JPH04366917A - 液晶パネルを用いた画像表示装置および液晶ｔｖプロジェクタ - Google Patents

液晶パネルを用いた画像表示装置および液晶ｔｖプロジェクタ

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JPH04366917A
JPH04366917A JP3169130A JP16913091A JPH04366917A JP H04366917 A JPH04366917 A JP H04366917A JP 3169130 A JP3169130 A JP 3169130A JP 16913091 A JP16913091 A JP 16913091A JP H04366917 A JPH04366917 A JP H04366917A
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liquid crystal
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茂 青山
Osamu Nishizaki
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    • G02B6/08—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images with fibre bundle in form of plate

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は，液晶パネルを用いた
画像表示装置，液晶ＴＶプロジェクタおよびこれらで用
いられる錐状光学素子アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は液晶ＴＶ（テレビジョン）プロジ
ェクタの全体的な光学的構成を示すものである。
【０００３】光源１１によって発生した光は，光源１１
の後方に配置された放物面鏡１２で反射してほぼ平行化
され（後に詳述するように，光源１１がある程度の大き
さ，たとえば直径２ｍｍ程度をもっていること，および
光がインコヒーレント光であることから完全には平行化
されず，ある広がりをもつ），コンデンサ・レンズ１３
によって集光される。このコンデンサ・レンズ１３によ
って集光される光の光路上に液晶パネル１４が配置され
ている。液晶パネル１４の前，後には偏光方向が互いに
直交する２枚の偏光板１５，１６が設けられている。
【０００４】液晶パネル１４は，後述するように，多数
の画素を有し，これらの画素における光の透過率（偏光
板１５，１６との協働により）が外部から与えられる映
像信号によって制御される。これにより映像信号によっ
て表わされる画像が液晶パネル１４の面上に現われる。 液晶パネル１４および偏光板１５，１６を透過した光に
よって表わされる画像が結像レンズ１７を通して遠方の
スクリーン１８上に結像される。
【０００５】図２は液晶パネル１４の概略的な拡大断面
の一部を示している。ここでは絶縁膜やスイッチング素
子の内部構造は図示が省略されている。図３は液晶パネ
ル１４を構成する２枚のガラス基板のうちの一方の面上
に形成された画素電極，スイッチング素子および導体配
線パターンの等価回路を示している。
【０００６】これらの図を参照して，液晶パネル１４は
，基本的には，わずかの間隔（たとえば２μｍ程度）を
あけて配置された２枚のガラス基板２１および２２と，
これらのガラス基板２１と２２との間の空隙に充填され
た液晶２３とから構成されている。
【０００７】一方のガラス基板２１の内面には多数本の
走査電極２４Ａと信号電極２４Ｂがそれぞれ一定間隔で
縦，横に配列して形成されている。これらの走査電極２
４Ａと信号電極２４Ｂは相互に絶縁されている（図２に
おいては信号電極２４Ｂの図示が省略されている）。以
下の説明において，走査電極２４Ａと信号電極２４Ｂと
をまとめていうときには，導体配線パターン２４という
ことにする。
【０００８】ガラス基板２１の内面において，これらの
走査電極２４Ａと信号電極２４Ｂとによって囲まれた領
域に，画素電極２６が相互に絶縁された状態でマトリク
ス状に形成されている。画素電極２６はそれぞれ隣接す
る信号電極２４Ｂに三端子スイッチング素子（たとえば
ＦＥＴからなる薄膜トランジスタ）２７を介して接続さ
れている。スイッチング素子２７の制御端子（たとえば
ゲート端子）は隣接する走査電極２４Ａにそれぞれ接続
されている。さらに，これらの電極２４Ａ，２４Ｂおよ
び２６を覆うように配向膜２８がガラス基板２１の内面
の全面に形成されている。
【０００９】他方のガラス基板２２の内面には各画素電
極２６に対向する位置にＲ，ＧおよびＢのカラー・フィ
ルタ３１が形成されているとともに，走査電極２４Ａお
よび信号電極２４Ｂに対応する位置に遮光膜（ブラック
・マトリクス）３２が形成されている。カラー・フィル
タ３１の配列にはトライアングル配列，モザイク配列，
ストライプ配列等があるのはよく知られている。
【００１０】ガラス基板２２の内面には，カラー・フィ
ルタ３１を覆うように，その全面に共通電極３３が形成
され，さらにその上に配向膜３４が形成されている。
【００１１】画素電極２６および共通電極３３は透明導
電体膜（たとえばＩＴＯ膜）により形成されている。こ
れに対して，走査電極２４Ａ，信号電極２４Ｂおよび遮
光膜３２は金属等の不透明膜である。したがって，入射
光が透過できるのは走査電極２４Ａと信号電極２４Ｂに
よって囲まれた画素電極２６のある領域（これは遮光膜
３２によって覆われていない領域と一致する）だけであ
る。この光の透過が可能な領域を開口Ａと呼ぶことにす
る。一画素は，走査電極２４Ａの中心線と信号電極２４
Ｂの中心線によって区画された領域（これは遮光膜３２
の中心線によって区画された領域と一致する）であり，
この領域を画素Ｅと呼ぶことにする。
【００１２】液晶パネル１４における画像の表示は次の
ようにして行なわれる。
【００１３】走査電極２４Ａに順次走査電圧が印加され
る。各走査ごとに，走査電極２４Ａに印加された走査電
圧によって対応画素のスイッチング素子２７がオンとな
る。 これにより，信号電極２４Ｂと画素電極２６とが接続さ
れる。各走査において，信号電極２４Ｂと共通電極３３
との間に表示すべき画像を表わす映像信号に相当する電
圧が順次印加されていく。したがって，各画素において
，画素電極２６と共通電極３３との間には映像信号に応
じた電圧が印加されることになる。
【００１４】液晶パネル１４内の液晶２３は画素電極２
６と共通電極３３との間に電圧を印加しない状態では一
方向に配向している。この配向方向は入射側に配置され
た偏光板１５の偏光方向と一致している。光源１１から
のランダム偏光の入射光は偏光板１５によって直線偏光
の光に変換される。この直線偏光の光はその偏光方向を
保存した状態で液晶パネル１４を通過する。出射側の偏
光板１６の偏光方向は入射側の偏光板１５の偏光方向と
直交しているから，液晶パネル１４を通過した光は出射
側の偏光板１６を透過しない。
【００１５】液晶パネル１４の画素電極２６と共通電極
３３との間に適当な電圧（映像信号の白レベルに相当）
を印加すると，液晶２３の配向方向がらせん状に９０°
回転する。 入射側の偏光板１５によって変換された直線偏光の光は
液晶パネル１４を通過するときにその偏光方向が９０°
回転させられる。９０°回転した液晶パネル１４の出射
光の偏光方向は出射側の偏光板１６の偏光方向と一致す
るからこの光は偏光板１６を透過する。
【００１６】液晶２３の配向方向の回転角は液晶パネル
１４の画素電極２６と共通電極３３との間に印加される
電圧に依存する。
【００１７】したがって，上述した液晶パネル１４の走
査において，各画素ごとに電極２６と３３との間に印加
される映像信号に対応する電圧に応じて，透過する光の
光量が変化し，液晶パネル１４および偏光板１５，１６
によって，映像信号により表わされる画像が出現するこ
とになる。
【００１８】さて，上述したような液晶パネル１４の各
画素Ｅにおいて，入射光が透過するのは開口Ａの部分の
みである。
【００１９】近年の高画質化，高分解能化に伴い，画素
Ｅの大きさ（一例として一辺の長さが１００　μｍ程度
）が縮小化している。ところが導体配線パターン２４（
走査電極２４Ａおよび信号電極２４Ｂ）はすべての画素
の周囲に張り巡らす必要がある。導体配線パターン２４
の幅を縮小すると，歩留りと信頼性が低下し，また電気
抵抗が増大するので，あまり細くすることはできない。 したがって，いきおい画素Ｅにおける開口Ａの面積の割
合が減少してしまう。画素Ｅの面積と開口Ａの面積の比
は３対１ないしは４対１，またはそれ以下になる場合も
ある。そうすると，液晶パネル１４を透過できる光量が
減少し，画面が暗くなるという問題が生じる。
【００２０】このような問題点を解決するために，図４
に示すように，液晶パネル１４の光入射側にマイクロレ
ンズ・アレイ３７を設ける構成が提案されている（たと
えば特開昭６４−３５４１６　号公報）。
【００２１】マイクロレンズ・アレイ３７は基板３９と
この基板３９上に二次元的に配列された多数のマイクロ
レンズ（凸レンズ）３８とから構成される。各マイクロ
レンズ３８は液晶パネル１４の各開口Ａに対応する位置
に配列されている。マイクロレンズ３８は入射光を集光
することにより対応する開口Ａに光を集める目的で設け
られている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】マイクロレンズ３８に
入射する光が完全に平行光でコヒーレントな場合には，
マイクロレンズ３８による集光作用によって開口Ａ内に
完全に収まる程度の小さなスポットを形成することが可
能である。
【００２３】しかしながら，液晶ＴＶプロジェクタにお
ける実際の光源はコヒーレント光を発生するものではな
く，また完全に平行化されずにある程度の広がりをもつ
から，マイクロレンズ３８によって入射光をそのスポッ
トが開口Ａより小さくなるように集光することはできな
い。
【００２４】図５は図１に示す液晶ＴＶプロジェクタに
おける光源から液晶パネルまでの等価光学系を示してい
る。ここで放物面鏡１２はコリメート・レンズ１２Ａに
置きかえられて示されている。光源１１の背後に配置さ
れた放物面鏡１２と光源１１の前方に配置されたコリメ
ート・レンズ１２Ａとの光学的作用は等価である。光源
１１は矢印ａｂで示されている。また偏光板１５，１６
は省略されている。
【００２５】光源１１は有限の大きさをもっている（上
述したようにたとえば２ｍｍ）。光源１１の一方の端ａ
から出射した光は，その代表をＬ１で示すように，レン
ズ１２Ａ，１３を通ってａ１に結像する。光源１１の他
方の端ｂから出射した光は，その代表をＬ２で示すよう
に，ｂ１に結像する。これによりレンズ１３の前方に光
源の像ａ１ｂ１が形成される。
【００２６】図６は液晶パネル１４とその光入射側に配
置されたマイクロレンズ・アレイ３７との光学的関係を
拡大して示すものである。液晶パネル１４には導体配線
パターン２４のみが示され，他の構成要素の図示は省略
されている。
【００２７】光源１１の一方の端ａから出射した光Ｌ１
と他方の端ｂから出射した光Ｌ２は平行化されず，広が
り角θをもっている。マイクロレンズ・アレイ３７のう
ちの１個のマイクロレンズ３８に着目とすると，このマ
イクロレンズ３８に入射した光は，液晶パネル１４内の
導体配線パターン２４上にかなり大きなスポットを形成
する。このスポットの強度分布が図６の右側に示されて
いる。このスポットは１つ以上の画素Ｅを充分に覆う大
きさであり，かなりの光量が導体配線パターン２４によ
って遮光され，出射側に進むことはない。
【００２８】この発明は，できるだけ明るい画像を投影
できる液晶ＴＶプロジェクタを提供するものである。
【００２９】この発明はまた，できるだけ明るい画像を
表示できる液晶パネルを用いた画像表示装置を提供する
ものである。
【００３０】この発明はさらに，上記液晶ＴＶプロジェ
クタおよび画像表示装置において好適に用いることので
きる錐状光学素子アレイを提供するものである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】この発明による液晶ＴＶ
プロジェクタは，光源と，映像信号により制御され，画
素ごとに入射光の透過光量を制御する液晶表示装置と，
上記光源の光を集光して上記液晶表示装置に投射する第
１の光学系と，上記液晶表示装置を透過した光をスクリ
ーンに投影する第２の光学系とを備えている。
【００３２】上記液晶表示装置は，２枚の透明板と，こ
れらの透明板の間に充填された液晶とを含む液晶パネル
を備え，この液晶パネルの一方の透明板に，画素ごとに
設けられた画素電極への印加電圧を制御するための信号
を与える多数の導体パターンが形成されている。
【００３３】上記第１の光学系は，上記光源の光を集光
する集光光学系と，上記集光光学系によって集光される
光を入射光として，上記液晶表示装置の画素電極の位置
における上記導体パターンによって規定される開口に対
応する複数の仮想光源を形成する仮想光源形成ディバイ
スと，上記仮想光源から発散する光をそれぞれ上記開口
に集光させる集光光学ディバイスとを備えている。
【００３４】この発明による画像表示装置は，２枚の透
明板と，これらの透明板の間に充填された液晶とを備え
，一方の透明板に，画素ごとに設けられた画素電極への
印加電圧を制御するための信号を与える多数の導体パタ
ーンが形成されている液晶パネル，光源から与えられる
光を入射光として，上記液晶パネルの画素電極の位置に
おける上記導体パターンによって規定される開口に対応
する複数の仮想光源を形成する仮想光源形成ディバイス
，および上記仮想光源から発散する光をそれぞれ上記開
口に集光させる集光光学ディバイスを備えている。
【００３５】この発明の一実施態様においては，上記仮
想光源形成ディバイスは二次元的に配列された複数個の
錐状光学素子から構成される。各錐状光学素子は光入射
側開口とこの光入射側開口よりも小さい光出射側開口と
をもち，上記光入射側開口に入射した光を上記光出射側
開口から出射させる。
【００３６】上記錐状光学素子は上記光入射側開口に入
射した光を周側面での全反射により上記光出射側開口に
導くものであってもよいし，周側面の内側に鏡面反射面
をもち，上記光入射側開口に入射した光を鏡面反射によ
り上記光出射側開口に導くものであってもよい。
【００３７】たとえば，上記錐状光学素子は錐状透明体
から構成され，その先端が上記光出射側開口を形成する
ように切断される。
【００３８】この発明の他の実施態様においては，上記
仮想光源形成ディバイスは二次元的に配列された複数個
の集光素子から構成される。
【００３９】上記集光光学ディバイスは二次元的に配列
された複数個の集光素子から構成される。
【００４０】この発明の好ましい実施態様においては，
上記仮想光源形成ディバイスが二次元的に配列された複
数個の錐状光学素子または集光素子から構成され，上記
集光光学ディバイスが二次元的に配列された複数個の集
光素子から構成され，上記仮想光源形成ディバイスの錐
状光学素子または集光素子と，上記集光光学ディバイス
の集光素子と，上記液晶パネルの開口の相互に対応する
もの同志が，上記光源から上記液晶パネルに向う光軸に
平行な直線上に配列される。
【００４１】上記仮想光源形成ディバイスは，それぞれ
が複数の上記開口に対応する複数の線状の仮想光源を形
成するものであってもよい。また上記集光光学ディバイ
スは，それぞれが複数の上記開口に対応するように，入
射光を複数の線状に集光するものであってもよい。
【００４２】上記液晶表示装置において，上記液晶パネ
ルの前後の位置に偏光方向が互いに直交する２つの偏光
子が配置される。上記偏光子のうちの１つは，上記集光
光学ディバイスと上記液晶パネルとの間に配置されるこ
とが好ましい。
【００４３】この発明による錐状光学素子アレイは，二
次元的に配列された複数個の錐状光学素子から構成され
ている。各錐状光学素子は，光入射側開口とこの光入射
側開口よりも小さい光出射側開口とをもち，上記光入射
側開口に入射した光を上記光出射側開口から出射させる
ものである。
【００４４】
【作用】この発明による液晶ＴＶプロジェクタおよび画
像表示装置においては，液晶パネルの光入射側に設けら
れた仮想光源形成ディバイスによって，液晶パネルの光
入射側に液晶パネル内の開口に対応する複数の仮想光源
が形成される。最も好ましくはこの仮想光源は液晶パネ
ル内の開口に１対１に対応し，かつ集光光学ディバイス
による結像倍率にもよるが，仮想光源の大きさは上記開
口と同程度である。
【００４５】仮想光源形成ディバイスによって形成され
た仮想光源はきわめて小さいものであり，この仮想光源
から発する光は集光光学ディバイスの集光素子によって
液晶パネルの上記開口内にほぼ収まる程度にそれぞれ集
光される。
【００４６】この発明による錐状光学素子アレイは上述
した多数の仮想光源を作成するために用いられる。
【００４７】
【発明の効果】上述のように，液晶パネルの上記開口内
にほぼ収まるスポットが形成され，液晶パネルの導体配
線パターンによって遮断される光は非常に少なくなる。 多量の光が液晶パネルを通って出射するから，液晶パネ
ルによって明るい画像が得られる。
【００４８】この発明による画像表示装置は液晶ＴＶプ
ロジェクタのみならず，通常のテレビジョン画面の表示
装置，その他の表示装置にも適用できるのはいうまでも
ない。
【００４９】
【実施例】実施例の説明において，上述した図１〜図６
に示すものと同一物には同一符号を付して重複説明を避
ける。
【００５０】図７は液晶パネル１４の光入射側に配置さ
れたマイクロレンズ・アレイ３７および錐状光学素子ア
レイ４０を示すものである。入射光の進行方向にそって
錐状光学素子アレイ４０，マイクロレンズ・アレイ３７
，液晶パネル１４の順に配置される。図１との関係で説
明すると，錐状光学素子アレイ４０とマイクロレンズ・
アレイ３７は，コンデンサ・レンズ１３と液晶パネル１
４との間に設けられる。偏光板１５の位置については後
述する。
【００５１】錐状光学素子アレイ４０は透明体により形
成され，基板４２とこの基板４２上に二次元的に配列さ
れて固定された多数の錐状光学素子４１とから構成され
ている。 錐状光学素子４１とマイクロレンズ３８と画素Ｅ（開口
Ａ）とは１対１に対応し，かつ相互に対応するこれらは
，図１に示す光学系の光軸に平行な直線上に位置してい
る。
【００５２】錐状光学素子４１はこの実施例では四角錐
の頂部をその底面と平行な面で裁断した形状をもつ。図
８（Ａ）　に示すように，四角錐の底面にあたる面が光
入射側開口４１ｂ，裁断された頂部の面が光出射側開口
４１ａである。光出射側開口４１ａの面積は光入射側開
口４１ｂの面積よりも小さい。
【００５３】光入射側開口４１ｂから錐状光学素子４１
内に入射した光Ｌ１，Ｌ２はこの錐状光学素子４１の側
面で全反射して光出射側開口４１ａから広がりながら出
射する。 好ましくは入射光Ｌ１，Ｌ２が側面で１回のみ全反射し
て出射するように，錐状光学素子４１の形状が定められ
る。
【００５４】錐状光学素子４１の光出射側開口４１ａが
仮想光源となる。この開口４１ａがあたかも光源である
かのように光はこの開口４１ａから出射される。
【００５５】後に詳述するように，マイクロレンズ３８
によって構成される光学系の結像倍率にも依存するが，
錐状光学素子４１の光出射側開口４１ａの大きさは液晶
パネル１４内の開口Ａの大きさと同程度がよい。光学系
の結像倍率が１であれば，光源と同じ大きさのスポット
を形成することができるからである。
【００５６】このような錐状光学素子アレイ４０は，Ｅ
Ｂ（電子ビーム）描画法，光露光法，切削法などにより
作製することができる。また，型を用いた成形法（出射
成形や赤外線硬貨樹脂を用いた成形法）によると量産が
可能である。
【００５７】錐状光学素子４１の形状は，四角錐状に限
らず，円錐状，六角錐状など様々に変形することが可能
である。
【００５８】図８（Ｂ）　は錐状光学素子の他の例を示
すものである。錐状光学素子４３は中空の錐状であり，
光入射側開口４３ｂと，これよりも面積の小さな光出射
側開口４３ａとを有している。この錐状光学素子４３の
内周側面には反射膜（たとえば金属反射膜）４４が形成
されている。光入射側開口４３ｂから錐状光学素子４３
内に入射した光Ｌ１，Ｌ２は反射膜４４で，好ましくは
１回のみ鏡面反射して光出射側開口４３ａから出射する
。
【００５９】マイクロレンズ・アレイ３７を構成するマ
イクロレンズ３８としては図７に図示のような平凸レン
ズ以外に，両凸レンズ，フレネル・レンズ，メニスカス
・レンズ，シリンドリカル・レンズ等を採用することが
できるが，詳細は後述する。マイクロレンズ・アレイ３
７も上述した方法により作製することができる。
【００６０】図９は錐状光学素子アレイ４０とマイクロ
レンズ・アレイ３７と液晶パネル１４との位置関係，お
よび錐状光学素子アレイ４０から光が出射する様子を示
すものである。この図および後に示す図１０および図１
１において，液晶パネル１４には導体配線パターン２４
のみを示す。
【００６１】光源１１から発生し，コンデンサ・レンズ
１３を通して錐状光学素子アレイ４０に入射する光は，
各錐状光学素子４１の光出射側開口４１ａから広がりな
がら出射する。したがって，マイクロレンズ・アレイ３
７または液晶パネル１４の側からみると，多数の微小な
光源が二次元的に配列されているように見える。
【００６２】図１０は錐状光学素子アレイ４０の１個の
錐状光学素子４１に着目し，この錐状光学素子４１から
出射した光がマイクロレンズ・アレイ３７を通して液晶
パネル１４内で結像する様子を示すものである。偏光板
１５は錐状光学素子アレイ４０の光入射側に配置されて
いる。
【００６３】錐状光学素子アレイ４０とマイクロレンズ
・アレイ３７との間の距離をｄ１，その間に存在する物
質（一般には空気）の屈折率をｎ１，マイクロレンズ・
アレイ３７（の基板）の厚さをｄ２，その屈折率をｎ２
，液晶パネル１４の光入射側のガラス基板２１の厚さを
ｄ２，その屈折率をｎ３とする。
【数１】 　　（ｄ１／ｎ１）／［（ｄ２／ｎ２）＋（ｄ３／ｎ３
）］＝Ｃ／Ｄ　　‥‥式１において，Ｃ／ＤまたはＤ／
Ｃが正の整数となるようにｄ１，ｄ２，ｄ３，ｎ１，ｎ
２，ｎ３を定める。
【００６４】上記の条件を満たした場合には，図１０に
示すように，錐状光学素子４１を出射した光はマイクロ
レンズ・アレイ３７のいくつかのマイクロレンズ３８を
それぞれ通して，液晶パネル１４内の開口Ａで丁度結像
する。
【００６５】Ｃ／Ｄ＝１と設定した場合には，開口Ａに
形成されるスポットの大きさは錐状光学素子４１の光出
射側開口４１ａの大きさ（仮想光源の大きさ）にほぼ等
しくなる。Ｃ／Ｄ＝２，３のように設定すると，開口Ａ
に形成されるスポットの大きさは光出射側開口４１ａの
大きさよりも小さくなる。
【００６６】図１０は，ｎ１＝１，ｎ２＝ｎ３＝１．５
　とした場合を図示している。
【００６７】このようにして，錐状光学素子４１から出
射した光のほとんどすべてが液晶パネル１４内の開口Ａ
内に集光し，その周囲の導体配線パターン２４には投射
されないので，多くの光が開口Ａを通って液晶パネル１
４から出射することになる。他の錐状光学素子４１から
出射した光も同様である。このようにして，液晶パネル
１４から現われる画像は明るいものとなる。
【００６８】もっとも，上述した条件を満足しなくても
，錐状光学素子４１から出射した光は少なくともそれに
対応するマイクロレンズ３８によって集光され，それに
対応する開口Ａ内に光源の像を結ぶ。この光源の像の光
強度が最も大きく，その周囲のマイクロレンズ３８によ
る光像の光強度はより小さいと考えられるので，光の損
失はそれほど大きくなく，画像の明るさはある程度確保
できる。
【００６９】錐状光学素子アレイ４０やマイクロレンズ
・アレイ３７を樹脂材料（たとえばポリカーボネイト等
）を用いて作製した場合には，これらのアレイ４０，３
７は複屈折特性をもつようになる。これらのアレイ４０
，３７の光入射側に偏光板１５を配置した図１０に示す
構成において，偏光板１５によって直線偏光に変換され
た光は，アレイ４０，３７を通過するときにその複屈折
特性により楕円偏光の光に変換されてしまう。そうする
と，液晶パネル１４に電圧を印加しない状態においても
一部の光が液晶パネルおよび偏光板１６を透過してしま
う不具合が生じる。
【００７０】図１１に示す変形例は上記の不具合を解消
した構成を示すもので，偏光板１５がマイクロレンズ・
アレイ３７と液晶パネル１４との間に配置されている。
【００７１】このような構成によると，自然光（ランダ
ム偏光）である入射光は液晶パネル１４に入射する直前
において直線偏光に変換されるので，たとえ錐状光学素
子アレイ４０やマイクロレンズ・アレイ３７が複屈折特
性をもっていてもそれに影響されない。これにより明暗
の差の大きいはっきりした画像が得られるようになる。
【００７２】図１１に示すように偏光板１５を配置した
場合には，式１の左辺の分母にｄ４／ｎ４を加えればよ
い。 ｄ４は偏光板１５の厚さ，ｎ４はその屈折率である。
【００７３】液晶パネル１４のガラス基板２１に偏光板
１５の機能をもたせることにより（すなわち基板２１を
偏光板で構成することにより），偏光板１５は不要とな
る。ガラス基板２１に偏光フィルムを接着するようにし
てもよい。マイクロレンズ・アレイ３７の基板を偏光板
とすることもできる。たとえば偏光フィルム上に多数の
マイクロレンズ３８を形成することができる。
【００７４】図１２はさらに他の実施例を示すものであ
る。
【００７５】マイクロレンズ・アレイ３７の光入射側に
仮想光源を形成するディバイスとして，錐状光学素子ア
レイに代えて，マイクロレンズ・アレイ５０が配置され
ている。このマイクロレンズ・アレイ５０はマイクロレ
ンズ・アレイ３７と同じ構成のものでよい。マイクロレ
ンズ・アレイ５０は基板５２とこの基板５２上に二次元
的に配列された多数のマイクロレンズ５１とから構成さ
れている。マイクロレンズ・アレイ５０のマイクロレン
ズ５１とマイクロレンズ・アレイ３７のマイクロレンズ
３８とは１対１に対応している。相互に対応するマイク
ロレンズ５１，マイクロレンズ３８および液晶パネル１
４の開口Ａは光軸に平行な直線上にある。
【００７６】図１３は，マイクロレンズ・アレイ５０と
マイクロレンズ・アレイ３７と液晶パネル１４との配置
関係を示すとともに，マイクロレンズ・アレイ５０のマ
イクロレンズ５１によって仮想光源ａ２ｂ２が形成され
る様子を示すものである。この図１３および図１４にお
いては，偏光板１５が省略されているが，この偏光板１
５を図１０または図１１に示すように配置することがで
きるのはいうまでもない。 また液晶パネル１４において導体配線パターン２４のみ
が図示されている。
【００７７】マイクロレンズ・アレイ５０のマイクロレ
ンズ５１に光Ｌ１，Ｌ２が入射することにより，マイク
ロレンズ５１の前方に光源ａ２ｂ２が結像する。この光
源ａ２ｂ２が仮想光源となる。この光源ａ２ｂ２の大き
さは上述したように開口Ａの大きさと同程度が好ましい
。すべてのマイクロレンズ５１の前方に仮想光源ａ２ｂ
２が形成されることになる。
【００７８】図１４は仮想光源ａ２ｂ２がマイクロレン
ズ・アレイ３７のマイクロレンズ３８によって液晶パネ
ル１４の開口Ａの位置に結像される様子を示すものであ
る。図１０および図１１を参照して説明したものと全く
同じように，多くの光が開口Ａを通って液晶パネル１４
から出射するので，明るい画像を得ることができる。
【００７９】図１５は液晶パネル１４とマイクロレンズ
・アレイ３７，５０との結合構造の例を示すものである
。
【００８０】図１５（Ａ）　においては，液晶パネル１
４の光入射側のガラス基板（または偏光板）に直接にマ
イクロレンズ３８が固定されている。液晶パネル１４に
対してスペーサ５５を介してマイクロレンズ・アレイ５
０が取付けられている。
【００８１】図１５（Ｂ）　においては，液晶パネル１
４にマイクロレンズ・アレイ３７の基板３９が固定され
，また液晶パネル１４にスペーサ５５によってマイクロ
レンズ・アレイ５０が固定されている。
【００８２】図１６はマイクロレンズ・アレイ３７また
は５０の他の例を示すものである。
【００８３】図１６（Ａ）　および（Ｂ）　はマイクロ
レンズが両凸レンズで実現されたマイクロレンズ・アレ
イを示している。
【００８４】図１６（Ｃ）　および（Ｄ）　はシリンド
リカル・レンズの例を示している。このようにマイクロ
レンズ・アレイ３７または５０としてシリンドリカル・
レンズを用いてもよい。集光作用が一方向にのみ行なわ
れるので，液晶パネル内の開口Ａへの集光効率は低下す
るが，構造が簡単なので作製が容易であるという利点が
ある。錐状光学素子アレイも同じように，一方向にのみ
傾斜面をもつ光学素子を配列したものと置きかえてもよ
い。この場合には線状の仮想光源が形成されるであろう
。
【００８５】上記実施例は液晶ＴＶプロジェクタに関す
るものであるが，この発明は通常の液晶表示装置（液晶
テレビジョン等）にも適用できるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶ＴＶプロジェクタの全体的な光学的構成を
示す。
【図２】液晶パネルの拡大断面図である。
【図３】液晶パネルの配線パターンの等価回路図である
。
【図４】液晶パネルの光入射側にマイクロレンズ・アレ
イを配置した従来例を示す一部切欠き斜視図である。
【図５】液晶ＴＶプロジェクタの等価光学系を示す。
【図６】従来例の問題点を示す。
【図７】この発明の実施例を示す一部切欠き斜視図であ
る。
【図８】（Ａ）　および（Ｂ）　はそれぞれ錐状光学素
子アレイの例を示す側面図および断面図である。
【図９】錐状光学素子アレイによって仮想光源が形成さ
れる様子を示す。
【図１０】仮想光源がマイクロレンズ・アレイによって
結像される様子を示す。
【図１１】偏光板をマイクロレンズ・アレイと液晶パネ
ルとの間に配置した実施例を示す。
【図１２】仮想光源形成ディバイスとしてマイクロレン
ズ・アレイを用いた実施例を示す一部切欠き斜視図であ
る。
【図１３】マイクロレンズ・アレイによって仮想光源が
形成される様子を示す。
【図１４】仮想光源がマイクロレンズ・アレイによって
結像される様子を示す。
【図１５】（Ａ）　および（Ｂ）　は，液晶パネルに対
するマイクロレンズ・アレイの取付構造の例をそれぞれ
示す。
【図１６】（Ａ）　はマイクロレンズ・アレイの斜視図
，（Ｂ）　はその側面図，（Ｃ）　および（Ｄ）はシリ
ンドリカル・レンズ・アレイを示す斜視図である。
【符号の説明】
１４　　液晶パネル １５，１６　　偏光板 ２１，２２　　ガラス基板 ２３　　液晶 ２４　　導体配線パターン ２４Ａ　　走査電極（導体配線パターン）２４Ｂ　　信
号電極（導体配線パターン）２６　　画素電極 ２７　　スイッチング素子 ３３　　共通電極 ３７　　マイクロレンズ・アレイ ３８　　マイクロレンズ ４０　　錐状光学素子アレイ ４１，４３　　錐状光学素子 ４１ａ，４３ａ　　光出射側開口 ４１ｂ，４３ｂ　　光入射側開口 ４４　　反射膜 ５０　　マイクロレンズ・アレイ ５１　　マイクロレンズ

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　光源と，映像信号により制御され，画
    素ごとに入射光の透過光量を制御する液晶表示装置と，
    上記光源の光を集光して上記液晶表示装置に投射する第
    １の光学系と，上記液晶表示装置を透過した光をスクリ
    ーンに投影する第２の光学系とを備え，上記液晶表示装
    置が，２枚の透明板と，これらの透明板の間に充填され
    た液晶とを含む液晶パネルを備え，この液晶パネルの一
    方の透明板に，画素ごとに設けられた画素電極への印加
    電圧を制御するための信号を与える多数の導体パターン
    が形成されており，上記第１の光学系が，上記光源の光
    を集光する集光光学系と，上記集光光学系によって集光
    される光を入射光として，上記液晶表示装置の画素電極
    の位置において上記導体パターンによって規定される開
    口に対応する複数の仮想光源を形成する仮想光源形成デ
    ィバイスと，上記仮想光源から発散する光をそれぞれ上
    記開口に集光させる集光光学ディバイスとを備えている
    ，液晶ＴＶプロジェクタ。
  2. 【請求項２】　　上記仮想光源形成ディバイスが二次元
    的に配列された複数個の錐状光学素子から構成され，各
    錐状光学素子が光入射側開口とこの光入射側開口よりも
    小さい光出射側開口とをもち，上記光入射側開口に入射
    した光を上記光出射側開口から出射させるものである，
    請求項１に記載の液晶ＴＶプロジェクタ。
  3. 【請求項３】　　上記錐状光学素子が上記光入射側開口
    に入射した光を周側面での全反射により上記光出射側開
    口に導くものである，請求項２に記載の液晶ＴＶプロジ
    ェクタ。
  4. 【請求項４】　　上記錐状光学素子が周側面の内側に鏡
    面反射面をもち，上記光入射側開口に入射した光を鏡面
    反射により上記光出射側開口に導くものである，請求項
    ２に記載の液晶ＴＶプロジェクタ。
  5. 【請求項５】　　上記錐状光学素子が錐状透明体から構
    成され，その先端が上記光出射側開口を形成するように
    切断されている，請求項２に記載の液晶ＴＶプロジェク
    タ。
  6. 【請求項６】　　上記仮想光源形成ディバイスが二次元
    的に配列された複数個の集光素子から構成されている，
    請求項１に記載の液晶ＴＶプロジェクタ。
  7. 【請求項７】　　上記集光光学ディバイスが二次元的に
    配列された複数個の集光素子から構成されている，請求
    項１に記載の液晶ＴＶプロジェクタ。
  8. 【請求項８】　　上記仮想光源形成ディバイスが二次元
    的に配列された複数個の錐状光学素子または集光素子か
    ら構成され，上記集光光学ディバイスが二次元的に配列
    された複数個の集光素子から構成され，上記仮想光源形
    成ディバイスの錐状光学素子または集光素子と，上記集
    光光学ディバイスの集光素子と，上記液晶表示装置の開
    口の相互に対応するもの同志が，上記第１の光学系の光
    軸に平行な直線上に配列されている，請求項１に記載の
    液晶ＴＶプロジェクタ。
  9. 【請求項９】　　上記液晶表示装置が，上記液晶パネル
    の前後の位置に配置されかつ偏光方向が互いに直交する
    ２つの偏光子を備えている，請求項１に記載の液晶ＴＶ
    プロジェクタ。
  10. 【請求項１０】　　上記偏光子のうちの１つが，上記第
    １の光学系における集光光学系と仮想光源形成ディバイ
    スとの間に配置されている，請求項９に記載の液晶ＴＶ
    プロジェクタ。
  11. 【請求項１１】　　上記偏光子のうちの１つが，上記第
    １の光学系の集光光学ディバイスと上記液晶パネルとの
    間に配置されている，請求項９に記載の液晶ＴＶプロジ
    ェクタ。
  12. 【請求項１２】　　上記仮想光源形成ディバイスが，そ
    れぞれが複数の上記開口に対応する複数の線状の仮想光
    源を形成するものである，請求項１に記載の液晶ＴＶプ
    ロジェクタ。
  13. 【請求項１３】　　上記集光光学ディバイスが，それぞ
    れが複数の上記開口に対応するように，入射光を複数の
    線状に集光するものである，請求項１に記載の液晶ＴＶ
    プロジェクタ。
  14. 【請求項１４】　　２枚の透明板と，これらの透明板の
    間に充填された液晶とを備え，一方の透明板に，画素ご
    とに設けられた画素電極への印加電圧を制御するための
    信号を与える多数の導体パターンが形成されている液晶
    パネル，光源から与えられる光を入射光として，上記液
    晶パネルの画素電極の位置における上記導体パターンに
    よって規定される開口に対応する複数の仮想光源を形成
    する仮想光源形成ディバイス，および上記仮想光源から
    発散する光をそれぞれ上記開口に集光させる集光光学デ
    ィバイス，を備えた画像表示装置。
  15. 【請求項１５】　　上記仮想光源形成ディバイスが二次
    元的に配列された複数個の錐状光学素子から構成され，
    各錐状光学素子が光入射側開口とこの光入射側開口より
    も小さい光出射側開口とをもち，上記光入射側開口に入
    射した光を上記光出射側開口から出射させるものである
    ，請求項１４に記載の画像表示装置。
  16. 【請求項１６】　　上記錐状光学素子が上記光入射側開
    口に入射した光を周側面での全反射により上記光出射側
    開口に導くものである，請求項１５に記載の画像表示装
    置。
  17. 【請求項１７】　　上記錐状光学素子が周側面の内側に
    鏡面反射面をもち，上記光入射側開口に入射した光を鏡
    面反射により上記光出射側開口に導くものである，請求
    項１５に記載の画像表示装置。
  18. 【請求項１８】　　上記錐状光学素子が錐状透明体から
    構成され，その先端が上記光出射側開口を形成するよう
    に切断されている，請求項１５に記載の画像表示装置。
  19. 【請求項１９】　　上記仮想光源形成ディバイスが二次
    元的に配列された複数個の集光素子から構成されている
    ，請求項１４に記載の画像表示装置。
  20. 【請求項２０】　　上記集光光学ディバイスが二次元的
    に配列された複数個の集光素子から構成されている，請
    求項１４に記載の画像表示装置。
  21. 【請求項２１】　　上記仮想光源形成ディバイスが二次
    元的に配列された複数個の錐状光学素子または集光素子
    から構成され，上記集光光学ディバイスが二次元的に配
    列された複数個の集光素子から構成され，上記仮想光源
    形成ディバイスの錐状光学素子または集光素子と，上記
    集光光学ディバイスの集光素子と，上記液晶パネルの開
    口の相互に対応するもの同志が，上記光源から上記液晶
    パネルに向う光軸に平行な直線上に配列されている，請
    求項１４に記載の画像表示装置。
  22. 【請求項２２】　　上記液晶パネルの前後の位置に配置
    されかつ偏光方向が互いに直交する２つの偏光子を備え
    ている，請求項１４に記載の画像表示装置。
  23. 【請求項２３】　　上記偏光子のうちの１つが，上記光
    源と上記仮想光源形成ディバイスとの間に配置されてい
    る，請求項２２に記載の画像表示装置。
  24. 【請求項２４】　　上記偏光子のうちの１つが，上記集
    光光学ディバイスと上記液晶パネルとの間に配置されて
    いる，請求項２２に記載の画像表示装置。
  25. 【請求項２５】　　上記仮想光源形成ディバイスが，そ
    れぞれが複数の上記開口に対応する複数の線状の仮想光
    源を形成するものである，請求項１４に記載の画像表示
    装置。
  26. 【請求項２６】　　上記集光光学ディバイスが，それぞ
    れが複数の上記開口に対応するように，入射光を複数の
    線状に集光するものである，請求項１４に記載の画像表
    示装置。
  27. 【請求項２７】　　２枚の透明板と，これらの透明板の
    間に充填された液晶とを備え，一方の透明板に，画素ご
    とに設けられた画素電極への印加電圧を制御するための
    信号を与える多数の導体パターンが形成されている液晶
    パネル，二次元的に配列された複数個の錐状光学素子か
    ら構成され，各錐状光学素子が光入射側開口とこの光入
    射側開口よりも小さい光出射側開口とをもち，上記光入
    射側開口に入射した光源からの光を上記光出射側開口か
    ら出射させることにより，上記液晶パネルの画素電極の
    位置における上記導体パターンによって規定される開口
    に対応する複数の仮想光源を形成する錐状光学素子アレ
    イ，および二次元的に配列された複数個の集光素子から
    構成され，上記仮想光源から発散する光をそれぞれ上記
    開口に集光させる集光素子アレイ，を備えた画像表示装
    置。
  28. 【請求項２８】　　上記錐状光学素子が上記光入射側開
    口に入射した光を周側面での全反射により上記光出射側
    開口に導くものである，請求項２７に記載の画像表示装
    置。
  29. 【請求項２９】　　上記錐状光学素子が周側面の内側に
    鏡面反射面をもち，上記光入射側開口に入射した光を鏡
    面反射により上記光出射側開口に導くものである，請求
    項２７に記載の画像表示装置。
  30. 【請求項３０】　　上記錐状光学素子が錐状透明体から
    構成され，その先端が上記光出射側開口を形成するよう
    に切断されている，請求項２７に記載の画像表示装置。
  31. 【請求項３１】　　２枚の透明板と，これらの透明板の
    間に充填された液晶とを備え，一方の透明板に，画素ご
    とに設けられた画素電極への印加電圧を制御するための
    信号を与える多数の導体パターンが形成されている液晶
    パネル，二次元的に配列された複数個の集光素子から構
    成され，光源から与えられる光を入射光として，上記液
    晶パネルの画素電極の位置における上記導体パターンに
    よって規定される開口に対応する複数の仮想光源を形成
    する第１の集光素子アレイ，および二次元的に配列され
    た複数個の集光素子から構成され，上記仮想光源から発
    散する光をそれぞれ上記開口に集光させる第２の集光素
    子アレイ，を備えた画像表示装置。
  32. 【請求項３２】　　２枚の透明板と，これらの透明板の
    間に充填された液晶とを備え，一方の透明板に，画素ご
    とに設けられた画素電極への印加電圧を制御するための
    信号を与える多数の導体パターンが形成されている液晶
    パネル，光源から与えられる光を入射光として，上記液
    晶パネルの画素電極の位置における上記導体パターンに
    よって規定される開口に対応する複数の仮想光源を形成
    する仮想光源形成ディバイス，上記仮想光源から発散す
    る光をそれぞれ上記開口に集光させる集光光学ディバイ
    ス，および上記集光光学ディバイスと上記液晶パネルと
    の間に配置された偏光素子，を備えた画像表示装置。
  33. 【請求項３３】　　上記偏光素子が偏光フィルムである
    ，請求項３２に記載の画像表示装置。
  34. 【請求項３４】　　上記偏光素子が，偏光板によって構
    成された上記液晶パネルの一方の透明板である，請求項
    ３２に記載の画像表示装置。
  35. 【請求項３５】　　上記集光光学ディバイスが，基板と
    ，この基板上に二次元的に配列された複数の集光素子と
    から構成され，上記偏光素子が偏光板によって構成され
    た上記集光光学ディバイスの基板である，請求項３２に
    記載の画像表示装置。
  36. 【請求項３６】　　二次元的に配列された複数個の錐状
    光学素子から構成され，各錐状光学素子が光入射側開口
    とこの光入射側開口よりも小さい光出射側開口とをもち
    ，上記光入射側開口に入射した光を上記光出射側開口か
    ら出射させる，錐状光学素子アレイ。
  37. 【請求項３７】　　上記錐状光学素子が上記光入射側開
    口に入射した光を周側面での全反射により上記光出射側
    開口に導くものである，請求項３６に記載の錐状光学素
    子アレイ。
  38. 【請求項３８】　　上記錐状光学素子が周側面の内側に
    鏡面反射面をもち，上記光入射側開口に入射した光を鏡
    面反射により上記光出射側開口に導くものである，請求
    項３６に記載の錐状光学素子アレイ。
  39. 【請求項３９】　　上記錐状光学素子が錐状透明体から
    構成され，その先端が上記光出射側開口を形成するよう
    に切断されてる，請求項３６に記載の錐状光学素子アレ
    イ。
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