JPH08129168A

JPH08129168A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JPH08129168A
Application number: JP6269451A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tanaka; 尚幸田中; Hiroshi Nakanishi; 浩中西; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-21
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JP2942155B2

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】ｓｉｎθ_m−ｓｉｎα＝ｍλ／Ｄ ……… （１）ただし、ｍは回折光の次数であり、θ_m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（ｎ₃ｃｏｓγ）｜ ……… （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
ｔ₂＝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
ｎ₃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（ｎ₄ｓｉｎα） ……… （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（ｎ₄ｓｉｎα） ………（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
ｎ₃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
ｎ₂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１．１ｍｍ^t、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

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。