JPH1020270A

JPH1020270A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1020270A
Application number: JP8179412A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Kazuyuki Funahata; 一行舟幡; Katsumi Kondo; 克己近藤; Keiji Nagae; 慶治長江; Yasuhisa Tojo; 泰久東條
Original assignee: Hitachi Ltd; Nitto Denko Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-23
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JP3220783B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画面の継目が目立たず、明るく、コントラス
トの高い大画面の表示画像の得られる液晶表示装置を提
供する。【解決手段】平行光化手段により入射光の平行度を向
上させ、複数の液晶表示素子の表示画像を結像手段によ
り画像の鮮明度を向上させ、光路変換手段により複数の
液晶表示素子の表示画像をスクリーン上で隙間の無いよ
うに合成し、スクリーンに配設されたマトリクス状の遮
光層によりスクリーン上の表示画像の継目を目立たない
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に係り、
特に、複数枚の液晶表示素子を用いて大画面のスクリー
ン上に１枚の合成画像を結像する液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のラップトップ型やノート型のパー
ソナルコンピュータに用いられている液晶表示装置は通
常１枚の液晶表示素子を用いた直視型のものである。こ
の液晶表示素子としては、大別して、薄膜トランジスタ
素子（ＴＦＴ）をマトリクス状に配置した薄膜トランジ
スタ液晶表示素子（ＴＦＴ−ＬＣＤ）とアクティブ素子
を有さない単純マトリクスのスーパーツイステッドネマ
チック液晶表示素子（ＳＴＮ−ＬＣＤ）とに分類でき
る。これらの液晶表示素子の表示領域は、現在大きなも
ので対角１２インチ程度であり、表示領域として小さい
ものである。また、解像度も不十分である。大画面で高
精細な液晶表示装置を製造するには、生産性、開口率、
表示の均一性等様々な課題があり、直視型の液晶表示装
置では、試作された最大のものであっても対角２０イン
チ程度である。

【０００３】多人数の聴衆へプレゼンテーションした
り、映画の画面を表示するのに必要な大画面での表示
は、上述した直視型の液晶表示装置では実現できず、小
型の液晶表示素子の表示画像をレンズ等の光学系を用い
て拡大投射する液晶プロジェクタにより実現されてい
る。しかしながら、液晶プロジェクタによる場合には、
仮に液晶プロジェクタ本体が小さかったとしても、液晶
表示素子の表示画像を大画面のスクリーン上に投射する
ための空間が必要であり、結果として広いスペースが必
要となる。

【０００４】このような液晶プロジェクタを用いて大画
面の表示を行う場合の欠点を解消するための投射型液晶
表示装置が、特開平５−３４１３１０号公報及び特開平
６−２７４１２号公報に開示されている。これらの公報
に開示された投射型液晶表示装置は、複数の液晶表示素
子からの画像を組み合わせて大画面の表示画面に投射
し、画質を劣化させることなく連続した大画像表示を行
い、かつ形状も薄型に構成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された従来の液晶表示装置では、複数の液晶表
示素子の画面間の継ぎ目を目立たない状態にして表示す
ることができない欠点があった。また、表示された画像
のコントラスト比が低下し、表示画像に不鮮明さが残る
という欠点もあった。

【０００６】これらの画像劣化の要因を検討すると、表
示画面上に画像を結像させるための結像光学系を用いた
場合、結像光学系に入射する開口数以上の光により、コ
ントラスト比低下を招き、不鮮明な画像を生じることが
判明した。人間の目は、急俊に位置的明るさが変化する
現象には、非常に敏感で、その明るさの変化している幅
が１００μｍ程度でも充分にその違いを認識する。その
ために、従来の液晶表示装置で用いている画像の拡大や
平行移動の方法だけでは、完全には表示画像の継ぎ目を
無くすことができないことが判明した。

【０００７】本発明は、複数枚の液晶表示素子の画像を
大画面のスクリーン上に投射して表示した場合に、液晶
表示素子間の隙間を目立たなく表示でき、またコントラ
スト比が高く、表示された画像が鮮明な表示品質の高い
大画面の液晶表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、光を発光するバックライト光源と、バックライト光
源の発光した光をほぼ平行な平行光として出射する平行
光化手段と、平行光化手段により出射された平行光を受
光する少なくとも２枚以上の液晶表示素子と、液晶表示
素子の表示画像の開口角以上の光を吸収して画像を結像
させる結像手段と、結像手段の出射光の光路を変換し各
液晶表示素子の画像を略隙間なく合成する光路変換手段
と、光路変換手段からの光を投射するマトリクス状に遮
光層を有するスクリーンとを備えたものである。

【０００９】バックライトの出射光の拡がりが大きい
と、液晶表示素子のガラス基板の厚み（通常、0.7ｍｍ
又は1.1ｍｍ）により、表示画像が不鮮明になる。平行
光化手段によりバックライト光源の発光した光の平行度
が高められ、この不鮮明さを取り除くことができる。ま
た、開口角以上の光を吸収する結像手段により、少し拡
がりのある入射光でも鮮明な画像を投射することがで
き、コントラスト比の低下、表示画像が不鮮明になるこ
とを抑制できる。さらに、液晶表示素子の基板上には表
示領域の外側に液晶を封止するためのシール部や液晶を
駆動するためのドライバが配置されているため、複数枚
の液晶表示素子間に隙間を設けざるを得なくても、光路
変換手段により個々の液晶表示素子の画像の光路を変換
することによって、画像を隙間なく合成することができ
る。さらに、マトリクス状の遮光層をスクリーンに配置
することにより、画像合成部の不自然さが目立たなくな
る。

【００１０】また、本発明の液晶表示装置は、バックラ
イト光源からの光を偏光分離する偏光分離器と、偏光分
離器で反射された光の偏光を変換する偏光変換素子とを
更に備えたものである。さらに、偏光変換素子として位
相差板を用いたものである。これにより、光利用効率が
上昇し、明るい表示画像が得られる。

【００１１】また、本発明の液晶表示装置は、平行光化
手段として、光導光部の入射面積が出射側面積より大き
い光導波路を多数配置したシートの出射側に各光導波路
に対応したマイクロレンズをそれぞれ配置して構成した
ものを用いたものである。これにより、疑似的な点光源
を作り、効率良く光を平行光化することができる。

【００１２】また、本発明の液晶表示装置は、平行光化
手段として、バックライト光源の発光した光を導光する
縦断面が台形で入射面が出射面より小さい導光体を用い
たものである。これにより、入射光を効率良く平行光と
することができる。

【００１３】また、本発明の液晶表示装置は、結像手段
として、開口角以上の光を吸収する、屈折率分布を有す
るロッドレンズアレイを用いたものである。これによ
り、画像の不鮮明度を増す要因である開口角以上の光を
吸収して、画像の鮮明度を向上させることができる。

【００１４】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段として、縦断面の形状が、前記スクリーンの周辺部
に対応する辺が中心部に対応する辺より短い台形である
導光体を用いたものである。これにより、簡単な構成
で、スクリーンの中心部に等倍で画像をずらすことがで
きる。

【００１５】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段としてフレネルレンズを用いたものである。これに
より、簡単な構成で、画像を拡大、縮小、更には等倍で
平行移動することができる。

【００１６】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段として、２個のリニアフレネルレンズを光の進行方
向に傾斜面を直交させて配置したものを用いたものであ
る。これにより、前後左右の両方向に画像を移動させる
ことができる。

【００１７】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段としてサーキュラーフレネルレンズを用いたもので
ある。これにより、簡単な構成で、画像を拡大して合成
することができる。

【００１８】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段として、無効領域に光の吸収体を設けたフレネルレ
ンズを用いたものである。あるいは、無効領域の傾斜角
が各々異なるフレネルレンズを用いたものである。これ
により、いずれの場合にも、ゴースト光を除去すること
ができ、画像の鮮明度を向上できる。

【００１９】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段として、スクリーンの周辺部から中心部に向いた傾
きを有する複数のファイバープレートを用いたものであ
る。これにより、ファイバープレートの出射側で画像を
隙間なく合成することができ、大画面化が達成できる。

【００２０】また、本発明の液晶表示装置は、光路変換
手段として、両端部は固く中間部は柔軟で、液晶表示素
子側の端部は液晶表示素子の位置に対応して配置され、
スクリーン側の端部は互いに密着して配置されているフ
ァイバープレートを用いたものである。これにより、容
易に画像を合成することができ、更に、画像の隙間を全
く無くすることができる。

【００２１】また、本発明の液晶表示装置は、スクリー
ンとして、指向性を有するスクリーンへの入射光をスク
リーンの法線方向の散乱光に変換する手段を有するもの
を用いたものである。これにより、光路変換手段から指
向性を有する入射光がスクリーンに入力されても、スク
リーンに指向性の無い画像が表示され、任意の角度から
スクリーンを見ても、正常に画像を見ることができる。

【００２２】また、本発明の液晶表示装置は、スクリー
ンとしてファイバープレートを用いたものである。これ
により、格別の手段を講じなくとも、分散性の高いスク
リーンが得られる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による液晶表示装置
の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態の液晶表示装置の断面図であり、図２は図１の
液晶表示装置の上面図である。この第１の実施の形態の
液晶表示装置は、液晶表示素子の画像を光学系で拡大縮
小せずにスクリーン上に表示し、鮮明な表示画像を得る
ものである。

【００２５】図１において、バックライト６０は通常用
いられる厚さ２０ｍｍの照明光源を用いている。バック
ライト６０は、各液晶表示素子４０毎にそれぞれに対応
して配置されている。しかし、複数枚の液晶表示素子４
０全体に対して１個のバックライトバックライトを設け
てもよい。このようにすることにより、バックライト６
０間の輝度のばらつきを調整する必要が無くなる。

【００２６】バックライト６０の上方には平行光化手段
１０が配置されている。平行光化手段１０は、図３にそ
の断面図を示すように、円錐状の高屈折率部１１と、該
高屈折率部１１のそれぞれの上方に配置されたマイクロ
レンズ１２とを備えている。高屈折率部１１の光入射面
１１Ａ、光出射面１１Ｂは、それぞれ直径約５ｍｍ、
０．５ｍｍとした。高屈折率部１１のそれぞれの間には
空気層からなる低屈折率部１３が介在する。高屈折率部
１１と低屈折率部１３の境界面には反射物質を塗布して
もよく、このようにすることにより、そうしない場合に
は境界面で全反射しない入射光も効率良く反射すること
ができる。また、本実施の形態では、高屈折率部１１の
断面形状を円としたが、正六角形等の正多角形にしても
よい。このようにすることにより、バックライト６０か
ら照射された光８０の高屈折率部１１への入射面積を大
きくすることができる。

【００２７】平行光化手段１０の上方には、対角１０．
４インチのカラーＴＦＴ−ＬＣＤから成る液晶表示素子
４０が４枚配置されている。本実施の形態においては、
液晶表示素子４０として、１０．４インチの大きさで
１．５ｍｍの厚さのものを用いた。なお、図４に示すよ
うに、現在得られる最大のＴＦＴ−ＬＣＤ用硝子基板
（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）からＴＦＴ−ＬＣＤを得る
場合には、対角１２インチまでは６枚の基板が得られ、
対角１５インチまでは４枚の基板が得られ、対角１９イ
ンチまでは２枚の基板が得られ、対角３０インチまでは
１枚の基板が得られる。硝子基板として現時点で得られ
る最大の３０インチの硝子基板を用いると、この硝子基
板を４枚合成することにより対角６０インチの表示画像
が得られる。対角１０．４インチまでの液晶表示素子４
０としての硝子基板は、製造工程も非常に安定し低コス
トで供給されている。図５は、液晶表示素子４０の上面
図であり、各液晶表示素子４０の２辺には、液晶表示素
子４０を構成する各薄膜トランジスタに画像表示のため
の信号を供給する信号ドライバ４１と走査のためのスイ
ッチング信号を供給するゲートドライバ４２とがそれぞ
れ設けられている。４枚の液晶表示素子４０の相互間の
隙間は約１０ｍｍである。

【００２８】液晶表示素子４０の表示面から所定の距離
を隔てた上方の位置には、結像手段３０としてのロッド
レンズアレイが配置されている。図６は結像手段３０を
示す側面図である。結像手段３０のコア部３１は、中心
部の屈折率ｎ0が１．５１２で、中心から離れるにした
がい、ｎ（ｒ）＝ｎ0（１−ｇ²／２・ｒ²）、但し、ｒ
は中心からの距離、ｇは屈折率分布定数で０．５６４／
ｍｍで与えられる。また、直径は０．９３ｍｍであり、
有効な開口角は２２．７度、厚さ３３を５．７５ｍｍと
すると、共役長３４は４２ｍｍである。また、開口角外
の光を吸収させるために、クラッド部３２には吸収体を
配置した。これにより、開口角内の光により、物体３５
の画像３６を結像手段３０の反対側に、結像手段３０と
物体３５との距離と同一の距離に結像する。

【００２９】現在、液晶表示素子４０は、２枚のガラス
基板間に液晶を封入して作られ、画像を表示する画素ピ
ッチは約２４０μｍ〜約７００μｍ、光の偏光状態を制
御する液晶層は高々数μｍ、ガラス基板の厚みは、０．
７ｍｍ又は１．１ｍｍのものが通常使用されている。し
たがって、結像手段３０を設けないと、光の偏光状態を
制御する液晶層を透過した光は、入射光が完全な平行光
である場合には問題ないが、入射光に拡がりがある場合
には画像間の重なりが生じ、画像が不鮮明になる。そこ
で、入射光に拡がりがある場合でも、図７に示すよう
に、液晶表示素子４０の各画素で構成される像３７を結
像手段３０で結像させることにより鮮明な画像３８を得
ることができる。このように、結像手段３０は、液晶表
示素子４０への入射光に拡がりがある場合でも、画像間
の重なりを防止し、鮮明な画像を結像するために用い
る。

【００３０】結像手段３０の上方の画像３８の結像位置
の間には、光路変換手段５０として、図８に示すよう
な、断面が台形状のレンズアレイが配置されている。光
路変換手段５０の傾斜角５１は１０度である。光路変換
手段５０は、入射光８３の光路を変換し、図２に示すよ
うに、４枚の液晶表示素子４０間の隙間を埋めて、スク
リーン７０上の表示エリア７２内に結像させる。

【００３１】光路変換手段５０の上方にはスクリーン７
０が配置されている。スクリーン７０の光路変換手段５
０側の表面には、各液晶表示素子４０間の合成画像の隙
間を隠すためのブラックマトリクス７１が、図２に示す
ように、マトリクス状に配置されている。このブラック
マトリクス７１のマトリクスの幅を約５００μｍとした
結果、画像合成部の境界は目視では全く認識できなかっ
た。ブラックマトリクス７１の材料としては、光を吸収
するブラックカーボンを用いている。但し、光を吸収す
る媒体であればブラックカーボンに限定されるものでは
ない。また、スクリーン７０はプラスチック製の透明の
平板を用いている。但し、傾いた指向性を有する入射光
８４をスクリーン７０の法線方向の散乱光８５として変
換するために、スクリーン７０中には散乱性を強くする
ための微粒子が多数分散されている。さらに、スクリー
ン７０は、オプティカルファイバーを平面状に隙間なく
配列したファイバープレートを積層し、オプティカルフ
ァイバーの出射端を面状としてスクリーンとしたものを
用いてもよい。このようにすることにより、微粒子を分
散させなくともオプティカルファイバー内の散乱によ
り、オプティカルファイバーの出射面の法線方向の散乱
光８５が得られる。この場合にも、勿論、オプティカル
ファイバーの出射面に蒸着等の方法によりブラックマト
リクスを形成する。

【００３２】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００３３】バックライト６０から出射された拡がりの
ある光８０は、平行光化手段１０で略平行な平行光８１
になり、液晶表示素子４０を照射する。平行光化手段１
０の光入射面１１Ａに入射した光８０は、高屈折率部１
１と低屈折率部１３との境界面で全反射し、高屈折率部
１１の光出射面１１Ｂでは疑似的な点光源になり、マイ
クロレンズ１２で平行光８１に変換される。これにより
効率良く平行光８１を得ることができる。この構成で、
バックライト６０からの光８０の拡がりが約±１０度程
度に平行光化できた。液晶表示素子４０の表示画面上に
表示された画像は、結像手段３０により等倍で液晶表示
素子４０上の液晶表示素子４０の法線方向の所定の位置
に結像されるが、実際には、光路変換手段５０により等
倍のまま、斜め方向に結像される。このことにより、各
液晶表示素子４０からの画像を隙間なくあわせて、スク
リーン７０上に結像することができる。また、スクリー
ン７０上に配置されたブラックマトリクス７１の効果に
より液晶表示素子４０間の隙間を隠すことができ、隙間
のない（シームレス）の画像が得られる。

【００３４】以上の動作を更にグラフを用いて説明す
る。まず、本実施の形態に用いた結像手段３０の透過率
特性を図９に示す。図９から明らかなように、開口角２
２．７度までは透過率が非常に高いが、それ以上の角度
では透過率は急激に低下する。しかし、開口角以上でも
透過光は存在する。したがって、図１１に示すように、
平行光化手段１０を用いることなくバックライト６０か
らの光８０（同図に示す輝度分布９２を有する）をその
まま液晶表示素子４０の照射光として用いた場合、この
開口角以上の光の漏れが照射光中に存在する。この光の
漏れにより、液晶表示素子４０の表示画像の不鮮明さ及
びコントラスト比の低下が生じる。本実施の形態のごと
く、平行光化手段１０を用いた場合には、図１０に示す
ように、開口角以上の光は略無い輝度分布９０の平行光
８１が得られた。この平行光８１を液晶表示素子４０の
照射光として用いることにより、コントラスト比が高く
鮮明な画像を得ることができた。更に、この時の結像手
段３０の透過率を測定すると、本実施の形態では約６２
％（結像手段３０の出射光８２の輝度分布は図１０のグ
ラフ９１のようになる）で、平行光化手段１０を用いな
い場合は約３３％（結像手段３０の出射光８２の輝度分
布は図１１のグラフ９３のようになる）であった。

【００３５】したがって、平行光化手段１０を用いた場
合には、平行光化手段１０を用いない場合に比べて、同
一の消費電力で約２倍のスクリーン７０上での表示画像
の明るさ向上が達成できた。

【００３６】なお、平行光を照射するバックライトとし
て、図１２に示すように構成したものを用いてもよい。
図１２に示したバックライト６０’は、冷陰極蛍光ラン
プ６１と、蛍光ランプ６１からの光１００を導光する導
光体６２と、平行光化手段６３とから構成される。平行
光化手段６３は、プラスチック製の透明体であり、縦断
面が台形状で、入射面より出射面が大きく、横断面の形
状は略正方形のものを使用した。これにより、平行光化
手段６３に入射した光は、効率よく境界面で全反射し、
平行光１０１となる。なお、本発明の平行光化手段は略
正方形の横断面を有するものに限定されるものではな
い。

【００３７】以上のバックライト６０，６０’からの出
射光はいずれの場合も無偏光光であるが、通常の偏光板
を使用するツイストネマチックモード、スーパーツイス
テッドネマチックモード等の液晶では、半分以上の光が
偏光板で吸収される。そこで、図１３に示すように、偏
光を照射するバックライト６０”を用いて明るさを向上
させるようにしてもよい。偏光を出射する偏光照射バッ
クライト６０”は、冷陰極蛍光ランプ６１と、蛍光ラン
プ６１の光を効率良く導光体６２へ導く反射板６４と、
蛍光ランプ６１からの光を導光する、蛍光ランプ６１か
ら遠ざかるに従って厚さの薄くなる楔状の導光体６２
と、導光体６２の裏面で光を反射する反射板６６と、反
射板６６と導光体６２との間に形成され導光体６２から
入射し反射板６６で反射して再び導光体６２に入射する
光の偏光方向を９０度回転させる位相差板６３と、導光
体６２からの出射光の一方の偏光のみを透過し、それに
直交するもう一方の偏光を反射する偏光分離器６７と、
偏光分離器６７からの出射光の光路を変換するプリズム
６９と、プリズム６９を支持する支持板６８とから構成
される。楔形導光体６２の裏面には、白色インクを用い
たパターンが、蛍光ランプ６１から遠ざかるに従ってそ
のパターンの面積が大きくなるように印刷されている。
この白色インクは、出射光の面内の均一性を施すための
手段である。この均一性を得る手段としては、導光体裏
面にランプからの距離に応じ密度を変えて溝を彫る方法
等もあり、白色インクの塗布に限定されるものではな
い。偏光分離器６７は、屈折率の異なる誘電体膜を、ス
パッタ法，蒸着法，ディピング法等の方法により多層積
層した誘電体多層膜により形成される。本実施の形態に
おいては、硝子基板の両面に波長／４の膜厚の酸化ジル
コニウム（ＺｒＯ₂）（屈折率２．０５）を形成した。
このとき、導光体６２から出射角７０度で出射された光
が偏光分離器６７の空気層と酸化ジルコニウムの境界面
で、後述するブリュースタ条件を満たすように形成し
た。偏光分離器６７の材料としては、ＺｒＯ₂の他に、
ポリカーボネイト（屈折率１．５８６）等の可視域で透
明なプラスチックや弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）（屈
折率１．３８）等の材料を用いてもよい。

【００３８】蛍光ランプ６１で発光し、反射板６４で反
射される成分と共に導光体６２に入射した入射光は、導
光体６２中を伝播し、導光体６２から出射される。導光
体６２からの出射光は、指向性が強く、導光体６２の出
射面の法線方向に対して約７０度の方向に出射され、そ
の半値幅（光強度が最大値の１／２になる角度範囲）は
±１０以下であり、かなり平行度の高いものである。偏
光分離器６７を誘電体多層膜で形成した場合、偏光分離
器６７が十分な偏光分離機能を発揮するためには、偏光
分離器６７への入射光が高い平行度を有するものである
ことが必要である。導光体６２からの出射光はこの条件
を満足する。導光体６２からの出射光の強度分布は、導
光体６２の楔形の形状と白色インクの反射による効果と
により、導光体６２の面内で均一で、かつ導光体６２の
出射面の法線に対して約７０度方向に最大値を持つもの
であった。したがって、角度依存性の大きい誘電体多層
膜等からなる偏光分離器６７を効率的に活用することが
できる。

【００３９】偏光分離器６７は、導光体６２から出射さ
れる無偏光光のうちＰ偏光のみを透過し、Ｓ偏光を反射
する。ここで、Ｓ偏光とは入射面（入射面とは、入射光
線と入射点に立てた境界面の法線とを含む面のことであ
る）に垂直な偏光のことであり、Ｐ偏光とは入射面に平
行な偏光のことである。一般に、屈折率Ｎ₀の透明媒体
と屈折率Ｎ₁の透明媒体との境界面において、屈折率Ｎ₀
の媒体から屈折率Ｎ₁の媒体へ光が入射するとき入射す
る光の入射角をθとすると、入射角θの正接がＮ₁／Ｎ₀
に等しい（ｔａｎθ＝Ｎ₁／Ｎ₀）とき、境界面でのＰ偏
光の反射成分はなく、反射光は全てＳ偏光となり、透過
光は残りのＳ偏光とＰ偏光であることが知られている。
このときの入射角θをブリュースタ角という。このブリ
ュースタ角を利用して、屈折率の異なる媒体を積層し、
その積層膜厚を波長オーダーで制御することにより、各
偏光の位相を制御し、Ｐ偏光のみを透過し、Ｓ偏光を反
射する偏光分離器６７が作成できる。

【００４０】偏光分離器６７で反射されたＳ偏光は、導
光体６２中を伝播して、偏光を変換する偏光変換素子と
しての位相差板６３に入射し、位相差板６３によりＰ偏
光に変換されて、導光体６２を介して再び偏光分離器６
７に入射し、Ｐ偏光のみが偏光分離器６７を透過し、ま
だ変換されていないＳ偏光は偏光分離器６７により反射
されて導光体６２中に戻る。この動作を繰り返すことに
より、偏光分離器６７から出射される光は、そのほとん
どがＰ偏光となり、光利用効率の高い偏光照射バックラ
イト６０”が得られる。なお、位相差板６３は、入射光
を楕円偏光（直線偏光，円偏光を含む）とするものであ
ってもよい。

【００４１】偏光分離器６７から出射された光は、偏光
分離器６７の法線方向から約７０度傾いた方向に出射さ
れ、プリズム６９により屈折されて、プリズム６９を支
持する支持板６８の法線方向の光としてバックライト６
０”から出射される。なお、光路変換手段としては、上
述のプリズムシートアレイの他に、レンズアレイシート
や、光路を変換しかつ散乱性を有するホログラム等を用
いてもよい。

【００４２】また、上記偏光照射バックライト６０”の
偏光軸は、液晶表示素子４０の入射側偏光板の偏光軸に
合わされており、これにより、バックライト６０”から
の光を効率よく利用でき、明るく低消費電力の液晶表示
装置を得ることができる。

【００４３】図１４は光路変換手段の変形例を示す斜視
図である。この光路変換手段５０Ｂはリニアフレネルレ
ンズを用いている。厚みは２ｍｍで、傾斜面５３のピッ
チは０．５ｍｍである。厚み、ピッチはこの値に限定さ
れるものではないが、液晶表示素子４０の画素ピッチよ
り小さいことが好ましい。傾斜角５１は１５度とし、出
射光８４がスクリーン７０上で画像を５ｍｍ移動させて
結像させるように入射光８１の光路を傾けて、液晶表示
素子４０間の間隙１０ｍｍを埋めて画像合成を達成し
た。このように形成することにより、台形状の光路変換
手段５０よりも薄く形成することができる。

【００４４】図１５に示すように、光路変換手段への入
射光８３，８６Ａ，８６Ｂには拡がりがある。このた
め、傾斜面５３で反射又は全反射する光、不要面５２で
反射又は全反射する光は、画像の不鮮明度をます要因と
なる。そこで、図１６に示すように、このようなゴース
ト光（不必要な光）を除去するために、不要面５２に吸
収体５４を配置すると、入射光８６Ａ，８６Ｂのような
ゴースト光を除去でき、鮮明な画像を得ることができ
る。又は、単純に、不要面５２の傾斜角を変え、多数の
傾斜角を有する不要面５２を設けて、ゴースト光の影響
を低減するようにしてもよい。

【００４５】光路変換手段の別の変形例として、図１７
に示すように、リニアフレネルレンズを用いた光路変換
手段５０Ｂを２枚傾斜面５３同士が直行するように上下
に重ねて全体として１個の光路変換手段として形成して
もよい。このようにすることにより、下側の光路変換手
段により入射光８３を図の右手方向に光路移動させた後
に、上側の光路変換手段により出射光８４の光路を図の
奥の方に変換した出射光８４Ａとして出射することがで
きる。すなわち、この光路変換手段を用いることによ
り、４枚の液晶表示素子４０の表示画像をスクリーン７
０の中心方向に寄せることができる。

【００４６】図１８は、光路変換手段の更に別の変形例
を示す側面図である。この光路変換手段５０Ｃは、結像
手段５０の焦点位置に配置された、斜め方向に傾き（傾
き角３０度）を持つ厚みが約７ｍｍのファイバープレー
トで、結像手段のＮＡ（開口数）以上のＮＡを有する。
各ファイバーのクラッド層には光吸収体が配置され、フ
ァイバー間のクロストークを抑制する。本変形例では、
直径が６μｍのファイバープレートを使用したが、液晶
表示素子４０の画素より充分小さければ解像度に問題は
生じない。

【００４７】図１９は、光路変換手段の更に別の変形例
を示す側面図である。この光路変換手段５０Ｄは、両端
部５１Ａ，５１Ｃが固く、中間部５１Ｂが柔軟な有機の
ファイバープレートを使用している。入射光側の端部５
１Ｃ同士は液晶表示素子４０間の間隔と同一の間隔だけ
離れており、出射光側の端部５１Ａは密着している。こ
のように構成することにより、液晶表示素子４０の表示
画像を間隔がないようにスクリーン７０上に表示できる
と共に、より効率のよい光路変換が達成できる。

【００４８】以上述べたように、本実施の形態の液晶表
示装置においては、拡大を伴わない光学系を用いて鮮明
な隙間のない合成画像を得ることができた。

【００４９】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態の液晶表示装置について説明する。図２０はこ
の第２の実施の形態の液晶表示装置の構成を示す断面図
であり、図１に示した第１の実施の形態の液晶表示装置
と同一の構成要素には同一の番号を付してその説明を省
略する。本実施の形態は液晶表示素子４０の画像を拡大
してスクリーン７０上に表示する実施の形態であり、こ
の画像の拡大を光路変換手段５０Ｅを用いることにより
実現している。

【００５０】本実施の形態の光路変換手段５０Ｅとして
は、図２１にその斜視図、図２２にその断面図を示すサ
ーキュラーフレネルネンズを用いている。これにより、
液晶表示素子４０の画像を拡大して合成し、隙間のない
合成画像を得ることができる。拡大率が高いとレンズの
収差等の影響で画像が不鮮明になる。本実施の形態にお
いては、約５ｍｍ液晶表示素子４０の表示画像の全方位
がスクリーン７０上で拡大したが、スクリーン７０上の
画像の歪みは発生しなかった。

【００５１】光路変換手段５０Ｅへの入射光８３は、サ
ーキュラーフレネルレンズである光路変換手段５０Ｅに
より拡大され、出射光８４となる。この拡大により、画
像間の隙間を無くすことができる。この場合も、図１５
で説明したのと同様に、入射光は完全な平行光ではない
ために、図１６に示したのと同様の方法で、サーキュラ
ーフレネルレンズの不要面に吸収体を配置してもよい。

【００５２】また、光路変換手段５０Ｅと同一の形状の
サーキュラーフレネルレンズをスクリーン７０の下面に
光路変換手段５０Ｅとは上下逆向きに固着すれば、スク
リーン７０に微粒子粉末を分散させることなく指向性を
有する入射光８４をスクリーン７０の法線方向の散乱光
８５とすることができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明による液晶表示装置においては、
平行光化手段により入射光の平行度を向上させ、複数の
液晶表示素子の表示画像を結像手段により画像の鮮明度
を向上させ、光路変換手段により複数の液晶表示素子の
表示画像をスクリーン上で隙間の無いように合成し、ス
クリーンに配設されたマトリクス状の遮光層によりスク
リーン上の表示画像の継目を目立たないようにしたの
で、薄型の形状で継目の目立たない大画面表示が達成で
きるとともに、複数枚の液晶パネルを使用するために、
画像の高精細化が達成できる。また、完成した液晶表示
素子を複数枚合成することにより、１枚で大画面の液晶
表示装置を製造するより、生産性が良く、コスト低減も
図れる。更には、液晶表示素子の画像を結像し、移動さ
せて短い距離でスクリーン面に投射し、散乱させるため
に、画面の広視野角化も実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の液晶表示装置の構
成を示す断面図である。

【図２】図１の液晶表示装置の上面図である。

【図３】図１の液晶表示装置の平行光化手段の断面図で
ある。

【図４】１枚の硝子基板から採取できる液晶表示素子の
状態を示すグラフである。

【図５】図１の液晶表示装置の液晶表示素子の上面図で
ある。

【図６】図１の液晶表示装置の結像手段の側面図であ
る。

【図７】図６の結像手段の斜視図である。

【図８】図１の液晶表示装置の光路変換手段の断面図で
ある。

【図９】図１の液晶表示装置の結像手段の透過率特性を
示すグラフである。

【図１０】図１の液晶表示装置の平行光化手段の出射光
と結像手段の出射光との輝度分布を示すグラフである。

【図１１】図１の液晶表示装置の平行光化手段を用いな
い場合のバックライトの出射光と結像手段の出射光との
輝度分布を示すグラフである。

【図１２】本発明の平行光化手段の変形例を示す側面図
である。

【図１３】本発明の平行光化手段の他の変形例を示す断
面図である。

【図１４】本発明の光路変換手段の変形例を示す斜視図
である。

【図１５】光路変換手段におけるゴースト光の状態を示
す側面図である。

【図１６】無効領域に光吸収体を設けた本発明の光路変
換手段のゴースト光の状態を示す側面図である。

【図１７】本発明の光路変換手段の他の変形例を示す斜
視図である。

【図１８】本発明の光路変換手段の他の変形例を示す斜
視図である。

【図１９】本発明の光路変換手段の他の変形例を示す斜
視図である。

【図２０】本発明の第２の実施の形態の液晶表示装置の
構成を示す断面図である。

【図２１】図２０の液晶表示装置の光路変換手段の斜視
図である。

【図２２】図２０の光路変換手段の断面図である。

【符号の説明】

１０，６３平行光化手段１１Ａ光入射面１１Ｂ光出射面１２マイクロレンズ３０結像手段３１コア部３２クラッド部４０液晶表示素子５０，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ光路変換手段５１Ａ，５１Ｃ端部５１Ｂ中間部５４吸収体６０，６０’，６０” バックライト６３位相差板６７偏光分離器７０スクリーン７１ブラックマトリクス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者長江慶治茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者東條泰久大阪府茨木市下穂積一丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を発光するバックライト光源と、該バッ
クライト光源の発光した光をほぼ平行な平行光として出
射する平行光化手段と、該平行光化手段により出射され
た平行光を受光する少なくとも２枚以上の液晶表示素子
と、該液晶表示素子の表示画像の開口角以上の光を吸収
して該画像を結像させる結像手段と、該結像手段の出射
光の光路を変換し各液晶表示素子の画像を略隙間なく合
成する光路変換手段と、該光路変換手段からの光を投射
するマトリクス状の遮光層を有するスクリーンとを備え
たことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記バックライト光源からの光を偏光分離
する偏光分離器と、該偏光分離器で反射された光の偏光
を変換する偏光変換素子とを更に備えたことを特徴とす
る請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記偏光変換素子が位相差板であることを
特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記平行光化手段が、光導光部の入射面積
が出射側面積より大きい光導波路を多数配置したシート
の出射側に各光導波路に対応したマイクロレンズをそれ
ぞれ配置して構成されることを特徴とする請求項１乃至
３の何れか１項記載の液晶表示時装置。
【請求項５】前記平行光化手段が、バックライト光源の
発光した光を導光する縦断面が台形で入射面が出射面よ
り小さい導光体であることを特徴とする請求項１乃至３
の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記結像手段が開口角以上の光を吸収す
る、屈折率分布を有するロッドレンズアレイであること
を特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の液晶表
示装置。
【請求項７】前記光路変換手段が、縦断面の形状が、前
記スクリーンの周辺部に対応する辺が中心部に対応する
辺より短い台形である導光体であることを特徴とする請
求項１乃至６の何れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記光路変換手段がフレネルレンズである
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の液
晶表示装置。
【請求項９】前記光路変換手段が、２個のリニアフレネ
ルレンズを光の進行方向に傾斜面を直交させて配置して
構成されていることを特徴とする請求項８記載の液晶表
示装置。
【請求項１０】前記光路変換手段が、サーキュラーフレ
ネルレンズであることを特徴とする請求項８記載の液晶
表示装置。
【請求項１１】前記光路変換手段が、無効領域に光の吸
収体を設けたフレネルレンズであることを特徴とする請
求項８乃至１０の何れか１項記載の液晶表示時装置。
【請求項１２】前記光路変換手段が、無効領域の傾斜角
が各々異なるフレネルレンズであることを特徴とする請
求項８乃至１０の何れか１項記載の液晶表示時装置。
【請求項１３】前記光路変換手段が、前記スクリーンの
周辺部から中心部に向いた傾きを有する複数のファイバ
ープレートであることを特徴とする請求項１乃至６の何
れか１項記載の液晶表示装置。
【請求項１４】前記光路変換手段が、両端部は固く中間
部は柔軟で、前記液晶表示素子側の端部は該液晶表示素
子の位置に対応して配置され、前記スクリーン側の端部
は互いに密着して配置されているファイバープレートで
あることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載
の液晶表示装置。
【請求項１５】前記スクリーンは、指向性を有する該ス
クリーンへの入射光を該スクリーンの法線方向の散乱光
に変換する手段を有することを特徴とする請求項１乃至
１４の何れか１項記載の液晶表示時装置。
【請求項１６】前記スクリーンはファイバープレートで
あることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項記
載の液晶表示時装置。