JPH06313860A

JPH06313860A - 直視型表示装置

Info

Publication number: JPH06313860A
Application number: JP5104498A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kato; 浩巳加藤; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JP2889458B2

Abstract

(57)【要約】【目的】画像品質の高いカラー表示を得る。【構成】バックライト６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの光は、
それぞれ液晶素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、マイクロレンズア
レイ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂおよびフィールドレンズ７Ｒ，７
Ｇ，７Ｂから成る表示パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを
通過してクロスダイクロイックプリズム８で合成され
る。観察者１２は、接眼レンズ９から前記クロスダイク
ロイックプリズム８で合成された光、すなわちカラー画
像を観察する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直視型表示装置に関
し、特にビデオカメラのビューファインダや、バーチャ
ルリアリティーシステムの眼鏡型スコープなどの表示手
段として好適に用いられる直視型表示装置に関する。

【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ーなどに広
く利用されている。

【０００３】このような液晶表示パネルを用いた携行用
テレビジョンやワードプロセッサなどにおいてフルカラ
ー表示を行う際には、表示パネルの各画素に赤、緑、青
のカラーフィルタが設けられる。また、ビデオカメラの
ビューファインダやバーチャルリアリティーシステムの
スコープなどの場合においても同様にカラーフィルタが
設けられてフルカラー表示が実施される。

【０００４】前記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ないので、本
来の表示動作が実行されない。このため、ブラックマト
リクスと称される遮光手段が設けられ、該遮光手段によ
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。

【０００５】ビデオカメラのビューファインダやバーチ
ャルリアリティシステムのスコープ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。

【０００６】このような開口率の低下に伴う問題を解決
するために、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。また、特公昭６３−６２
７４８号には、セグメント型の直視型表示装置において
実現した例が紹介されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したようにフルカ
ラー表示を行う場合、表示パネルの各画素に赤、緑、青
のカラーフィルターが設けられ、前記３色の画素構成に
よってカラー表示が行われる。しかしながら、ビューフ
ァインダやスコープなどの直視型表示装置においては表
示パネルを近くで観察するために、観察者の目の分解能
が上がり、赤、緑、青の画素がそれぞれ独立したように
見える。このため、画像の滑らかさが欠けてしまい、画
像品質が低下する。特に、バーチャルリアリティシステ
ムに用いられるスコープなどでは、観察者は拡大表示さ
れた画像を見るので、画像品質の低下が顕著に表れる。
また、疑似空間を作るという点において深刻な問題とな
る。

【０００８】さらに、ビデオカメラのビューファインダ
やバーチャルリアリティシステムのスコープとして用い
られる直視型表示装置は、特に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、前述したようなマイ
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。

【０００９】前記特開昭６４−３５４１５号には、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、ビューファインダやスコープでは小
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、前述したモアレ縞
による画像品質の低下が生じ、該出願に記載されている
ような効果は期待できない。また、前記特公昭６３−６
２７４８号は、表示パネルと接眼レンズとの距離が近い
表示装置に対応したものではないので、ビューファイン
ダやスコープなどとして用いた場合、前述したモアレ縞
による画像品質の低下が生じる。

【００１０】本発明の目的は、画像品質を損なうことな
くフルカラー化を行い、視差による縞模様がなく、画像
品質の高いカラー表示が得られる直視型表示装置を提供
することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、透過型の複数
の表示パネルと、前記複数の表示パネルに異なる色彩光
をそれぞれ照射する複数の光源と、前記複数の表示パネ
ルに表示された画像を光学的に合成する合成手段と、前
記合成手段によって合成された画像を観察する接眼レン
ズとを含むことを特徴とする直視型表示装置である。

【００１２】また本発明は、前記表示パネルは、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た表示
素子と、前記複数の画素に対応して形成されたマイクロ
レンズとを含み、前記マイクロレンズは、前記表示素子
の合成手段側表面に形成されていることを特徴とする。

【００１３】また本発明は、前記表示素子の画素が配列
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、前記表示素子の画素が配列されてい
る平面と前記表示素子側から接眼レンズを覗いたときの
観察者の虚像との距離をＬとし、前記表示素子の基板の
屈折率をｎとし、前記表示素子の画素ピッチを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。

【００１４】さらにまた本発明は、前記表示パネルは、
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
た表示素子と、前記複数の画素に対応して形成されたマ
イクロレンズと、前記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
ィールドレンズとを含み、前記マイクロレンズは、前記
表示素子の合成手段側表面に形成され、前記フィールド
レンズは前記マイクロレンズと合成手段との間に配置さ
れていることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明に従えば、透過型の複数の表示パネルに
は複数の光源からそれぞれ光が照射され、画像が表示さ
れる。複数の表示パネルに表示された画像は、合成手段
によって光学的に合成され、合成された画像が接眼レン
ズを介して観察される。

【００１６】したがって、たとえばそれぞれ赤、緑、青
の色彩光を発する光源と、該光源にそれぞれ対応した表
示パネルとを用い、表示パネルに表示された画像を合成
してカラー表示を行うことができる。このため、１枚の
表示パネルに赤、緑、青のカラーフィルタを形成してカ
ラー表示を行う場合のようにカラーフィルタの各色彩の
画素が観察されることはなくなり、表示パネルを近くで
観察する、たとえばビデオカメラのビューファインダや
バーチャルリアリティシステムのスコープなどの表示手
段として用いた場合でも高精細なカラー表示が得られ
る。

【００１７】また本発明に従えば、前記表示パネルは表
示素子とマイクロレンズとを含む。表示素子には、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てい
る。また、マイクロレンズは、前記表示素子の複数の画
素に対応して表示素子の前記合成手段側表面に形成され
る。マイクロレンズは、表示素子の複数の画素電極から
出射した光を画素の大きさに拡大する。

【００１８】したがって、高精細なカラー表示が得られ
るとともに、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る。このため、画像
品質が向上する。

【００１９】さらに本発明に従えば、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は表示素子の画素ピッチ
を表し、ｔは表示素子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表し、ｎ
は表示素子の基板の屈折率を表し、Ｌは表示素子の画素
が配列されている平面と表示素子側から接眼レンズを覗
いたときの観察者の虚像との距離を表す。

【００２０】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、表示素子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がなくなる。このため、明
るく、コントラストが均一でさらに画像品質の向上した
カラー表示が得られる。

【００２１】またさらに本発明に従えば、前記表示パネ
ルは、表示素子とマイクロレンズとフィールドレンズと
を含む。表示素子には、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ている。マイクロレンズは、前
記表示素子の複数の画素に対応して表示素子の前記合成
手段側表面に形成される。また、フィールドレンズは、
前記マイクロレンズと前記合成手段との間に配置され、
該フィールドレンズによって前記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。

【００２２】したがって、高精細なカラー表示が得られ
るとともに、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る。また、接眼レン
ズからはマイクロレンズから出射した光のうちの光軸に
対して平行に近い成分の光のみが観察されるので、たと
えば特開昭６４−３５４１５号で実施される平行光束を
用いる必要がなく、拡散光源など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、液晶を用いた直視型表示装置とすると視角依存
性が向上し、画像品質の向上した表示が得られる。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である表示装置１
０の概略的構成を示す側面図である。表示装置１０は、
バックライト６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ、クロスダイクロイック
プリズム８、接眼レンズ９および表示パネル１１Ｒ，１
１Ｇ，１１Ｂを含んで構成される。表示パネル１１Ｒ
は、液晶素子１Ｒ、マイクロレンズアレイ５Ｒおよびフ
ィールドレンズ７Ｒを含み、同様に表示パネル１１Ｇ
は、液晶素子１Ｇ、マイクロレンズアレイ５Ｇおよびフ
ィールドレンズ７Ｇを含み、表示パネル１１Ｂは、液晶
素子１Ｂ、マイクロレンズアレイ５Ｂおよびフィールド
レンズ７Ｂを含む。

【００２４】合成手段であるクロスダイクロイックプリ
ズム８は、入射光を透過あるいは反射させる。該プリズ
ム８の側面８ａ，８ｂ，８ｃ側には、表示パネル１１
Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂがそれぞれ配置される。表示パネル
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの前記プリズム８とは反対側に
は拡散光源であり、たとえば白色光を発する冷陰極管で
実現されるバックライト６Ｒ，６Ｇ，６Ｂがそれぞれ配
置される。バックライト６Ｒには、たとえば赤のカラー
フィルタが設けられており、該バックライト６Ｒからは
赤色の波長帯域の光が照射される。また、バックライト
６Ｇには、たとえば緑のカラーフィルタが設けられてお
り、該バックライト６Ｇからは緑色の波長帯域の光が照
射される。さらにバックライト６Ｂには、たとえば青の
カラーフィルタが設けられており、該バックライトから
は青色の波長帯域の光が照射される。

【００２５】バックライト６Ｒから照射された光は、表
示パネル１１Ｒを通過してクロスダイクロイックプリズ
ム８に入射する。クロスダイクロイックプリズム８は、
この光をクロスダイクロイックプリズム８の側面８ｄ側
に反射させる。バックライト６Ｇから照射された光は、
表示パネル１１Ｇを通過してクロスダイクロイックプリ
ズム８に入射する。クロスダイクロイックプリズム８
は、この光をクロスダイクロイックプリズム８の側面８
ｄ側に透過させる。バックライト６Ｂから照射された光
は、表示パネル１１Ｂを通過してクロスダイクロイック
プリズム８に入射する。クロスダイクロイックプリズム
８は、この光をクロスダイクロイックプリズム８の側面
８ｄ側に反射させる。このようにして、クロスダイクロ
イックプリズム８の側面８ａ，８ｂ，８ｃ側から入射し
た光が合成されて側面８ｄ側から出射する。観察者１２
は、クロスダイクロイックプリズム８の側面８ｄ側に配
置される接眼レンズ９から合成された光、すなわちカラ
ー表示された画像を観察する。

【００２６】図２は、前記表示装置１０の表示パネル１
１Ｒを示す側面図である。図２には、ブラックマトリク
ス４による遮光領域４ａにハッチングを記入した。な
お、以下の図３および図６についても同様のハッチング
を記入した。表示パネル１１Ｒの液晶素子１Ｒ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
形成される。また、他方基板表面には対向電極が形成さ
れ、液晶パネル１Ｒ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。

【００２７】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領域上に存
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
をなくすための部材であり、前記領域を透過した光を遮
断する。このため、該ブラックマトリクス４には、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素子１Ｒ
の対角線方向の長さは、たとえば２インチ（縦方向長さ
３０．５ｍｍ、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４８μｍ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。

【００２８】前記液晶素子１Ｒの基板２の表面２ａ側に
は、バックライト６Ｒが配置される。さらに、液晶素子
１Ｒの基板３の表面３ａ上には、マイクロレンズアレイ
５Ｒが形成される。マイクロレンズアレイ５Ｒ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。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おり、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。マイクロレンズアレイ５Ｒの表面５ｂ側には、フィ
ールドレンズ７Ｒが配置される。このフィールドレンズ
７Ｒは、前記マイクロレンズアレイ５Ｒを通過した光
の、光軸に対して平行な主光線が接眼レンズ９に集光す
るように設計されている。

【００２９】なお、図２ではクロスダイクロイックプリ
ズム８の記載を省略しているけれども、表示パネル１１
Ｒと接眼レンズ９との間には、図１に示されるクロスダ
イクロイックプリズム８が配置される。

【００３０】バックライト６Ｒから照射された光は、液
晶素子１Ｒに入射する。液晶素子１Ｒ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したがって制御され
る。液晶素子１Ｒ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５Ｒを通過した光は、フィー
ルドレンズ７Ｒによって、該光のうちの光軸に対して平
行な光のみが接眼レンズ９に入射するように屈折する。
観察者１２は、前記接眼レンズ９を介して前記光を観察
するので、マイクロレンズアレイ５Ｒから出射した光の
うち、接眼レンズ９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。

【００３１】すなわち、観察者１２は、液晶素子１Ｒ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５Ｒ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。

【００３２】図３は、マイクロレンズアレイ５Ｒ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とし、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／
１．５２）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）
／６００｝）となり、横方向が３．４°（＝２・ｔａｎ
^-1｛（３６／２）／６００｝）となる。さらに、液晶素
子１Ｒ側から接眼レンズ９を覗いたときに見える観察者
１２の虚像１２ａの位置と、前記液晶素子１Ｒ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９と観察者１２との距離Ｌ２を２０ｍｍとし、
液晶素子１Ｒの画素が配列されている平面と、接眼レン
ズ９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・１１０・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。

【００３３】以上の説明は、表示パネル１１Ｒについて
の説明であるけれども、表示パネル１１Ｇ，１１Ｂにつ
いても同様に構成されて表示が行われる。このように、
本実施例によれば、表示パネル１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ
には、マイクロレンズアレイ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと、該マ
イクロレンズアレイ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ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９に集光するフ
ィールドレンズ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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
Ｒ，６Ｇ，６Ｂを用いても液晶素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ
と、マイクロレンズアレイ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ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、画像品質を向上させることができる。さらに、観
察者１２は接眼レンズ９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、明る
い表示を得ることが可能となる。

【００３４】また、バックライト６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから
の異なる色彩光をクロスダイクロイックプリズム８で合
成してカラー表示を行うので、表示パネルの各画素に
赤、緑、青のカラーフィルタを設けたときのように、各
色彩光の画素が独立して観察されることはない。したが
って、ビデオカメラのビューファインダなどとして用い
ることが可能であり、さらにバーチャルリアリティシス
テムのスコープなど、拡大表示を行う場合においても高
精細なカラー表示が得られるので好適に用いられる。

【００３５】なお、表示装置１０のフィールドレンズ７
Ｒ，７Ｇ，７Ｂと接眼レンズ９とを目的に応じて設計す
れば、観察者１２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９の焦
点距離ｆを６０ｍｍとすれば、図４に示すように、実像
Ａ１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９からの距
離ｄ２が２４０ｍｍの位置に、実像Ａ１の大きさに対し
て約３倍の大きさの虚像Ａ２として観察される。ここ
で、ｄ１は接眼レンズ９と実像Ａ１との距離を表す。ま
た、接眼レンズ９から虚像Ａ２までの距離ｄ２が１ｍと
なるように、フィールドレンズ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂと、接
眼レンズ９とを設計すれば、約１２．５倍の大きさの虚
像Ａ２を観察することができ、バーチャルリアリティシ
ステムのスコープとして好適に利用することが可能とな
る。

【００３６】なお、本発明に基づく表示装置１０を２組
用意して複眼で使用することにより、前述したようなバ
ーチャルリアリティシステムにおいて、奥行きや深さな
どのある立体視などを実現することができる。

【００３７】図５は、本発明の他の実施例である表示装
置２２の概略的構成を示す側面図である。表示装置２２
は、前述した実施例の表示装置１０とほぼ同じようにし
て構成されるけれども、表示パネル２３Ｒが液晶素子１
Ｒとマイクロレンズアレイ２１Ｒとから成り、表示パネ
ル２３Ｇが液晶素子１Ｇとマイクロレンズアレイ２１Ｇ
とから成り、表示パネル２３Ｂが液晶素子１Ｂとマイク
ロレンズアレイ２１Ｂとから成ることを特徴とする。本
実施例のマイクロレンズアレイ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ
は、マイクロレンズ２１ａのピッチＰ１の補正を行った
ものである。

【００３８】図６は、前記表示装置２２の表示パネル２
３Ｒを示す側面図である。表示パネル２３Ｒの液晶素子
１Ｒは、前述した実施例と同様に、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の間に液晶が介在されて成り、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。前記液晶素子１Ｒの基板２の表面２ａ側には、拡
散光源であるバックライト６Ｒが配置され、さらに液晶
素子１Ｒの基板３の表面３ａ上にはマイクロレンズアレ
イ２１Ｒが形成される。マイクロレンズアレイ２１Ｒ
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２１ａから
成る。前記マイクロレンズアレイ２１Ｒの観察者１２側
には、接眼レンズ９が配置されている。前記マイクロレ
ンズアレイ２１Ｒのマイクロレンズ２１ａ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。

【００３９】なお、図６では、図２と同様にクロスダイ
クロイックプリズム８の記載を省略しているけれども、
表示パネル２３Ｒと接眼レンズ９との間には、図５に示
されるクロスダイクロイックプリズム８が配置されてい
る。

【００４０】液晶素子１Ｒ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、液晶素子１Ｒ側から接眼レンズ９
を覗いたときに見える観察者１２の虚像１２ａの位置
と、前記液晶素子１Ｒ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２１ａ
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２１ａのピッチＰ１が
４７．８μｍとなる。したがって、液晶素子１Ｒから出
射した光がマイクロレンズ２１ａの中心を通る。

【００４１】なお、表示パネル２３Ｇ，２３Ｂについて
も表示パネル２３Ｒと同様の構成とされ、ピッチ補正が
施されたマイクロレンズアレイ２１Ｇ，２１Ｂが設けら
れる。このように本実施例によれば、表示パネル２３
Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂには、マイクロレンズアレイ２１
Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが設けられる。該マイクロレンズア
レイ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂのマイクロレンズ２１ａの
ピッチは、液晶素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから出射した光が
マイクロレンズ２１ａの中心を通るように補正されてい
る。したがって、遮光領域４ａによって生じる縞模様が
なくなり、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。また拡散光源であるバックライト６
Ｒ，６Ｇ，６Ｂを用いても、液晶素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ
とマイクロレンズアレイ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ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、画像品質を向上させることができる。

【００４２】また、本実施例の表示装置２２も前記表示
装置１０と同様にバックライト６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの
異なる色彩光をクロスダイクロイックプリズム８で合成
してカラー表示を行うので、高精細なカラー表示が得ら
れる。このため、ビデオカメラのビューファインダやバ
ーチャルリアリティシステムのスコープなどとして好適
に用いられる。

【００４３】なお、本発明に基づく表示装置２２も前記
表示装置１０と同様に、表示装置２２を２組用意して複
眼で使用することにより、バーチャルリアリティシステ
ムにおいて奥行きや深さのある立体視などを実現するこ
とができる。

【００４４】なお本実施例では、マイクロレンズ５ａ，
２１ａ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。

【００４５】また本実施例では、液晶素子１Ｒ，１Ｇ，
１Ｂ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などを用いた表示素子を用
いる例も本発明の範囲に属するものである。

【００４６】さらに本実施例では、バックライト６Ｒ，
６Ｇ，６Ｂとして拡散光源であり、白色光を発する冷陰
極管に、赤、緑、青のカラーフィルタをそれぞれ設ける
例について説明したけれども、赤、緑、青の色彩光を発
する蛍光ランプやエレクトロルミネセントパネルなど自
発光素子を用いる例も本発明の範囲に属するものであ
る。

【００４７】さらに本実施例では、合成手段としてクロ
スダイクロイックプリズム８を用いる例について説明し
たけれども、クロスダイクロイックミラーなど、他の合
成手段を用いる例も本発明の範囲に属するものである。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の表
示パネルに表示された異なる色彩光の画像は、合成手段
によって光学的に合成されて観察される。したがって、
カラーフィルタを設けたときのように各色彩の画素が観
察されることはなくなり、表示パネルを近くで観察する
ような表示手段として用いても高精細なカラー表示が得
られる。

【００４９】また本発明によれば、表示パネルは表示素
子とマイクロレンズとを含む。前記マイクロレンズは、
表示素子の複数の画素電極から出射した光を画素の大き
さに拡大するので、出射光が互いに繋がり、縞模様がな
くなる。したがって、明るく、かつコントラストが均一
なカラー表示が得られ、画像品質が向上する。

【００５０】さらに本発明によれば、マイクロレンズの
ピッチＰ１が調整されて、表示素子の複数の画素電極か
ら出射した光がマイクロレンズの中心を通る。したがっ
て、表示素子とマイクロレンズとの距離の視差によって
生じるモアレ縞がなくなり、画像品質が向上する。

【００５１】またさらに本発明によれば、表示パネルは
表示素子とマイクロレンズとフィールドレンズとを含
む。前記フィールドレンズは、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接眼レンズに集光す
るように設計されている。したがって、表示素子の複数
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、表示が明るく、かつコントラストが均一
になる。また、拡散光源を用いても視差によって生じる
モアレ縞がなくなる。このため、画像品質の向上したカ
ラー表示が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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２】前記表示装置１０の表示パネル１１Ｒを示す側
面図である。

【図３】マイクロレンズアレイ５Ｒから出射した光の拡
がり角θを示す図である。

【図４】実像Ａ１および虚像Ａ２を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例である表示装置２２の概略
的構成を示す側面図である。

【図６】前記表示装置２２の表示パネル２３Ｒを示す側
面図である。

【符号の説明】

１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ液晶素子２，３基板４ブラックマトリクス５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂマイクロ
レンズアレイ５ａ，２１ａマイクロレンズ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂバックライト７Ｒ，７Ｇ，７Ｂフィールドレンズ８クロスダイクロイックプリズム９接眼レンズ１０，２２表示装置１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ，２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ表
示パネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過型の複数の表示パネルと、前記複数の表示パネルに異なる色彩光を照射する複数の
光源と、前記複数の表示パネルに表示された画像を光学的に合成
する合成手段と、前記合成手段によって合成された画像を観察する接眼レ
ンズとを含むことを特徴とする直視型表示装置。
【請求項２】前記表示パネルは、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た表示素子と、前記
複数の画素に対応して形成されたマイクロレンズとを含
み、前記マイクロレンズは、前記表示素子の合成手段側表面
に形成されていることを特徴とする請求項１記載の直視
型表示装置。
【請求項３】前記表示素子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、前記表示素子の画素が配列されている平面と前記
表示素子側から接眼レンズを覗いたときの観察者の虚像
との距離をＬとし、前記表示素子の基板の屈折率をｎと
し、前記表示素子の画素ピッチを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２記載
の直視型表示装置。
【請求項４】前記表示パネルは、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た表示素子と、前記
複数の画素に対応して形成されたマイクロレンズと、前
記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とを
含み、前記マイクロレンズは、前記表示素子の合成手段側表面
に形成され、前記フィールドレンズは前記マイクロレン
ズと合成手段との間に配置されていることを特徴とする
請求項１記載の直視型表示装置。