JP2006227244A - Display device and projector using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】
比視感度の差によって画面上に黒い格子模様が見えてしまうことがなく、かつ、十分な明るさを有する表示品位の高い画像を形成する表示装置を提供し、またこれを用いたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】
光源固有の波長分布特性に応じて適宜マイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積の面積比率を設定することで、明るく、かつ、ホワイトバランスのとれた像光を形成し、さらに、マイクロレンズ33r、33g、33bの光軸方向を調整することで各フィルタ要素32r、32g、32bからの各色の投影光を当該投影画素位置において重畳させ、画面上の黒い格子を生じないようにする。
【選択図】
図2
【Task】
Providing a display device that forms a high-quality image with sufficient brightness without black lattice pattern being visible on the screen due to the difference in specific visibility, and a projector using this display device To do.
[Solution]
By appropriately setting the area ratio of the aperture areas of the microlenses 33r, 33g, and 33b according to the wavelength distribution characteristic unique to the light source, bright and white-balanced image light is formed, and the microlens 33r, By adjusting the optical axis direction of 33g, 33b, the projection light of each color from each filter element 32r, 32g, 32b is superimposed at the projection pixel position, so that a black grid on the screen is not generated.
[Selection]
FIG.
Description
本発明は、液晶パネルを有する表示装置及びプロジェクタに関し、特にマイクロレンズアレイを有し、複数色の色要素を含むカラーフィルタによりカラー画像を表示する表示装置等に関する。 The present invention relates to a display device having a liquid crystal panel and a projector, and more particularly to a display device having a microlens array and displaying a color image with a color filter including a plurality of color elements.
従来技術として、カラーフィルタ方式の液晶パネルを用いた投射型の液晶表示装置が知られている(例えば、特許文献1等)。 As a prior art, a projection type liquid crystal display device using a color filter type liquid crystal panel is known (for example, Patent Document 1).
また、液晶パネルとして、光源の波長分布特性に合わせてカラーフィルタのフィルタ画素の面積比率を変えて各色の光量を制御するものも知られている(特許文献2)。 A liquid crystal panel is also known that controls the amount of light of each color by changing the area ratio of the filter pixels of the color filter in accordance with the wavelength distribution characteristics of the light source (Patent Document 2).
また、上記のような液晶表示装置ではないが、画像表示装置として、電子源から出る電子と蛍光体スクリーンとの組み合わせにおいて、三原色蛍光体の面積比率を変えるものが知られている(特許文献3)。 Further, although not a liquid crystal display device as described above, an image display device is known that changes the area ratio of three primary color phosphors in a combination of electrons emitted from an electron source and a phosphor screen (Patent Document 3). ).
一方、集光効率を高めるために液晶パネルにマイクロレンズアレイを組み込んだものも知られている(特許文献4)。
しかしながら、カラーフィルタ方式の液晶パネルを用いた表示装置を、例えば、プロジェクタとして用いた場合、白色を投射しても、カラー画像を形成する画素のうち、例えば、青色や赤色の部分は、他の色に比べ比視感度が低く、同じ明るさであっても暗く見えることから、これらが画面上に黒い格子のように見えてしまうという問題がある。また、このような表示装置では、カラーフィルタを用いていることから光の透過率が十分でなく、表示の明るさが制約される場合があり、例えば、携帯電話等の光源の光量が限られる小型の表示装置では、これを明るい場所で使用した場合、光源光だけでは十分な明るさが得られないという問題もある。 However, when a display device using a color filter type liquid crystal panel is used as, for example, a projector, even when white is projected, among the pixels that form a color image, for example, blue and red portions Since the relative visual sensitivity is lower than that of color and it looks dark even at the same brightness, there is a problem that these appear to be black grids on the screen. In such a display device, since a color filter is used, the light transmittance is not sufficient, and the brightness of the display may be restricted. For example, the light amount of a light source such as a mobile phone is limited. In a small display device, when it is used in a bright place, there is a problem that sufficient brightness cannot be obtained only with light from the light source.
また、光源の波長分布特性に合わせてカラーフィルタのフィルタ画素の面積比率を変える場合、各色の光量を制御することで、例えば、ホワイトバランスを調整するといったことはできても、比視感度の差によって形成される黒い格子模様を目立たないようにできるとは限らない。また、カラーフィルタを用いていることから透過率が十分でない可能性もある。 Also, when changing the area ratio of the filter pixels of the color filter in accordance with the wavelength distribution characteristics of the light source, for example, white balance can be adjusted by controlling the amount of light of each color, but the difference in relative visibility It is not always possible to make the black lattice pattern formed by Further, since the color filter is used, the transmittance may not be sufficient.
また、蛍光体スクリーンの三原色蛍光体の面積比率を変える技術は、電子を蛍光体に衝突させて発光させる自発光型の画像表示装置についてのものである。一方、カラーフィルタ方式の液晶パネルを用いたプロジェクタにおいて、当該液晶パネルは、自発光型ではないため、別に光源を要する。従って、用いる光源ごとに固有の波長分布特性があり、当該技術は、そのままでは適用することができない。 Further, the technology for changing the area ratio of the three primary color phosphors of the phosphor screen is for a self-luminous image display device that emits light by colliding electrons with the phosphor. On the other hand, in a projector using a color filter type liquid crystal panel, the liquid crystal panel is not a self-luminous type and requires a separate light source. Therefore, each light source used has a unique wavelength distribution characteristic, and the technology cannot be applied as it is.
そこで、本発明は、比視感度の差によって画面上に黒い格子模様が見えてしまうことがなく、かつ、十分な明るさを有する表示品位の高い画像を形成する表示装置を提供し、またこれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a display device that forms a high-quality image with sufficient brightness, without causing a black lattice pattern to be seen on the screen due to a difference in specific visibility. An object of the present invention is to provide a projector using the projector.
上記課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、複数色の色光成分を射出する光源装置と、一対の基板間に挟持された液晶を含んで構成される複数の表示画素を有する液晶パネルと、液晶パネルの一面側に形成され、複数の表示画素に対応する各表示領域をそれぞれ形成する複数色の色要素を含むカラーフィルタと、複数の表示画素に対応して設けられるとともに、表示画素の種類に対応して異なる特性を有する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイとを備える。ここで、複数色の色要素としては、例えば、赤、緑、青等の光の3原色を含む。 In order to solve the above problems, a display device according to the present invention includes a light source device that emits color light components of a plurality of colors and a plurality of display pixels that include a liquid crystal sandwiched between a pair of substrates. A panel, a color filter that is formed on one side of the liquid crystal panel and includes color elements of a plurality of colors that respectively form display areas corresponding to a plurality of display pixels, and a display that is provided corresponding to the plurality of display pixels And a microlens array including a plurality of microlenses having different characteristics corresponding to the type of pixel. Here, the color elements of multiple colors include, for example, three primary colors of light such as red, green, and blue.
上記マイクロレンズアレイは、表示画素の種類に対応して異なる特性を有することにより、複数色の色光のそれぞれについて、光量の調整や投射方向といった光学的調整等が可能であるとともに、ホワイトバランス等の表示状態の調整も可能となる。これにより、照明光の効率的な利用によって十分な明るさを有する、或いは、比視感度の差によって画面上に黒い格子模様が見えてしまうことがない表示品位の高い画像を形成することが可能となる。 Since the microlens array has different characteristics corresponding to the type of display pixel, it is possible to perform optical adjustment such as adjustment of the light amount and projection direction for each of a plurality of color lights, as well as white balance and the like. The display state can also be adjusted. As a result, it is possible to form an image with high display quality that has sufficient brightness by efficient use of illumination light or does not show a black lattice pattern on the screen due to a difference in specific visibility. It becomes.
また、本発明の具体的な態様として、マイクロレンズアレイが、カラーフィルタの複数色の色要素に対応して色ごとに設定された特性を有する。この場合、複数色の色要素ごとに定まる固有の表示条件に応じて、例えば、かかる表示条件を相殺するようにマイクロレンズアレイの特性を設定することができる。尚、「特性を色ごとに設定する」とは、少なくとも1色に関する特性を他の色に関する特性と異なるものとすることを意味する。 As a specific aspect of the present invention, the microlens array has characteristics set for each color corresponding to the color elements of a plurality of colors of the color filter. In this case, the characteristics of the microlens array can be set so as to cancel the display conditions, for example, according to the specific display conditions determined for each color element of a plurality of colors. Note that “setting a characteristic for each color” means that a characteristic related to at least one color is different from a characteristic related to another color.
また、本発明の具体的な態様として、マイクロレンズアレイが、光源装置が有する複数色の色光成分の特性に対応して色ごとに設定された特性を有する。この場合、光源装置が有する複数色の色光成分の特性によって定まる表示条件に応じて、例えば、かかる表示条件を相殺するようにマイクロレンズアレイの特性を設定することができる。 Moreover, as a specific aspect of the present invention, the microlens array has characteristics set for each color corresponding to the characteristics of the color light components of a plurality of colors included in the light source device. In this case, the characteristics of the microlens array can be set, for example, so as to cancel the display conditions according to the display conditions determined by the characteristics of the color light components of a plurality of colors included in the light source device.
また、本発明の具体的な態様として、複数のマイクロレンズが、複数色の色光成分のエネルギー比率に応じて複数の表示画素ごとにそれぞれ設定された開口面積を有する。この場合、各マイクロレンズの開口面積の比率を色光成分のエネルギー比率に応じて設定することでホワイトバランス等の調整が可能となる。より具体的には、例えば、複数色のうち1つの所定色に対応する開口面積の比率をその他の色の開口面積の比率より大きくすれば、光源装置から射出される色光成分のエネルギー比率に対して、当該所定色の色光成分の抽出割合を他の色光成分の抽出割合より大きくすることができる。 As a specific aspect of the present invention, the plurality of microlenses each have an opening area set for each of the plurality of display pixels in accordance with the energy ratio of the color light components of the plurality of colors. In this case, white balance and the like can be adjusted by setting the ratio of the aperture area of each microlens according to the energy ratio of the color light component. More specifically, for example, if the ratio of the opening area corresponding to one predetermined color among the plurality of colors is made larger than the ratio of the opening areas of the other colors, the energy ratio of the color light component emitted from the light source device Thus, the extraction ratio of the color light component of the predetermined color can be made larger than the extraction ratio of the other color light components.
また、本発明の具体的な態様として、開口面積が、複数色のうち少なくとも1つの所定色に対応する表示画素において、当該表示画素の画素領域よりも大きい。この場合、当該色に対応する開口面積を大きくすることで当該色の色光成分のエネルギーを確保し、表示画素の画素領域を大きくすることなくホワイトバランス等の調整が可能となる。 As a specific aspect of the present invention, the opening area of the display pixel corresponding to at least one predetermined color among the plurality of colors is larger than the pixel area of the display pixel. In this case, by increasing the aperture area corresponding to the color, it is possible to secure the energy of the color light component of the color, and to adjust white balance and the like without increasing the pixel area of the display pixel.
また、本発明の具体的な態様として、複数のマイクロレンズが、複数の表示画素ごとにそれぞれ設定された光軸方向を有する。この場合、色光ごとに投影光の光路を適宜調整することができる。 Further, as a specific aspect of the present invention, the plurality of microlenses have optical axis directions set for each of the plurality of display pixels. In this case, the optical path of the projection light can be appropriately adjusted for each color light.
また、本発明の具体的な態様として、複数色の色要素が、赤、緑及び青の光の3原色を含み、複数の表示領域が、対応する3色を含む色要素を一括して合成領域を形成し、光軸方向は、合成領域の各表示領域に対応する表示画素からの光線が投影画素位置を基準として略同一箇所に入射するように設定されている。この場合、各色の投影光が当該投影画素位置において重畳された状態となるようにできる。 As a specific aspect of the present invention, a plurality of color elements include three primary colors of red, green, and blue light, and a plurality of display areas collectively combine color elements including the corresponding three colors. The region is formed, and the optical axis direction is set so that light rays from the display pixels corresponding to the respective display regions of the composite region are incident on substantially the same location with reference to the projection pixel position. In this case, the projection light of each color can be superposed at the projection pixel position.
また、本発明の具体的な態様として、マイクロレンズが、所定色の各表示画素に対向して2つ以上隣接配置される。この場合、当該色要素による表示を分割又は拡散させることができる。 As a specific aspect of the present invention, two or more microlenses are arranged adjacent to each other so as to face each display pixel of a predetermined color. In this case, the display by the color element can be divided or diffused.
また、本発明の具体的な態様として、複数の表示画素が、千鳥型及びデルタ型のいずれか1つのパターンによって配列される。この場合、より効率的に光源光を利用することができる。 As a specific aspect of the present invention, a plurality of display pixels are arranged in any one pattern of a staggered pattern and a delta pattern. In this case, the light source light can be used more efficiently.
上記課題を解決するためのプロジェクタは、上記いずれかの表示装置と、表示装置によって形成される像光を投射光として投射する投射光学系とを備える。この場合、当該プロジェクタは十分な明るさを有し、比視感度の差によって画面上に黒い格子模様が見えてしまうことがない表示品位の高い画像を形成できる。 A projector for solving the above problems includes any one of the display devices described above and a projection optical system that projects image light formed by the display device as projection light. In this case, the projector has sufficient brightness and can form an image with high display quality so that a black lattice pattern does not appear on the screen due to a difference in specific visibility.
〔第1実施形態〕
図1は、第1実施形態の表示装置を組み込んだプロジェクタについて説明するための図である。本実施形態におけるプロジェクタ100は、表示装置50と、投射光学系である投射レンズ60とを備える。さらに、表示装置50は、光源装置10と、伸張レンズ20と、液晶ライトバルブ30とを備える。尚、プロジェクタ100の投射レンズ60から投射される投射光により、スクリーンSRに投影画像が形成される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram for explaining a projector incorporating the display device of the first embodiment. The
表示装置50において、光源装置10は、光源を含む照明ユニット11と、基板12と、放熱装置である冷却フィン13とを備える。照明ユニット11は、内部に、LED14と照明光形成光学系15とを備え、光源であるLED14により像光形成の必要に足る光量の光源光を発生させ、照明光形成光学系15により、光源光を光束断面内で均一化し、液晶ライトバルブ30へ照射する照明光を形成する。基板12は、LED14に電力を供給するための配線用の回路パターンを表面に有しており、照明ユニット11が実装される。冷却フィン13は、照明ユニット11での光源光発生の際に生じる熱の放熱を空冷によって行う。
In the
ここでは、LED14として、黄色蛍光体と青色発光ダイオードとを組み合わせた白色光源を用いるものとする。この場合、青色光の光量が他の色光の光量より多くなる。また、これ以外にも、例えばLED14として、青色光、赤色光及び緑色光の3色の発光ダイオードを組み合わせて内蔵したものを使用しても良い。 Here, a white light source in which a yellow phosphor and a blue light emitting diode are combined is used as the LED 14. In this case, the amount of blue light is greater than the amount of other color light. In addition to this, for example, the LED 14 may be a combination of light emitting diodes of three colors of blue light, red light, and green light.
伸張レンズ20は、照明光ビーム断面の光学的伸張を行うレンズである。この伸張レンズ20により、液晶ライトバルブ30の全面を効率よく照明することができる。
The
液晶ライトバルブ30は、液晶パネル31と、カラーフィルタ32と、マイクロレンズアレイ33と、偏光フィルタである偏光子40及び検光子41とを備える。液晶パネル31は、一対の基板間に挟持された液晶を含んで構成される複数の表示画素を有しており、電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて表示画素単位で照明光の偏光状態を調整することにより、照明光から変調光を形成する。カラーフィルタ32は、液晶パネル31の一方の透明基板上に形成されており、複数の表示画素の1つ1つに対応して赤、緑、青の3原色が規則正しく配置され、赤、緑、青の一塊で、1つのカラー表示画素を形成している。マイクロレンズアレイ33は、カラーフィルタ32に隣接して形成されており、各色の表示画素の種類に対応して設定された特性を有する複数のマイクロレンズにより形成されている(詳しくは図2で後述)。
The liquid
液晶ライトバルブ30は、内蔵する偏光子40により入射した照明光の偏光方向を特定方向に限定する。さらに液晶ライトバルブ30は、マイクロレンズアレイ33により、特定方向に限定された偏光成分からなる照明光を集光し、カラーフィルタ32によって各色の色光を形成するとともに、液晶パネル31によって、各色の色光である照明光から変調光を形成して射出する。さらに、液晶ライトバルブ30は、内蔵する検光子41により、各色の色光として形成された変調光から特定方向の偏光成分を選択することで像光を形成する。尚、液晶ライトバルブ30の駆動回路(不図示)により駆動信号が液晶パネル31の各画素に伝達されることで各色の光の透過光量が制御されている。
The liquid crystal
投射レンズ60は、液晶ライトバルブ30で形成されたカラーの像光を投射光としてスクリーンSRへ適当な拡大率で投射する。
The
以下、光路の順を追って本実施形態におけるプロジェクタ100の機能を説明する。LED14から射出された各色光すなわち各色光成分を含む光源光が、まず、照明光形成光学系15によって光束断面内で均一化されることにより、照明光が形成される。形成された照明光は、伸張レンズ20によって光学的伸張が行われる。即ち、投射すべき画像の輪郭に合わせて縮約比が調整される。光学的に伸張された照明光は、液晶ライトバルブ30において、まず偏光方向が調整され、マイクロレンズアレイ33により集光され、カラーフィルタ32により各色の色光に変換されるとともに、液晶パネル31により電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。さらに、偏光状態が調整された光は、所定の偏光方向の成分が取り出され、像光となって射出される。射出された像光は、投射レンズ60によって投射光としてスクリーンSRに投射され、当該スクリーンSR上に所望の拡大率のカラー画像が表示される。
Hereinafter, the function of the
尚、本実施形態では、伸張レンズ20を設けているが、液晶ライトバルブ30の画像部の形状等によっては光学的伸張の必要性がない場合もある。この場合、伸張レンズ20は不要となる。
In this embodiment, the
また、本実施形態において、光源装置10の光源として、発光ダイオードを含むLED14を用いているが、光源はこれに限らず、像光形成の必要に足る光量の光源光を発生させるものであればよい。発光ダイオード以外の例としては、例えば、高圧水銀ランプ等であってもよい。
In the present embodiment, the LED 14 including a light emitting diode is used as the light source of the
図2は、本実施形態に係る表示装置50の要部である液晶ライトバルブ30の構造について説明するための断面図である。液晶ライトバルブ30は、液晶パネル31と、カラーフィルタ32と、マイクロレンズアレイ33と、偏光フィルタである偏光子40及び検光子41とを備える。ここで、液晶パネル31はガラス基板34、35と表示層36とを備える。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the liquid crystal
液晶パネル31において、ガラス基板34、35は、ともに透明なガラス板で形成されており、一対の基板として対向して配置され、表示層36を挟持している。表示層36は、TFT(薄膜トランジスタ)駆動によるアクティブマトリクス駆動方式の所謂液晶パネルとしての機能の要部である。この表示層36は、液晶分子を含み複数の画素を構成する複数の同一サイズの表示画素37と、TFTを含む駆動回路等を内蔵するとともにこれらを隠すブラックマトリックスを設けたブラックマトリックス部38とを備える。両基板34、35の対向する面に透明電極が形成されており、これらにより、表示層36に画素単位で所定電圧が印加され、表示画素37内の液晶分子が制御されることで表示パネルとしての役割を果たす。尚、各表示画素37を仕切るブラックマトリックス部38は、画素の周囲の光を遮断する遮光部となっている。
In the
カラーフィルタ32は、複数の表示画素37の1つ1つに対応して赤、緑、青の3原色が規則正しく配置され、赤、緑、青の一塊で一括した合成領域32cを1つのカラー表示画素として形成している(図中点線による区切りを1単位とする)。各合成領域32cには、各表示画素37r、37g、37bに対応して、それぞれ赤、緑、青の色要素からなるフィルタ要素32r、32g、32bが形成されている。各フィルタ要素32r、32g、32bは、表示領域に対応するものとなっている。
The
マイクロレンズアレイ33は、各表示画素37r、37g、37b及びフィルタ要素32r、32g、32bにそれぞれ対応する複数のマイクロレンズ33r、33g、33bを有し、これらを2次元配列させたものとして形成されている。
The
ここで、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ33の形状について説明する。まず、マイクロレンズアレイ33を形成するマイクロレンズ33r、33g、33bのうち、緑用のマイクロレンズ33gには、赤及び青用のマイクロレンズ33r、33bに比して大きいレンズが用いられている。これにより、マイクロレンズ33gの開口面積が他のレンズの開口面積より大きくなるので、光源光に対する緑のフィルタ要素32gにおける緑色光の色光成分の抽出割合が他の色光成分のものより大きくなるように設定できる。
Here, the shape of the
さらに、ここで、各マイクロレンズ33r、33g、33bに対応する各色の光軸RL、GL、BLは、それぞれ異なる光軸方向に設定されている。特に、ここでは、光軸GLを基準とし、他の光軸RL、BLを調整するものとする。つまり、光軸GLの延長上の所定位置に基準点Fを設定し、これに交差するように光軸RL、BLの光軸方向を設定する。これにより、例えば、合成領域32cによって形成される1つのカラー表示画素が、図1におけるスクリーンSR上に1つの投影画素として投影されたときに、各色光が重畳された状態で当該投影画素を形成できる(詳しくは後述)。
Furthermore, here, the optical axes RL, GL, and BL of the respective colors corresponding to the
以下、光路の順を追って、図2の液晶ライトバルブ30による像光の形成過程について説明する。まず、液晶ライトバルブ30に入射した照明光は、液晶ライトバルブ30が内蔵する偏光子40により偏光方向を特定方向に限定される。このような照明光は、さらにマイクロレンズアレイ33へ入射した際の入射領域に応じて、マイクロレンズ33r、33g、33bによって分割されて個別に集光され、それぞれフィルタ要素32r、32g、32bによって赤、緑、青の色光が形成される。ここで、各色の色光は、光軸RL、GL、BLに代表されて示されるものとする。照明光のうち、例えば、緑色光GLは、マイクロレンズ33gによって集光され、カラーフィルタ32のうち、緑の色要素に相当するフィルタ要素32gを通過することにより形成される。さらに、緑色光GLは、表示画素37gによって変調され、変調光が形成される。同様に、赤色光RL及び青色光BLについても、それぞれ、マイクロレンズ33r、33bによって集光され、フィルタ要素32r、32bを通過することにより形成され、さらに、表示画素37r、37bによって変調され、変調光が形成される。以上により形成された各色の変調光は、液晶ライトバルブ30が内蔵する検光子41により、特定方向の偏光成分が選択されることで像光が形成される。
Hereinafter, the process of forming image light by the liquid crystal
ここで、液晶ライトバルブ30で形成され、射出された各色の像光は、光軸RL、GL、BLの交点である基準点Fにおいて重畳される。尚、この基準点Fは、各色の像光を重畳させるための仮想的なものであり、例えば、図1におけるプロジェクタ100等に用いるといった実際の投影に応じて、各光軸RL、GL、BLの光軸方向を適宜設定すればよい。以下、図1のプロジェクタ100において当該光軸方向を設定する場合について説明する。まず、合成領域32cが形成する1つのカラー表示画素から投射レンズ60等を経て、投影画素がスクリーンSR上に形成される。この際、スクリーンSR上に投影される当該投影画素の投影画素位置について、当該投影画素を形成する各色光による投影光が略同一箇所に入射するように、各光軸RL、GL、BLの光軸方向を設定しておく。この場合、各フィルタ要素32r、32g、32b及び各表示画素37r、37g、37bを経た各色の投影光が当該投影画素位置において重畳された状態となるようにできる。
Here, the image light of each color formed and emitted by the liquid crystal
図3(a)は、図1でのスクリーンSR上に投影される投影画素の一例について説明するための図である。図1のスクリーンSR上での投影画素位置における投影画素を形成する領域について、各表示画素37r、37g、37bに対応する各色の領域をそれぞれ投影領域R、G、Bとする。図3(a)では、各色光のうち、比視感度の高い緑色の投影領域G(図中実線で囲まれる領域)が最も広く、比較的比視感度の低い赤色及び青色の投影領域R、B(それぞれ図中一点鎖線、破線で囲まれる領域)が投影領域G内に含まれるように重畳されている。これにより、比視感度が低いため緑色と同じ明るさであっても暗く見えてしまっていた青色や赤色の部分が単独で存在しなくなるので、当該部分に起因する画面上の黒い格子を生じないようにすることができる。尚、図3(a)における投影領域R、G、Bの位置関係は例示であり、所望とする画像の形成に問題が生じなければこれ以外でもよく、例えば、図3(b)のようなものも想定される。
FIG. 3A is a diagram for explaining an example of a projection pixel projected on the screen SR in FIG. In the region for forming the projection pixel at the projection pixel position on the screen SR in FIG. 1, the regions of the respective colors corresponding to the
図2に戻って、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ33の形状についてのさらなる特徴である、各マイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積について説明する。本実施形態においては、マイクロレンズアレイ33は、表示画素37gに対応するマイクロレンズ33gの開口面積を、他のマイクロレンズ33r、33bよりも大きいものとしている。表示画素37gは、カラーフィルタ32における色要素のうち、緑の色要素であるフィルタ要素32gに対応している。従って、この場合、光源光に対する緑色光の色光成分の抽出割合が他の色光成分のものより大きくなるように設定されていることになる。また、マイクロレンズ33gによる集光効果により、緑色光の色光成分は、周辺光についてもブラックマトリックス部38によって遮られることなく表示画素37gを透過して変調され、無駄なく使用される。
Returning to FIG. 2, the opening area of each of the microlenses 33r, 33g, and 33b, which is a further feature of the shape of the
尚、色ごとにサイズの異なるマイクロレンズ33r、33g、33bを備えるマイクロレンズアレイ33は、例えば、ガラス板からレーザ加工等によって原盤を作製し、さらに、ニッケル電鋳法によって当該原盤の型を作製し、当該型を用いて樹脂等のマイクロレンズアレイ33の原材料を型押しすることで作製することができる。
The
一方、光源光を発生するLED14(図1参照)には、例えば黄色蛍光体と青色発光ダイオードとを組み合わせた白色光源が用いられており、この場合、一般的に、青色光の光量が他の色光の光量より多くなる。従って、LED14が含む各色光成分の光量を基準とし、光源光のエネルギー比率を加味して光量調整することで適切なホワイトバランスのとれた像光の形成が可能となるように、マイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積の面積比率を設定することができる。従って、この場合、マイクロレンズ33gの開口面積を大きくすることで緑色光をより多く取り込むことができ、これにより適切なホワイトバランスを取っている。尚、この場合における目安として、各面積比率のマイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積の面積比率は、概ね、マイクロレンズ33rの開口面積とマイクロレンズ33gの開口面積との面積比率を1:1〜1:2、マイクロレンズ33bの開口面積表示とマイクロレンズ33gの開口面積との面積比率を1:2〜1:4程度とするのが適当である。
On the other hand, for example, a white light source combining a yellow phosphor and a blue light emitting diode is used for the LED 14 (see FIG. 1) that generates light source light. In this case, generally, the amount of blue light is different from that of other light sources. More than the amount of colored light. Therefore, the microlens 33r, so that image light with appropriate white balance can be formed by adjusting the light amount with reference to the light amount of each color light component included in the LED 14 and taking into account the energy ratio of the light source light. The area ratio of the opening areas of 33g and 33b can be set. Therefore, in this case, a larger amount of green light can be captured by increasing the aperture area of the
また、この際、マイクロレンズ33gの開口面積は大きくても、適切な曲率を持たせることにより、表示画素37gへ入射する際にはマイクロレンズ33gによって緑色光を集光させることができるので、表示画素37gを大きくする必要はない。つまり、表示画素37r、37g、37bのサイズはすべて等しくなっている。
At this time, even if the aperture area of the
尚、この他にも、例えば、光源としてLED14の代わりに高圧水銀ランプ等を用いた場合にも、用いる光源固有の波長分布特性に応じて適宜マイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積の面積比率を設定することで同様の効果が得られる。また、逆に、LED14として、青色光、赤色光及び緑色光の3色の発光ダイオードを組み合わせて内蔵したものを用い、マイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積の面積比率に合わせて、各色の発光ダイオードの発光量を調整することも可能である。いずれの場合も、各マイクロレンズ33r、33g、33bの光軸方向や曲率等の光学的調整が可能であり、これにより、例えば、投影領域R、G、Bについては、比視感度の高い緑色の投影領域Gが最も広く、比較的比視感度の低い赤色及び青色の投影領域R、Bが投影領域G内に含まれるように重畳させることも可能である。
In addition to this, for example, when a high-pressure mercury lamp or the like is used instead of the LED 14 as the light source, the area ratio of the aperture areas of the microlenses 33r, 33g, and 33b as appropriate according to the wavelength distribution characteristic unique to the light source to be used. The same effect can be obtained by setting. Conversely, as the LED 14, a combination of light emitting diodes of three colors of blue light, red light, and green light is used, and each color of each color is adjusted in accordance with the area ratio of the opening areas of the
ここで、より効率的に光源光を利用するために、図2の合成領域32cの配列パターンは、千鳥型やデルタ型を用いることができる。図4(a)は、合成領域132cを千鳥型にパターン配列した場合におけるマイクロレンズアレイ133の配置を示し、図4(b)は、合成領域232cをデルタ型にパターン配列した場合におけるマイクロレンズアレイ233の配置を示したものである。尚、マイクロレンズ33g等の形状は円形に限らず、例えば、多角形等とすることができ、各マイクロレンズ間の隙間である境界領域をさらに減らすことができる。これにより、光源光の利用効率を高めることができる。
Here, in order to use the light source light more efficiently, a staggered pattern or a delta pattern can be used as the arrangement pattern of the
図4(a)の場合、千鳥型の配置パターンとすることにより、最大径を有するマイクロレンズ33gが一直線上に並ぶことがないので、ストライプ型に比べ、マイクロレンズ33r、33g、33b間の隙間である境界領域を少なくすることができ、光源光の利用効率をさらに高くすることができる。さらに、図4(b)の場合、より密にマイクロレンズ33r、33g、33bを配列できる。尚、以上述べた各マイクロレンズアレイの配列パターンは例示であり、各合成領域32cの配列パターンと整合の取れるものであればこれ以外のものであってもよい。
In the case of FIG. 4A, the staggered arrangement pattern prevents the
合成領域32cの配列パターンとして、ストライプ型の配列パターンを用いる場合、各マイクロレンズ33r、33g、33bは、それぞれ一直線上に並んで配列されるので、マイクロレンズ33r、33g、33bごとに原材料を変え、屈折率を調整することも可能である。尚、ストライプ型の配列パターンにおいても、用いるマイクロレンズの形状は円形に限らず、例えば、多角形等とすることができ、各マイクロレンズ間の隙間である境界領域をさらに減らすことができる。
When a stripe arrangement pattern is used as the arrangement pattern of the
以上の説明から明らかなように、本実施形態における表示装置50及びこれを用いたプロジェクタ100は、まず、マイクロレンズ33r、33g、33bの集光効果により、光源光を無駄なく使用できる。また、光源固有の波長分布特性に応じて適宜マイクロレンズ33r、33g、33bの開口面積の面積比率を設定することで光源光のエネルギー比率を加味して光量調整することができ、適切なホワイトバランスのとれた像光の形成が可能となる。さらに、マイクロレンズ33r、33g、33bの光軸方向を調整することで、各フィルタ要素32r、32g、32bからの各色の投影光を当該投影画素位置において重畳させることができ、暗く見えてしまっていた青色や赤色の部分が単独で存在しなくなる。これらにより、十分な明るさを有し、かつ、比視感度の差によって画面上に黒い格子模様が見えてしまうことがない表示品位の高い画像を形成することが可能となる。
As is apparent from the above description, the
尚、図2において、入射側に位置するガラス基板34の前段にマイクロレンズアレイ33が設けられているが、さらに、射出側に位置するガラス基板35の後段にもマイクロレンズアレイ或いはマイクロプリズムアレイを設けてもよい。この場合、ガラス基板35の後段にマイクロレンズアレイ等を設けることにより、各光軸RL、GL、BLの光軸方向のさらなる調整が可能となる。また、カラーフィルタ32は、表示層36の後段に備えてもよい。この場合、各フィルタ要素32r、32g、32bの形状は、それぞれ表示画素37r、37g、37bに合わせればよい。
In FIG. 2, a
〔第2実施形態〕
図5(a)は、第2実施形態に係る表示装置の要部である液晶ライトバルブ530の構造について説明するための断面図である。液晶ライトバルブ530は、液晶パネル531と、カラーフィルタ532と、マイクロレンズアレイ533と偏光フィルタである偏光子540及び検光子541とを備える。液晶パネル531はガラス基板534、535と、表示層536とを備える。さらに表示層536は、表示画素537とブラックマトリックス部538とを備える。尚、各構成要素について、マイクロレンズアレイ533の形状を除き、同名のものはその機能・用途は第1実施形態のものと同様であるから説明を割愛する。
[Second Embodiment]
FIG. 5A is a cross-sectional view for explaining the structure of the liquid crystal
ここで、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ533の形状について説明する。マイクロレンズアレイ533は、単一のレンズからなるマイクロレンズ533gと、複数のレンズが並列されたマイクロレンズ群533r、533bとをそれぞれ各表示画素537r、537g、537b及びフィルタ要素532r、532g、532bに対応させて2次元配列させることで形成されている。図5(b)は、図5(a)において点線で区切られたマイクロレンズアレイ533の1区間の正面図である。この場合、例えば、マイクロレンズ群533bを形成する各レンズ1b〜4bがそれぞれ光軸を有するので、レンズごとに光軸方向を設定できる。尚、マイクロレンズ群533rの各レンズ1r〜4rについても同様である。
Here, the shape of the
図6は、本実施形態における投影画素について説明するための図である。本実施形態における表示装置を用いて投射光を形成する際、図1のスクリーンSR上で投影画素内における赤色及び青色が投影される領域を、それぞれレンズ1r〜4r及びレンズ1b〜4bに対応して投影領域R1〜R4及び投影領域B1〜B4とする。また、マイクロレンズ533gに対応して緑色が投影される領域を投影領域Gとする。この場合、比視感度が低い赤色及び青色の部分をさらに細分することができるので、当該部分をより目立たなくすることが可能となる。尚、図6における各投影領域R1〜R4及びB1〜B4の位置関係についても、図3(a)、(b)の場合と同様単なる例示であり、これ以外のものであってもかまわない。
FIG. 6 is a diagram for explaining the projection pixel in the present embodiment. When forming projection light using the display device according to the present embodiment, regions where red and blue are projected in the projection pixels on the screen SR in FIG. 1 correspond to the
また、マイクロレンズアレイ533の1区間あたりにおけるマイクロレンズ群533r、533b内のレンズの数をさらに増やすことで、さらに投影領域を細分することも可能である。レンズの数を増やすことで、拡散効果も期待でき、拡散効果が十分であれば、当該投影領域を重畳させない場合にも比視感度が低い赤色及び青色の部分を目立たなくすることができる。
Further, the projection area can be further subdivided by further increasing the number of lenses in the
〔第3実施形態〕
図7は、第1及び第2実施形態に係る表示装置の使用例について説明するための図である。これまでは、図1に示されたプロジェクタ100における作用効果について述べてきたが、本発明に係る表示装置は、プロジェクタに限らす、その他の表示装置についても用いることが可能である。図7は、バックライト式の直視型の画像表示装置750について説明するための図である。画像表示装置750は、表示装置本体701と、光源714と、導光板751と、液晶ライトバルブ730と、フロントパネル752とを備える。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a diagram for explaining a usage example of the display device according to the first and second embodiments. Up to this point, the effects of the
液晶ライトバルブ730は、さらに、カラーフィルタ732と、マイクロレンズアレイ733とを備える。
The liquid crystal
光源714は、光源光を発生し、導光板751は、光源714からの光源光を導き、照明光として液晶ライトバルブ730の裏面に均一に入射させる。液晶ライトバルブ730は、内蔵するカラーフィルタ732及びマイクロレンズアレイ733等により所望の像光を形成し、画像を表示する。画像表示装置750の使用者は、表示された画像をフロントパネル752越しに見ることができる。ここで、液晶ライトバルブ730が第1実施形態に用いた液晶ライトバルブ30や本実施形態における液晶ライトバルブ530と同様の構造を持つことにより、十分な明るさを有する表示品位の高い画像を形成することができる。また、本発明における全ての実施形態について、例えば、液晶ライトバルブ30、730に内蔵される画素領域(図2等を参照)のサイズを色ごとに変えることで画面上に黒い格子模様が見えなくする、又は目立たなくすることも可能である。
The
100…プロジェクタ、 10…光源装置、 60…投射レンズ、 50…表示装置、 30…液晶ライトバルブ、 31…液晶パネル31、 32…カラーフィルタ、 33…マイクロレンズアレイ、 33r、33g、33b…マイクロレンズ、 32r、32g、32b…フィルタ要素、 37r、37g、37b…表示画素、 R、G、B…投影領域、 SR…スクリーン
DESCRIPTION OF
Claims (10)
一対の基板間に挟持された液晶を含んで構成される複数の表示画素を有する液晶パネルと、
前記液晶パネルの一面側に形成され、前記複数の表示画素に対応する各表示領域をそれぞれ形成する前記複数色の色要素を含むカラーフィルタと、
前記複数の表示画素に対応して設けられるとともに、前記表示画素の種類に対応して異なる特性を有する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイと
を備える表示装置。 A light source device that emits color light components of a plurality of colors;
A liquid crystal panel having a plurality of display pixels including a liquid crystal sandwiched between a pair of substrates;
A color filter that is formed on one side of the liquid crystal panel and includes color elements of the plurality of colors that respectively form display areas corresponding to the plurality of display pixels;
A display device comprising: a microlens array including a plurality of microlenses provided corresponding to the plurality of display pixels and having different characteristics corresponding to types of the display pixels.
前記表示装置によって形成される像光を投射光として投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。 A display device according to any one of claims 1 to 9,
A projector comprising: a projection optical system that projects image light formed by the display device as projection light.
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-
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