JP4696503B2 - Image display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶パネルを用いて画像を投射表示するプロジェクタやリアプロジェクションテレビ等の画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display equipment such as a projector or a rear projection television for projecting display images using a liquid crystal panel.
近年において、液晶パネルを光スイッチング素子として利用し、液晶パネル上の画像を投射光学系によってスクリーン上に拡大投影するようにした液晶プロジェクタや液晶プロジェクションTV(Television)等のいわゆる液晶表示装置の開発が盛んに行われている。これらの装置は、薄型かつ軽量であり、鮮鋭な画像を写し出すことが可能となる。 In recent years, so-called liquid crystal display devices such as a liquid crystal projector and a liquid crystal projection TV (Television) have been developed in which a liquid crystal panel is used as an optical switching element and an image on the liquid crystal panel is enlarged and projected on a screen by a projection optical system. It is actively done. These devices are thin and lightweight, and can display sharp images.
図11は、液晶表示装置に用いられるLCDパネル120を模式的に表している。LCDパネル120は、画素電極122並びにこの画素電極122を駆動させるための駆動回路パターン125が形成されてなるTFT基板126と、このTFT基板126に対向するように配設された対向基板128と、TFT基板126と対向基板128との間でそれぞれ狭持されて構成されてなる液晶層127並びに外部からの信号を駆動回路パターン125へ供給するためのフレキシブルコネクタ130とを備え、TFT基板126及び対向基板128は、防塵ガラス129により両側から狭持されて構成されている。
FIG. 11 schematically shows an
このLCDパネル120では、図示しない光源からの光が図11中矢印で示されるように対向基板128側から入射され、当該入射された光は液晶層127内を透過してTFT基板126側から出射することになる。
In the
図12は、このLCDパネル120の断面構造を拡大して表したものである。この図12に示すように、マイクロレンズアレイ124が対向基板128上の一端側に形成されてなる。マイクロレンズアレイ124は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いたドライ又はウエットエッチング法を用いた通常の屈折型のレンズとして形成される。このマイクロレンズアレイ124を構成する各マイクロレンズは、通常は図の紙面と垂直方向に軸を有する蒲鉾型レンズとして形成されるが、一般の球面状又はそれに近い曲面のレンズであってもよい。このマイクロレンズアレイ124を用いるLCDパネル120の例としては、例えば特許文献1において提案されている。
FIG. 12 shows an enlarged cross-sectional structure of the
ちなみに、このマイクロレンズアレイ124は、各画素電極122につき1個のマイクロレンズが配置されることとなるように形成されている。そして、異なる3つの方向から各マイクロレンズに入射したB,R,Gの光束はそれぞれ集光され、液晶層127を経て画素電極122に入射するようにしている。
Incidentally, the
即ち、このような構成からなるLCDパネル120においては、画素電極122の画素ピッチに応じたレンズピッチからなるマイクロレンズを、それぞれの画素1個に対して1個ずつ対応させることにより、光の利用効率を向上させることができる。
That is, in the
またプロジェクタ等の液晶表示装置において要求される性能は透過率とコントラストの2つであるが、このLCDパネル120においては、マイクロレンズアレイ124を備えることにより、透過率を低下させる要因となりうる画素電極122をより小型化することができる。このため、かかるLCDパネル120を実装する液晶表示装置において、さらなる鮮鋭化、透過率化、小型化を同時に実現することが可能となる。
The liquid crystal display device such as a projector requires two performances, transmittance and contrast. The
ところで、LCDパネル120の液晶層127における光の集光状態は、上述のマイクロレンズアレイ124が搭載されているか否かに支配される。図13は、マイクロレンズアレイ124をLCDパネル120中に搭載することによる画素電極122上への集光状態の変化を相対的に示している。図13(b)に示すようにマイクロレンズアレイ124をLCDパネル120中に搭載した場合には、これを搭載しない図13(a)と比較して、周辺部から画素の中心部へ向かうに従って光束量が指数関数的に増大していることが分かる。
Incidentally, the light condensing state in the
一般的に、LCDパネル120におけるTFT基板126表面には液晶を配向させるための配向膜が塗布されており、かかる配向膜はポリイミド等の有機材料であることが多い。このため、マイクロレンズアレイ124によりTFT基板126上に光が集光されると局所的に光エネルギー密度が高くなり、TFT基板126上に塗布された配向膜を損傷してしまう畏れがあり、ひいてはLCDパネル120自体の寿命を低下させてしまうという問題点が生じる。
In general, an alignment film for aligning liquid crystals is applied to the surface of the
ここで、LCDパネル120の寿命につき定義を行う。寿命の絶対的な数値化は、通常、困難を極めるため、マイクロレンズアレイ124を搭載した場合と、マイクロレンズアレイ124を搭載しない場合との相対的な寿命比に基づいてこれを定義する。
Here, the life of the
図14は、一の画素電極122表面全体に亘る光強度の平均値を相対的に示している。ここでマイクロレンズアレイ124を搭載しない場合における光強度の平均値をAとし、マイクロレンズアレイ124を搭載する場合における上記画素電極122表面全体に亘る光強度のうちAよりも大きい領域内の平均値をBとした場合に、寿命比をA/Bと定義する。かかる定義により、マイクロレンズアレイ124を搭載した場合における画素電極122への表面全体に亘る総光量が大きいほどBの値が大きくなり、またある限られた領域だけ突出して光強度が大きいほど、換言すれば局所的にエネルギー密度が集中しているほどBの値が大きくなる。Bの値が大きくなるにつれて寿命比は徐々に小さくなることから、かかる簡略な定義によっても一般性は失われない。
FIG. 14 relatively shows the average value of the light intensity over the entire surface of one
また例えば寿命比を0.7とした場合には、マイクロレンズアレイ124を搭載した場合における寿命の長さ(LCDパネル120の損傷に至るまでの時間)が、マイクロレンズアレイ124を搭載しない場合と比較して0.7倍になることを意味している。即ち、マイクロレンズアレイ124を搭載しない場合においてLCDパネル120へ連続して光を照射し続けると4000時間後に損傷するのに対して、マイクロレンズアレイ124を搭載した場合には、かかる損傷に至るまでの時間が2800時間と短くなることを示すものである。
Further, for example, when the life ratio is 0.7, the length of life when the
図15は、マイクロレンズアレイ124を搭載したLCDパネル120により画像をスクリーン上で投影した場合におけるスクリーン上の明るさと、上記寿命比の関係を示している。
FIG. 15 shows the relationship between the brightness on the screen and the above life ratio when an image is projected on the screen by the
この図15に示すように、マイクロレンズアレイ124をLCDパネル120内に搭載することにより、これを搭載しない場合と比較してスクリーン上の明るさは1.72倍になる一方、寿命比が0.73倍になり、LCDパネル120の損傷に至るまでの時間が短くなるという問題点が生じる。
As shown in FIG. 15, when the
かかる問題点を解決すべく、特許文献2に示す技術が提案されているが、かかる方法ではマイクロレンズ中心付近の曲率を外周部の曲率よりも小さくしていることから、マイクロレンズ本来の目的である集光による光利用効率向上の効果を低減させてしまう危険性もある。
In order to solve such a problem, the technique shown in
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、マイクロレンズ本来の目的である光利用効率の向上効果を維持しつつ、LCDパネルの寿命の改善を図ることが可能な画像表示装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to maintain the life of the LCD panel while maintaining the effect of improving the light utilization efficiency, which is the original purpose of the microlens. An object of the present invention is to provide an image display device capable of improving the above.
本発明に係る画像表示装置は、上述した課題を解決するために、所定の画像ピッチに従って2次元的に配列され、外部から入射された入射光から分離された赤色光、緑色光、又は青色光のうちの何れか同一の1色のみが全ての画素に割り当てられた複数の画素の各々に1対1に対応した状態で対向する第1の凸レンズ面を備える第1のレンズと、上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備える複数の第2のレンズとを組み合わせることによって構成されているマイクロレンズアレイを備えている。 In order to solve the above-described problem, an image display device according to the present invention is arranged two-dimensionally according to a predetermined image pitch and separated from incident light incident from the outside, red light, green light, or blue light. A first lens having a first convex lens surface facing each of a plurality of pixels in which only one same color is assigned to all the pixels in a one-to-one correspondence; Projecting on the opposite side of each of the pixels with respect to the boundary surface with the lens, and having a width larger than the width of the first convex lens surface provided in a one-to-many correspondence with the pixels. A microlens array configured by combining a plurality of second lenses having a narrow second convex lens surface is provided.
本発明に係る画像表示装置は、上述した課題を解決するために、光源と、上記光源から出射された出射光を赤色光と、緑色光及び青色光とに分離する第1のダイクロイックミラーと、上記第1のダイクロイックミラーによって分離された緑色光及び青色光を緑色光と青色光とに各々分離する第2のダイクロイックミラーと、上記第1のダイクロイックミラーによって分離された赤色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第1の入射側偏光板と、上記第1の入射側偏光板から透過された赤色光を空間的に変調して透過する第1のLCDパネルと、上記第1のLCDパネルにより変調された赤色光の上記第1の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第1の出射側偏光板と、上記第2のダイクロイックミラーによって分離された緑色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第2の入射側偏光板と、上記第2の入射側偏光板から透過された緑色光を空間的に変調して透過する第2のLCDパネルと、上記第2のLCDパネルにより変調された緑色光の上記第2の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第2の出射側偏光板と、上記第2のダイクロイックミラーによって分離された青色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第3の入射側偏光板と、上記第3の入射側偏光板から透過された青色光を空間的に変調して透過する第3のLCDパネルと、上記第3のLCDパネルにより変調された青色光の上記第3の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第3の出射側偏光板と、上記第1の出射側偏光板から出力された赤色光と、上記第2の出射側偏光板から出力された緑色光と、上記第3の出射側偏光板から出力された青色光とを合成する合成手段と、上記合成手段から出力された出力光を外部に出力する出力手段とを備え、上記第1乃至第3のLCDパネルは、所定の画素ピッチに従って2次元的に配列され、上記光源から出射された出射光から分離された赤色光、緑色光、又は青色光の何れか同一の1色のみが全ての画素に割り当てられた複数の画素と、当該各画素を駆動するスイッチング素子とが第1面に形成されたTFT基板と、上記各画素に1対1に対応した状態で対向する第1の凸レンズ面を備える第1のレンズと、上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備える複数の第2のレンズとを組み合わせることによって構成されており、上記第1のレンズの焦点距離f1が、上記第2のレンズの焦点距離f2以上であるか、又は上記第2のレンズの焦点距離f2と略同一の値であり、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記第2の凸レンズ面の頂点までの距離d1が、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2以下であるか、又は上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2と略同一の値であるマイクロレンズアレイが上記TFT基板の第1面に対向する第2面に形成された対向基板とを備えている。
In order to solve the above-described problem, an image display device according to the present invention includes a light source, a first dichroic mirror that separates the emitted light emitted from the light source into red light, green light, and blue light, A second dichroic mirror for separating green light and blue light separated by the first dichroic mirror into green light and blue light, respectively, and a predetermined polarization direction of the red light separated by the first dichroic mirror A first incident-side polarizing plate that transmits only the first component, a first LCD panel that spatially modulates and transmits red light transmitted from the first incident-side polarizing plate, and the first LCD The red light modulated by the panel is separated by the first output side polarizing plate that transmits only the component in the polarization direction orthogonal to the first incident side polarizing plate, and the second dichroic mirror. A second incident-side polarizing plate that transmits only the component of the predetermined polarization direction of the green light, and a second LCD that spatially modulates and transmits the green light transmitted from the second incident-side polarizing plate. A second emission-side polarizing plate that transmits only a component of the green light modulated by the second LCD panel in a polarization direction orthogonal to the second incident-side polarizing plate, and the second dichroic mirror A third incident-side polarizing plate that transmits only the component of the blue light separated by the predetermined polarization direction, and the blue light transmitted from the third incident-side polarizing plate is spatially modulated and transmitted. 3, the third output side polarizing plate that transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the third incident side polarizing plate of the blue light modulated by the third LCD panel, and the first Red light output from the output side polarizing plate of Combining means for combining the green light output from the second output side polarizing plate and the blue light output from the third output side polarizing plate, and the output light output from the combining means to the outside Output means for outputting, and the first to third LCD panels are two-dimensionally arranged according to a predetermined pixel pitch, and are separated from the emitted light emitted from the light source, red light, green light, or A TFT substrate in which a plurality of pixels in which only one same color of blue light is assigned to all the pixels, a switching element for driving each pixel are formed on the first surface, and a pair of each
本発明に係る画像表示装置は、上述した課題を解決するために、光源と、上記光源から出射された出射光を赤色光と、緑色光及び青色光とに分離する第1のダイクロイックミラーと、上記第1のダイクロイックミラーによって分離された緑色光及び青色光を緑色光と青色光とに各々分離する第2のダイクロイックミラーと、上記第1のダイクロイックミラーによって分離された赤色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第1の入射側偏光板と、上記第1の入射側偏光板から透過された赤色光を空間的に変調して透過する第1のLCDパネルと、上記第1のLCDパネルにより変調された赤色光の上記第1の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第1の出射側偏光板と、上記第2のダイクロイックミラーによって分離された緑色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第2の入射側偏光板と、上記第2の入射側偏光板から透過された緑色光を空間的に変調して透過する第2のLCDパネルと、上記第2のLCDパネルにより変調された緑色光の上記第2の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第2の出射側偏光板と、上記第2のダイクロイックミラーによって分離された青色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第3の入射側偏光板と、上記第3の入射側偏光板から透過された青色光を空間的に変調して透過する第3のLCDパネルと、上記第3のLCDパネルにより変調された青色光の上記第3の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第3の出射側偏光板と、上記第1の出射側偏光板から出力された赤色光と、上記第2の出射側偏光板から出力された緑色光と、上記第3の出射側偏光板から出力された青色光とを合成する合成手段と、上記合成手段から出力された出力光を外部に出力する出力手段とを備え、上記第1乃至第3のLCDパネルは、所定の画素ピッチに従って2次元的に配列され、上記光源から出射された出射光から分離された赤色光、緑色光、又は青色光の何れか同一の1色のみが全ての画素に割り当てられた複数の画素と、当該各画素を駆動するスイッチング素子と、上記各画素に1対1に対応した状態で対向する第1の凸レンズ面を備える第1のレンズと、上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備える複数の第2のレンズとを組み合わせることによって構成されており、上記第1のレンズの焦点距離f1が、上記第2のレンズの焦点距離f2以上であるか、又は上記第2のレンズの焦点距離f2と略同一の値であり、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記第2の凸レンズ面の頂点までの距離d1が、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2以下であるか、又は上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2と略同一の値であるマイクロレンズアレイとが形成されたTFT基板を備えている。 In order to solve the above-described problem, an image display device according to the present invention includes a light source, a first dichroic mirror that separates the emitted light emitted from the light source into red light, green light, and blue light, A second dichroic mirror for separating green light and blue light separated by the first dichroic mirror into green light and blue light, respectively, and a predetermined polarization direction of the red light separated by the first dichroic mirror A first incident-side polarizing plate that transmits only the first component, a first LCD panel that spatially modulates and transmits red light transmitted from the first incident-side polarizing plate, and the first LCD The red light modulated by the panel is separated by the first output side polarizing plate that transmits only the component in the polarization direction orthogonal to the first incident side polarizing plate, and the second dichroic mirror. A second incident-side polarizing plate that transmits only the component of the predetermined polarization direction of the green light, and a second LCD that spatially modulates and transmits the green light transmitted from the second incident-side polarizing plate. A second emission-side polarizing plate that transmits only a component of the green light modulated by the second LCD panel in a polarization direction orthogonal to the second incident-side polarizing plate, and the second dichroic mirror A third incident-side polarizing plate that transmits only the component of the blue light separated by the predetermined polarization direction, and the blue light transmitted from the third incident-side polarizing plate is spatially modulated and transmitted. 3, the third output side polarizing plate that transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the third incident side polarizing plate of the blue light modulated by the third LCD panel, and the first Red light output from the output side polarizing plate of Combining means for combining the green light output from the second output side polarizing plate and the blue light output from the third output side polarizing plate, and the output light output from the combining means to the outside Output means for outputting, and the first to third LCD panels are two-dimensionally arranged according to a predetermined pixel pitch, and are separated from the emitted light emitted from the light source, red light, green light, or A plurality of pixels in which only one same color of blue light is assigned to all pixels, a switching element that drives each pixel, and a first pixel that faces each of the pixels in a one-to-one correspondence The first lens having a convex lens surface and the boundary surface between the first lens and the first lens are protruded on the opposite side of the pixel, and provided in a state of one-to-many correspondence with the pixels. The second narrower than the width of the first convex lens surface It is configured by combining a plurality of second lenses having a convex lens surface, and the focal length f1 of the first lens is greater than or equal to the focal length f2 of the second lens, or the second The distance d1 from the apex of the first convex lens surface to the apex of the second convex lens surface is approximately the same value as the focal length f2 of the lens, and the distance from the apex of the first convex lens surface to the pixel A TFT substrate on which a microlens array having a value equal to or less than d2 or a distance d2 from the apex of the first convex lens surface to the pixel is formed is provided.
マイクロレンズアレイでは、第1のマイクロレンズよりも更に光源側において、第2のマイクロレンズを形成することにより、第1のマイクロレンズに入射する光束を複数のエリアに分割し、その後第1のマイクロレンズにより画素電極上に集光させる。 In the microlens array, the second microlens is formed further on the light source side than the first microlens, thereby dividing the light beam incident on the first microlens into a plurality of areas, and then the first microlens. The light is condensed on the pixel electrode by a lens.
これにより、第1のマイクロレンズへ入射する光束が複数のエリアに分割され、第1のマイクロレンズにより画素電極に集光された光束は、画素上において1点に集中しないことから寿命を改善することができ、また、1画素当たりを通過する光束の総量は大きく変わらないことから同等の明るさを維持することも可能となる。 As a result, the light beam incident on the first microlens is divided into a plurality of areas, and the light beam focused on the pixel electrode by the first microlens is not concentrated on one point on the pixel, thereby improving the life. In addition, since the total amount of the light flux passing through one pixel does not change greatly, it is possible to maintain the same brightness.
以下、本発明を実施するための最良の形態として、LCDパネルを赤、緑、青の各色に対応するように3枚用いてフルカラー映像を投射する3板方式の液晶プロジェクタ装置について、図1を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, as the best mode for carrying out the present invention, a three-plate type liquid crystal projector apparatus for projecting a full-color image using three LCD panels corresponding to each of red, green and blue colors will be described with reference to FIG. Details will be described with reference to FIG.
この液晶プロジェクタ装置1は、外部のスクリーンに対して画像を投射するものであって、図1に示すように、光を出射する光源51と、光源51から出射された光の光路順に、後述する液晶層の有効開口領域のアスペクト比にほぼ等しい相似形をした外形を有している複数のレンズセルが例えば正方配列されている第1のフライアイレンズ52及び第2のフライアイレンズ53と、第2のフライアイレンズ53からの光を所定の偏光方向に偏光させるためのPS合成樹脂54と、PS合成樹脂54を通過した光を集光するコンデンサレンズ55と、光を波長帯域に応じて分離する第1のダイクロイックミラー56とを備えている。
The liquid
光源51は、フルカラー画像を投射するために必要とされる、光の3原色である赤色、緑色及び青色の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このような光源51は、白色光を発する発光体51aと、発光体51aから発せられた光を反射するリフレクタ51bとを有している。光源51の発光体51aとしては、水銀成分を含むガスが封入された放電ランプ、例えば、超高圧水銀ランプ等が用いられる。光源51のリフレクタ51bは、凹面鏡となっており、その鏡面が周効率のよい形状とされている。また、リフレクタ51bは、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
The
第1のフライアイレンズ52は、第2のフライアイレンズ53と共に後述する液晶層の有効面積内を均一に照明するために、光を液晶層の有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようされている。第1のフライアイレンズ52は、複数の小さなレンズ素子をアレイ状に設けた構造とされており、光源51から出射された光を各レンズ素子により集光し小さな点光源を作り出し、他方の第2のフライアイレンズ52によりそれぞれの点光源からの照明光を合成する。
In order to uniformly illuminate the effective area of the liquid crystal layer, which will be described later, together with the second
コンデンサレンズ55は、凸レンズであり、PS合成樹脂54により所定の偏光方向に制御された光を液晶層の開口領域に効率よく照射されるようにスポット径を調整する。
The
第1のダイクロイックミラー56は、ガラス基板等の主面上に、誘電体膜を多層形成した、いわゆるダイクロイックコートが施された波長選択性のミラーである。第1のダイクロイックミラー56は、反射させる赤色光と、透過させるその他の色光、すなわち緑色光及び青色光とに分離する。
The first
即ち、この第1のダイクロイックミラー56は、コンデンサレンズ55から入射する光のうち青色光及び緑色光を透過させ、赤色光を略垂直方向に反射して90°向きを変化させるように、コンデンサレンズ55から入射する光の光路に対して垂直方向に45°傾けて配設されている。
That is, the first
また、この液晶プロジェクタ装置1は、第1のダイクロイックミラー56によって分離された赤色光の光路順に、光を全反射する折り返しミラー57と、光を集光する第1のフィールドレンズ58Rと、光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第1の入射側偏光板59Rと、光を空間的に変調するLCDパネル3Rと、LCDパネル3Rから出射された光につき所定の偏光方向の成分のみ透過させる第1の出射側偏光板61Rとを備えている。
In addition, the liquid
折り返しミラー57は、第1のダイクロイックミラー56を反射した光を垂直方向に反射して90°向きを変えさせる全反射ミラーであり、かかる反射された赤色光の光路に対して垂直方向に45°傾けて配設されている。これにより、折り返しミラー57は、この赤色光を、第1のフィールドレンズ58Rに向けて反射することができる。
The folding mirror 57 is a total reflection mirror that reflects light reflected by the first
第1のフィールドレンズ58Rは、コンデンサレンズ55と共に照明光学系を形成する集光レンズであり、折り返しミラー57により反射された赤色光を第1の入射側偏光板59R側に出力すると共にLCDパネル3Rに集光する。
The
第1の入射側偏光板59Rは、第1のフィールドレンズ58Rから出力された赤色光を所定の偏光方向の成分のみ透過するようにされた偏光板である。第1の入射側偏光板59Rは、LCDパネル3Rの入射側の基板表面における液晶分子の配向と同一方向となるように配設されている。
The first incident-side
LCDパネル3Rは、液晶分子を用いた透過型のパネルであり、図示しない2つの透明基板の間に液晶分子が封入されている。このようなLCDパネル3Rは、赤色の映像情報に対応して入力される映像信号に応じて、液晶分子の状態を変化させて、第1の入射側偏光板59Rを介して入射した赤色光を空間的に変調して透過する。LCDパネル3Rは、投射する映像が垂直方向よりも水平方向が長尺とされた略長方形状とされているため、これに対応して入射面が略長方形状とされている。
The
第1の出射側偏光板61Rは、LCDパネル3Rにより変調された赤色光を、第1の入射側偏光板59Rと直交する偏光方向の成分のみ透過させる。第1の出射側偏光板61Rは、LCDパネル3Rの出射側の基板表面における液晶分子の配向と同一方向となるように配設されている。つまり、第1の出射側偏光板61Rは、第1の入射側偏光板59Rに対して光の透過軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係となるように配設されている。
The first output
さらに、この液晶プロジェクタ装置1は、第1のダイクロイックミラー56によって分離された他の色光、すなわち青色光及び緑色光の光路に沿って、入射光を波長帯域に応じて分離する第2のダイクロイックミラー65を備えている。
Further, the liquid
第2のダイクロイックミラー65は、入射した光を青色光と、その他の色光、すなわち緑色光とに分離する。
The second
第2のダイクロイックミラー65は、第1のダイクロイックミラー56から入射する光のうち青色光を透過させ、緑色光を90°向きを変化させるように、第1のダイクロイックミラー56から入射する光の光路に対して垂直方向に45°傾けて配設されている。
The second
液晶プロジェクタ装置1は、第2のダイクロイックミラー65によって分離された緑色光の光路順に、光を集光する第2のフィールドレンズ58Gと、光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第2の入射側偏光板59Gと、光を空間的に変調するLCDパネル3Gと、LCDパネル3Gから出射された光につき所定の偏光方向の成分のみ透過させる第2の出射側偏光板61Gとを備えている。
The liquid
第2のフィールドレンズ58Gは、コンデンサレンズ55と共に照明光学系を形成する集光レンズであり、第2のダイクロイックミラー65により反射された緑色光を第2の入射側偏光板59G側に出力すると共にLCDパネル3Gに集光する。
The
第2の入射側偏光板59Gは、フィールドレンズ58Gから出力された緑色光を所定の偏光方向の成分のみ透過するようにされた偏光板である。第2の入射側偏光板59Gは、LCDパネル3Gの入射側の基板表面における液晶分子の配向と同一方向となるように配設されている。
The second incident-side
LCDパネル3Gは、液晶分子を用いた透過型のパネルであり、図示しない2つの透明基板の間に液晶分子が封入されている。このようなLCDパネル3Gは、緑色の映像情報に対応して入力される映像信号に応じて、液晶分子の状態を変化させて、第1の入射側偏光板59Gを介して入射した緑色光を空間的に変調して透過する。LCDパネル3Gは、投射する映像が垂直方向よりも水平方向が長尺とされた略長方形状とされているため、これに対応して入射面が略長方形状とされている。
The
第2の出射側偏光板61Gは、LCDパネル3Gにより変調された緑色光を、第2の入射側偏光板59Gと直交する偏光方向の成分のみ透過させる。第2の出射側偏光板61Gは、LCDパネル3Gの出射側の基板表面における液晶分子の配向と同一方向となるように配設されている。つまり、第2の出射側偏光板61Gは、第2の入射側偏光板59Gに対して光の透過軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係となるように配設されている。
The second output
さらにこの液晶プロジェクタ装置1は、第2のダイクロイックミラー65によって分離された青色光の光路順に、光路長を補正するリレーレンズ67aと、入射光を全反射する折り返しミラー66と、光路長を補正するリレーレンズ67bと、入射光を全反射する折り返しミラー68と、光を集光する第3のフィールドレンズ58Bと、入射光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第3の入射側偏光板59Bと、入射光を空間的に変調するLCDパネル3Bと、LCDパネル3Bから出射された光につき、入射光を所定の偏光方向の成分のみ透過させる第3の出射側偏光板61Bとを備えている。
Furthermore, the liquid
折り返しミラー66は、第2のダイクロイックミラー65によって分離された青色光を水平方向に反射して90°向きを変えさせる全反射ミラーであり、ダイクロイックミラー65からの青色光の光路に対して垂直方向に45°傾けて配設されている。これにより、折り返しミラー66は、第2のダイクロイックミラー65からの青色光を、リレーレンズ67に向けて反射する。
The
リレーレンズ67は、コンデンサレンズ55と共に光路長を調整するためのレンズであり、折り返しミラー66によって反射された青色光を、折り返しミラー68へ導く。
The
なお、リレーレンズ67a,bは、青色光のLCDパネル3Bまでの光路が、赤色光のLCDパネル3Rまでの光路や緑色光のLCDパネル3Gまで光路と比して長いため、これを補正して、LCDパネル3Bに焦点が合うように適切に青色光を導くようになっている。
In the
折り返しミラー68は、リレーレンズ67からの光を垂直方向に反射して90°向きを変えさせる全反射ミラーであり、リレーレンズ67からの青色光の光路に対して垂直方向に45°傾けて配設されている。これにより、折り返しミラー68は、リレーレンズ67からの青色光を、第3のフィールドレンズ58Bに向けて反射する。
The
第3のフィールドレンズ58Bは、コンデンサレンズ55と共に照明光学系を形成する集光レンズであり、折り返しミラー68により反射された青色光を第3の入射側偏光板59B側に出力すると共にLCDパネル3Bに集光する。
The third field lens 58B is a condensing lens that forms an illumination optical system together with the
第3の入射側偏光板59Bは、第3のフィールドレンズ58Bから出力された青色光を所定の偏光方向の成分のみ透過するようにされた偏光板である。第3の入射側偏光板59Bは、LCDパネル3Bの入射側の基板表面における液晶分子の配向と同一方向となるように配設されている。
The third incident side polarizing plate 59B is a polarizing plate configured to transmit only blue light components output from the third field lens 58B in a predetermined polarization direction. The third incident side polarizing plate 59B is disposed so as to be in the same direction as the alignment of the liquid crystal molecules on the substrate surface on the incident side of the
LCDパネル3Bは、液晶分子を用いた透過型のパネルであり、図示しない2つの透明基板の間に液晶分子が封入されている。このようなLCDパネル3Bは、青色の映像情報に対応して入力される映像信号に応じて、液晶分子の状態を変化させて、第1の入射側偏光板59Bを介して入射した青色光を空間的に変調して透過する。LCDパネル3Bは、投射する映像が垂直方向よりも水平方向が長尺とされた略長方形状とされているため、これに対応して入射面が略長方形状とされている。
The
第3の出射側偏光板61Bは、LCDパネル3Bにより変調された青色光を、第3の入射側偏光板59Bと直交する偏光方向の成分のみ透過させる。第3の出射側偏光板61Bは、LCDパネル3Bの出射側の基板表面における液晶分子の配向と同一方向となるように配設されている。つまり、第3の出射側偏光板61Bは、第3の入射側偏光板59Bに対して光の透過軸が互いに直交した、いわゆる直交ニコルの関係となるように配設されている。
The third output side polarizing plate 61B transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the third incident side polarizing plate 59B through the blue light modulated by the
また、液晶プロジェクタ装置1は、LCDパネル3R、LCDパネル3G及びLCDパネル3Bによりそれぞれ空間的に変調されて出射側偏光板61R、61G、61Bを透過した赤色光、緑色光及び青色光の光路が交わる位置に、これら赤色光、緑色光及び青色光を合成する合成プリズム78と、合成プリズム78により合成された合成光を、スクリーンに向けて投射するための投射レンズ79とを備えている。
Further, the liquid
合成プリズム78は、LCDパネル3Rから出射され第1の出射側偏光板61Rを透過した赤色光が入射され、LCDパネル3Gから出射され第1の出射側偏光板61Gを透過した緑色光が入射され、さらにLCDパネル3Bから出射され第1の出射側偏光板61Bを透過した青色光が入射するようになっている。合成プリズム78は、入射された赤色光、緑色光、青色光を合成して出射面78Tから出射する。
The combining
投射レンズ79は、合成プリズム78の出射面78Tから出射された合成光をスクリーンに拡大して投射する。
The
次に上述の如き構成からなる液晶プロジェクタ装置1の動作について説明をする。
光源51から出射された光は、第1のフライアイレンズ52、第2のフライアイレンズ53に導かれて照度分布が均一化され、さらにPS合成樹脂54により偏光方向が制御された上でコンデンサレンズ55に導かれることになる。このコンデンサレンズ55に導かれた光は、そこで集光され、更に第1のダイクロイックミラー56により赤色光が反射されて折り返しミラー57へ導かれ、その他の色光、即ち緑色光及び青色光は第1のダイクロイックミラー56を透過して第2のダイクロイックミラー65に導かれる。
Next, the operation of the liquid
The light emitted from the
折り返しミラー57へ導かれた赤色光は、伝播方向を90°折り曲げられ第1の入射側偏光板59Rへ導かれ、第1の入射側偏光板59Rにより所定の偏光方向の成分のみ透過し、LCDパネル3Rへ導かれる。LCDパネル3Rへ導かれた赤色光は、LCDパネル3R内の後述するマイクロレンズアレイにより各画素に集光され赤色の画像情報に対応した画像信号に基づいて空間的に変調され、第1の出射側偏光板61Rを第1の入射側偏光板59Rと直交する偏光方向の成分のみ透過して合成プリズム78に入射することになる。
The red light guided to the folding mirror 57 is bent by 90 ° in the propagation direction and guided to the first incident-side
一方、第2のダイクロイックミラー65に導かれた、緑色光及び青色光は、第2のダイクロイックミラー65により、緑色光が反射されて第2のフィールドレンズ58Gへ導かれ、また青色光が透過されて折り返しミラー66へ導かれることになる。
On the other hand, the green light and the blue light guided to the second
第1の入射側偏光板59Gへ導かれた緑色光は、第1の入射側偏光板59Gにつき所定の偏光方向の成分のみ透過し、LCDパネル3Gへ導かれる。LCDパネル3Gへ導かれた緑色光は、LCDパネル3G内の後述するマイクロレンズアレイにより各画素に集光され緑色の画像情報に対応した画像信号に基づいて空間的に変調され、第1の出射側偏光板61Gを第1の入射側偏光板59Gと直交する偏光方向の成分のみ透過して合成プリズム78に入射することになる。
The green light guided to the first incident-side
一方、折り返しミラー66に導かれた青色光は、当該折り返しミラー66により反射されてリレーレンズ67bに導かれ、リレーレンズ67bによりさらに折り返しミラー68に導かれ、当該折り返しミラー68により反射されて第3のフィールドレンズ58Bに導かれる。この第3のフィールドレンズ58Bへ導かれた青色光は、第3の入射側偏光板59Bにつき所定の偏光方向の成分のみ透過し、LCDパネル3Bに導かれる。LCDパネル3Bに導かれた青色光は、LCDパネル3B内の後述するマイクロレンズアレイにより各画素に集光され青色の画像情報に対応した画像信号に基づいて空間的に変調され、第3の出射側偏光板61Bを第3の入射側偏光板59Bと直交する偏光方向の成分のみ透過して合成プリズム78に入射することになる。
On the other hand, the blue light guided to the
合成プリズム78の各面から入射した赤色光、緑色光及び青色光は、合成プリズム78により合成されて合成光となり出射面78Tから投射レンズ79に向けて出射され、投射レンズ79によりスクリーンに拡大投射される。
The red light, the green light, and the blue light incident from the respective surfaces of the combining
次に、LCDパネル3の詳細につき図2を用いて説明をする。LCDパネル3は、画素電極22並びにこの画素電極22を駆動させるための駆動回路パターン25が形成されてなるTFT基板26と、このTFT基板26に対向するように配設された対向基板28と、TFT基板26と対向基板28との間でそれぞれ狭持されて構成されてなる液晶層27並びに外部からの信号を駆動回路パターン25へ供給するためのフレキシブルコネクタ30とを備え、TFT基板26及び対向基板28は、防塵ガラス29により両側から狭持されて構成されている。
Next, details of the
このLCDパネル3では、光が図2中矢印で示されるように対向基板28側から入射され、当該入射された光は液晶層27内を透過してTFT基板26側から出射することになる。
In the
図3は、このLCDパネル3の断面構造を拡大して表したものである。この図3に示すように、マイクロレンズアレイ31が対向基板28上の一端側に形成されてなる。マイクロレンズアレイ31は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いたドライ又はウエットエッチング法を用いた通常の屈折型のレンズとして形成される。このマイクロレンズアレイ31を構成する各マイクロレンズは、図3に示すように、一の画素電極22にそれぞれ対応する第1のマイクロレンズ32並びに、かかる一の画素電極22に対応する複数の第2のマイクロレンズ33を互いに組み合わせることにより構成される。
FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional structure of the
第1のマイクロレンズ32は、画素電極22に対向する第1の凸レンズ面34aを有し、第2のマイクロレンズ33は、第1の凸レンズ面34aに対して略反対方向の第2の凸レンズ面34bを有する。この第1のマイクロレンズ32並びに第2のマイクロレンズ33は、一般の球面状又はそれに近い曲面のレンズで構成されるが、他のいかなる形状で構成されていてもよい。
The
このような構成からなるマイクロレンズアレイ31では、第1のマイクロレンズ32よりも更に光源51側において、第2のマイクロレンズ33を形成することにより、第1のマイクロレンズ32に入射する光束を複数のエリアに分割し、その後第1のマイクロレンズ32により画素電極22上に集光させる。第1のマイクロレンズ32に入射する光束が複数のエリアに分割されていることにより、第1のマイクロレンズ32により画素電極22に集光された光束は、画素上において1点に集中しないことから、複数の極大値を持つようになる。1画素当たりを通過する光束の総量は大きく変わらないことから、従来におけるマイクロレンズアレイを用いたLCDパネルと比較して同等の明るさを維持しつつ、寿命を改善することができる。
In the
ここでLCDパネル3に対して光を照射する照射光学系を固定として場合に、画素電極22内における集光分布は、図4に示すように、第1のマイクロレンズ32の焦点距離f1、第2のマイクロレンズ33の焦点距離f2、第1の凸レンズ面34aの頂点35aから第2の凸レンズ面34bの頂点35bに至る距離d1、第1の凸レンズ面34aの頂点から画素電極22に至る距離d2の4つのパラメータにより支配される。
Here, when the irradiation optical system for irradiating light to the
一方、上述の照明光学系及びLCDパネル3により表示された画像をスクリーン上に拡大投影する投影光学系を固定とした場合に、かかるスクリーン上の明るさについても同様に、第1のマイクロレンズ32の焦点距離f1、第2のマイクロレンズ33の焦点距離f2、第1の凸レンズ面34aの頂点35aから第2の凸レンズ面34bの頂点35bに至る距離d1、第1の凸レンズ面34aの頂点から画素電極22に至る距離d2の4つのパラメータにより支配される。
On the other hand, when the projection optical system for enlarging and projecting the image displayed by the illumination optical system and the
即ち、スクリーン上の明るさを従来におけるマイクロレンズアレイを用いたLCDパネルとほぼ同等に維持しつつ、画素面内における集光分布を改善することで寿命を改善するためには、上述した4つのパラメータを制御してこれを最適化する必要がある。 That is, in order to improve the lifetime by improving the light collection distribution in the pixel surface while maintaining the brightness on the screen almost equal to that of the LCD panel using the conventional microlens array, It is necessary to control this parameter to optimize it.
ここでいう明るさが同等以上とは、従来におけるスクリーン上の明るさ比が1.72である場合に、望ましくは1.60以上の明るさ比が維持されることをいう。また上述の寿命比が改善された状態とは、従来のマイクロレンズアレイを搭載した場合における寿命比が0.73である場合に、望ましくは0.90以上の寿命比が維持されることをいう。 Here, the brightness equal to or higher than that means that the brightness ratio of 1.60 or higher is preferably maintained when the conventional screen brightness ratio is 1.72. Further, the above-described improved life ratio means that a life ratio of 0.90 or higher is desirably maintained when the life ratio is 0.73 when a conventional microlens array is mounted. .
図5,6は、上述した4つのパラメータを変化させた場合におけるスクリーン上の明るさ比と寿命比をシミュレーションにより求めて比較した結果を示している。ここで第2のマイクロレンズ33は一画素当たりに対して2×2の分割数で構成されているものとする。
5 and 6 show the results of comparing the brightness ratio on the screen and the life ratio obtained by simulation when the above four parameters are changed. Here, it is assumed that the
先ず図5に示すようにd1,d2を固定し、第1のマイクロレンズ32の焦点距離f1と、第2のマイクロレンズ33の焦点距離f2を正負の値に振った場合における明るさの比と寿命比を算出すると、f1,f2のうち何れか一方でも負の値が存在すると光束は発散し、画素における開口領域や投射レンズにより伝搬経路が制限されることから、スクリーンに到達することができない。このため、f1とf2はともに正であることが必須となる。このため、本発明では、第1のマイクロレンズ32並びに第2のマイクロレンズ33を何れも凸レンズで構成する。
First, as shown in FIG. 5, the ratio of the brightness when d1 and d2 are fixed and the focal length f1 of the
次に図6に示すように第1のマイクロレンズ32の焦点距離f1を固定し、第2のマイクロレンズアレイ33の焦点距離f2、d1,d2の3つのパラメータを振った場合における明るさの比と寿命比を算出する。図6に示すAグループは、d1<d2とした場合、Bグループは、d1≒d2とした場合、Cグループはd1>d2とした場合における明るさの比と寿命比を示している。明るさの比と寿命比は、ともにA>B>Cという傾向になることが分かる。また、この図6からd1はd2と略同値又はそれ以下が望ましいことが分かる。
Next, as shown in FIG. 6, the ratio of the brightness when the focal length f1 of the
また、A,B,Cの各グループ間の比較においては、f2が大きくなるにつれて寿命比が増加するが、明るさ比は減少する傾向にあり、両者はトレードオフの関係になっている。しかしながら、Aグループにおける2),3)のようにf1をf2と略同値またはそれ以上に設定することにより、明るさ比を1.60以上に維持することができるとともに、寿命比を0.90以上に改善することができる。これは、従来におけるマイクロレンズアレイを用いたLCDパネルと比較して同等の明るさを維持しつつ、寿命を改善することができることを意味している。 In comparison between groups A, B, and C, the life ratio increases as f2 increases, but the brightness ratio tends to decrease, and the two are in a trade-off relationship. However, the brightness ratio can be maintained at 1.60 or more by setting f1 to be substantially equal to or higher than f2 as in 2) and 3) in the A group, and the life ratio is 0.90. This can be improved. This means that the lifetime can be improved while maintaining the same brightness as the LCD panel using the conventional microlens array.
上述した図5,6から示されるように、f1,f2をともに正とすることにより、従来におけるマイクロレンズアレイを用いたLCDパネルと比較して同等の明るさを維持しつつ、寿命を改善することができる。特にこの第1のマイクロレンズ32の焦点距離f1は、第2のマイクロレンズ33の焦点距離f2以上であるか、又はこれと略同値で構成することにより、明るさ比をより高水準に維持しつつ寿命比を改善することができる。また、d1をd2以下とするか、又はこれと略同値で構成することにより、明るさ比をより高水準に維持しつつ寿命比を改善することができる。例えば、f1=62.2μm、f2=43.1μm、d1=4.0μm、d2=21.0μmとすることにより、明るさ比を1.63とし、寿命比を0.93とすることができる。このとき画素面内における集光分布は図7で表され、画素電極22において光束は1点に集中せず、適度に分散されていることが分かる。
As shown in FIGS. 5 and 6 described above, by setting both f1 and f2 to be positive, the lifetime is improved while maintaining the same brightness as the LCD panel using the conventional microlens array. be able to. In particular, the focal length f1 of the
図8は、各パラメータをAグループにおける2)に示される値で割り当てたとき(f1=62.2μm、f2=43.1μm、d1=4.0μm、d2=21.0μm)において、想定される製造誤差が生じた場合における明るさ比及び寿命比の変化を表している。この図8におけるDグループは、f1とf2を固定するとともにd1とd2の製造誤差を±10%として明るさ比と寿命比の変化を算出したものであり、またEグループは、d1とd2を固定し、f1とf2の製造誤差を±5μmとして明るさ比と寿命比を算出したものである。この図8から示されるように、想定される製造誤差が生じても、明るさ比と寿命比は大きく減少することがなく十分に維持されることが分かる。 FIG. 8 is assumed when each parameter is assigned with the value shown in 2) in group A (f1 = 62.2 μm, f2 = 43.1 μm, d1 = 4.0 μm, d2 = 21.0 μm). It shows changes in brightness ratio and life ratio when a manufacturing error occurs. The D group in FIG. 8 is obtained by fixing the f1 and f2 and calculating the change in the brightness ratio and the life ratio with the manufacturing error of the d1 and d2 being ± 10%, and the E group is d1 and d2. The brightness ratio and the life ratio are calculated with the manufacturing error of f1 and f2 being ± 5 μm. As shown in FIG. 8, it can be seen that the brightness ratio and the life ratio are sufficiently maintained without being greatly reduced even if an assumed manufacturing error occurs.
図9は、本発明を適用したLCDパネル3の一設計例を示している。この図9に示すように、対向基板28上に第2のマイクロレンズ33が形成され、その表面において樹脂等の高屈折率材料38が充填される。また、かかる高屈折率材料の上においてカバーガラス39が搭載され、カバーガラス39の高屈折率材料側において第1のマイクロレンズ32が形成される。対向基板28の屈折率n1は、1.46であり、高屈折率材料38の屈折率n2は、1.67であり、さらにカバーガラス39の屈折率n3は、1.46である。また、第2のマイクロレンズ33の分割数を一の第1のマイクロレンズ32に対して2×2のアレイ状とし、かかる第1のマイクロレンズ32の曲率半径r1を−13μm、第2のマイクロレンズ33の曲率半径r2を9μmとし、d1を4.0μm、d2を21.0μmとする。さらに第1のマイクロレンズ32の焦点距離f1を62.2μmとし、第1のマイクロレンズ33の焦点距離f2を43.1μmとする。
FIG. 9 shows a design example of the
かかるLCDパネル3の設計例においては、明るさ比を1.63に維持しつつ、寿命比を0.93まで改善することが可能となる。
In the design example of the
なお、この図9に示す設計例においては、第1のマイクロレンズ32並びに第2のマイクロレンズ33は、フォトリソグラフィー技術を用いて、ドライエッチング又はウェットエッチングにより形成される。
In the design example shown in FIG. 9, the
ちなみに、かかる設計例における第2のマイクロレンズ33は、回折光学素子や波長λよりも小さいピッチの周期構造を持つ構造複屈折体により形成されていてもよい。また、上述した設計例においては、第2のマイクロレンズ33の分割数を2×2のアレイ状にした場合を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、m×nのアレイ状に展開されるものであればいかなる分割数で構成されていてもよい。しかしながら、分割数が大きくなるほど画素電極22上における光強度分布が均一化され寿命比は増大するが、製作がより困難になることから分割数は2×2とすることが好ましい。
Incidentally, the
また、本発明は、マイクロレンズアレイ31を対向基板28上に設ける場合に限定されるものではなく、例えば図10に示すようにTFT基板26上にこれを設けるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the case where the
さらに、上述した実施の形態においては、マイクロレンズアレイ31をあくまで投射型のLCDパネル3に適用する場合を例に挙げて説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、他のいかなる投射型(又は透過型)のLCDパネルに適用してもよいことは勿論である。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the
1 液晶プロジェクタ装置、3 LCDパネル、22 画素電極、31 マイクロレンズアレイ、32 第1のマイクロレンズ、33 第2のマイクロレンズ、51 光源、52 第1のマルチレンズアレイ、53 第2のマルチレンズアレイ、55 コンデンサレンズ、56 第1のダイクロイックミラー、57 折り返しミラー、58 第1のフィールドレンズ、59 入射側偏光板、61 出射側偏光板、78 合成プリズム、79 投射レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備える複数の第2のレンズと
を組み合わせることによって構成されているマイクロレンズアレイを備えた画像表示装置。 All pixels are assigned only the same one color of red light, green light, and blue light that are two-dimensionally arranged according to a predetermined image pitch and separated from incident light incident from the outside. A first lens having a first convex lens surface facing each of the plurality of pixels in a one-to-one correspondence;
From the width of the first convex lens surface that protrudes on the opposite side to the pixels with respect to the boundary surface with the first lens and is provided in a one-to-many correspondence with the pixels. An image display device comprising a microlens array configured by combining a plurality of second lenses each having a second convex lens surface having a narrow width .
外部から入射された入射光から分離された赤色光、緑色光、又は青色光のうちの何れか同一の1色のみが全ての画素に割り当てられた上記複数の画素の各々に1対1に対応した状態で対向する第1の凸レンズ面を備えており、
上記第2のレンズは、
上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備えており、
上記第1のレンズの焦点距離f1は、
上記第2のレンズの焦点距離f2以上であるか、又は上記第2のレンズの焦点距離f2と略同一の値であり、
上記第1の凸レンズ面の頂点から上記第2の凸レンズ面の頂点までの距離d1は、
上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2以下であるか、又は上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2と略同一の値である請求項1に記載の画像表示装置。 The first lens is
One-to-one correspondence to each of the plurality of pixels in which only one same color of red light, green light, and blue light separated from incident light incident from the outside is assigned to all pixels Having a first convex lens surface facing in the state,
The second lens is
From the width of the first convex lens surface that protrudes on the opposite side to the pixels with respect to the boundary surface with the first lens and is provided in a one-to-many correspondence with the pixels. Has a narrow second convex lens surface,
The focal length f1 of the first lens is
The focal length f2 of the second lens is greater than or equal to the focal length f2 of the second lens,
The distance d1 from the vertex of the first convex lens surface to the vertex of the second convex lens surface is:
Or from the top of the first convex lens surface is less than the distance d2 to the pixel, or the first from the apex of the convex lens surface according to claim 1 which is substantially the same value as the distance d2 to the pixel image Display device .
回折光学素子、又は外部から入射される入射光の波長λよりも小さいピッチの周期構造を持つ構造複屈折体により形成されている請求項1又は2に記載の画像表示装置。 The second lens is
3. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is formed of a diffractive optical element or a structural birefringent body having a periodic structure with a pitch smaller than the wavelength λ of incident light incident from the outside.
各画素当たりに対して2×2の分割数で構成されている請求項1又は2に記載の画像表示装置。 The second lens is
3. The image display device according to claim 1, wherein the number of divisions is 2 × 2 for each pixel.
上記光源から出射された出射光を赤色光と、緑色光及び青色光とに分離する第1のダイクロイックミラーと、
上記第1のダイクロイックミラーによって分離された緑色光及び青色光を緑色光と青色光とに各々分離する第2のダイクロイックミラーと、
上記第1のダイクロイックミラーによって分離された赤色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第1の入射側偏光板と、
上記第1の入射側偏光板から透過された赤色光を空間的に変調して透過する第1のLCDパネルと、
上記第1のLCDパネルにより変調された赤色光の上記第1の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第1の出射側偏光板と、
上記第2のダイクロイックミラーによって分離された緑色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第2の入射側偏光板と、
上記第2の入射側偏光板から透過された緑色光を空間的に変調して透過する第2のLCDパネルと、
上記第2のLCDパネルにより変調された緑色光の上記第2の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第2の出射側偏光板と、
上記第2のダイクロイックミラーによって分離された青色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第3の入射側偏光板と、
上記第3の入射側偏光板から透過された青色光を空間的に変調して透過する第3のLCDパネルと、
上記第3のLCDパネルにより変調された青色光の上記第3の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第3の出射側偏光板と、
上記第1の出射側偏光板から出力された赤色光と、上記第2の出射側偏光板から出力された緑色光と、上記第3の出射側偏光板から出力された青色光とを合成する合成手段と、
上記合成手段から出力された出力光を外部に出力する出力手段とを備え、
上記第1乃至第3のLCDパネルは、
所定の画素ピッチに従って2次元的に配列され、上記光源から出射された出射光から分離された赤色光、緑色光、又は青色光の何れか同一の1色のみが全ての画素に割り当てられた複数の画素と、当該各画素を駆動するスイッチング素子とが第1面に形成されたTFT基板と、
上記各画素に1対1に対応した状態で対向する第1の凸レンズ面を備える第1のレンズと、上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備える複数の第2のレンズとを組み合わせることによって構成されており、上記第1のレンズの焦点距離f1が、上記第2のレンズの焦点距離f2以上であるか、又は上記第2のレンズの焦点距離f2と略同一の値であり、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記第2の凸レンズ面の頂点までの距離d1が、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2以下であるか、又は上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2と略同一の値であるマイクロレンズアレイが上記TFT基板の第1面に対向する第2面に形成された対向基板とを備えている画像表示装置。 A light source;
A first dichroic mirror that separates the emitted light emitted from the light source into red light, green light, and blue light;
A second dichroic mirror for separating green light and blue light separated by the first dichroic mirror into green light and blue light, respectively;
A first incident-side polarizing plate that transmits only a component of a predetermined polarization direction of red light separated by the first dichroic mirror;
A first LCD panel that spatially modulates and transmits red light transmitted from the first incident-side polarizing plate;
A first output-side polarizing plate that transmits only a component of the red light modulated by the first LCD panel in a polarization direction orthogonal to the first incident-side polarizing plate;
A second incident-side polarizing plate that transmits only the component of the predetermined polarization direction of the green light separated by the second dichroic mirror;
A second LCD panel that spatially modulates and transmits green light transmitted from the second incident-side polarizing plate;
A second output-side polarizing plate that transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the second incident-side polarizing plate of green light modulated by the second LCD panel;
A third incident-side polarizing plate that transmits only the component of the predetermined polarization direction of the blue light separated by the second dichroic mirror;
A third LCD panel that spatially modulates and transmits blue light transmitted from the third incident-side polarizing plate;
A third output-side polarizing plate that transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the third incident-side polarizing plate of the blue light modulated by the third LCD panel;
The red light output from the first output side polarizing plate, the green light output from the second output side polarizing plate, and the blue light output from the third output side polarizing plate are combined. Combining means;
Output means for outputting the output light output from the combining means to the outside,
The first to third LCD panels are
A plurality of pixels that are two-dimensionally arranged in accordance with a predetermined pixel pitch and are assigned to all the pixels only one same color of red light, green light, and blue light separated from the emitted light emitted from the light source. And a TFT substrate having a switching element for driving each pixel formed on the first surface,
The first lens having a first convex lens surface facing each of the pixels in a one-to-one correspondence with the first lens and the boundary surface between the first lens and the first lens are projected to the opposite side. And a plurality of second lenses each provided with a second convex lens surface that is provided in a one-to-many correspondence with each of the pixels and has a width that is narrower than the width of the first convex lens surface. The focal length f1 of the first lens is greater than or equal to the focal length f2 of the second lens, or substantially the same value as the focal length f2 of the second lens. The distance d1 from the vertex of the convex lens surface to the vertex of the second convex lens surface is not more than the distance d2 from the vertex of the first convex lens surface to the pixel, or from the vertex of the first convex lens surface. The value is substantially the same as the distance d2 to the pixel. Lee black lens array image display device and a counter substrate which is formed on the second surface opposite the first surface of the TFT substrate.
上記光源から出射された出射光を赤色光と、緑色光及び青色光とに分離する第1のダイクロイックミラーと、
上記第1のダイクロイックミラーによって分離された緑色光及び青色光を緑色光と青色光とに各々分離する第2のダイクロイックミラーと、
上記第1のダイクロイックミラーによって分離された赤色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第1の入射側偏光板と、
上記第1の入射側偏光板から透過された赤色光を空間的に変調して透過する第1のLCDパネルと、
上記第1のLCDパネルにより変調された赤色光の上記第1の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第1の出射側偏光板と、
上記第2のダイクロイックミラーによって分離された緑色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第2の入射側偏光板と、
上記第2の入射側偏光板から透過された緑色光を空間的に変調して透過する第2のLCDパネルと、
上記第2のLCDパネルにより変調された緑色光の上記第2の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第2の出射側偏光板と、
上記第2のダイクロイックミラーによって分離された青色光の所定の偏光方向の成分のみを透過する第3の入射側偏光板と、
上記第3の入射側偏光板から透過された青色光を空間的に変調して透過する第3のLCDパネルと、
上記第3のLCDパネルにより変調された青色光の上記第3の入射側偏光板と直交する偏光方向の成分のみを透過させる第3の出射側偏光板と、
上記第1の出射側偏光板から出力された赤色光と、上記第2の出射側偏光板から出力された緑色光と、上記第3の出射側偏光板から出力された青色光とを合成する合成手段と、
上記合成手段から出力された出力光を外部に出力する出力手段とを備え、
上記第1乃至第3のLCDパネルは、
所定の画素ピッチに従って2次元的に配列され、上記光源から出射された出射光から分離された赤色光、緑色光、又は青色光の何れか同一の1色のみが全ての画素に割り当てられた複数の画素と、当該各画素を駆動するスイッチング素子と、上記各画素に1対1に対応した状態で対向する第1の凸レンズ面を備える第1のレンズと、上記第1のレンズとの境界面に対して上記各画素とは反対側に凸起し、かつ、上記各画素と1対多対応した状態で設けられた、上記第1の凸レンズ面の幅よりも幅の狭い第2の凸レンズ面を備える複数の第2のレンズとを組み合わせることによって構成されており、上記第1のレンズの焦点距離f1が、上記第2のレンズの焦点距離f2以上であるか、又は上記第2のレンズの焦点距離f2と略同一の値であり、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記第2の凸レンズ面の頂点までの距離d1が、上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2以下であるか、又は上記第1の凸レンズ面の頂点から上記画素までの距離d2と略同一の値であるマイクロレンズアレイとが形成されたTFT基板を備えている画像表示装置。 A light source;
A first dichroic mirror that separates the emitted light emitted from the light source into red light, green light, and blue light;
A second dichroic mirror for separating green light and blue light separated by the first dichroic mirror into green light and blue light, respectively;
A first incident-side polarizing plate that transmits only a component of a predetermined polarization direction of red light separated by the first dichroic mirror;
A first LCD panel that spatially modulates and transmits red light transmitted from the first incident-side polarizing plate;
A first output-side polarizing plate that transmits only a component of the red light modulated by the first LCD panel in a polarization direction orthogonal to the first incident-side polarizing plate;
A second incident-side polarizing plate that transmits only the component of the predetermined polarization direction of the green light separated by the second dichroic mirror;
A second LCD panel that spatially modulates and transmits green light transmitted from the second incident-side polarizing plate;
A second output-side polarizing plate that transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the second incident-side polarizing plate of green light modulated by the second LCD panel;
A third incident-side polarizing plate that transmits only the component of the predetermined polarization direction of the blue light separated by the second dichroic mirror;
A third LCD panel that spatially modulates and transmits blue light transmitted from the third incident-side polarizing plate;
A third output-side polarizing plate that transmits only the component of the polarization direction orthogonal to the third incident-side polarizing plate of the blue light modulated by the third LCD panel;
The red light output from the first output side polarizing plate, the green light output from the second output side polarizing plate, and the blue light output from the third output side polarizing plate are combined. Combining means;
Output means for outputting the output light output from the combining means to the outside,
The first to third LCD panels are
A plurality of pixels that are two-dimensionally arranged in accordance with a predetermined pixel pitch and are assigned to all the pixels only one same color of red light, green light, and blue light separated from the emitted light emitted from the light source. A boundary surface between the first lens, a switching element that drives the pixel, a first lens that includes a first convex lens surface that faces the pixels in a one-to-one correspondence, and the first lens. The second convex lens surface that protrudes on the opposite side of each pixel and is provided in a one-to-many correspondence with each pixel and is narrower than the width of the first convex lens surface The focal length f1 of the first lens is greater than or equal to the focal length f2 of the second lens, or the second lens of the second lens. It is almost the same value as the focal length f2. The distance d1 from the vertex of the first convex lens surface to the vertex of the second convex lens surface is less than or equal to the distance d2 from the vertex of the first convex lens surface to the pixel, or the first convex lens surface An image display device comprising a TFT substrate on which a microlens array having substantially the same value as the distance d2 from the top of the pixel to the pixel is formed.
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