶分子を配向させる配向膜が形成さ
れており、該基板2,3の間には液晶が介在されてい
る。
The liquid crystal panel 1 has substrates 2 and 3 having a light transmitting property.
On one of the substrates 2 and 3, the substrate surface is provided with regularly arranged pixel electrodes, a wiring electrode for supplying a voltage to the pixel electrode, and an applied voltage between the pixel electrode and the wiring electrode. A switching element such as a TFT for switching and a black matrix 4 are formed, and a counter electrode is formed on the surface of the other substrate. In the liquid crystal panel 1, so-called active matrix driving is performed. An alignment film for aligning liquid crystal molecules is formed on the surfaces of the substrates 2 and 3, and liquid crystals are interposed between the substrates 2 and 3.

【0017】前記ブラックマトリクス4は、画素電極に
電圧を供給する配線電極やスイッチング素子上に存在す
る液晶分子の配向不良によって生じる表示の不均一をな
くするために、これらの領域の透過光を遮断する部材で
あり、該ブラックマトリクス4によって斜線で示される
複数の遮光領域4aと複数の透過領域4bとが形成され
る。このようにして構成される液晶パネル1の対角線方
向の長さは、たとえば2インチ(縦方向長さ30.5m
m、横方向長さ40.6mm)とされる。また、画素ピ
ッチP0はたとえば縦方向が48μm、横方向が48μ
mとされ、画素開口部、すなわち透過領域4bはたとえ
ば縦方向が24μm、横方向が36μmとされる。
The black matrix 4 blocks the transmitted light in these areas in order to eliminate display nonuniformity caused by defective alignment of liquid crystal molecules existing on the wiring electrodes and switching elements for supplying voltage to the pixel electrodes. The black matrix 4 forms a plurality of light-shielding regions 4a and a plurality of light-transmitting regions 4b, which are shaded by the black matrix 4. The diagonal length of the liquid crystal panel 1 thus configured is, for example, 2 inches (the length in the vertical direction is 30.5 m).
m, and the lateral length is 40.6 mm). The pixel pitch P0 is, for example, 48 μm in the vertical direction and 48 μm in the horizontal direction.
The pixel opening, that is, the transmissive region 4b is, for example, 24 μm in the vertical direction and 36 μm in the horizontal direction.

【0018】前記液晶パネル1の基板2の表面2a側に
は、拡散光源であるバックライト6が配置される。該バ
ックライト6は、白色光を発する冷陰極管で実現され
る。さらに、液晶パネル1の基板3の表面3a上には、
マイクロレンズアレイ5が形成される。該マイクロレン
ズアレイ5は、複数の画素に対応して形成され、かつプ
ラノマイクロレンズで実現される複数のマイクロレンズ
5aから成る。該マイクロレンズ5aは、前記複数の透
過領域4bから出射した光が互いに繋がるような拡大率
に設計されているので、遮光領域4aによって生じる縞
模様をなくすことができる。
On the surface 2a side of the substrate 2 of the liquid crystal panel 1, a backlight 6 as a diffused light source is arranged. The backlight 6 is realized by a cold cathode tube that emits white light. Furthermore, on the surface 3a of the substrate 3 of the liquid crystal panel 1,
The microlens array 5 is formed. The microlens array 5 includes a plurality of microlenses 5a formed corresponding to a plurality of pixels and realized by planomicrolenses. Since the microlens 5a is designed to have an enlargement ratio such that the lights emitted from the plurality of transmission regions 4b are connected to each other, it is possible to eliminate the stripe pattern generated by the light shielding region 4a.

【0019】マイクロレンズアレイ5の接眼レンズ8側
には、フィールドレンズ7が配置される。このフィール
ドレンズ7は、前記マイクロレンズアレイ5を通過した
光の光軸に対して平行な主光線を接眼レンズ8に集光す
るように設計されている。
A field lens 7 is arranged on the eyepiece 8 side of the microlens array 5. The field lens 7 is designed so that the chief ray parallel to the optical axis of the light passing through the microlens array 5 is focused on the eyepiece lens 8.

【0020】表示装置10においてバックライト6から
発せられた光は、液晶パネル1に入射する。液晶パネル
1に入射した光のうち、複数の遮光領域4aに入射した
光は、遮断される。一方、複数の透過領域4bに入射し
た光は、基板2,3間に存在する液晶分子の配向状態に
従って制御される。液晶パネル1の透過領域4bから出
射した光は、マイクロレンズ5aによって拡大され、互
いの光が繋がる。マイクロレンズアレイ5を通過した光
は、フィールドレンズ7によって該光の光軸に対して平
行な主光線が接眼レンズ8に入射するように屈折する。
観察者9は、接眼レンズ8を介して前記光を観察するの
で、マイクロレンズアレイ5から出射した光のうち、接
眼レンズ8を通過することのできる光、すなわち光軸に
対して平行に近い成分の光のみを観察する。
The light emitted from the backlight 6 in the display device 10 enters the liquid crystal panel 1. Of the light that has entered the liquid crystal panel 1, the light that has entered the plurality of light blocking regions 4a is blocked. On the other hand, the light incident on the plurality of transmission regions 4b is controlled according to the alignment state of liquid crystal molecules existing between the substrates 2 and 3. The light emitted from the transmissive region 4b of the liquid crystal panel 1 is magnified by the microlens 5a, and the lights are connected to each other. The light passing through the microlens array 5 is refracted by the field lens 7 so that a principal ray parallel to the optical axis of the light enters the eyepiece lens 8.
Since the observer 9 observes the light through the eyepiece lens 8, of the light emitted from the microlens array 5, light that can pass through the eyepiece lens 8, that is, a component that is nearly parallel to the optical axis. Observe only the light of.

【0021】すなわち、観察者9は、液晶パネル1の透
過領域4bの1点を個々のマイクロレンズ5aの大きさ
に拡大して観察する。この観察される1点は、透過領域
4bのどの部分でもよい。したがって、マイクロレンズ
アレイ5から出射した光は、光軸に対してある角度範囲
内に分布する。
That is, the observer 9 observes one point of the transmissive region 4b of the liquid crystal panel 1 by enlarging it to the size of each microlens 5a. The observed one point may be any part of the transmission area 4b. Therefore, the light emitted from the microlens array 5 is distributed within a certain angle range with respect to the optical axis.

【0022】図2は、マイクロレンズアレイ5から出射
した光の拡がり角θを示す図である。基板3の厚さtを
600μm、屈折率nを1.52とすると、マイクロレ
ンズ5aの焦点距離は、395μm(=600/1.5
2)となり、画素開口部の拡がり角θは、幾何学的に縦
方向が2.3°(=2・tan-1{(24/2)/60
0})、横方向が3.4°(=2・tan-1{(36/
2)/600})となる。さらに、液晶パネル1側から
接眼レンズ8を覗いたときの観察者9の虚像9aと、液
晶パネル1の画素が配列されている平面との距離L1を
110mmとし、接眼レンズ8と観察者9との距離L2
を20mmとし、液晶パネル1の画素が配列されている
平面と接眼レンズ8との距離L3を80mmとすると、
ビューファインダのアイポイントにおけるアイリングの
大きさは、幾何学的に2.9mm(={20/(110
−80)}・2・110・tan(2.3/2))×
4.4mm(={20/(110−80)}・2・11
0・tan(3.4/2))となる。前記アイリングと
は、接眼レンズから目を離して見たときに接眼レンズの
後ろに見える小さな明るい円の像、すなわち射出瞳のこ
とであり、この射出瞳の位置をアイポイントと呼ぶ。前
記アイリングの大きさは、ビューファインダとして十分
に利用できる値である。
FIG. 2 is a diagram showing the divergence angle θ of the light emitted from the microlens array 5. If the thickness t of the substrate 3 is 600 μm and the refractive index n is 1.52, the focal length of the microlens 5a is 395 μm (= 600 / 1.5).
2), and the divergence angle θ of the pixel aperture is geometrically 2.3 ° (= 2 · tan −1 {(24/2) / 60) in the vertical direction.
0}), and the horizontal direction is 3.4 ° (= 2 · tan −1 {(36 /
2) / 600}). Further, the distance L1 between the virtual image 9a of the observer 9 when looking into the eyepiece 8 from the liquid crystal panel 1 side and the plane on which the pixels of the liquid crystal panel 1 are arranged is 110 mm, and the eyepiece 8 and the observer 9 are Distance L2
Is 20 mm, and the distance L3 between the plane on which the pixels of the liquid crystal panel 1 are arranged and the eyepiece 8 is 80 mm,
The size of the eye ring at the eye point of the viewfinder is geometrically 2.9 mm (= {20 / (110
−80)} · 2 · 110 · tan (2.3 / 2)) ×
4.4 mm (= {20 / (110-80)} ・ 2 ・ 11
0 · tan (3.4 / 2)). The eye ring is an image of a small bright circle seen behind the eyepiece when the eye is taken away from the eyepiece, that is, an exit pupil, and the position of this exit pupil is called an eye point. The size of the eye ring is a value that can be sufficiently used as a viewfinder.

【0023】以上のように本実施例によれば、表示装置
10には、マイクロレンズアレイ5と、該マイクロレン
ズアレイ5から出射した光の光軸に対して平行な主光線
が接眼レンズ8に集光するようなフィールドレンズ7と
が設けられる。したがって、遮光領域4aによって生じ
る縞模様をなくすことができ、表示を明るく、かつコン
トラストを均一にすることができる。また、拡散光源で
あるバックライト6を用いても液晶パネル1とマイクロ
レンズアレイ5との間において視差によって生じるモア
レ縞の発生をなくすことができ、画像品質を向上するこ
とができる。さらに、観察者9は接眼レンズ8を介して
透過領域4bの1点を拡大して観察するため、実質的な
開口率が向上して明るい表示を得ることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in the display device 10, the microlens array 5 and the principal ray parallel to the optical axis of the light emitted from the microlens array 5 are directed to the eyepiece lens 8. A field lens 7 for collecting light is provided. Therefore, it is possible to eliminate the striped pattern generated by the light shielding region 4a, and it is possible to make the display bright and to make the contrast uniform. Further, even when the backlight 6 which is a diffused light source is used, it is possible to eliminate the generation of moire fringes caused by parallax between the liquid crystal panel 1 and the microlens array 5, and it is possible to improve the image quality. Further, since the observer 9 magnifies and observes one point of the transmissive region 4b through the eyepiece lens 8, the substantial aperture ratio is improved and a bright display can be obtained.

【0024】なお、表示装置10のフィールドレンズ7
と接眼レンズ8とを目的に応じて設計すれば、観察者9
は、任意の場所に任意の大きさの虚像を観察することが
できる。たとえば、接眼レンズ8の焦点距離fを60m
mとすれば、図3に示すように、実像Aは、レンズの結
像の公式、すなわち(1/d1)+(1/d2)=1/
fによって、接眼レンズ8から、距離d2=240mm
の位置に、実像Aに対して約3倍の大きさの虚像Bとし
て観察される。ここで、d1は接眼レンズ8と実像Aと
の距離を表す。また、接眼レンズ8から虚像Bまでの距
離d2=1mとなるようにフィールドレンズ7と接眼レ
ンズ8とを設計すれば、約12.5倍の大きさの虚像B
を観察することができ、バーチャルリアリティシステム
用のスコープとして利用することが可能となる。
The field lens 7 of the display device 10
If the eyepiece 8 and the eyepiece 8 are designed according to the purpose, the observer 9
Can observe a virtual image of any size in any place. For example, if the focal length f of the eyepiece lens 8 is 60 m
Assuming that m is the real image A, as shown in FIG.
Depending on f, from the eyepiece lens 8, the distance d2 = 240 mm
At the position of, a virtual image B having a size about three times as large as that of the real image A is observed. Here, d1 represents the distance between the eyepiece 8 and the real image A. If the field lens 7 and the eyepiece lens 8 are designed so that the distance d2 = 1 m from the eyepiece 8 to the virtual image B, the virtual image B of about 12.5 times the size is obtained.
Can be observed and can be used as a scope for a virtual reality system.

【0025】図4は、本発明の第2の実施例である表示
装置11の概略的構成を示す側面図である。本実施例
は、マイクロレンズ12aのピッチP1の補正を行った
ものである。表示装置11は、表示装置10とぼほ同様
の構成であり、液晶パネル1とバックライト6と、接眼
レンズ8と、さらにピッチ補正を行ったマイクロレンズ
アレイ12とを含んで構成される。
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of the display device 11 according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, the pitch P1 of the microlenses 12a is corrected. The display device 11 has a configuration similar to that of the display device 10, and includes a liquid crystal panel 1, a backlight 6, an eyepiece 8, and a microlens array 12 having a pitch corrected.

【0026】液晶パネル1は、第1の実施例と同様にア
クティブマトリクス駆動を行うための画素電極やスイッ
チング素子などが形成された基板2,3の間に液晶を介
在して成り、さらに両基板間には、ブラックマトリクス
4が形成されている。前記液晶パネル1の基板2の表面
2a側には、拡散光源であるバックライト6が配置さ
れ、さらに液晶パネル1の基板3の表面3a上には、マ
イクロレンズアレイ12が形成される。該マイクロレン
ズアレイ12は、複数の画素に対応して形成され、かつ
プラノマイクロレンズで実現される複数のマイクロレン
ズ12aから成る。前記マイクロレンズアレイ12の観
察者9側には接眼レンズ8が配置されている。前記マイ
クロレンズ12aには後述するピッチ補正が施されてい
るとともに、複数の透過領域4bから出射した光が互い
に繋がるような拡大率に設計されている。
The liquid crystal panel 1 is formed by interposing a liquid crystal between substrates 2 and 3 on which pixel electrodes and switching elements for performing active matrix driving are formed, as in the first embodiment. A black matrix 4 is formed between them. A backlight 6 as a diffused light source is arranged on the surface 2a side of the substrate 2 of the liquid crystal panel 1, and a microlens array 12 is formed on the surface 3a of the substrate 3 of the liquid crystal panel 1. The microlens array 12 is formed of a plurality of microlenses 12a formed corresponding to a plurality of pixels and realized by planomicrolenses. An eyepiece 8 is arranged on the observer 9 side of the microlens array 12. The microlenses 12a are subjected to a pitch correction, which will be described later, and are designed to have an enlargement ratio such that lights emitted from a plurality of transmission regions 4b are connected to each other.

【0027】表示装置11の液晶パネル1の画素ピッチ
P0を48μmとし、基板3の厚さtを600μmと
し、基板3の屈折率nを1.52とし、液晶パネル1側
から接眼レンズ8を覗いたときの観察者9の虚像9a
と、液晶パネル1の画素が配列されている平面との距離
L1を110mmとすると、マイクロレンズ12aのピ
ッチP1は、P1=P0・{1−t/(n・L)}とな
り、すなわちマイクロレンズ12aのピッチP1が4
7.8μmとなり、液晶パネル1から出射した光がマイ
クロレンズ12aの中心を通るように補正される。
The pixel pitch P0 of the liquid crystal panel 1 of the display device 11 is 48 μm, the thickness t of the substrate 3 is 600 μm, the refractive index n of the substrate 3 is 1.52, and the eyepiece 8 is viewed from the liquid crystal panel 1 side. Virtual image 9a of the observer 9 when
And the distance L1 from the plane on which the pixels of the liquid crystal panel 1 are arranged is 110 mm, the pitch P1 of the microlenses 12a is P1 = P0 · {1-t / (n · L)}, that is, the microlenses. 12a pitch P1 is 4
It becomes 7.8 μm, and the light emitted from the liquid crystal panel 1 is corrected so as to pass through the center of the microlens 12a.

【0028】以上のように本実施例によれば、表示装置
11にはマイクロレンズアレイ12が形成され、さらに
該マイクロレンズアレイ12のマイクロレンズ12aの
ピッチP1が液晶パネル1から出射した光がマイクロレ
ンズ12aの中心を通るように補正される。したがっ
て、遮光領域4aによって生じる縞模様をなくすことが
でき、表示を明るく、かつコントラストを均一にするこ
とができる。また、拡散光源であるバックライト6を用
いても液晶パネル1とマイクロレンズアレイ12との間
において視差によって生じるモアレ縞をなくして、画像
品質を向上することができる。
As described above, according to this embodiment, the microlens array 12 is formed in the display device 11, and the light emitted from the liquid crystal panel 1 has a pitch P1 of the microlenses 12a of the microlens array 12. It is corrected so as to pass through the center of the lens 12a. Therefore, it is possible to eliminate the striped pattern generated by the light shielding region 4a, and it is possible to make the display bright and to make the contrast uniform. Further, even if the backlight 6 which is a diffused light source is used, it is possible to improve the image quality by eliminating the moire fringes generated by the parallax between the liquid crystal panel 1 and the microlens array 12.

【0029】なお、第1および第2の実施例では、マイ
クロレンズ5a,12aとして、プラノマイクロレンズ
を用いる例について説明したけれども、それぞれの実施
例における条件を満たすメニスカスマイクロレンズや両
凸マイクロレンズなどを使用することも本発明の範囲に
属するものである。
In the first and second embodiments, an example in which plano microlenses are used as the microlenses 5a and 12a has been described, but a meniscus microlens or a biconvex microlens satisfying the conditions in the respective embodiments. The use of is also within the scope of the invention.

【0030】また、第1および第2の実施例では、液晶
パネル1を用いる例について説明したけれども、エレク
トロクロミックパネルや、PLZTなどの透光性セラミ
ックを用いたディスプレイを用いる例も本発明の範囲に
属するものである。
In the first and second embodiments, the example using the liquid crystal panel 1 has been described, but an example using an electrochromic panel or a display using a translucent ceramic such as PLZT is also within the scope of the present invention. Belong to.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、表示パネ
ルの接眼レンズ側表面に、マイクロレンズが形成され
る。したがって、表示パネルの複数の画素に形成される
画素電極からの出射光が拡大されて互いに繋がり、表示
を明るく、かつコントラストを均一にすることができ
る。また、形成されるマイクロレンズのピッチは、表示
パネルから出射する光がマイクロレンズの中心を通るよ
うに補正される。したがって、前記効果とともに、視差
によって生じるモアレ縞をなくして画像品質を向上する
ことが可能となる。
As described above, according to the present invention, the microlenses are formed on the surface of the display panel on the eyepiece side. Therefore, the lights emitted from the pixel electrodes formed in the plurality of pixels of the display panel are expanded and connected to each other, and the display can be bright and the contrast can be uniform. Further, the pitch of the formed microlenses is corrected so that the light emitted from the display panel passes through the centers of the microlenses. Therefore, in addition to the above effects, it is possible to improve the image quality by eliminating moire fringes caused by parallax.

【0032】さらに本発明によれば、表示パネルの接眼
レンズ側表面にマイクロレンズが形成され、さらにマイ
クロレンズの接眼レンズ側にフィールドレンズが配置さ
れる。したがって、表示パネルの複数の画素に形成され
る画素電極からの出射光が拡大されて互いに繋がり、表
示を明るく、かつコントラストを均一にすることができ
るとともに、視差によって生じるモアレ縞をなくして画
像品質を向上することが可能となる。
Further, according to the present invention, the microlens is formed on the surface of the display panel on the eyepiece side, and the field lens is arranged on the eyepiece side of the microlens. Therefore, the emitted lights from the pixel electrodes formed in the plurality of pixels of the display panel are expanded and connected to each other, and the display can be bright and the contrast can be made uniform, and the moire fringes caused by parallax can be eliminated and the image quality can be improved. It becomes possible to improve.

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

【図1】本発明の第1の実施例である表示装置10の概
略的構成を示す側面図である。
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a display device 10 that is a first embodiment of the present invention.

【図2】マイクロレンズアレイ5から出射した光の拡が
り角θを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a divergence angle θ of light emitted from a microlens array 5.

【図3】実像Aおよび虚像Bを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a real image A and a virtual image B.

【図4】本発明の第2の実施例である表示装置11の概
略的構成を示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of a display device 11 which is a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 液晶パネル 2,3 基板 4 ブラックマトリクス 4a 遮光領域 4b 透過領域 5,12 マイクロレンズアレイ 5a,12a マイクロレンズ 6 バックライト 7 フィールドレンズ 8 接眼レンズ 10,11 表示装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal panel 2,3 Substrate 4 Black matrix 4a Light-shielding area 4b Transmission area 5,12 Micro lens array 5a, 12a Micro lens 6 Backlight 7 Field lens 8 Eyepiece 10, 11 Display device

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を制御する複数の画素がマトリク
ス状に配列される透過型の表示パネルと、 前記表示パネルに光を照射する光源と、 前記表示パネルに表示された画像を観察する接眼レンズ
とを備える直視型表示装置において、 前記表示パネルの接眼レンズ側表面に、該表示パネルの
各画素に対応してマイクロレンズを形成したことを特徴
とする直視型表示装置。
1. A transmissive display panel in which a plurality of pixels for controlling incident light are arranged in a matrix, a light source for irradiating the display panel with light, and an eyepiece for observing an image displayed on the display panel. A direct-view display device comprising a lens, wherein a microlens is formed on a surface of the display panel on the eyepiece side corresponding to each pixel of the display panel.
【請求項2】 前記表示パネルの画素が配列されている
平面とマイクロレンズが形成されている平面との距離を
tとし、前記表示パネル側から接眼レンズを覗いたとき
の観察者の虚像と表示パネルの画素が配列されている平
面との距離をLとし、前記表示パネルの基板の屈折率を
nとし、前記表示パネルの画素ピッチをP0とし、前記
マイクロレンズのピッチをP1としたとき、 前記マイクロレンズのピッチP1が、P1=P0・{1
−t/(n・L)}であることを特徴とする請求項1記
載の直視型表示装置。
2. A virtual image of an observer when the eyepiece lens is viewed from the display panel side and a display is made with t being a distance between a plane where pixels of the display panel are arranged and a plane where microlenses are formed. When the distance from the plane on which the pixels of the panel are arranged is L, the refractive index of the substrate of the display panel is n, the pixel pitch of the display panel is P0, and the pitch of the microlenses is P1, The pitch P1 of the microlens is P1 = P0 · {1
-T / (nL)}, The direct-view display device according to claim 1.
【請求項3】 入射光を制御する複数の画素がマトリク
ス状に配列される透過型の表示パネルと、 前記表示パネルに光を照射する光源と、 前記表示パネルに表示された画像を観察する接眼レンズ
とを備える直視型表示装置において、 前記表示パネルの接眼レンズ側表面に、該表示パネルの
各画素に対応してマイクロレンズを形成し、 前記マイクロレンズの接眼レンズ側に、該マイクロレン
ズを透過した光の光軸に対して平行な主光線が前記接眼
レンズに集光するフィールドレンズを配置したことを特
徴とする直視型表示装置。
3. A transmissive display panel in which a plurality of pixels for controlling incident light are arranged in a matrix, a light source for irradiating the display panel with light, and an eyepiece for observing an image displayed on the display panel. In a direct-view display device including a lens, a microlens is formed on the eyepiece side surface of the display panel corresponding to each pixel of the display panel, and the microlens is transmitted to the eyepiece side of the microlens. A direct-view type display device, in which a field lens for collecting a principal ray parallel to the optical axis of the above-mentioned light is focused on the eyepiece lens.
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