JP3675102B2

JP3675102B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP3675102B2
Application number: JP09606497A
Authority: JP
Inventors: 義樹城地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2017-04-14
Also published as: JPH10288954A; KR100533294B1; KR19980081386A; US5991083A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各画素内に輝度分布を有する複数の画素を表示することにより、画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置として、多数の画素に対応した画素開口を有する液晶パネルに光源からの光を照射し、各画素開口毎に光の透過状態を制御することにより、画像を表示する画像表示装置がある。この種の画像表示装置では、より明るく鮮明な画像を表示できるように、各画素の輝度を上げることが課題となっている。さらに、この種の画像表示装置においてカラー画像を表示するためには、通常、３原色に対応したカラーフィルタを各画素に対応させて配置するが、カラーフィルタは輝度の低下の原因となるため、特にカラー画像の表示が可能な画像表示装置において、画素の輝度を上げることは非常に大きな課題となっている。
【０００３】
そこで、カラー画像を表示しても高い輝度が得られる画像表示装置として、図９に示すような画像表示装置１０１が考案されている。この画像表示装置１０１は、白色光を出射する光源１０２と、光源１０２からの光を３原色に分けて反射するダイクロイックミラー１０３と、各画素に対応した画素開口を有する表示デバイス１０４と、画像を投射するための投射レンズ１０５と、投射レンズ１０５によって投射された画像が表示されるスクリーン１０６とを備えている。
【０００４】
この画像表示装置において、光源１０２からの光は、ダイクロイックミラー１０３によって赤、緑、青の３原色に分離されて反射され、表示デバイス１０４に入射する。このとき、赤、緑、青のそれぞれの光は、表示デバイス１０４への入射角度がそれぞれ異なるようになされる。これらの光が入射する表示デバイス１０４は、画像を構成する画素に対応した画素開口を有する液晶パネルと、液晶パネル上の３つの画素開口に対して１つのレンズが対応するように多数のレンズが配列されたマイクロアレーレンズとを備えている。そして、マイクロアレーレンズによって、ダイクロイックミラー３からの赤、緑、青の光をそれぞれ異なる画素開口に集束させる。すなわち、この画像表示装置１０１では、赤、緑、青のそれぞれの光の表示デバイス１０４への入射角の違いを利用して、マイクロアレーレンズによって、赤、緑、青のそれぞれの光をそれぞれ異なる画素開口に集束させる。これにより、カラーフィルタを使用しなくても、赤色を表示する画素と、緑色を表示する画素と、青色を表示する画素とが得られる。そして、液晶パネルは、所望の画像が得られるように、各画素開口毎に光の透過状態を制御する。これにより、赤、緑、青の画素からなるカラーの画像が得られる。そして、この画像は、投射レンズ１０５によってスクリーン１０６上に投射される。このような画像表示装置１０１では、各画素に入射する光自体が、赤、緑又は青の光となるので、輝度の低下の原因となるカラーフィルタが不要である。したがって、カラー画像の表示を行っても、非常に高い輝度が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような画像表示装置では、各画素開口に入射する光がレンズで絞られるため、各画素内における輝度の分布が一様でなくなってしまう。また、表示される画素自体の大きさも、通常は、液晶パネルに形成された画素開口の大きさよりも小さくなってしまう。
【０００６】
このような画像表示装置による画素の表示状態を図１０に示す。なお、図１０では、画素開口を点線で示しており、実際に表示される画素を実線で示している。図１０に示すように、実際に表示される画像は、矩形の画素開口よりも小さな円形のスポットとなる。このため、特に大画面にしようとすると、ブラックストライプと呼ばれる画素間の隙間が目立つようになってしまう。このような画素間の隙間は、表示された画像において網目状パターンとなるため、目立たなくすることが好ましい。また、この画像表示装置では、各画素が画素開口よりも小さな円形のスポットとして表示されるため、表示される画像において、ぶつぶつ感が非常に顕著に現れてしまう。
【０００７】
さらに、カラー画像が表示できる画像表示装置では、３原色に対応した画素を所定の繰り返し周期で配置するが、画素間の隙間が大きいと、同色画素の周期が目立つようになってしまい、表示される画像は非常に見苦しいものとなってしまう。また、図１１に示すように、赤色画素に対応した画素開口Ｒと、青色画素に対応した画素開口Ｂと、緑色画素に対応した画素開口Ｇとを、いわゆる千鳥格子状のパターンとして配置した場合には、同色画素間の斜め方向の間隔が広くなるため、表示された画像にむらが生じやすくなる。
【０００８】
画像表示装置において、これらの問題を解決するためには、画素間隔を狭くして、画素数を多くすればよい。しかしながら、生産歩留まりや製造コストの関係で、画素間隔を大幅に狭くして、画素数を大幅に多くすることは困難である。
【０００９】
ところで、ＣＣＤカメラのような撮像装置では、撮影した画像信号に対して電気的な処理を施すことにより、画素間の隙間を目立たなくすることができる。すなわち、ＣＣＤカメラのような撮像装置では、撮影した画像信号に対してローパスフィルタによる電気的な処理を施すことにより、画素間の隙間を目立たなくすることが容易にできる。このように、撮像装置では、撮影した画像信号に対して電気的な処理を施すことにより、画素間の隙間等に起因する画像の劣化を低減することができる。
【００１０】
これに対して、画像表示装置において画素間の隙間を目立たなくするには、表示デバイスから光が出射された後で画素間の隙間を埋める必要がある。したがって、電気的な処理により、画素間の隙間による網目パターンや、同色画素の繰り返し周期等を目立たなくすることは困難である。すなわち、画像表示装置では、電気的な処理ではなく、光学的な処理によって画素間の隙間を目立たなくする必要がある。
【００１１】
画像表示装置において、光学的な処理によって画素間の隙間を目立たなくする方法としては、例えば、便宜的な方法として、見る側のレンズ焦点をぼかす方法がある。しかし、この方法では、表示すべき画像自体もぼけてしまうため好ましくない。しかも、上述した画像表示装置にように、赤、青、緑の光の表示デバイスへの入射角の違いを利用して、カラーフィルタを不要とした画像表示装置では、レンズ焦点をぼかすと、赤、青、緑の各画素の位置がずれてしまい、いわゆる色ずれが発生してしまう。したがって、このような画像表示装置では、レンズ焦点をぼかすことにより画素間の隙間を目立たなくする方法を採用することはできない。また、画素間の隙間を目立たなくする方法としては、摺りガラス等を用いることにより各画素を拡散させる、いわゆるノングレア方法もあるが、この方法も画面がぼけすぎてしまうため、あまり好ましくない。
【００１２】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、各画素内に輝度分布を有していても、画素間の隙間が目立たつようなことがなく、鮮明な画像を表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像表示装置は、各画素内に輝度分布を有する複数の画素を表示する表示デバイスと、表示デバイスによって表示された各画素を拡散させる光学素子とを備える。ここで、光学素子は、上記表示デバイスにより表示される画素を観視者が観視する結像面上において、各画素の拡散後の輝度分布が略等しい複数のピークを有し、かつ、当該複数のピークの半値幅の合計と、隣り合う同色画素間の距離とが略等しくなるように、各画素を拡散させる。
【００１４】
この画像表示装置において、表示デバイスは、各画素内に輝度分布を有する複数の画素を表示する。そして、これらの画素は、光学素子によって、輝度分布が各画素毎に複数のピークを有するように拡散される。この結果、表示デバイスに表示された段階において画素間に隙間があったとしても、光学素子によって拡散された光によって隙間が埋められるので、画素間の隙間は目立たなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
本発明を適用した画像表示装置の一例を図１に示す。この画像表示装置１は、白色光を出射する光源２と、光源２からの光を３原色に分けて反射するダイクロイックミラー３と、画像を構成する各画素を表示する表示デバイス４と、表示デバイス４によって表示された各画素を拡散させる光学素子であるディフューザ５と、画像を投射するための投射レンズ６と、投射レンズ６によって投射された画像が表示されるスクリーン７とを備えている。
【００１７】
この画像表示装置１において、光源２からの白色光は、ダイクロイックミラー３に入射する。ダイクロイックミラー３は、第１のミラー３ａと、第２のミラー３ｂと、第３のミラー３ｃとが、光源２からの白色光の光軸上に、それぞれのミラー３ａ，３ｂ，３ｃに入射する光の入射角が異なるように配されてなる。ここで、第１のミラー３ａは、青色の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する。第２のミラー３ｂは、緑色の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する。第３のミラー３ｃは、赤色の波長の光を反射する。したがって、このダイクロイックミラー３によって、光源２からの白色光は、赤、緑、青の３原色に分離されて、それぞれが異なる角度にて反射される。
【００１８】
ダイクロイックミラー３によって反射された光は、表示デバイス４に入射する。このとき、第１のミラー３ａによって反射された青色の波長の光の表示デバイス４への入射角と、第２のミラー３ｂによって反射された緑色の波長の光の表示デバイス４への入射角と、第３のミラー３ｃによって反射された赤色の波長の光の表示デバイス４への入射角とは、それぞれ異なるものとなっている。すなわち、表示デバイス４への入射角度は、赤、緑、青の光によってそれぞれ異なる。
【００１９】
これらの光が入射され、画像を構成する各画素を表示する表示デバイス４は、図２に示すように、縦方向及び横方向に複数個の画素開口１０が配列された液晶パネル１１を備えている。
【００２０】
この液晶パネル１１は、各画素開口１０について、当該画素開口１０を透過する光量を制御できるようになされている。ここで、画素開口１０には、赤色の画素を表示する赤色開口Ｒと、青色の画素を表示する青色開口Ｂと、緑色の画素を表示する緑色開口Ｇとがあり、これらの赤色開口Ｒ、青色開口Ｂ、緑色開口Ｇが周期的に繰り返されるように配置されている。
【００２１】
具体的には、これらの画素開口１０は、横方向における各画素開口１０のピッチをＰｘ、縦方向における各画素開口１０のピッチをＰｙとすると、隣接する各行において各画素開口１０の位置が、横方向のピッチＰｘの１／２だけ、横方向にずれるように配されている。また、各行において、画素開口１０は、赤色開口Ｒ，緑色開口Ｇ，青色開口Ｂ，赤色開口Ｒ，緑色開口Ｇ，青色開口Ｂ，・・・と、３色の組が繰り返すように配列されている。したがって、横方向における同色の画素開口１０のピッチＰＣｘは、隣接する画素開口１０のピッチＰｘの３倍となっている。また、これらの画素開口１０は、１行おきに同色の画素開口１０が縦方向に一列に並ぶように配されており、また、隣接する各行において、同色の画素開口１０の位置が、同色の画素開口１０の横方向のピッチＰＣｘの１／２だけずれるように配されている。
【００２２】
このように、液晶パネル１１に形成された画素開口１０は、千鳥格子状のパターンとされている。なお、以下の説明では、同色の画素開口１０の斜めの配列方向のうち、一方を第１の斜め主軸方向Ｘａと称し、他方を第２の斜め主軸方向Ｘｂと称する。
【００２３】
また、表示デバイス４は、図３及び図４に示すように、液晶パネル１１の前段に配されたマイクロアレーレンズ１２を備えており、このマイクロアレーレンズ１２によって、液晶パネル１１に形成された各画素開口１０に対して、各画素開口毎に定められた所定の波長の光が入射するようになされている。
【００２４】
すなわち、青色開口Ｂには、ダイクロイックミラー２の第１のミラー３ａによって反射されマイクロアレーレンズ１２によって集光された青色の光が入射し、緑色開口Ｂには、ダイクロイックミラー２の第２のミラー３ｂによって反射されマイクロアレーレンズ１２によって集光された緑色の光が入射し、赤色開口Ｒには、ダイクロイックミラー２の第３のミラー３ｃによって反射されマイクロアレーレンズ１２によって集光された赤色の光が入射する。そして、赤色開口Ｒを透過した光によって赤色の画素が表示され、青色開口Ｂを透過した光によって青色の画素が表示され、緑色開口Ｇを透過した光によって緑色の画素が表示される。
【００２５】
マイクロアレーレンズ１２は、微細なレンズ１３が多数配列されてなる光学素子であり、液晶パネル１１の３つの画素開口１０に対して１つのレンズ１３が対応するように形成されている。なお、図４では、マイクロアレーレンズ１２の１つのレンズ１３に対応する領域を、実線で囲んで示している。
【００２６】
このマイクロアレーレンズ１２は、ダイクロイックミラー２からの光の入射方向が色によって異なっていることを利用して、各色の光をそれぞれ異なる画素開口１０に入射するように、ダイクロイックミラー２からの光を集光する。すなわち、マイクロアレーレンズ１２の各レンズ１３は、例えば、図２に示すように、当該レンズ１３の正面に対向するように配された画素開口１０ａに緑色の光が入射するように、また、緑色の光が入射する画素開口１０ａの右隣の画素開口１０ｂに青色の光が入射するように、また、緑色の光が入射する画素開口１０ａの左隣の画素開口１０ｃに赤色の光が入射するように、各色の光を集光する。これにより、各画素開口毎に赤、青、緑のいずれかの光が入射することとなる。
【００２７】
すなわち、この画像表示装置１では、赤、緑、青のそれぞれの光の表示デバイス４への入射角の違いを利用して、マイクロアレーレンズ１２によって、赤、緑、青の光をそれぞれ異なる画素開口１０に集束させる。これにより、カラーフィルタを使用しなくても、赤色を表示する画素と、緑色を表示する画素と、青色を表示する画素とが得られるようになっている。そして、この表示デバイス４は、外部から入力される画像信号に応じて、各画素開口毎に光の透過状態を制御する。これにより、画像を構成する各画素が表示され、所望するカラーの画像が得られる。
【００２８】
ところで、この表示デバイス４において、液晶パネル１１の各画素開口１０に入射する光は、マイクロアレーレンズ１２によって集光されている。したがって、図５（ａ）に示すように画素開口１０の形状は矩形状であるが、各画素開口１０を透過してくる光は、ほぼ円形のスポットとなり、その輝度分布は、図５（ｂ）に示すように、画素開口１０のほぼ中央にピークを有するものとなる。なお、図５（ａ）では、同色の画素に対応した画素開口１０を実線で示しており、その他の画素開口１０は点線で示している。また、図５（ｂ）及び後述する図５（ｃ）では、図５（ａ）において実線で示した画素開口１０に対応する輝度分布だけを示している。
【００２９】
図５（ｂ）に示すように、この画像表示装置１において、表示デバイス４によって表示される画素には、各画素内において輝度の分布が生じている。また、画素開口１０の形状と、実際に表示デバイス４によって表示される画素の形状とが異なるものとなっている。
【００３０】
そして、従来の画像表示装置では、このような輝度分布状態のまま、各画素を表示するようにしていた。このため、各画素間の隙間の部分が網目状パターンとして目立ってしまっていた。また、各画素が離散的に表示されるために、画素パターンに起因して、表示される画像は非常にぶつぶつ感が目立つものとなってしまっていた。このように、従来、この種の画像表示装置では、各画素内に輝度分布が生じてしまうために、各画素間の隙間による網目状パターンや、画素パターンによるぶつぶつ感が顕著に現れてしまうという問題があった。なお、このような問題は、カラーフィルタを用いた画像表示装置では、画素内の輝度分布がほぼ一様になるため、あまり問題とならない。すなわち、このような問題は、各画素内に輝度分布が生じるような画像表示装置において、特に大きな問題となる。
【００３１】
このような問題に対処するために、本発明を適用した画像表示装置１では、表示デバイス４によって表示された各画素をディフューザ５によって拡散させるようにしている。このディフューザ５は、２つの異なる方向に光を分散させる透過型回折格子であり、入射してきた光を拡散させて、図５（ｃ）に示すように、輝度分布が各画素毎に複数のピークを有するようにする。
【００３２】
このディフューザ５は、９点拡散を行うディフューザであり、第１の斜め主軸方向Ｘａに対して平行に０次光、＋１次光及び−１次光が生じ、かつ、第２の斜め主軸方向Ｘｂに対して平行に０次光、＋１次光及び−１次光が生じるように、入射光をＸ字状に拡散させる。なお、±２次以降の次数の拡散光については、生じないようにするか、或いは、生じたとしても無視できる程度の輝度となるようにする。
【００３３】
このようなディフューザ５を透過した光は、図６に示すように、１つの画素開口１０に対して９つの光スポット１４を有するパターンとなる。なお、図６では、拡散の様子をより分かりやすく図示するために、同色の画素に対応した画素開口１０だけを実線で示し、その他の画素開口１０については点線で示している。また、ディフューザ５による拡散パターンは、２つの画素開口１０を透過した光についてだけ示している。
【００３４】
このディフューザ５は、図６に示すように、±１次光が隣接する同色画素との間の隙間を埋めるように、各画素開口１０からの光を拡散させる。これにより、輝度むらが軽減され、画素間の隙間が目立たなくなる。特に、このディフューザ５では、入射光をＸ字状に拡散させるようにしているので、特に斜め方向の輝度むらを効果的に目立たなくすることができる。
【００３５】
ここで、ディフューザ５としては、図５（ｃ）に示したように、０次光のピークと、＋１次光のピークと、−０次光のピークとがほぼ等しくなるように、光を拡散させるものが好ましい。これにより、拡散されて生じた９つの光スポット１４のうちの特定のスポットが目立つようなことが無くなり、むらのない画像を表示することが可能となる。
【００３６】
なお、ここでは、ディフューザ５として、±２次以降の次数の拡散光については無視できるような９点拡散用のものを用いたが、±２次光や±３次光等のような高次の拡散光を生じさせるようなディフューザも使用可能である。ただし、高次の拡散光を生じさせるようなときも、拡散される範囲は、隣接する同色画素と重ならない範囲であることが好ましい。また、高次の拡散光を生じさせるようなときも、各次数の拡散光のピークは等しいことが好ましい。
【００３７】
また、ディフューザ５としては、表示デバイス４により表示される画素を観視者が観視する結像面であるスクリーン７上において、図７に示すように、各画素の拡散後の輝度分布が等しい複数のピークを有し、かつ、当該複数のピークの半値幅の合計と、隣り合う同色画素間の距離とが等しくなるように、各画素を拡散させるようなものが好ましい。すなわち、このような画像表示装置１を設計する際には、表示デバイス４に表示される画素そのものではなく、スクリーン７上における結像イメージをもとに、ディフューザ５による拡散方向や拡散数を決定することが好ましい。そして、このように設計された画像表示装置１では、実際に結像される位置において、同色画素間の隙間が完全に埋められることとなるので、輝度むらが非常に軽減され、画素間の隙間は殆ど目立たなくなる。
【００３８】
なお、図７は、ディフューザ５による拡散の様子を図５と同様に示した図である。すなわち、図７（ａ）は、同色の画素に対応した画素開口１０を実線で示し、その他の画素開口１０を点線で示した図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）において実線で示した画素開口１０に対応した、ディフューザ５で拡散される前の画素の輝度分布を示した図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）において実線で示した画素開口１０に対応した、ディフューザ５で拡散された後の画素の輝度分布を示した図である。
【００３９】
以上のようにディフューザ５によって各画素毎に拡散された光は、図１に示すように、投射レンズ６に入射する。そして、投射レンズ６はそれらの光をスクリーン７上に結像させる。すなわち、この画像表示装置１では、表示デバイス４によって表示された画像が、当該画像を構成する各画素毎にディフューザ５によって拡散された上で、投射レンズ６によってスクリーン７上に投射されて表示される。なお、この画像表示装置１は、いわゆるリアプロジェクタータイプの画像表示装置であり、スクリーン７を透過した光によって表示された画像が、観視者によって観視されることとなる。
【００４０】
なお、このスクリーン７には、単なる平面状のスクリーンではなく、アンチキュラスクリーン等のような周期性スクリーンを用いてもよい。このような周期性スクリーンを用いたとき、本発明を適用していないと、当該スクリーン７の周期性と、表示デバイス４に表示される画素の配列周期との関係により、表示される画像にモアレが生じることがある。しかしながら、本発明を適用した画像表示装置１では、ディフューザ５により見かけ上の画素数が増えることとなるので、このようなモアレが生じるようなことは殆ど無くなる。
【００４１】
以上のような画像表示装置１では、表示デバイス４によって表示された各画素をディフューザ５によって拡散させているので、画素間の隙間に起因する網目状パターンや、画素パターンに起因するぶつぶつ感が目立たなくなっている。すなわち、上記画像表示装置１では、光学的な処理により、表示画像の解像度を落とすことなく、網目状パターンやぶつぶつ感を目立たなくすることが可能となっている。
【００４２】
また、見る側のレンズ焦点をぼかすことにより、画素間の隙間を目立たなくするような従来の方法では、画素がぼけたり、色ずれが生じてしまうため、鮮明な画像を得ることができなくなってしまっていたが、この画像表示装置１では、画素がぼけたり色ずれが発生するようなことなく、鮮明な画質を保ったまま画素間の隙間を目立たなくすることが可能となっている。
【００４３】
なお、上記画像表示装置１では、ディフューザ５による各画素の拡散方向を、第１の斜め主軸方向Ｘａ及び第２の斜め主軸方向Ｘｂとしたが、ディフューザ５による各画素の拡散方向は、これに限られるものではない。すなわち、表示デバイス４からの画素を、同色画素間の隙間を埋めるように複数個に拡散させるものであれば、拡散方向によることなく、本発明の効果が得られる。したがって、例えば、各画素の拡散方向を互いに直交する２方向とし、それぞれの方向が画素開口１０の縦横の配列方向に対して±４５度の方向となるようにしてもよい。この場合には、ディフューザ５に形成された回折格子ピッチ間のモアレ干渉を低減することができる。また、各画素の拡散方向は、例えば、画素配列の各行や各列に対して平行となるようにしてもよい。
【００４４】
ただし、ディフューザ５による拡散は、同色画素間の隙間がより効率良く埋まるようになされていることが好ましい。したがって、各画素開口１０が、図２に示したように配置されているならば、上述のように、第１の斜め主軸方向Ｘａ及び第２の斜め主軸方向Ｘｂに拡散させることが好ましい。
【００４５】
また、上記画像表示装置１では、ディフューザ５を表示デバイス４と投射レンズ６との間に配したが、ディフューザ５は表示デバイス４の後段に配されていればよく、例えば、投射レンズ６とスクリーン７との間に配するようにしてもよい。
【００４６】
また、上記画像表示装置１では、光源２からの光を３原色の各光に分けるとともに、それらの光の表示デバイス４への入射角を変えるために、３枚のミラー３ａ，３ｂ，３ｃを有するダイクロイックミラー３を用いたが、画像表示装置１は、色の異なるそれぞれの光が表示デバイス４に異なる入射角で入射するようになされていればよい。したがって、例えば、ダイクロイックミラー３に変えて回折格子を使用するようにしてもよいし、或いは、光源自体に３原色の各光を出射するものを使用するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記画像表示装置１では、液晶パネル１１によって各画素開口を透過する光量を制御するようにしたが、各画素開口毎に透過する光量を制御できるようなものであれば、液晶パネル以外のデバイスを使用してもよいことは言うまでもない。
【００４８】
また、上記画像表示装置１では、スクリーン７を構成要素の一つとして、表示デバイス４により表示される画素を観視者が観視する結像面が当該スクリーン上となるようにしたが、本発明に係る画像表示装置は、このようなスクリーン７を備えていなくてもよい。すなわち、例えば、プロジェクターのように、画像表示装置から離れた位置に配置されたスクリーン上に、画像を投影するような画像表示装置に対しても、本発明は適用可能である。或いは、いわゆるヘッドマウントディスプレイのように、表示デバイスにより表示される画素を、観視者の網膜上に結像させるような画像表示装置にも本発明は適用可能である。
【００４９】
最後に、参考として、表示デバイスによって表示された画素を拡散させて同色画素間の隙間を目立たなくしたときのワイヤフレーム画のシミュレーション結果を示す。なお、このシミュレーションでは、画素開口全体が光るものとした。したがって、画素内に輝度分布がある場合とは若干異なっている。ただし、画素内に輝度分布がある場合にも、光の分布状態は似たような傾向を示す。
【００５０】
シミュレーションの結果を図８に示す。ここで、図８（ａ）は、ディフューザによって拡散される前の、表示デバイス上における原画素パターンの一例を示しており、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した原画素パターンがディフューザによって拡散された後の画素パターンを示している。なお、図８に示したパターンでは、斜めエッジの部分がどのようになるかも分かるように、Ｖ字型に光っていない部分があるようにしている。
【００５１】
ここで、各画素開口の横方向の幅Ｌｘは１５．５μｍとし、各画素開口の縦方向の幅Ｌｙは２１．４μｍとした。また、各画素開口の横方向のピッチは１９．８μｍとした。したがって、同色画素に対応する画素開口の横方向のピッチＰＣｘは１９．８μｍ×３＝５９．４μｍである。また、各画素開口の縦方向のピッチＰｙは３７．０μｍとした。また、ディフューザによる各画素の拡散は９点拡散とし、その拡散方向は、互いに直交する２方向とし、画素開口の縦横の配列方向に対して±４５度の方向となるようにした。そして、０次光のピーク位置と、±１次光のピーク位置との間隔は、それぞれ１１．７μｍとした。
【００５２】
図８（ｂ）から分かるように、ディフューザによって画素を拡散させることにより、隣り合う同色画素間の隙間が、拡散光によって埋められ、画素間の隙間が殆ど目立たなくなっている。しかも、斜めエッジの部分も非常に滑らかに表示されるようになっている。なお、図８に示したワイヤフレーム画は、画素開口全体が光るものとしたときのものであるため、画素内に輝度分布がある場合とは、若干異なっている。しかし、画素内に輝度分布がある場合にも、光の分布状態は似たような傾向を示すので、このようなシミュレーションは、例えば、ディフューザの基本的な設計を行う上では有用である。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る画像表示装置では、表示デバイスによって表示された各画素を拡散させるようにしているので、各画素内に輝度分布を有していても、画素間の隙間が目立たつようなことがなく、鮮明な画像を表示することが可能である。すなわち、本発明を適用した画像表示装置では、画素間の隙間や、同色画素周期が目立ちにくくなり、画像の細部まで美しく表示することができる。したがって、本発明によれば、画素数を増やすことなく、画質の向上を図ることができる。換言すれば、本発明を適用した画像表示装置では、少ない画素数で、画素数の多い従来の画像表示装置と同レベルの画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像表示装置の一例を示す図である。
【図２】液晶パネルに形成された画素開口のパターンの一例を示す図である。
【図３】マイクロアレーレンズと液晶パネルを備えた表示デバイスについて、３原色の各光が異なる画素開口に集光される様子を示す断面図である。
【図４】図３に示した表示デバイスについて、液晶パネルに形成された画素開口パターンと、マイクロアレーレンズの各レンズとの位置関係を示す平面図である。
【図５】ディフューザによる拡散の様子を示す図であり、図５（ａ）は、画素開口の形状を模式的に示す図、図５（ｂ）は、表示デバイス上での画素の輝度分布を示す図、図５（ｃ）は、ディフューザによって拡散された後の画素の輝度分布を示す図である。
【図６】ディフューザによって拡散された光の光スポットを示す図である。
【図７】ディフューザによる拡散の最適な状態を示す図であり、図７（ａ）は、画素開口の形状を模式的に示す図、図７（ｂ）は、表示デバイス上での画素の輝度分布を示す図、図７（ｃ）は、ディフューザによって拡散された後の画素の輝度分布を示す図である。
【図８】ワイヤフレーム画のシミュレーション結果を示す図であり、図８（ａ）は、ディフューザによる拡散を行う前のワイヤフレーム画を示す図、図８（ｂ）は、ディフューザによる拡散を行った後のワイヤフレーム画を示す図である。
【図９】従来の画像表示装置の一例を示す図である。
【図１０】図９に示した画像表示装置において、液晶パネルに形成された画素開口と、実際に表示される画素との関係を示す図である。
【図１１】液晶パネルに形成される画素開口のパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１画像表示装置、２光源、３ダイクロイックミラー、４表示デバイス、５ディフューザ、６投射レンズ、７スクリーン、１１液晶パネル、１２マイクロアレーレンズ

Claims

各画素内に輝度分布を有する複数の画素を表示する表示デバイスと、輝度分布が各画素毎に複数のピークを有するように、表示デバイスによって表示された各画素を拡散させる光学素子とを備える画像表示装置であって、
上記表示デバイスにより表示される画素を観視者が観視する結像面上において、各画素の拡散後の輝度分布が略等しい複数のピークを有し、かつ、当該複数のピークの半値幅の合計と、隣り合う同色画素間の距離とが略等しくなるように、上記光学素子は各画素を拡散させることを特徴とする画像表示装置。
上記表示デバイスは、各画素に対応した複数の開口を有し、上記開口を透過した光により画素を表示するようになされており、上記開口の形状と、上記表示デバイスによって表示される画素の形状とが異なることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
上記複数の開口に、各開口毎に定められた所定の波長の光を照射する光源を備えていることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
所定の波長の光が各開口に入射するように、上記光源からの光を各開口毎に集光するマイクロアレーレンズを備えていることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
上記光学素子は、少なくとも２方向に各画素を拡散させることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
上記光学素子は、同色画素の斜めの配列方向に沿う方向に各画素を拡散させることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
上記光学素子は、互いに略直交する２方向に各画素を拡散させることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
上記光学素子によって拡散された光は、０次光のピークと±１次光のピークとが略等しいことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。