(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、
バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、
開口を有する画素を２次元的に配列させた液晶表示パネルと、
複数個の第１マイクロレンズを２次元的に配列させた第１マイクロレンズアレイと、
前記第１マイクロレンズと１対１に対応する複数の第２マイクロレンズを２次元的に配列させた第２マイクロレンズアレイとを備え、
前記第１マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第２マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルを介して前記第１マイクロレンズアレイと反対側に配置され、
前記第１マイクロレンズアレイの主平面と前記第２マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第２マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、
前記第１マイクロレンズは、前記色分離手段で分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、
前記第２マイクロレンズは、前記液晶表示パネルを透過した光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、
バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、
開口を有する画素を２次元的に配列させた液晶表示パネルと、
複数個の第１マイクロレンズを２次元的に配列させた第１マイクロレンズアレイと、
前記第１マイクロレンズと１対１に対応する複数の第２マイクロレンズを２次元的に配列させた第２マイクロレンズアレイとを備え、
前記第１マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第２マイクロレンズアレイは前記第１マイクロレンズアレイと前記液晶表示パネルの間に配置され、
前記第１マイクロレンズアレイの主平面と前記第２マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第２マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、
前記第１マイクロレンズ及び前記第２のマイクロレンズは、前記色分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、
前記第２マイクロレンズは、前記液晶表示パネルに入射する光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記第２マイクロレンズは、それぞれ前記液晶表示パネルの赤色、緑色、青色の３画素を含む領域に対応して配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタを用いることなくカラー表示を可能にした画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来の画像表示装置１の構成を示す。この画像表示装置１は、バックライト光源２、回折格子３、マイクロレンズアレイ４、液晶表示パネル５及び拡散板６から構成されており、カラー表示可能となっている。
【０００３】
バックライト光源２は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の高屈折率透明樹脂によって成形された導光板７の光入射端面８に対向させて光源９、例えば冷陰極線管のような線状光源とリフレクタ１０を配置し、導光板７の下面に反射シート１１を配設したものである。しかして、光源９から白色光Ｗが出射されると、この光は導光板７の光入射端面８から導光板７内部に入射し、導光板７内部を全反射しながら伝搬する。導光板７内部を伝搬する光は、光出対面（上面）１２に入射する際の入射角が全反射の臨界角よりも小さくなると、光出射面１２から出射される。また、導光板７の下面から出射した光は、反射シート１１で反射されて再び導光板７内部に入射する。この結果、光源９から導光板７内部に入射した光は、導光板７の光出射面１２のほぼ全体からほぼ平行な光として出射される。
【０００４】
導光板７の光出射面１２から出射されたほぼ平行な白色光Ｗは、光出射面１２に対向配置された回折格子３で回折される。光の回折角は光の波長に依存するから、回折格子３で回折された１次回折光は赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに色分解される。
【０００５】
液晶表示パネル５は、ブラックマトリクス領域間に画素が開口されたものであり、赤色光Ｒを透過させる画素１４と緑色光Ｇを透過させる画素１４と青色光Ｂを透過させる画素１４の隣接する３画素が１組となって１描点を構成している。なお、この液晶表示パネル５には、カラーフィルタは用いられていない。
【０００６】
マイクロレンズアレイ４は、マイクロレンズ４ａを２次元状に配列したものであって、１描点を構成する赤、緑、青の３画素に対して１つのマイクロレンズ４ａが対応している。
【０００７】
しかして、回折格子３で色分離された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂ（赤色光Ｒの光線領域には破線によるハッチングを施し、緑色光Ｇは太線で表わしている）は、マイクロレンズアレイ４の各レンズ４ａによって液晶表示パネル５の画素位置に集光されるが、回折格子３で生成する１次回折光の赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは光軸（光軸を1点鎖線で示す）の方向が異なっているため、隣接する異なった画素位置に集光される。そして、液晶表示パネル５は、赤色光Ｒが集光された画素は赤色画素となり、緑色光Ｇが集光された画素は緑色画素となり、青色光Ｂが集光された画素は青色画素となるので、各画素１４のオン、オフを制御することによって画像表示装置１がカラー表示可能となっている。
【０００８】
さらに、液晶表示パネル５を透過した光は、液晶表示パネル５の前面に配置された拡散板６によって拡散されるので、画像表示装置１の正面からばかりでなく、斜め方向からも視認可能になっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなカラー表示可能な画像表示装置１にあっては、赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとでは、液晶表示パネル５の画素を通過する際の光軸方向が異なっているので、これを拡散板６によって拡散させたとしても、図１の最上段に示す各指向特性ＴR，ＴG，ＴBのように、赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂでは、拡散光の指向特性が異なる角度を持つことになる。横軸に画像表示装置１を見る観察者の角度をとり、縦軸に赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの光強度をとると、これは図２に示すように表される。
【００１０】
このため、従来の画像表示装置１では、観察者が画面を見るとき、見る角度によって赤、緑、青の光強度のバランスが異なってしまい、見る角度によって異なった色に見えるという問題があった。この結果、カラー表示方式の画像表示装置１の色再現性が悪くなっていた。
【００１１】
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カラーフィルタを用いることなくカラー表示を行う画像表示装置において、見る方向によって異なった色に見える現象を抑制し、色再現性を向上させることにある。
【００１２】
【発明の開示】
請求項１に記載の画像表示装置は、導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、開口を有する画素を２次元的に配列させた液晶表示パネルと、複数個の第１マイクロレンズを２次元的に配列させた第１マイクロレンズアレイと、前記第１マイクロレンズと１対１に対応する複数の第２マイクロレンズを２次元的に配列させた第２マイクロレンズアレイとを備え、前記第１マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第２マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルを介して前記第１マイクロレンズアレイと反対側に配置され、前記第１マイクロレンズアレイの主平面と前記第２マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第２マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、前記第１マイクロレンズは、前記色分離手段で分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、前記第２マイクロレンズは、前記液晶表示パネルを透過した光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の画像表示装置は、導光板の光出射面から面状に光を出射させるバックライト光源と、バックライト光源から出射された光を、波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光となるように色分離させる色分離手段と、開口を有する画素を２次元的に配列させた液晶表示パネルと、複数個の第１マイクロレンズを２次元的に配列させた第１マイクロレンズアレイと、前記第１マイクロレンズと１対１に対応する複数の第２マイクロレンズを２次元的に配列させた第２マイクロレンズアレイとを備え、前記第１マイクロレンズアレイは前記液晶表示パネルと前記色分離手段との間に配置され、前記第２マイクロレンズアレイは前記第１マイクロレンズアレイと前記液晶表示パネルの間に配置され、前記第１マイクロレンズアレイの主平面と前記第２マイクロレンズアレイの主平面の距離は、前記第２マイクロレンズアレイの焦点距離と等しくなるように定められ、前記第１マイクロレンズ及び前記第２のマイクロレンズは、前記色分離された前記波長の異なる光束毎に異なる光軸方向の光を前記液晶表示パネルの一組の画素部分のうち異なる画素に集光させ、前記第２マイクロレンズは、前記液晶表示パネルに入射する光をその波長にかかわらず該光の光軸方向が平行となるよう光軸を変換することを特徴としている。
【００１４】
請求項１及び請求項２の画像表示装置にあっては、色分離手段によって分離された光をマイクロレンズアレイで液晶表示パネルの異なる画素に集光させることによって画像表示装置をカラー表示可能にしている。また、一方のマイクロレンズアレイによって、出射される各色の光の光軸方向が平行となるようにしているので、見る方向によって画像の色が異なって見えることがなくなり、画像の色再現性が良好となって画像表示装置の画質を向上させることができる。
請求項３に記載の実施態様は、請求項１または２に記載の画像表示装置における前記第２マイクロレンズが、それぞれ前記液晶表示パネルの赤色、緑色、青色の３画素を含む領域に対応して配置されていることを特徴としている。
請求項３の画像表示装置にあっては、光源から出射された第１のマイクロレンズアレイに異なる方向から入射する光を第１及び第２マイクロレンズアレイで液晶表示パネルの異なる画素に集光させることによって画像表示装置をカラー表示可能にする。また、第２マイクロレンズアレイによって、出射される各色の光の光軸方向が平行となるようにしているので、見る方向によって画像の色が異なって見えることがなくなり、画像の色再現性が良好となって画像表示装置の画質を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の一実施形態による画像表示装置２１の構成を示す概略図である。以下、本発明の実施形態の説明においては、従来例と同じ構成部分については、同じ符号を付すことによって詳細な説明は省略する。
【００１６】
この画像表示装置２１にあっては、バックライト光源２、回折格子３（色分離手段）、第１のマイクロレンズアレイ４、液晶表示パネル５、第２のマイクロレンズアレイ２２及び拡散板６が順次配置されている。バックライト光源２からはほぼ平行な白色光Ｗが出射されている。この平行光は導光板７の光出射面１２と小さな角度をなしており、この平行光が回折格子３に入射すると、回折格子３により回折される。回折格子３により生じた回折光のうち、１次回折光が回折格子３とほぼ垂直な方向に出射される。この時、波長の異なる光は異なる回折角を持つので、１次回折光は、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに分散される。
【００１７】
第１のマイクロレンズアレイ４は、液晶表示パネル５の１組の画素１４、すなわち隣接する３画素に対して１つのマイクロレンズ４ａが対応するように配置されている。従って、異なる光軸方向で回折格子３から出射された赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂはマイクロレンズ４ａによって１組の画素１４のうち異なる画素１４に集光される。よって、これらの画素１４のオン、オフを制御することによって赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを独立して透過もしくは遮断することができ、画像表示装置２１をカラー化することができる。
【００１８】
さらに、第２のマイクロレンズアレイ２２は、その各マイクロレンズ２２ａが第１のマイクロレンズアレイ４のマイクロレンズ４ａに対応しており、第１のマイクロレンズアレイ４の主平面と第２のマイクロレンズアレイ２２の主平面との距離Ｌは第２のマイクロレンズアレイ２２の焦点距離に等しくなっている。したがって、液晶表示パネル５の画素１４を通過した赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂは互いに光軸方向が異なっているが、第２のマイクロレンズアレイ２２のマイクロレンズ２２ａを通過することによって、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの光軸が平行に揃えられる。
【００１９】
よって、第２のマイクロレンズアレイ２２を通過した赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂが拡散板６で拡散されると、図３に示すように、それぞれの拡散光の指向特性ＴR，ＴG，ＴBは等しくなる。このため、観察者が異なる方向から画像表示装置２１を見ても、方向によって異なった色に見えたりすることがなく、色再現性が良好となる。
【００２０】
なお、図３の実施形態では、球面レンズ状のマイクロレンズを２次元状に配列したマイクロレンズアレイを示したが、図４に示すように、台形レンズ状をしたマイクロレンズ２２ａを２次元状に配列したマイクロレンズアレイ２２を用いて赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの光軸を平行にしてもよい。
【００２１】
（第２の実施形態）
図５は本発明の別な実施形態による画像表示装置２３を示す概略図である。この画像表示装置２３にあっては、第２のマイクロレンズアレイ２２を第１のマイクロレンズアレイ４と液晶表示パネル５の間に配置している。この場合も、第１のマイクロレンズアレイ４のマイクロレンズ４ａと第２のマイクロレンズアレイ２２のマイクロレンズ２２ａとは１対１に対応しており、第１のマイロクレンズアレイ４の主平面と第２のマイクロレンズアレイ２２の主平面との距離Ｌは第２のマイクロレンズアレイ２２の焦点距離に等しくなっている。また、第１及び第２のマクロレンズアレイ４，２２の１つのマイクロレンズ４ａ，２２ａは、赤色、緑色及び青色の３画素に対応している。
【００２２】
しかして、この画像表示装置２３にあっては、回折格子３によって回折された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、第１のマイクロレンズアレイ４の各マイクロレンズ４ａによって集光され、さらに第２のマイクロレンズアレイ２２の各マイクロレンズ２２ａによって赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの光軸が互いに平行となるように光軸を曲げられ、集光された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは１組の３画素の異なる画素１４に集光される。この結果、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは互いに光軸が平行に揃った状態で各画素１４を通過するので、拡散板６で拡散された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの指向特性も同じになり、見る角度によって異なった色に見えることがなくなる。
【００２３】
（第３の実施形態）
図６は本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置２４を示す概略図である。この実施形態にあっては、液晶表示パネル５を構成している２枚のガラス基板２５，２６のうち、一方のガラス基板２５と一体に第２のマイクロレンズアレイ２２を形成している。この実施形態にあっては、部品点数を削減することができるので、組立工数の削減とコストダウンを図ることができ、画像表示装置２４の薄型化も図れる。また、液晶表示パネル５と第２のマイクロレンズアレイ２２の位置決め誤差がないので、信頼性が向上する。
【００２４】
（第４の実施形態）
図７は本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置２７を示す概略図である。この実施形態にあっては、第２のマイクロレンズアレイ２２の全体に光拡散剤を分散させてマイクロレンズアレイ２２と拡散板６を一体に形成している。この実施形態にあっても、部品点数を削減することができるので、組立工数の削減とコストダウンを図ることができ、画像表示装置２７の薄型化も図れる。また、液晶表示パネル５と第２のマイクロレンズアレイ２２の位置決め誤差がないので、信頼性が向上する。
【００２５】
（その他）
上記画像表示装置は、種々の機器に用いることができる。例えば、図８に示すように、撮影中の画像を映したり、撮影済の再生画像を映したりするカラー画像表示部３２を備えたビデオカメラ３１において、カラー画像表示部３２に本発明の画像表示装置を用いることができる。また、図９は携帯端末機３３の画像表示部３４に本発明の画像表示部を用いた例を示している。さらに、図示しないが、液晶テレビ、ノート型パソコンの液晶ディスプレイ等に用いてもよい。これらの機器の表示部は、その使用用途から、カラー画像の色再現性の良さが最も要求されるが、その画像表示部に本発明の画像表示装置を用いれば、見る方向によって色が違って見えることがなく、色再現性にすぐれ画質の良好な画像表示部を具備させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】同上の画像表示装置を観察する方向と光強度との関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図４】別な形状のマイクロレンズアレイを示す断面図である。
【図５】本発明の別な実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図６】本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明のさらに別な実施形態による画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図８】ビデオカメラの斜視図である。
【図９】携帯端末機の斜視図である。
【符号の説明】
ＴR，ＴG，ＴB  赤色光、緑色光及び青色光の指向特性
２  バックライト光源
３  回折格子
４  マイクロレンズアレイ
５  液晶表示パネル
６  拡散板
２２  マイクロレンズアレイ
【図１】
0004055237.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004055237.tif 000008
【図８】
0004055237.tif 000009
【図９】
0004055237.tif 000010