JPH05249452A - 液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置Info
- Publication number
- JPH05249452A JPH05249452A JP4048664A JP4866492A JPH05249452A JP H05249452 A JPH05249452 A JP H05249452A JP 4048664 A JP4048664 A JP 4048664A JP 4866492 A JP4866492 A JP 4866492A JP H05249452 A JPH05249452 A JP H05249452A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- crystal display
- light
- display device
- display element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3141—Constructional details thereof
- H04N9/315—Modulator illumination systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
- H04N9/3105—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
- H04N9/312—Driving therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N9/00—Details of colour television systems
- H04N9/12—Picture reproducers
- H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
- H04N9/3179—Video signal processing therefor
- H04N9/3182—Colour adjustment, e.g. white balance, shading or gamut
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
- Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 光を放射する光源を有し該光源の出射光を映
像信号に応じた光学像が形成されるライトバルブ上に照
射させる作用を有する照明光学系と、ライトバルブであ
る一対の透明基板間に液晶を注入し該液晶の電気光学効
果により画像情報を表示する透過型の液晶表示素子から
なる液晶表示装置において、液晶表示素子の光源から放
射された光束が入射する側の面に、液晶の画素配列の各
１画素に対応する単位レンズ部の集合体からなり液晶の
画素配列と同一の配列を有するマイクロレンズアレイを
密着もしくは、液晶セルの透明基板と一体に形成する。 【効果】 見かけ上の開口率の高い液晶表示素子を実現
でき、また、この液晶表示素子を用いて明るく、かつ見
やすい、小型の液晶表示装置が実現できる。
像信号に応じた光学像が形成されるライトバルブ上に照
射させる作用を有する照明光学系と、ライトバルブであ
る一対の透明基板間に液晶を注入し該液晶の電気光学効
果により画像情報を表示する透過型の液晶表示素子から
なる液晶表示装置において、液晶表示素子の光源から放
射された光束が入射する側の面に、液晶の画素配列の各
１画素に対応する単位レンズ部の集合体からなり液晶の
画素配列と同一の配列を有するマイクロレンズアレイを
密着もしくは、液晶セルの透明基板と一体に形成する。 【効果】 見かけ上の開口率の高い液晶表示素子を実現
でき、また、この液晶表示素子を用いて明るく、かつ見
やすい、小型の液晶表示装置が実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一対の透明基板間に液
晶を注入し該液晶の電気光学効果により画像情報を表示
する透過型の液晶表示素子、及びこの透過型の液晶表示
素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置に関する
ものである。
晶を注入し該液晶の電気光学効果により画像情報を表示
する透過型の液晶表示素子、及びこの透過型の液晶表示
素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子の代表例であるツイステッ
ド・ネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子の構造は、透
明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して
成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに９０°
異なるように２枚の偏光子を配置したものであり、液晶
の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光
子の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、
入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するように
している。この種の液晶表示素子については、例えば
「液晶エレクトロニクスの基礎と応用」佐々木昭夫編；
オーム社（昭和５４年発行）などにて詳細に説明されて
いる。
ド・ネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子の構造は、透
明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して
成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに９０°
異なるように２枚の偏光子を配置したものであり、液晶
の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光
子の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、
入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するように
している。この種の液晶表示素子については、例えば
「液晶エレクトロニクスの基礎と応用」佐々木昭夫編；
オーム社（昭和５４年発行）などにて詳細に説明されて
いる。
【０００３】上述の様な液晶表示素子においては、各画
素中に電極の金属配線、個々の画素を個別に制御する手
段として付加された非線形素子あるいはスイッチング素
子、画素電極の周囲のギャップなど、表示に寄与しない
部分（遮光部）がある。そのため特に透過型の液晶表示
素子においては、光源を出射し液晶表示素子に照射され
た光のうち、こうした遮光部に到達した光は液晶表示素
子を通過しないので、光利用効率を低下させることにな
る。通常、この光利用効率を液晶表示素子の開口率で表
し、これを改善することが透過型の液晶表示素子におけ
る課題であった。開口率は次のように定義される。開口
率＝１画素中の表示に寄与する有効面積／１画素全領域
の面積さらにまた、液晶表示素子を用いた表示装置をコ
ンパクトなものにするために液晶表示素子を小型化した
場合、液晶表示素子の画素数が同じであるとすると、液
晶表示素子が小型化されればされる程１画素の面積が小
さくなり、上記した遮光部の影響が大きくなり明るくす
ることが難しくなるし、また、液晶表示素子を同一サイ
ズで精細度を高くし該液晶表示素子を用いた表示装置の
解像度を高くするには、画素ピッチを小さくする必要が
あるが、その場合、液晶表示素子の構成要素全てを相似
的に縮小できれば遮光部の影響は変わらず開口率は変化
しないが、エッチング精度、位置合わせ精度等の点から
電極の金属配線の幅や付加素子の大きさはある程度以下
には小さくできなくなり、その結果精細度を高くしてい
くと開口率が悪くなっていた。
素中に電極の金属配線、個々の画素を個別に制御する手
段として付加された非線形素子あるいはスイッチング素
子、画素電極の周囲のギャップなど、表示に寄与しない
部分（遮光部）がある。そのため特に透過型の液晶表示
素子においては、光源を出射し液晶表示素子に照射され
た光のうち、こうした遮光部に到達した光は液晶表示素
子を通過しないので、光利用効率を低下させることにな
る。通常、この光利用効率を液晶表示素子の開口率で表
し、これを改善することが透過型の液晶表示素子におけ
る課題であった。開口率は次のように定義される。開口
率＝１画素中の表示に寄与する有効面積／１画素全領域
の面積さらにまた、液晶表示素子を用いた表示装置をコ
ンパクトなものにするために液晶表示素子を小型化した
場合、液晶表示素子の画素数が同じであるとすると、液
晶表示素子が小型化されればされる程１画素の面積が小
さくなり、上記した遮光部の影響が大きくなり明るくす
ることが難しくなるし、また、液晶表示素子を同一サイ
ズで精細度を高くし該液晶表示素子を用いた表示装置の
解像度を高くするには、画素ピッチを小さくする必要が
あるが、その場合、液晶表示素子の構成要素全てを相似
的に縮小できれば遮光部の影響は変わらず開口率は変化
しないが、エッチング精度、位置合わせ精度等の点から
電極の金属配線の幅や付加素子の大きさはある程度以下
には小さくできなくなり、その結果精細度を高くしてい
くと開口率が悪くなっていた。
【０００４】ここで、前記開口率を見かけ上改善した透
過型の液晶表示素子及び液晶表示装置としては、例えば
特開昭６０−１６５６２２号公報、特開昭６１−１１７
８８号公報に記載のようなマイクロレンズアレイを設け
たものがある。
過型の液晶表示素子及び液晶表示装置としては、例えば
特開昭６０−１６５６２２号公報、特開昭６１−１１７
８８号公報に記載のようなマイクロレンズアレイを設け
たものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した先願に記載の
従来技術においては、前記マイクロレンズアレイの各単
位レンズ部が、いずれも円形レンズまたは半円柱状のレ
ンチキュラーレンズである。ところが、前記液晶表示素
子の各画素形状は、通常、正方形もしくは矩形である。
そのため、前記液晶表示素子（すなわち、正方形、矩
形）に前記マイクロレンズアレイ（すなわち、円形）を
設けた場合、マイクロレンズアレイの各単位レンズ部の
レンズ開口によって、レンズ開口部内に入射される光線
は、前記液晶表示素子の開口部に収束されるが、レンズ
開口部外は前記遮光部に入射されることになり、前記入
射光のすべてを有効に各単位レンズ部に入射できず、こ
の結果、開口率の改善に制限があるものであった。
従来技術においては、前記マイクロレンズアレイの各単
位レンズ部が、いずれも円形レンズまたは半円柱状のレ
ンチキュラーレンズである。ところが、前記液晶表示素
子の各画素形状は、通常、正方形もしくは矩形である。
そのため、前記液晶表示素子（すなわち、正方形、矩
形）に前記マイクロレンズアレイ（すなわち、円形）を
設けた場合、マイクロレンズアレイの各単位レンズ部の
レンズ開口によって、レンズ開口部内に入射される光線
は、前記液晶表示素子の開口部に収束されるが、レンズ
開口部外は前記遮光部に入射されることになり、前記入
射光のすべてを有効に各単位レンズ部に入射できず、こ
の結果、開口率の改善に制限があるものであった。
【０００６】また、液晶表示素子は、一般に視角依存性
が大きく、特性の良い視角は表示面に垂直な方向から傾
いているために、前記入射光線に対して前記液晶表示素
子を傾けて配置すると、前記従来技術においては、前記
マイクロレンズアレイによる入射光線の収束位置が前記
液晶表示素子の開口部からずれるという問題があった。
が大きく、特性の良い視角は表示面に垂直な方向から傾
いているために、前記入射光線に対して前記液晶表示素
子を傾けて配置すると、前記従来技術においては、前記
マイクロレンズアレイによる入射光線の収束位置が前記
液晶表示素子の開口部からずれるという問題があった。
【０００７】さらに、前記マイクロレンズアレイを設け
た液晶表示素子と照明光学系を用いた表示装置、あるい
は、この表示装置による像を投写レンズによりスクリー
ン上に投写する投写型表示装置を構成する場合、前記照
明光学系によっても前記マイクロレンズアレイによる液
晶表示素子の開口率の向上効果が変化するが、上記従来
技術においては、この点についての考慮がなされていな
かった。
た液晶表示素子と照明光学系を用いた表示装置、あるい
は、この表示装置による像を投写レンズによりスクリー
ン上に投写する投写型表示装置を構成する場合、前記照
明光学系によっても前記マイクロレンズアレイによる液
晶表示素子の開口率の向上効果が変化するが、上記従来
技術においては、この点についての考慮がなされていな
かった。
【０００８】従って、本発明の解決すべき技術的課題は
上述した従来技術のもつ問題点を解消することにあり、
その目的とするところは、液晶表示素子に入射される光
線のすべてを有効に利用でき、実質的な（見かけ上の）
開口率を大幅に向上できる液晶表示素子を提供すること
にある。
上述した従来技術のもつ問題点を解消することにあり、
その目的とするところは、液晶表示素子に入射される光
線のすべてを有効に利用でき、実質的な（見かけ上の）
開口率を大幅に向上できる液晶表示素子を提供すること
にある。
【０００９】また、本発明の他の目的とするところは、
光源からの光利用効率が高く、且つ、レンズ枚数等の部
品点数が少なくてコンパクトになし得、しかも、上記し
た液晶表示素子の開口率の改善効果をさらに向上させ得
る照明光学系を実現し、以って、明るくコンパクトで性
能の良い液晶表示装置を提供することにある。
光源からの光利用効率が高く、且つ、レンズ枚数等の部
品点数が少なくてコンパクトになし得、しかも、上記し
た液晶表示素子の開口率の改善効果をさらに向上させ得
る照明光学系を実現し、以って、明るくコンパクトで性
能の良い液晶表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、光を放射する光源（１）を有し該光源
（１）の出射光を映像信号に応じた光学像が形成される
液晶表示素子（４）上に照射させる作用を有する照明光
学系と、一対の透明基板（１１）間に液晶を注入し該液
晶の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液
晶表示素子（４）からなる液晶表示装置などに用いられ
る液晶表示素子（４）において、この液晶表示素子にお
ける光源（１）から出射された光束が入射する側の面、
もしくは出射する側の面も含む両面に、液晶表示素子の
画素配列の各１画素に対応する単位レンズ部の集合体か
らなり、各単位レンズ部が液晶の画素配列と同一の配列
を有する平板マイクロレンズアレイ（１６）を密着、も
しくは前記透明基板（１１）と一体化して設け、これら
の単位レンズ部の焦点を液晶表示素子の液晶面の近傍
で、かつ画素電極のほぼ中央部に一致するように構成し
たものである。さらに、前記平板マイクロレンズアレイ
（１６）を、屈折率Ｎ0 の基板内に該屈折率Ｎ0と異な
る屈折率Ｎの領域を周期性をもって形成して成る屈折率
分布型平板マイクロレンズアレイとし、また、平板マイ
クロレンズアレイ（１６）は、前記単位レンズ部として
作用する領域の形状が、前記液晶表示素子（４）の各１
画素と等しいか、ほぼ等しくなるように前記屈折率分布
型平板マイクロレンズアレイをオーバー拡散することに
よって形成して成るものとしている。
達成するため、光を放射する光源（１）を有し該光源
（１）の出射光を映像信号に応じた光学像が形成される
液晶表示素子（４）上に照射させる作用を有する照明光
学系と、一対の透明基板（１１）間に液晶を注入し該液
晶の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液
晶表示素子（４）からなる液晶表示装置などに用いられ
る液晶表示素子（４）において、この液晶表示素子にお
ける光源（１）から出射された光束が入射する側の面、
もしくは出射する側の面も含む両面に、液晶表示素子の
画素配列の各１画素に対応する単位レンズ部の集合体か
らなり、各単位レンズ部が液晶の画素配列と同一の配列
を有する平板マイクロレンズアレイ（１６）を密着、も
しくは前記透明基板（１１）と一体化して設け、これら
の単位レンズ部の焦点を液晶表示素子の液晶面の近傍
で、かつ画素電極のほぼ中央部に一致するように構成し
たものである。さらに、前記平板マイクロレンズアレイ
（１６）を、屈折率Ｎ0 の基板内に該屈折率Ｎ0と異な
る屈折率Ｎの領域を周期性をもって形成して成る屈折率
分布型平板マイクロレンズアレイとし、また、平板マイ
クロレンズアレイ（１６）は、前記単位レンズ部として
作用する領域の形状が、前記液晶表示素子（４）の各１
画素と等しいか、ほぼ等しくなるように前記屈折率分布
型平板マイクロレンズアレイをオーバー拡散することに
よって形成して成るものとしている。
【００１１】また、上記した液晶表示素子をライトバブ
ルとして用いた本発明による液晶表示装置においては、
前記した目的を達成するため、光源を含む照明光学系を
以下の構成とした。すなわち、光を放射する光源（１）
と、該光源（１）の出射光を、映像信号に応じた光学像
が形成されるライトバルブ（４）上に照射させる作用を
有する凹面鏡（２）及び集光レンズ群（３）と、からな
る照明系において、前記凹面鏡（２）を楕円形状凹面鏡
（２ａ）とし、前記光源（１）を楕円形状凹面鏡（２
ａ）の中心部に近い側の楕円焦点の近傍に設け、楕円形
状凹面鏡（２ａ）の前記液晶表示素子（４）側の楕円焦
点位置の近傍に集光レンズ群（３）もしくはその一部を
設けた構成とするか、あるいは、前記凹面鏡（２）を放
物形状凹面鏡（２ｂ）とし、光源（１）からの出力光が
放物形状凹面鏡（２ｂ）を出射する近傍に正の屈折力を
有す集光レンズ群（３）もしくはその一部を設けた構成
としている。
ルとして用いた本発明による液晶表示装置においては、
前記した目的を達成するため、光源を含む照明光学系を
以下の構成とした。すなわち、光を放射する光源（１）
と、該光源（１）の出射光を、映像信号に応じた光学像
が形成されるライトバルブ（４）上に照射させる作用を
有する凹面鏡（２）及び集光レンズ群（３）と、からな
る照明系において、前記凹面鏡（２）を楕円形状凹面鏡
（２ａ）とし、前記光源（１）を楕円形状凹面鏡（２
ａ）の中心部に近い側の楕円焦点の近傍に設け、楕円形
状凹面鏡（２ａ）の前記液晶表示素子（４）側の楕円焦
点位置の近傍に集光レンズ群（３）もしくはその一部を
設けた構成とするか、あるいは、前記凹面鏡（２）を放
物形状凹面鏡（２ｂ）とし、光源（１）からの出力光が
放物形状凹面鏡（２ｂ）を出射する近傍に正の屈折力を
有す集光レンズ群（３）もしくはその一部を設けた構成
としている。
【００１２】さらに、前記光源（１）及び／または前記
凹面鏡（２）を、前記照明光学系の光軸に垂直な断面に
おいて、前記液晶表示素子（４）の各画素において光を
透過する部分である開口部の形状とほぼ相似となるよう
な形状とするように、前記照明光学系を構成している。
凹面鏡（２）を、前記照明光学系の光軸に垂直な断面に
おいて、前記液晶表示素子（４）の各画素において光を
透過する部分である開口部の形状とほぼ相似となるよう
な形状とするように、前記照明光学系を構成している。
【００１３】
【作用】本発明の前記構成の液晶表示素子によれば、入
射光が有効に画素電極に導かれ、各電極の金属配線、個
々の画素を個別に制御する手段として付加された非線形
素子あるいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギャ
ップなどの表示に寄与しない部分（遮光部）で遮断され
ることによる前記入射光の「ケラレ」がほとんど生じな
いために、液晶セル自体の開口率が悪く（小さく）ても
実質上の（見かけ上の）開口率は大幅に改善できて、明
るい画像情報表示が得られる。さらに、本発明の構成に
よれば、前記液晶表示素子からの出射光は表示に有効な
部分のみであることから、画素と画素の間の前記不透明
部が埋めつくされるので滑らかな画像情報表示が得られ
る。
射光が有効に画素電極に導かれ、各電極の金属配線、個
々の画素を個別に制御する手段として付加された非線形
素子あるいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギャ
ップなどの表示に寄与しない部分（遮光部）で遮断され
ることによる前記入射光の「ケラレ」がほとんど生じな
いために、液晶セル自体の開口率が悪く（小さく）ても
実質上の（見かけ上の）開口率は大幅に改善できて、明
るい画像情報表示が得られる。さらに、本発明の構成に
よれば、前記液晶表示素子からの出射光は表示に有効な
部分のみであることから、画素と画素の間の前記不透明
部が埋めつくされるので滑らかな画像情報表示が得られ
る。
【００１４】また、本発明の前記構成の照明光学系によ
れば、集光レンズ群のパワー及び位置により、光源より
出射される光を一度集束する方向にし、その集束位置近
傍で光をコントロールできるので、集光レンズの口径を
大きくせず、また、前記液晶表示素子あるいは前記マイ
クロレンズアレイに入射する光線の光軸に対する入射角
を小さくでき、従って前記マイクロレンズアレイの集光
性能が良くなり、光利用効率を上げることができる。
れば、集光レンズ群のパワー及び位置により、光源より
出射される光を一度集束する方向にし、その集束位置近
傍で光をコントロールできるので、集光レンズの口径を
大きくせず、また、前記液晶表示素子あるいは前記マイ
クロレンズアレイに入射する光線の光軸に対する入射角
を小さくでき、従って前記マイクロレンズアレイの集光
性能が良くなり、光利用効率を上げることができる。
【００１５】さらに、開口部を通過する光束の光軸に垂
直な断面における形状がマイクロレンズ側から見た光源
の形状、すなわち光源の光軸に垂直な断面の形状が、前
記開口部の形状とほぼ相似となるような構成とするの
で、液晶表示素子の開口部を通過する光束が、該開口部
の全ての範囲を覆うこととなり、よって実質的な開口率
が大きく、すなわち明るく、かつ見やすい液晶表示装置
を得ることができる。
直な断面における形状がマイクロレンズ側から見た光源
の形状、すなわち光源の光軸に垂直な断面の形状が、前
記開口部の形状とほぼ相似となるような構成とするの
で、液晶表示素子の開口部を通過する光束が、該開口部
の全ての範囲を覆うこととなり、よって実質的な開口率
が大きく、すなわち明るく、かつ見やすい液晶表示装置
を得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を図１〜図２３に示した各実施
例によって説明する。図１は本発明の第１実施例に係る
液晶表示素子の斜視図であり、図２は図１の構成要素の
位置関係を表すために模式的に描いた平面図である。図
１において、１１，１１は一対の透明基板で、一方の透
明基板１１の対向面側には透明の対向電極１２が、ま
た、他方の透明基板１１の対向面側には透明の画素電極
１４がそれぞれ設けられており、この対をなす透明基板
１１，１１間に液晶１３が封入されている。１５は、上
記他方の透明基板１１に設けられた各電極の金属配線、
個々の画素を個別に制御する手段として付加された非線
形素子あるいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギ
ャプなどで形成される表示に寄与しない部分（遮光部）
である。なお以下の説明では、上記した各構成要素１
１，１２，１３，１４，１５（一対の透明基板１１，１
１間の構成）をまとめて液晶セル５と称す。
例によって説明する。図１は本発明の第１実施例に係る
液晶表示素子の斜視図であり、図２は図１の構成要素の
位置関係を表すために模式的に描いた平面図である。図
１において、１１，１１は一対の透明基板で、一方の透
明基板１１の対向面側には透明の対向電極１２が、ま
た、他方の透明基板１１の対向面側には透明の画素電極
１４がそれぞれ設けられており、この対をなす透明基板
１１，１１間に液晶１３が封入されている。１５は、上
記他方の透明基板１１に設けられた各電極の金属配線、
個々の画素を個別に制御する手段として付加された非線
形素子あるいはスイッチング素子、画素電極の周囲のギ
ャプなどで形成される表示に寄与しない部分（遮光部）
である。なお以下の説明では、上記した各構成要素１
１，１２，１３，１４，１５（一対の透明基板１１，１
１間の構成）をまとめて液晶セル５と称す。
【００１７】１６は、前記一方の透明基板１１の外面側
に密着して配設された平板マイクロレンズアレイで、透
明平板ガラス基板をイオン交換することによって作製さ
れた屈折率分布型のマイクロレンズアレイから成り、実
質上は図１の破線で示すような単位レンズ部１６ａが多
数個縦横に隣接配置された２次元配列のレンズアレイと
なっている。また、８，８は各透明基板２の外側にそれ
ぞれ設けた偏光板であり、図示では該偏光板８と各透明
基板１１とは離れているが、密着した構成であっても差
し支えない。本発明では、前記液晶セル５，平板マイク
ロレンズアレイ１６，偏光板８，８によって、図１に示
したように液晶表示素子４を構成する。なおここで、前
記平板マイクロレンズアレイ１６は、前記液晶セル５に
対して常に入射光線９側には、少なくとも設けられるも
のとなっている。
に密着して配設された平板マイクロレンズアレイで、透
明平板ガラス基板をイオン交換することによって作製さ
れた屈折率分布型のマイクロレンズアレイから成り、実
質上は図１の破線で示すような単位レンズ部１６ａが多
数個縦横に隣接配置された２次元配列のレンズアレイと
なっている。また、８，８は各透明基板２の外側にそれ
ぞれ設けた偏光板であり、図示では該偏光板８と各透明
基板１１とは離れているが、密着した構成であっても差
し支えない。本発明では、前記液晶セル５，平板マイク
ロレンズアレイ１６，偏光板８，８によって、図１に示
したように液晶表示素子４を構成する。なおここで、前
記平板マイクロレンズアレイ１６は、前記液晶セル５に
対して常に入射光線９側には、少なくとも設けられるも
のとなっている。
【００１８】次に、図２を用いて本実施例における主要
構成要素の位置関係及び形状について説明する。同図に
おいて、１８（斜線領域）は前記図１の液晶セル５中の
１画素に対応した領域である。そして、１画素に対応す
る領域（斜線領域）１８内の実線枠が、表示に有効な
（すなわち、開口部）画素電極１４であり、それ以外が
金属配線、スイッチング素子などの遮光部１５であり、
また、図中の破線枠が平板マイクロレンズアレイ１６の
個々のレンズ形状、すなわち単位レンズ部１６ａの外形
形状を示している。図２から明らかなように、本実施例
においては、平板マイクロレンズアレイ１６の個々のレ
ンズ（単位レンズ部１６ａ群）の形状並びにその配列
を、液晶セル５中の１画素に対応した領域１８の形状と
同一形状で且つ同一配列と成るようにしてある。
構成要素の位置関係及び形状について説明する。同図に
おいて、１８（斜線領域）は前記図１の液晶セル５中の
１画素に対応した領域である。そして、１画素に対応す
る領域（斜線領域）１８内の実線枠が、表示に有効な
（すなわち、開口部）画素電極１４であり、それ以外が
金属配線、スイッチング素子などの遮光部１５であり、
また、図中の破線枠が平板マイクロレンズアレイ１６の
個々のレンズ形状、すなわち単位レンズ部１６ａの外形
形状を示している。図２から明らかなように、本実施例
においては、平板マイクロレンズアレイ１６の個々のレ
ンズ（単位レンズ部１６ａ群）の形状並びにその配列
を、液晶セル５中の１画素に対応した領域１８の形状と
同一形状で且つ同一配列と成るようにしてある。
【００１９】図３は前記図１の平板マイクロレンズアレ
イを模式的に示した部分斜視図である。同図に示す平板
マイクロレンズアレイ１６は、例えば屈折率Ｎ0 の透明
平板ガラス基板２６内に、該屈折率Ｎ0 と異なる屈折率
Ｎの領域を周期性をもって形成して成る、所謂屈折率分
布型の平板マイクロレンズアレイとして構成されてい
る。この屈折率分布型マイクロレンズアレイは、例えば
イオン交換法により形成することができる。
イを模式的に示した部分斜視図である。同図に示す平板
マイクロレンズアレイ１６は、例えば屈折率Ｎ0 の透明
平板ガラス基板２６内に、該屈折率Ｎ0 と異なる屈折率
Ｎの領域を周期性をもって形成して成る、所謂屈折率分
布型の平板マイクロレンズアレイとして構成されてい
る。この屈折率分布型マイクロレンズアレイは、例えば
イオン交換法により形成することができる。
【００２０】上記イオン交換法は、透明平板ガラス基板
２６に所要のパターンのマスク層を例えば金属によって
形成し、これを溶融塩槽に浸すことにより、ガラス中に
含まれるＮａ+（ナトリウムイオン），Ｋ+（カリウムイ
オン）等の陽イオンが溶融塩中に含まれるＴｌ+（タリ
ウムイオン）等の陽イオンとガラスの露出面を通して交
換されることによって行われる。こうしてイオン交換さ
れた領域は、元のガラスと屈折率が異なるようになり、
光を屈折させる作用を有する屈折率分布領域（単位レン
ズ部１６ａ）になる。このイオン交換法により、マイク
ロレンズを形成することにより、透明平板ガラス基板２
６の内部に光を屈折させるレンズ作用を持たせることが
できるため、表面が平らである前記平板マイクロレンズ
アレイ１６を形成することができ、また、上記した所要
のパターンのマスク層の形状及びイオン交換の時間等を
調整（オーバー拡散）することにより、液晶セルの１画
素に対応する形状、すなわち正方形、短形等の平面形状
で隣接する単位レンズ部１６ａの間隔を見かけ上無くし
た２元マトリクス状の埋め込み型屈折率分布型レンズア
レイを製作することを可能としている。これが従来のマ
イクロレンズアレイに対する本発明の特徴的な点であ
り、以下にその効果を説明する。
２６に所要のパターンのマスク層を例えば金属によって
形成し、これを溶融塩槽に浸すことにより、ガラス中に
含まれるＮａ+（ナトリウムイオン），Ｋ+（カリウムイ
オン）等の陽イオンが溶融塩中に含まれるＴｌ+（タリ
ウムイオン）等の陽イオンとガラスの露出面を通して交
換されることによって行われる。こうしてイオン交換さ
れた領域は、元のガラスと屈折率が異なるようになり、
光を屈折させる作用を有する屈折率分布領域（単位レン
ズ部１６ａ）になる。このイオン交換法により、マイク
ロレンズを形成することにより、透明平板ガラス基板２
６の内部に光を屈折させるレンズ作用を持たせることが
できるため、表面が平らである前記平板マイクロレンズ
アレイ１６を形成することができ、また、上記した所要
のパターンのマスク層の形状及びイオン交換の時間等を
調整（オーバー拡散）することにより、液晶セルの１画
素に対応する形状、すなわち正方形、短形等の平面形状
で隣接する単位レンズ部１６ａの間隔を見かけ上無くし
た２元マトリクス状の埋め込み型屈折率分布型レンズア
レイを製作することを可能としている。これが従来のマ
イクロレンズアレイに対する本発明の特徴的な点であ
り、以下にその効果を説明する。
【００２１】図４は上記した本実施例の平板マイクロレ
ンズアレイ１６の効果を説明するための原理説明図であ
る。図４の（ａ）は、前記液晶表示素子の１画素に対応
したマイクロレンズとして、例えば屈折率分布領域であ
るようなレンズ作用を有する領域（単位レンズ部１６
ａ）が、前記従来技術で示されるような円形の形状であ
った場合を表しており、図４の（ａ）に示す様に、単位
レンズ部１６ａに入射する光線２７は前記レンズ作用に
より液晶表示素子の遮光部１５に到達しないで液晶表示
素子を透過する。しかし、図４の（ａ）に示す様に単位
レンズ部１６ａが円形の形状であった場合には、液晶表
示素子の１画素に相当する領域１８は、通常、図示のよ
うに矩形または正方形の形状を有しているため、単位レ
ンズ部１６ａと隣接した画素に対応した単位レンズ部１
６ａとの間にレンズ作用を有さないギャップが存在し、
このため、図４の（ａ）の上記ギャップ部に入射するよ
うな光線２８については、液晶表示素子の遮光部１５に
到達し液晶表示素子を透過しない。これに対し、本実施
例では図４の（ｂ）に示す様に、レンズ作用を有する例
えば屈折率分布領域である領域が、液晶表示素子の１画
素に相当する領域１８に対応して、該領域１８と等しい
平面形状の単位レンズ部１６ａとなる様に形成すること
により、上記した図４の（ａ）での前記光線２８は、レ
ンズ作用を受けて液晶表示素子の遮光部１５に到達せ
ず、液晶表示素子を透過するようになる。従って、図４
の（ａ）に対して図４の（ｂ）では液晶表示素子を透過
する光が増え、これによって見かけ上の開口率が大幅に
改善でき、明るい表示が得られる液晶表示素子を実現で
きる。
ンズアレイ１６の効果を説明するための原理説明図であ
る。図４の（ａ）は、前記液晶表示素子の１画素に対応
したマイクロレンズとして、例えば屈折率分布領域であ
るようなレンズ作用を有する領域（単位レンズ部１６
ａ）が、前記従来技術で示されるような円形の形状であ
った場合を表しており、図４の（ａ）に示す様に、単位
レンズ部１６ａに入射する光線２７は前記レンズ作用に
より液晶表示素子の遮光部１５に到達しないで液晶表示
素子を透過する。しかし、図４の（ａ）に示す様に単位
レンズ部１６ａが円形の形状であった場合には、液晶表
示素子の１画素に相当する領域１８は、通常、図示のよ
うに矩形または正方形の形状を有しているため、単位レ
ンズ部１６ａと隣接した画素に対応した単位レンズ部１
６ａとの間にレンズ作用を有さないギャップが存在し、
このため、図４の（ａ）の上記ギャップ部に入射するよ
うな光線２８については、液晶表示素子の遮光部１５に
到達し液晶表示素子を透過しない。これに対し、本実施
例では図４の（ｂ）に示す様に、レンズ作用を有する例
えば屈折率分布領域である領域が、液晶表示素子の１画
素に相当する領域１８に対応して、該領域１８と等しい
平面形状の単位レンズ部１６ａとなる様に形成すること
により、上記した図４の（ａ）での前記光線２８は、レ
ンズ作用を受けて液晶表示素子の遮光部１５に到達せ
ず、液晶表示素子を透過するようになる。従って、図４
の（ａ）に対して図４の（ｂ）では液晶表示素子を透過
する光が増え、これによって見かけ上の開口率が大幅に
改善でき、明るい表示が得られる液晶表示素子を実現で
きる。
【００２２】ここで、前記透明平板ガラス基板２６内の
レンズ作用を有する領域は、図５に示すように液晶セル
５に対してどちら側に（表裏どちら側に）形成しても、
あるいは図示していないが場合によって平板ガラス基板
２６の両側から形成してもよい。図５は図１の主要部断
面を模式的に示す図で、同図において、左半分と右半分
では、平板マイクロレンズアレイ１６の透明平板ガラス
基板２６内のレンズ作用を有する領域（単位レンズ部１
６ａ）の形成部位が異なっているが、これは単位レンズ
部１６ａを図中に示すように透明平板ガラス基板２６内
のどちら側から形成しても良いことを示すために並記し
たもので、実際には、いずれか一方側に形成されか、も
しくは、両側から形成される。なお、図１〜図３におい
ては図示の都合上、レンズ作用を有する領域（単位レン
ズ部１６ａ）を前記液晶セル５の透明基板１１の反対側
に設けているが、透明基板１１側に設ける方がレンズの
焦点距離を短くできるので、性能及び製作技術上有利で
ある。
レンズ作用を有する領域は、図５に示すように液晶セル
５に対してどちら側に（表裏どちら側に）形成しても、
あるいは図示していないが場合によって平板ガラス基板
２６の両側から形成してもよい。図５は図１の主要部断
面を模式的に示す図で、同図において、左半分と右半分
では、平板マイクロレンズアレイ１６の透明平板ガラス
基板２６内のレンズ作用を有する領域（単位レンズ部１
６ａ）の形成部位が異なっているが、これは単位レンズ
部１６ａを図中に示すように透明平板ガラス基板２６内
のどちら側から形成しても良いことを示すために並記し
たもので、実際には、いずれか一方側に形成されか、も
しくは、両側から形成される。なお、図１〜図３におい
ては図示の都合上、レンズ作用を有する領域（単位レン
ズ部１６ａ）を前記液晶セル５の透明基板１１の反対側
に設けているが、透明基板１１側に設ける方がレンズの
焦点距離を短くできるので、性能及び製作技術上有利で
ある。
【００２３】以上の説明では、本実施例による平板マイ
クロレンズアレイ１６として、単位レンズ部１６ａの形
状を、液晶表示素子４の１画素に相当する領域１８の形
状に対して完全に一致させた場合を示したが、前記した
レンズの製作過程で作製可能であるような例えば図６の
（ｂ）に示すような形状であっても、前記とほぼ同様
に、従来に比べれば見かけ上の開口率が大幅に改善でき
る、すなわち明るい液晶表示素子を得ることができる。
以下、これについて説明する。
クロレンズアレイ１６として、単位レンズ部１６ａの形
状を、液晶表示素子４の１画素に相当する領域１８の形
状に対して完全に一致させた場合を示したが、前記した
レンズの製作過程で作製可能であるような例えば図６の
（ｂ）に示すような形状であっても、前記とほぼ同様
に、従来に比べれば見かけ上の開口率が大幅に改善でき
る、すなわち明るい液晶表示素子を得ることができる。
以下、これについて説明する。
【００２４】図６は、従来技術の円形状による単位レン
ズ部と、本実施例の液晶表示素子４の平板マイクロレン
ズアレイ１６の変形例による単位レンズ部の形状とを、
対比して示した要部平面図である。同図に示すように、
通常、液晶セルの１画素に対応する領域１８は正方形や
矩形形状である。そこで、該領域１８の形状を例えば図
中に示すように一辺の長さをＬ1 、他辺の長さをＬ2 と
し、また、Ｌ1 よりもＬ2 の方が長い矩形とし、その中
に開口部である画素電極１４と遮光部１５があるとす
る。そして、平板マイクロレンズアレイ１６の単位レン
ズ部１６ａを従来技術の円形状で実現しようとする場
合、隣接する各単位レンズ部１６ａからその最大径は、
図６の（ａ）に示すようにＬ1 となり、その結果、１画
素に対応する領域１８に入射される光線の内、単位レン
ズ部１６ａ（レンズ開口）外に入射される光線について
は有効に利用できない。
ズ部と、本実施例の液晶表示素子４の平板マイクロレン
ズアレイ１６の変形例による単位レンズ部の形状とを、
対比して示した要部平面図である。同図に示すように、
通常、液晶セルの１画素に対応する領域１８は正方形や
矩形形状である。そこで、該領域１８の形状を例えば図
中に示すように一辺の長さをＬ1 、他辺の長さをＬ2 と
し、また、Ｌ1 よりもＬ2 の方が長い矩形とし、その中
に開口部である画素電極１４と遮光部１５があるとす
る。そして、平板マイクロレンズアレイ１６の単位レン
ズ部１６ａを従来技術の円形状で実現しようとする場
合、隣接する各単位レンズ部１６ａからその最大径は、
図６の（ａ）に示すようにＬ1 となり、その結果、１画
素に対応する領域１８に入射される光線の内、単位レン
ズ部１６ａ（レンズ開口）外に入射される光線について
は有効に利用できない。
【００２５】ここで、前記１画素に対応する領域１８に
入射される光線のすべてを有効に利用するために、該領
域１８と等しい形状を有する単位レンズ部１６ａを有す
るようにしたものについては、上述までの記載で説明し
た。ところで、前記１画素に対応する領域１８と等しい
形状を有する単位レンズ部１６ａを形成させる過程（例
えばイオン交換）では、図６の（ｂ）に示すような形状
の単位レンズ部１６ａを有する平板マイクロレンズアレ
イが形成可能であり、この図６の（ｂ）の形状の場合に
も、これまでに説明した構成とほぼ同様に、従来に比べ
見かけ上の開口率の改善効果のある、すなわち明るい液
晶表示素子を得ることができる。すなわち、図６の
（ｂ）に示す平板マイクロレンズアレイの単位レンズ部
１６ａの面積（斜線部の面積）をＳとすると、その面積
Ｓが、 （１）液晶セルの１画素に対応する領域１８がＬ1＜Ｌ2
のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1・Ｌ2 ‥‥‥式 （２）液晶セルの１画素に対応する領域１８がＬ1＝Ｌ2
のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1 2 ‥‥‥式 を満足するような単位レンズ部１６ａを形成した平板マ
イクロレンズアレイであれば、前記した１画素に対応す
る領域１８と等しい形状を有する単位レンズ部１６ａを
形成する場合に比べて、多少見かけ上の開口率の改善効
果は減少するが、従来に較べると見かけ上の開口率を大
きく改善でき、しかも、平板マイクロレンズアレイの形
成（製作）時間が短縮され、コスト低減等の生産性に効
果がある。
入射される光線のすべてを有効に利用するために、該領
域１８と等しい形状を有する単位レンズ部１６ａを有す
るようにしたものについては、上述までの記載で説明し
た。ところで、前記１画素に対応する領域１８と等しい
形状を有する単位レンズ部１６ａを形成させる過程（例
えばイオン交換）では、図６の（ｂ）に示すような形状
の単位レンズ部１６ａを有する平板マイクロレンズアレ
イが形成可能であり、この図６の（ｂ）の形状の場合に
も、これまでに説明した構成とほぼ同様に、従来に比べ
見かけ上の開口率の改善効果のある、すなわち明るい液
晶表示素子を得ることができる。すなわち、図６の
（ｂ）に示す平板マイクロレンズアレイの単位レンズ部
１６ａの面積（斜線部の面積）をＳとすると、その面積
Ｓが、 （１）液晶セルの１画素に対応する領域１８がＬ1＜Ｌ2
のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1・Ｌ2 ‥‥‥式 （２）液晶セルの１画素に対応する領域１８がＬ1＝Ｌ2
のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1 2 ‥‥‥式 を満足するような単位レンズ部１６ａを形成した平板マ
イクロレンズアレイであれば、前記した１画素に対応す
る領域１８と等しい形状を有する単位レンズ部１６ａを
形成する場合に比べて、多少見かけ上の開口率の改善効
果は減少するが、従来に較べると見かけ上の開口率を大
きく改善でき、しかも、平板マイクロレンズアレイの形
成（製作）時間が短縮され、コスト低減等の生産性に効
果がある。
【００２６】以上までに述べた作用は、入射光線９がレ
ンズの光軸に平行入射する場合であるが、次に、入射光
線９がレンズの光軸に対して入射角を有する場合に適用
される平板マイクロレンズアレイの構成例について、図
７を用いて説明する。図７の（ａ）において、前記平板
マイクロレンズアレイ１６を液晶セル５上に設けると、
マイクロレンズアレイの光軸２０に平行な入射光９ａ
は、前述のようにマイクロレンズアレイの各レンズの焦
点位置近傍に集束し、すなわち、液晶セル５に入射する
平行光はすべて遮光部１５でなく画素電極１４（すなわ
ち、開口部）を通過する。一方、図７の（ａ）に示す光
線９ｂのように平板マイクロレンズアレイ１６に入射角
θで入射する場合、図示のように光線９ｂは画素電極１
４に集束せず、遮光部１５に入射してしまう場合があ
る。従って、明るい画像を得ようとした場合には、平板
マイクロレンズアレイ１６に入射する光線のすべてがあ
る程度入射角が小さく揃ったものとすること、及び前記
平板マイクロレンズアレイ１６と画素電極（液晶面）の
間隔（図７の（ａ）の間隔ｄ）を小さくし、さらに、光
源または照明光学系の構成にあわせて最適なマイクロレ
ンズ形状を設定することが望ましい。
ンズの光軸に平行入射する場合であるが、次に、入射光
線９がレンズの光軸に対して入射角を有する場合に適用
される平板マイクロレンズアレイの構成例について、図
７を用いて説明する。図７の（ａ）において、前記平板
マイクロレンズアレイ１６を液晶セル５上に設けると、
マイクロレンズアレイの光軸２０に平行な入射光９ａ
は、前述のようにマイクロレンズアレイの各レンズの焦
点位置近傍に集束し、すなわち、液晶セル５に入射する
平行光はすべて遮光部１５でなく画素電極１４（すなわ
ち、開口部）を通過する。一方、図７の（ａ）に示す光
線９ｂのように平板マイクロレンズアレイ１６に入射角
θで入射する場合、図示のように光線９ｂは画素電極１
４に集束せず、遮光部１５に入射してしまう場合があ
る。従って、明るい画像を得ようとした場合には、平板
マイクロレンズアレイ１６に入射する光線のすべてがあ
る程度入射角が小さく揃ったものとすること、及び前記
平板マイクロレンズアレイ１６と画素電極（液晶面）の
間隔（図７の（ａ）の間隔ｄ）を小さくし、さらに、光
源または照明光学系の構成にあわせて最適なマイクロレ
ンズ形状を設定することが望ましい。
【００２７】図７の（ｂ）は図７の（ａ）をさらに模式
化した図であり、図７の（ｂ）において、１６ａは前記
平板マイクロレンズアレイ１６中の１個の単位レンズ部
である。また、２０は該レンズの光軸であり、１９は液
晶面である。ここで、単位レンズ部１６ａに光源からの
入射光線９がレンズ光軸２０対して角度θで入射すると
した場合、液晶面１９での光源像の大きさＰは、 Ｐ＝２（ｄ／ｎ）ｔａｎθ ‥‥‥式 ただし、 ｄ：単位レンズ部１６ａの後側主点から液晶面１９まで
の距離 ｎ：単位レンズ部１６ａから液晶面１９までの媒質の屈
折率 で近似される。よって、前記図２に示す１画素に対応す
る領域１８中の画素電極１４（すなわち、開口部）の対
角の大きさをＤとするならば、上記式より、 Ｄ≧２（ｄ／ｎ）ｔａｎθ ‥‥‥式 を満足するように各条件を設定すれば、同様に従来の開
口率に依存する光利用率の劣化が大幅に改善され、見か
け上の開口率を大幅に向上できる。
化した図であり、図７の（ｂ）において、１６ａは前記
平板マイクロレンズアレイ１６中の１個の単位レンズ部
である。また、２０は該レンズの光軸であり、１９は液
晶面である。ここで、単位レンズ部１６ａに光源からの
入射光線９がレンズ光軸２０対して角度θで入射すると
した場合、液晶面１９での光源像の大きさＰは、 Ｐ＝２（ｄ／ｎ）ｔａｎθ ‥‥‥式 ただし、 ｄ：単位レンズ部１６ａの後側主点から液晶面１９まで
の距離 ｎ：単位レンズ部１６ａから液晶面１９までの媒質の屈
折率 で近似される。よって、前記図２に示す１画素に対応す
る領域１８中の画素電極１４（すなわち、開口部）の対
角の大きさをＤとするならば、上記式より、 Ｄ≧２（ｄ／ｎ）ｔａｎθ ‥‥‥式 を満足するように各条件を設定すれば、同様に従来の開
口率に依存する光利用率の劣化が大幅に改善され、見か
け上の開口率を大幅に向上できる。
【００２８】図８は本発明の第２実施例に係る液晶表示
素子の斜視図であり、同図において前記図１と同一構成
部は同一符号を付し、その詳細説明は重複を避けるため
省略する。本実施例の特徴は、平板マイクロレンズアレ
イ１６を前記図１に示す液晶セル５の片側の透明基板１
１として兼用（一体形成）して、液晶表示素子４を構成
している点にある。すなわち、前記したように平板マイ
クロレンズアレイ１６として屈折率分布型のものを用い
ることで、外見は精度の良い平板を維持できるので透明
基板１１として十分使用できることに着目し、平板マイ
クロレンズアレイ１６を片側の透明基板１１に代用して
いる。なお、該マイクロレンズアレイ１６の個々のレン
ズ（単位レンズ部１６ａ）形状は、前記図２で示したよ
うに液晶セル中の１画素に対応した領域１８の形状と同
一形状でかつ同一配列に成るようにし、また、マイクロ
レンズアレイ１６の屈折率分布領域は、前記図５で示し
たようにそのどちら側に設けても良いことは前記実施例
と同様である。なお、図示していないが、平板マイクロ
レンズアレイ１６からのアルカリイオンの溶出による液
晶劣化を防ぐために、該平板マイクロレンズアレイ１６
と液晶１３の間に保護膜がアンダーコートされている。
素子の斜視図であり、同図において前記図１と同一構成
部は同一符号を付し、その詳細説明は重複を避けるため
省略する。本実施例の特徴は、平板マイクロレンズアレ
イ１６を前記図１に示す液晶セル５の片側の透明基板１
１として兼用（一体形成）して、液晶表示素子４を構成
している点にある。すなわち、前記したように平板マイ
クロレンズアレイ１６として屈折率分布型のものを用い
ることで、外見は精度の良い平板を維持できるので透明
基板１１として十分使用できることに着目し、平板マイ
クロレンズアレイ１６を片側の透明基板１１に代用して
いる。なお、該マイクロレンズアレイ１６の個々のレン
ズ（単位レンズ部１６ａ）形状は、前記図２で示したよ
うに液晶セル中の１画素に対応した領域１８の形状と同
一形状でかつ同一配列に成るようにし、また、マイクロ
レンズアレイ１６の屈折率分布領域は、前記図５で示し
たようにそのどちら側に設けても良いことは前記実施例
と同様である。なお、図示していないが、平板マイクロ
レンズアレイ１６からのアルカリイオンの溶出による液
晶劣化を防ぐために、該平板マイクロレンズアレイ１６
と液晶１３の間に保護膜がアンダーコートされている。
【００２９】上記した構成をとる本実施例においては、
前記した式における単位レンズ部１６ａの後側主点か
ら前記液晶面１９までの距離ｄを大幅に短くすることが
できるので、入射光線の角度依存によるところの開口率
上への影響がほとんど無くなる利点がある。
前記した式における単位レンズ部１６ａの後側主点か
ら前記液晶面１９までの距離ｄを大幅に短くすることが
できるので、入射光線の角度依存によるところの開口率
上への影響がほとんど無くなる利点がある。
【００３０】図９は、図１に示したような液晶セル５の
透明基板１１上に平板マイクロレンズアレイ１６を密着
した構造と、図８に示したような平板マイクロレンズア
レイ１６を前記透明基板１１として兼用させる構造と
に、おける入射光線の角度に対する開口率の変化を示す
グラフ図である。図９において、横軸はレンズ光軸に対
する入射光線の角度を示し、縦軸は開口率を相対値とし
てそれぞれ示しており、また、図中の破線で示した特性
曲線２１が透明基板１１上に平板マイクロレンズアレイ
１６を密着した構造の場合を、図中の実線で示した特性
曲線２２が平板マイクロレンズアレイ１６を透明基板１
１として兼用させる構造の場合をそれぞれ示している。
同図から明らかなように、平板マイクロレンズアレイを
液晶セルの透明基板として兼用させる構造の場合は、前
記したように、単位レンズ部１６ａの後側主点から液晶
面までの距離ｄを、液晶セルの透明基板上に平板マイク
ロレンズアレイを密着する構造のそれに比べ大幅に短く
することができるので、入射光線の角度依存によるとこ
ろの開口率上への影響がほとんど無いことが判る。ただ
し、透明基板１１上に平板マイクロレンズアレイ１６を
密着した構造の場合にも、前記式の条件式を満足する
ように構成すれば、平板マイクロレンズアレイ１６を透
明基板として兼用させる構造と同等の効果が得られる。
透明基板１１上に平板マイクロレンズアレイ１６を密着
した構造と、図８に示したような平板マイクロレンズア
レイ１６を前記透明基板１１として兼用させる構造と
に、おける入射光線の角度に対する開口率の変化を示す
グラフ図である。図９において、横軸はレンズ光軸に対
する入射光線の角度を示し、縦軸は開口率を相対値とし
てそれぞれ示しており、また、図中の破線で示した特性
曲線２１が透明基板１１上に平板マイクロレンズアレイ
１６を密着した構造の場合を、図中の実線で示した特性
曲線２２が平板マイクロレンズアレイ１６を透明基板１
１として兼用させる構造の場合をそれぞれ示している。
同図から明らかなように、平板マイクロレンズアレイを
液晶セルの透明基板として兼用させる構造の場合は、前
記したように、単位レンズ部１６ａの後側主点から液晶
面までの距離ｄを、液晶セルの透明基板上に平板マイク
ロレンズアレイを密着する構造のそれに比べ大幅に短く
することができるので、入射光線の角度依存によるとこ
ろの開口率上への影響がほとんど無いことが判る。ただ
し、透明基板１１上に平板マイクロレンズアレイ１６を
密着した構造の場合にも、前記式の条件式を満足する
ように構成すれば、平板マイクロレンズアレイ１６を透
明基板として兼用させる構造と同等の効果が得られる。
【００３１】図１０は本発明の第３実施例に係る液晶表
示素子の斜視図であり、前記図１及び図８と同一構成部
は同一符号を付し、その詳細説明は重複を避けるため省
略する。本実施例の特徴は、液晶表示素子（液晶セル）
の両側の面にそれぞれ平板マイクロレンズアレイ１６，
１６を設けた点にある。同図に示す液晶表示素子４は、
前記図８における出射光１０側の透明基板１１をさらに
平板マイクロレンズアレイ１６で兼用したものである
（勿論、図１の実施例のように透明基板１１とは別個の
２枚の平板マイクロレンズアレイ１６を、表裏（入，出
射光側）の透明基板１１にそれぞれ密着させた構成とし
てもよい）。本実施例による作用を図１１を用いて説明
する。
示素子の斜視図であり、前記図１及び図８と同一構成部
は同一符号を付し、その詳細説明は重複を避けるため省
略する。本実施例の特徴は、液晶表示素子（液晶セル）
の両側の面にそれぞれ平板マイクロレンズアレイ１６，
１６を設けた点にある。同図に示す液晶表示素子４は、
前記図８における出射光１０側の透明基板１１をさらに
平板マイクロレンズアレイ１６で兼用したものである
（勿論、図１の実施例のように透明基板１１とは別個の
２枚の平板マイクロレンズアレイ１６を、表裏（入，出
射光側）の透明基板１１にそれぞれ密着させた構成とし
てもよい）。本実施例による作用を図１１を用いて説明
する。
【００３２】図１１は、図１０の要部断面を模式的に示
した図であり、同図において、入射光線９側の平板マイ
クロレンズアレイ１６の単位レンズ部１６ａは、前記図
４から図９で説明した様に開口率を上げる作用を有す
る。また、液晶表示素子４の画素電極１４を透過した出
射光線１０側に設けた平板マイクロレンズアレイ１６の
単位レンズ部１６ｂは、出射光線１０に対し正の屈折力
を有するレンズとして働き、これにより画素電極１４の
像を例えば拡散板３９のような平面に作る作用を有す
る。本実施例においては、出射光１０側の平板マイクロ
レンズアレイ１６の単位レンズ部１６ｂのレンズ特性、
及び単位レンズ部１６ｂと上記拡散板３９との位置関係
は、液晶表示素子４の各画素に対応した画素電極１４の
像が拡散板３９上をすき間無く埋めるように設定してあ
り、このため液晶表示素子４における遮光部１５の像を
拡散板３９上に作らないようにすることができる。これ
により、例えば投写レンズにより拡散板３９の像を拡大
してスクリーン上に投写する場合にも、遮光部１５であ
る影部分が投写されることなく明るく見やすい画像とす
ることが可能となる。
した図であり、同図において、入射光線９側の平板マイ
クロレンズアレイ１６の単位レンズ部１６ａは、前記図
４から図９で説明した様に開口率を上げる作用を有す
る。また、液晶表示素子４の画素電極１４を透過した出
射光線１０側に設けた平板マイクロレンズアレイ１６の
単位レンズ部１６ｂは、出射光線１０に対し正の屈折力
を有するレンズとして働き、これにより画素電極１４の
像を例えば拡散板３９のような平面に作る作用を有す
る。本実施例においては、出射光１０側の平板マイクロ
レンズアレイ１６の単位レンズ部１６ｂのレンズ特性、
及び単位レンズ部１６ｂと上記拡散板３９との位置関係
は、液晶表示素子４の各画素に対応した画素電極１４の
像が拡散板３９上をすき間無く埋めるように設定してあ
り、このため液晶表示素子４における遮光部１５の像を
拡散板３９上に作らないようにすることができる。これ
により、例えば投写レンズにより拡散板３９の像を拡大
してスクリーン上に投写する場合にも、遮光部１５であ
る影部分が投写されることなく明るく見やすい画像とす
ることが可能となる。
【００３３】なお、図１０に示す実施例において、各平
板マイクロレンズアレイ１６，１６と対向電極１２及び
画素電極１４を含む層それぞれの間に、該電極及び平板
マイクロレンズアレイを熱等による損傷から防止するた
めに、ガラス板等の薄い基板あるいは保護層等があって
もよい。
板マイクロレンズアレイ１６，１６と対向電極１２及び
画素電極１４を含む層それぞれの間に、該電極及び平板
マイクロレンズアレイを熱等による損傷から防止するた
めに、ガラス板等の薄い基板あるいは保護層等があって
もよい。
【００３４】次に液晶動作モードの特異な例として、ツ
イステッド・ネマティック（ＴＮ）モードに本発明を適
用する場合の適用例について説明する。本発明のような
液晶表示素子は一般に視角依存性の大きい表示素子であ
り、ＴＮモード液晶素子では特性の良い視角は表示面に
垂直な方向から傾いている。よって、図１２の（ａ）に
示すように入射光線９に対して、前記各実施例の液晶表
示素子４を傾けて配置する方が明るく見えることにな
る。そのため、前記平板マイクロレンズアレイ１６の単
位レンズ部１６ａと前記液晶セル中の画素電極１４との
位置関係を補正する（具体的には入射光線の入射角に応
じて平板マイクロレンズアレイの単位レンズ部１６ａの
光軸を平行移動する）必要がある。以下、この補正条件
について図１２の（ｂ）に示す原理説明図を用いて説明
する。
イステッド・ネマティック（ＴＮ）モードに本発明を適
用する場合の適用例について説明する。本発明のような
液晶表示素子は一般に視角依存性の大きい表示素子であ
り、ＴＮモード液晶素子では特性の良い視角は表示面に
垂直な方向から傾いている。よって、図１２の（ａ）に
示すように入射光線９に対して、前記各実施例の液晶表
示素子４を傾けて配置する方が明るく見えることにな
る。そのため、前記平板マイクロレンズアレイ１６の単
位レンズ部１６ａと前記液晶セル中の画素電極１４との
位置関係を補正する（具体的には入射光線の入射角に応
じて平板マイクロレンズアレイの単位レンズ部１６ａの
光軸を平行移動する）必要がある。以下、この補正条件
について図１２の（ｂ）に示す原理説明図を用いて説明
する。
【００３５】図１２の（ｂ）は、前記第１または第２ま
たは第３実施例の変形例に係る液晶表示素子の原理説明
図である。図１２の（ｂ）において、１６ａは前記平板
マイクロレンズアレイ１６中の１個の単位レンズ部であ
り、本例における平板マイクロレンズアレイ１６は、前
記した図１の実施例の如く透明基板１１上に密着された
もの、もしくは前記した図８の如き透明基板１１と兼用
されたものとされる。また、平板マイクロレンズアレイ
１６中の単位レンズ部１６ａの形状は、前記した図２の
実施例の如く前記した液晶セル中の１画素に対応した領
域（前記図２の１８）と同一であるか、もしくは前記し
た図６の（ｂ）に示した如き形状をもち、単位レンズ部
１６ａの配列は液晶セル中の各画素と同一配列をもつも
のとされている。なお、図中の１９，２０は前記した液
晶面，レンズ光軸である。
たは第３実施例の変形例に係る液晶表示素子の原理説明
図である。図１２の（ｂ）において、１６ａは前記平板
マイクロレンズアレイ１６中の１個の単位レンズ部であ
り、本例における平板マイクロレンズアレイ１６は、前
記した図１の実施例の如く透明基板１１上に密着された
もの、もしくは前記した図８の如き透明基板１１と兼用
されたものとされる。また、平板マイクロレンズアレイ
１６中の単位レンズ部１６ａの形状は、前記した図２の
実施例の如く前記した液晶セル中の１画素に対応した領
域（前記図２の１８）と同一であるか、もしくは前記し
た図６の（ｂ）に示した如き形状をもち、単位レンズ部
１６ａの配列は液晶セル中の各画素と同一配列をもつも
のとされている。なお、図中の１９，２０は前記した液
晶面，レンズ光軸である。
【００３６】図１２の（ｂ）のＡ点は、所定の単位レン
ズ部１６ａに対応する１画素の画素電極１４の中央部を
示しており、液晶面１９を入射光線９対して角度αだけ
傾けて配置するとした場合、単位レンズ部１６ａの光軸
２０とＡ点とのずらし量ｙが、 ｙ＝（ｄ／ｎ）ｔａｎα ‥‥‥式 ただし ｄ：単位レンズ部１６ａの後側主点から液晶面１９まで
の距離 ｎ：単位レンズ部１６ａから液晶面までの媒質の屈折率 を満足するように各条件を設定すれば、液晶表示素子４
を傾けて配置しても、前記各実施例と同様に、従来の開
口率に依存する光利用率の劣化が大幅に改善される。
ズ部１６ａに対応する１画素の画素電極１４の中央部を
示しており、液晶面１９を入射光線９対して角度αだけ
傾けて配置するとした場合、単位レンズ部１６ａの光軸
２０とＡ点とのずらし量ｙが、 ｙ＝（ｄ／ｎ）ｔａｎα ‥‥‥式 ただし ｄ：単位レンズ部１６ａの後側主点から液晶面１９まで
の距離 ｎ：単位レンズ部１６ａから液晶面までの媒質の屈折率 を満足するように各条件を設定すれば、液晶表示素子４
を傾けて配置しても、前記各実施例と同様に、従来の開
口率に依存する光利用率の劣化が大幅に改善される。
【００３７】次に、上述してきた本発明の各実施例の液
晶表示素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置に
ついて説明する。図１３は、図１〜図１２に示した本発
明の各実施例に係る液晶表示素子をライトバルブとして
用いた液晶表示装置の第１実施例を示す原理構成説明図
である。図１３の（ａ），（ｃ）は光源を含む照明系を
有した液晶表示装置の原理構成説明図、図１３の
（ｂ），（ｄ）は光源を含む照明系と投写系を有した投
写型液晶表示装置の原理構成説明図をそれぞれ表してい
る。
晶表示素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置に
ついて説明する。図１３は、図１〜図１２に示した本発
明の各実施例に係る液晶表示素子をライトバルブとして
用いた液晶表示装置の第１実施例を示す原理構成説明図
である。図１３の（ａ），（ｃ）は光源を含む照明系を
有した液晶表示装置の原理構成説明図、図１３の
（ｂ），（ｄ）は光源を含む照明系と投写系を有した投
写型液晶表示装置の原理構成説明図をそれぞれ表してい
る。
【００３８】図１３の（ａ）〜（ｄ）において、１は例
えばメタルハライドランプ，ハロゲンランプ等の光源
（白色光源）、２は凹面鏡、３は集光レンズ群であり、
ライトバルブは、前記した各実施例の液晶表示素子４が
選択的に採用される。ただし、図１３の（ｃ）及び
（ｄ）は、前記した図１２の液晶表示素子４をライトバ
ルブとして用いた場合を示している。
えばメタルハライドランプ，ハロゲンランプ等の光源
（白色光源）、２は凹面鏡、３は集光レンズ群であり、
ライトバルブは、前記した各実施例の液晶表示素子４が
選択的に採用される。ただし、図１３の（ｃ）及び
（ｄ）は、前記した図１２の液晶表示素子４をライトバ
ルブとして用いた場合を示している。
【００３９】図１３の（ａ）において白色光を発する光
源１から出射した光は、凹面鏡２でで反射されるか、あ
るいは光の一部は該凹面鏡２で反射されることなく、そ
れぞれ集光レンズ群３を通過後、液晶表示素子４に入射
される。液晶表示素子４では、前記した平板マイクロレ
ンズアレイ１６の作用によって入射光が有効に画素電極
（開口部）１４に導かれ、遮光部１５による光利用効率
のロスを起こさずに液晶面上の像を拡散板３９に写し、
これにより明るい画像情報が得られる。ここで、前記液
晶表示素子４の駆動回路としては、例えば図１３の
（ａ）の下方に示すようなものが用いられる。すなわ
ち、例えばレーザーディスク，ＶＴＲ等から入力される
ビデオ入力をビデオクロマ処理回路４６により処理し、
これをＲＧＢ出力回路４７に入力し、ＲＧＢ出力回路４
７では、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する（各色に対応する）映像
信号により液晶表示素子４をＡＣ駆動するため、映像信
号を垂直期間ごとに極性反転し、これをＸドライバ４８
を介して液晶表示素子４の所定電極に入力し、またコン
トローラ５１の制御のもとにＹドライバ４９を介して所
定電極に電圧を印加して表示を行わせるようになってい
る。なお、前記ビデオクロマ処理回路４６，ＲＧＢ出力
回路４７，ドライバ４８，及びＹドライバ４９は、同期
処理回路５０，コントローラ５１により同期がとられて
いる。
源１から出射した光は、凹面鏡２でで反射されるか、あ
るいは光の一部は該凹面鏡２で反射されることなく、そ
れぞれ集光レンズ群３を通過後、液晶表示素子４に入射
される。液晶表示素子４では、前記した平板マイクロレ
ンズアレイ１６の作用によって入射光が有効に画素電極
（開口部）１４に導かれ、遮光部１５による光利用効率
のロスを起こさずに液晶面上の像を拡散板３９に写し、
これにより明るい画像情報が得られる。ここで、前記液
晶表示素子４の駆動回路としては、例えば図１３の
（ａ）の下方に示すようなものが用いられる。すなわ
ち、例えばレーザーディスク，ＶＴＲ等から入力される
ビデオ入力をビデオクロマ処理回路４６により処理し、
これをＲＧＢ出力回路４７に入力し、ＲＧＢ出力回路４
７では、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する（各色に対応する）映像
信号により液晶表示素子４をＡＣ駆動するため、映像信
号を垂直期間ごとに極性反転し、これをＸドライバ４８
を介して液晶表示素子４の所定電極に入力し、またコン
トローラ５１の制御のもとにＹドライバ４９を介して所
定電極に電圧を印加して表示を行わせるようになってい
る。なお、前記ビデオクロマ処理回路４６，ＲＧＢ出力
回路４７，ドライバ４８，及びＹドライバ４９は、同期
処理回路５０，コントローラ５１により同期がとられて
いる。
【００４０】図１３の（ｃ）は、液晶表示素子４が入射
光線９に対して視角特性が良くなる方向に角度αだけ傾
けて配置されており、前記図１２で説明した条件を満足
するように構成されている。また、図示はしてないが、
駆動回路としては、図１３の（ａ）に示したもの等が用
いられる。
光線９に対して視角特性が良くなる方向に角度αだけ傾
けて配置されており、前記図１２で説明した条件を満足
するように構成されている。また、図示はしてないが、
駆動回路としては、図１３の（ａ）に示したもの等が用
いられる。
【００４１】図１３の（ｂ），（ｄ）に示した投写型液
晶表示装置では、前記光源１より出射し前記液晶表示素
子４に入射して通過した後の画像情報を、投写レンズ６
によって拡大しスクリーン７上に拡大投影するようにし
ており、これによって明るい拡大画像情報が得られるよ
うになっている。なお、図１３の（ｂ）の駆動回路は図
１３の（ａ）に示したものと同様であり、図１３の
（ｄ）では図示していないが、これと同様の駆動回路が
用いられる。
晶表示装置では、前記光源１より出射し前記液晶表示素
子４に入射して通過した後の画像情報を、投写レンズ６
によって拡大しスクリーン７上に拡大投影するようにし
ており、これによって明るい拡大画像情報が得られるよ
うになっている。なお、図１３の（ｂ）の駆動回路は図
１３の（ａ）に示したものと同様であり、図１３の
（ｄ）では図示していないが、これと同様の駆動回路が
用いられる。
【００４２】なおここで、図１３に示した本実施例で
は、ライトバルブとして液晶表示素子４を１枚使用する
場合であるから、カラー表示の場合には、前記液晶セル
５内に図示していないカラーフィルタを設ける必要があ
ることは当然である。
は、ライトバルブとして液晶表示素子４を１枚使用する
場合であるから、カラー表示の場合には、前記液晶セル
５内に図示していないカラーフィルタを設ける必要があ
ることは当然である。
【００４３】図１４〜図１６は、図１３に示した本発明
の液晶表示装置の第１実施例に係る照明光学系の構成を
示している。以下、この照明光学系について説明する。
図１４において、２ａはその断面形状が楕円形状あるい
は所謂マルチミラーとして形成された凹面鏡、また、２
ｂはその断面形状が放物形状である凹面鏡を示してい
る。
の液晶表示装置の第１実施例に係る照明光学系の構成を
示している。以下、この照明光学系について説明する。
図１４において、２ａはその断面形状が楕円形状あるい
は所謂マルチミラーとして形成された凹面鏡、また、２
ｂはその断面形状が放物形状である凹面鏡を示してい
る。
【００４４】図１４の（ａ）に示した照明光学系の構成
においては、光源１を楕円形状凹面鏡２ａの中心に近い
側の焦点位置（以後、前側楕円焦点と呼ぶ）近傍に配設
しており、こうすることで、前側楕円焦点近傍の光源１
より出射し楕円形状凹面鏡２ａで反射される光は、楕円
形状凹面鏡２ａの液晶表示素子４に近い側の焦点位置
（以後、後側楕円焦点と呼ぶ）近傍に集光する。このた
め、後側楕円焦点位置のライトバルブ側近傍に正のパワ
ーを有する凸レンズである集光レンズ群３を設け、集光
レンズより出射する光線を光軸とほぼ平行あるいは若干
集束ぎみとなるように該集光レンズのパワーを設定する
ことにより、光源１より拡散して出射する光をほとんど
後側焦点位置で集光レンズに入射させることができ、ま
た光線の光軸からの高さが小さく、これにより集光レン
ズ群３の口径を大きくせず、また、少ないレンズ枚数で
収差を劣化させずに光利用効率を上げることができる。
なお、本構成において、光源１が点光源であれば、上記
前側楕円焦点に点光源を設ければ、楕円形状凹面鏡２ａ
で反射される光は全て後側楕円焦点位置に集光すること
になるため、反射された光は全て集光レンズ群３でコン
トロールすることが可能となる。
においては、光源１を楕円形状凹面鏡２ａの中心に近い
側の焦点位置（以後、前側楕円焦点と呼ぶ）近傍に配設
しており、こうすることで、前側楕円焦点近傍の光源１
より出射し楕円形状凹面鏡２ａで反射される光は、楕円
形状凹面鏡２ａの液晶表示素子４に近い側の焦点位置
（以後、後側楕円焦点と呼ぶ）近傍に集光する。このた
め、後側楕円焦点位置のライトバルブ側近傍に正のパワ
ーを有する凸レンズである集光レンズ群３を設け、集光
レンズより出射する光線を光軸とほぼ平行あるいは若干
集束ぎみとなるように該集光レンズのパワーを設定する
ことにより、光源１より拡散して出射する光をほとんど
後側焦点位置で集光レンズに入射させることができ、ま
た光線の光軸からの高さが小さく、これにより集光レン
ズ群３の口径を大きくせず、また、少ないレンズ枚数で
収差を劣化させずに光利用効率を上げることができる。
なお、本構成において、光源１が点光源であれば、上記
前側楕円焦点に点光源を設ければ、楕円形状凹面鏡２ａ
で反射される光は全て後側楕円焦点位置に集光すること
になるため、反射された光は全て集光レンズ群３でコン
トロールすることが可能となる。
【００４５】図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）の場合
と同様に楕円形状凹面鏡２ａを用いて、その前側楕円焦
点近傍に光源１を配しており、図に示すように楕円形状
凹面鏡２ａの前記後側楕円焦点位置の光源側近傍に負の
パワーを有する集光レンズ群３を設けた構成とすること
により、図１４の（ａ）で示したものと同様の効果を得
ることができるようになっている。
と同様に楕円形状凹面鏡２ａを用いて、その前側楕円焦
点近傍に光源１を配しており、図に示すように楕円形状
凹面鏡２ａの前記後側楕円焦点位置の光源側近傍に負の
パワーを有する集光レンズ群３を設けた構成とすること
により、図１４の（ａ）で示したものと同様の効果を得
ることができるようになっている。
【００４６】また、図１４の（ｃ）に示す照明光学系構
成においては、光源１を放物形状凹面鏡２ｂの焦点位置
（以後、放物焦点と呼ぶ）近傍に配設しており、こうす
ることで、放物形状凹面鏡２ｂの放物焦点近傍の光源１
より出射し放物形状凹面鏡２ｂで反射された光は、凹面
鏡の放物形状からほぼ光軸に平行に出射する。このた
め、図１４の（ｃ）に示すように、放物形状凹面鏡２ｂ
の光出射位置に正のパワーを有する集光レンズ２３ａを
設けることにより、光源１より拡散して出射する光線は
ほとんど該集光レンズ２３ａを通過する。そして、集光
レンズ２３ａを通過した光線は、該集光レンズ２３ａの
焦点付近で集束し、その近傍のライトバルブ側に図１４
の（ｃ）に示すように、正のパワーを有する集光レンズ
２３ｂを設けて、前記集光レンズ２３ａの焦点付近にお
ける最も光のエネルギーの大きい位置に合わせて集光レ
ンズ２３ｂのパワー及び位置を決めることにより、光源
１からの光をライトバルブ上にほとんど照射させること
が可能となる。この場合も、図１４の（ａ）及び（ｂ）
の場合と同様の理由により集光レンズ２３ｂの口径は大
きくせずに済む。
成においては、光源１を放物形状凹面鏡２ｂの焦点位置
（以後、放物焦点と呼ぶ）近傍に配設しており、こうす
ることで、放物形状凹面鏡２ｂの放物焦点近傍の光源１
より出射し放物形状凹面鏡２ｂで反射された光は、凹面
鏡の放物形状からほぼ光軸に平行に出射する。このた
め、図１４の（ｃ）に示すように、放物形状凹面鏡２ｂ
の光出射位置に正のパワーを有する集光レンズ２３ａを
設けることにより、光源１より拡散して出射する光線は
ほとんど該集光レンズ２３ａを通過する。そして、集光
レンズ２３ａを通過した光線は、該集光レンズ２３ａの
焦点付近で集束し、その近傍のライトバルブ側に図１４
の（ｃ）に示すように、正のパワーを有する集光レンズ
２３ｂを設けて、前記集光レンズ２３ａの焦点付近にお
ける最も光のエネルギーの大きい位置に合わせて集光レ
ンズ２３ｂのパワー及び位置を決めることにより、光源
１からの光をライトバルブ上にほとんど照射させること
が可能となる。この場合も、図１４の（ａ）及び（ｂ）
の場合と同様の理由により集光レンズ２３ｂの口径は大
きくせずに済む。
【００４７】図１４の（ｄ）に示した構成は、図１４の
（ｃ）の構成において、集光レンズ２３ｂを負のパワー
を有する集光レンズ２４ｂとしたものである。すなわ
ち、図１４の（ｄ）に示した構成においては、図１４の
（ｃ）における集光レンズ２３ａと同様の作用を有する
集光レンズ２４ａを通過した光線がほぼ焦点を結ぶ光軸
上の位置近傍の光源側に、負のパワーを有する集光レン
ズ２４ｂが設けられ、該集光レンズ２４ｂより出射した
光は、ほとんどライトバルブに入射する様に集光レンズ
２４ｂのパワー及び位置を設定してある。
（ｃ）の構成において、集光レンズ２３ｂを負のパワー
を有する集光レンズ２４ｂとしたものである。すなわ
ち、図１４の（ｄ）に示した構成においては、図１４の
（ｃ）における集光レンズ２３ａと同様の作用を有する
集光レンズ２４ａを通過した光線がほぼ焦点を結ぶ光軸
上の位置近傍の光源側に、負のパワーを有する集光レン
ズ２４ｂが設けられ、該集光レンズ２４ｂより出射した
光は、ほとんどライトバルブに入射する様に集光レンズ
２４ｂのパワー及び位置を設定してある。
【００４８】以上のように図１４の各構成では、各集光
レンズのパワー及び位置により、簡単な構成で光源より
出射する光のほとんどをライトバルブに集めるようにコ
ントロールできるとともに、光源から拡散して出射する
光を一度集束する方向にし、その集束位置近傍で光をコ
ントロールするため、照明系の全長にかかわらずライト
バルブへの入射光をコントロールでき、さらに照明系光
源より出射するエネルギーの比較的強い光に対し、液晶
表示素子あるいはマイクロレンズアレイに入射する光線
の光軸に対する入射角を大きくしないで済む。このた
め、前記液晶表示素子４において図７で述べたように平
板マイクロレンズアレイと液晶面との間隔ｄを従来より
も短くしなくても、図１４の照明光学系を用いることに
よって、明るくかつコンパクトで性能の良い液晶表示装
置が実現できることとなる。
レンズのパワー及び位置により、簡単な構成で光源より
出射する光のほとんどをライトバルブに集めるようにコ
ントロールできるとともに、光源から拡散して出射する
光を一度集束する方向にし、その集束位置近傍で光をコ
ントロールするため、照明系の全長にかかわらずライト
バルブへの入射光をコントロールでき、さらに照明系光
源より出射するエネルギーの比較的強い光に対し、液晶
表示素子あるいはマイクロレンズアレイに入射する光線
の光軸に対する入射角を大きくしないで済む。このた
め、前記液晶表示素子４において図７で述べたように平
板マイクロレンズアレイと液晶面との間隔ｄを従来より
も短くしなくても、図１４の照明光学系を用いることに
よって、明るくかつコンパクトで性能の良い液晶表示装
置が実現できることとなる。
【００４９】図１５は、本発明の液晶表示装置の第１実
施例に係る図１４の照明光学系の変形例の１つを示して
いる。図１５は、図１４における照明光学系構成の
（ｃ）のタイプと同様の構成となっている。すなわち、
光を放射する光源１と、該光源１からの出射光を、映像
信号に応じた光学像が形成される液晶表示素子４上に照
射させる作用を有する凹面鏡２及び集光レンズ群３と、
からなる照明光学系において、凹面鏡２を放物形状凹面
鏡２ｂとし、さらに光源１からの出射光が放物形状凹面
鏡２ｂを出射する近傍に正の屈折力を有す集光レンズ２
３ａを設け、また、液晶表示素子４近傍に光源側面を非
球面とした集光レンズ２３ｂを設けた構成としている。
以上の如く、放物形状凹面鏡２ｂの光出射位置に正のパ
ワーを有する集光レンズ２３ａを設けることにより、光
源１より拡散して出射する光線はほとんど集光レンズ２
３ａを通過する。そして、集光レンズ２３ａを通過した
光線は、集光レンズ２３ａの焦点付近で集束し、その近
傍ライトバルブ側に正の屈折力を有する集光レンズ２３
ｂを設けて、前記集光レンズ２３ａの焦点付近における
最も光のエネルギーの大きい位置に合わせて集光レンズ
２３ｂのパワー及び位置を決めることによって、光源１
からの光をライトバルブ上にほとんど照射させることが
可能となる。また、集光レンズ２３ａの光源側と集光レ
ンズ２３ｂのライトバルブ側はそれぞれ平坦な所謂平凸
レンズとなっており製造がしやすく、また、組立てが簡
易となる。この構成によれば収差の悪化も少なく、さら
に、集光レンズ２３ｂの光源側面に非球面を設けること
により、レンズ中心厚さを厚くせずにレンズの周辺を通
過する光線の収差を低減できる。このように本例では、
前記液晶表示素子４内の平板マイクロレンズアレイ１６
に入射する光線がほとんど液晶表示素子４を通過する様
に各集光レンズのパワーを設定してあるので、光利用効
率及び開口率が高くなり、本照明光学系を用いることで
明るい液晶表示装置をコンパクトに構築することが可能
となる。なお本例によれば、前記図８で示した平板マイ
クロレンズアレイを液晶セルの片側の透明基板として兼
用（一体形成）した構成で、光学全長（図１５における
Ｌ）を２５０ｍｍと小型化でき、さらに、光利用効率を
通常の光源のみで液晶表示素子を照射した場合に較べて
１．４倍と高めることができ、また、見かけ上の開口率
もマイクロレンズアレイが無い場合に対しては約２倍と
することが可能になるという良好な実験結果を得てい
る。
施例に係る図１４の照明光学系の変形例の１つを示して
いる。図１５は、図１４における照明光学系構成の
（ｃ）のタイプと同様の構成となっている。すなわち、
光を放射する光源１と、該光源１からの出射光を、映像
信号に応じた光学像が形成される液晶表示素子４上に照
射させる作用を有する凹面鏡２及び集光レンズ群３と、
からなる照明光学系において、凹面鏡２を放物形状凹面
鏡２ｂとし、さらに光源１からの出射光が放物形状凹面
鏡２ｂを出射する近傍に正の屈折力を有す集光レンズ２
３ａを設け、また、液晶表示素子４近傍に光源側面を非
球面とした集光レンズ２３ｂを設けた構成としている。
以上の如く、放物形状凹面鏡２ｂの光出射位置に正のパ
ワーを有する集光レンズ２３ａを設けることにより、光
源１より拡散して出射する光線はほとんど集光レンズ２
３ａを通過する。そして、集光レンズ２３ａを通過した
光線は、集光レンズ２３ａの焦点付近で集束し、その近
傍ライトバルブ側に正の屈折力を有する集光レンズ２３
ｂを設けて、前記集光レンズ２３ａの焦点付近における
最も光のエネルギーの大きい位置に合わせて集光レンズ
２３ｂのパワー及び位置を決めることによって、光源１
からの光をライトバルブ上にほとんど照射させることが
可能となる。また、集光レンズ２３ａの光源側と集光レ
ンズ２３ｂのライトバルブ側はそれぞれ平坦な所謂平凸
レンズとなっており製造がしやすく、また、組立てが簡
易となる。この構成によれば収差の悪化も少なく、さら
に、集光レンズ２３ｂの光源側面に非球面を設けること
により、レンズ中心厚さを厚くせずにレンズの周辺を通
過する光線の収差を低減できる。このように本例では、
前記液晶表示素子４内の平板マイクロレンズアレイ１６
に入射する光線がほとんど液晶表示素子４を通過する様
に各集光レンズのパワーを設定してあるので、光利用効
率及び開口率が高くなり、本照明光学系を用いることで
明るい液晶表示装置をコンパクトに構築することが可能
となる。なお本例によれば、前記図８で示した平板マイ
クロレンズアレイを液晶セルの片側の透明基板として兼
用（一体形成）した構成で、光学全長（図１５における
Ｌ）を２５０ｍｍと小型化でき、さらに、光利用効率を
通常の光源のみで液晶表示素子を照射した場合に較べて
１．４倍と高めることができ、また、見かけ上の開口率
もマイクロレンズアレイが無い場合に対しては約２倍と
することが可能になるという良好な実験結果を得てい
る。
【００５０】図１６は、本発明の液晶表示装置の第１実
施例に係る図１４の照明光学系の変形例の他の１例を示
している。図１６の構成は、前記図１４における照明光
学系構成の（ａ）のタイプと同様の構成となっている。
すなわち、楕円形状凹面鏡２ａの前側楕円焦点近傍の光
源１より出射する光は、楕円形状凹面鏡２ａで反射され
て楕円形状凹面鏡２ａの後側楕円焦点近傍に集光する。
このため、後側楕円焦点位置のライトバルブ側近傍に正
のパワーを有する凸レンズである集光レンズ２５ａ及び
集光レンズ２５ｂを設け、集光レンズより出射する光線
を光軸とほぼ平行あるいは若干集束ぎみとなるように該
集光レンズのパワーを設定することにより、光源１より
拡散して出射する光をほとんど後側焦点位置で集光レン
ズに入射させ、ライトバルブへ照射させることができ
る。また集光レンズ２５ａ，２５ｂ近傍での光線の光軸
からの高さが小さく、これにより集光レンズ２５ａ及び
集光レンズ２５ｂの口径を大きくせず、また、少ないレ
ンズ枚数で収差を劣化させずに光利用効率を上げること
ができ、さらに集光レンズ２５ａ，２５ｂを平凸レンズ
としているので製造が容易になる。さらにまた、前記と
同様に液晶表示素子４内の平板マイクロレンズアレイ１
６に入射する光線も入射角がきつくなることがない。こ
のため、光利用効率及び開口率が高くなって、本照明光
学系を用いることによって明るい液晶表示装置がコンパ
クトなものとして実現できる。
施例に係る図１４の照明光学系の変形例の他の１例を示
している。図１６の構成は、前記図１４における照明光
学系構成の（ａ）のタイプと同様の構成となっている。
すなわち、楕円形状凹面鏡２ａの前側楕円焦点近傍の光
源１より出射する光は、楕円形状凹面鏡２ａで反射され
て楕円形状凹面鏡２ａの後側楕円焦点近傍に集光する。
このため、後側楕円焦点位置のライトバルブ側近傍に正
のパワーを有する凸レンズである集光レンズ２５ａ及び
集光レンズ２５ｂを設け、集光レンズより出射する光線
を光軸とほぼ平行あるいは若干集束ぎみとなるように該
集光レンズのパワーを設定することにより、光源１より
拡散して出射する光をほとんど後側焦点位置で集光レン
ズに入射させ、ライトバルブへ照射させることができ
る。また集光レンズ２５ａ，２５ｂ近傍での光線の光軸
からの高さが小さく、これにより集光レンズ２５ａ及び
集光レンズ２５ｂの口径を大きくせず、また、少ないレ
ンズ枚数で収差を劣化させずに光利用効率を上げること
ができ、さらに集光レンズ２５ａ，２５ｂを平凸レンズ
としているので製造が容易になる。さらにまた、前記と
同様に液晶表示素子４内の平板マイクロレンズアレイ１
６に入射する光線も入射角がきつくなることがない。こ
のため、光利用効率及び開口率が高くなって、本照明光
学系を用いることによって明るい液晶表示装置がコンパ
クトなものとして実現できる。
【００５１】図１７は、図１〜図１２に示した本発明の
各実施例に係る液晶表示素子をライトバルブとして用い
た液晶表示装置の第２実施例を示す原理構成説明図であ
る。図１７において、前記図１３と同一構成部は同一符
号を付し、その説明は重複を避けるため省略する。ま
た、図示していないが、駆動回路構成としては図１３と
同様のものが用いられる。
各実施例に係る液晶表示素子をライトバルブとして用い
た液晶表示装置の第２実施例を示す原理構成説明図であ
る。図１７において、前記図１３と同一構成部は同一符
号を付し、その説明は重複を避けるため省略する。ま
た、図示していないが、駆動回路構成としては図１３と
同様のものが用いられる。
【００５２】本実施例の特徴は、凹面鏡２の形状を、照
明光学系の光軸に垂直な断面への射影が、前記図１〜図
１２に示した液晶表示素子４の画素における光を透過す
る部分である開口部（画素電極１４）の形状とほぼ相似
となるようにしている点にある。あるいはまた、光源１
を照明光学系の光軸に垂直な断面において、前記図１〜
図１２に示した液晶表示素子４の画素における光を透過
する部分である開口部（画素電極１４）の形状とほぼ相
似となる形状としている点にある。なお、本実施例で
は、ライトバルブとして液晶表示素子４を１枚使用する
場合であるから、カラー表示の場合には、前記液晶セル
５内に図示していないカラーフィルタを設ける必要があ
ることは当然である。
明光学系の光軸に垂直な断面への射影が、前記図１〜図
１２に示した液晶表示素子４の画素における光を透過す
る部分である開口部（画素電極１４）の形状とほぼ相似
となるようにしている点にある。あるいはまた、光源１
を照明光学系の光軸に垂直な断面において、前記図１〜
図１２に示した液晶表示素子４の画素における光を透過
する部分である開口部（画素電極１４）の形状とほぼ相
似となる形状としている点にある。なお、本実施例で
は、ライトバルブとして液晶表示素子４を１枚使用する
場合であるから、カラー表示の場合には、前記液晶セル
５内に図示していないカラーフィルタを設ける必要があ
ることは当然である。
【００５３】以下、図１８を用いて作用を説明する。マ
イクロレンズに入射する光が様々な角度であるのは、例
えば該マイクロレンズから見た光源の大きさが、光源と
マイクロレンズの距離に比べて無視できない大きさを持
っているようなときである。（なお、ここでいうマイク
ロレンズから見た光源とは、光源からマイクロレンズに
到達する光が凹面鏡のような照明光学系を通過する場合
には、該照明光学系による光源の像を意味し、また光源
とマイクロレンズの距離とは該光源の像の距離を示して
いる。）その場合、前記液晶表示素子の液晶面近傍に光
源の像を結像するように、マイクロレンズの焦点距離な
どの条件を設定した方が開口率が良く、明るい表示装置
が得られる。しかしそうした場合には、光源の形状が、
そのまま液晶表示素子の開口通過光束形状に反映され
る。このため、図１８の（ａ）に示すように、平板マイ
クロレンズアレイ１６から見た光源１の形状が円形で、
液晶表示素子の１画素に対応する領域１８中の開口部で
ある、すなわち、画素電極１４の形状が矩形であるよう
な場合には、画素電極１４を通過する光束形状２９ａが
該画素電極１４の形状よりも小さくなり、画素電極１４
よりも狭い範囲のみが明るくなり、それ以外の部分は暗
くなって、液晶表示装置全体としては所謂ブラックマト
リクスの範囲が大きくなり、画像品位の悪い見にくい表
示装置となってしまう。
イクロレンズに入射する光が様々な角度であるのは、例
えば該マイクロレンズから見た光源の大きさが、光源と
マイクロレンズの距離に比べて無視できない大きさを持
っているようなときである。（なお、ここでいうマイク
ロレンズから見た光源とは、光源からマイクロレンズに
到達する光が凹面鏡のような照明光学系を通過する場合
には、該照明光学系による光源の像を意味し、また光源
とマイクロレンズの距離とは該光源の像の距離を示して
いる。）その場合、前記液晶表示素子の液晶面近傍に光
源の像を結像するように、マイクロレンズの焦点距離な
どの条件を設定した方が開口率が良く、明るい表示装置
が得られる。しかしそうした場合には、光源の形状が、
そのまま液晶表示素子の開口通過光束形状に反映され
る。このため、図１８の（ａ）に示すように、平板マイ
クロレンズアレイ１６から見た光源１の形状が円形で、
液晶表示素子の１画素に対応する領域１８中の開口部で
ある、すなわち、画素電極１４の形状が矩形であるよう
な場合には、画素電極１４を通過する光束形状２９ａが
該画素電極１４の形状よりも小さくなり、画素電極１４
よりも狭い範囲のみが明るくなり、それ以外の部分は暗
くなって、液晶表示装置全体としては所謂ブラックマト
リクスの範囲が大きくなり、画像品位の悪い見にくい表
示装置となってしまう。
【００５４】そこで、図１８の（ｂ）に示すように、平
板マイクロレンズアレイ１６側から見た光源１の形状、
すなわち光源の光軸に垂直な断面の形状が、画素電極１
４の形状とほぼ相似となるようなものであれば、結像位
置近傍の光束形状２９ｂが画素電極１４の形状とほぼ一
致し、これにより開口率も高くなって、明るく、かつ見
やすい液晶表示装置が得られる。以下、図１９〜図２１
によって、結像位置近傍の光束形状２９ｂを画素電極１
４の形状とほぼ一致させるための具体的構成例を説明す
る。
板マイクロレンズアレイ１６側から見た光源１の形状、
すなわち光源の光軸に垂直な断面の形状が、画素電極１
４の形状とほぼ相似となるようなものであれば、結像位
置近傍の光束形状２９ｂが画素電極１４の形状とほぼ一
致し、これにより開口率も高くなって、明るく、かつ見
やすい液晶表示装置が得られる。以下、図１９〜図２１
によって、結像位置近傍の光束形状２９ｂを画素電極１
４の形状とほぼ一致させるための具体的構成例を説明す
る。
【００５５】図１９は、本発明の液晶表示装置の第２実
施例に係る光源の概略構成を示す説明図である。本例に
よる光源１としては、例えば図１９の（ａ），（ｂ）に
示すようなハロゲンランプ３０が用いられる。ハロゲン
ランプ３０は、石英製細管中に例えばアルゴンガスに少
量のちっ素ガスを混合したような封入ガスとともに、よ
う素，臭素，塩素，ふっ素などのハロゲンを微量添加し
たものを封入し、石英製細管中に例えばタングステンの
ようなもので作られフィラメント３１を設けたものであ
る。ここで、上記フィラメント３１を図１９の（ｂ）に
示すように、光軸に垂直な断面において略矩形形状をし
たものとし、マイクロレンズによって見かけ上の開口率
を大きくすることを目的に光源の像を液晶表示素子４の
開口部１４近傍に結像させた場合には、前記図１８の
（ｂ）に示したように光束が開口部１４を通過するた
め、液晶表示装置４による画像が見やすいものとなる。
施例に係る光源の概略構成を示す説明図である。本例に
よる光源１としては、例えば図１９の（ａ），（ｂ）に
示すようなハロゲンランプ３０が用いられる。ハロゲン
ランプ３０は、石英製細管中に例えばアルゴンガスに少
量のちっ素ガスを混合したような封入ガスとともに、よ
う素，臭素，塩素，ふっ素などのハロゲンを微量添加し
たものを封入し、石英製細管中に例えばタングステンの
ようなもので作られフィラメント３１を設けたものであ
る。ここで、上記フィラメント３１を図１９の（ｂ）に
示すように、光軸に垂直な断面において略矩形形状をし
たものとし、マイクロレンズによって見かけ上の開口率
を大きくすることを目的に光源の像を液晶表示素子４の
開口部１４近傍に結像させた場合には、前記図１８の
（ｂ）に示したように光束が開口部１４を通過するた
め、液晶表示装置４による画像が見やすいものとなる。
【００５６】また、図１９の（ｃ），（ｄ）には本例に
おける光源１の他の１例たるメタルハライドランプ３２
を示している。メタルハライドランプ３２は高圧水銀蒸
気中のアーク放電現象を利用したランプであり、図中に
示すように例えば石英製であるバルブ３３内に１対の電
極３４を気密封着してあり、内部に主にアルゴンである
ような希ガスと水銀、及び発光物質である金属ハロゲン
化物が封入してあり、これにより電極の間で放電が始ま
ると、その熱により水銀が蒸発し数気圧から十数気圧の
高圧気体となり、中心部に高温のアーク３５を生じ、金
属のハロゲン化物は該アーク３５からの熱によって一部
または全部が蒸発し、アーク中で金属元素特有の光を発
生させる作用があるものである。図１９の（ｄ）は上記
バルブ３３の断面図を示し、該バルブ３３はその表面か
ら出射する光が拡散されるような作用を有し、その断面
形状が略矩形形状となっていて、これにより図１９の
（ａ），（ｂ）に示した光源の例と同等の効果が得られ
る。なおここでは、光源の例として上記２つを挙げた
が、光源の断面形状は例えば液晶表示素子の画素電極１
４（開口部）の形状が円形であれば円形であるように、
画素電極１４（開口部）の形状とほぼ相似の形状となっ
ていれば良く、さらに光源としてはハロゲンランプある
いはメタルハライドランプ以外にもキセノンランプなど
の他の発光体を用いても良い。
おける光源１の他の１例たるメタルハライドランプ３２
を示している。メタルハライドランプ３２は高圧水銀蒸
気中のアーク放電現象を利用したランプであり、図中に
示すように例えば石英製であるバルブ３３内に１対の電
極３４を気密封着してあり、内部に主にアルゴンである
ような希ガスと水銀、及び発光物質である金属ハロゲン
化物が封入してあり、これにより電極の間で放電が始ま
ると、その熱により水銀が蒸発し数気圧から十数気圧の
高圧気体となり、中心部に高温のアーク３５を生じ、金
属のハロゲン化物は該アーク３５からの熱によって一部
または全部が蒸発し、アーク中で金属元素特有の光を発
生させる作用があるものである。図１９の（ｄ）は上記
バルブ３３の断面図を示し、該バルブ３３はその表面か
ら出射する光が拡散されるような作用を有し、その断面
形状が略矩形形状となっていて、これにより図１９の
（ａ），（ｂ）に示した光源の例と同等の効果が得られ
る。なおここでは、光源の例として上記２つを挙げた
が、光源の断面形状は例えば液晶表示素子の画素電極１
４（開口部）の形状が円形であれば円形であるように、
画素電極１４（開口部）の形状とほぼ相似の形状となっ
ていれば良く、さらに光源としてはハロゲンランプある
いはメタルハライドランプ以外にもキセノンランプなど
の他の発光体を用いても良い。
【００５７】図２０は、本発明の液晶表示装置の第２実
施例に係る凹面鏡の１例の概略構成を示す図であり、図
２０の（ａ）はその断面図、図２０の（ｂ）はその平面
図である。図２０に示す凹面鏡は、例えば光軸に沿った
断面が楕円形状の楕円面鏡や、光軸に沿った断面が放物
形状の放物面鏡などにおいて、該凹面鏡を光源１から放
射した光が進む光軸方向から見た場合に、図２０の
（ｂ）に示すように、前記画素電極１４の形状とほぼ相
似となるように作成した略矩形凹面鏡３６を示してい
る。斯様な略矩形凹面鏡３６とすることにより、光源１
の形状によらず、前記平板マイクロレンズアレイ１６に
よって光源１の像を液晶表示素子４の液晶面近傍に結像
させた場合に、前記図１８の（ｂ）に示したように結像
位置近傍の光束形状２９ｂが画素電極１４の形状とほぼ
一致したものとなって、光利用効率が高まり、液晶表示
装置の画像が見やすいものとなる。なお本例では、光源
１についても図１９に示した前記画素電極１４（開口
部）の形状とほぼ相似の形状となるものを使用すること
により、光利用効率をより一層向上させている。
施例に係る凹面鏡の１例の概略構成を示す図であり、図
２０の（ａ）はその断面図、図２０の（ｂ）はその平面
図である。図２０に示す凹面鏡は、例えば光軸に沿った
断面が楕円形状の楕円面鏡や、光軸に沿った断面が放物
形状の放物面鏡などにおいて、該凹面鏡を光源１から放
射した光が進む光軸方向から見た場合に、図２０の
（ｂ）に示すように、前記画素電極１４の形状とほぼ相
似となるように作成した略矩形凹面鏡３６を示してい
る。斯様な略矩形凹面鏡３６とすることにより、光源１
の形状によらず、前記平板マイクロレンズアレイ１６に
よって光源１の像を液晶表示素子４の液晶面近傍に結像
させた場合に、前記図１８の（ｂ）に示したように結像
位置近傍の光束形状２９ｂが画素電極１４の形状とほぼ
一致したものとなって、光利用効率が高まり、液晶表示
装置の画像が見やすいものとなる。なお本例では、光源
１についても図１９に示した前記画素電極１４（開口
部）の形状とほぼ相似の形状となるものを使用すること
により、光利用効率をより一層向上させている。
【００５８】図２１は、本発明の液晶表示装置の第２実
施例に係る凹面鏡の他の１例の概略構成を示す図であ
り、図２１の（ａ）はその断面図、図２１の（ｂ）はそ
の平面図である。図２１においては、凹面鏡を、前記図
２０の略矩形凹面鏡３６と、その中央部をくり抜いた反
射鏡３７との組合せにより構成している。すなわち本例
では、光源１から出射した光束の内、略矩形凹面鏡３６
で反射せずに外部に拡散する光束を反射鏡３７で反射さ
せ、再び光源１の方向に戻す作用を持たせることによ
り、光利用効率を前記図２０に比べて更に向上させ、よ
り明るい見やすい液晶表示装置が得られるようになって
いる。なお、上記反射鏡３７は球面鏡や放物面鏡あるい
は楕円面鏡、もしくはさらに高次の非球面である鏡であ
り、形状及び設ける位置は、光利用効率が最適となるよ
うに設定される。
施例に係る凹面鏡の他の１例の概略構成を示す図であ
り、図２１の（ａ）はその断面図、図２１の（ｂ）はそ
の平面図である。図２１においては、凹面鏡を、前記図
２０の略矩形凹面鏡３６と、その中央部をくり抜いた反
射鏡３７との組合せにより構成している。すなわち本例
では、光源１から出射した光束の内、略矩形凹面鏡３６
で反射せずに外部に拡散する光束を反射鏡３７で反射さ
せ、再び光源１の方向に戻す作用を持たせることによ
り、光利用効率を前記図２０に比べて更に向上させ、よ
り明るい見やすい液晶表示装置が得られるようになって
いる。なお、上記反射鏡３７は球面鏡や放物面鏡あるい
は楕円面鏡、もしくはさらに高次の非球面である鏡であ
り、形状及び設ける位置は、光利用効率が最適となるよ
うに設定される。
【００５９】以上の図１７〜図２１に示した構成によれ
ば、前記液晶表示素子４に設けた平板マイクロレンズア
レイ１６によって、見かけ上の（実質的な）開口率がマ
イクロレンズアレイが無い場合に対して約２倍となり、
さらには、液晶表示素子４の開口部１４形状に対応した
透過光束形状となるようにした光源あるいは凹面鏡によ
って、液晶表示素子の開口部全体を光が通過し、より明
るく、さらに、見やすい画像表示とすることが可能とな
った。なお、図１７に示す実施例の集光レンズ群３を、
前記図１４〜図１６に示した構成にすることにより、さ
らに、コンパクトで、かつ、明るい液晶表示装置が得ら
れる。また、図１７に示した実施例は、直視型液晶表示
装置の例を示したが、これらを用いて図１３の（ｂ），
（ｄ）に示すように投写レンズによりスクリーン上に画
像を表示する投写型液晶表示装置に応用しても良いこと
は言うまでもない。
ば、前記液晶表示素子４に設けた平板マイクロレンズア
レイ１６によって、見かけ上の（実質的な）開口率がマ
イクロレンズアレイが無い場合に対して約２倍となり、
さらには、液晶表示素子４の開口部１４形状に対応した
透過光束形状となるようにした光源あるいは凹面鏡によ
って、液晶表示素子の開口部全体を光が通過し、より明
るく、さらに、見やすい画像表示とすることが可能とな
った。なお、図１７に示す実施例の集光レンズ群３を、
前記図１４〜図１６に示した構成にすることにより、さ
らに、コンパクトで、かつ、明るい液晶表示装置が得ら
れる。また、図１７に示した実施例は、直視型液晶表示
装置の例を示したが、これらを用いて図１３の（ｂ），
（ｄ）に示すように投写レンズによりスクリーン上に画
像を表示する投写型液晶表示装置に応用しても良いこと
は言うまでもない。
【００６０】図２２は、本発明の実施例に係る液晶表示
素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置の第３実
施例を示す構成図である。図２２は、本発明による液晶
表示素子４を所謂色の３原色であるＲ（赤色），Ｇ（緑
色），Ｂ（青色）の３色にそれぞれ対応して、合計３枚
用いた３板式投写型液晶表示装置を示している。同図に
おいて、例えばメタルハライド，キセノン，ハロゲン等
のランプを用いた光源１より出射した光線は直接あるい
は凹面鏡２で反射され、熱線を反射し可視光を通過させ
る赤外カットフィルタ４５を通過し、集光レンズ群３に
入射した後光軸に対してほぼ平行となる様に出射され、
その後光線は、該光線の光軸に対して４５°の角度に配
置されたＢ反射ダイクロイックミラー４０ａにより、Ｂ
（青色）の光は反射され、Ｒ（赤色）とＧ（緑色）の光
は透過する。反射したＢ光線は、全反射ミラー４１によ
りその光路を折り曲げられて第１の液晶表示素子４に入
射される。一方、Ｂ反射ダイクロイックミラー４０ａを
透過したＲ及びＧ光線は、該光線の光軸に対して４５°
の角度に配置されたＧ反射ダイクロイックミラー４０ｂ
に入射し、該Ｇ反射ダイクロイックミラー４０ｂにより
Ｇ光線は反射され、Ｒ光線は透過する。反射したＧ光線
はそのまま第２の液晶表示素子４に入射される。また、
Ｇ反射ダイクロイックミラー４０ｂを透過したＲ光線
は、全反射ミラー４１，４１によりその光路を折り曲げ
られて第３の液晶表示素子４に入射される。さらに、各
液晶表示素子４の液晶１３面上に表示されるＲ，Ｇ，Ｂ
それぞれに対応する画像を、Ｂ反射面４３及びＲ反射面
４４を有し、かつその反射面は各色の光線の光軸に対し
て４５°の角度の角度となるように構成されたダイクロ
イックプリズム４２によって合成し、この合成された画
像を投写レンズ６によって拡大し、スクリーン７上に拡
大した実像を得るように構成されている。
素子をライトバルブとして用いた液晶表示装置の第３実
施例を示す構成図である。図２２は、本発明による液晶
表示素子４を所謂色の３原色であるＲ（赤色），Ｇ（緑
色），Ｂ（青色）の３色にそれぞれ対応して、合計３枚
用いた３板式投写型液晶表示装置を示している。同図に
おいて、例えばメタルハライド，キセノン，ハロゲン等
のランプを用いた光源１より出射した光線は直接あるい
は凹面鏡２で反射され、熱線を反射し可視光を通過させ
る赤外カットフィルタ４５を通過し、集光レンズ群３に
入射した後光軸に対してほぼ平行となる様に出射され、
その後光線は、該光線の光軸に対して４５°の角度に配
置されたＢ反射ダイクロイックミラー４０ａにより、Ｂ
（青色）の光は反射され、Ｒ（赤色）とＧ（緑色）の光
は透過する。反射したＢ光線は、全反射ミラー４１によ
りその光路を折り曲げられて第１の液晶表示素子４に入
射される。一方、Ｂ反射ダイクロイックミラー４０ａを
透過したＲ及びＧ光線は、該光線の光軸に対して４５°
の角度に配置されたＧ反射ダイクロイックミラー４０ｂ
に入射し、該Ｇ反射ダイクロイックミラー４０ｂにより
Ｇ光線は反射され、Ｒ光線は透過する。反射したＧ光線
はそのまま第２の液晶表示素子４に入射される。また、
Ｇ反射ダイクロイックミラー４０ｂを透過したＲ光線
は、全反射ミラー４１，４１によりその光路を折り曲げ
られて第３の液晶表示素子４に入射される。さらに、各
液晶表示素子４の液晶１３面上に表示されるＲ，Ｇ，Ｂ
それぞれに対応する画像を、Ｂ反射面４３及びＲ反射面
４４を有し、かつその反射面は各色の光線の光軸に対し
て４５°の角度の角度となるように構成されたダイクロ
イックプリズム４２によって合成し、この合成された画
像を投写レンズ６によって拡大し、スクリーン７上に拡
大した実像を得るように構成されている。
【００６１】また、同図に示す実施例における液晶表示
素子の駆動回路としては、例えば図中の下方に示す如き
回路がある。すなわち、レーザーディスク，ＶＴＲなど
から入力されるビデオ入力をビデオクロマ処理回路４６
により処理し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応した出力回路４７
にそれぞれ入力する。Ｒ，Ｇ，Ｂの各出力回路４７で
は、液晶表示素子をＡＣ駆動するため各色に対応する映
像信号を垂直期間ごとに極性反転し、各色に対応したＸ
ドライバ４８を介して液晶表示素子４に入力し、また、
コントローラ５１の制御によって各色に対応したＹドラ
イバ４９を介して液晶表示素子４に電圧を印加する。な
お、上記ビデオ・クロマ処理回路４６，各色に対応した
出力回路４７，Ｘドライバ４８，及びＹドライバ４９
は、同期処理回路５０と各色に対応したコントローラ５
１により同期がとられている。
素子の駆動回路としては、例えば図中の下方に示す如き
回路がある。すなわち、レーザーディスク，ＶＴＲなど
から入力されるビデオ入力をビデオクロマ処理回路４６
により処理し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応した出力回路４７
にそれぞれ入力する。Ｒ，Ｇ，Ｂの各出力回路４７で
は、液晶表示素子をＡＣ駆動するため各色に対応する映
像信号を垂直期間ごとに極性反転し、各色に対応したＸ
ドライバ４８を介して液晶表示素子４に入力し、また、
コントローラ５１の制御によって各色に対応したＹドラ
イバ４９を介して液晶表示素子４に電圧を印加する。な
お、上記ビデオ・クロマ処理回路４６，各色に対応した
出力回路４７，Ｘドライバ４８，及びＹドライバ４９
は、同期処理回路５０と各色に対応したコントローラ５
１により同期がとられている。
【００６２】図２２に示す実施例によれば、例えば光源
１及び凹面鏡２は前記図１９〜図２１に示した構成と
し、また、集光レンズ群３は前記図１４〜図１６に示し
た構成とし、さらに、平板マイクロレンズアレイ１６を
設けた液晶表示素子４として、図１，図８，図１０ある
いは図１２に示すものを用いることにより、明るくコン
パクトでかつ性能のよい投射型表示装置を得ることがで
きる。なお、平板マイクロレンズアレイ，集光レンズ
群，光源及び凹面鏡等の作用については上述してあり、
ここではその詳細説明は省略する。
１及び凹面鏡２は前記図１９〜図２１に示した構成と
し、また、集光レンズ群３は前記図１４〜図１６に示し
た構成とし、さらに、平板マイクロレンズアレイ１６を
設けた液晶表示素子４として、図１，図８，図１０ある
いは図１２に示すものを用いることにより、明るくコン
パクトでかつ性能のよい投射型表示装置を得ることがで
きる。なお、平板マイクロレンズアレイ，集光レンズ
群，光源及び凹面鏡等の作用については上述してあり、
ここではその詳細説明は省略する。
【００６３】また、本発明による実施例において、前記
した図１３，図１７あるいは図２２に示した液晶表示装
置の構成における光源に出力の大きいものを用いた場合
には、光を集中させるため熱により液晶表示装置自体に
悪影響を及ぼす場合がある。斯様な場合には、図２３に
示すような冷媒を介在させる構成にすることにより、光
による発熱を抑え得る、良好な照明光学系を達成でき
る。図２３は本発明の第４実施例に係る液晶表示装置の
要部断面構造を示している。本実施例においては、液晶
表示素子４と集光レンズ群３の最も液晶表示素子４に近
いレンズとをレンズ押え５３により密封固定し、この液
晶表示素子４と集光レンズ群３の最も液晶表示素子４に
近いレンズとの空間に、液体等の冷媒５２を注入した構
成とし、これによって光による発熱を抑え、液晶表示装
置に用いて良好な照明光学系を達成している。また、図
示していないが、前記した凹面鏡２と前記集光レンズ群
３の最も凹面鏡２に近いレンズの面とで挾まれた空間
に、冷媒を注入する構造としても同様に光による発熱を
抑え、液晶表示装置に用いて良好な照明光学系を達成で
きる。
した図１３，図１７あるいは図２２に示した液晶表示装
置の構成における光源に出力の大きいものを用いた場合
には、光を集中させるため熱により液晶表示装置自体に
悪影響を及ぼす場合がある。斯様な場合には、図２３に
示すような冷媒を介在させる構成にすることにより、光
による発熱を抑え得る、良好な照明光学系を達成でき
る。図２３は本発明の第４実施例に係る液晶表示装置の
要部断面構造を示している。本実施例においては、液晶
表示素子４と集光レンズ群３の最も液晶表示素子４に近
いレンズとをレンズ押え５３により密封固定し、この液
晶表示素子４と集光レンズ群３の最も液晶表示素子４に
近いレンズとの空間に、液体等の冷媒５２を注入した構
成とし、これによって光による発熱を抑え、液晶表示装
置に用いて良好な照明光学系を達成している。また、図
示していないが、前記した凹面鏡２と前記集光レンズ群
３の最も凹面鏡２に近いレンズの面とで挾まれた空間
に、冷媒を注入する構造としても同様に光による発熱を
抑え、液晶表示装置に用いて良好な照明光学系を達成で
きる。
【００６４】
【発明の効果】叙上のように本発明によれば、パターン
精度などの制約により液晶セル自体の開口率が悪くても
（小さくても）、その影響をほとんど受けることの無
い、見かけ上の開口率の高い、すなわち、明るい画像情
報の得られる液晶表示素子と、さらにこれを用いた明る
く、且つ見やすい、またコンパクトな液晶表示装置を提
供することができ、その価値は多大である。
精度などの制約により液晶セル自体の開口率が悪くても
（小さくても）、その影響をほとんど受けることの無
い、見かけ上の開口率の高い、すなわち、明るい画像情
報の得られる液晶表示素子と、さらにこれを用いた明る
く、且つ見やすい、またコンパクトな液晶表示装置を提
供することができ、その価値は多大である。
【図１】本発明の第１実施例に係る液晶表示素子の斜視
図である。
図である。
【図２】図１の構成要素の位置関係を示す模式的な平面
図である。
図である。
【図３】図１の平板マイクロレンズアレイを模式的に示
した部分斜視図である。
した部分斜視図である。
【図４】図１の平板マイクロレンズアレイの作用を示す
ための原理説明図である。
ための原理説明図である。
【図５】図１の主要部断面を模式的に示す説明図であ
る。
る。
【図６】図１の平板マイクロレンズアレイの変形例によ
る単位レンズ部と従来技術による円形単位レンズ部とを
対比して示す説明図である。
る単位レンズ部と従来技術による円形単位レンズ部とを
対比して示す説明図である。
【図７】図１の実施例の変形例に係る入射光線の入射
角、単位レンズ部、液晶面との関係を示す原理説明図で
ある。
角、単位レンズ部、液晶面との関係を示す原理説明図で
ある。
【図８】本発明の第２実施例に係る液晶表示素子の斜視
図である。
図である。
【図９】本発明の第１，第２実施例における入射光線の
入射角による開口率の変化を対比して示す特性グラフ図
である。
入射角による開口率の変化を対比して示す特性グラフ図
である。
【図１０】本発明の第３実施例に係る液晶表示素子の斜
視図である。
視図である。
【図１１】図１０の両面配置された平板マイクロレンズ
アレイの作用を示す原理説明図である。
アレイの作用を示す原理説明図である。
【図１２】本発明の第１または第２または第３実施例の
変形例に係る液晶表示素子の原理説明図である。
変形例に係る液晶表示素子の原理説明図である。
【図１３】本発明の第１実施例に係る液晶表示装置の構
成説明図である。
成説明図である。
【図１４】図１３の液晶表示装置における各照明光学系
の原理を示す構成説明図である。
の原理を示す構成説明図である。
【図１５】図１４の照明光学系の変形例の１例を示す構
成説明図である。
成説明図である。
【図１６】図１４の照明光学系の変形例の他の１例を示
す構成説明図である。
す構成説明図である。
【図１７】本発明の第２実施例に係る液晶表示装置の構
成説明図である。
成説明図である。
【図１８】図１７の照明光学系の作用を示す原理説明図
である。
である。
【図１９】図１７の光源を示す説明図である。
【図２０】図１７の凹面鏡の１例を示す説明図である。
【図２１】図２０の凹面鏡の応用例を示す説明図であ
る。
る。
【図２２】本発明の第３実施例に係る３板式投写型液晶
表示装置の構成説明図である。
表示装置の構成説明図である。
【図２３】本発明の第４実施例に係る液晶表示装置の要
部断面図である。
部断面図である。
１ 光源 ２ 凹面鏡 ３ 集光レンズ群 ４ 液晶表示素子 ５ 液晶セル ６ 投写レンズ ７ スクリ−ン ８ 偏光板 ９ 入射光線 １０ 出射光線 １１ 透明基板 １２ 対向電極 １３ 液晶 １４ 画素電極 １５ 遮光部 １６ 平板マイクロレンズアレイ １６ａ 単位レンズ部 １８ １画素に対応する領域 １９ 液晶面 ２０ 光軸 ２１ 特性曲線 ２２ 特性曲線 ２３ａ，２３ｂ 集光レンズ ２４ａ，２４ｂ 集光レンズ ２５ａ，２５ｂ 集光レンズ ２６ 透明ガラス基板 ２７ 光線 ２８ 光線 ２９ａ，２９ｂ スポット（光束形状） ３０ ハロゲンランプ ３１ フィラメント ３２ メタルハライドランプ ３３ バルブ ３４ 電極 ３５ ア−ク ３６ 略矩形凹面鏡 ３７ 反射鏡 ３９ 拡散板 ４０ａ，４０ｂ ダイクロイックミラ− ４１ 全反射ミラ− ４２ ダイクロイックプリズム ４３ Ｂ反射面 ４４ Ｒ反射面 ４５ 赤外カットフィルタ ４６ ビデオクロマ処理回路 ４７ ＲＧＢ出力回路 ４８ Ｘドライバ− ４９ Ｙドライバ− ５０ 同期処理回路 ５１ コントロ−ラ ５２ 冷媒 ５３ レンズ押え
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図９】
【図６】
【図７】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図１６】
【図１７】
【図１３】
【図１５】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２３】
【図２２】
フロントページの続き (72)発明者 山崎 太志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像メディア研究所内 (72)発明者 丸山 竹介 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像メディア研究所内
Claims (16)
- 【請求項１】 一対の透明基板間に液晶を注入し、該液
晶の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液
晶表示素子において、 液晶の画素配列の各１画素に対応する領域（１８）の平
面形状の一辺をＬ1 、他辺をＬ2 とするとき、光線の入
射側の透明基板（１１）上に該液晶の画素配列と同一配
列で且つ単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の
形状が、 Ｌ1＜Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1・Ｌ2 Ｌ1＝Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1 2 ただし、 Ｓ：単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の面積
（レンズ開口）を満足する平板マイクロレンズアレイ
（１６）を密着して配設し、前記各単位レンズ部の焦点
を、液晶面近傍で且つ対応する各画素電極（１４）の略
中央部に一致するように構成したことを特徴とする液晶
表示素子。 - 【請求項２】 一対の透明基板間に液晶を注入し、該液
晶の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液
晶表示素子において、 液晶の画素配列の各１画素に対応する領域（１８）の平
面形状の一辺をＬ1 、他辺をＬ2 とするとき、光線の入
射側の透明基板（１１）に、該液晶の画素配列と同一配
列で且つ単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の
形状が、 Ｌ1＜Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1・Ｌ2 Ｌ1＝Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1 2 ただし、 Ｓ：単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の面積
（レンズ開口）を満足する平板マイクロレンズアレイ
（１６）を一体に形成し、前記各単位レンズ部の焦点
を、液晶面近傍で且つ対応する各画素電極（１４）の略
中央部に一致するように構成したことを特徴とする液晶
表示素子。 - 【請求項３】 一対の透明基板間に液晶を注入し、該液
晶の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液
晶表示素子において、 液晶の画素配列の各１画素に対応する領域（１８）の平
面形状の一辺をＬ1 、他辺をＬ2 とするとき、光線の入
射側の透明基板（１１）上に該液晶の画素配列と同一配
列で且つ単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の
形状が、 Ｌ1＜Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1・Ｌ2 Ｌ1＝Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1 2 ただし、 Ｓ：単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の面積
（レンズ開口）を満足する平板マイクロレンズアレイ
（１６）を密着して配設し、前記各単位レンズ部の焦点
を液晶面近傍で略一致するように成すと共に、入射光線
と前記液晶面との成す角をα、前記単位レンズ部（１６
ａ）の後側主点から前記液晶面までの距離をｄとすると
き、各単位レンズ部の光軸とこれに対応する各画素電極
（１４）の中心部とを、前記入射光線の入射角αに対応
して下記式を満足するｙなる量だけ所定量ずらせる ｙ＝（ｄ／ｎ）ｔａｎα ただし ｎ：マイクロレンズから液晶面までの媒質の屈折率 ようにして構成したことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項４】 一対の透明基板間に液晶を注入し、該液
晶の電気光学効果により画像情報を表示する透過型の液
晶表示素子において、 液晶の画素配列の各１画素に対応する領域（１８）の平
面形状の一辺をＬ1 、他辺をＬ2 とするとき、光線の入
射側の透明基板（１１）に、該液晶の画素配列と同一配
列で且つ単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の
形状が、 Ｌ1＜Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1・Ｌ2 Ｌ1＝Ｌ2のとき π（Ｌ1／２）2＜Ｓ≦Ｌ1 2 ただし、 Ｓ：単位レンズ部（１６ａ）として作用する領域の面積
（レンズ開口）を満足する平板マイクロレンズアレイ
（１６）を一体に形成し、前記各単位レンズ部の焦点を
液晶面近傍で略一致するように成すと共に、入射光線と
前記液晶面との成す角をα、前記単位レンズ部（１６
ａ）の後側主点から前記液晶面までの距離をｄとすると
き、各単位レンズ部の光軸とこれに対応する各画素電極
（１４）の中心部とを、前記入射光線の入射角αに対応
して下記式を満足するｙなる量だけ所定量ずらせる ｙ＝（ｄ／ｎ）ｔａｎα ただし ｎ：マイクロレンズから液晶面までの媒質の屈折率 ようにして構成したことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項５】 請求項１乃至４記載において、前記平板
マイクロレンズアレイ（１６）を、光線の入射側の透明
基板（１１）と出射側の透明基板（１１）とのそれぞれ
に密着して配設するか、もしくは光線の入射側の透明基
板（１１）と出射側の透明基板（１１）とのそれぞれに
一体に形成するように構成したことを特徴とする液晶表
示素子。 - 【請求項６】 請求項１乃至５記載において、前記１画
素中における入射光線と前記単位レンズ部（１ａ）の光
軸との成す角度をθ、単位レンズ部の後側主点から前記
液晶面までの距離をｄとするとき、 Ｄ≧２（ｄ／ｎ）ｔａｎθ ただし、 Ｄ：１画素に対応する領域（１８）中の画素電極（１
４）の対角の大きさ ｎ：マイクロレンズから液晶面までの媒質の屈折率 を満足することを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項７】 請求項１乃至６記載において、前記平板
マイクロレンズアレイ（１６）として、屈折率Ｎ0 の基
板内に該屈折率Ｎ0 と異なる屈折率Ｎの領域を周期性を
もって形成して成る２元マトリクス状の屈折率分布型平
板マイクロレンズアレイを用いたことを特徴とする液晶
表示素子。 - 【請求項８】 請求項１乃至７記載の透過型の液晶表示
素子をライトバルブとして用い、少なくともこの液晶表
示素子（４）と照明光学系とで構成されることを特徴と
する液晶表示装置。 - 【請求項９】 請求項１乃至７記載の透過型の液晶表示
素子をライトバルブとして用い、少なくともこの液晶表
示素子（４）と照明光学系と投写光学系とで構成される
ことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１０】 請求項８または９記載において、前記
液晶表示素子（４）を複数枚用い、光源からの光を色分
離する光学系と、前記各液晶表示素子（４）からの画像
を色合成する光学系とを付加して構成したことを特徴と
する液晶表示装置。 - 【請求項１１】 請求項８乃至１０記載において、前記
照明光学系は、光源（１）の出射光を前記液晶表示素子
（４）上に照射させる作用を有する凹面鏡（２）及び集
光レンズ群（３）からなり、前記凹面鏡（２）を断面が
楕円形状とされた楕円形状凹面鏡（２ａ）として、前記
光源（１）をこの楕円形状凹面鏡（２ａ）の中心部に近
い側の焦点の近傍に設け、且つ、楕円形状凹面鏡（２
ａ）の前記液晶表示素子（４）側の焦点位置の近傍に前
記集光レンズ群（３）もしくはその一部を設けた構成と
するか、あるいは、前記凹面鏡（２）を断面が放物形状
とされた放物形状凹面鏡（２ｂ）として、前記光源
（１）からの出力光がこの放物形状凹面鏡（２ｂ）を出
射する近傍に正の屈折力を有する前記集光レンズ群
（３）もしくはその一部を設けた構成としたことを特徴
とする液晶表示装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載において、前記集光レ
ンズ群（３）の少なくとも１面に非球面を設けたことを
特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１３】 請求項８乃至１２記載において、前記
光源（１）は、前記照明光学系の光軸に垂直な断面にお
いて、前記液晶表示素子（４）の画素において光を透過
する部分である開口部の形状とほぼ相似となる形状を有
していることを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１４】 請求項８乃至１３記載において、前記
照明光学系は、前記光源（１）から出射される光束を前
記液晶表示素子（４）の方向に向ける作用を持つ凹面鏡
（３６）を有し、この凹面鏡（３６）の前記照明光学系
の光軸に垂直な断面への射影が、前記液晶表示素子の開
口部の形状とほぼ相似となる形状を有するようにしたこ
とを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１５】 請求項１１乃至１４記載において、前
記照明光学系は、前記光源（１）から一度出射し前記液
晶表示素子（４）あるいは前記凹面鏡（３６）に入射し
ない光束を、前記光源（１）あるいは前記液晶表示素子
（４）あるいは前記凹面鏡（３６）に入射させる作用を
持つ反射鏡（３７）を有することを特徴とする液晶表示
装置。 - 【請求項１６】 請求項１１乃至１５記載において、前
記凹面鏡（２）と前記集光レンズ群（３）の最も凹面鏡
（２）側の面とで挾まれた空間、または、前記液晶表示
素子（４）の最も光源側の面と前記集光レンズ群（３）
の最も液晶表示素子（４）側の面とで挾まれた空間、の
少なくとも一方の空間を充たす様に液体等による冷媒
（５２）を介在させたことを特徴とする液晶表示装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7361791 | 1991-03-14 | ||
| JP7756391 | 1991-04-10 | ||
| JP3-77563 | 1991-04-10 | ||
| JP3-73617 | 1991-04-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249452A true JPH05249452A (ja) | 1993-09-28 |
| JP2831510B2 JP2831510B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=26414757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4048664A Expired - Lifetime JP2831510B2 (ja) | 1991-03-14 | 1992-03-05 | 液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5455694A (ja) |
| JP (1) | JP2831510B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6050689A (en) * | 1997-07-18 | 2000-04-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Projection type display apparatus |
| JP2006284831A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sanyo Epson Imaging Devices Corp | 電気光学装置及び電子機器 |
| JP2015510607A (ja) * | 2012-01-09 | 2015-04-09 | ウェヴィエン, インコーポレイテッド.Wavien, Inc. | 超高輝度バックライトｌｃｄビデオディスプレイ |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2831510B2 (ja) * | 1991-03-14 | 1998-12-02 | 株式会社日立製作所 | 液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置 |
| JP3278084B2 (ja) * | 1993-04-30 | 2002-04-30 | キヤノン株式会社 | 表示装置及びそれを用いた投射装置 |
| US5647036A (en) * | 1994-09-09 | 1997-07-08 | Deacon Research | Projection display with electrically-controlled waveguide routing |
| GB9420750D0 (en) * | 1994-10-14 | 1994-11-30 | Philips Electronics Uk Ltd | Colour liquid crystal projection display systems |
| TW374864B (en) * | 1994-10-28 | 1999-11-21 | Toshiba Corp | Projecting type displaying device and photo-modulating elements array used therein |
| CA2240907C (en) * | 1995-12-18 | 2001-06-05 | Bell Communications Research, Inc. | Flat virtual displays for virtual reality |
| JP3271691B2 (ja) * | 1996-02-29 | 2002-04-02 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 表示装置の製造方法 |
| KR100229618B1 (ko) * | 1996-10-09 | 1999-11-15 | 구자홍 | 마이크로렌즈를 가지는 액정표시장치 |
| EP2290992B1 (en) * | 1996-10-31 | 2015-08-12 | Hitachi Maxell, Ltd. | Liquid crystal projector |
| US6111618A (en) * | 1998-02-23 | 2000-08-29 | Lightware, Inc. | LCD projector illumination system having blue and red dichroic mirrors positioned such that blue mirror receives light before red mirror |
| US6536672B1 (en) | 1998-11-18 | 2003-03-25 | Dna Technologies, Inc. | Product authentication system and method |
| JP3269494B2 (ja) * | 1998-12-21 | 2002-03-25 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置及び投写型表示装置 |
| US6317190B1 (en) | 1999-06-14 | 2001-11-13 | International Business Machines Corporation | Variable focal length liquid crystal lens assembly and method of manufacture |
| DE60106327T2 (de) | 2000-05-31 | 2006-02-23 | Sony Corp. | Flüssigkristall-Projektor mit verbessertem Kontrast |
| JP2002350823A (ja) * | 2001-05-28 | 2002-12-04 | Sony Corp | 液晶表示素子および投射型液晶表示装置 |
| KR100798315B1 (ko) * | 2001-12-29 | 2008-01-28 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 액정 표시장치의 기판 구조 및 그 제조방법 |
| FR2836238B1 (fr) * | 2002-02-19 | 2004-04-02 | Kis | Procede pour transferer une image numerique en vue de sa restitution visuelle, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede |
| WO2004114001A1 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Casio Computer Co., Ltd. | Display device and manufacturing method of the same |
| US7209577B2 (en) | 2005-07-14 | 2007-04-24 | Logitech Europe S.A. | Facial feature-localized and global real-time video morphing |
| JP4668780B2 (ja) * | 2005-12-08 | 2011-04-13 | 矢崎総業株式会社 | 発光表示装置 |
| CA2699681C (en) * | 2007-09-17 | 2016-05-10 | Magna International Inc. | Touchless keyless entry keypad integrated with electroluminescence backlight |
| JP6123317B2 (ja) * | 2013-02-05 | 2017-05-10 | セイコーエプソン株式会社 | 液晶装置および電子機器 |
| JP2019061060A (ja) * | 2017-09-27 | 2019-04-18 | 株式会社沖データ | レンズアレイ、レンズユニット、露光装置、ｌｅｄヘッド、および画像形成装置 |
| US10928669B1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-02-23 | Shenzhen China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. | Display panel and display device |
Family Cites Families (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0620316B2 (ja) * | 1982-05-17 | 1994-03-16 | 株式会社日立製作所 | 撮像光学系 |
| JPS60165622A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | Nec Corp | 透過型表示素子 |
| JPS6111788A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-20 | カシオ計算機株式会社 | 画像表示装置 |
| US4671634A (en) * | 1985-03-19 | 1987-06-09 | Casio Computer Co., Ltd. | Liquid crystal projector |
| JPH0535388Y2 (ja) * | 1985-07-29 | 1993-09-08 | ||
| JP2754529B2 (ja) | 1985-10-22 | 1998-05-20 | セイコーエプソン株式会社 | 液晶装置 |
| JPH0758372B2 (ja) * | 1985-12-20 | 1995-06-21 | カシオ計算機株式会社 | 液晶表示装置 |
| JPS6435416A (en) | 1987-07-30 | 1989-02-06 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Liquid crystal panel |
| US5146248A (en) * | 1987-12-23 | 1992-09-08 | North American Philips Corporation | Light valve projection system with improved illumination |
| US4950059A (en) * | 1988-10-11 | 1990-08-21 | General Electric Company | Combination lamp and integrating sphere for efficiently coupling radiant energy from a gas discharge to a lightguide |
| JPH0642126B2 (ja) * | 1988-10-26 | 1994-06-01 | シャープ株式会社 | 投影型画像表示装置 |
| US4917465A (en) * | 1989-03-28 | 1990-04-17 | In Focus Systems, Inc. | Color display system |
| NL8901077A (nl) * | 1989-04-28 | 1990-11-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Optische belichtingsstelsel en projectie-apparaat voorzien van een dergelijk stelsel. |
| DE3919334A1 (de) * | 1989-06-13 | 1990-12-20 | Tetsuhiro Kano | Reflektor fuer eine leuchte |
| JP2815910B2 (ja) | 1989-07-19 | 1998-10-27 | シャープ株式会社 | 投影形画像表示装置 |
| US5022750A (en) * | 1989-08-11 | 1991-06-11 | Raf Electronics Corp. | Active matrix reflective projection system |
| JPH03170911A (ja) | 1989-11-30 | 1991-07-24 | Pioneer Electron Corp | 液晶表示装置 |
| US5135300A (en) * | 1990-02-01 | 1992-08-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Projection color display apparatus |
| US5187599A (en) * | 1990-02-01 | 1993-02-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Display including two microlens arrays with unequal focal lengths and congruent focal points |
| JPH07107594B2 (ja) * | 1990-02-26 | 1995-11-15 | シャープ株式会社 | 投影型画像表示装置 |
| US5142387A (en) * | 1990-04-11 | 1992-08-25 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Projection-type display device having light source means including a first and second concave mirrors |
| US5192962A (en) * | 1990-05-29 | 1993-03-09 | Pioneer Electronic Corporation | Converging reflector and liquid crystal display device |
| JP2622185B2 (ja) * | 1990-06-28 | 1997-06-18 | シャープ株式会社 | カラー液晶表示装置 |
| JP2831510B2 (ja) * | 1991-03-14 | 1998-12-02 | 株式会社日立製作所 | 液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置 |
| JP3170911B2 (ja) | 1992-11-18 | 2001-05-28 | ソニー株式会社 | レーザ光発生装置 |
| JP2817735B2 (ja) | 1997-02-07 | 1998-10-30 | セイコーエプソン株式会社 | 液晶装置 |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP4048664A patent/JP2831510B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-03-16 US US07/852,005 patent/US5455694A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-06-06 US US08/470,456 patent/US5684548A/en not_active Ceased
-
1999
- 1999-10-28 US US09/429,745 patent/USRE38175E1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6050689A (en) * | 1997-07-18 | 2000-04-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Projection type display apparatus |
| JP2006284831A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sanyo Epson Imaging Devices Corp | 電気光学装置及び電子機器 |
| JP2015510607A (ja) * | 2012-01-09 | 2015-04-09 | ウェヴィエン, インコーポレイテッド.Wavien, Inc. | 超高輝度バックライトｌｃｄビデオディスプレイ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2831510B2 (ja) | 1998-12-02 |
| USRE38175E1 (en) | 2003-07-08 |
| US5455694A (en) | 1995-10-03 |
| US5684548A (en) | 1997-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2831510B2 (ja) | 液晶表示素子及びこれを用いた液晶表示装置 | |
| US6062695A (en) | Projection type liquid crystal display device | |
| EP0812115B1 (en) | Projection type liquid crystal display device | |
| US6174060B1 (en) | Projection-type display apparatus having polarized beam splitters and an illuminating device | |
| US6392809B2 (en) | Array lens, lighting optical system, optical unit and imaging apparatus | |
| JP3531494B2 (ja) | 投写型画像ディスプレイ装置及びそれに用いるスクリーン | |
| JPH0815686A (ja) | 液晶表示装置 | |
| JP3151734B2 (ja) | 光源ユニット及びこれを用いた表示装置 | |
| JP2002196302A (ja) | 投射型表示装置およびそれを用いたマルチ画面表示装置 | |
| JPH07199188A (ja) | 液晶表示素子と液晶表示素子を用いた液晶表示装置 | |
| JP2000098490A (ja) | 表示装置 | |
| JPH05341283A (ja) | 液晶表示素子 | |
| JP3157599B2 (ja) | 表示装置 | |
| JP2823722B2 (ja) | 偏光合成素子及びこれを用いた液晶表示装置 | |
| JP3687351B2 (ja) | 映像表示装置 | |
| JPH0815687A (ja) | 液晶表示素子およびこれを用いた液晶表示装置 | |
| JP4534443B2 (ja) | 光学ユニット及び投射型表示装置 | |
| JPH0772447A (ja) | 液晶プロジェクター | |
| JPH10206814A (ja) | 投影型カラー液晶表示装置 | |
| JP3930981B2 (ja) | 光学ユニット及び投射型表示装置 | |
| JP3912380B2 (ja) | レンチキュラーレンズシート、フレネルレンズシート及びスクリーン | |
| JP4007407B2 (ja) | フレネルレンズシート | |
| JP2000098235A (ja) | 表示装置及びその光学装置，光源ユニット | |
| JP2000056393A (ja) | 表示装置、表示素子及びマイクロレンズアレイ | |
| JPH0990311A (ja) | 投影型カラー液晶表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070925 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080925 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080925 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090925 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090925 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100925 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100925 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110925 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120925 Year of fee payment: 14 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120925 Year of fee payment: 14 |