JPH09113928A

JPH09113928A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JPH09113928A
Application number: JP27159095A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nojima; 孝志野島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】投影型画像表示装置の表示画像の表示品位を
向上させる。【解決手段】画像書き込み手段である液晶表示パネル
２と液晶表示手段である液晶ライトバルブ３との間に、
微小プリズムアレイ４が設けられている。液晶表示パネ
ル２の画素Ｐからの書き込み光１４は、微小プリズムア
レイ４の屈折効果によって、液晶ライトバルブ３の光導
電体層に２重像Ｑ１・Ｑ２として書き込まれる。この結
果、スクリーン上に投影される画像においても、液晶表
示パネル２の各画素に対応する画像が２重像となって表
示される。これにより、スクリーン上に投影された表示
画像において、マトリクス状の縞を目立たなくすること
ができ、明るく滑らかな高品質の表示画像を得ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーン上に画
像を投影し、表示させるように構成された投影型画像表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面表示が可能な投影型画像表
示装置の開発が盛んに行われている。なかでも、液晶表
示手段として光書き込み型の液晶ライトバルブを用いた
投影型画像表示装置は、他の投影型画像表示装置に比
べ、高輝度、高精細等の利点を有していることから、近
年においてその開発が活発に行われている。

【０００３】図９は、光書き込み型の液晶ライトバルブ
５１の一般的な構成を示す断面図である。また、図１０
は、このような液晶ライトバルブ５１が液晶表示手段と
して用いられる従来の投影型画像表示装置５２を概略的
に示す構成図である。

【０００４】図９を参照して、液晶ライトバルブ５１
は、一対の透光性基板５３ａ・５３ｂを備えている。一
方の基板５３ａの上には、透明電極５４ａが形成されて
いる。透明電極５４ａの上には、光導電体層５５、遮光
層５６、および誘電体ミラー５７が順次積層され、誘電
体ミラー５７の上には、配向膜５８ａが形成されてい
る。他方の基板５３ｂの上には、透明電極５４ｂおよび
配向膜５８ｂが形成されている。透明電極５４ａ・５４
ｂは、ＩＴＯまたはＳｎＯ₂等からなる。また、光導電
体層５５は、非晶質水素化ケイ素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等か
らなる。

【０００５】液晶ライトバルブ５１は、この２枚の基板
５３ａ・５３ｂを、配向膜５８ａ・５８ｂがそれぞれ内
側になるように、シール部材５９を介して貼合わせて形
成されている。また、両基板５３ａ・５３ｂの間に設け
られた間隙には、注入された液晶が封止された液晶層６
０が形成されている。

【０００６】この液晶ライトバルブ５１の透明電極５４
ａと透明電極５４ｂとの間には、交流電源６１によって
電圧を印加することができる。また、後述する画像書き
込み手段によって形成された画像が、書き込み光６２と
して基板５３ａ側から液晶ライトバルブ５１に照射され
る。さらに、後述する偏光ビームスプリッタからの読み
出し光６３が、基板５３ｂ側から液晶ライトバルブ５１
に入射される。入射された読み出し光６３は、誘電体ミ
ラー５７で反射されて、基板５３ｂ側から出力される。

【０００７】交流電源６１によって電圧が印加された状
態で、光導電体層５５は、照射される書き込み光６２の
強度によってそのインピーダンスを変化させ、液晶層６
０にかかる電圧を制御している。光導電体層５５の各領
域において、光導電体層５５に書き込み光６２による画
像の入力がない状態（暗状態）では、光導電体層５５は
高インピーダンスとなっており、液晶層６０に印加され
る電圧は閾値電圧（液晶を駆動するのに十分な電圧）を
越えない。書き込み光６２の照射によって光導電体層５
５に画像が書き込まれた状態（明状態）では、光導電効
果により光導電体層５５は低インピーダンスとなる。こ
れにより、液晶層６０に印加される電圧が閾値電圧を越
え、液晶層６０の液晶の配向状態が変化する。即ち、書
き込み光６２の照射の有無に応じて光導電体層５５のイ
ンピーダンスが変化し、これによって、液晶層６０に
は、液晶の配向状態の変化という形で、書き込み光６２
に対応した画像が形成される。一方、入射された読み出
し光６３は、この液晶の配向状態の変化に応じて偏光状
態が変調され、液晶ライトバルブ５１から出力される。
投影型画像表示装置は、この出力光をスクリーン上に投
影することで、液晶ライトバルブ５１により形成された
画像を表示する。

【０００８】図１０を参照して、このような液晶ライト
バルブ５１が用いられる従来の投影型画像表示装置５２
では、画像書き込み手段として、ＣＲＴ（陰極線管）６
４が設けられている。ＣＲＴ６４によって出射される書
き込み画像としての書き込み光６２は、レンズ６５を介
して、液晶ライトバルブ５１の光導電体層に書き込まれ
る。

【０００９】一方、読み出し用光源６６から出射された
光は、レンズ６７を介して、偏光ビームスプリッタ６８
に入射される。入射される光のうち特定の偏光成分は、
偏光ビームスプリッタ６８で進行方向が変わり、読み出
し光６３として液晶ライトバルブ５１に入射される。入
射された読み出し光６３は、液晶ライトバルブ５１の誘
電体ミラーで反射されて、液晶ライトバルブ５１から出
力される。このとき、上述のように、読み出し光６３
は、液晶の配向状態の変化に応じて、偏光状態が変調さ
れる。この液晶の電気光学効果によって、出力される読
み出し光６３のうち偏光方向が変化した表示部分は、偏
光ビームスプリッタ６８を透過することができる。透過
光は、投影レンズ７０を介して、スクリーン６９上に投
影される。こうして、画像がスクリーン６９上に表示さ
れる。

【００１０】上述のような液晶ライトバルブの動作モー
ドとしては、ツイスティドネマティック（ＴＮ）モー
ド、ハイブリッド電界効果（ＨＰＥ）モード、ゲストホ
スト（ＧＨ）モード、および相転移モード等を用いるこ
とができる。

【００１１】ところが、投影型画像表示装置において画
像書き込み手段として上述のようにＣＲＴを用いる場
合、ＣＲＴは地磁気の影響を受けやすいので、磁気シー
ルド、あるいはコンバージェンス補正が必要となり、装
置の構成が複雑なものとなる。また、ＣＲＴを投影型画
像表示装置内に組み込まなければならないので、装置全
体を小型化することが困難となる。

【００１２】また、ＣＲＴの代わりに画像書き込み手段
としてレーザービームを用いる方法が開発されている。
この方法では、レーザビームにより液晶ライトバルブに
画像を書き込むことで、その照射面積を小さくすること
ができるので、スクリーンに投影された画像の解像度を
向上させることができる。しかし、この方法では、レー
ザビームによる液晶ライトバルブへの書き込み操作が点
順次走査となるために、高解像度、且つリアルタイムに
駆動させるためには、１画素当たりの走査時間を数１０
ｎｓ以下にする必要がある。このような短時間で液晶ラ
イトバルブに書き込みを行うことは困難であるために、
高解像度の動画表示は実現していない。さらに、この方
法においても、レーザービームを制御するための制御機
構を収納するための空間が必要となるために、投影型画
像表示装置を小型化することが困難となる。

【００１３】そこで、画像書き込み手段として、上記の
ＣＲＴおよびレーザビームに代えて、透過型表示パネル
を使用したものがある。透過型表示パネルは、一般にそ
れ自身は発光せず、その光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
とにより画像や文字を表示するものである。近年、透過
型表示パネルのなかでも高解像度の透過型の液晶表示パ
ネルが開発されているので、この液晶表示パネルを画像
書き込み手段として用いることによって、投影型画像表
示装置の解像度を向上させることができる。また、薄型
の表示パネルを使用することで、装置の小型化も併せて
実現することができる。

【００１４】尚、上記液晶表示パネルは、各画素に独立
した駆動電圧を印加する方法によって、単純マトリクス
方式とアクティブマトリクス方式とに大別することがで
きる。いずれの方式の液晶表示パネルとも、投影型画像
表示装置の画像書き込み手段として用いることができ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、アクティブ
マトリクス方式の液晶表示パネルを使用した場合、各画
素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の３端子スイッチ
ング素子、あるいは薄膜ダイオード（ＭＩＭ）等の非線
形２端子素子を設け、さらに、これらの素子に駆動信号
を供給するための信号線を設けなければならない。ま
た、上記各素子および信号線の占有面積は、その電気的
性能および製造技術等の制約により、ある程度までしか
小さくすることができない。

【００１６】このために、各画素において表示に寄与す
る画素領域（画素開口部）の占める面積の割合（開口
率）が小さくなる。より具体的には、液晶表示パネルに
入射される光のうち、上記の画素開口部以外の領域に入
射される光は、駆動信号による変調を受けない。このよ
うな画素開口部以外の領域に入射される光が液晶表示パ
ネルを透過すると、表示画像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、画素開口
部以外の領域に光が入射されることのないようにブラッ
クマトリクスと呼ばれる遮光マスクを設ける必要があ
る。換言すれば、ブラックマトリクスは、上記各素子お
よび信号線が設けられている領域を覆って、これら領域
への光の入射を防止している。ところが上述のように、
各素子および信号線の占有面積は、ある程度までしか小
さくすることができないので、これらの素子および信号
線を覆うブラックマトリクスの面積も、画素ピッチの縮
小の割合に対応させて縮小することができない。したが
って、アクティブマトリクス方式の透過型液晶表示パネ
ルでは、開口率が小さく、表示に寄与しない割合が多く
なる。

【００１７】また、ツイスティドネマティック（ＴＮ）
セルやスーパーツイスティドネマティック（ＳＴＮ）セ
ル等を用いた単純マトリクス方式の透過型液晶表示パネ
ルでは、各画素に独立した駆動電圧を印加するために、
画素電極をマトリクス状にパターニングする必要があ
る。このために、マトリクス状に表示に寄与しない部分
ができる。また、この表示に寄与しない部分は、製造技
術の制約等から、ある程度までしか小さくすることがで
きない。このように、単純マトリクス方式の透過型液晶
表示パネルにおいても、開口率が小さく、表示に寄与し
ない割合が多くなる。

【００１８】このように開口率の小さい透過型液晶表示
パネルを画像書き込み手段に用いた投影型画像表示装置
では、液晶表示パネルによって形成された画像を液晶ラ
イトバルブの光道電体層に書き込むことになるので、液
晶ライトバルブの開口率が小さくなる。この結果、スク
リーン上に投影された表示画像は、画面が拡大されてい
るので、表示に寄与しない部分がマトリクス状の縞とし
て目立つことになる。即ち、スクリーン上に投影された
表示画像において、アクティブマトリクス方式の透過型
液晶表示パネルでは、ブラックマトリクスによるマトリ
クス状の縞が目立つことになり、単純マトリクス方式の
透過型液晶表示パネルでは、表示に寄与しない部分のマ
トリクス状の縞が目立つことになる。このように、マト
リクス状の縞が目立つことで、表示画像が暗くなるとと
もに、画像の品質が著しく低下するという問題が生じ
る。また、透過型液晶表示パネル以外のマトリクス型表
示パネルを画像書き込み手段として用いる場合も、上述
と同様の問題が生じる可能性がある。

【００１９】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、スクリーン上に投影され
る画像のマトリクス状の縞を目立たなくして、表示画像
が明るく高品質となるような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の発明に係る投
影型画像表示装置は、上記の課題を解決するために、一
対の透光性基板間に、少くとも液晶層と光導電体層とが
形成される液晶表示手段と、上記液晶表示手段に書き込
む画像を形成し、この画像を書き込み光として液晶表示
手段に向けて送り出す画像書き込み手段とを備える投影
型画像表示装置において、上記液晶表示手段と上記画像
書き込み手段との間の光路上に、少くとも複数の微小プ
リズムが配置される微小プリズムアレイが設けられてい
ることを特徴としている。

【００２１】上記の構成によれば、微小プリズムアレイ
の屈折効果によって、画像書き込み手段の各画素に対応
する画像が多重像となって、液晶表示手段の光導電体層
に書き込まれる。

【００２２】したがって、スクリーン上に投影される画
像においても、画像書き込み手段の各画素に対応する画
像が多重像となって表示される。これによって、スクリ
ーン上に投影された表示画像において、マトリクス状の
縞を目立たなくすることができる。

【００２３】したがって、明るく滑らかな高品質の表示
画像を実現する投影型画像表示装置を提供することがで
きる。

【００２４】請求項２の発明に係る投影型画像表示装置
は、上記の課題を解決するために、請求項１の構成に加
えて、上記微小プリズムアレイは、上記微小プリズムと
異なる屈折率を有する透光層を備えていることを特徴と
している。

【００２５】上記の構成により、画像書き込み手段とし
て画素ピッチ等が相互に異なる様々な表示パネルが用い
られる場合に、この表示パネルに対応して上記微小プリ
ズムの屈折率と上記透光層の屈折率との比を変化させる
ことによって、液晶表示手段の光導電体層に書き込まれ
る多重像の位置を自在に変えることができる。

【００２６】したがって、スクリーン上に投影される表
示画像において、画像書き込み手段の各画素に対応する
多重像が等間隔に配列されるように、液晶表示手段の光
導電体層に書き込まれる多重像の位置を容易に調整する
ことができる。

【００２７】この結果、画像書き込み手段として用いら
れる様々な表示パネルに対して、微小プリズムと透光層
との屈折率の比を変更する以外は、同一構成からなる微
小プリズムアレイを使用することができる。したがっ
て、大幅なコストダウンを図ることができる。

【００２８】請求項３の発明に係る投影型画像表示装置
は、上記の課題を解決するために、請求項１または２の
構成に加えて、上記微小プリズムの形状が、多角錐また
は多角錐台に形成されていることを特徴としている。

【００２９】上記の構成により、画像書き込み手段の各
画素に対応する画像が２次元的に多重像となって、液晶
表示手段の光導電体層に書き込まれる。

【００３０】したがって、スクリーン上に投影される画
像においても、画像書き込み手段の各画素に対応する画
像が２次元的に多重像となって表示される。これによっ
て、スクリーン上に投影された表示画像において、さら
に、マトリクス状の縞を目立たなくすることができる。

【００３１】したがって、さらに、明るく滑らかな高品
質の表示画像を実現する投影型画像表示装置を提供する
ことができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１〜
図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

【００３３】図４は、本形態の投影型画像表示装置１を
概略的に示す構成図である。この投影型画像表示装置１
には、画像書き込み手段としての液晶表示パネル２と、
液晶表示手段としての液晶ライトバルブ３とが設けられ
ている。さらに、この液晶表示パネル２と液晶ライトバ
ルブ３との間には、微小プリズムアレイ４が配置されて
いる。尚、この微小プリズムアレイ４については、後に
詳述する。

【００３４】図５は、上記液晶ライトバルブ３の構成を
概略的に示す断面図である。液晶ライトバルブ３は、一
対の透光性基板５ａ・５ｂを備えている。一方の基板５
ａの上には、透明電極６ａが形成されている。透明電極
６ａの上には、光導電体層７、遮光層８、および誘電体
ミラー９が順次積層され、誘電体ミラー９の上には、配
向膜１０ａが形成されている。他方の基板５ｂの上に
は、透明電極６ｂおよび配向膜１０ｂが形成されてい
る。透明電極６ａ・６ｂは、ＩＴＯまたはＳｎＯ₂等か
らなる。また、光導電体層７は、非晶質水素化ケイ素
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等からなる。

【００３５】液晶ライトバルブ３は、この２枚の基板５
ａ・５ｂを、配向膜１０ａ・１０ｂがそれぞれ内側にな
るように、シール部材１１を介して貼合わせて形成され
ている。また、両基板５ａ・５ｂの間に設けられた間隙
には、注入された液晶が封止された液晶層１２が形成さ
れている。

【００３６】この液晶ライトバルブ３の透明電極６ａと
透明電極６ｂとの間には、交流電源１３によって電圧を
印加することができる。また、図４に示す液晶表示パネ
ル２によって形成された画像が、書き込み光１４として
基板５ａ側から液晶ライトバルブ３に照射される。さら
に、図４に示す偏光ビームスプリッタ２０からの読み出
し光１５が、基板５ｂ側から液晶ライトバルブ３に入射
される。入射された読み出し光１５は、誘電体ミラー９
で反射されて、基板５ｂ側から出力される。

【００３７】交流電源１３によって電圧が印加された状
態で、光導電体層７は、照射される書き込み光１４の強
度によってそのインピーダンスを変化させ、液晶層１２
にかかる電圧を制御している。光導電体層７の各領域に
おいて、光導電体層７に書き込み光１４による画像の入
力がない状態（暗状態）では、光導電体層７は高インピ
ーダンスとなっており、液晶層１２に印加される電圧は
閾値電圧を越えない。書き込み光１４の照射によって光
導電体層７に画像が書き込まれた状態（明状態）では、
光導電効果により光導電体層７は低インピーダンスとな
る。これにより、液晶層１２に印加される電圧が閾値電
圧を越え、液晶層１２の液晶の配向状態が変化する。即
ち、書き込み光１４の照射の有無に応じて光導電体層７
のインピーダンスが変化し、これによって、液晶層１２
には、液晶の配向状態の変化という形で、書き込み光１
４に対応した画像が形成される。一方、入射された読み
出し光１５は、この液晶の配向状態の変化に応じて偏光
状態が変調され、液晶ライトバルブ３から出力される。
図４に示す投影型画像表示装置１は、この出力光をスク
リーン２２上に投影することで、液晶ライトバルブ３に
より形成された画像を表示する。

【００３８】図４を参照して、この液晶ライトバルブ３
が用いられる本形態の投影型画像表示装置１は、液晶表
示パネル２および微小プリズムアレイ４の他に、書き込
み用光源１６、レンズ１７、リレーレンズ２３、読み出
し用光源１８、レンズ１９、偏光ビームスプリッタ２
０、および投影レンズ２１を備えている。

【００３９】液晶表示パネル２は、書き込み用光源１６
からレンズ１７を介して入射される光を変調して透過さ
せることによって書き込み画像を形成する。この液晶表
示パネル２によって形成された画像は、書き込み光１４
として、微小プリズムアレイ４およびリレーレンズ２３
を介して、液晶ライトバルブ３の光導電体層に照射され
る。一方、読み出し用光源１８から出射された光は、レ
ンズ１９を介して、偏光ビームスプリッタ２０に入射さ
れる。入射される光のうち特定の偏光成分は、偏光ビー
ムスプリッタ２０で進行方向が変わり、読み出し光１５
として液晶ライトバルブ３に入射される。入射された読
み出し光１５は、液晶ライトバルブ３の誘電体ミラーで
反射されて、液晶ライトバルブ３から出力される。この
とき、上述のように、読み出し光１５は、液晶の配向状
態の変化に応じて、偏光状態が変調される。この液晶の
電気光学効果によって、出力される読み出し光１５のう
ち偏光方向が変化した表示部分は、偏光ビームスプリッ
タ２０を透過することができる。透過光は、投影レンズ
２１を介して、スクリーン２２上に投影される。こうし
て、画像がスクリーン２２上に表示される。

【００４０】上記液晶表示パネル２には、アクティブマ
トリクス方式の透過型液晶表示パネルが使用され、図６
に示すように、一対のガラス基板２ａ・２ｂの間に液晶
層２ｃが封入されている。また、一方のガラス基板２ｂ
上には、画素電極２ｄおよびスイッチング素子２ｅが各
画素２ｆ毎に設けられている。さらに、その入射光側に
は、液晶層２ｃを介して、上記の各画素電極２ｄに対応
した開口部２ｇを有するブラックマトリクス２ｈが設け
られている。

【００４１】ブラックマトリクス２ｈは、画素電極２ｄ
以外のスイッチング素子２ｅおよび図示しない信号線が
設けられる領域に、書き込み用光源１６からの光２４が
入射されることを防ぐために設けられている。例えば、
画素電極２ｄ以外の領域を光が透過すると、黒表示状態
の品位が下がり、コントラストが低下する。また、スイ
ッチング素子２ｅに光が照射されると光励起によるリー
ク電流が発生し、表示品位が低下する。これを防止する
ため、ブラックマトリクス２ｈは、画素電極２ｄ以外の
領域に入射されようとする表示に寄与しない光を吸収ま
たは反射する。但しこの結果、液晶表示パネル２では、
各画素２ｆにおいて表示に寄与する画素領域（即ち、画
素電極２ｄ、開口部２ｇが設けられる画素開口部）の占
める面積の割合が制限される。

【００４２】尚、上記液晶表示パネル２には、例えば、
画素２ｆピッチが縦８０μｍ×横８０μｍで、画素開口
部が縦４０μｍ×横４０μｍのパネルを使用している。
また、液晶表示パネル２が備えるガラス基板２ｂの基板
厚は、１．１ｍｍであり、このガラス基板２ｂの屈折率
は、１．５３である。

【００４３】上記の微小プリズムアレイ４には、図１に
示すように、液晶表示パネル２の各画素からの書き込み
光１４の方向を折り曲げるための微小プリズム４ａ…が
多数配置されている。また、この微小プリズムアレイ４
は、屈折率１．５３、厚さ０．６ｍｍの基板４ｂを備え
ている。各微小プリズム４ａは、屈折率が同じく１．５
３の材料からなり、頂角γが６０°となる断面尖頭Ｖ字
状である山形からなる。微小プリズム４ａは、基板４ｂ
上に、１００μｍピッチで山形を連ねるように多数設け
られており、微小プリズムアレイ４は、１次元微小プリ
ズムの集合体になっている。

【００４４】さらに、微小プリズムアレイ４は、微小プ
リズム４ａ…の光出射側に透光層としてのレベリング層
４ｃを備えている。レベリング層４ｃは、微小プリズム
４ａ…の連なる山形に嵌合するように、また、液晶ライ
トバルブ３側が平滑面となるように形成されている。レ
ベリング層４ｃの屈折率は、１．５０であり、微小プリ
ズム４ａの屈折率とは異なる値になっている。

【００４５】また、上記液晶表示パネル２と微小プリズ
ムアレイ４との相対的な位置関係として、液晶表示パネ
ル２の画面縦方向と微小プリズムアレイ４におけるプリ
ズム溝とが互いに平行になるように配置されている。

【００４６】次に、上記構成の投影型画像表示装置１に
おける液晶表示パネル２と液晶ライトバルブ３との間の
光学経路について説明する。

【００４７】上記液晶表示パネル２の画素Ｐから微小プ
リズムアレイ４に入射される書き込み光１４を、微小プ
リズムアレイ４の光出射側から観察すると、図１に示す
ように、実際の画素Ｐに対して虚像の画素Ｐ１・Ｐ２が
形成され、あたかも液晶表示パネル２における画素Ｐ
が、本来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。これは、微小プリズムアレイ４の屈
折効果によるものである。この微小プリズムアレイ４の
屈折効果によって、液晶表示パネル２の画素Ｐからの書
き込み光１４は、微小プリズムアレイ４およびリレーレ
ンズ２３を介して液晶ライトバルブ３の光導電体層に次
のように書き込まれる。即ち、液晶表示パネル２の画素
Ｐによる画像が、仮に微小プリズムアレイ４がない場合
に液晶ライトバルブ３に書き込まれる結像点Ｑから左右
にシフト量ｄだけずれて、２重像Ｑ１・Ｑ２として書き
込まれることになる。

【００４８】この点について、図２を参照してさらに説
明する。各値を一般化して、微小プリズムアレイ４にお
ける各微小プリズム４ａの頂角をγとし、各微小プリズ
ム４ａの屈折率をｎ₃とする。また、各微小プリズム４
ａの表面に形成されているレベリング層４ｃの屈折率を
ｎ₄とする。そして、説明を簡略化するために、微小プ
リズムアレイ４への垂直入射光Ｌについて考えることに
する。入射光Ｌに関して、微小プリズム４ａのプリズム
界面での出射光の振れ角αは、 α＝［γ−ｃｏｓ^-1｛（ｎ₃／ｎ₄）ｃｏｓγ｝］となる。そして、最終的に微小プリズムアレイ４からの
出射光の振れ角ζは、 ζ＝ｓｉｎ^-1（ｎ₄ｓｉｎα）となる。

【００４９】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２ｂの基板厚をｔ₁とし、液晶表示パネ
ル２と微小プリズムアレイ４との距離をｔ₂とし、微小
プリズムアレイ４における基板４ｂの基板厚をｔ₃と
し、レベリング層４ｃの厚さをｔ₄とする。また、ガラ
ス基板２ｂの屈折率をｎ₁とし、液晶表示パネル２と微
小プリズムアレイ４との間の屈折率をｎ₂とする。そし
て、液晶表示パネル２の画素Ｐから微小プリズムアレイ
４に入射される書き込み光１４を、微小プリズムアレイ
４の光出射側から観察すると、上述のように、実際の画
素Ｐに対して虚像の画素Ｐ１・Ｐ２が生じる（図１参
照）。このとき、実際の画素Ｐに対する虚像の画素Ｐ１
・Ｐ２のシフト量ｄは、ｄ＝（ｔ₁／ｎ₁＋ｔ₂／ｎ₂＋ｔ₃／ｎ₃＋ｔ₄／ｎ
₄）×ｔａｎζ となる。即ち、虚像の画素Ｐ１・Ｐ２は、実際の画素Ｐ
に対して、互いに逆方向に上式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。但し、レベリング層４
ｃ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。

【００５０】好ましくは、上記のシフト量ｄが液晶表示
パネル２の画素２ｆピッチの４分の１になるように調節
すると、画像が投影されるスクリーン２２上で、液晶表
示パネル２の各画素２ｆに対応する２重像が等間隔に配
列し、ブラックマトリクス２ｈによる縞が目立たなくな
り、滑らかな画像が得られる。

【００５１】そこで、本形態の投影型画像表示装置１で
は、シフト量ｄを画素２ｆピッチの約４分の１、即ち約
２０μｍとなるように、微小プリズムアレイ４を設けて
いる。具体的には、基板４ｂ上に多数配置された微小プ
リズム４ａ…の表面に、微小プリズム４ａ…の山が隠れ
るように屈折率１．５０の材料からなるレベリング層４
ｃを形成し、さらに、プリズム形成面が液晶ライトバル
ブ３側になるようにして、液晶表示パネル２の基板２ｂ
の光出射側面と微小プリズムアレイ４の基板４ｂとを、
スペーサによって約６０μｍに制御された図示しない接
着層を介して貼り合わせている。

【００５２】このように微小プリズムアレイ４を設ける
ことで、液晶ライトバルブ３の光導電体層では、ブラッ
クマトリクス２ｈからの像だけが結像する位置にも、液
晶表示パネル２の画素開口部からの画像が２重像となっ
て書き込まれる。したがって、スクリーン２２上に画像
を投影したときにも、図３に示すように、表示画像では
ブラックマトリクス２ｈによるマトリクス縞が目立たな
くなる。即ち、微小プリズムアレイ４が無い場合には、
液晶表示パネル２の各画素２ｆの画素開口部に対応する
画像が、スクリーン２２上では点線Ａで囲まれた領域で
表示されているものとすると、微小プリズムアレイ４を
設けることで、これらの画像が、それぞれ２重像Ａ１・
Ａ２となって表示される。

【００５３】以上のように、本形態の投影型画像表示装
置１では、スクリーン２２上に投影される表示画像のマ
トリクス縞が目立たなくなり、明るく滑らかな高品質の
画像を得ることができる。

【００５４】尚、本発明は、上述の形態に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内で様々の変更が可能であ
る。例えば、上記液晶表示パネル２の画素２ｆピッチを
５５μｍ×５５μｍとし、画素開口部を２８μｍ×２８
μｍとしたものに変えることも可能である。この場合、
液晶表示パネル２のガラス基板２ｂの基板厚ｔ₁、液晶
表示パネル２と微小プリズムアレイ４との距離ｔ₂、微
小プリズムアレイ４の基板４ｂの基板厚ｔ₃、レベリン
グ層４ｃの厚さｔ₄、ガラス基板２ｂの屈折率ｎ₁、お
よび液晶表示パネル２と微小プリズムアレイ４との間の
屈折率ｎ₂は、変更する必要がなく、レベリング層４ｃ
の屈折率ｎ₄を１．５１に変更すればよい。これによ
り、スクリーン２２上に投影される表示画像において、
液晶表示パネル２の各画素２ｆに対応する２重像Ａ１・
Ａ２が等間隔に配列されるように、液晶ライトバルブ３
の光導電体層に書き込まれる２重像Ｑ１・Ｑ２の位置、
即ちシフト量ｄを容易に調整することができる。

【００５５】また、本形態では、液晶表示パネル２と微
小プリズムアレイ４との相対的な位置関係に関して、液
晶表示パネル２の画面縦方向と、微小プリズム４ａ…の
プリズム溝とが互いに平行になるように配置されている
が、必ずしもこれに限らず、例えば、微小プリズム４ａ
…のプリズム溝が、液晶表示パネル２の表示面の上下方
向、または対角方向に対して平行に配置されてもよい。

【００５６】さらに、断面山形の１次元微小プリズム４
ａ…の代わりに断面台形の１次元微小プリズムを用いて
もよく、その他の形状の１次元微小プリズムを用いるこ
とも可能である。

【００５７】さらに、本形態では像のシフト量ｄを画素
２ｆピッチの４分の１としたが、これに限らず、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、また、画像が一部オーバーラップしても構わ
ない。

【００５８】さらに、本形態では、微小プリズムアレイ
４と液晶ライトバルブ３との間に、リレーレンズ２３が
設けられているが、その他のレンズ、例えばセルフォッ
クレンズ等を用いてもよい。このセルフォックレンズ
は、ロッドレンズを束ねたレンズプレートであるので、
接着剤を用いて微小プリズムアレイ４あるいは液晶ライ
トバルブ３に貼り合わせることができ、投影型画像表示
装置１を小型化することができる。

【００５９】さらに、本形態では、画像書き込み手段と
して、ブラックマトリクス２ｈを備えるアクティブマト
リクス方式の透過型の液晶表示パネル２を用いたが、こ
れに限らず、単純マトリクス方式の透過型液晶表示パネ
ルを用いてもよい。この場合でも、微小プリズムアレイ
４を設けることで、スクリーン２２上に投影される表示
画像のマトリクス縞が目立たなくなり、明るく滑らかな
画像を得ることができる。

【００６０】さらに、透過型液晶表示パネル以外に、プ
ラズマディスプレイ（ＰＤＰ）やエレクトロルミッセン
ス（ＥＬ）等のマトリクス型表示パネルを画像書き込み
手段として用いてもよい。この場合でも、微小プリズム
アレイ４を設けることで、スクリーン２２上に投影され
る表示画像のマトリクス縞が目立たなくなり、明るく滑
らかな画像を得ることができる。

【００６１】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について図７および図８に基づいて説明すれば、以下の
とおりである。なお、説明の便宜上、上述の実施の形態
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。

【００６２】本形態では、図７の（ａ）および（ｂ）に
示すように、実施の形態１の微小プリズムアレイ４の代
わりに、４角錘の２次元微小プリズム２５ａ…が多数設
けられている微小プリズムアレイ２５を使用している。
また、画像書き込み手段として実施の形態１と同様の液
晶表示パネル２が用いられている。したがって、液晶表
示パネル２の画素２ｆピッチは、例えば、縦８０μｍ×
横８０μｍであり、画素開口部は縦４０μｍ×横４０μ
ｍである。また、液晶表示パネル２が備えるガラス基板
２ｂの基板厚は、１．１ｍｍであり、このガラス基板２
ｂの屈折率は、１．５３である。

【００６３】上記微小プリズムアレイ２５は、図７
（ａ）に示すように、屈折率１．５３、厚さ０．６ｍｍ
の基板２５ｂ上に、図７（ｂ）に示すような２次元微小
プリズム２５ａ…が多数配置されている。各２次元微小
プリズム２５ａは、屈折率が同じく１．５３の材料から
なり、縦方向、横方向ともに頂角γが６０°であり、基
板２５ｂ上に、縦横ともに１００μｍピッチで多数設け
られている。

【００６４】さらに、微小プリズムアレイ２５は、２次
元微小プリズム２５ａ…の光出射側に透光層としてのレ
ベリング層２５ｃを備えている。レベリング層２５ｃ
は、２次元微小プリズム２５ａ…の４角錘に嵌合して、
２次元微小プリズム２５ａ…を覆うように設けられてい
る。レベリング層２５ｃの屈折率は、１．５０であり、
２次元微小プリズム２５ａの屈折率とは異なる値になっ
ている。

【００６５】また、上記液晶表示パネル２と微小プリズ
ムアレイ２５との相対的な位置関係として、液晶表示パ
ネル２の画面縦横方向と微小プリズムアレイ２５のプリ
ズム溝による縦横の方向とが互いに平行になるように配
置されている。さらに、プリズム形成面が液晶ライトバ
ルブ３側になるようにして、液晶表示パネル２の基板２
ｂの光出射側面と微小プリズムアレイ２５の基板２５ｂ
とを、スペーサによって約６０μｍに制御された図示し
ない接着層を介して貼り合わせている。

【００６６】上記微小プリズムアレイ２５を、液晶表示
パネル２と液晶ライトバルブ３との間に設けることで、
スクリーン２２上に投影された表示画像では、図８に示
すように、ブラックマトリクス２ｈによるマトリクス縞
が２次元的に目立たなくなる。即ち、微小プリズムアレ
イ２５が無い場合には、液晶表示パネル２の各画素２ｆ
の画素開口部に対応する画像が、スクリーン２２上では
点線Ｂで囲まれた領域で表示されるものとすると、微小
プリズムアレイ２５を設けることで、これらの画像が、
それぞれ４重像Ｂ１〜Ｂ４となって表示される。

【００６７】したがって、実施の形態１の投影型画像表
示装置１に比べて、スクリーン２２上に投影される表示
画像のマトリクス縞がさらに目立たなくなり、さらに明
るく滑らかな高品質の画像を得ることができる。

【００６８】尚、本形態では、２次元微小プリズム２５
ａの形状が４角錐に形成されていたが、これに限らず、
他の多角錐、または多角錐台の形状としてもよい。これ
によって、スクリーン２２上に投影される表示画像で
は、液晶表示パネル２の単一の画素に対応する画像が２
次元的にさらに多重像となって表示されるため、さらに
ブラックマトリクス２ｈによるマトリクス縞を目立たな
くすることができる。したがって、さらに明るく滑らか
な高品質の画像を得ることができる。

【００６９】

【発明の効果】請求項１の発明に係る投影型画像表示装
置は、以上のように、上記液晶表示手段と上記画像書き
込み手段との間の光路上に、少くとも複数の微小プリズ
ムが配置される微小プリズムアレイが設けられている構
成である。

【００７０】これにより、スクリーン上に投影される画
像では、画像書き込み手段の各画素に対応する画像が多
重像となって表示される。したがって、スクリーン上に
投影される表示画像において、マトリクス状の縞を目立
たなくすることができる。

【００７１】それゆえ、明るく滑らかな高品質の表示画
像を実現する投影型画像表示装置を提供することができ
る。

【００７２】請求項２の発明に係る投影型画像表示装置
は、以上のように、請求項１の構成に加えて、上記微小
プリズムアレイは、上記微小プリズムと異なる屈折率を
有する透光層を備えている構成である。

【００７３】これにより、画像書き込み手段として用い
られる様々な表示パネルに対して、微小プリズムの屈折
率と透光層の屈折率との比を変更する以外は、同一構成
からなる微小プリズムアレイを使用することができる。

【００７４】それゆえ、大幅なコストダウンを図ること
ができる。

【００７５】請求項３の発明に係る投影型画像表示装置
は、以上のように、請求項１または２の構成に加えて、
上記微小プリズムの形状が、多角錐または多角錐台に形
成されている構成である。

【００７６】これにより、スクリーン上に投影される画
像では、画像書き込み手段の各画素に対応する画像が２
次元的に多重像となって表示される。したがって、スク
リーン上に投影される表示画像において、さらに、マト
リクス状の縞を目立たなくすることができる。

【００７７】それゆえ、さらに、明るく滑らかな高品質
の表示画像を実現する投影型画像表示装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態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における微小プリズム
アレイに垂直に入射される光の光路を示す説明図であ
る。

【図３】上記投影型画像表示装置のスクリーン上に投影
される表示画像と、微小プリズムアレイを備えていない
従来の投影型画像表示装置の表示画像とを比較した説明
図である。

【図４】上記投影型画像表示装置に設けられる液晶ライ
トバルブの構成を概略的に示す断面図である。

【図５】上記投影型画像表示装置の概略構成図である。

【図６】上記投影型画像表示装置に設けられる液晶表示
パネルを概略的に示す構成図である。

【図７】本発明の他の実施の形態の投影型画像表示装置
に設けられる微小プリズムアレイの概略構成図、および
微小プリズムの形状を示す斜視図である。

【図８】上記投影型画像表示装置のスクリーン上に投影
される表示画像を示す説明図である。

【図９】従来の投影型画像表示装置に設けられる液晶ラ
イトバルブの構成を概略的に示す断面図である。

【図１０】従来の投影型画像表示装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１投影型画像表示装置２液晶表示パネル（画像書き込み手段）３液晶ライトバルブ（液晶表示手段）４微小プリズムアレイ４ａ微小プリズム４ｃレベリング層（透光層）２３リレーレンズ２５微小プリズムアレイ２５ａ微小プリズム２５ｃレベリング層（透光層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透光性基板間に、少くとも液晶層と
光導電体層とが形成される液晶表示手段と、上記液晶表示手段に書き込む画像を形成し、この画像を
書き込み光として液晶表示手段に向けて送り出す画像書
き込み手段とを備える投影型画像表示装置において、上記液晶表示手段と上記画像書き込み手段との間の光路
上に、少くとも複数の微小プリズムが配置される微小プ
リズムアレイが設けられてい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は、上記微小プリ
ズムと異なる屈折率を有する透光層を備えていることを
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】上記微小プリズムの形状が、多角錐または
多角錐台に形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の投影型画像表示装置。