JPH07209643A

JPH07209643A - 投写型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH07209643A
Application number: JP6001218A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsunoda; 隆史角田; Futoshi Yamazaki; 太志山崎; Yoshio Ariki; 美雄有木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】投写型液晶表示装置に用いる液晶表示素子の
見かけの開口率を向上させ、照明装置の集光率を向上し
て、さらに、液晶表示素子、照明装置、投射レンズの条
件設定により明るい投写型液晶表示装置を得る。【構成】照明装置５０と、液晶セル７１の画素毎にマ
イクロレンズ７６を配置した液晶表示素子７０と、投射
レンズ８０とにより液晶表示装置を構成する。照明装置
５０は液晶表示素子７０の中央部に位置するマイクロレ
ンズ７６への入射光線の最大角度θと、マイクロレンズ
アレイ７５の開口数ＮＡと、投射レンズ９０のＦ値とを
最適の条件０.８≦｛２Ｆ（ＮＡ＋ｔａｎθ）｝~²≦
１に設定することにより、総合での光利用率を向上さ
せる投写型液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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をライト
バルブとして用い、液晶表示素子上に表示される映像
を、照明装置による光で照射し、投射レンズを用いてス
クリ−ン上に拡大表示する投写型液晶表示装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光学的特性の変化として映像
信号に応じてライトバルブに形成される画像を照明装置
による光で照射し、光学像を投射レンズによりスクリ−
ン上に投射する投写型液晶表示装置等がある。このよう
な投写型液晶表示装置に用いられるライトバルブとし
て、透過型の液晶表示素子を使用したものが提案されて
いる。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枚の偏光板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、偏光板の偏光
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なってい
る。

【０００３】しかし、従来技術においては、次式のよう
に定義する液晶表示素子の開口率に問題があることが指
摘されていた。開口率＝１画素中の表示に寄与する有効面積／１画素全
領域の面積すなわち、表示に寄与しない部分が大きいと開口率は小
さくなり、光の利用効率が悪くなる。表示に寄与しない
部分（遮光部）としては、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
などが挙げられる。また、同一液晶表示素子のパネルサ
イズにおいて、精細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、この場合、液晶表示素子の構成要
素のすべてを相似的に縮小できれば開口率は変化しな
い。しかし、エッチング精度、位置合わせ精度の点から
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
には小さくできない。その結果精細度を高くすると開口
率が小さくなってしまう問題があった。

【０００４】この問題に対し、特開平３−５１８８２号
公報、特開平３−１８２７１９号公報に、液晶表示素子
における光線の入射側の透明基板上に、液晶の画素配
列、１画素に対応してマイクロレンズアレイを密着配設
し、レンズの焦点を液晶面で、かつ画素電極のほぼ中央
部に一致させて、液晶表示素子に照射される光を表示に
寄与する部分に集光し、みかけ上の開口率を向上させて
明るさを改善した投写型液晶表示装置が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの液晶
表示素子は、液晶表示素子に入射する光線をマイクロレ
ンズにより集光し、液晶表示素子から出射する光線は発
散させるため、開口率が向上しても投射レンズの光利用
率が低下してしまい、装置としての光利用率が低くなる
といった問題があった。ここでは投射レンズの光利用率
を次のように定義する。投射レンズ光利用率＝投射レンズ入射光線数／液晶表示
素子出射光線数

【０００６】次に、図１６、図１７を用いてマイクロレ
ンズアレイによる投射レンズの光利用率の低下について
説明する。図１６はマイクロレンズによる液晶表示素子
への入射光線と出射光線の変化を示した模式図であり、
（ａ）はマイクロレンズアレイがない場合の液晶セルへ
の入射光線と出射光線の光線状態を示し、（ｂ）はマイ
クロレンズアレイがある場合の液晶セルへの入射光線と
出射光線の光線状態を示している。液晶表示素子２は偏
向板８、マイクロレンズアレイ９、液晶セル１０により
構成されている。液晶セル１０にマイクロレンズアレイ
９が無い場合の光源５からの光線は液晶表示素子２に入
射し、出射光線は入射光線と同じ角度で液晶セル１０を
出射する。一方、液晶セル１０にマイクロレンズアレイ
９を密着して配置した場合には、入射光線はマイクロレ
ンズアレイ９の個々のマイクロレンズにより集光するの
で、出射光線は入射光線に対して大きい角度で液晶セル
１０を出射する。

【０００７】従来技術においては、例えば、特開平５−
３４８１７号公報には、入射光線が平行光線の条件で、
マイクロレンズと投射レンズの開口数を規定したり、投
射レンズのＦ値を規定している。しかし、実際には光源
の発光部が点光源でないため、液晶表示素子への入射光
線は平行光線とはならず、角度を有する光線となって入
射する。図１７は液晶セル１０への入射光線Ａと出射光
線Ｂを示したものであり、実線で示す入射光線Ａ₁は平
行光線であり、点線で示す入射光線Ａ₂は角度を有して
入射する光線を示す。図示のように、入射光線が平行光
線Ａ₁の場合よりも、角度を有して入射する光線Ａ₂の方
が，出射光線Ｂ₂の光線角度が大きくなる。したがっ
て、従来技術のように、入射光線Ａを平行光線と推定し
て開口数や、投射レンズのＦ値を決めると、液晶セル１
０出射後の光線Ｂの一部は投射レンズ３に入射しない。
このため投射レンズの光利用率が低下し、投写型液晶表
示装置における光利用率も低下して、画像が暗くなると
いった問題があった。また、投射レンズ３のＦ値を必要
以上に小さくすると投射レンズ３を大型化する必要が生
じ、これにともない投写型液晶表示装置が大型化すると
いった問題が発生した。

【０００８】さらに、図１８に示す従来技術において
は、光源５からの出射光を１枚のリフレクタ６で反射さ
せて液晶表示素子２に照射している。すなわち、光源５
から出射した光線Ａは、リフレクタ６に入射し液晶表示
素子２に入射する反射光Ａ₃と、リフレクタ６に入射し
ない直射光Ａ₄とに大別される。この直射光Ａ₄は液晶表
示素子２に入射しないので光源５から出射する光線が有
効利用されず、照明装置における光利用率も低下してい
た。この直射光Ａ₄を有効利用するにはリフレクタ６を
大型とすればよいが、装置の大型化を招くので望ましく
なかった。本発明の目的は前記課題に対して、小型で明
るい投写型液晶表示装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の投写型液晶表示
装置は光源を有する照明装置と、液晶セルの画素に対応
したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを設
けた液晶表示素子と、液晶表示素子上の画像をスクリ−
ン上に拡大投影するための投射レンズにより構成し、照
明装置から液晶表示素子の中央部に位置するマイクロレ
ンズに入射する光線の最大角度θ_imaxとマイクロレンズ
アレイの開口数ＮＡと投射レンズのＦ値を式（１）の条
件を満たす構成を基本構成として具備する。０.８≦｛２Ｆ（ＮＡ＋ｔａｎθ_imax）｝~²≦１ ………（１）

【００１０】さらに、照明装置を光源と、光源の出射光
を液晶表示素子に集光するためのリフレクタとにより構
成したり、リフレクタを液晶表示素子に対して光源の後
方に配置した第１のリフレクタと、光源と液晶表示素子
との間に配置する第２のリフレクタの２枚とする構成、
あるいはコンデンサレンズを配設した構成、または光源
に反射手段を備えた構成をも具備する。

【００１１】

【作用】次に、本発明の作用を図８を参照して説明す
る。図８は本発明の投写型液晶表示装置の作用を示す説
明図であって、マイクロレンズアレイの中の１つのマイ
クロレンズにおける光線状態の変化を示したものであ
る。光源から出射した光線はリフレクタで反射され、コ
−ルドフィルタにより赤外線、紫外線が除去されて、液
晶表示素子１００に入射する。液晶表示素子１００に入
射した光線は液晶セルの各画素に対応して配置されたマ
イクロレンズ９００を有するマイクロレンズアレイによ
り、画素電極に集光する。これにより、液晶表示素子の
見かけ上の開口率を向上することができる。さらに、液
晶表示素子出射後の光線のそのほとんどが投射レンズに
入射してスクリ−ン上に到達する。

【００１２】すなわち、マイクロレンズ９００により集
光され、液晶表示素子１００の液晶セルを出射する光線
の角度θ_oは、近軸理論により式（２）で表される。ｔａｎθ_o＝ｈ／ｆ_ML＋ｔａｎθ_i ………（２）ここで、θ_iはマイクロレンズ９００へ入射する光線の
角度、ｆ_MLはマイクロレンズ９００の焦点距離、ｈはマ
イクロレンズ９００上での入射光線の高さとする。図に
示すように、液晶セルを出射する光線の角度が最も大き
くなるのはマイクロレンズ９００の最外周縁に入射した
光線Ａ₅である。ここで、この光線Ａ₅の入射角を最大入
射角θ_imaxとし、これに対応した出射光線の角度をθ
_Omax、マイクロレンズ９００の開口径をＤとすると、θ
_Omaxは次式で示されるｔａｎθ_omax＝Ｄ_ML／（２ｆ_ML）＋ｔａｎθ_imax ………（３）ここで、マイクロレンズ９００の開口数ＮＡはＤ_ML／
（２ｆ_ML）なので、式（３）は式（４）で示される。ｔａｎθ_omax＝ＮＡ＋ｔａｎθ_imax ……… （４）したがって、液晶表示素子１００を出射する光線は式
（４）で示されるθ_omaxの角度をもつ光束となり、投射
レンズ３００に入射する。このとき、式（４）で表され
る出射光線の角度をθ_omaxとするの光線が投射レンズ３
００に入射すれば、液晶セルを出射する光線がすべて、
投射レンズ３００に入射するので投射レンズ３００の光
利用率は１００％となり、損失がなくなる。

【００１３】次に投射レンズの光利用率に関する照明装
置、マイクロレンズと、投射レンズの条件について説明
する。投射レンズのＦ値は投射レンズの有効口径を
Ｄ_PL、焦点距離をｆ_PLとすると次式で示される。Ｄ_PL＝ｆ_PL／Ｆ ………（５）一方、液晶セル出射後の光線の投射レンズの有効口径位
置での光束幅Ｄ_Hは次式で示される。Ｄ_H＝２ｆ_PLｔａｎθ_omax ………（６）ここで、投射光学系の光利用率をηとすると、ηは次式
で示される。

【００１４】 η＝（Ｄ_PL／Ｄ_H）²＝｛２Ｆ（ＮＡ＋ｔａｎθ_imax）｝~²……（７）投射レンズ３００の光利用率は８０％以上にすることが
望ましい。また、式（７）において、η＞１にすると投
射レンズ３００が必要以上に大きくなるので、照明装置
の光線の最大角度θ_imax、マイクロレンズの開口数Ｎ
Ａ、投射レンズのＦ値は、条件式０.８≦｛２Ｆ（Ｎ
Ａ＋ｔａｎθ_imax）｝~²≦１を満足させることによ
り、液晶表示素子１００を出射する光線のほとんどが投
射レンズに入射し、光利用率が向上し、光線の損失がな
くなる。

【００１５】さらに、本発明の投写型液晶表示装置は、
光源を出射した光線がリフレクタに入射して反射された
光線も液晶表示素子に照射され、光利用率を向上させ、
さらに、第１のリフレクタ、第２のリフレクタの２つの
リフレクタを備えた装置は、第２のリフレクタで反射す
る光線が一旦光源に戻り、第１のリフレクタに入射す
る。したがって、光源から出射した光線はそのほとんど
が、第１のリフレクタを反射し、液晶表示素子に照射さ
れるので、光源を出射するほとんどの光線が有効利用さ
れる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例としての投写型液晶表示
装置を示す概略構成図である。投写型液晶表示装置は照
明装置５０、液晶表示素子７０、投射レンズ８０等を備
えている。照明装置５０はメタルハライドランプ、ハロ
ゲンランプ等の光源５１と光源５１から出射した光線を
反射させて液晶表示素子７０を照射するためのリフレク
タ５３により構成される。照明装置５０と液晶表示素子
７０との間に配設するコ−ルドフィルタ６０は光線の赤
外線、紫外線を反射させて除去し、可視光のみ透過させ
る。液晶表示素子７０は液晶セル７１の両側に配置され
た偏向板７３、液晶セル７１に密着して配置し液晶セル
７１の各画素に対応したマイクロレンズ７６を有するマ
イクロレンアレイ７５により構成される。投射レンズ８
０は液晶表示素子７０上の表示画像を拡大し、スクリ−
ン９０に投影する。また、液晶表示素子７０の駆動回路
は、例えば図示のような、ビデオクロマ処理回路１１
０、ＲＧＢ出力回路１２０、Ｘドライバ１３０、同期処
理回路１４０、コントロ−ラ１５０、Ｙドライバ１６０
より構成される。

【００１７】以下、本実施例の投写型液晶表示装置の作
用を説明する。照明装置５０の光源５１はリフレクタ５
３の第１焦点位置近傍に配置されており、光源５１から
出射する光はリフレクタ５３で反射されて、コ−ルドフ
ィルタ６０を介し液晶表示素子７０に照射される。そし
て、液晶表示素子７０上に表示された画像は投射レンズ
８０で拡大され、スクリ−ン９０上に拡大画像として投
影される。また、レ−ザ−ディスク、ＶＴＲ等（図示せ
ず）から入力されたビデオ入力はビデオクロマ処理回路
１１０により処理された後、ＲＧＢ出力回路１２０に入
力される。ＲＧＢ出力回路１２０はＲ、Ｇ、Ｂに対応す
る映像信号及び液晶表示素子７０をＡＣ駆動するため、
垂直期間ごとに極性反転し、Ｘドライバ１３０を介して
液晶表示素子７０の電極に入力される。ビデオクロマ処
理回路１１０、ＲＧＢ出力回路１２０、Ｘドライバ１３
０、及びＹドライバ１６０は同期処理回路１４０、コン
トロ−ラ１５０により同期がとられている。なお、この
投写型液晶表示装置においては、ライトバルブとして液
晶表示素子を１枚使用する場合であるから、カラ−表示
の場合には液晶表示素子７０内に図示していないカラ−
フィルタを設ける必要があることは当然である。また、
いわゆる色の３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する３枚の液
晶表示素子を用いる方法にも適用できる。

【００１８】次に本発明の液晶表示装置に用いる液晶表
示素子の実施例を説明する。図２は本発明の実施例に係
る液晶表示素子の斜視図であり、図３は図２の構成要素
の位置関係を示す模式図である。液晶表示素子７０は一
対の透明基板７１１と、一方の透明基板７１１の対向面
側に配設する透明の対向電極７１３と、また、他方の透
明基板７１１の対向面側には透明の画素電極７１５が配
設されており、この対をなす透明基板７１１，７１１間
に液晶７１７が封入されている。また、他方の透明基板
７１１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は遮光部７１９となる。そ
して、各構成要素（一対の透明基板７１１間の構成）を
まとめて液晶セル７１とする。液晶セル７１の一方の透
明基板７１１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７５は、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、単位レンズ部７６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、各透明基板７１１の外側にはそれぞれ偏光板
７３を配設している。図示では偏光板７３と各透明基板
７１１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。また、マイクロレンズアレイ７５は液晶セル
７１に対して常に入射光線Ａ側に設けられる。

【００１９】次に図３により液晶セルの主要構成要素の
位置関係、および形状についてを説明する。斜線で示す
領域７１０は液晶セル７１中の１画素に対応した領域を
示す。そして、斜線領域７１０内の実線枠が表示に有効
な（すなわち、開口部）画素電極７１５の部分であり、
それ以外が金属配線、スイッチング素子などの遮光部７
１９となる。また、破線枠が平板マイクロレンズアレイ
７５の単位レンズ部７６の周縁形状を示している。図か
ら明らかなように、平板マイクロレンズアレイ７５の個
々のレンズ（単位レンズ部７６）の形状並びにその配列
は、液晶セル７１中の１画素に対応した領域７１０の形
状と、同一形状で且つ同一配列となるようにしている。

【００２０】マイクロレンズアレイを模式的に表した部
分斜視図を示す図４により、マイクロレンズアレイを詳
細に説明する。マイクロレンズアレイ７５は、例えば屈
折率Ｎ₀の透明平板ガラス基板７５３内に屈折率Ｎ₀と異
なる屈折率Ｎの領域７５５を周期性を持って形成してい
る、所謂屈折率分布型の平板マイクロレンズアレイであ
る。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。イオン交換法は
透明平板ガラス基板７５３に所要のパタ−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、容融塩
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７
６）となる。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７５３の内
部に光を屈折させるレンズ作用を有し、表面が平らなマ
イクロレンズアレイ７５を形成することができる。ま
た、上記所要のパタ−ンのマスク層の形状及びイオン交
換の時間等を調整（オ−バ−拡散）することにより、液
晶セルの１画素に対応、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７６の間隔を見かけ上なく
した、２次元マトリクス状の屈折率分布型レンズを製作
することを可能としている。

【００２１】屈折率分布型レンズを有するマイクロレン
ズアレイの原理を説明する（図５参照）。（ａ）は液晶
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７６Ｒ）が円形の形状である場合を示
している。図に示す様に単位レンズ部７６Ｒに入射する
光線Ｒ₅はレンズ作用により液晶表示素子の遮光部７１
９に到達しないで液晶表示素子を透過する。しかし、液
晶表示素子７０の１画素に相当する領域７１０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７６Ｒが円形の形状である場合に
は、単位レンズ部７６Ｒと隣接した画素に対応した単位
レンズ部７６Ｒとの間にレンズ作用を有さないギャップ
７１８が存在する。このギャップ部７１８に入射する光
線Ｒ₁₀は、液晶表示素子７０の遮光部７１９に到達し液
晶表示素子を透過しない。（ｂ）はレンズ作用を有す
る、例えば屈折率分布領域である領域、単位レンズ部７
６Ｓが、液晶表示素子の１画素に相当する領域７１０に
対応して、領域７１０と等しい平面形状の単位レンズ部
７６Ｓとなるよう形成している。この場合はすべての光
線Ｒ₂₀はレンズ作用を受け、液晶表示素子の遮光部７１
９には到達せずに、液晶表示素子７０を透過するように
なる。

【００２２】上記理由により、（ａ）に示す円形の単位
レンズ７６Ｒに対し、（ｂ）に示す矩形の単位レンズ７
６Ｓは液晶表示素子を透過する光が増え、見かけ上の開
口率が大幅に改善でき、すなわち明るい液晶表示素子を
得ることができる。なお、透明平板ガラス基板７５３内
のレンズ作用を有する領域（単位レンズ部）の配設位置
を図６に示しているが、（Ｘ）のように液晶セル７０に
対して偏光板７３側に領域（単位レンズ部）７６２を形
成する、あるいは、（Ｙ）に示すように透明基板７１１
側に領域（単位レンズ部）７６４を形成することができ
る。しかし、領域（単位レンズ部）７６２，７６４の形
成を透明平板ガラス基板７５３内のどちら側から形成し
ても，光線は開口部を通過する。このように、実際に
は、いずれか一方側に形成するか、もしくは、両側に形
成しても良い。しかし、（Ｙ）に示すように単位レンズ
部７６４を透明基板７１１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。
以上は、マイクロレンズアレイ７５において、単位レン
ズ部７６の形状を液晶表示素子の１画素に相当する領域
７１０の形状に対して完全に一致させた場合で示した
が、レンズの製作過程で作製可能である形状であれば、
ほぼ同様に見かけ上の開口率が改善でき、明るい液晶表
示素子が得られる。

【００２３】次に、本発明の液晶表示素子の特性を、具
体的なデ−タを参照して説明する。液晶表示素子７０は
液晶セル７１にマイクロレンズアレイ７６を貼つけたも
のであり、液晶セル７１はパネルサイズ１．４インチ、
画素数は４０万画素（縦方向４８０、横方向７２０）と
する。液晶表示素子７０においては１画素に相当する領
域７１０の大きさは縦方向３０μｍ、横方向４０μｍと
し、対角方向は５０μｍとなっている。また、画素電極
の大きさは縦方向２０μｍ、横方向２０μｍとして、開
口率を３３％としている。マイクロレンズアレイ７５に
ついては１画素に相当する領域７１０の大きさは、液晶
セル７１と等しく縦方向３０μｍ、横方向４０μｍと
し、対角方向は５０μｍ、焦点距離を８０μｍの屈折率
分布型で構成して、開口数（ＮＡ）を０．３１としてい
る。なお、屈折率分布領域は図５（ｂ）に示すように、
液晶セル１画素に対応して、領域７１０と等しい平面形
状の単位レンズ部７６Ｓとなるように形成している。

【００２４】このように構成した液晶表示素子の開口率
をみる。図７は液晶表示素子７０の中央部に位置するマ
イクロレンズに入射する光線の最大角度に対する開口率
性能を、この実施例で示す液晶表示素子を用いた場合
と、マイクロレンズのない場合とを比較して示してい
る。このグラフによると、最大入射光線角度が８度以内
では、実線で示す本実施例による液晶表示素子７０の開
口率は、破線で示すマイクロレンズのない場合の液晶表
示素子の約２倍となり、本実施例に示すマイクロレンズ
を備えた液晶表示素子は、照射された光を表示に寄与す
る部分に集光して見かけ上の開口率を向上させている。
以上説明した液晶表示素子のマイクロレンズアレイは液
晶セルに密着した構成となっているが、マイクロレンズ
アレイの透明基板と液晶セルの透明基板とを一体的に形
成する構成としても良い。

【００２５】次に、上記液晶表示素子を用いた投写型液
晶表示装置について説明する（図９〜図１５参照）。実施例１（図９参照）投写型液晶表示装置における照明装置５００は消費電力
１５０ｗ、ア−ク長３ｍｍのメタルハライドランプであ
る光源５１０と、焦点距離１１ｍｍ、開口径φ８０ｍｍ
の放物形状のリフレクタ５３０により構成した。そし
て、リフレクタ５３０の頂点から液晶セル７１までの距
離Ｌ₁は１５０ｍｍとした。投射レンズ８０の焦点距離
は５０ｍｍとし、Ｆ値は１．２とする。本照明装置５０
０においては、光源５１０から出射する光線の約３０％
が液晶表示素子７０に入射し、さらに、照明装置５００
から液晶セル７１への入射光線の最大角度は約８度であ
った。そして、液晶表示素子７０として前述した開口数
（ＮＡ）を０．３１とした開口効率性能を有する液晶表
示素子を適用した。この実施例の投写型液晶表示装置は
前記条件式（２）を満足している。このような投写型液
晶表示装置においては、投射レンズの光利用率は実測で
約９０％であった。

【００２６】実施例２（図１０参照）照明装置５０１は消費電力１５０ｗ、ア−ク長３ｍｍの
メタルハライドランプである光源５１１と、第一焦点距
離１１ｍｍ、第二焦点距離２２０ｍｍ、開口径φ８０ｍ
ｍの楕円形状のリフレクタ５３１により構成した。リフ
レクタ５３１の頂点から液晶セル７１までの距離は１５
０ｍｍとした。投射レンズ８０は焦点距離５０ｍｍ、Ｆ
値は１．２である。この照明装置５０１においては、光
源５１１から出射する光線の約５５％が液晶表示素子７
０に入射している。さらに、照明装置５０１から液晶セ
ル７１への入射光線の最大角度は約９度であった。そし
て、液晶表示素子７０には前述した開口数（ＮＡ）を
０．３１とした開口効率性能の液晶表示素子を適用し
た。この実施例の投写型液晶表示装置は上記条件式
（２）を満足している。本投写型液晶表示装置において
は投射レンズの光利用率は実測で約８０％であった。

【００２７】実施例３（図１１参照）本実施例における照明装置５０２は消費電力１５０ｗ、
ア−ク長３ｍｍのメタルハライドランプである光源５１
２と、焦点距離１１ｍｍ、開口径φ８０ｍｍの放物形状
のリフレクタ５３２により構成した。コンデンサレンズ
６０２はリフレクタ５３２出射後の光線を液晶表示素子
７０に集光させるレンズであって、焦点距離１２６ｍ
ｍ、開口径φ８０ｍｍ、レンズ厚さ１５ｍｍの平凸レン
ズを適用した。リフレクタ５３２の頂点から液晶セル７
１までの距離Ｌ₂は１５０ｍｍ、リフレクタ５３２の頂
点からコンデンサレンズ６０２までの距離Ｌ₁は６０ｍ
ｍとした。本照明装置５０２においては、光源５１２か
ら出射する光線の約６１％が液晶表示素子７０に入射し
ている。さらに、本照明装置５０２から液晶セル７１へ
の入射光線の最大角度は約９度である。液晶表示素子７
０には前述した開口効率性能の液晶表示素子を適用した
ので、開口数（ＮＡ）は０．３１である。投射レンズ８
０は焦点距離５０ｍｍ、Ｆ値は１．２であり、条件式
（２）を満足している。本投写型液晶表示装置において
は投射レンズの光利用率は実測で約８０％であった。

【００２８】実施例４（図１２参照）本実施例における照明装置５０３の光源５１３には消費
電力１５０ｗ、ア−ク長３ｍｍのメタルハライドランプ
である光源５１３を適用した。また、リフレクタは第一
焦点距離２０ｍｍ、第二焦点距離４００ｍｍ、開口径φ
８０ｍｍの楕円形状の第１のリフレクタ５３３と、半径
８ｍｍ、開口径φ１６ｍｍの球面形状の第２のリフレク
タ５３３３とにより構成した。メタルハライドランプの
ア−ク中心と第１のリフレクタ５３３の焦点位置と第２
のリフレクタ５３３３の焦点位置はほぼ同じ位置にあ
り、メタルハライドランプのア−ク部から出射して第２
のリフレクタ５３３３に入射する光線は、再度メタルハ
ライドランプのア−ク部に戻り第１のリフレクタ５３３
で反射して、液晶表示素子７０に入射する。リフレクタ
５３３の頂点から液晶セル７１までの距離Ｌ₁は２５０
ｍｍである。投射レンズ８０は焦点距離５０ｍｍ、Ｆ値
は１．２である。本照明装置５０３においては、光源５
１３から出射する光線の約７４％が液晶表示素子７０に
入射している。さらに、本照明装置５０３から液晶セル
７１への入射光線の最大角度は約７度である。液晶表示
素子７０には前述した開口数（ＮＡ）を０．３１とした
開口効率性能の液晶表示素子を適用した。本実施例の投
写型液晶表示装置は条件式（２）を満足している。本投
写型液晶表示装置においては投射レンズの光利用率は実
測で約９２％であった。

【００２９】実施例５（図１３参照）本実施例における照明装置５０４の光源５１４には消費
電力１５０ｗ、ア−ク長３ｍｍのメタルハライドランプ
である光源５１４を適用した。また、リフレクタは第一
焦点距離２０ｍｍ、第二焦点距離５００ｍｍ、開口径φ
８０ｍｍの楕円形状の第１のリフレクタ５３４と、半径
８ｍｍ、開口径φ１６ｍｍの球面形状の第２のリフレク
タ５３４４により構成した。コンデンサレンズ６０４は
焦点距離３２０ｍｍ、開口径φ８０ｍｍ、レンズ厚さ１
５ｍｍの平凸レンズを適用した。メタルハライドランプ
のア−ク中心と第１のリフレクタの焦点位置と第２のリ
フレクタの焦点位置はほぼ同じ位置にあり、メタルハラ
イドランプのア−ク部から出射して第２のリフレクタ５
３４４に入射する光線は、再度メタルハライドランプの
ア−ク部に戻り第１のリフレクタ５３４で反射して、コ
ンデンサレンズ６０４により集光されて液晶表示素子７
０に入射する。リフレクタの頂点から液晶セル７１まで
の距離Ｌ₂は２５０ｍｍ、リフレクタ５の頂点からコン
デンサレンズ２８までの距離Ｌ₁は２１０ｍｍである。
光源５１４から出射する光線の約７０％が液晶表示素子
７０に入射している。さらに、本照明装置から液晶セル
７１への入射光線の最大角度は約８度である。液晶表示
素子７０には前述した開口効率性能の液晶表示素子を適
用したので開口数（ＮＡ）は０．３１である。投射レン
ズ３は焦点距離５０ｍｍ、Ｆ値は１．２であり、条件式
（２）を満足している。本投写型液晶表示装置において
は投射レンズの光利用率は実測で約９０％であった。

【００３０】実施例６（図１４参照）本実施例における照明装置５０５の光源５１５には消費
電力１５０ｗ、ア−ク長３ｍｍのメタルハライドランプ
である光源５１５を適用した。また、リフレクタは第一
焦点距離２０ｍｍ、第二焦点距離４００ｍｍ、開口径φ
８０ｍｍの楕円形状の第１のリフレクタ５３５と、半径
５０ｍｍ、開口径φ１００ｍｍの球面形状の第２のリフ
レクタ５３５５により構成した。メタルハライドランプ
のア−ク中心と第一のリフレクタ５３５の焦点位置と第
２のリフレクタ５３５５の焦点位置はほぼ同じ位置にあ
り、メタルハライドランプのア−ク部から出射して第２
のリフレクタ５３５５に入射する光線は、再度メタルハ
ライドランプのア−ク部に戻り第１のリフレクタ５３５
で反射して、液晶表示素子７０に入射する。リフレクタ
の頂点から液晶セル７１までの距離Ｌ₁は２５０ｍｍで
ある。本照明装置５０５においては、光源５１５から出
射する光線の約７４％が液晶表示素子７０に入射してい
る。さらに、本照明装置から液晶セル７１への入射光線
の最大角度は約７度である。液晶表示素子７０には前述
した開口効率性能の液晶表示素子を適用したのでＮＡは
０．３１である。投射レンズ８０は焦点距離５０ｍｍ、
Ｆ値は１．２であり、条件式（２）を満足している。本
投写型液晶表示装置においては投射レンズの光利用率は
実測で約９２％であった。

【００３１】実施例７（図１５参照）本実施例における照明装置５０６の光源５１６には消費
電力１５０ｗ、ア−ク長３ｍｍのメタルハライドランプ
である光源５１６を適用した。また、リフレクタは第一
焦点距離２０ｍｍ、第二焦点距離５００ｍｍ、開口径φ
８０ｍｍの楕円形状の第１のリフレクタ５３６と、半径
５０ｍｍ、開口径φ１００ｍｍの球面形状の第２のリフ
レクタ５３６６により構成した。コンデンサレンズ６０
６は焦点距離３２０ｍｍ、開口径φ８０ｍｍ、レンズ厚
さ１５ｍｍの平凸レンズを適用した。メタルハライドラ
ンプのア−ク中心と第１のリフレクタ５３６の焦点位置
と第２のリフレクタ５３６６の焦点位置はほぼ同じ位置
にあり、メタルハライドランプのア−ク部から出射して
第２のリフレクタ５３６６に入射する光線は、再度メタ
ルハライドランプのア−ク部に戻り第１のリフレクタ５
３６で反射して、コンデンサレンズ６０６により集光さ
れて液晶表示素子７０に入射する。リフレクタの頂点か
ら液晶セル７１までの距離Ｌ₂は２５０ｍｍ、リフレク
タの頂点からコンデンサレンズ６０６までの距離Ｌ₁は
２１０ｍｍである。本照明装置においては、光源５１６
から出射する光線の約７０％が液晶表示素子７０に入射
している。さらに、本照明装置から液晶セル７１への入
射光線の最大角度は約８度である。液晶表示素子７０に
は前述した開口効率性能の液晶表示素子を適用したので
ＮＡは０．３１である。投射レンズ８０は焦点距離５０
ｍｍ、Ｆ値は１．２であり、条件式（２）を満足してい
る。本投写型液晶表示装置においては投射レンズの光利
用率は実測で約９０％であった。なお、照明装置におけ
る光源において、例えば、ランプの管球部の液晶素子配
設側の一部に反射部材を装着し、光源から出射する光線
をリフレクタ方向に反射させる構成とすることにより、
光利用効率をより向上させることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示素子の見かけ
の開口率を向上させ、さらに液晶表示素子を出射する光
線のほとんどが投射レンズに入射し、光利用率があがり
明るい投写型液晶表示装置となる。さらに、リフレクタ
を有する照明装置、特に２つのリフレクタを有する照明
装置は、従来利用されていなかった直射光を第２のリフ
レクタで有効利用されるので光源からの出射光線を有効
利用でき照明装置の光利用率が向上できる。本発明の投
写型液晶表示装置は、照明装置、マイクロレンズアレ
イ、投射レンズの条件設定により、画面の明るい液晶表
示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写型液晶表示装置の一実施例として
の概略構成図。

【図２】液晶表示素子の構成説明図。

【図３】液晶表示素子の概略構成説明図。

【図４】マイクロレンズアレイの概略構成図。

【図５】液晶表示素子の原理を示す説明図。

【図６】液晶表示素子の原理を示す説明図。

【図７】液晶表示素子の開口率性能に関するグラフ。

【図８】マイクロレンズアレイの光線状態を示す説明
図。

【図９】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装置
の構成図。

【図１０】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装
置の構成図。

【図１１】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装
置の構成図。

【図１２】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装
置の構成図。

【図１３】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装
置の構成図。

【図１４】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装
置の構成図。

【図１５】本発明の一実施例としての投写型液晶表示装
置の構成図。

【図１６】従来の投写型液晶表示装置の構成説明図。

【図１７】従来の投写型液晶表示装置のマイクロレンズ
アレイの光線状態を示す説明図。

【図１８】従来の投写型液晶表示装置の光線状態の説明
図。

【符号の説明】

５０照明装置５１光源５３リフレクタ５３３第一のリフレクタ５３３３第二のリフレクタ６０コ−ルドフィルタ７０液晶表示素子７１液晶セル７３偏光板７５マイクロレンズアレイ８０投射レンズ９０スクリ−ン１１０ビデオクロマ処理回路１２０ＲＧＢ出力回路１３０Ｘドライバ１４０同期処理回路１５０コントロ−ラ１６０ＹドライバＡ液晶表示素子への入射光線Ｂ液晶表示素子からの出射光線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明装置と、照明装置からの出射光を透
過することにより画像を表示する液晶表示素子と、液晶
表示素子に表示される画像をスクリ−ン上に拡大するた
めの投射レンズを備えた投写型液晶表示装置において、投写型液晶表示装置の液晶表示素子は、光線の入射側の
液晶セルの透明基板上にマイクロレンズアレイを密着し
た構成を有し、マイクロレンズアレイは液晶表示素子の１画素に対応す
る領域の平面形状を等しくした単位レンズ部を、液晶表
示素子の画素配列と等しく周期的に形成すると共に、単
位レンズ部の焦点を液晶面で、画素電極のほぼ中央部に
一致するように構成し、照明装置と液晶表示素子と投射レンズは、照明装置から
出射した光線が液晶表示素子の中央部に位置する単位レ
ンズ部に入射する光線の最大角度θと、マイクロレンズ
アレイの開口数ＮＡと、投射レンズのＦ値が下記の式を
満足するよう構成してなる投写型液晶表示装置。０.８≦｛２Ｆ（ＮＡ＋ｔａｎθ）｝~²≦１
【請求項２】投写型液晶表示装置の液晶表示素子は、
マイクロレンズアレイを光線の入射側の液晶セルの透明
基板に一体に構成してなる請求項１記載の投写型液晶表
示装置。
【請求項３】照明装置は光源と、光源から出射する光
線を反射させて液晶表示素子に照射するリフレクタによ
り構成したことを特徴とする請求項１、２記載の投写型
液晶表示装置。
【請求項４】照明装置は光源と、光源から出射する光
線を反射させるリフレクタと、リフレクタを反射した光
線を液晶表示素子に照射させるコンデンサレンズにより
構成したことを特徴とする請求項１、２記載の投写型液
晶表示装置。
【請求項５】リフレクタは液晶表示素子に対して光源
の後方に配置した第１のリフレクタと、光源と液晶表示
素子との間に配置する第２のリフレクタを備えてなる請
求項３、４記載の投写型液晶表示装置。
【請求項６】光源から出射する光線をリフレクタの方
向に反射させる反射手段を光源の管球部の一部に設けた
請求項３、４記載の投写型液晶表示装置。