JP2000214528A

JP2000214528A - 表示装置

Info

Publication number: JP2000214528A
Application number: JP11331701A
Authority: JP
Inventors: Masataka Shirato; 昌孝白土; Yoshinori Motomiya; 佳典本宮; Hiroshi Shimura; 啓志村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】小型にして十分な拡大像を実現できるととも
に、消費電力を増大することなく表示画像全体にわたっ
て高輝度化及び輝度の均一化を実現できる表示装置を提
供することを目的とする。【解決手段】液晶表示装置１は、有効表示領域を備えた
液晶パネル１０１と、有効表示領域より大きい画像表示
領域を備えた表示スクリーン７０１と、複数の領域に区
分された有効表示領域の各領域を表示スクリーン上に拡
大結像する拡大結像光学系５０１と、液晶パネル１０１
を平行光で照明するバックライト装置３０１とを有して
いる。バックライト装置３０１は、直線状の光源３７０
と、この光源３７０と対向するように反射板３８０が設
けられている。反射板３８０は、光源３７０から出射さ
れた光を液晶パネル面上で照度分布が一様となるように
反射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表示装置に係
り、特に大面積にわたって良好な表示画像が得られる直
視型の表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置に代表される平面表示装置
は、軽量、薄型、低消費電力の特徴を生かして各種分野
で利用されるようになってきた。中でも、パーソナル・
コンピュータに代表される携帯情報機器には、液晶表示
装置が多用されている。

【０００３】しかしながら、このような液晶表示装置で
は、ガラス等の絶縁性基板が用いられているが、その基
板の制約、装置の制約等から２０インチ以上の大表示面
積を実現することは困難であった。

【０００４】そこで、複数の液晶パネルを貼り合わせて
大表示領域を形成する技術が特開平８−１４６４５５号
公報等で知られている。

【０００５】しかしながら、このような表示パネルの貼
り合わせによる大表示画面化は、その継目が視認される
ことから改良が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しよとする課題】このような中、例えば特
開平５−１８８３４０号公報あるいは特開平９ー９６７
０４号公報に開示される技術が知られている。

【０００７】これは、液晶パネルの表示画像を拡大投影
するに際し、表示画像を複数の領域に区分し、各領域に
対応した等倍結像光学系を配置して表示画像を導くとと
もに、その光路上に拡大光学系を配置してスクリーン上
に拡大し結像させるものである。

【０００８】しかしながら、上述した技術は、液晶パネ
ルの表示画像を単一の拡大光学系により拡大投影するた
め、十分な拡大倍率を実現するためには、光路を比較的
長くとる必要があり、このため直視型の表示装置として
は装置寸法が大きくなることから不向きである。

【０００９】また、上述した技術では、液晶パネルを照
明するバックライト装置は、例えば、導光板と、この導
光板の端面に配置される冷陰極管とによって構成され
る。例陰極線管からの光は、導光板を介して液晶パネル
に向けて出射される。このとき、導光板から出射される
光は、指向性が不十分、すなわち強い拡散性を有するた
め、プリズムシート等により、ある程度指向性が補正さ
れてから液晶パネルに案内される。

【００１０】しかしながら、このようなプリズムシート
による指向性の補正には、限界があり、結果的に、液晶
パネルを通過して表示される画像の輝度は、不均一とな
る。しかも、十分な指向性を有していない光は、スクリ
ーンまで導かれる途中の光学系を通過する際に、一部が
光学系から逸れてしまい、結果的に、スクリーン上に表
示される表示画像の輝度が不十分となるおそれがある。
表示画像の輝度を向上するために、液晶パネルを照明す
るバックライトの光強度を増大することが考えられる
が、これにともなって消費電力も増大するといった問題
が生じる。また、不所望な迷光は、コントラストを低下
させる原因となる。

【００１１】この発明は、上述した技術課題に対処して
成されたものであり、小型にして十分な拡大像を実現で
きるとともに、消費電力を増大することなく表示画像全
体にわたって高輝度化及び輝度の均一化を実現できる表
示装置を提供することを目的とする。

【００１２】また、この発明は、小型にして十分な拡大
像を実現できるとともに、コントラストに優れた表示装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、所定の有効表示領域を備
えた表示パネルと、前記表示パネルの前記有効表示領域
よりも大きい画像表示領域を備えた表示スクリーンと、
前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数のレンズが並置配列されたレンズアレ
イを複数有し、前記表示パネルの前記表示領域の像を前
記表示スクリーン上に拡大正立結像させる複数のチャネ
ルを備えた拡大結像光学系と、前記表示パネルを照明す
る照明手段と、を備え、前記表示パネルの主表面に直交
する所定面における前記照明手段からの光の輝度分布の
半値幅より求められる前記表示パネルの前記主表面の法
線方向に対する角度をθＨ１としたときのｓｉｎθＨ１
を、前記拡大結像光学系の有効ＦナンバーをＦとしたと
きに１／Ｆよりも小さく設定することを特徴とする表示
装置を提供するものである。

【００１４】この発明の表示装置によれば、レンズアレ
イから成る拡大結像光学系が、それ自体で拡大能を有し
ているため、短い光路長でクロストークのない拡大像を
得ることができる。

【００１５】また、この発明の表示装置によれば、表示
パネルの主表面に直交する所定面における照明手段から
の光の輝度分布の半値幅より求められる表示パネルの主
表面の法線方向に対する角度をθＨとし、また、照明手
段から出射される光をガウス分布に基づくものと仮定す
ると、輝度は、角度θの関数として次式で近似される。

【００１６】Ｉ(θ)＝Ｉ₀・exp{-(ln２)・(sin²θ/sin²θＨ)} また、拡大結像光学系の有効Ｆ値を１／（２ｓｉｎθ）
として、有効な角度範囲がθである拡大結像光学系を通
過する効率ηは、次式で近似される。

【００１７】η＝１−２**{-１/(４Ｆ²・sin²θＨ)}
（**は、ベキ数）これによれば、表示装置として必要な利用効率を確保す
るためには、ｓｉｎθＨが１／Ｆよりも小さくなるθＨ
に設定される必要がある。

【００１８】例えば、このｓｉｎθＨを、表示パネルの
主表面に直交する各面において、１／Ｆよりも小さくな
るθＨに設定することにより、光利用効率は、２０％近
くを確保することができる。さらに、ｓｉｎθＨが１／
２Ｆよりも小さくなるθＨに設定されることにより、光
利用効率は、５０％以上確保することができ、良好な表
示輝度が得られる。

【００１９】なお、このことは、実験の結果と略一致し
ていることが確認された。

【００２０】このθＨは、上述したように、表示パネル
の主表面に直交する各面において、ｓｉｎθＨが所定の
値よりも小さいことが望ましいが、少なくとも一所定面
において、所定の値よりも小さく設定される、すなわち
異方性を有するものであっても構わない。

【００２１】このような構成とすることにより、消費電
力を増大することなく表示画像全体にわたって高輝度化
及び輝度の均一化を実現できるとともに、コントラスト
に優れた表示装置を提供することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の一実施の形態
の表示装置として、液晶表示装置を例にとり図面を参照
して詳細に説明する。

【００２３】この液晶表示装置１は、図１に示すよう
に、表示パネルとしての液晶パネル１０１と、図示しな
いがこの液晶パネル１０１に駆動信号を供給する駆動回
路基板と、液晶パネル１０１の裏面側に配置される照明
手段としてのバックライト装置３０１と、液晶パネル１
０１の前面に配置される光路偏向手段４０１と、第１乃
至第５レンズアレイ５１１，…，５１５から成る拡大結
像光学系としてのレンズアレイ群５０１と、拡大レンズ
６０１と、この拡大レンズ６０１の前面に配置される表
示スクリーン７０１とを備えて構成される。

【００２４】まず、液晶パネル１０１は、対角１２イン
チサイズで（１０２４×３）×７６８の表示画素を備え
た有効表示領域ＰＳを含む。この液晶パネル１０１は、
上述した高精細化を実現するために、図２に示すように
各画素を制御するスイッチ素子として多結晶シリコン
（ｐ−Ｓｉ）薄膜が活性層に用いられた薄膜トランジス
タ（ＴＦＴ）１２１を備えるアレイ基板１１１と、アレ
イ基板１１１に対向配置された対向基板１５１と、アレ
イ基板１１１と対向基板１５１との間に、それぞれ配向
膜１８３ａ，１８３ｂを介して保持されるＴＮ液晶層１
９１とを含む。また、それぞれの基板１１１，１５１の
外表面には、透過軸が互いに直交するように偏向板１８
５ａ，１８５ｂが配置されている。

【００２５】カラー表示を実現するのであれば、カラー
フィルタをアレイ基板１１１上、あるいは対向基板１５
１上に形成することができ、また各フィールド期間を各
色期間に分割して駆動することにより表示することもで
きるが、ここではアレイ基板１１１上にカラーフィルタ
１８１が形成されている。

【００２６】更に詳しく説明すると、アレイ基板１１１
は、ガラスからなる０．７ｍｍ厚の透明絶縁基板１１３
上に、図示しないがマトリクス状に配置される１０２４
×３本の信号線及び７６８本の走査線と、信号線と走査
線との交点近傍に配置されるスイッチ素子としてのＴＦ
Ｔ１２１と、ＴＦＴ１２１に接続されＩＴＯから構成さ
れる画素電極１３１とを備えて構成される。

【００２７】このＴＦＴ１２１は、チャネル領域１２３
ｃと、このチャネル領域１２３ｃを挟んで配置されるソ
ース及びドレイン領域１２３ｓ，１２３ｄを備えた多結
晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）膜１２３と、このｐ−Ｓｉ膜１
２３のチャネル領域１２３ｃ上にゲート絶縁膜１２５を
介して配置され走査線に電気的に接続されるゲート電極
１１８と、ソース及びドレイン領域１２３ｓ，１２３ｄ
にそれぞれ接続されたソース及びドレイン電極１２７
ｓ，１２７ｄを備えて構成される。このゲート電極１１
８は、走査線に接続され、ドレイン電極１２７ｄは信号
線に、さらにソース電極１２７ｓは画素電極１３１にぞ
れぞれ接続されている。

【００２８】また、画素電極１３１は、ＴＦＴ１２１上
に配置される層間絶縁膜を兼ねるカラーフィルタ層１８
１上にマトリクス状に配置される。

【００２９】対向基板１５１は、ガラスからなる０．５
ｍｍ厚の透明絶縁基板１５３上に画素電極１３１に対向
したＩＴＯから構成される対向電極１５５と、アレイ基
板１１１上のＴＦＴ１２１や走査線及び信号線などの非
画素部を遮光する遮光膜すなわちブラックマトリクスＢ
Ｍとを備えて構成される。

【００３０】このようにして構成される液晶パネル１０
１の裏面側に配置されるバックライト装置３０１は、図
１に示すように、後述する第２光学素子２９０を介し
て、液晶パネル１０１の直下に光源を配置した、いわゆ
る直下型バックライト装置である。このバックライト装
置３０１は、後に詳細に説明するように、指向性の高い
高輝度な光を液晶パネル１０１に向けて照射する。

【００３１】次に、図面を参照して、液晶パネル１０１
の前面に配置される光学系について説明する。

【００３２】液晶パネル１０１の前面に配置されるレン
ズアレイ群５０１を構成する第１乃至第５レンズアレイ
５１１，…，５１５の各レンズ５１１ａ，…，５１５ａ
は、液晶パネル１０１の有効表示領域ＰＳを、例えば２
４×１８の領域に区分した各領域にそれぞれ対応して並
置配列される。この実施の形態では、液晶パネル１０１
の有効表示領域ＰＳを２４×１８の領域に区分したが、
各表示画素あるいは各表示絵素毎の領域に分割すること
もできる。この分割数は、拡大倍率、液晶パネル１０１
と表示スクリーン７０１との間隔等によって決定するこ
とができ、表示品位等を考慮すると９分割以上の分割数
に設定することが望ましい。

【００３３】このような構成の液晶表示装置において、
まず、図１及び図３に示すように、バックライト装置３
０１から出射された平行光は、液晶パネル１０１を照明
する。液晶パネル１０１の各画素を選択的に通過した光
は、上述したように区分された各領域毎に、レンズアレ
イ群５０１の第１レンズアレイ５１１の各レンズ５１１
ａにより、これらの各レンズ５１１ａに対応して設けら
れた第２レンズアレイ５１２の各レンズ５１２ａの中心
に導かれる。

【００３４】第１レンズアレイ５１１と第２レンズアレ
イ５１２との間には、光路偏向手段４０１として、例え
ば凹レンズが配置され、これにより、第１レンズアレイ
５１１の各レンズ５１１ａを通過した光の光軸は、第２
レンズアレイ５１２の対応する各レンズ５１２ａに偏向
される。光路偏向手段４０１としては、凹レンズの他に
も凸レンズ、フレネルレンズ、プリズムあるいは光ファ
イバ束等が適宜使用される。

【００３５】この第２レンズアレイ５１２の各レンズ５
１２ａは、第３レンズアレイ５１３位置に液晶パネル１
０１に表示された表示画像５５１の倒立像５５２を結像
させる第１結像レンズである。すなわち、液晶パネル１
０１を物点とし、この物点の共役点に相当する像点の位
置に液晶パネル１０１の表示画像の倒立像５５２が結像
する。

【００３６】第２レンズアレイ５１２の各レンズ５１２
ａを通過した光は、第３レンズアレイ５１３の対応する
各レンズ５１３ａの位置に結像される。この第３レンズ
アレイ５１３の各レンズ５１３ａは、第２レンズアレイ
５１２の各レンズ５１２ａを通過した光を第３レンズア
レイ５１３の各レンズ５１３ａに集光するフィールドレ
ンズである。

【００３７】第３レンズアレイ５１３の対応する各レン
ズ５１３ａを通過した光は、第４レンズアレイ５１４の
対応する各レンズ５１４ａに集光される。

【００３８】第４レンズアレイ５１４の対応する各レン
ズ５１４ａは、表示スクリーン７０１上に倒立結像させ
る第２結像レンズである。すなわち、液晶パネル１０１
の像点に結像された表示画像５５１の倒立像５５２を物
点とし、表示スクリーン７０１を、この物点の共役点に
相当する像点とする。

【００３９】第４レンズアレイ５１４の対応する各レン
ズ５１４ａを通過した光は、表示スクリーン７０１上に
拡大投影される。これにより、そして、表示スクリーン
７０１上には、倒立像５５２の倒立像５５３、すなわ
ち、液晶パネル１０１上の表示画像５５１を所定の倍率
で拡大した正立像５５３が結像する。

【００４０】また、第５レンズアレイ５１５の各レンズ
５１５ａは、第４レンズアレイ５１４を通過した各光の
光束の広がりを抑えて表示スクリーン７０１上に投影す
るものである。

【００４１】この実施の形態では、上述したレンズアレ
イ群５０１は、その光学設計、各レンズアレイ間距離の
設定により表示スクリーン７０１上に略１．２倍の拡大
正立結像させるよう構成されている。更に、この実施の
形態では、上述したレンズアレイ群５０１の各第４乃至
５レンズアレイ５１４，５１５間に拡大レンズ６０１と
して凹レンズが配置され、これにより表示スクリーン７
０１上には、略１．７倍の拡大正立結像が形成される。
拡大レンズ６０１としては、凹レンズの他にも凸レン
ズ、フレネルレンズ、あるいはプリズム等が適宜使用さ
れる。

【００４２】そして、表示スクリーン７０１は、対角２
０インチの画像表示領域ＤＳを有し、良好な視野角を確
保するため、適度な拡散能を有した光透過型で構成され
ている。

【００４３】また、この実施の形態では、レンズアレイ
群５０１の第５レンズアレイ５１５と表示スクリーン７
０１との間には、第５レンズアレイ５１５の各レンズを
通過した光の各光軸を表示スクリーン７０１に対する法
線方向と略一致させる光路偏向手段８０１としてのコリ
メータレンズ８０１が配置されている。これにより、画
面輝度の均一性を確保し、良好な表示品位を実現してい
る。しかしながら、各光軸を表示スクリーン７０１の略
中央に向かう方向に若干収束させることもでき、これに
より中央の観察者への表示品位を向上させることもでき
る。なお、光路偏向手段８０１としては、凹レンズ、凸
レンズ、フレネルレンズ、あるいはプリズム等が適宜使
用される。

【００４４】ところで、上述したような構成により、液
晶パネル１０１上の画像５５１を表示スクリーン７０１
上に結像された表示画像５５３を拡大投影するための光
学系を、図７に示したように簡略化して、以下説明す
る。

【００４５】すなわち、第１結像レンズＬＡは、ｒＡの
レンズ径及びｆＡの焦点距離を有するものとし、フィー
ルドレンズＬＢは、ｒＢのレンズ径及びｆＢの焦点距離
を有するものとし、第２結像レンズＬＣは、ｒＣのレン
ズ径及びｆＣの焦点距離を有するものとする。第１結像
レンズＬＡは、液晶パネル１０１からａだけ離れ、第１
結像レンズＬＡとフィールドレンズＬＢとの間はｂ、フ
ィールドレンズＬＢとの第２結像レンズＬＣとの間は
ｃ、第２結像レンズＬＣと表示スクリーン７０１との間
はｄだけそれぞれ離れている。

【００４６】このような光学系では、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆＡ１／ｂ＋１／ｃ＝１／ｆＢ１／ｃ＋１／ｄ＝１／ｆＣの結像関係がそれぞれ満たされている。

【００４７】すなわち、第１結像レンズＬＡが物体５５
１の倒立像５５２をレンズＬＢの位置に結像し、第２結
像レンズＬＣが正立像５５３を表示スクリーン７０１上
に結像する。フィールドレンズＬＢは、レンズＬＡの位
置の像をレンズＬＣの位置に（−ｃ／ｂ）倍で結像す
る。

【００４８】したがって、レンズＬＣの径ｒＣがレンズ
ＬＡの径ｒＡに対し、ｒＣ＞ｒＡ×ｃ／ｂの場合、レンズＬＡが光量絞りとなり、ｒＣ＜ｒＡ×ｃ／ｂの場合、レンズＬＣが光量絞りとなる。

【００４９】光量絞りとなるレンズから外れた光は、消
失してロスとなるか、隣接する領域の光学系に入り込ん
で迷光となり、表示スクリーン７０１上に表示される表
示画像５５３の輝度に寄与しないため、表示画像５５３
のコントラストを低下させるなどの画質の劣化を生じさ
せる原因となる。

【００５０】光量絞りが小さい場合、表示スクリーン上
での輝度を低下させてしまう。

【００５１】このように、図７に示した光学系において
は、レンズＬＡまたはレンズＬＣが光量絞りとなり、こ
れを外れた光は、対応する領域の表示スクリーンまで案
内されず、コントラストの低下を招く。

【００５２】これを別の言い方をすれば、光量絞りがレ
ンズＬＡの場合、レンズＬＡが物体５５１から見た時の
入射瞳となり、光量絞りがレンズＬＣの場合、レンズＬ
ＣをレンズＬＡで拡大した像が物体５５１から見た時の
入射瞳となる。

【００５３】物体から入射瞳の方向に向かう光線は、ス
クリーンに到達するが、入射瞳から外れた方向へ向かう
光線は、光利用効率の低ややコントラストの低下を引き
起こすことになる。

【００５４】しがたって、液晶パネル１０１を照明して
物体５５１を形成するバックライト装置３０１からの照
射光の指向性は、ほとんどの光がこの入射瞳に入射する
程度に良い事が望まれる。

【００５５】そこで、この実施の形態では、指向性が改
善されたバックライト装置３０１との組み合わせが有効
である。

【００５６】すなわち、図８に実線で示すように、液晶
パネルの主表面Ｐ１の直交する所定面Ｐ２における光の
輝度分布の半値幅より求められる液晶パネルの主表面Ｐ
１の法線方向に対する角度をθＨ１としたとき、バック
ライト装置３０１のθＨ１は、ｓｉｎθＨ１を、拡大結
像光学系の有効ＦナンバーをＦとしたときに、１／Ｆ、
さらには１／２Ｆよりも小さい値に設定するものであ
る。

【００５７】また、図８に破線で示すように、さらに液
晶パネルの主表面Ｐ１及び所定面Ｐ２と直交する他の面
Ｐ３における光の輝度分布の半値幅より求められる液晶
パネルの主表面Ｐ１の法線方向に対する角度をθＨ２と
したとき、バックライト装置３０１のθＨ２は、ｓｉｎ
θＨ２を、拡大結像光学系の有効ＦナンバーをＦとした
ときに、１／Ｆ、さらには１／２Ｆよりも小さい値に設
定するものである。

【００５８】すなわち、液晶パネルの主表面Ｐ１に直交
する各面における光の輝度分布の半値幅より求められる
液晶パネルの主表面Ｐ１の法線方向に対する角度をθＨ
１としたとき、バックライト装置３０１のθＨ１は、ｓ
ｉｎθＨ１を、拡大結像光学系の有効ＦナンバーをＦと
したときに、１／Ｆ、さらには１／２Ｆよりも小さい値
に設定するものである。

【００５９】このような条件を満足する光で液晶パネル
１０１を照明することにより、表示スクリーン上に結像
される表示画像の輝度を十分確保しつつ、面内で均一な
照度が得られる。

【００６０】このような条件を満足するような指向性の
高い、すなわち平行度が十分な光を液晶パネル１０１に
照射するバックライト装置３０１は、以下のような構成
を有している。

【００６１】図４は、この実施の形態の液晶表示装置１
に適用されるバックライト装置３０１を概略的に示す斜
視図である。

【００６２】図４に示したように、バックライト装置３
０１は、液晶パネル１０１の直下に配置された１本以上
の直線状の光源３７０を備えている。この光源３７０
は、例えば、細径冷陰極蛍光管であり、図４では、とも
に液晶パネル１０１から等距離に互いに平行に配置され
た２本の蛍光管を用いる例が示されている。なお、図４
以降、Ｘ軸は、直線状の蛍光管３７０の中心軸に相当
し、Ｚ軸は、Ｘ軸に直交し、且つ平板状の液晶パネル１
０１の法線に平行な軸に相当し、Ｙ軸は、Ｘ軸及びＺ軸
に直交する軸に相当する。

【００６３】蛍光管３７０の液晶パネル１０１側には、
遮光手段としての遮光板３７５が設けられている。この
遮光板３７５の蛍光管３７０側の対向面は、拡散反射面
であり、また、遮光板３７５の液晶パネル１０１側の対
向面は、吸収面である。この遮光板３７５により、蛍光
管３７０から、直接、液晶パネル１０１に達する光を遮
光することができるので、液晶パネル１０１を照明する
光に指向性の悪い成分が混ざることが避けられる。

【００６４】液晶パネル１０１との間で光源３７０を挟
む位置には、それら光源３７０と対向するように第１光
学素子３８０である反射板がそれぞれ設けられている。
反射板３８０は、光源３７０から出射された光を液晶パ
ネル１０１に向けて反射する。

【００６５】この反射板３８０は、図４に示すように、
その内面が蛍光管３７０を囲むように湾曲された略半円
筒の形状を有しており、その湾曲された内面が反射面と
して用いられる。この半円筒形状の反射板３８０は、そ
の長手方向が光源３７０である蛍光管の長手方向すなわ
ち中心軸に平行となるように設けられている。反射板３
８０は、光源３７０として用いられる蛍光管の数だけ複
数配置されてなる。

【００６６】個々の光源３７０から出た光は、第１光学
素子２８０である反射板のそれぞれの光源３７０に対応
する部分で反射され、第２光学素子２９０であるレンズ
板を通って被照射面付近に置かれた液晶パネル１０１に
照射される。

【００６７】図５には、第１光学素子３８０である反射
板、及び第２光学素子２９０であるレンズ板のそれぞれ
の１つの光源３７０に対応する部分の具体的面形状の一
例が示されている。

【００６８】図５に示すように、反射板３８０の１つの
光源３７０に対応する内面は、凹面鏡であり、また、レ
ンズ板２９０は、中心、すなわち光源３７０に対向する
位置にくぼみのある凸レンズである。

【００６９】反射板３８０の形状は、反射板３８０から
の反射光のＹ軸方向の指向性が良く（すなわち、反射光
線の方向ベクトルのＹ成分が全体的に０に近く）、か
つ、照明光の被照射面、すなわち液晶パネル１０１の存
在する面での照度分布が一様になるように最適化されて
いる。光源３７０の形状は、直線状であり、かつ反射板
３８０の反射面の長手方向は、光源３７０の長手方向で
あるＸ軸方向と平行に配置されているので、反射板３
８０の形状は、Ｘ軸方向に直交するＹ−Ｚ平面における
断面形状を定めるだけで、照度分布の一様性を確保する
ことができる。

【００７０】また、レンズ板２９０の形状は、レンズ板
２９０を透過した照明光のＹ軸方向の指向性が更に改善
されるように（すなわち、光線の方向ベクトルのＹ成分
が更に０に近くなるように）最適化されている。

【００７１】このように、照度分布の一様性を確保する
ことを主目的に設けられた反射板３８０からの反射光
は、Ｙ軸方向についての指向性も良いことを利用し、こ
の反射光をレンズ板２９０によって、さらにＹ軸方向の
指向性を改善するといった構成を採用することにより、
光源３７０の形状が線状であることを有効利用できるよ
うになり、効率よく光の指向性を改善することが可能と
なる。よって、指向性の良い光を得る際の光のロスを抑
えることができ、照度分布の一様性のみならず、光の利
用効率を高めることができる。

【００７２】次に、図５に示した反射板及びレンズ板
の、Ｙ−Ｚ平面における最適化された断面形状について
説明する。

【００７３】この実施の形態では、レンズ板２９０とし
て反射板３８０との対向面が曲面で、液晶パネル１０１
との対向面が平面であるような光学素子を仮定する。ま
た、反射板３８０およびレンズ板２９０の１つの光源３
７０に対応する部分の断面形状は、以下の多項式で表さ
れる形状とし、使用する光源の数だけその形状をＹ軸方
向に沿って並べて反射板３８０およびレンズ板２９０を
構成するものとする。

【００７４】蛍光管３７０の中心軸と座標系のＸ軸とが
一致し、液晶パネル１０１の法線方向がＺ軸と平行にな
るように座標系を定めた場合、反射板３８０の１つの光
源３７０に対応する部分のＹ−Ｚ断面の形状は、Ｚ＝（｜Ｙ｜−Ｗ）（ａ＋ｂ｜Ｙ｜＋ｃＹ²＋ｄ｜Ｙ｜³＋ｅＹ⁴ ＋ｆ｜Ｙ｜⁵＋ｇＹ⁶＋ｈ｜Ｙ｜⁷） …（１）で規定される。ここで、Ｗは、図５に示したように、Ｙ
−Ｚ断面における反射板３８０の半幅を示す。また、こ
の多項式の各係数は、例えば次の通りである。

【００７５】ａ＝ 0.497724124E＋00 ｂ＝ 0.199063023E−01 ｃ＝−0.515457186E−03 ｄ＝ 0.629209089E−04 ｅ＝ 0.374200363E−05 ｆ＝−0.886034289E−06 ｇ＝ 0.524235466E−07 ｈ＝−0.102380846E−08 ｗ＝ 20 同様の座標系において、レンズ板２９０の１つの光源に
対応する部分のＹ−Ｚ断面の形状は、Ｚ＝１０＋ａ＋ｂ｜Ｙ｜＋ｃＹ²＋ｄ｜Ｙ｜³＋ｅＹ⁴ ＋ｆ｜Ｙ｜⁵＋ｇＹ⁶＋ｈ｜Ｙ｜⁷＋ｉＹ⁸ …（２）で与えられる。この多項式の各係数は、例えば次の通り
である。

【００７６】ａ＝−0.119634474E＋00 ｂ＝−0.308210300E＋00 ｃ＝ 0.575133669E−01 ｄ＝−0.156170273E−01 ｅ＝ 0.326949908E−02 ｆ＝−0.367693791E−03 ｇ＝ 0.224403428E−04 ｈ＝−0.700590333E−06 ｉ＝ 0.871871614E−08 なお、レンズ板２９０の材料の屈折率ｎは、ｎ＝１．５
１と仮定している。

【００７７】これら（１）式および（２）式で与えられ
る反射板３８０およびレンズ板２９０それぞれの断面形
状は、Ｘ軸方向にそれら素子の長さ、すなわち蛍光管３
７０の長さに対応する分だけ続くものとする。

【００７８】さらに、この実施の形態では、図４及び図
５に示されているように、反射板３８０の１つの光源３
７０に対応する部分の中心付近、すなわちＹ＝０の近傍
には、Ｘ軸に沿って光の反射率が低い帯状の低反射領域
３８５が設けられている。この低反射領域３８５で反射
された光は、指向性の悪い成分となるので、この部分を
反射率の低い領域とすることで、指向性の悪い成分を減
らすことができる。なお、この部分を反射率の低い領域
とする代わりに周囲と曲率の異なる反射領域にして、こ
の部分からの反射光がレンズ板２９０に入射しない様に
することも可能である。特に、反射板３８０からの反射
光が光源３７０に戻るようにすると、光源３７０に戻さ
れた光が再利用されるため、光の利用効率を損うこと無
く指向性の良い光源を実現することができる。

【００７９】このような構成のバックライト装置３０１
により、液晶パネル１０１に入射する照明光は、Ｘ−Ｚ
平面に平行な方向では完全拡散に近いが、Ｙ−Ｚ平面に
平行な方向では、第１および第２光学素子３８０，２９
０の働きにより、広がり角が小さく、十分に指向性の良
い光となる。

【００８０】そしてさらに、図６に示すように、Ｘ−Ｚ
平面に平行な方向の光の指向性を改善する光学素子２９
５が追加して備えられている。

【００８１】すなわち、第２光学素子は、光源３７０の
長手方向に直交する方向についての指向性を改善する第
１セグメントとしてのレンズ板２９０と、光源３７０の
長手方向に平行な方向についての指向性を改善する第２
セグメントとしての指向性改善素子２９５によって構成
されている。レンズ板２９０は、先の実施の形態で示し
たような形状を有している。指向性改善素子２９５は、
Ｘ軸方向すなわちＸ−Ｚ平面に平行な方向での照明光の
指向性を改善する。

【００８２】指向性改善素子２９５としては、例えば、
図６に示すような形状の素子を用いることができる。す
なわち、この素子２９５は、透明の平板状シートに三角
形の溝を平行に複数本掘った形状のものである。溝の山
の部分の横幅Ｗ２は、溝の谷の部分のピッチＷ１よりも
小さくなるように設計されている。このような素子２９
５を、図６に示すように、溝に沿った方向と光源２７０
の長手方向とが直交するように、溝を掘った面をレンズ
板２９０に向けて取り付ける。取り付け面では、素子２
９５の山の部分とレンズ板２９０が接触する部分２９６
を通った光だけが液晶パネル１０１を照明するように、
接触しない部分２９７には、反射膜を設ける。

【００８３】山部分Ｗ２に相当する開口を通った光がそ
れより広い谷部分Ｗ１に相当する開口から出射されるこ
とで、照明光の指向性が改善される。この例では、三角
形の溝を掘った例を示したが、素子２９５から出射され
る光の指向性は、基本的には開口の大きさの比で決まる
ので、溝の断面形状は、曲線であっても構わないし、直
線や曲線をつなぎ合わせたもの等どのようなものでも構
わない。なお、指向性改善素子２９５とレンズ板２９０
が接触する部分２９６に接着層を設けて両者を固定する
と、レンズ板２９０の位置ずれや歪みを防止することが
できて良い。

【００８４】このように、指向性が改善されたバックラ
イト装置３０１を利用することにより、液晶パネル１０
１を通過して拡大結像光学系５０１に案内された光は、
十分な指向性を有するように略平行化されている。

【００８５】すなわち、この実施の形態のバックライト
装置３０１によれば、図９中の実線で示すように、Ｙ−
Ｚ平面に平行な方向での輝度分布の半値幅より求められ
る角度θＨ１は、２０度よりも十分に小さく制御されて
いる。同様に、図９中の破線で示すように、Ｘ−Ｚ平面
に平行な方向での輝度分布の半値幅より求められる角度
θＨ２も、２０度よりも十分に小さく制御されている。

【００８６】また、図示しないが、各方向での輝度分布
の半値幅より求められる角度θＨ２も、それぞれ２０度
よりも十分小さく制御されている。

【００８７】これにより、拡大結像光学系の有効Ｆ値
を、１．５に設定したこの実施の形態によれば、５０％
以上の光利用効率が達成された。しかも、領域間での不
所望な画像の乱れもなく、良好な表示品位を確保するこ
とができた。

【００８８】ここでは、Ｘ−Ｚ平面における指向性を改
善するために、指向性改善素子２９５を用いたが、ルー
バー構造を持ったライトコントロールフィルムなどによ
り、指向性の高い成分の光のみ透過させるなどして、不
要な光を遮断することも可能である。

【００８９】このようにすることで、区分されたある領
域を通過すべき光のうちの迷光が他の領域に入射するこ
とを防止でき、表示画像の画質を向上することができ
る。

【００９０】以上説明したように、この実施の形態の液
晶表示装置１によれば、対角１２インチサイズの液晶パ
ネル１０１の有効表示領域ＰＳに表示された表示画像
を、１００ｍｍの間隔をもって対角２０インチサイズの
画像表示領域ＤＳに拡大投影することができる。

【００９１】しかも、この実施の形態の液晶表示装置１
によれば、液晶パネル１０１の有効表示領域ＰＳを複数
の領域に区分し、区分された各領域毎に第１乃至第５レ
ンズアレイ５１１，…，５１５の各レンズ５１１ａ，
…，５１５ａを対応させ画像を導くため、短い光路長
で、不所望なクロストークなく、十分な拡大画像を得る
ことができる。

【００９２】これにより、液晶パネル１０１としては比
較的小さい有効表示領域ＰＳを持つものが使用できるの
で、装置の低廉化を達成することができる。

【００９３】また、この実施の形態の液晶表示装置１に
よれば、バックライト装置３０１は、光源３７０に対向
して光源３７０の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って設けら
れた反射面を有する第１光学素子３８０を備えている。
この第１光学素子の反射面３８０は、光源３７０から出
射された光を液晶パネル１０１に向けて反射する。この
反射面３８０の光源３７０の長手方向に直交する方向の
断面は、液晶パネル１０１近傍の面上で概略一様な照度
分布となるように定められた形状を有する。

【００９４】このため、液晶パネル１０１を指向性の高
い一様な照度分布の光で照明することが可能となり、消
費電力を増大することなく表示スクリーン７０１上に表
示される表示画像全体にわたって高輝度化及び輝度の均
一化を実現できる。

【００９５】上述した各実施の形態は、光透過型の液晶
パネルを例にとって説明したが、反射型の表示装置であ
っても良く、またＥＬパネル等の自己発光型の表示装置
にも用いることができる。

【００９６】この実施の形態では、単一の液晶パネル１
０１を使用したが、当然にこれらを貼り合わせて用いる
ことにより、更に大面積の表示が可能となることは言う
までもない。

【００９７】上述した実施の形態では、液晶パネル１０
１の有効表示領域ＰＳを複数の領域に区分し、区分され
た各領域毎に第１乃至第５レンズアレイ５１１、……、
５１５の各レンズ５１１ａ、…、５１５ａを対応させた
が、次の実施の形態の如く、液晶パネル上の像点を第１
乃至第２のレンズアレイの対応する各レンズによって構
成される複数のチャネルにより拡大投影することもでき
る。なお、この実施の形態の液晶表示装置においても、
上述した実施の形態と同様のバックライト装置を照明手
段として適用することにより、同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００９８】まず、この実施の形態の表示装置につい
て、その表示原理について図面を参照して簡単に説明す
る。

【００９９】図１０において、１１０１はバックライト
装置、１１０２は光透過型の液晶パネル、１１０３は第
１の倒立光学系を構成する第１のレンズアレイ、１１０
４は第２の倒立光学系を構成する第２のレンズアレイ、
１１０５は表示スクリーンを示している。そして、第１
及び第２のレンズアレイ１１０３，１１０４は、拡大光
学系として機能し、これらのレンズの組み合わせにより
複数のチャネルが構成されている。

【０１００】液晶パネル１１０２を透過した光は、第１
のレンズアレイ１１０３の各レンズにより、像面１１０
６に倒立結像される。そして、さらに第２のレンズアレ
イ１１０４の各レンズにより表示スクリーン１１０５上
に正立拡大結像される。ここで、第１及び第２のレンズ
アレイ１１０３，１１０４の焦点距離は、それぞれ所望
の倍率が得られるように調整されている。

【０１０１】これにより、液晶パネル１１０２上の像点
Ａは、表示スクリーン１１０５上の焦点Ａ’に、像点Ｂ
は表示スクリーン１１０５上の焦点Ｂ’にそれぞれ結像
される。

【０１０２】ところで、第１及び第２のレンズアレイ１
１０３，１１０４の各チャネルは、液晶パネル１１０２
の十分な領域をそれぞれ受け持つため、隣接するチャネ
ルの受け持つ画像は十分に重ね合わせられる。

【０１０３】さらに説明すると、同図に示すように、液
晶パネル１１０２の有効領域における像点Ｃは、表示ス
クリーン１１０５上の焦点Ｃ’に３以上の複数のチャネ
ルを経由して結像される。従って、例えば領域Ｄが領域
Ｄ’に、領域Ｅが領域Ｅ’にそれぞれ正立拡大結像さ
れ、それぞれの領域が重なり合うことにより、画面全体
で一貫した拡大像全体が形成される。

【０１０４】このように、液晶パネル１１０２上の像点
は、多数のチャネルを介してスクリーン上に結像して投
影されるため、全体として十分な表示輝度が確保され
る。

【０１０５】ところで、不所望なクロストーク、即ち結
像特性の劣るチャネルの影響を防止するためには、液晶
パネル１１０２の各所における出射光の平行度はそれぞ
れ高い方が望ましい。即ち、レンズ設計にもよるが、液
晶パネル１１０２の各所における出射光の輝度の半値幅
によって決定される主たる光の伝播方向との成す角度
は、３０°、さらに好ましくは２０°以下に制御される
ことが望ましい。

【０１０６】また、隣接するチャネル間で結像位置の相
対的なシフト量が各チャネルの拡大率と一致するように
第１のレンズアレイ１１０３のレンズピッチと第２のレ
ンズアレイ１１０４のレンズピッチとの比が設定される
ことが望ましく、この点について図１１を参照して説明
する。

【０１０７】ここで、第１のレンズアレイ１１０３の各
レンズの焦点までの距離をｆ_１、第２のレンズアレイ１
１０４の各レンズの焦点までの距離をｆ_２とする。ま
た、第１のレンズアレイ１１０３のレンズピッチを
ｐ_１、第２のレンズアレイ１１０４のレンズピッチをｐ
_２とする。また、図示したように液晶パネル１１０２、
第１のレンズアレイ１１０３、像面１１０６、第２のレ
ンズアレイ１１０４、表示スクリーン１１１０５のそれ
ぞれの間隔を、それぞれａ_１，ｂ_１，ｂ_２，ａ_２とす
る。

【０１０８】このとき、それぞれの像面は結像関係にあ
ることから、（１／ａ_１）＋（１／ｂ_１）＝（１／ｆ_２），（１／ａ_２）＋（１／ｂ_２）＝（１／ｆ_２）が成り立つ、結像倍率ηは、 η＝（ｂ_１／ａ_１）（ａ_２／ｂ_２）＝（ａ_２／ｂ_１）（ａ_１／ｂ_２）となる。

【０１０９】各チャネルの光軸（ここでは、各チャネル
を構成するレンズアレイ１１０３，１１０４の２つのレ
ンズの中心を通る直線）は、そのまま光線の経路とな
る。したがって、その光線が液晶パネル１１０２および
表示スクリーン１１０５と交わる点は、対応点となる。

【０１１０】そこで、図１１のように、液晶パネル１１
０２上の対応点の間隔をｑ_１、拡散スクリーン１１０５
上の対応点の間隔をｑ_２とすると、これらの値は、ｑ_１＝ｐ_１−（ｐ_２−ｐ_１）ａ_１／（ｂ_１＋ｂ_２）ｑ_２＝ｐ_２＋（ｐ_２−ｐ_１）ａ_２／（ｂ_１＋ｂ_２）となる。

【０１１１】そこで、結像倍率が、対応点の間隔の比
（ｐ_２／ｐ_１）になることが必要であり、このため次の
条件を満足することが要求される。

【０１１２】（ａ_２ｂ_１）／（ａ_１ｂ_２）＝｛ｐ_２＋
（ｐ_２−ｐ_１）ａ_２／（ｂ_１＋ｂ_２）｝／｛ｐ_１−（ｐ
_２−ｐ_１）ａ_１／（ｂ_１＋ｂ_２）｝即ち、上式は、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１＋η（ｂ_１／ａ_２）｝／｛１＋η
（ｂ_２／ａ_１）｝となる。

【０１１３】また、第１の倒立結像光学系の倍率を、η
_１（＝−ｂ_１／ａ_１）、第２の倒立結像光学系の倍率
を、η_２（＝−ａ_２／ｂ_２）とすると、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１−η_１｝／｛１−（１／η_２）｝となる。

【０１１４】即ち、各チャネルを構成する第１のレンズ
アレイ１１０３の各レンズと第２のレンズアレイ１１０
４の各レンズとのレンズピッチを上記の関係を満足する
ように設定することが重要である。これにより、良好な
表示品位の拡大像をえることが可能となる。なお、（ｂ
_１／ａ_１）も（ｂ_２／ａ_２）も、１と比べて非常に小さ
い数であることから、わずかなピッチの違いとなるが、
このピッチの相違を精度良く制御することが望まれる。

【０１１５】また、この第１のレンズアレイ１１０３と
第２のレンズアレイ１１０４との間にフィールドレンズ
等を配置する、あるいはさらに結像レンズを配置するこ
ともでき、レンズアレイを配置するのであればレンズピ
ッチを上記にならって調整する必要すると良い。

【０１１６】以下に、この実施形態の第１の具体例の表
示装置について、図面を参照して詳細に説明する。

【０１１７】この液晶表示装置１０００は、図１２およ
び図１３に示すように、液晶パネル１２０１と、図示し
ないがこの液晶パネル１２０１に駆動信号を供給する駆
動回路基板と、液晶パネル１２０１の裏面側に配置され
る面光源部１３０１と、液晶パネル１２０１の前面に配
置される第１の光路偏向手段１４０１と、第１ないし第
２のレンズアレイ１５１１，１５１２から成るレンズア
レイ群１５０１と、拡大レンズ１６０１と、この拡大レ
ンズ１６０１の前面に配置される第２の光路偏向手段１
７０１及び表示スクリーン１８０１とを備えて構成され
る。

【０１１８】ここで、第１ないし第２のレンズアレイ１
５１１，１５１２の対応するそれぞのレンズによって複
数のチャネルが構成される。

【０１１９】液晶パネル１２０１は、対角１２インチサ
イズで（１０２４×３）×７６８の表示画素を備えた有
効表示領域ＰＳを含むもので、上記の構成（図１１参
照）と同様であるため説明は省略する。

【０１２０】このような液晶パネル１２０１の裏面側に
配置される面光源部１３０１は、十分な光量を確保する
ために、図１２ないし図１３に示すようにアクリル樹脂
から成る薄板状の導光板１３１１と、この導光板１３１
１の両長手端面にそれぞれ２段に配置される冷陰極管１
３２１とを備えて構成される。また、この導光板１３１
１表面上には、導光板１３１１からの拡散光を比較的均
一な平行光とするために、例えば３Ｍ社製のプリズムシ
ート１３３１が２層配置されている。これにより、上記
の実施形態と同様に液晶パネル１２０１の各所における
出射光の輝度の半値幅によって決定される主たる光の伝
播方向との成す角度は、約２５°に制御されている。

【０１２１】また、導光板１３１１の裏面側には、図示
しないが導光板１３１１内を伝播する光を選択的に主表
面から出射させるよう乳白色のドットパターンが印刷形
成されている。尚、この具体例では、表示輝度の均一化
を図るために、導光板１３１１の周辺領域では比較的高
い輝度が達成されるようにドットパターンが形成されて
いる。これは、表示スクリーン１８０１の周辺領域は、
中央領域に比べて作用するチャネル数が少なく、このた
め輝度低下が免れないためであり、これを相殺するよう
に面光源部１３０１の輝度分布が調整されるためであ
る。

【０１２２】次に、液晶パネル１２０１の前面に配置さ
れる光学系について説明する。

【０１２３】液晶パネル１２０１の前面に配置されるレ
ンズアレイ群１５０１を構成する第１ないし第２のレン
ズアレイ１５１１，１５１２は、それぞれ倒立結像光学
系を構成し、各レンズ１５１１ａ，１５１２ａは、液晶
パネル１２０１の有効表示領域ＰＳに対応して２４×１
８個配置され、２４×１８個のチャネルを構成する。こ
のチャネル数は、拡大倍率、液晶パネル１２０１と表示
スクリーン１８０１との間隔等によって決定することが
でき、表示品位等を考慮すると９以上に設定することが
望ましい。

【０１２４】まず、液晶パネル１２０１の前面には光路
偏向手段１４０１として例えば凹レンズが配置され、こ
れにより光の光軸は各チャネルの光軸に沿うように偏向
される。即ち、液晶パネル１２０１の有効表示領域ＰＳ
の周辺から出射される光の光軸は外側に向けられ、対応
するチャネルの光軸と略一致される。ここで、液晶パネ
ル１２０１の各所における出射光の輝度の半値幅によっ
て決定される主たる光の伝播方向との成す角度が十分に
小さくなるように面光源部１３０１が構成されているの
で、光路偏向手段１４０１によって光束は所定の方向に
偏向される。これにより光利用効率が向上されると共
に、結像特性が劣化するほどの広範なチャネルへの入
光、あるいは他のチャネルへの迷光が阻止される。この
光路偏向手段１４０１としては、凹レンズの他にもフレ
ネルレンズ、プリズムあるいは光ファイバ束等が適宜使
用される。

【０１２５】第１のレンズアレイ１５１１の各レンズ１
５１１ａは、液晶パネル１２０１側に焦点距離ａ_１が６
０ｍｍ、表示スクリーン１８０１側に焦点距離ｂ_１が４
ｍｍ、レンズ径Ｄ_１が２ｍｍ、レンズピッチｐ_１が２．
１ｍｍに構成されている。

【０１２６】また、第２のレンズアレイ１５１２の各レ
ンズ１５１２ａは、液晶パネル１２０１側に焦点距離ｂ
_２が４ｍｍ、表示スクリーン１８０１側に焦点距離ａ_２
が７２ｍｍ、レンズ径Ｄ_２が２ｍｍ、レンズピッチｐ_２
が２．１２２ｍｍである。

【０１２７】この第１のレンズアレイ１５１１の各レン
ズ１５１１ａは、第２のレンズアレイ１５１２の各レン
ズ１５１２ａとの間の像面に倒立像を結像させる結像レ
ンズである。また、第２のレンズアレイ１５１２の対応
する各レンズ１５１２ａは、像面に結像された倒立像を
表示スクリーン１８０１上に正立像として拡大結像する
ためのレンズである。

【０１２８】ここで、第１のレンズアレイ１５１１と第
２のレンズアレイ１５１２との各レンズピッチの比は、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１＋η（ｂ_２／ａ_２）｝／｛１＋η
（ｂ_２／ａ_２）｝を満足するように設定されており、それぞれのレンズ１
５１１ａ，１５１２ａは画面中央でレンズ中心が一致す
るように配置されている。

【０１２９】この具体例では、上述したレンズアレイ群
１５０１は、その光学設計、各レンズアレイ間距離の設
定により表示スクリーン１８０１上に略１．２倍の拡大
正立結像させるよう構成されている。

【０１３０】さらに、この具体例では、上述したレンズ
アレイ群１５０１の後段に拡大レンズ１６０１として凹
レンズが配置され、これにより表示スクリーン１８０１
上には、略１．７倍の拡大正立結像が形成される。

【０１３１】また、表示スクリーン１８０１は対角２０
インチの画像表示領域ＤＳを有し、良好な視野角を確保
するため、適度な拡散能を有した光透過型で構成されて
いる。

【０１３２】以上説明したように、この具体例の液晶表
示装置１によれば、対角１２インチサイズの液晶パネル
１１０１の有効表示領域ＰＳに表示された表示画像を、
１７０ｍｍの間隔をもって対角２０インチサイズの画像
表示領域ＤＳに拡大投影することができた。

【０１３３】しかも、この具体例の液晶表示装置１によ
れば、液晶パネル１２０１上の像点を第１ないし第２の
レンズアレイ１５１１，１５１２の対応する各レンズ１
５１１ａ，１５１２ａによって構成される複数のチャネ
ルにより拡大投影することで、良好な表示輝度を確保す
ることができた。

【０１３４】そして、第１ないし第２のレンズアレイ１
５１１，１５１２の各レンズピッチは、各チャネルによ
って構成される像の重なり位置精度が不所望な不連続性
を生じせしめない関係を保っているので、表示画像の劣
化が防止される。また、液晶パネル１２０１から出射さ
れる光は、その面光源部１３０１の構成の工夫により上
述したように十分な平行度に制御されているため、結像
特性の劣るチャネルからのクロストークによる画質劣化
が十分に解消されている。

【０１３５】また、面光源部１３０１からの光源光は、
表示スクリーン１８０１の周辺領域での光量不足を相殺
するように液晶パネル１２０１の周辺領域が中央領域に
比べて高く設定されているため、面内での表示輝度のば
らつきは十分に解消されている。

【０１３６】ところで、この具体例では、レンズアレイ
群１５０１と表示スクリーン１８０１との間には、第２
の光路偏向手段１７０１としてフレネルレンズが配置さ
れ、これにより表示スクリーン１８０１に入射される光
の光軸を表示スクリーン１８０１の法線方向と略一致さ
せている。これにより、画面輝度の均一性を確保し、良
好な表示品位を実現している。しかしながら、各光軸を
表示スクリーン１８０１の略中央に向かう方向に若干収
束させることもでき、これにより中央の観察者への表示
品位を向上させることもできる。

【０１３７】この具体例の液晶表示装置１において、第
１のレンズアレイ１５１１と第１の光路偏光手段１４０
１、あるいは第２のレンズアレイ１５１２と拡大レンズ
１６０１とを一体的に構成することができ、また第２の
光路偏向手段１７０１を表示スクリーン１８０１裏面側
に一体的に配置することもできる。これにより、レンズ
数を低減し、また光学的な位置合わせを軽減し、一層の
装置の低廉化を達成することができる。

【０１３８】また、この具体例では、レンズアレイ群１
５０１と表示スクリーン１８０１との間に拡大レンズ１
６０１を配したが、液晶パネル１２０１と拡大レンズ１
６０１との間に拡大レンズを配することもできるし、そ
れらを組合せることもできる。

【０１３９】次に、この実施形態の第２の具体例の表示
装置について、同一箇所には同一符号を付して説明す
る。

【０１４０】この液晶表示装置１０００は、図１４ない
し図１６に示すように、液晶パネル１２０１と、図示し
ないがこの液晶パネル１２０１に駆動信号を供給する駆
動回路基板と、液晶パネル１２０１の裏面側に配置され
る面光源部１３０１と、液晶パネル１２０１と面光源部
１３０１との間に配置される第１の光路偏向手段１４０
１と、第１ないし第２のレンズアレイ１５１１，１５１
２から成るレンズアレイ群１５０１と、第２の光路偏向
手段１７０１及び表示スクリーン１８０１とを備えて構
成される。

【０１４１】ここで、第１ないし第２のレンズアレイ１
５１１，１５１２の対応するそれぞのレンズによって複
数のチャネルが構成される。

【０１４２】まず、液晶パネル１２０１は、対角１０．
５インチサイズで（１０２４×３）×７６８の表示画素
を備えた有効表示領域ＰＳを含む。この液晶パネル２０
１は、上記した具体例とサイズが異なる他は実質的に同
様の構成であって、ＴＮ液晶層１９１に代えて強誘電液
晶層が保持されて構成されている。

【０１４３】この具体例では、液晶パネル１２０１透過
後の画像劣化を防止するため、第１の光路偏向手段１４
０１の後段に液晶パネル１２０１が配置される。このた
め、液晶パネル１２０１に入射される光は中央と周辺と
では入射角度が大きく異なる。よってＴＮ液晶層１１９
１を用いた液晶パネル１２０１では、表示状態が中央と
周辺とで異なる。しかし、この具体例において液晶パネ
ル１２０１は強誘電液晶層を用いている、即ち液晶分子
の面内方向のスイッチングで表示が成されるため、表示
画像が視角の影響を受けにくい。尚、強誘電液晶層を用
いる他に、面内方向のスイッチングで表示を行なうもの
であれば種々のものを用いることができ、反強誘電液晶
層を用いても構わない。また、ＩＰＳ（In-Plane-Switc
hing）モードを用いる液晶パネルも好適に使用すること
ができる。

【０１４４】このようにして構成される液晶パネル１２
０１の裏面側に配置される面光源部１３０１は、十分な
光量を確保するために、図１４および図１５に示すよう
に、アクリル樹脂から成る薄板状の導光板１３１１と、
この導光板１３１１の両長手端面にそれぞれ２段に配置
される冷陰極管１３２１とを備えて構成される。また、
この導光板１３１１表面上には、導光板１３１１からの
拡散光を比較的均一な平行光とするために、例えばアラ
イドシグナル社製の集光シート１３３２が配置されてい
る。この集光シート１３３２は、図示しないが導光板１
３１１上に逆四角錐台状に配置される光制御部と、この
上に配置されるコリーメータレンズ部とが一体的に積層
されてなるものである。

【０１４５】これにより、液晶パネル１２０１の各所に
おける出射光の輝度の半値幅によって決定される主たる
光の伝播方向との成す角度は約１０°に制御されてい
る。

【０１４６】また、導光板１３１１の裏面側には、上記
した具体例と同様に、図示しないが導光板１３１１内を
伝播する光を選択的に主表面から出射させるよう乳白色
のドットパターンが印刷形成されている。尚、この具体
例においても、表示輝度の均一化を図るために、導光板
１３１１の周辺領域では比較的高い輝度が達成されるよ
うにドットパターンが形成されている。これは、表示ス
クリーン１８０１の周辺領域は、中央領域に比べて作用
するチャネル数が少なく、このため輝度低下が免れない
ためであり、これを相殺するように面光源部１３０１の
輝度分布が調整されるためである。

【０１４７】次に、この具体例の表示装置の光学系につ
いて説明する。

【０１４８】液晶パネル１２０１の前面に配置されるレ
ンズアレイ群１５０１を構成する第１ないし第２のレン
ズアレイ１５１１，１５１２は、上記の具体例と同様
に、それぞれ倒立結像光学系を構成するものである。そ
して、各レンズ１５１１ａ，１５１１ｂ，１５１２ａ，
１５１２ｂは、液晶パネル１２０１の有効表示領域ＰＳ
に対応して４８×３６個配置され、４８×３６個のチャ
ネルを構成する。このチャネル数は、拡大倍率、液晶パ
ネル１２０１と表示スクリーン１８０１との間隔等によ
って決定することができ、やはり表示品位等を考慮する
と９以上に設定することが望ましい。

【０１４９】まず、面光源部１３０１と液晶パネル１２
０１との間には光路偏向手段１４０１として例えば凹レ
ンズが配置され、これにより光の光軸は各チャネルの光
軸に沿うように偏向される。即ち、液晶パネル１２０１
の有効表示領域ＰＳの周辺に向かう光の光軸は外側に向
けられ、対応するチャネルの光軸と略一致される。

【０１５０】これにより光利用効率が向上されると共
に、結像特性が劣化するほどの広範なチャネルへの入光
が阻止される。この光路偏向手段１４０１としては、凹
レンズの他にもフレネルレンズ、プリズムあるいは光フ
ァイバ束等が適宜使用される。

【０１５１】第１のレンズアレイ１５１１は、液晶パネ
ル１２０１側の第１のレンズ１５１１ａと対向する第２
のレンズ１５１１ｂとを含み、レンズ厚ｔ_１：２ｍｍに
構成される。詳しくは、第１のレンズアレイ１５１１の
第１のレンズ１５１１ａは、液晶パネル１２０１側に焦
点距離ａ_１が５５ｍｍ、表示スクリーン１８０１側に焦
点距離ｂ_１が２ｍｍ（レンズ厚に一致）、レンズ径Ｄ_１
が１．０ｍｍ、レンズピッチｐ_１が１．１ｍｍに構成さ
れている。第１のレンズアレイ１５１１の第２のレンズ
１５１１ｂは、各レンズ１５１１ａと同様の光学特性を
有し各レンズ１５１１ａの焦点位置に配置されるもので
あって、レンズ径Ｄ_１´が１．０ｍｍ、レンズピッチｐ
_１´が１．１０６０９７５６１ｍｍである。そして、各
レンズ１５１１ａ，１５１１ｂは、画面中央でレンズ中
心が一致するものであり、レンズ１５１１ａ，１５１１
ｂの視野角は±２８゜とした。

【０１５２】第２のレンズアレイ１５１２は液晶パネル
１２０１側の第１のレンズ１５１２ａと対向する第２の
レンズ１５１２ｂとを含み、レンズ厚ｔ_２：２ｍｍに構
成される。詳しくは、第２のレンズアレイ１５１２の第
１のレンズ１５１２ａは、第１のレンズアレイ１５１１
の第１のレンズ１５１１ｂと同一ピッチで構成され、互
いのレンズ１５１１ｂ，１５１２ａの丁部が接して配置
されている。また、第２のレンズアレイ１５１２の各レ
ンズ１５１２ａは、液晶パネル１２０１側に焦点距離ａ
_２が２ｍｍ（レンズ厚に一致）、表示スクリーン１８０
１側に焦点距離ｂ_２が８０ｍｍ、レンズ径Ｄ_２が１．０
ｍｍ、レンズピッチｐ_１が１．１１１２１９５１２２ｍ
ｍに構成されている。そして、各レンズ１５１１ａ，１
５１１ｂは、画面中央でレンズ中心が一致するものであ
り、レンズ１５１１ａ，１５１１ｂの視野角は±２８゜
とした。

【０１５３】この第１のレンズアレイ１５１１の各レン
ズ１５１１ａは、レンズ１５１１ｂとレンズ１５１２ａ
との間の像面に倒立像を結像させる結像レンズである。
また、第２のレンズアレイ１５１２の対応する各レンズ
１５１２ａは、像面に結像された倒立像を表示スクリー
ン１８０１上に正立像として拡大結像するためのレンズ
である。

【０１５４】ここで、第１のレンズアレイ１５１１の各
レンズ１５１１ａと第２のレンズアレイ１５１２の各レ
ンズ１５１２ｂとの各レンズピッチの比は、（ｐ_２／ｐ_１）＝｛１＋η（ｂ_２／ａ_２）｝／｛１＋η
（ｂ_２／ａ_２）｝満足するように設定されている。

【０１５５】また、結像に寄与しない第１のレンズアレ
イ１５１１の各レンズ１５１１ｂ及び第２のレンズアレ
イ１５１２の各レンズ１５１２ａのレンズピッチは、こ
の実施例では互いを接して配置することから等しく設定
され、それぞれ次の関係を満足するものとした。

【０１５６】ｐ´_１／ｐ_１＝｛η（ａ_１＋ｔ_１）＋（ａ
_１＋ｔ_１）｝／｛ηａ_１＋ａ_１＋２ｔ_１）｝ｐ_２／ｐ_２´＝｛η（ａ_２＋２ｔ_２）＋ａ_２｝／｛η
（ａ_２＋ｔ_２）＋（ａ_２＋ｔ_２）｝なお、上式ではレンズ材料の屈折率に依存しない関係式
を示すために、レンズ材料の屈折率を１として場合を示
した。しかしながら、実際のレンズは１．４〜１．６程
度の屈折率を有する材料で構成される。このように屈折
率が１よりも大きい材料で構成される場合、上式のレン
ズの厚さｔ_１、ｔ_２は、見かけ上の厚さを示すものであ
って、実際には屈折率ｎを用いてｎ×ｔ_１、ｎ×ｔ_２な
る厚さのレンズアレイとすることが必要である。また、
当然に全長もそれに応じた長さになる。

【０１５７】従って、屈折率を考慮し上式に基づいて各
チャネルの結像倍率に適合したレンズピッチを設定し、
各チャネルで生成される表示像が表示スクリーン上で互
いに正しく重なり合うように設定して拡大表示装置を構
成することが望ましい。

【０１５８】そして、この具体例では、上述したレンズ
アレイ群１５０１は、表示スクリーン１８０１上に略
１．４５倍の拡大正立結像させるよう構成されている。

【０１５９】これに応じて、表示スクリーン１８０１は
対角１５インチの画像表示領域ＤＳを有し、良好な視野
角を確保するため、適度な拡散能を有した光透過型で構
成されている。

【０１６０】以上説明したように、この具体例の液晶表
示装置１０００によれば、少ない光学部品点数で対角１
０．５インチサイズの液晶パネル１１０１の有効表示領
域ＰＳに表示された表示画像を１５０ｍｍの間隔をもっ
て対角１５インチサイズの画像表示領域ＤＳに拡大投影
することができた。

【０１６１】しかも、この具体例の液晶表示装置１００
０によれば、液晶パネル１２０１上の像点を第１ないし
第２のレンズアレイ１５１１，１５１２の対応する各レ
ンズ１５１１ａ，１５１２ａによって構成される複数の
チャネルにより拡大投影することで、良好な表示輝度を
確保することができた。

【０１６２】しかも、第１ないし第２のレンズアレイ１
５１１，１５１２の各レンズピッチは、各チャネルによ
って構成される像の重なり位置精度が不所望な不連続性
を生じせしめない関係を保っているので、表示画像の劣
化が防止される。また、液晶パネル１２０１から出射さ
れる光は、その面光源部１３０１の構成の工夫により上
述したように十分な平行度に制御されているため、結像
特性の劣るチャネルからのクロストークによる画質劣化
が十分に解消されている。

【０１６３】また、面光源部１３０１からの光源光は、
表示スクリーン１８０１の周辺領域での光量不足を相殺
するように液晶パネル１２０１の周辺領域が中央領域に
比べて高く設定されているため、面内での表示輝度のば
らつきは十分に解消されている。

【０１６４】この具体例では、レンズアレイ群１５０１
と表示スクリーン１８０１との間には、第２の光路偏向
手段１７０１としてフレネルレンズが配置され、これに
より表示スクリーン１８０１に入射される光の光軸を表
示スクリーン１８０１の法線方向と略一致させている。
これにより、画面輝度の均一性を確保し、良好な表示品
位を実現している。しかしながら、各光軸を表示スクリ
ーン１８０１の略中央に向かう方向に若干収束させるこ
ともでき、これにより中央の観察者への表示品位を向上
させることもできる。

【０１６５】この具体例の液晶表示装置において、レン
ズアレイ群１５０１と表示スクリーン１８０１との間に
第１の具体例の如く拡大レンズを配する、液晶パネル１
２０１とレンズアレイ群１５０１との間に拡大レンズを
配する、あるいはこれらを組合せて使用することもでき
る。

【０１６６】また、この具体例の表示装置では、第１の
レンズアレイ１５１１の第２のレンズ１５１１ｂと第２
のレンズアレイ１５１２の第１のレンズ１５１２ａと
は、互いに接するように構成したため、互いのレンズピ
ッチを等しくすることができた。これにより、光学系の
設計、位置合わせ等を容易にできた。

【０１６７】しかし、第１のレンズアレイ１５１１の第
２のレンズ１５１１ｂと第２のレンズアレイ１５１２の
第１のレンズ１５１２ａとを互いに離間させて配置する
こともできる。この場合、それぞれのレンズピッチを上
記にならって若干異ならしめる必要がある。

【０１６８】また、第１のレンズアレイ１５１１の第２
のレンズ１５１１ｂ、あるいは第２のレンズアレイ１５
１２の第１のレンズ１５１２ａのレンズ径は比較的大き
く設定することもできるが、レンズ厚も増大するため、
各レンズのピッチの差を大きく設定する必要が生じ、こ
のため加工精度を確保し、画面全体で一様な画質を得る
ことが困難となる恐れがある。よってレンズ径は、レン
ズを構成する材料の屈折率等にもよるが、０．５ｍｍ〜
２ｍｍ程度が望ましい。

【０１６９】上述した各具体例は、光透過型の液晶パネ
ルを例にとって説明したが、反射型の表示装置であって
も良く、またＥＬパネル等の自己発光型の表示装置にも
用いることができる。

【０１７０】この具体例では、単一の液晶パネル１２０
１を使用したが、当然にこれらを貼り合わせて用いるこ
とにより、さらに大面積の表示が可能となることは言う
までもない。

【０１７１】

【発明の効果】この発明の表示装置によれば、小型にし
て十分な拡大像を実現することができるとともに、消費
電力を増大することなく表示画像全体にわたって高輝度
化及び輝度の均一化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の一実施の形態の液晶表示装
置の構成を概略的に示す図である。

【図２】図２は、図１に示した液晶表示装置の液晶パネ
ルの構成を概略的に示す図である。

【図３】図３は、図１に示した液晶表示装置のレンズア
レイ群の構成を概略的に示す図である。

【図４】図４は、図１に示した液晶表示装置に適用され
る直下型バックライト装置の構成を概略的に示す斜視図
である。

【図５】図５は、図４に示したバックライト装置におけ
る反射板及びレンズ板のＹ−Ｚ平面における断面形状を
説明するための図である。

【図６】図６は、図１に示した液晶表示装置に適用可能
な他のバックライト装置の構造を概略的に示す斜視図で
ある。

【図７】図７は、図３に示したレンズアレイ群の構成を
簡略化して示し、結像関係を説明するための図である。

【図８】図８は、液晶パネルの主表面Ｐ１に直交する所
定面Ｐ２及びＰ３における輝度分布を示す図である。

【図９】図９は、液晶パネルの主表面をＸ−Ｙ平面とし
たときのＹ−Ｚ平面及びＸ−Ｚ平面における輝度分布を
示す図である。

【図１０】図１０は、この発明の他の実施の形態の液晶
表示装置の作用を説明する概略図である。

【図１１】図１１は、この発明の他の実施の形態の液晶
表示装置の作用を説明する概略図である。

【図１２】図１２は、この発明の他の実施の形態に係る
一具体例の液晶表示装置の概略斜視図である。

【図１３】図１３は、図１２に示した実施の形態の変形
例に係る液晶表示装置の概略構成図である。

【図１４】図１４は、この発明の他の実施の形態に係る
一具体例の液晶表示装置の概略斜視図である。

【図１５】図１５は、図１４に示した実施の形態の変形
例に係る液晶表示装置の概略構成図である。

【図１６】図１６は、図１５に示した液晶表示装置の一
部概略断面図である。

【符号の説明】

１…液晶表示装置１０１…液晶パネル２９０…レンズ板２９５…指向性改善素子３０１…バックライト装置３７０…蛍光管３７５…遮光板３８０…反射板３８５…低反射領域４０１…光路偏向手段５０１…レンズアレイ群５１１…第１レンズアレイ５１２…第２レンズアレイ５１３…第３レンズアレイ５１４…第４レンズアレイ５１５…第５レンズアレイ５５１…表示画像（物点）５５２…倒立像（像点、物点）５５３…正立拡大像（像点）６０１…拡大レンズ７０１…表示スクリーン８０１…コリメータレンズＢＭ…ブラックマトリクス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の有効表示領域を備えた表示パネル
と、前記表示パネルの前記有効表示領域よりも大きい画像表
示領域を備えた表示スクリーンと、前記表示パネルと前記表示スクリーンとの間に配置され
るとともに、複数のレンズが並置配列されたレンズアレ
イを複数有し、前記表示パネルの前記表示領域の像を前
記表示スクリーン上に拡大正立結像させる複数のチャネ
ルを備えた拡大結像光学系と、前記表示パネルを照明する照明手段と、を備え、前記表示パネルの主表面に直交する所定面における前記
照明手段からの光の輝度分布の半値幅より求められる前
記表示パネルの前記主表面の法線方向に対する角度をθ
Ｈ１としたときのｓｉｎθＨ１を、前記拡大結像光学系
の有効ＦナンバーをＦとしたときに１／Ｆよりも小さく
設定することを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記ｓｉｎθＨ１は、１／２Ｆよりも小さ
いことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記表示パネルの主表面に直交する前記所
定面は、前記表示パネルの一辺に沿う方向の面であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】前記照明手段は、前記表示パネルの前記主
表面及び前記所定面と直交する他の面における前記照明
手段からの光の輝度分布の半値幅より求められる前記表
示パネルの前記主表面の法線方向に対する角度をθＨ２
としたときのｓｉｎθＨ２を、前記拡大結像光学系の有
効ＦナンバーをＦとしたときの１／Ｆよりも小さく制御
することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】前記ｓｉｎθＨ２は、１／２Ｆよりも小さ
いことを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
【請求項６】前記照明手段は、線状の発光部を有する光
源と、前記光源と前記表示パネルとの間に配置されてい
るとともに前記光源から前記表示パネルに直接向かう光
を遮光する遮光手段と、略一様な照度分布に変換する反
射面を含む第１光学素子とを含むことを特徴とする請求
項１に記載の表示装置。
【請求項７】前記拡大結像光学系の前記レンズアレイに
含まれる前記レンズは、複数の領域に区分された前記有
効表示領域の各領域に対応して並置配列されたことを特
徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】前記拡大結像光学系の前記レンズアレイに
含まれる前記レンズは、複数の領域に区分された前記有
効表示領域の複数の領域に対応して並置配列されたこと
を特徴とする請求項１に記載の表示装置。