JPH06265873A

JPH06265873A - 表示装置

Info

Publication number: JPH06265873A
Application number: JP5052563A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Amako; 淳尼子; Tomio Sonehara; 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ドットマトリクス表示体を用いた表示装置に関
し、ドットノイズやドット欠陥を除いて、質の高い映像
を提供することを目的とする。【構成】本発明の表示装置は、ドットマトリクス表示
体と、前記表示体と視認者の間に配置された位相構造体
とを備え、前記位相構造体は複数の互いに異なる位相
分布が有機的に合成されて成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学的位相フィルタを備
えたドットマトリクス表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドットマトリクス表示体と視認者の間に
光学的位相フィルタを配置することにより、ドットノイ
ズを除き、映像の質を向上することができる。従来、光
学的位相フィルタには、散乱板や回折格子が使われ
てきた。前者については、特開昭62-55624に、後者につ
いては、SID Digest, 354-356(1986)や U.S.A. Patent
No. 5046827に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光学的
位相フィルタには以下の問題点があった。

【０００４】（１）散乱板の場合、表示体のドット構造
に配慮して、ＭＴＦを２次元的に制御することが困難で
ある。このため、光学フィルタリングの作用が過剰気味
になるか不足気味になり、高品位な映像が得られない。

【０００５】（２）回折格子の場合は、ドットの形状や
面積を考慮しながら位相分布を設計したとしても、ドッ
ト間を補間するための所要の回折パターンをひとつの位
相分布だけで実現することは難しい。このために、ドッ
ト間の遮光部の黒が視認されたり、映像のシャープネス
が必要以上に低下したりして、満足な映像が得られな
い。

【０００６】本発明の目的はこれらの問題点を解決する
ものであって、複数の位相分布から合成した位相構造体
を光学的バンドパスフィルタとして用いることにより、
ドットノイズが目立たない表示装置を提供するところに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の表示装置
は、ドットマトリクス表示体と、前記表示体と視認者の
間に配置された位相構造体とを備え、前記位相構造体は
複数の互いに異なる位相分布が合成されて成ることを特
徴とする。

【０００８】本発明の第２の表示装置は、前記第１の表
示装置において、位相構造体は、少なくともひとつの位
相分布が周期性を有しないことを特徴とする。

【０００９】本発明の第３の表示装置は、前記第１の表
示装置において、位相構造体は、複数の互いに異なる２
値の位相分布が合成されて成ることを特徴とする。

【００１０】本発明の第４の表示装置は、前記第３の表
示装置において、位相構造体は、位相分布の数をＮ、前
記複数の位相分を合成した後の量子化数をＱとする時
に、Ｑ＜２^Nという関係を満足することを特徴とする。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）まず、本発明の位相構造体について説明す
る。位相構造体へ作り込む複数の位相分布をφ_n(i,j)と
すると、合成後の位相分布Φは、 Φ＝Ｑ｛Σφ_n(i,j)｝・・・・（１）と書ける。ただし、Ｑ｛｝は位相分布を量子化する操作
を、i、jは位相構造体の最小単位であるセルの番号を表
す。

【００１２】合成すべき複数の位相分布φ_n(i,j)は、つ
ぎのような過程に沿って、順次求めていく。

【００１３】（１）まず、位相分布φ₁の作用により所
要の回折パターン（回折スポットの集合体）をつくり、
この回折パターンでドット間を補間する。

【００１４】（２）しかし、位相分布φ₁の作用だけで
は、ドットノイズを完全に除くことは難しい。なぜなら
ば、ドット開口部の形状、面積は様々であり、ひとつの
回折パターンだけでは、過不足なくドット間を補間する
ことは不可能だからである。

【００１５】（３）そこで、位相分布φ₂を加えて、位
相分布φ₁がつくる回折スポットのひとつひとつを、さ
らに少しだけ分散させる。

【００１６】（４）位相分布φ₁とφ₂の作用だけで充分
でない場合は、さらに、位相分布φ₃を加える。それで
も充分でなければ、さらに、位相分布φ₄を加える。

【００１７】このような過程を繰り返すうちに、やがて
は、ドットノイズが除かれて、表示面上には滑らかな光
強度分布が得られる。一般的な表示用途では、せいぜ
い、２つか３つの位相分布を合成すれば充分である。

【００１８】合成すべき位相分布φ_n(i,j)の選び方には
いろいろあるが、例えば、つぎのような点に考慮する。
どう選ぶかは、位相構造体の使用目的に合わせて決め
る。

【００１９】（１）周期性を有する位相分布だけを組み
合わせる。

【００２０】（２）周期性を有しない位相分布を加え
る。

【００２１】（３）２次元の位相分布と１次元の位相分
布を合成する。こうすることにより、表示体画面におけ
る水平、垂直方向の視認特性を独立に制御できる。

【００２２】図１に、合成されるＮ個の位相分布のそれ
ぞれの断面の一部を示した。最も小さなセルに合わせ
て、セル毎にＮ個の位相値φ₁、φ₂、・・・・φ_Nを足し
て、得られた位相値を量子化する。例えば、２値の位相
分布をＮ個だけ合成すると、合成後の位相分布は２^N個
の位相値を含んでいる。量子化のレベル数Ｑは、Ｑ≦２
^Nであって、要求される光学的フィルタリング性能を考
慮して決める。実際には、２値から４値くらいのレベル
数で、充分効果がある。

【００２３】つぎに、実際の表示装置における位相構造
体の作製について説明しよう。図２は、携帯用ビデオカ
メラにおけるビューファインダ光学系の略図である。バ
ックライト２０１で液晶表示体２０２を照明する。液晶
表示体２０２を透過した光は本発明の位相構造体２０３
とレンズ２０４を経て観察者２０５へ至る。そして、レ
ンズ２０４の作用により、観察者は明視位置（およそ３
０ｃｍ）に液晶表示画像の虚像を観る。

【００２４】液晶表示体２０２は、ＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）駆動方式のカラー液晶表示体である。ドット数
は３２０×２２０、ドットピッチは水平方向がｐ_x＝３
４μｍ、垂直方向がｐ_y＝４８μｍである。ドットの配
列を図３に示す。図中、３０１は開口部、３０２は遮光
部であり、全体に対する開口部の面積比率はおよそ３０
％である。このドット配列においては、青緑赤のうちの
任意の色に注目すると、その色は、図中の斜線部が示す
ようにサンプリングされていることになる。

【００２５】本実施例では、２つの２値位相分布を合成
して位相構造体を作製した。２つの位相分布には、どち
らにも周期性を付与した。ひとつは、サンプリング点の
間をやや大まかに補間するための位相分布であり、これ
をφ₁と表す。この位相分布の平面図を図４（ａ）に、
回折パターンを図４（ｂ）にそれぞれ示した。図４
（ａ）で、斜線部分の位相値は2.63ラジアン、この他は
0.0ラジアンである。図４（ｂ）で、図中の数字は回折
スポットの相対強度を表す。位相分布φ₁の作用によ
り、図３に示したドット配列に対して、ドット開口部の
回折像を１３だけ作り、これらの回折像でサンプリング
点の間を補間することができる。これだけでもサンプリ
ングノイズを低減する効果はあるが、充分とは言えな
い。

【００２６】そこで、別の位相分布φ₂の作用により、
位相分布φ₁がつくる１３の回折像をそれぞれ上下左右
斜め方向へ、少しづつ分散させることにした。この位相
分布φ₂の平面図を図５（ａ）に、回折パターンを図５
（ｂ）にそれぞれ示す。図５（ａ）で、斜線部分の位相
値は0.50〜1.00ラジアンくらいが適当である。斜線部分
の他は0.0ラジアンである。

【００２７】本実施例における位相分布φ₁、φ₂は、所
要の回折パターンを制限条件として加え、反復計算によ
って求めたものである。この計算には、シミュレーテッ
ドアニーリング法（Science 220, 671(1983)参照）を用
いた。なお、図４と図５で、位相分布を構成するセル数
は３２×３２である。

【００２８】位相分布の周期は、液晶表示体の画素ピッ
チ、基板厚さ、バックライトの発光スペクトルを考慮し
て定める。まず、位相分布φ₁の周期ｇ_1x、ｇ_1yを次式
により定める。

【００２９】ｇ_1x＝2λ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_x ・・・・（２）ｇ_1y＝2λ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_y ・・・・（３）ここで、λは設計波長、ｚは液晶表示体２０２から位相
構造体２０４までの距離を表す。ただし、（１、０）次
数あるいは（０、１）次数の回折光が、隣接するドット
間のちょうど中央にくる、という状況を考えている。

【００３０】ここではバックライトの発光スペクトルに
おける緑のピークに注目し、回折格子の設計波長を0.54
μｍと定めた。液晶表示体２０２から位相構造体２０４
までの距離はｚ＝10ｍｍ、対向基板の厚さと屈折率は、
それぞれｔ＝1.2ｍｍ、ｎ＝1.5である。これらの条件か
ら、位相分布φ１の周期はｇ_1x＝343μｍ、ｇ_1y＝243μ
ｍとなる。

【００３１】他方、位相分布φ₂の周期は、さきの位相
分布φ₁がつくった１３個の回折スポットのひとつひと
つをさらにどれくらい回折させるか、ということを考慮
して決める。本実施例では、ひとつの回折スポットを、
さらに、９個に分散させることにした。ただし、エネル
ギー配分は、図５（ａ）に示したように、中心の回折像
に多くのエネルギーが残るようにした。

【００３２】位相分布φ₂に関して、（０、０）次数の
回折光に対する（１、０）次数もしくは（０、１）次数
の回折光の距離を、水平、垂直方向ともに、画素ピッチ
の１／４とすると、位相分布φ₂の周期はｇ_2x＝４λ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_x ・・・・（４）ｇ_2y＝４λ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_y ・・・・（５）という関係から、ｇ_2x＝686μｍ、ｇ_2y＝486μｍと求ま
る。

【００３３】こうして求めた位相分布φ₁とφ₂を足し合
わせると、４値の位相分布が得られる。この位相分布を
表面レリーフ構造あるいは分布屈折率構造として形
成すれば位相構造体ができあがる。

【００３４】なお、ここでは４値の位相分布をそのまま
形成したが、量子化することにより、２値の位相分布と
して形成した場合でも、ドットノイズの除去には十分な
効果がある。また、上記実施例では、位相構造体を表示
体から距離ｚだけ離して配置したが、表示体と接して
配置することも、表示体の基板上に形成することも可
能である。

【００３５】本発明によれば、表示体における表示面と
視認者の間へ、複数の位相分布から合成された位相構造
体を配置して、これを光学的バンドパスフィルタとして
用いることにより、表示体の遮光部（あるいは非発光
部）が目立たなくなり、視認評価値が高い映像を提供す
ることができる。

【００３６】（実施例２）本実施例では、周期性を有す
る位相分布と周期性を有しない位相分布から合成した位
相構造体を用いる。以下の説明では、周期性を有する位
相分布をθ₁、周期性を有しない位相分布をθ₂とする。

【００３７】実施例１の携帯用ビデオカメラを再び引用
する。液晶表示体の条件は、実施例１と同じである。そ
こで、位相分布θ₁は実施例１におけるφ₁と同じにし
て、位相分布θ₂に非周期性を付与することにした。

【００３８】位相分布θ₁の作用により、図３に示した
ドット配列に対して、ドット開口部の回折像を１３だけ
作り、これらの回折像でサンプリング点の間を補間する
ことができる。これだけでもサンプリングノイズを低減
する効果はあるが、充分とは言えない。そこで、位相分
布θ₂の作用により、位相分布θ₁がつくった１３の回折
像をそれぞれ周囲へ、少しづつ分散させることにした。

【００３９】本実施例では位相分布θ₂として、２値の
２次元ランダム位相分布を選んだ。図６（ａ）に位相分
布を、図６（ｂ）に回折パターンをそれぞれ示した。図
６（ａ）で、斜線部分の位相値は0.30〜0.80ラジアンく
らいが適当である。斜線部分の他は0.0ラジアンであ
る。図６（ｂ）から、位相分布φ₂は周期性をもたない
がゆえに、その回折パターンは全方位へほぼ同じように
広がっている様子が判る。エネルギー配分は、回折パタ
ーンの中心及び近傍に、より多くのエネルギーが残るよ
うにした。

【００４０】位相分布θ₁の周期ｈ_1x、ｈ_1yは位相分布
φ₁の周期と同じく、ｈ_1x＝343μｍ、ｈ_1y＝243μｍで
ある。ただし、（１、０）次数あるいは（０、１）字数
の回折光が、隣接する２つのドットの中央にくる、とい
う状況を考えている。

【００４１】他方、位相分布θ₂の周期は、位相分布θ₁
がつくる１３個の回折スポットのひとつひとつをさらに
どれくらい広げるか、ということを考慮して決める。本
実例では、ひとつの回折スポットを、画素ピッチの約１
／６だけ周囲へ広げることにした。この時、位相分布θ
₂の周期ｈ_2x、ｈ_2yはｈ_2x＝６λ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_x ・・・・（６）ｈ_2y＝６λ（ｚ＋ｔ／ｎ）／ｐ_y ・・・・（７）という関係から、ｈ_2x＝1029μｍ、ｈ_2y＝729μｍと求
まる。

【００４２】なお、本実施例で説明した２値の２次元ラ
ンダム位相分布の代わりに、多値のランダム位相分布
や１次元のランダム位相分布を使うことも可能であ
り、充分な効果がある。

【００４３】以上、液晶表示体を用いた携帯用ビデオカ
メラを引用しながら、本発明の表示装置の実施例を紹介
した。これらの他にも、本発明は、投射型液晶表示装
置、さらにはＬＥＤアレイ表示装置やプラズマ表示装
置に対しても広く応用が可能である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、ドットマトリクス表示
体を応用した表示装置において、位相構造体から成る光
学的バンドパスフィルタを用いてドットノイズを除くこ
とにより、心理評価値が高い映像を提供することができ
る。

【００４５】従来技術に対する本発明の新規性ならびに
進歩性は、光学的バンドパスフィルタとしての位相構造
体が以下の特徴を備えている点にある。

【００４６】（１）複数の位相分布が有機的に合成され
て成る。これらの位相分布は、互いに、周期、構造、そ
して位相値が異なる。

【００４７】（２）複数の位相分布のうち、いくつかは
周期性を有し、他の位相分布は周期性を有しない。

【００４８】（３）組み合わせる位相分布の総数、周期
性を有する位相分布の数、周期性を有しない位相分布の
数、これらの位相分布の周期及び位相値などを最適化す
ることにより、所望の光学的補間機能を実現できる。

【００４９】このような位相構造体を用いることによ
り、ドット開口部（あるいは発光部）の形状や面積に左
右されずに、つねに、良好な光学的フィルタリング効果
を達成し、映像の質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相構造体の構造を説明する図である

【図２】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。

【図３】液晶表示体のドットの配列を示す図である。

【図４】位相構造体の第１の実施例を示す図である。（ａ）第１の位相分布の平面図である。（ｂ）第１の位相分布の回折パターンを示す図である。

【図５】位相構造体の第１の実施例を示す図である。（ａ）第２の位相分布の平面図である。（ｂ）第２の位相分布の回折パターンを示す図である。

【図６】位相構造体の第２の実施例を示す図である。（ａ）第２の位相分布の平面図である。（ｂ）第２の位相分布の回折パターンを示す図である。

【符号の説明】

１０１セル２０１バックライト２０２液晶表示体２０３位相構造体２０４レンズ２０５観察者３０１開口部３０２遮光部４０１回折パターン５０１回折パターン６０１回折パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドットマトリクス表示体と、前記表示体と
視認者の間に配置された位相構造体とを備え、前記位相
構造体は複数の互いに異なる位相分布が合成されて成る
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記位相構造体は、少なくともひとつの位
相分布が周期性を有しないことを特徴とする請求項１に
記載の表示装置。
【請求項３】前記位相構造体は、複数の互いに異なる２
値の位相分布が合成されて成ることを特徴とする請求項
１に記載の表示装置。
【請求項４】前記位相構造体は、前記位相分布の数を
Ｎ、前記複数の位相分布を合成した後の量子化数をＱと
する時に、Ｑ＜２^Nという関係を満足することを特徴と
する請求項３に記載の表示装置。