JP2959202B2

JP2959202B2 - 液晶パネルを用いた画像表示装置および液晶ｔｖプロジェクタ

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Publication number: JP2959202B2
Application number: JP3169130A
Authority: JP
Inventors: 茂青山; 修西崎
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: DE69213339D1; EP0518362B1; DE69213339T2; JPH04366917A; ATE142353T1; EP0518362A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，液晶パネルを用いた
画像表示装置，液晶ＴＶプロジェクタおよびこれらで用
いられる錐状光学素子アレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は液晶ＴＶ（テレビジョン）プロジ
ェクタの全体的な光学的構成を示すものである。

【０００３】光源11によって発生した光は，光源11の後
方に配置された放物面鏡12で反射してほぼ平行化され
（後に詳述するように，光源11がある程度の大きさ，た
とえば直径２mm程度をもっていること，および光がイン
コヒーレント光であることから完全には平行化されず，
ある広がりをもつ），コンデンサ・レンズ13によって集
光される。このコンデンサ・レンズ13によって集光され
る光の光路上に液晶パネル14が配置されている。液晶パ
ネル14の前，後には偏光方向が互いに直交する２枚の偏
光板15，16が設けられている。

【０００４】液晶パネル14は，後述するように，多数の
画素を有し，これらの画素における光の透過率（偏光板
15，16との協働により）が外部から与えられる映像信号
によって制御される。これにより映像信号によって表わ
される画像が液晶パネル14の面上に現われる。液晶パネ
ル14および偏光板15，16を透過した光によって表わされ
る画像が結像レンズ17を通して遠方のスクリーン18上に
結像される。

【０００５】図２は液晶パネル14の概略的な拡大断面の
一部を示している。ここでは絶縁膜やスイッチング素子
の内部構造は図示が省略されている。図３は液晶パネル
14を構成する２枚のガラス基板のうちの一方の面上に形
成された画素電極，スイッチング素子および導体配線パ
ターンの等価回路を示している。

【０００６】これらの図を参照して，液晶パネル14は，
基本的には，わずかの間隔（たとえば２μｍ程度）をあ
けて配置された２枚のガラス基板21および22と，これら
のガラス基板21と22との間の空隙に充填された液晶23と
から構成されている。

【０００７】一方のガラス基板21の内面には多数本の走
査電極24Ａと信号電極24Ｂがそれぞれ一定間隔で縦，横
に配列して形成されている。これらの走査電極24Ａと信
号電極24Ｂは相互に絶縁されている（図２においては信
号電極24Ｂの図示が省略されている）。以下の説明にお
いて，走査電極24Ａと信号電極24Ｂとをまとめていうと
きには，導体配線パターン24ということにする。

【０００８】ガラス基板21の内面において，これらの走
査電極24Ａと信号電極24Ｂとによって囲まれた領域に，
画素電極26が相互に絶縁された状態でマトリクス状に形
成されている。画素電極26はそれぞれ隣接する信号電極
24Ｂに三端子スイッチング素子（たとえばＦＥＴからな
る薄膜トランジスタ）27を介して接続されている。スイ
ッチング素子27の制御端子（たとえばゲート端子）は隣
接する走査電極24Ａにそれぞれ接続されている。さら
に，これらの電極24Ａ，24Ｂおよび26を覆うように配向
膜28がガラス基板21の内面の全面に形成されている。

【０００９】他方のガラス基板22の内面には各画素電極
26に対向する位置にＲ，ＧおよびＢのカラー・フィルタ
31が形成されているとともに，走査電極24Ａおよび信号
電極24Ｂに対応する位置に遮光膜（ブラック・マトリク
ス）32が形成されている。カラー・フィルタ31の配列に
はトライアングル配列，モザイク配列，ストライプ配列
等があるのはよく知られている。

【００１０】ガラス基板22の内面には，カラー・フィル
タ31を覆うように，その全面に共通電極33が形成され，
さらにその上に配向膜34が形成されている。

【００１１】画素電極26および共通電極33は透明導電体
膜（たとえばＩＴＯ膜）により形成されている。これに
対して，走査電極24Ａ，信号電極24Ｂおよび遮光膜32は
金属等の不透明膜である。したがって，入射光が透過で
きるのは走査電極24Ａと信号電極24Ｂによって囲まれた
画素電極26のある領域（これは遮光膜32によって覆われ
ていない領域と一致する）だけである。この光の透過が
可能な領域を開口Ａと呼ぶことにする。一画素は，走査
電極24Ａの中心線と信号電極24Ｂの中心線によって区画
された領域（これは遮光膜32の中心線によって区画され
た領域と一致する）であり，この領域を画素Ｅと呼ぶこ
とにする。

【００１２】液晶パネル14における画像の表示は次のよ
うにして行なわれる。

【００１３】走査電極24Ａに順次走査電圧が印加され
る。各走査ごとに，走査電極24Ａに印加された走査電圧
によって対応画素のスイッチング素子27がオンとなる。
これにより，信号電極24Ｂと画素電極26とが接続され
る。各走査において，信号電極24Ｂと共通電極33との間
に表示すべき画像を表わす映像信号に相当する電圧が順
次印加されていく。したがって，各画素において，画素
電極26と共通電極33との間には映像信号に応じた電圧が
印加されることになる。

【００１４】液晶パネル14内の液晶23は画素電極26と共
通電極33との間に電圧を印加しない状態では一方向に配
向している。この配向方向は入射側に配置された偏光板
15の偏光方向と一致している。光源11からのランダム偏
光の入射光は偏光板15によって直線偏光の光に変換され
る。この直線偏光の光はその偏光方向を保存した状態で
液晶パネル14を通過する。出射側の偏光板16の偏光方向
は入射側の偏光板15の偏光方向と直交しているから，液
晶パネル14を通過した光は出射側の偏光板16を透過しな
い。

【００１５】液晶パネル14の画素電極26と共通電極33と
の間に適当な電圧（映像信号の白レベルに相当）を印加
すると，液晶23の配向方向がらせん状に90°回転する。
入射側の偏光板15によって変換された直線偏光の光は液
晶パネル14を通過するときにその偏光方向が90°回転さ
せられる。90°回転した液晶パネル14の出射光の偏光方
向は出射側の偏光板16の偏光方向と一致するからこの光
は偏光板16を透過する。

【００１６】液晶23の配向方向の回転角は液晶パネル14
の画素電極26と共通電極33との間に印加される電圧に依
存する。

【００１７】したがって，上述した液晶パネル14の走査
において，各画素ごとに電極26と33との間に印加される
映像信号に対応する電圧に応じて，透過する光の光量が
変化し，液晶パネル14および偏光板15，16によって，映
像信号により表わされる画像が出現することになる。

【００１８】さて，上述したような液晶パネル14の各画
素Ｅにおいて，入射光が透過するのは開口Ａの部分のみ
である。

【００１９】近年の高画質化，高分解能化に伴い，画素
Ｅの大きさ（一例として一辺の長さが100 μｍ程度）が
縮小化している。ところが導体配線パターン24（走査電
極24Ａおよび信号電極24Ｂ）はすべての画素の周囲に張
り巡らす必要がある。導体配線パターン24の幅を縮小す
ると，歩留りと信頼性が低下し，また電気抵抗が増大す
るので，あまり細くすることはできない。したがって，
いきおい画素Ｅにおける開口Ａの面積の割合が減少して
しまう。画素Ｅの面積と開口Ａの面積の比は３対１ない
しは４対１，またはそれ以下になる場合もある。そうす
ると，液晶パネル14を透過できる光量が減少し，画面が
暗くなるという問題が生じる。

【００２０】このような問題点を解決するために，図４
に示すように，液晶パネル14の光入射側にマイクロレン
ズ・アレイ37を設ける構成が提案されている（たとえば
特開昭64−35416 号公報）。

【００２１】マイクロレンズ・アレイ37は基板39とこの
基板39上に二次元的に配列された多数のマイクロレンズ
（凸レンズ）38とから構成される。各マイクロレンズ38
は液晶パネル14の各開口Ａに対応する位置に配列されて
いる。マイクロレンズ38は入射光を集光することにより
対応する開口Ａに光を集める目的で設けられている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】マイクロレンズ38に入
射する光が完全に平行光でコヒーレントな場合には，マ
イクロレンズ38による集光作用によって開口Ａ内に完全
に収まる程度の小さなスポットを形成することが可能で
ある。

【００２３】しかしながら，液晶ＴＶプロジェクタにお
ける実際の光源はコヒーレント光を発生するものではな
く，また完全に平行化されずにある程度の広がりをもつ
から，マイクロレンズ38によって入射光をそのスポット
が開口Ａより小さくなるように集光することはできな
い。

【００２４】図５は図１に示す液晶ＴＶプロジェクタに
おける光源から液晶パネルまでの等価光学系を示してい
る。ここで放物面鏡12はコリメート・レンズ12Ａに置き
かえられて示されている。光源11の背後に配置された放
物面鏡12と光源11の前方に配置されたコリメート・レン
ズ12Ａとの光学的作用は等価である。光源11は矢印ａｂ
で示されている。また偏光板15，16は省略されている。

【００２５】光源11は有限の大きさをもっている（上述
したようにたとえば２mm）。光源11の一方の端ａから出
射した光は，その代表をＬ１で示すように，レンズ12
Ａ，13を通ってａ１に結像する。光源11の他方の端ｂか
ら出射した光は，その代表をＬ２で示すように，ｂ１に
結像する。これによりレンズ13の前方に光源の像ａ１ｂ
１が形成される。

【００２６】図６は液晶パネル14とその光入射側に配置
されたマイクロレンズ・アレイ37との光学的関係を拡大
して示すものである。液晶パネル14には導体配線パター
ン24のみが示され，他の構成要素の図示は省略されてい
る。

【００２７】光源11の一方の端ａから出射した光Ｌ１と
他方の端ｂから出射した光Ｌ２は平行化されず，広がり
角θをもっている。マイクロレンズ・アレイ37のうちの
１個のマイクロレンズ38に着目とすると，このマイクロ
レンズ38に入射した光は，液晶パネル14内の導体配線パ
ターン24上にかなり大きなスポットを形成する。このス
ポットの強度分布が図６の右側に示されている。このス
ポットは１つ以上の画素Ｅを充分に覆う大きさであり，
かなりの光量が導体配線パターン24によって遮光され，
出射側に進むことはない。

【００２８】この発明は，できるだけ明るい画像を投影
できる液晶ＴＶプロジェクタを提供するものである。

【００２９】この発明はまた，できるだけ明るい画像を
表示できる液晶パネルを用いた画像表示装置を提供する
ものである。

【００３０】この発明はさらに，上記液晶ＴＶプロジェ
クタおよび画像表示装置において好適に用いることので
きる錐状光学素子アレイを提供するものである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】この発明による液晶ＴＶ
プロジェクタは，光源と，映像信号により制御され，画
素ごとに入射光の透過光量を制御する液晶表示装置と，
上記光源の光を集光して上記液晶表示装置に投射する第
１の光学系と，上記液晶表示装置を透過した光をスクリ
ーンに投影する第２の光学系とを備えている。

【００３２】上記液晶表示装置は，２枚の透明板と，こ
れらの透明板の間に充填された液晶とを含む液晶パネル
を備え，この液晶パネルの一方の透明板に，画素ごとに
設けられた画素電極への印加電圧を制御するための信号
を与える多数の導体パターンが形成されている。

【００３３】上記第１の光学系は，上記光源の光を集光
する集光光学系と，上記集光光学系によって集光される
光を入射光として，上記液晶表示装置の画素電極の位置
における上記導体パターンによって規定される開口に対
応する複数の仮想光源を形成する仮想光源形成ディバイ
スと，上記仮想光源から発散する光をそれぞれ上記開口
に集光させる集光光学ディバイスとを備えている。

【００３４】この発明による画像表示装置は，２枚の透
明板と，これらの透明板の間に充填された液晶とを備
え，一方の透明板に，画素ごとに設けられた画素電極へ
の印加電圧を制御するための信号を与える多数の導体パ
ターンが形成されている液晶パネル，光源から与えられ
る光を入射光として，上記液晶パネルの画素電極の位置
における上記導体パターンによって規定される開口に対
応する複数の仮想光源を形成する仮想光源形成ディバイ
ス，および上記仮想光源から発散する光をそれぞれ上記
開口に集光させる集光光学ディバイスを備えている。

【００３５】この発明の一実施態様においては，上記仮
想光源形成ディバイスは二次元的に配列された複数個の
錐状光学素子から構成される。各錐状光学素子は光入射
側開口とこの光入射側開口よりも小さい光出射側開口と
をもち，上記光入射側開口に入射した光を上記光出射側
開口から出射させる。

【００３６】上記錐状光学素子は上記光入射側開口に入
射した光を周側面での全反射により上記光出射側開口に
導くものであってもよいし，周側面の内側に鏡面反射面
をもち，上記光入射側開口に入射した光を鏡面反射によ
り上記光出射側開口に導くものであってもよい。

【００３７】たとえば，上記錐状光学素子は錐状透明体
から構成され，その先端が上記光出射側開口を形成する
ように切断される。

【００３８】この発明の他の実施態様においては，上記
仮想光源形成ディバイスは二次元的に配列された複数個
の集光素子から構成される。

【００３９】上記集光光学ディバイスは二次元的に配列
された複数個の集光素子から構成される。

【００４０】この発明の好ましい実施態様においては，
上記仮想光源形成ディバイスが二次元的に配列された複
数個の錐状光学素子または集光素子から構成され，上記
集光光学ディバイスが二次元的に配列された複数個の集
光素子から構成され，上記仮想光源形成ディバイスの錐
状光学素子または集光素子と，上記集光光学ディバイス
の集光素子と，上記液晶パネルの開口の相互に対応する
もの同志が，上記光源から上記液晶パネルに向う光軸に
平行な直線上に配列される。

【００４１】上記仮想光源形成ディバイスは，それぞれ
が複数の上記開口に対応する複数の線状の仮想光源を形
成するものであってもよい。また上記集光光学ディバイ
スは，それぞれが複数の上記開口に対応するように，入
射光を複数の線状に集光するものであってもよい。

【００４２】上記液晶表示装置において，上記液晶パネ
ルの前後の位置に偏光方向が互いに直交する２つの偏光
子が配置される。上記偏光子のうちの１つは，上記集光
光学ディバイスと上記液晶パネルとの間に配置されるこ
とが好ましい。

【００４３】この発明による錐状光学素子アレイは，二
次元的に配列された複数個の錐状光学素子から構成され
ている。各錐状光学素子は，光入射側開口とこの光入射
側開口よりも小さい光出射側開口とをもち，上記光入射
側開口に入射した光を上記光出射側開口から出射させる
ものである。

【００４４】

【作用】この発明による液晶ＴＶプロジェクタおよび画
像表示装置においては，液晶パネルの光入射側に設けら
れた仮想光源形成ディバイスによって，液晶パネルの光
入射側に液晶パネル内の開口に対応する複数の仮想光源
が形成される。最も好ましくはこの仮想光源は液晶パネ
ル内の開口に１対１に対応し，かつ集光光学ディバイス
による結像倍率にもよるが，仮想光源の大きさは上記開
口と同程度である。

【００４５】仮想光源形成ディバイスによって形成され
た仮想光源はきわめて小さいものであり，この仮想光源
から発する光は集光光学ディバイスの集光素子によって
液晶パネルの上記開口内にほぼ収まる程度にそれぞれ集
光される。

【００４６】この発明による錐状光学素子アレイは上述
した多数の仮想光源を作成するために用いられる。

【００４７】

【発明の効果】上述のように，液晶パネルの上記開口内
にほぼ収まるスポットが形成され，液晶パネルの導体配
線パターンによって遮断される光は非常に少なくなる。
多量の光が液晶パネルを通って出射するから，液晶パネ
ルによって明るい画像が得られる。

【００４８】この発明による画像表示装置は液晶ＴＶプ
ロジェクタのみならず，通常のテレビジョン画面の表示
装置，その他の表示装置にも適用できるのはいうまでも
ない。

【００４９】

【実施例】実施例の説明において，上述した図１〜図６
に示すものと同一物には同一符号を付して重複説明を避
ける。

【００５０】図７は液晶パネル14の光入射側に配置され
たマイクロレンズ・アレイ37および錐状光学素子アレイ
40を示すものである。入射光の進行方向にそって錐状光
学素子アレイ40，マイクロレンズ・アレイ37，液晶パネ
ル14の順に配置される。図１との関係で説明すると，錐
状光学素子アレイ40とマイクロレンズ・アレイ37は，コ
ンデンサ・レンズ13と液晶パネル14との間に設けられ
る。偏光板15の位置については後述する。

【００５１】錐状光学素子アレイ40は透明体により形成
され，基板42とこの基板42上に二次元的に配列されて固
定された多数の錐状光学素子41とから構成されている。
錐状光学素子41とマイクロレンズ38と画素Ｅ（開口Ａ）
とは１対１に対応し，かつ相互に対応するこれらは，図
１に示す光学系の光軸に平行な直線上に位置している。

【００５２】錐状光学素子41はこの実施例では四角錐の
頂部をその底面と平行な面で裁断した形状をもつ。図８
(A) に示すように，四角錐の底面にあたる面が光入射側
開口41ｂ，裁断された頂部の面が光出射側開口41ａであ
る。光出射側開口41ａの面積は光入射側開口41ｂの面積
よりも小さい。

【００５３】光入射側開口41ｂから錐状光学素子41内に
入射した光Ｌ１，Ｌ２はこの錐状光学素子41の側面で全
反射して光出射側開口41ａから広がりながら出射する。
好ましくは入射光Ｌ１，Ｌ２が側面で１回のみ全反射し
て出射するように，錐状光学素子41の形状が定められ
る。

【００５４】錐状光学素子41の光出射側開口41ａが仮想
光源となる。この開口41ａがあたかも光源であるかのよ
うに光はこの開口41ａから出射される。

【００５５】後に詳述するように，マイクロレンズ38に
よって構成される光学系の結像倍率にも依存するが，錐
状光学素子41の光出射側開口41ａの大きさは液晶パネル
14内の開口Ａの大きさと同程度がよい。光学系の結像倍
率が１であれば，光源と同じ大きさのスポットを形成す
ることができるからである。

【００５６】このような錐状光学素子アレイ40は，ＥＢ
（電子ビーム）描画法，光露光法，切削法などにより作
製することができる。また，型を用いた成形法（出射成
形や赤外線硬貨樹脂を用いた成形法）によると量産が可
能である。

【００５７】錐状光学素子41の形状は，四角錐状に限ら
ず，円錐状，六角錐状など様々に変形することが可能で
ある。

【００５８】図８(B) は錐状光学素子の他の例を示すも
のである。錐状光学素子43は中空の錐状であり，光入射
側開口43ｂと，これよりも面積の小さな光出射側開口43
ａとを有している。この錐状光学素子43の内周側面には
反射膜（たとえば金属反射膜）44が形成されている。光
入射側開口43ｂから錐状光学素子43内に入射した光Ｌ
１，Ｌ２は反射膜44で，好ましくは１回のみ鏡面反射し
て光出射側開口43ａから出射する。

【００５９】マイクロレンズ・アレイ37を構成するマイ
クロレンズ38としては図７に図示のような平凸レンズ以
外に，両凸レンズ，フレネル・レンズ，メニスカス・レ
ンズ，シリンドリカル・レンズ等を採用することができ
るが，詳細は後述する。マイクロレンズ・アレイ37も上
述した方法により作製することができる。

【００６０】図９は錐状光学素子アレイ40とマイクロレ
ンズ・アレイ37と液晶パネル14との位置関係，および錐
状光学素子アレイ40から光が出射する様子を示すもので
ある。この図および後に示す図10および図11において，
液晶パネル14には導体配線パターン24のみを示す。

【００６１】光源11から発生し，コンデンサ・レンズ13
を通して錐状光学素子アレイ40に入射する光は，各錐状
光学素子41の光出射側開口41ａから広がりながら出射す
る。したがって，マイクロレンズ・アレイ37または液晶
パネル14の側からみると，多数の微小な光源が二次元的
に配列されているように見える。

【００６２】図10は錐状光学素子アレイ40の１個の錐状
光学素子41に着目し，この錐状光学素子41から出射した
光がマイクロレンズ・アレイ37を通して液晶パネル14内
で結像する様子を示すものである。偏光板15は錐状光学
素子アレイ40の光入射側に配置されている。

【００６３】錐状光学素子アレイ40とマイクロレンズ・
アレイ37との間の距離をｄ１，その間に存在する物質
（一般には空気）の屈折率をｎ１，マイクロレンズ・ア
レイ37（の基板）の厚さをｄ２，その屈折率をｎ２，液
晶パネル14の光入射側のガラス基板21の厚さをｄ２，そ
の屈折率をｎ３とする。

【数１】（ｄ１／ｎ１）／［（ｄ２／ｎ２）＋（ｄ３／ｎ３）］＝Ｃ／Ｄ ‥‥式１において，Ｃ／ＤまたはＤ／Ｃが正の整数となるように
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｎ１，ｎ２，ｎ３を定める。

【００６４】上記の条件を満たした場合には，図10に示
すように，錐状光学素子41を出射した光はマイクロレン
ズ・アレイ37のいくつかのマイクロレンズ38をそれぞれ
通して，液晶パネル14内の開口Ａで丁度結像する。

【００６５】Ｃ／Ｄ＝１と設定した場合には，開口Ａに
形成されるスポットの大きさは錐状光学素子41の光出射
側開口41ａの大きさ（仮想光源の大きさ）にほぼ等しく
なる。Ｃ／Ｄ＝２，３のように設定すると，開口Ａに形
成されるスポットの大きさは光出射側開口41ａの大きさ
よりも小さくなる。

【００６６】図10は，ｎ１＝１，ｎ２＝ｎ３＝1.5 とし
た場合を図示している。

【００６７】このようにして，錐状光学素子41から出射
した光のほとんどすべてが液晶パネル14内の開口Ａ内に
集光し，その周囲の導体配線パターン24には投射されな
いので，多くの光が開口Ａを通って液晶パネル14から出
射することになる。他の錐状光学素子41から出射した光
も同様である。このようにして，液晶パネル14から現わ
れる画像は明るいものとなる。

【００６８】もっとも，上述した条件を満足しなくて
も，錐状光学素子41から出射した光は少なくともそれに
対応するマイクロレンズ38によって集光され，それに対
応する開口Ａ内に光源の像を結ぶ。この光源の像の光強
度が最も大きく，その周囲のマイクロレンズ38による光
像の光強度はより小さいと考えられるので，光の損失は
それほど大きくなく，画像の明るさはある程度確保でき
る。

【００６９】錐状光学素子アレイ40やマイクロレンズ・
アレイ37を樹脂材料（たとえばポリカーボネイト等）を
用いて作製した場合には，これらのアレイ40，37は複屈
折特性をもつようになる。これらのアレイ40，37の光入
射側に偏光板15を配置した図10に示す構成において，偏
光板15によって直線偏光に変換された光は，アレイ40，
37を通過するときにその複屈折特性により楕円偏光の光
に変換されてしまう。そうすると，液晶パネル14に電圧
を印加しない状態においても一部の光が液晶パネルおよ
び偏光板16を透過してしまう不具合が生じる。

【００７０】図11に示す変形例は上記の不具合を解消し
た構成を示すもので，偏光板15がマイクロレンズ・アレ
イ37と液晶パネル14との間に配置されている。

【００７１】このような構成によると，自然光（ランダ
ム偏光）である入射光は液晶パネル14に入射する直前に
おいて直線偏光に変換されるので，たとえ錐状光学素子
アレイ40やマイクロレンズ・アレイ37が複屈折特性をも
っていてもそれに影響されない。これにより明暗の差の
大きいはっきりした画像が得られるようになる。

【００７２】図11に示すように偏光板15を配置した場合
には，式１の左辺の分母にｄ４／ｎ４を加えればよい。
ｄ４は偏光板15の厚さ，ｎ４はその屈折率である。

【００７３】液晶パネル14のガラス基板21に偏光板15の
機能をもたせることにより（すなわち基板21を偏光板で
構成することにより），偏光板15は不要となる。ガラス
基板21に偏光フィルムを接着するようにしてもよい。マ
イクロレンズ・アレイ37の基板を偏光板とすることもで
きる。たとえば偏光フィルム上に多数のマイクロレンズ
38を形成することができる。

【００７４】図12はさらに他の実施例を示すものであ
る。

【００７５】マイクロレンズ・アレイ37の光入射側に仮
想光源を形成するディバイスとして，錐状光学素子アレ
イに代えて，マイクロレンズ・アレイ50が配置されてい
る。このマイクロレンズ・アレイ50はマイクロレンズ・
アレイ37と同じ構成のものでよい。マイクロレンズ・ア
レイ50は基板52とこの基板52上に二次元的に配列された
多数のマイクロレンズ51とから構成されている。マイク
ロレンズ・アレイ50のマイクロレンズ51とマイクロレン
ズ・アレイ37のマイクロレンズ38とは１対１に対応して
いる。相互に対応するマイクロレンズ51，マイクロレン
ズ38および液晶パネル14の開口Ａは光軸に平行な直線上
にある。

【００７６】図13は，マイクロレンズ・アレイ50とマイ
クロレンズ・アレイ37と液晶パネル14との配置関係を示
すとともに，マイクロレンズ・アレイ50のマイクロレン
ズ51によって仮想光源ａ２ｂ２が形成される様子を示す
ものである。この図13および図14においては，偏光板15
が省略されているが，この偏光板15を図10または図11に
示すように配置することができるのはいうまでもない。
また液晶パネル14において導体配線パターン24のみが図
示されている。

【００７７】マイクロレンズ・アレイ50のマイクロレン
ズ51に光Ｌ１，Ｌ２が入射することにより，マイクロレ
ンズ51の前方に光源ａ２ｂ２が結像する。この光源ａ２
ｂ２が仮想光源となる。この光源ａ２ｂ２の大きさは上
述したように開口Ａの大きさと同程度が好ましい。すべ
てのマイクロレンズ51の前方に仮想光源ａ２ｂ２が形成
されることになる。

【００７８】図14は仮想光源ａ２ｂ２がマイクロレンズ
・アレイ37のマイクロレンズ38によって液晶パネル14の
開口Ａの位置に結像される様子を示すものである。図10
および図11を参照して説明したものと全く同じように，
多くの光が開口Ａを通って液晶パネル14から出射するの
で，明るい画像を得ることができる。

【００７９】図15は液晶パネル14とマイクロレンズ・ア
レイ37，50との結合構造の例を示すものである。

【００８０】図15(A) においては，液晶パネル14の光入
射側のガラス基板（または偏光板）に直接にマイクロレ
ンズ38が固定されている。液晶パネル14に対してスペー
サ55を介してマイクロレンズ・アレイ50が取付けられて
いる。

【００８１】図15(B) においては，液晶パネル14にマイ
クロレンズ・アレイ37の基板39が固定され，また液晶パ
ネル14にスペーサ55によってマイクロレンズ・アレイ50
が固定されている。

【００８２】図16はマイクロレンズ・アレイ37または50
の他の例を示すものである。

【００８３】図16(A) および(B) はマイクロレンズが両
凸レンズで実現されたマイクロレンズ・アレイを示して
いる。

【００８４】図16(C) および(D) はシリンドリカル・レ
ンズの例を示している。このようにマイクロレンズ・ア
レイ37または50としてシリンドリカル・レンズを用いて
もよい。集光作用が一方向にのみ行なわれるので，液晶
パネル内の開口Ａへの集光効率は低下するが，構造が簡
単なので作製が容易であるという利点がある。錐状光学
素子アレイも同じように，一方向にのみ傾斜面をもつ光
学素子を配列したものと置きかえてもよい。この場合に
は線状の仮想光源が形成されるであろう。

【００８５】上記実施例は液晶ＴＶプロジェクタに関す
るものであるが，この発明は通常の液晶表示装置（液晶
テレビジョン等）にも適用できるのはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶ＴＶプロジェクタの全体的な光学的構成を
示す。

【図２】液晶パネルの拡大断面図である。

【図３】液晶パネルの配線パターンの等価回路図であ
る。

【図４】液晶パネルの光入射側にマイクロレンズ・アレ
イを配置した従来例を示す一部切欠き斜視図である。

【図５】液晶ＴＶプロジェクタの等価光学系を示す。

【図６】従来例の問題点を示す。

【図７】この発明の実施例を示す一部切欠き斜視図であ
る。

【図８】(A) および(B) はそれぞれ錐状光学素子アレイ
の例を示す側面図および断面図である。

【図９】錐状光学素子アレイによって仮想光源が形成さ
れる様子を示す。

【図１０】仮想光源がマイクロレンズ・アレイによって
結像される様子を示す。

【図１１】偏光板をマイクロレンズ・アレイと液晶パネ
ルとの間に配置した実施例を示す。

【図１２】仮想光源形成ディバイスとしてマイクロレン
ズ・アレイを用いた実施例を示す一部切欠き斜視図であ
る。

【図１３】マイクロレンズ・アレイによって仮想光源が
形成される様子を示す。

【図１４】仮想光源がマイクロレンズ・アレイによって
結像される様子を示す。

【図１５】(A) および(B) は，液晶パネルに対するマイ
クロレンズ・アレイの取付構造の例をそれぞれ示す。

【図１６】(A) はマイクロレンズ・アレイの斜視図，
(B) はその側面図，(C) および(D)はシリンドリカル・
レンズ・アレイを示す斜視図である。

【符号の説明】

14 液晶パネル 15，16 偏光板 21，22 ガラス基板 23 液晶 24 導体配線パターン 24Ａ走査電極（導体配線パターン） 24Ｂ信号電極（導体配線パターン） 26 画素電極 27 スイッチング素子 33 共通電極 37 マイクロレンズ・アレイ 38 マイクロレンズ 40 錐状光学素子アレイ 41，43 錐状光学素子 41ａ，43ａ光出射側開口 41ｂ，43ｂ光入射側開口 44 反射膜 50 マイクロレンズ・アレイ 51 マイクロレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/13 505 G03B 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と，映像信号により制御され，画素ごとに入射光の透過光量
を制御する液晶表示装置と，上記光源の光を集光して上記液晶表示装置に投射する第
１の光学系と，上記液晶表示装置を透過した光をスクリーンに投影する
第２の光学系とを備え，上記液晶表示装置が，２枚の透明板と，これらの透明板
の間に充填された液晶とを含む液晶パネルを備え，この
液晶パネルの一方の透明板に，画素ごとに設けられた画
素電極への印加電圧を制御するための信号を与える多数
の導体パターンが形成されており，上記第１の光学系が，上記光源の光を集光する集光光学系と，上記集光光学系によって集光される光を入射光として，
上記液晶表示装置の画素電極の位置において上記導体パ
ターンによって規定される開口に対応する複数の仮想光
源を形成する仮想光源形成ディバイスと，上記仮想光源形成ディバイスによって形成された仮想光
源の像をそれぞれ上記開口に結像させる集光光学ディバ
イスとを備えている，液晶ＴＶプロジェクタ。
【請求項２】上記仮想光源形成ディバイスが二次元的
に配列された複数個の錐状光学素子から構成され，各錐
状光学素子が光入射側開口とこの光入射側開口よりも小
さい光出射側開口とをもち，上記光入射側開口に入射し
た光を上記光出射側開口から出射させるものである，請
求項１に記載の液晶ＴＶプロジェクタ。
【請求項３】上記仮想光源形成ディバイスが二次元的
に配列された複数個の集光素子から構成されている，請
求項１に記載の液晶ＴＶプロジェクタ。
【請求項４】２枚の透明板と，これらの透明板の間に
充填された液晶とを備え，一方の透明板に，画素ごとに
設けられた画素電極への印加電圧を制御するための信号
を与える多数の導体パターンが形成されている液晶パネ
ル，光源から与えられる光を入射光として，上記液晶パネル
の画素電極の位置における上記導体パターンによって規
定される開口に対応する複数の仮想光源を形成する仮想
光源形成ディバイス，および上記仮想光源形成ディバイ
スによって形成された仮想光源の像をそれぞれ上記開口
に結像させる集光光学ディバイス，を備えた画像表示装置。
【請求項５】上記仮想光源形成ディバイスが二次元的
に配列された複数個の錐状光学素子から構成され，各錐
状光学素子が光入射側開口とこの光入射側開口よりも小
さい光出射側開口とをもち，上記光入射側開口に入射し
た光を上記光出射側開口から出射させるものである，請
求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】上記仮想光源形成ディバイスが二次元的
に配列された複数個の集光素子から構成されている，請
求項４に記載の画像表示装置。