JPH08129168A - 投影型画像表示装置 - Google Patents

投影型画像表示装置

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JPH08129168A
JPH08129168A JP6269451A JP26945194A JPH08129168A JP H08129168 A JPH08129168 A JP H08129168A JP 6269451 A JP6269451 A JP 6269451A JP 26945194 A JP26945194 A JP 26945194A JP H08129168 A JPH08129168 A JP H08129168A
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micro prism
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Hiroshi Hamada
Hiroshi Nakanishi
Naoyuki Tanaka
浩 中西
浩 浜田
尚幸 田中
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Sharp Corp
シャープ株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 マトリックス状に配列された複数の絵素及び
これら絵素以外の領域にマトリックス状に遮光マスクを
有する透過型の液晶表示パネル2とこの液晶表示パネル
2の光出射側に微小プリズムを多数配置してなる微小プ
リズムアレイ6とその光出射側に投影スクリーンとを備
える。微小プリズムアレイ6のプリズム形成面に、微小
プリズムの屈折率とは異なる屈折率を有し、かつプリズ
ム形成面側とは反対側の面が平滑なレベリング層20を
積層してなる。 【効果】 投影スクリーン上で絵素が2重像となるた
め、遮光マスクによる縞が目立たなくなり滑らかな画像
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型表示素子等の透
過型表示手段に光源光を入射しその透過光をスクリーン
上に結像させて画像を表示するものであって、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され
る投影型画像表示装置に関するものである。

【0002】

【従来の技術】透過型表示パネルは、それ自体は発光し
ないが、光の透過率が駆動信号によって変化し、光源か
らの光の強度を変調することにより画像や文字を表示す
るものである。この透過型表示パネルの例には液晶表示
パネル、エレクトロクロミックディスプレイ及びPLZ
T(Lead Zirco-Titanate doped with lanthanum)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タブルTVやワードプロセッサ
ー等に広く利用されている。

【0003】このような液晶表示パネルには、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、これ
ら絵素にそれぞれ独立した駆動電圧を印加することによ
り液晶の光学特性が変化し、それによって画像や文字が
表示される。各絵素に独立した駆動電圧を印加する方法
には、単純マトリックス方式及びアクティブ・マトリッ
クス方式がある。

【0004】ここで、上記アクティブ・マトリックス方
式では、各絵素に薄膜トランジスター(TFT)又は薄
膜ダイオード(MIM)等の素子を設け、これら素子に
駆動信号を供給するためのラインを各絵素の間隙に配線
しなければならない。このため、画面中の絵素領域の占
める割合(開口率)が小さくなる。

【0005】また、液晶表示パネルに照射された光の中
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。さらに、表示動作モードがノーマリー
ブラックモード、すなわち液晶層に電界が印加されてい
ない時には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光は表示パ
ネルを透過しない。一方、表示動作モードがノーマリー
ホワイトモード、すなわち液晶層に電界が印加されてい
ない時には光が透過する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光が表示パネ
ルを透過すると表示画面の黒レベルが浮き上がるのでコ
ントラストが低下する。これを防ぐため、必要に応じて
絵素以外の領域にマトリックス状に遮光マスク(以下、
「BM」と呼ぶ)を設け、表示に寄与しない光を吸収又
は反射するように構成する。

【0006】しかしながら、上記構成の液晶表示パネル
を投影した場合には、スクリーン上でBMによる縞が目
立ち、画像品位が低下する。

【0007】そこで、このBMによる画像品位の低下を
防止するための技術として、例えば、特開昭59−21
4825号公報、特開昭63−114475号公報及び
米国特許(特許NO.5046827)に開示されたも
のがある。

【0008】上記公報等に開示された技術では、液晶表
示パネルの光出射側の光路に回折格子を挿入し、この回
折格子にて液晶表示パネルからの出射光を回折させ、ス
クリーン上で本来BMが結像する位置に液晶表示パネル
の絵素開口部を通過した光を入射させ、BMが目立たな
いようにする方法を採用している。

【0009】また、特開平6−130356号公報及び
特開平6−130378号公報には、微小プリズムによ
る屈折効果を利用して虚像を形成し、同じくBMを目立
たせなくする方法が開示されている。他の方法では、特
開平6−123868号公報に開示されているように、
複数の投影型画像表示装置を用い、一枚の液晶表示パネ
ルの絵素開口部を他の液晶表示パネルの絵素のBMに重
なるように画像を重畳投射する。このとき、平行平板素
子を投影レンズ近傍の光路全体に挿入し、その傾き角を
変えることによってスクリーン上での複数の微調整、つ
まり絵素合わせを行う方法を採用しているものがある。
ただし、この方法は、一つの投影型画像表示装置からス
クリーンに投射される光の全てをシフトさせるため複数
の投影型画像表示装置の画像をスクリーンに一度に投影
する場合のみ有効である。

【0010】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の投影型画像表示装置においては、それぞれ下記の問
題点を有している。以下、光路解析により説明する。

【0011】まず、回折格子を使用する方法において、
光の回折角は(1)式に示すようになる。

【0012】 sinθm −sinα=mλ/D ……… (1) ただし、mは回折光の次数であり、θm 及びαはそれぞ
れ光軸に対してm次の回折光と入射光とのなす角度で、
λは入射光の波長を表す。この方式では、図9に示すよ
うに、0次及び±1次の低次の回折光を用いてスクリー
ン72上でのBMを目立たなくするが、一般的な回折格
子71からの出射光量に対する0次及び±1次回折光は
100%ではなく2次以上の回折光も存在する。そし
て、これら2次以上の回折光は、回折損失となり表示に
寄与する明るさが減少するだけでなく、じょうご形に張
り開くので表示品位を低下させる原因となる。さらに、
回折格子71には波長異存性があり色毎に回折角が異な
るので、(1)式からも明白なように、色毎に絵素のシ
フト量が異なるという問題点を有している。

【0013】また、前記微小プリズムによる方式では、
図10に示すように、頂角γ、屈折率n3 の微小プリズ
ムアレイ81を用い、微小プリズムアレイ81の裏面8
1a、すなわち微小プリズムの形成されていない面から
平行光束を入射させる構成をとる。この場合、微小プリ
ズムアレイ81に垂直に入射する光線に対する出射光の
振れ角βは、 β=|γ−cos-1(n3 cosγ)| ……… (2) となる。

【0014】ここで、液晶表示パネル82における光出
射側のガラス基板厚をt1 、液晶表示パネル82と微小
プリズムアレイ81との距離をt2 、微小プリズムアレ
イ81の基板厚をt3 、液晶表示パネル82におけるガ
ラス基板の屈折率をn1 、液晶表示パネル82と微小プ
リズムアレイ81との間の屈折率をn2 としてプリズム
形成面から液晶表示パネル82を観察すると実像Pに対
して虚像P’・P”が2個でき、各虚像P’・P”の絵
素はそれぞれ逆方向に、 d=(t1 /n1 +t2 /n2 +t3 /n3 )×tanβ ……… (3) で表されるシフト量dだけシフトしているように見え
る。したがって、山形の1次元微小プリズムアレイ81
の場合にシフト量dを絵素ピッチの1/4とすると、B
Mによる縞が目立たなくなり画質が向上する。

【0015】この微小プリズムによる方式は回折ではな
く、屈折による多重像形成であるため、プリズムの部材
に屈折率波長依存性の少ない材料を用いれば、回折格子
71に比べて色毎のシフト量の差を少なくすることがで
きる。また、異なる液晶表示パネル82毎に異なる微小
プリズムを作製する必要がなく、液晶表示パネル82と
微小プリズム81との間の距離t2 の調整で対応可能で
あるという特徴がある。

【0016】しかしながら、例えば頂角60°、屈折率
1.53、基板厚0.1mmの微小プリズムアレイ81
及びガラス基板厚1.1mmの液晶表示パネル82を用
いたとすると、(2)及び(3)式から最小シフト量は
2 =0のときでd=284μmとなる。そして、この
シフト量が絵素ピッチの1/4であるとして逆算する
と、絵素ピッチが1136μm以上の液晶表示パネル8
2にしか対応できないという問題点を有している。

【0017】上記問題に対処して絵素ピッチのさらに細
かい高精彩パネルに適用するためには、液晶表示パネル
82のガラス基板厚t1 及びプリズム基板厚を薄くする
方法や微小プリズムアレイ81の頂角γを大きくする方
法等が考えられる。例えば絵素ピッチ60×60μm及
び絵素開口部の大きさ30×30μmの液晶表示パネル
82を用いる場合に、液晶表示パネル82及び微小プリ
ズムアレイ81の基板厚を薄くする方法では、液晶表示
パネル82と微小プリズムアレイ81との基板厚の和を
63.4μmにする必要があるが液晶表示パネル82と
して数十μm程度のガラス基板を用いることは非常に困
難である。また、頂角γを大きくする方法では、同じく
絵素ピッチ60×60μm、絵素開口部30×30μm
及びガラス基板厚1.1mmの液晶表示パネル82並び
に微小プリズムアレイ81の基板厚0.1mmとする
と、頂角γは88°となる。つまり、ほとんど凹凸のな
い微小プリズムとなるため、製作が困難であり、また作
製が可能であってもプリズムの精度が問題となり、精度
を上げようとすると、コストの上昇を引き起こしてしま
うという問題点を有している。

【0018】一方、複数の投影型画像表示装置の画像を
スクリーンに重畳投影する方法は、大幅なコスト高にな
ることはもちろん、装置自体が大掛かりなものになる。

【0019】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであって、その目的は、液晶表示パネルの精細さ
を失うことなく、明るく、かつ滑らかで自然な画像を低
コストにて実現し得る投影型画像表示装置を提供するこ
とにある。

【0020】

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の投
影型画像表示装置は、上記課題を解決するために、マト
リックス状に配列された複数の絵素及びこれら絵素以外
の領域にマトリックス状に遮光マスクを有する透過型の
マトリックス型表示パネルとこのマトリックス型表示パ
ネルの光出射側に微小プリズムを多数配置してなる微小
プリズムアレイとその光出射側に投影スクリーンとを備
えた投影型画像表示装置において、上記微小プリズムア
レイのプリズム形成面に、上記微小プリズムの屈折率と
は異なる屈折率を有し、かつプリズム形成面側とは反対
側の面が平滑なレベリング層を積層してなることを特徴
としている。

【0021】請求項2記載の発明の投影型画像表示装置
は、上記課題を解決するために、請求項1記載の投影型
画像表示装置において、上記微小プリズムアレイにおけ
る各微小プリズムの形状が多角錐又は多角錐台に形成さ
れていることを特徴としている。

【0022】請求項3記載の発明の投影型画像表示装置
は、上記課題を解決するために、請求項1記載の投影型
画像表示装置において、上記各微小プリズムの形状が例
えば断面尖頭V字状や断面台形状等の1次元的に形成さ
れて配列された微小プリズムアレイにレベリング層を積
層したものが2枚接合されていることを特徴としてい
る。

【0023】

【作用】請求項1の構成による投影型画像表示装置の作
用を図1及び図3に基づいて説明する。

【0024】まず、図3に示すように、頂角γ、屈折率
3 の微小プリズムアレイを用いて微小プリズムアレイ
の表面(微小プリズムが形成されている面)に屈折率n
4 のレベリング層を形成する。そして、微小プリズムア
レイの裏面(微小プリズムの形成されていない面)から
平行光束を入射させて微小プリズムアレイの光出射側か
ら観察する。このとき、図1に示すように、屈折の効果
により実像Pに対して2つの虚像P’・P”が発生す
る。

【0025】説明の簡略化のために、マトリックス型表
示パネルへの垂直入射光について考えることにする。図
3に示すように、プリズム界面での出射光の振れ角α
は、 α=|γ−cos-1 ((n3 /n4 )cosγ)| ……… (4) となり、最終的な出射光の触れ角ζは、 ζ=sin-1(n4 sinα) ……… (5) となる。

【0026】ここで、マトリックス型表示パネルの光出
射側のガラス基板厚をt1 、マトリックス型表示パネル
と微小プリズムアレイとの距離をt2 、微小プリズムア
レイの基板厚をt3 、レベリング層の厚さをt4 、マト
リックス型表示パネルのガラス基板の屈折率をn1 、マ
トリックス型表示パネルと微小プリズムアレイとの間の
屈折率をn2 としてプリズム形成面からマトリックス型
表示パネルを観察すると、上述のように、絵素の実像P
に対する虚像P’・P”が2個でき(図1参照)、互い
に逆方向に、 d=(t1 /n1 +t2 /n2 +t3 /n3 +t4 /n4 )×tanζ ……… (6) で表されるシフト量dだけシフトしているように見え
る。ただし、t4 はt1 〜t3 に比べてかなり小さく、
無視できる場合が多い。

【0027】ここで、好ましくはシフト量dがマトリッ
クス型表示パネルの絵素ピッチの約4分の1になるよう
に調節すると、投影スクリーン上で絵素が2重像となる
ため、絵素以外の領域にマトリックス状に配された遮光
マスクによる縞が目立たなくなり滑らかな画像が得られ
る。

【0028】一方、本発明では、微小プリズムアレイの
プリズム形成面に、微小プリズムの屈折率とは異なる屈
折率を有しかつプリズム形成面側とは反対側の面が平滑
なレベリング層を積層しているため、上記(4)、
(5)及び(6)式に示すように、微小プリズムアレイ
の屈折率n3 とレベリング層の屈折率n4 との比を変化
させることにより自在にシフト量dを変えることができ
る。

【0029】この結果、一種類の微小プリズムアレイで
異なるマトリックス型表示パネルの全てに対応できるた
め、大幅なコストダウンを図ることが可能である。

【0030】さらに、本発明による2重像は、微小プリ
ズムによる屈折効果によるものであるため、回折格子を
用いた場合に起こる回折損失とは無縁であり、明るくシ
ャープな画像を得ることができる。また、屈折率の波長
依存性の少ないレベリング層を用いることによって回折
格子よりも色毎のシフト量dの差を少なくすることがで
きる。

【0031】また、微小プリズムの表面に施しているレ
ベリング層が保護膜としても作用するため、プリズム表
面に傷がつき難く清掃が容易である。

【0032】また、請求項2の構成によれば、微小プリ
ズムアレイにおける各微小プリズムの形状が多角錐又は
多角錐台に形成されているので、多重像を形成できると
共に、各微小プリズムの形状が断面尖頭V字状等の1次
元微小プリズムを用いるよりも遮光マスクによる縞をさ
らに目立たなくすることができ、これによってさらに滑
らかな画像を得ることができる。

【0033】また、請求項3の構成によれば、上記各微
小プリズムの形状が例えば断面尖頭V字状や断面台形状
等の1次元的に形成されて配列された微小プリズムアレ
イにレベリング層を積層したものが2枚接合されてい
る。

【0034】ここで、各微小プリズムの形状が例えば断
面尖頭V字状や断面台形状等の1次元的に形成されて配
列された微小プリズムアレイを2枚接合したものを用い
る場合に、断面尖頭V字状の1次元微小プリズムアレイ
2枚で4角錐の2次元微小プリズムアレイと等価とな
り、断面台形の1次元微小プリズムアレイ2枚で4角錐
台の2次元微小プリズムアレイと等価となる。

【0035】ところで、上記微小プリズムアレイにおけ
る各微小プリズムの光出射面の形状が多角錐又は多角錐
台に形成されている場合に絵素ピッチの縦横比が変化し
た場合には、その比に応じた微小プリズムアレイを用い
るか、又はそれぞれの微小プリズムの面に異なる屈折率
のレベリング層にてレベリングを行う等の処置を行う必
要がある。しかし、2枚の1次元微小プリズムアレイを
用いた場合には、各1次元微小プリズムアレイに対して
異なる屈折率のレベリング層にてレベリングを行うこと
が可能である。この結果、同一の微小プリズムアレイを
用いても絵素ピッチの変化に対応することができる。

【0036】また、微小プリズム面を向かい合わせて接
合すると、レベリングによる保護よりも、さらに丈夫に
プリズム面を保護することができる。

【0037】

【実施例】

〔実施例1〕本発明の一実施例について図1ないし図4
に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実
施例の投影型画像表示装置は、透過型表示素子等の透過
型表示手段に光源光を入射しその透過光をスクリーン上
に結像させて画像を表示するものであって、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される
ものである。

【0038】上記投影型画像表示装置1は、図2に示す
ように、透過型のマトリックス表示パネルとしての液晶
表示パネル2を有している。この液晶表示パネル2の一
面側には放物面鏡4を有する光源3が備えられており、
この光源3から液晶表示パネル2に向かって光が出射さ
れるようになっている。

【0039】上記光源3は、メタルハライドランプが使
用されているが、その他に例えば、キセノンランプやハ
ロゲンランプ等を使用することもできる。

【0040】上記放物面鏡4は、光源3の出射光を液晶
表示パネル2に向かわせるものである。なお、集光系
は、上記放物面鏡4に限定されるものではなく、例え
ば、球面鏡と集光レンズを用いる方法、回転楕円面鏡と
インテグレータを用いる方法等も利用することができ
る。

【0041】上記液晶表示パネル2には、図示しない絵
素と呼ばれる最小の表示単位が規則的にマトリックス状
に配列されており、これら絵素にそれぞれ独立した駆動
電圧が印加されることにより液晶の光学特性が変化し、
それによって画像や文字が表示される。なお、本実施例
では、透過型のマトリックス表示パネルとして液晶表示
パネル2を使用しているが、必ずしもこれに限らず、例
えば、エレクトロクロミックディスプレイ、PLZT(L
ead Zirco-Titanate doped with lanthanum)等の透光性
セラミックを用いたディスプレイ等の非発光でBMが設
けられている透過型表示デバイスも使用可能である。

【0042】上記の各絵素に独立した駆動電圧を印加す
る方法には、単純マトリックス方式及びアクティブ・マ
トリックス方式があるが、本発明ではそのどちらも使用
可能である。本実施例では、アクティブ・マトリックス
方式を採用しており、各絵素に薄膜トランジスター(T
FT)又は薄膜ダイオード(MIM)等の素子を設け、
これら素子に駆動信号を供給するためのラインを各絵素
の間隙に配線している。

【0043】上記の液晶表示パネル2の絵素ピッチは例
えば縦80μm×横80μmであり、絵素領域は例えば
縦50μm×横50μmである。液晶表示パネル2のガ
ラス基板厚は例えば1.1mmであり、ガラス基板の屈
折率は例えば1.53である。液晶の動作モードはツイ
ステッド・ネマティックを用いているが、他のモードを
用いることもできる。また、液晶表示パネル2は、ノー
マリーホワイトモード、すなわち液晶層に電界が印加さ
れていない時には光が透過する動作モードをとる。この
ノーマリーホワイトモードの液晶表示パネル2では、絵
素領域以外の領域に入射した光が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るのでコントラストが
低下する。したがって、これを防ぐため、絵素以外の領
域にマトリックス状に図示しないBMを設け、表示に寄
与しない光を吸収または反射するように構成している。

【0044】上記の投影型画像表示装置1には、液晶表
示パネル2の光源3側に赤外線及び紫外線カットフィル
ター5が設けられる一方、液晶表示パネル2の光出射側
には微小プリズムアレイ6、フィールドレンズ7、投影
レンズ8及び投影スクリーン9が順に設けられている。
そして、上記光源1からの出射光は、放物面鏡4により
平行化された後、赤外線及び紫外線カットフィルター5
を通して液晶表示パネル2に入射し、その出射光が微小
プリズムアレイ6、フィールドレンズ7及び投影レンズ
8を通して投影スクリーン9に投影されるようになって
いる。

【0045】ところで、上記の微小プリズムアレイ6
は、図1に示すように、絵素からの出射光の方向を曲げ
る微小プリズムを多数配置してなっている。この微小プ
リズムアレイ6は、屈折率1.53及び厚さ0.6mm
の基板上に、同じく屈折率1.53の物質で頂角γが6
0°となる断面尖頭V字状である山形からなる多数の微
小プリズムを100μmピッチで集合させた1次元微小
プリズムの集合体である。

【0046】この微小プリズムアレイ6の光出射側に
は、上記連なる山形に嵌合し、投影スクリーン9側が平
滑面に形成されたレベリング層20が積層されている。
上記レベリング層20の屈折率は、1.50であり、上
記の微小プリズムアレイ6の屈折率とは異なる値となっ
ている。

【0047】また、上記液晶表示パネル2と微小プリズ
ムアレイ6との相対的な位置関係は、液晶表示パネル2
の画面縦方向と微小プリズムアレイ6のプリズム溝とが
互いに平行となるように配置している。

【0048】上記の構成を有する微小プリズムアレイ6
の光学経路について説明する。液晶表示パネル2を通し
て微小プリズムアレイ6に入射した光は、この微小プリ
ズムアレイ6の屈折効果により、図1に示すように、実
像Pに対して2個の虚像P’・P”が形成され、微小プ
リズムアレイ6の光出射側から観察すると、あたかも液
晶表示パネル2における絵素が元の実像Pの位置からそ
れぞれシフト量dだけ左右に移動したように見える。し
たがって、上記投影スクリーン9上では、2個の虚像
P’・P”が元の位置より左右にシフト量dだけずれた
液晶表示パネル2の像が重ね合わさるように投影される
ことになる。

【0049】上記について詳述する。すなわち、図3に
示すように、一般化したものとして、微小プリズムアレ
イ6における各微小プリズムの頂角をγ、屈折率をn3
とし、この微小プリズムアレイ6における各微小プリズ
ムの表面に屈折率n4 のレベリング層20が形成されて
いるとする。そして、微小プリズムアレイ6の裏面、す
なわち微小プリズムが形成されていない面から平行光束
を入射させた場合に微小プリズムアレイ6の光出射側か
らこれを観察すると、図1に示すように、屈折の効果に
より2つの虚像P’・P”が発生する。

【0050】説明の簡略化のために、液晶表示パネル2
への垂直入射光について考えることにする。図3に示す
ように、プリズム界面での出射光の振れ角αは、 α=|γ−cos-1 ((n3 /n4 )cosγ)| ………(4) となり、最終的な出射光の触れ角ζは、 ζ=sin-1(n4 sinα) ………(5) となる。

【0051】ここで、液晶表示パネル2における光出射
側のガラス基板2aの基板厚をt1、液晶表示パネル2
と微小プリズムアレイ6との距離をt2 、微小プリズム
アレイ6の基板厚をt3 、レベリング層20の厚さをt
4 とし、液晶表示パネル2におけるガラス基板2aの屈
折率をn1 、液晶表示パネル2と微小プリズムアレイ6
との間の屈折率をn2 として、プリズム形成面から液晶
表示パネル2を観察すると、前述したように、実像Pの
絵素に対して虚像P’・P”が2個でき(図1参照)、
互いに逆方向に、 d=(t1 /n1 +t2 /n2 +t3 /n3 +t4 /n4 )×tanζ ……… (6) で表されるシフト量dだけシフトしているように見え
る。ただし、レベリング層20の厚さt4 はt1 〜t3
に比べてかなり小さく、無視できる場合が多い。

【0052】ここで、好ましくはシフト量dが液晶表示
パネル2の絵素ピッチの約4分の1になるように調節す
ると、投影スクリーン9上で絵素が2重像となり、BM
による縞が目立たなくなり滑らかな画像が得られる。

【0053】そこで、本実施例では、シフト量dを絵素
ピッチの約4分の1、つまり約20μmとなるように、
微小プリズムアレイ6の表面に屈折率1.50の物質に
て、丁度、プリズムの山が隠れるようにレベリング層2
0を形成し、液晶表示パネル2の光出射面に図示しない
スペーサによって60μmに制御された接着層を介し
て、プリズム形成面が投影スクリーン9側になるように
微小プリズムアレイ6とレベリング層20とを貼り合わ
せている。

【0054】この結果、図4に示すように、本来、BM
の像10だけが結像する位置(同図において破線で示
す)に絵素開口部の虚像(同図において実線の四角で示
す)が重ね合わさって結像し、BMによる縞が目立たな
くなり、滑らかな画像が得られる。

【0055】このように、本実施例の投影型画像表示装
置1は、微小プリズムアレイ6のプリズム形成面に、上
記微小プリズムの屈折率n3 とは異なる屈折率n4 を有
し、かつ光出射面が平滑なレベリング層20を積層して
なっている。

【0056】したがって、投影スクリーン9において
は、実像Pの絵素に対してシフト量dだけシフトした虚
像P’・P”ができる。このため、好ましくはシフト量
dが液晶表示パネル2の絵素ピッチの約4分の1となる
ように調節すると、投影スクリーン9上で絵素が2重像
となるため、BMによる縞が目立たなくなり滑らかな画
像が得られる。

【0057】一方、本実施例では、微小プリズムアレイ
6のプリズム形成面に、微小プリズムの屈折率n3 とは
異なる屈折率n4 を有しかつ光出射面が平滑なレベリン
グ層20を積層しているため、上記(4)、(5)及び
(6)式に示すように、微小プリズムアレイ6の屈折率
3 とレベリング層20の屈折率n4 との比を変化させ
ることにより自在にシフト量dを変えることができる。
この結果、後述するように、一種類の微小プリズムアレ
イ6で異なる液晶表示パネル2の全てに対応できるた
め、大幅なコストダウンを図ることが可能である。

【0058】さらに、本実施例での2重像は、微小プリ
ズムによる屈折効果によるものであるため、回折格子を
用いた場合に起こる回折損失とは無縁であり、明るくシ
ャープな画像を得ることができる。また、屈折率の波長
依存性の少ないレベリング層20を用いることによって
回折格子よりも色毎のシフト量dの差を少なくすること
ができる。

【0059】また、微小プリズムの表面に施しているレ
ベリング層20が保護膜としても作用するため、プリズ
ム表面に傷がつき難く清掃が容易である。

【0060】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能で
ある。例えば、上記実施例において、液晶表示パネル2
の絵素ピッチを55×55μmとし、絵素開口部を28
×28μmのものに変えることも可能である。

【0061】これによって、液晶表示パネル2における
出射側のガラス基板2aの基板厚t1 、液晶表示パネル
2と微小プリズムアレイ6との距離t2 、微小プリズム
アレイ6の基板厚t3 、レベリング層20の厚さt4
液晶表示パネル2のガラス基板2aの屈折率n1 及び液
晶表示パネル2と微小プリズムアレイ6との間の屈折率
2 は全く変えずに、微小プリズムアレイ6のレベリン
グ層20の屈折率を1.51に変えるだけで、BMによ
る縞を目立たなくし、滑らかな画像を得ることができ
る。

【0062】また、本実施例では、微小プリズムアレイ
6における微小プリズムの形成面は投影スクリーン9側
になっており、レベリング層20も投影スクリーン9側
が平滑面となっているが、必ずしもこれに限らず、微小
プリズムの形成面を液晶表示パネル2側に配置し、レベ
リング層20の平滑面を液晶表示パネル2側に形成する
ことも可能であり、効果は同じとなる。

【0063】さらに、本実施例では、液晶表示パネル2
と微小プリズムアレイ6との相対的な位置関係を、液晶
表示パネル2の画面縦方向と微小プリズムアレイ6のプ
リズム溝とが互いに平行となるように配置したが、必ず
しもこれに限らず、例えば、液晶表示パネル2の表示面
の上下方向、又は対角方向に対して平行に挿入してもよ
く、また、断面山形の1次元微小プリズムアレイ6の代
わりに断面台形の1次元微小プリズムアレイ6を用いる
ことも可能であり、その他の1次元微小プリズムアレイ
6を用いることも可能である。

【0064】さらに、本実施例では像のシフト量dを絵
素ピッチの4分の1とした場合の例を示したが、シフト
量dは解像度が低下しないレベルであればいかなる値で
もよく、絵素が一部オーバーラップしても構わない。

【0065】〔実施例2〕本発明の他の実施例を図5及
び図6に基づいて説明すれば、以下の通りである。な
お、説明の便宜上、前記の実施例1の図面に示した部材
と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付
し、その説明を省略する。

【0066】本実施例では、図5に示すように、頂部が
4角錐の2次元微小プリズムアレイ16を使用してい
る。光学系は実施例1と同様の構成とし、液晶表示パネ
ル2は、絵素ピッチが縦80μm×横80μm、絵素領
域が縦40μm×横40μm、ガラス基板2aの基板厚
が1.1mmt 、ガラス基板2aの屈折率が1.53の
ものを用いている。2次元微小プリズムアレイ16は、
屈折率1.53、厚さ0.6mmの基板上に、同じく屈
折率1.53の物質で縦方向、横方向とも頂角γが60
°の4角錐微小プリズムを縦横とも100μmピッチで
形成し、その上に屈折率1.50の物質にてプリズムの
4角錐が丁度隠れるようにしたものをレベリング層20
として用いている。液晶表示パネル2と2次元微小プリ
ズムアレイ16との相対的な位置関係は、液晶表示パネ
ル2の画面縦横方向と2次元微小プリズムアレイ16の
プリズム溝による縦横の方向が互いに平行となるように
配置し、液晶表示パネル2の光出射面に図示しないスペ
ーサによって例えば60μmに調整された接着層を介し
て、プリズム形成面が投影レンズ側になるように2次元
微小プリズムアレイ16を貼り合わせている。

【0067】以上のような構成にしたところ、投影スク
リーン9上で絵素の虚像が図6に示す実線のようになり
2次元的にBMの目立たない滑らかな像が得られた。

【0068】また、2次元微小プリズムアレイ16とし
ては、上記実施例で示した4角錐の2次元微小プリズム
アレイ16に限らず、例えば、多角錐、多角錐台の微小
プリズムを形成した2次元微小プリズムアレイ16とす
ることもでき、これによって、同様に2次元的に多数虚
像が形成されるため、さらにBMを目立たなくさせるこ
とができる。

【0069】このように、本実施例の投影型画像表示装
置1は、微小プリズムアレイ16における各微小プリズ
ムの形状が多角錐又は多角錐台に形成されているので、
多重像を形成できると共に、各微小プリズムの形状が山
形等の1次元微小プリズムを用いるよりもBMによる縞
をさらに目立たなくすることができ、これによってさら
に滑らかな画像を得ることができる。

【0070】〔実施例3〕本発明のさらに他の実施例を
図7及び図8に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。なお、説明の便宜上、前記の実施例1及び実施例2
の図面に示した部材と同一の機能を有する部材について
は、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0071】上記実施例2において、液晶表示パネル2
の絵素ピッチを縦80μm×横55μm、絵素領域を縦
40μm×横30μm、ガラス基板2aの基板厚を1.
1mm、ガラス基板2aの屈折率を1.53として上記
の2次元微小プリズムアレイ16を液晶表示パネル2の
光出射面に貼り合わせてみたところ、液晶パネルの縦方
向についてはBMが目立たなくなるが、横方向は他の異
なる絵素と重なってしまい解像度が低下する。

【0072】そこで、本実施例の投影型画像表示装置1
では、図7に示すように、実施例1で用いた山形や断面
台形状等の1次元微小プリズムアレイを2枚用意し、屈
折率1.50の1次元微小プリズムアレイ61に屈折率
1.50の物質にてレベリングしてレベリング層62を
形成し、屈折率1.50の1次元微小プリズムアレイ6
3に屈折率1.51の物質でレベリングしてレベリング
層64を形成し、これらを互いに微小プリズム面が向い
合せとなり、かつプリズムの溝61a…及び溝63a…
が直交するように貼り合わせる。そして、小さい屈折率
1.50の物質でレベリングした1次元微小プリズムア
レイ61を液晶表示パネル2側にし、液晶表示パネル2
の光出射面にスペーサによって60μmに調整された接
着層を介して、プリズム形成面が投影レンズ側になるよ
うにそれぞれを貼り合わせる。ただし、液晶表示パネル
2と1次元微小プリズムアレイ61・63との相対的な
位置関係は屈折率1.50の物質にてレベリングされた
1次元微小プリズムアレイ61の溝61a…と液晶表示
パネル2の画面横方向とが平行となるように配置する。

【0073】このように、本実施例の投影型画像表示装
置1は、各微小プリズムの形状を山形に形成した1次元
微小プリズムアレイ61・63のそれぞれにレベリング
層62・64を積層したものが2枚貼り合わされてい
る。

【0074】上記の構成によって、図8(a)(b)に
示すように、山形に形成した2枚の1次元微小プリズム
アレイ61・63にて4角錐の2次元微小プリズムアレ
イ16と等価になる。同様にして、断面台形の2枚の1
次元微小プリズムアレイ61・62にて4角錐台の2次
元微小プリズムアレイ16と等価になる。

【0075】この結果、前記2次元微小プリズムアレイ
16では頂角γを変えた微小プリズムアレイを用いるか
又は特殊なレベリングを施す等の処置を必要としていた
が、ほん実施例では、各々の1次元プリズムアレイのレ
ベリングに用いる物質の屈折率を変えるだけで、2次元
的にBMの目立たない滑らかな像が得られると共に、実
施例1及び実施例2にて用いた微小プリズムアレイ6や
2次元微小プリズムアレイ16よりもプリズム面の保護
効果が高まる。

【0076】一方、上記2次元微小プリズムアレイ16
における各微小プリズムの光出射面の形状が多角錐又は
多角錐台に形成されている場合に絵素ピッチの縦横比が
変化した場合には、その比に応じた2次元微小プリズム
アレイ16を用いるか、又はそれぞれの微小プリズムの
面に異なる屈折率のレベリング層にてレベリングを行う
等の処置を行う必要がある。しかし、2枚の山形に形成
した1次元微小プリズムアレイ61・63を用いた場合
には、それぞれの山形に形成した1次元微小プリズムア
レイ61・63に対して異なる屈折率のレベリング層6
2・64にてレベリングを行うことが可能である。

【0077】この結果、同一の屈折率n3 を有する1次
元微小プリズムアレイ61・63を用いても絵素ピッチ
の変化に対応可能となる。また、微小プリズム面を向か
い合わせて貼り合わせると、レベリングによる保護より
も、さらに丈夫にプリズム面を保護することができる。

【0078】なお、本実施例では、2枚の1次元微小プ
リズムアレイ61・63における相対的な位置関係を、
互いの溝61a…・63a…が直交するように配置した
が、2次元的にBMが目立たなくなる範囲であれば、直
交にこだわるものではない。

【0079】また、貼り合わせる方向は、向かい合わせ
に貼り合わせる方が外因的なショック等からプリズム面
を保護する効果が最も高いが、プリズム面が同一方向を
向くように貼り合わせても良い。

【0080】

【発明の効果】請求項1の発明の投影型画像表示装置
は、以上のように、微小プリズムアレイのプリズム形成
面に、上記微小プリズムの屈折率とは異なる屈折率を有
し、かつプリズム形成面側とは反対側の面が平滑なレベ
リング層を積層してなる構成である。

【0081】これにより、投影スクリーン上で絵素が2
重像となるため、遮光マスクによる縞が目立たなくなり
滑らかな画像が得られる。

【0082】また、微小プリズムの屈折率とレベリング
層の屈折率との比を変化させることにより自在にシフト
量を変えることができる。この結果、一種類の微小プリ
ズムアレイで異なるマトリックス型表示パネルの全てに
対応できるため、大幅なコストダウンを図ることが可能
である。

【0083】さらに本発明による2重像は、微小プリズ
ムによる屈折効果によるものであるため、回折格子を用
いた場合に起こる回折損失とは無縁であり、明るくシャ
ープな画像を得ることができ、また屈折率の波長依存性
の少ないレベリング層を用いると回折格子より色ズレが
少なくなる。さらには、微小プリズムの表面に施してい
るレベリング層が保護膜としても作用するため、プリズ
ム表面に傷がつき難く清掃が容易である利点も合わせ持
つという効果を奏する。

【0084】請求項2の発明の投影型画像表示装置は、
以上のように、請求項1の投影型画像表示装置におい
て、上記微小プリズムアレイにおける各微小プリズムの
形状が多角錐又は多角錐台に形成されている構成であ
る。

【0085】これにより、多重像を形成できると共に、
各微小プリズムの形状が断面尖頭V字状等の1次元微小
プリズムを用いるよりも遮光マスクによる縞をさらに目
立たなくすることができ、これによってさらに滑らかな
画像を得ることができるという効果を奏する。

【0086】請求項3の発明の投影型画像表示装置は、
以上のように、請求項1の投影型画像表示装置におい
て、上記各微小プリズムの形状が1次元的に形成されて
配列された微小プリズムアレイにレベリング層を積層し
たものが2枚接合されている構成である。

【0087】これにより、1次元的に形成されて配列さ
れた微小プリズムアレイに対して異なる屈折率のレベリ
ング層にてレベリングを行うことが可能である。この結
果、同一の微小プリズムアレイを用いても絵素ピッチの
変化に対応可能である。

【0088】また、微小プリズム面を向かい合わせて接
合すると、レベリングによる保護よりも、さらに丈夫に
プリズム面を保護することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施例の投影型画像表示装置におけ
る光学的特性を示す説明図である。

【図2】上記投影型画像表示装置を示す全体構造図であ
る。

【図3】上記投影型画像表示装置における微小プリズム
アレイに垂直に入射した光の光路図である。

【図4】上記投影型画像表示装置における投影スクリー
ンの投影画像を示す説明図であり、破線は微小プリズム
アレイを配置していない状態、実線は微小プリズムアレ
イを配置した状態のものである。

【図5】本発明の他の実施例の投影型画像表示装置を示
すものであり、多角錐に形成した微小プリズムアレイを
示す斜視図である。

【図6】上記投影型画像表示装置における投影スクリー
ンの投影画像を示す説明図であり、破線は微小プリズム
アレイを配置していない状態、実線は微小プリズムアレ
イを配置した状態のものである。

【図7】本発明のさらに他の実施例の投影型画像表示装
置を示すものであり、山形の1次元微小プリズムアレイ
を2枚重ねた状態の構造図である。

【図8】4角錐の2次元微小プリズムと山形の1次元微
小プリズム2枚を貼り合わせることとが等価になること
を示す説明図であり、(a)は4角錐の2次元微小プリ
ズムにおける虚像形成を示すものであり、(b)は山形
の1次元微小プリズム2枚を貼り合わせた場合における
虚像形成を示すものである。

【図9】従来例の投影型画像表示装置を示すものであ
り、回折格子の光学的特性を示す説明図である。

【図10】上記投影型画像表示装置における光学的特性
を示す説明図である。

【符号の説明】

2 液晶表示パネル(マトリックス型表示パネル) 2a ガラス基板 3 光源 6 微小プリズムアレイ 9 投影スクリーン 20 レベリング層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マトリックス状に配列された複数の絵素及
    びこれら絵素以外の領域にマトリックス状に遮光マスク
    を有する透過型のマトリックス型表示パネルとこのマト
    リックス型表示パネルの光出射側に微小プリズムを多数
    配置してなる微小プリズムアレイとその光出射側に投影
    スクリーンとを備えた投影型画像表示装置において、 上記微小プリズムアレイのプリズム形成面に、上記微小
    プリズムの屈折率とは異なる屈折率を有し、かつプリズ
    ム形成面側とは反対側の面が平滑なレベリング層を積層
    してなることを特徴とする投影型画像表示装置。
  2. 【請求項2】上記微小プリズムアレイにおける各微小プ
    リズムの形状が多角錐又は多角錐台に形成されているこ
    とを特徴とする請求項1記載の投影型画像表示装置。
  3. 【請求項3】上記各微小プリズムの形状が1次元的に形
    成されて配列された微小プリズムアレイにレベリング層
    を積層したものが2枚接合されていることを特徴とする
    請求項1記載の投影型画像表示装置。
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