JPH0545725A - 投写型液晶表示装置 - Google Patents

投写型液晶表示装置

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JPH0545725A
JPH0545725A JP3200739A JP20073991A JPH0545725A JP H0545725 A JPH0545725 A JP H0545725A JP 3200739 A JP3200739 A JP 3200739A JP 20073991 A JP20073991 A JP 20073991A JP H0545725 A JPH0545725 A JP H0545725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
projection
lens array
lens
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP3200739A
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English (en)
Inventor
Shoichi Uchiyama
正一 内山
Yoshitaka Ito
嘉高 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズアレイを搭載する液晶表示装置におい
て、レンズアレイに有利な光線角度分布を作り出すこと
により、投写型液晶表示装置の高輝度化をはかる。 【構成】 レンズアレイ104が一体化されている液晶
ライトバルブ103を、光軸に対して傾け、液晶ライト
バルブ103、投写レンズ105、投影スクリーン10
6の3要素がシャインプルフの法則を満たすように配置
する。この配置により、光線112、113はレンズア
レイ104の集光機能に有利な角度を持ってレンズアレ
イに入射する。 【効果】 画素開口部を透過する光量を増加させること
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、投写型液晶表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】投写型液晶表示装置の解決すべき課題に
投写画像の輝度が低いという課題がある。上記課題に対
し、液晶表示素子にレンズアレイ体を形成し、入射光を
液晶画素開口部に集めることにより輝度の改善を図ると
いう提案がなされてきた。(例えば特開昭57−157
215、特開昭60−165624)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術に見
られる提案は光源を含めた一連の光学系の特性をほとん
ど考慮していないため、いずれも効果的であるとは言い
難い。その理由を図5〜7を用いて説明する。従来の投
写形液晶表示装置においては、投写レンズの画角、ラン
プの大きさを考慮すると図5(A)に示すような光学系
を用いる必要がある。ここで501はランプ、502は
コンデンサーレンズ、503は液晶ライトバルブ、50
4はレンズアレイ、505は投写レンズ、506は投影
スクリーンである。この光学系における照明系を図5
(B)に示す。この照明系では液晶ライトバルブ503
に入射する光束のほとんどのものは507、508に示
すようなものとなる。このよう照明系において、レンズ
アレイ504の光線入射面における入射光の入射角度分
布は、図7に示すような分布となる。この図において、
縦軸は光強度(任意単位)を示しており、横軸はレンズ
アレイ法線に対する光線入射角度を示してある。また、
+の角度は図5において下から上に向かう方向に対応し
ており、−はその逆である。通常光強度のもっとも強い
角度成分(図7の曲線における山の部分)は、±5〜8
°に分布していることが多い。次に、レンズアレイの構
成について図6を用いて考えてみよう。通常レンズアレ
イを構成する個々のレンズ要素605と、画素開口部6
10の間に存在する対向基板604の厚さは0.3〜1
mm程度、画素開口部610の大きさは50μm×50
μm、ピッチ100μm×100μm程度である。ま
た、投写レンズの瞳が画素開口部に対して張る角度は±
6〜9°程度である。以上の3点を考慮すると、レンズ
要素605として、Fナンバーが6〜8程度の焦点距離
の長いレンズ体を形成する必要がある。このようなレン
ズがどのような集光性を持つか、例をあげて説明する。
一例として、レンズ要素605の対向基板中における焦
点距離を0.4mmとした場合、入射角度(レンズアレ
イの法線に対する入射角度)約−3.5°〜+3.5°
の範囲の光線607(以後、低角度成分と呼ぶ)を画素
開口部610に集光させることができる。それより大き
な約−3.5〜−9°、+3.5°〜+9°の範囲の光
線608(以後、中角度成分と呼ぶ)については画素開
口部に集光させることができず、遮光部603に集光さ
せてしまう。従って、中角度成分の光線を画像投影に利
用することはできない。さらにそれよりも大きな約−9
°〜−12°、+9°〜+12°の範囲の光線609
(以後、高角度成分と呼ぶ)は、低角度成分を集光した
画素開口部610の隣の画素開口部 611に集光させ
ることができる。従って、投写画像の輝度を向上させる
というレンズアレイの効果を最大に発揮させるために
は、レンズアレイへ入射する光線の入射角度分布が、低
角度成分と高角度成分に集中していることが要求され
る。ここで説明した角度範囲を図7に当てはめると、7
01で示す角度範囲が低角度成分、702で示す角度範
囲が中角度成分、703で示す角度範囲が高角度成分に
相当する。これから明らかなように、レンズアレイは光
強度のもっとも強い角度成分を利用することができず、
従って、その効果を最大に発揮できないという問題を有
するのである。ここでは、ひとつのレンズアレイ設計値
を例にあげて問題点を示したが、先述した液晶ライトバ
ルブの構成上の制約からレンズアレイの設計にはあまり
大きなマージンはなく、他のレンズアレイを用いた場合
でも基本的な問題点は変わり無い。本発明は上記課題を
解決するために為されたものであり、その目的とすると
ころは、レンズアレイ体が最大の効果を発揮し得る光学
系を提供し、投写型液晶表示装置の高輝度化をはかるこ
とにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の投写型液晶表示装置は、液晶ライトバルブ
の液晶画素に対応して、集光機能を有するレンズアレイ
が設けられ一体化されており、かつ前記液晶ライトバル
ブが、投写光学系の光軸に対して斜めに配置されてお
り、かつ投影スクリーン、投写レンズ、前記液晶ライト
バルブの3要素の配置がシャインプルフの法則を満足し
ていることを特徴とする。
【0005】
【実施例】
(実施例1)本発明の投写型液晶表示素子の光学系の概
要を図1(A)に示す。本発明の光学系の特徴は液晶ラ
イトバルブ103及びレンズアレイ104が光軸114
に対して斜めに配置されておりかつ液晶ライトバルブ1
03、投写レンズ105、投影スクリーン106がシャ
インプルフの法則を満たすように配置されていることで
ある。液晶ライトバルブ103が光軸に対して斜めに配
置されている理由から説明しよう。図1(B)に示すよ
うにランプ101からの光束は、そのほとんどのものが
従来技術で説明したように112及び113のようなも
のとなる。この時、レンズアレイ104の光線入射面に
おける光線入射角度は、光線入射面が光軸114に対し
て傾いているが故に図3に示すようなものとなる。角度
領域301、302、303はそれぞれ図7の701、
702、703に対応する。従って、強度の強い角度成
分はほとんど画素開口部を通過することができる。この
様子を図2を用いて説明すると、図1の光束113に対
応する光線208は、レンズ要素205により集光され
画素開口部209を通過し、図1の光束112に対応す
る光線207は、レンズ要素205により集光され、画
素開口部209の隣の画素開口部210を通過する。従
って、従来技術に比べてより多くの光線が画素開口部を
通過できることになるため投写画像の高輝度化がはかれ
るわけである。次に、液晶ライトバルブ、投写レンズ、
投影スクリーンの配置がシャインプルフの法則を満たす
ように配置されている理由であるが、これは、液晶ライ
トバルブが光軸に対して傾いているのであるから当然こ
の配置を取らなければならないということによる。この
配置は、図1において、液晶ライトバルブ103の法線
と光軸114のなす角度をθ、投影スクリーン106の
法線と光軸114のなす角をθ’、投写レンズ105の
主点と、液晶ライトバルブの中心および投影スクリーン
の中心の距離をそれぞれS、S’(ただしS’は負)と
したときに、以下の式にしたがう。 tan θ’=m・tanθ ただし m=S’/S 本実施例の具体的設計値を示す。使用した照明光学系か
らの光束のうち、強度が最も強い光線の、光軸に対する
角度は±5.2°と見積られた。また使用した液晶ライ
トバルブの対向基板は屈折率1.54、厚さ400μ
m、画素開口部の幅は30μm、画素ピッチは56μm
である。また、投写倍率m=−42.3である。そこ
で、レンズアレイのレンズ要素を幅56μm、焦点距離
260μmのレンチキュラーレンズとし、液晶ライトバ
ルブを図1にθで示す方向に5.2°傾けた。また投影
スクリーンを図1にθ’で示す方向に75.4°傾け
た。その結果、レンズアレイを搭載しない場合の1.6
倍、レンズアレイを搭載しているが本発明の構成を採用
していない場合の1.32倍の投写画像輝度を得ること
ができた。
【0006】(実施例2)実施例1で使用した光学系を
用いて、図4に示す投写型液晶表示装置ユニットを作成
した。この投写型液晶表示装置では、液晶ライトバルブ
406および投影スクリーン402を観賞者409に対
して水平方向に傾けてある。投影スクリーン、投写型液
晶表示ユニット、観賞者の位置関係を水平方向からみる
と(B)のようなものとなる。これからわかるように、
観賞者と投影スクリーンの間に投写型液晶表示装置ユニ
ットが無いために観賞条件はきわめて良好なものとな
る。
【0007】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、レ
ンズアレイを搭載する投写型液晶表示装置において、液
晶ライトバルブを光軸に対して斜めに配置し、液晶ライ
トバルブ、投写レンズ、投影スクリーンの3要素の配置
をシャインプルフの法則を満たすようにすることによ
り、光線を効率よく画素開口部へ導くことが出来る。従
って、投写型液晶表示装置の輝度向上を図ることが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の説明図。
【図2】 本発明の実施例1の説明図。
【図3】 本発明の実施例1の説明図。
【図4】 本発明の実施例2の説明図。
【図5】 従来の技術の説明図。
【図6】 従来の技術の説明図。
【図7】 従来の技術の説明図。
【符号の説明】
101 ランプ 102 コンデンサーレンズ 103 液晶ライトバルブ 104 レンズアレイ 105 投写レンズ 106 投影スクリーン 107 液晶ライトバルブの法線と光軸のなす角 108 投影スクリーンの法線と光軸のなす角 109 液晶ライトバルブ面、投影スクリーン面、投写
レンズ主平面の交線 110 液晶ライトバルブと投写レンズ主平面の距離 111 投影スクリーンと投写レンズ主平面の距離 112 光束 113 光束 114 光軸 201 薄膜トランジスタ基板 202 薄膜トランジスタ 203 遮光部 204 対向基板 205 レンズ要素 206 レンズアレイ基板 207 光束112に対応する光線 208 光束113に対応する光線 209 画素開口部 210 画素開口部 211 光軸 212 液晶ライトバルブの法線と光軸のなす角 301 角度領域 302 角度領域 303 角度領域 401 投写型液晶表示装置ユニット 402 投影スクリーン 403 投写レンズ 404 ミラー 405 ダイクロイックミラ− 406 レンズアレイを有する液晶ライトバルブ 407 コンデンサーレンズ 408 ランプ 409 観賞者 501 ランプ 502 コンデンサーレンズ 503 液晶ライトバルブ 504 レンズアレイ 505 投写レンズ 506 投影スクリーン 507 光束 508 光束 509 光軸 601 薄膜トランジスタ基板 602 薄膜トランジスタ 603 遮光部 604 対向基板 605 レンズ要素 606 レンズアレイ基板 607 低角度成分の光線 608 中角度成分の光線 609 高角度成分の光線 610 画素開口部 611 画素開口部 612 光軸 701 角度領域 702 角度領域 703 角度領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶ライトバルブの液晶画素に対応し
    て、集光機能を有するレンズアレイが設けられ一体化さ
    れており、かつ前記液晶ライトバルブが、投写光学系の
    光軸に対して斜めに配置されており、かつ投影スクリー
    ン、投写レンズ、前記液晶ライトバルブの3要素の配置
    がシャインプルフの法則を満足していることを特徴とす
    る投写型液晶表示装置。
JP3200739A 1991-08-09 1991-08-09 投写型液晶表示装置 Pending JPH0545725A (ja)

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JP3200739A JPH0545725A (ja) 1991-08-09 1991-08-09 投写型液晶表示装置

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ID=16429367

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980075346A (ko) * 1997-03-31 1998-11-16 구자홍 고휘도 단판식 액정 프로젝터용 lcd 장치
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