JP2000098102A - レンズアレイ基板、その製造方法及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロレンズアレイ基板製造時に、マイク
ロレンズアレイどうしの光軸合せを簡単にし、また製造
工程も簡略化する。 【解決手段】 ベースガラス４４の上に紫外線硬化型樹
脂を供給し、スタンパで型押ししてマイクロレンズアレ
イ３３を形成し、紫外線照射により紫外線硬化型樹脂を
硬化させて透明樹脂層４６を成形する。透明樹脂層４６
の上に屈折率の異なる紫外線硬化型樹脂を供給し、同じ
スタンパで型押ししてマイクロレンズアレイ３４を形成
し、紫外線照射により紫外線硬化型樹脂を硬化させて透
明樹脂層４７を成形する。透明樹脂層４７の上に屈折率
の異なる紫外線硬化型樹脂を供給し、ベースガラスで押
圧させ、紫外線照射により紫外線硬化型樹脂を硬化させ
て透明樹脂層４８を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレンズアレイ基板、
その製造方法及び画像表示装置に関する。特に、微細な
マイクロレンズの集合を多層構造にしたマイクロレンズ
アレイ基板とその製造方法に関し、さらにそのマイクロ
レンズアレイ基板を用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子を用いてカラー表示を行な
う方式として投影型カラー画像表示方式があり、そのう
ちには、三原色に応じて液晶表示素子を３枚用いる三板
式と、１枚のみを用いる単板式とがある。しかし、三板
式の投影型カラー画像表示方式では、色分離系と色合成
系が必要であるため、光学系が複雑になって部品点数が
多くなってしまい、コストが高くつくと共に小型化が困
難である。また、単板式の投影型カラー画像表示方式で
は、三板式と比較すると、コストが安価で、小型化にも
適しているが、カラーフィルタによる光の吸収や反射の
ため、入射光の約１／３しか利用できず、光の利用効率
が悪くて表示画面が暗くなるという問題がある。

【０００３】（第１の従来例）このような問題を解決す
るため、図１に示すような構造の単板式の投影型カラー
液晶表示装置１が提案されている。この装置において
は、白色光源２から出射された白色光Ｗ、または球面鏡
３で反射された白色光Ｗは、コンデンサレンズ４で平行
光に変換され、この白色平行光はダイクロイックミラー
５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに入射される。３枚のダイクロイック
ミラー５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは、それぞれ赤、緑、青の波長
域の光を反射させるものであって、図２に示すように、
白色光源２に近い側から順にダイクロイックミラー５
Ｒ、５Ｇ、５Ｂがそれぞれ角度θだけずらして扇型に配
置されている。

【０００４】しかして、３枚のダイクロイックミラー５
Ｒ、５Ｇ、５Ｂに入射した白色光Ｗは、ダイクロイッ
クミラー５Ｒで反射される赤の光束、ダイクロイック
ミラー５Ｒを通過し、ダイクロイックミラー５Ｇで反射
され、再度ダイクロイックミラー５Ｒを通過して得られ
る緑の光束、ダイクロイックミラー５Ｒ、５Ｇを通過
し、ダイクロイックミラー５Ｂで反射され、再度ダイク
ロイックミラー５Ｇ、５Ｒを通過して得られる青の光束
の３光束に分けられる。このとき、緑の光束は赤の光束
に対して進行方向が２θの角度だけ傾いて出射し、青の
光束は緑の光束に対して進行方向が２θの角度だけ傾い
て出射される。

【０００５】ダイクロイックミラー５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに
より分割された赤、青、緑の各光束は、液晶表示素子６
の光源側に配置されているマイクロレンズアレイ７にそ
れぞれ異なった角度で入射される。ここで、液晶表示素
子６は、緑の光束が液晶表示素子面に垂直入射するよう
に配置されている。マイクロレンズアレイ７を通過した
各光束は、それぞれに対応した色信号が独立して印加さ
れる信号電極により駆動される各絵素開口に、各光束の
入射角度に応じて分配照射される。この装置では、吸収
型のカラーフィルタを用いないので、光の利用効率が向
上し、極めて明るい画像を提供することができる。

【０００６】しかしながら、分光手段として上記のよう
なダイクロイックミラー５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを用いたカラ
ー液晶表示装置１においては、以下に述べるような原因
により、画質の低下が招来されるという問題が生じてい
る。

【０００７】すなわち、この投影型カラー液晶表示装置
１にあっては、図３に示すように、液晶表示素子６の光
入射側に各絵素に対応したマイクロレンズの集合からな
る１層のマイクロレンズアレイ７が設けられている。マ
イクロレンズアレイ７は、ガラス基板８にエッチングさ
れた凹部内に高屈折率樹脂９を充填し、このガラス基板
８と高屈折率樹脂９の界面に形成されている。ガラス基
板８にマイクロレンズアレイ７を形成されたマイクロレ
ンズアレイ基板１０は、液晶表示素子６の光源側に接合
されている。マイクロレンズアレイ７によって液晶表示
素子６の信号電極１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにより駆動さ
れる各絵素開口部に収束させられた各光束は、液晶表示
素子６を通過した後、大きな角度範囲でそれぞれ拡散し
ていく。このため、図１のように液晶表示素子６を透過
した各色の光束の主光線をフィールドレンズ１２によっ
て屈折させ、投影レンズ１３で収束させてスクリーン１
４上に画像を投影している。

【０００８】しかしながら、この従来例では、カラーフ
ィルタを用いたカラー液晶表示装置で用いられている投
影レンズよりも大口径の投影レンズを用いなければ、光
利用効率が低下し、画質の低下がもたらされ、コストも
高くつくという問題があった。

【０００９】（第２の従来例）そこで、上記投影型カラ
ー液晶表示装置の光利用効率を向上させ、色純度の低下
を防止して画像品質を向上させるための投影型カラー液
晶表示装置が提案されている（特開平７−１８１４８７
号、特開平９−９０３３６号など）。この投影型カラー
液晶表示装置の全体構成は、図１に示した第１の従来例
とほぼ同じであるが、液晶表示素子６に設けたマイクロ
レンズアレイ１３、１４が２層になっているところに特
徴がある。すなわち、この投影型カラー液晶表示装置に
用いられている液晶表示素子６では、図４に示すよう
に、光源側に用いられるガラス基板１５の両面に平板型
のマイクロレンズアレイ基板１６、１７を接合し、内面
側のマイクロレンズアレイ基板１７の表面に焦点距離調
整用のカバーガラス（スペーサ）１８を設け、ガラス基
板１５及びマイクロレンズ基板１６、１７に一体化され
たカバーガラス１８と光出射側のガラス基板２０の間に
液晶層２１を封入する構造となっている。ここで、各マ
イクロレンズアレイ基板１６、１７は、レンズ基板２２
にレンズパターンを凹設し、このレンズパターンの凹部
２３内に高屈折率樹脂２４を充填してレンズ基板２２の
表面を平坦にし、レンズ基板２２と高屈折率樹脂２４の
界面にマイクロレンズアレイ１３、１４を形成したもの
である。

【００１０】しかして、図５に示すように、液晶表示素
子６の光源側に配置されたマイクロレンズアレイ１３
は、液晶表示素子６における各色に対応する絵素開口部
にそれぞれの色の光束を収束させる。このような各色の
光束は、液晶表示素子６に対してそれぞれ異なる角度か
ら照射されるので、マイクロレンズアレイ１３により収
束された後は、各光束の主光線の方向に応じて広がって
いこうとする。マイクロレンズアレイ１４は、これら各
色の光束の主光線が互いにほぼ平行となるようにして液
晶表示素子６から出射させる。

【００１１】この光源と反対側のマイクロレンズアレイ
１４は、フィールドレンズと同様の働きをするものであ
り、このように各色の光束の主光線を互いにほぼ平行に
することが可能になるので、投影手段として例えば小口
径の投影レンズを用いた場合でも、全光束をほとんどカ
ットすることなく、有効に利用することができる。した
がって、光の利用効率を向上させてより明るく、かつ、
ホワイトバランスのよいカラー画像を得ることができる
ようになる。また、大口径の投影レンズ等を使用する必
要がなくなるため、製造コストの低減を実現できる。

【００１２】つぎに、このような２層のマイクロレンズ
１３、１４を備えたガラス基板１５の製造方法を図６に
より説明する。まず、図６（ａ）に示すような所定厚み
のレンズ基板２２を準備し、図６（ｂ）のように、レン
ズパターンと同じピッチで開口２５をあけられたマスク
２６をレンズ基板２２の表面に形成する。ついで、図６
（ｃ）に示すように、マスク２６の開口２５を通してレ
ンズ基板２２の火造り面に対して等方性エッチング処理
を行なうことにより、レンズ基板２２の表面に凹部２３
（レンズパターン）を形成する。火造り面とは、ガラス
基板１５をフュージョン法等で製造するにあたり、溶融
ガラスを徐冷、成板した後の研磨していないそのままの
表面をいう。上記凹部２３には、図６（ｄ）のように高
屈折率樹脂２４を充填し、表面をレベリングすることで
レンズ部分とし、マイクロレンズアレイ基板１６、１７
を製作する。この後、図６（ｅ）に示すように、レンズ
基板２２のレンズ形成面と反対側の面を研磨し、マイク
ロレンズアレイ１３、１４の焦点距離等を設定値に合わ
せるべく厚み調整する。

【００１３】上記のようにして作製されたマイクロレン
ズアレイ基板１６、１７は、図７に示すように、互いに
光軸を位置合せしながらガラス基板１５の両面に接合さ
れ、さらに一方のマイクロレンズアレイ基板１７の表面
にカバーガラス１８を接合される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２層の
マイクロレンズアレイ１３、１４を有する従来のマイク
ロレンズアレイ基板では、上記のようにガラス基板１５
に２枚のマイクロレンズアレイ基板１６、１７を貼り合
わせて製作されていたので、以下に述べるような理由か
ら、光軸合せが難しくて光学特性が悪く、製造が難し
く、工程数が多くてコストが高くつくという問題があっ
た。

【００１５】 マイクロレンズアレイどうしの位置決
めの困難 まず、別々に製作された平板型マイクロレンズアレイ１
３、１４をガラス基板を介して貼り合わせているので、
貼り合わせによる２枚のマイクロレンズアレイ１３、１
４の位置決め（光軸合せ）が困難であり、事実上、量産
が不可能であった。すなわち、２枚のマイクロレンズア
レイ１３、１４の縦方向、横方向及び角度（回転方向）
をすべて一致させなければならないが、レンズパターン
が微細であるため、これが非常に難しく、精度の高い位
置決め装置や貼合せ機が必要となる。

【００１６】また、マイクロレンズアレイ１３、１４の
貼り合わせを困難にしている最大の理由は、位置決めし
なければならないレンズパターンの間にギャップがある
ことである。つまり、レンズパターンの間にギャップが
あると、各層の屈折率差によって光学的な歪が生じ、位
置決め用のアライメントマークの大きさが異なって見
え、２つのマイクロレンズアレイ１３、１４に設けられ
ているアライメントマークどうしの位置合せが困難にな
る。

【００１７】さらに、重要なことは、ギャップによって
生じる光学的な歪のため、レンズパターンに対して完全
に垂直な方向からアライメントマークを見ないと、カメ
ラが見ているアライメントマークは虚像となり、実際の
アライメントマークはカメラの光軸上からずれた位置に
あり、アライメントマークにたよって位置合せしても実
際にはアライメントしたことになっていない。これがマ
イクロレンズアレイ１３、１４の位置決めを難しくする
最大の要因となっている。例えて言うと、不透明なコッ
プの底にコインを入れて斜め方向から見ると、コップに
水を入れた場合と入れない場合とで、コインが見えたり
見えなかったりすることがあるが、これは空気と水の屈
折率差によるものである。微細な位置合わせでは、この
わずかなマークの大きさの変化や実像と虚像の位置ずれ
が原因となり、位置決めが不可能になってしまう。

【００１８】また、位置決めには通常カメラ（ＣＣＤカ
メラなど）を用いるが、マイクロレンズアレイ１３、１
４では、アライメントマークにピントを合わせることが
難しい。つまり、アライメントマークは一般的には比較
的大きく描かれるものであるが、マイクロレンズアレイ
１３、１４の余白部には限りがあるため、通常は小さな
アライメントマークで位置の合わせ込みをしなければな
らないことが多い。微細なマークをカメラで見るときに
は焦点深度が浅くなるので、ピントの合う範囲が狭くな
る。そのため、マイクロレンズアレイ１３、１４が多少
でも傾いたりすると、とたんにピントが合わせられなく
なる。これらの理由からもマイクロレンズアレイ１３、
１４の位置決めをすることは非常に難しいものであっ
た。

【００１９】 貼合わせ時の異物や気泡の混入 マイクロレンズアレイ１３、１４どうしを、その間に均
一なギャップ（空間）を保ったまま一体化することは困
難であるから、ガラス基板１５の両面にマイクロレンズ
アレイ１３、１４を隙間なく貼り合わせている。そのた
め、仮に２枚のマイクロレンズアレイ１３、１４が正確
に位置合せされたとしても、マイクロレンズアレイ１
３、１４とガラス基板１５の間に１つでも異物を噛み込
むと、マイクロレンズアレイ１３、１４が反って撓んだ
り、傾いたりするので、マイクロレンズアレイ１３、１
４どうしの光軸がずれる。

【００２０】また、マイクロレンズアレイ１３、１４と
ガラス基板１５の間に部分的な空隙（例えば、空気など
の混入による気泡）が発生すると、微細異物の混入の場
合と同様、ガラス基板の両面に貼られたマイクロレンズ
アレイ１３、１４の光軸をずらすことになる。

【００２１】さらに、異物や気泡を噛み込むと、そこに
本来意図しない屈折率差を作り出すので、ここを通過す
る光束の光軸をずらす結果となる。

【００２２】 歩留まりの低下 従来のマイクロレンズアレイ１３、１４の製造方法で
は、上記及びのような理由により、マイクロレンズ
アレイ基板製作の歩留まりが悪くなり、量産品として使
用できるものはほとんど零に近くなり、実用化が困難で
あった。また、このような歩留りの悪さは、製品単価を
押し上げることになっていた。 製造工数数が多い 仮に、マイクロレンズアレイ基板製造の歩留まりが改善
されたとしても、従来の製造方法では、別々に製作した
マイクロレンズアレイ１３、１４をそれぞれ研磨してガ
ラス基板の両面に貼り合わせているので、製造工数が多
くなると共に研磨作業に時間が掛かる。さらに、微細な
レンズパターンの位置決めに多くの時間を要するため、
製造効率が悪くて量産性が低かった。

【００２３】なお、上記のような問題点は、ガラス基板
を介することなくマイクロレンズアレイどうしを直接に
接合した構造のマイクロレンズアレイ基板にも言えるこ
とである。

【００２４】本発明は上述の技術的問題点を解決するた
めになされたものであり、マイクロレンズアレイ基板製
造時に、マイクロレンズアレイどうしの光軸合せを簡単
にし、また製造工程も簡略化することを目的とするもの
である。

【００２５】

【発明の開示】本発明（請求項１）のレンズアレイ基板
は、複数層のレンズアレイを備えたレンズアレイ基板で
あって、複数の透光性樹脂層が積層され、互いに屈折率
の異なる透明樹脂層どうしの境界面によりレンズアレイ
が形成されたものである。

【００２６】このレンズアレイ基板は、複数のレンズア
レイを貼り合わせることなく、透光性樹脂層を積層一体
化することによって製作することができる。

【００２７】具体的には、請求項５に記載しているよう
に、未硬化の樹脂材料に第１のスタンパを押圧した状態
で当該樹脂材料を硬化させて第１の透光性樹脂層を成形
する工程と、第１の透光性樹脂層の上に当該透光性樹脂
層と屈折率の異なる未硬化の樹脂材料を供給し、この透
光性樹脂層に第２のスタンパを押圧した状態で当該樹脂
材料を硬化させて第２の透光性樹脂層を成形し、第１及
び第２の透光性樹脂層の境界面にレンズアレイを形成す
る工程と、第２の透光性樹脂層の上に当該透光性樹脂層
と屈折率の異なる未硬化の樹脂材料を供給し硬化させて
第３の透光性樹脂層を成形し、第２及び第３の透光性樹
脂層の境界面に別なレンズアレイを形成する工程とによ
って製作することができる。さらに、この工程の繰り返
しにより３層以上のレンズアレイを形成することもでき
る。

【００２８】透明樹脂層の屈折率が互いに異なっている
とは、例えば３層の透光性樹脂層を考え、その屈折率を
順にｎ1、ｎ2、ｎ3とすると、ｎ1＜ｎ2＜ｎ3のように順
に大きくなっていてもよく、ｎ1＜ｎ2＞ｎ3のように交
互に大小を組み合わせいてもよい。従来のようにガラス
基板の凹部に高屈折率の樹脂を流し込むことによってレ
ンズアレイが製作されていると、設計に自由度がない
が、本発明のように成形によって複数層のレンズアレイ
を製作する場合には、自由に屈折率の組み合わせを変え
ることができ、レンズアレイ基板の設計自由度が高くな
る。

【００２９】本発明のレンズアレイ基板及びその製造方
法にあっては、各透光性樹脂層を成形していく際に自動
的にレンズアレイが位置合せされた状態でできていく。
よって、よって、従来のようにマイクロレンズアレイを
貼り合わせる際の位置決めが不要となり、高精度のレン
ズ位置合わせが可能になる。その結果、良好な精度及び
光学的特性を有するレンズアレイ基板を量産可能にな
る。

【００３０】また、成形によって複数層のマイクロレン
ズアレイができるので、貼り合わせによる方法のように
透光性樹脂層間などに異物が混入したり、気泡が入った
りしにくく、不良品発生率が低下し、マイクロレンズア
レイ基板の歩留りが向上する。さらに、貼り合わせ法の
ように硬質の基板どうしを貼り合わせる場合には、異物
や気泡が混入するとマイクロレンズアレイ基板全体の不
良となるが、未硬化の樹脂を重ねていくので、仮に異物
や気泡が入っても部分的な不良にとどまる。

【００３１】さらに、本発明の製造方法によれば、高精
度の加工や位置決めが必要ないので、製造工程が少な
く、製造設備も簡単になり、コストを安価にすることが
できる。

【００３２】特に、請求項６に記載したように、前記第
１のスタンパと第２のスタンパ（さらに好ましくはすべ
てのスタンパ）が同一のスタンパであれば、請求項３に
記載したようにレンズアレイの立体形状がいずれも同一
となり、成形時にスタンパの取り替え作業が必要ないの
で、より一層レンズアレイどうしの位置合せ作業を高精
度に行なうことができる。なお、この場合には、各レン
ズアレイの焦点距離は、各透光性樹脂層の屈折率比によ
って調整することになる。

【００３３】また、請求項２に記載しているように、隣
り合うレンズアレイの間には、１層の透光性樹脂層のみ
存在することが望ましい。これによって構造を簡単にで
き、マイクロレンズアレイを薄くすることができる。ま
た、レンズアレイ間に１層の透光性樹脂層しか存在しな
ければ、マイクロレンズアレイ基板内に不要な結合面が
生じることがなく、マイクロレンズアレイ基板の設計に
おいて、その設計やシミュレーションを容易にすること
ができる。

【００３４】また、レンズアレイは、請求項４に記載し
たように、複数のレンズ面を緻密に配列したものが望ま
しい。レンズ面を隙間なく緻密に形成してあれば、レン
ズアレイ基板に入射した光をすべて利用することがで
き、光の利用効率を向上させることができる。

【００３５】本発明のマイクロレンズアレイは、透過型
の画像表示装置（請求項７）や反射型の画像表示装置
（請求項８及び９）に用いることができる。ここで、空
間変調素子とは、液晶表示パネルに代表されるものであ
るが、これに限らず、多数の微小なミラーを備えたＤＭ
Ｄ（digital mirror device）なども含まれる。

【００３６】本発明のレンズアレイ基板をこれらの画像
表示装置に利用することにより、画像表示装置の光学的
特性を向上させることができると共に、そのコストも安
価にすることができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】図８は本発明の一実施形態による
投影型カラー液晶表示装置３１の全体の構造を示す断面
図、図９は当該カラー液晶表示装置３１に用いられてい
る液晶表示素子３２及びマイクロレンズアレイ３３、３
４を示す断面図である。この投影型カラー液晶表示装置
３１においては、白色光源３５の背後に球面鏡３６が設
けられており、球面鏡３６の中心が、白色光源３５にお
ける発光部の中心と一致するように配置されている。白
色光源３５の前面にはコンデンサレンズ３７が設けられ
ており、コンデンサレンズ３７は、その焦点が白色光源
３５の発光部の中心と一致するように配置されている。
しかして、白色光源３５から出射された白色光束Ｗ、あ
るいは白色光源３５から出射され球面鏡３６で反射され
た白色光束Ｗは、コンデンサレンズ３７を透過すること
により、略平行な白色光束Ｗとなる。

【００３８】ここで、コンデンサレンズ３７を透過した
後の白色光束Ｗの、アーク長方向（図８において紙面に
垂直な方向）の平行度θa、アーク径の方向（図８にお
いて紙面に平行な方向）の平行度θbは、次式から求め
られる。 θa ＝ arctan（Ｌ／ｆc） …(1) θb ＝ arctan（Φ／ｆc） …(2) ただし、Ｌ及びΦは白色光源３５のアーク長及びアーク
径、ｆcはコンデンサレンズ３７の焦点距離である。

【００３９】また、白色光源から平行光束を得る手段と
しては、上記の構成に限らず、例えば回転放物面鏡を用
いる方法、回転楕円面鏡とインテグレータを使用する方
法等が適宜選択される。

【００４０】コンデンサレンズ３７の前方には、３種の
ダイクロイックミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂがそれぞ
れ異なる角度で配置されている。ダイクロイックミラー
３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂは、それぞれ赤、緑、青の色に
対応する各波長域の光を選択的に反射し、他は透過する
特性を有し、この順に光軸上に配置されている。以下、
符号のＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれ赤、緑、青の各色を表わす
ものとする。

【００４１】青、緑、赤の波長域とは、それぞれ４００
〜４９５ｎｍ、約４９５〜５７５ｎｍ、約５７０〜７０
０ｎｍの波長域を示す。ただし、これらの各波長域の光
を全て利用すればスクリーン照度は高くなるが、各原色
の色純度は低下するので、色純度を重視する場合には、
４９５ｎｍ付近及び５７５ｎｍ付近の光をカットする場
合もある。

【００４２】ダイクロイックミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３
８Ｂは、周知の多層薄膜コーティング技術により形成さ
れる。赤のダイクロイックミラー３８Ｒは約６００ｎｍ
より長波長の可視光を反射するように多層薄膜の条件が
設定され、青のダイクロイックミラー３８Ｂは約５００
ｎｍより短波長の可視光を反射するように多層反射膜の
条件が設定され、緑のダイクロイックミラー３８Ｇは約
５７０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の可視光を反射するよう
に多層薄膜の条件が設定されている。また、いずれのダ
イクロイックミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂも赤外線を
透過するように設計すれば、赤外線が液晶表示素子３２
に到達しなくなるので、液晶表示素子３２の温度上昇を
低減するのに効果的である。

【００４３】３枚のダイクロイックミラー３８Ｒ、３８
Ｇ、３８Ｂの中で、白色光源３５に一番近い所に設けら
れたダイクロイックミラー３８Ｒは、白色光源３５から
の光束が例えば３０゜前後で入射するように配置されて
いる。その他のダイクロイックミラー３８Ｇ、３８Ｂ
は、上記ダイクロイックミラー３８Ｒに対してそれぞれ
平行な状態から、図において紙面に垂直な方向の軸を回
転軸として、角度θずつ順次傾けて配置されている。こ
の相対的な角度θは、後述する液晶表示素子３２の絵素
配列ピッチＰ及び液晶表示素子３２に設けられたマイク
ロレンズアレイ３３、３４の焦点距離ｆμから求めるこ
とができる。

【００４４】しかして、コンデンサレンズ３７を透過し
た平行な白色光束Ｗは、ダイクロイックミラー３８Ｒ、
３８Ｇ、３８Ｂに入射し、赤の光束、緑の光束、青の光
束に分解されて液晶表示素子３２に設けられたマイクロ
レンズアレイ３３、３４に入射する。ダイクロイックミ
ラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂを上記のようにθずつ傾け
て配置してあると、赤波長域、緑波長域、青波長域のそ
れぞれの光束がマイクロレンズアレイ３３、３４に対し
てそれぞれ角度２θずつずれて入射する。

【００４５】この実施形態では、図８に示すように、緑
の光束が、マイクロレンズアレイ３３、３４に垂直入射
し、赤及び青の各光束は、この緑の光束を中心に図にお
いて紙面と平行な方向に対称に位置するように、角度が
つけられている。この赤、青、緑の順番は、白色光源３
５のスペクトル分布及びダイクロイックミラー３８Ｒ、
３８Ｇ、３８Ｂの特性を考慮して決定され、必ずしも図
８に示す順序に限るものではない。

【００４６】液晶表示素子３２は、ガラス基板３９とマ
イクロレンズアレイ基板４０を有しており、図９に示す
ように、ガラス基板３９とマイクロレンズアレイ基板４
０の間に液晶層４１が封入されている。光出射側に位置
するガラス基板３９の内面には、液晶層４１を相変化さ
せるためのストライプ状の信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４
２Ｂが形成されている。また、光入射側に位置するマイ
クロレンズアレイ基板４０の内面には、上記信号電極４
２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂと直交する走査電極４３が設けら
れている。この信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ及び走
査電極４３は、透明電極（ＩＴＯ膜）によって形成され
ている。

【００４７】マイクロレンズアレイ基板４０には、２層
のマイクロレンズアレイ３３、３４が設けられている。
このマイクロレンズアレイ基板４０は、２枚のベースガ
ラス（ガラス基板）４４、４５間に互いに屈折率の異な
る３層の透明なレンズ樹脂層４６、４７、４８を挟み込
んだものであり、屈折率の異なるレンズ樹脂層４６、４
７、４８間の界面がレンズパターン形状に成形されてお
り、互いに屈折率の異なるレンズ樹脂層４６、４７間の
界面によって第１のマイクロレンズアレイ３３が形成さ
れ、互いに屈折率の異なるレンズ樹脂層４７、４８間の
界面によって第２のマイクロレンズアレイ３４が形成さ
れている。ここで、マイクロレンズアレイ３３、３４の
レンズパターンは、球面レンズ状、蜂の巣（六角レン
ズ）状、あるいはかまぼこ形レンズ状（レンチキュラー
レンズ）でもよい。

【００４８】光源側に位置するマイクロレンズアレイ３
３を構成する各レンズの光軸と光源と反対側に位置する
マイクロレンズ３４を構成する各レンズの光軸は互いに
平行となっており、マイクロレンズアレイ３３と３４の
対向する各レンズの光軸は互いに一致するようになって
いる。

【００４９】この液晶表示素子３２では、ダイクロイッ
クミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂによって白色光束Ｗを
分光しているので、カラーフィルタは必要なく、光利用
効率が高くなる。また、各色ごとに対応する映像信号が
信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂに印加される。なお、
図９においては、液晶表示素子３２の構成要素である偏
光板、配向膜等を簡略化のため省略している。

【００５０】しかして、図１０に示すように、マイクロ
レンズアレイ３３に所定方向から平行光束を照射する
と、マイクロレンズアレイ３３は、レンズパターンのピ
ッチに対応する間隔で、各色の光束を第２のマイクロレ
ンズアレイ３４の出射側近傍に点状に集光する。この集
光スポット幅Ｗは、第１のマイクロレンズアレイ３３の
焦点距離をｆμとすると、上記白色光源３５の平行度θ
bに対して、下記の(3)式のようになる。 Ｗ ＝ ｆμ × tan（θb） …(3) この(3)式に前記(2)式を代入すると、 Ｗ ＝ （ｆμ × Φ）／ｆc …(4) となる。走査電極４３及び液晶層４１の厚みは、第１の
マイクロレンズアレイ３３の焦点距離ｆμに比べて微小
であるため、この部分の厚さは無視でき、この集光スポ
ット幅Ｗがそのまま信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂに
照射される各光束の幅Ｗeであると考えてよい。

【００５１】また、各ダイクロイックミラー３８Ｒ、３
８Ｇ、３８Ｂの相対的な角度は、絵素配列ピッチをＰ、
マイクロレンズアレイ３３の焦点距離をｆμ、各光束の
入射角の差を２θとすると、 Ｐ ＝ ｆμ × tan（２θ） …(5) の関係を満たせば、最初の集光ライン（３種のダイクロ
イックミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂのうち、白色光源
３５に最も近い位置に配設されたダイクロイックミラー
３８Ｒで反射した光による集光ライン）に対して、順次
他の集光ラインがそれぞれ上記のピッチ分だけずれた位
置に形成される。これにより、マイクロレンズアレイ３
３を構成するマイクロレンズ一つに対応する隣接した３
個の信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂに、各々対応する
色の集光ラインが収まるようになっている。

【００５２】なお、マイクロレンズアレイ３４の焦点距
離も、光源側のマイクロレンズアレイ３３と同じ焦点距
離ｆμに設定されている。

【００５３】上記液晶表示素子３２における光出射方向
の前方には、図８に示すように、投影手段としてのフィ
ールドレンズ４９及び投影レンズ５０が設けられてお
り、さらに、この投影レンズ５０の前方には、スクリー
ン５１が設けられている。フィールドレンズ４９の焦点
距離はフィールドレンズ４９及び投影レンズ５０間の距
離に設定されており、液晶表示素子３２から出射された
各色の光束は、上記フィールドレンズ４９によって投影
レンズ５０の設けられている位置に収束され、この投影
レンズ５０によりスクリーン５１に投影される。なお、
上記フィールドレンズ４９を用いず、液晶表示素子３２
から直接投影レンズ５０に光を入射するような構成とす
ることも可能である。

【００５４】しかして、白色光源３５からダイクロイッ
クミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂに向かって白色光を照
射すると、ダイクロイックミラー３８Ｒ、３８Ｇ、３８
Ｂが各々異なる色の光束をそれぞれ反射することによ
り、白色光が三原色に分解される。各色の光束は、図１
０に示すように、ダイクロイックミラー３８Ｒ、３８
Ｇ、３８Ｂが配置された角度に応じて、上述のように各
々異なる角度で、第１のマイクロレンズアレイ３３に入
射する。

【００５５】このマイクロレンズアレイ３３からの光
は、マイクロレンズアレイ３４を介して、各色に対応す
る信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂに集光されるが、こ
のとき、信号電極４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂをその上に集
光される色に対応した映像信号でそれぞれ駆動すると、
各色の光束はその信号に応じて強度が変調される。変調
後の光束は、上記フィールドレンズ４９及び投影レンズ
５０を通過した後、スクリーン５１に投影され、このス
クリーン５１上でカラー映像表示が行われる。

【００５６】ところで、従来の投影型カラー液晶表示装
置（第１の従来例）では、垂直入射以外の赤、青の２光
束の光軸（主光線）が、液晶表示素子３２を出射した後
も２θの角度をもって伝搬してしまうため、これらを全
て捕捉し投影するためには、大口径の投影レンズが必要
であった。しかしながら、この実施形態の投影型カラー
液晶表示装置３１では、出射光の拡がりを小さくするた
め、第２のマイクロレンズアレイ３４が設けられてい
る。また、第１のマイクロレンズアレイ３３の焦点距離
は、この第２のマイクロレンズアレイ３４の出射側近傍
に第１のマイクロレンズアレイ３３から出射された光束
の焦点が位置するよう、上記(5)式の関係を満足するよ
うに設定されている。

【００５７】このように配置された第２のマイクロレン
ズアレイ３４は、フィールドレンズ４９と同様の機能を
果たし、各色の光束の光軸を互いに平行化することによ
り、その出射方向を液晶表示素子３２に対して垂直に
し、液晶表示素子３２からの出射光の広がり角を小さく
することができる。したがって、小口径の投影レンズ５
０を用いた場合でも、全光束を有効に利用することがで
きる。これにより、光利用効率が高く、ホワイトバラン
スの良いカラー画像を得ることが可能になると共に、コ
ストアップの原因となっていた高価な大口径のレンズを
用いなくてもよくなることから、投影型カラー液晶表示
装置３１全体としてのコストアップを回避することが可
能になる。

【００５８】なお、マイクロレンズアレイ３３、３４の
焦点距離を調整する方法としては、つぎのようにすれば
よい。まず第１の方法は、マイクロレンズアレイ３３、
３４を構成するレンズ樹脂層４６、４７、４８の屈折率
を変えればよい。例えば図１１（ａ）は屈折率がｎ１、
ｎ２（ｎ１＜ｎ２）のレンズ樹脂層４６、４７の界面に
マイクロレンズアレイ３３を形成しているが、図１１
（ｂ）のように、この屈折率ｎ２のレンズ樹脂層４７を
より大きな屈折率ｎ３（＞ｎ２）のものに代えると、マ
イクロレンズアレイ３３の焦点距離を短くすることがで
きる。第２の方法としては、マイクロレンズアレイ３
３、３４の曲率を変えればよい。例えば図１２（ａ）は
屈折率がｎ１、ｎ２（ｎ１＜ｎ２）のレンズ樹脂層４
６、４７の界面に曲率半径がｒ１のマイクロレンズアレ
イ３３を形成しているが、図１２（ｂ）のように、この
マイクロレンズアレイ３３をより小さな曲率半径ｒ２
（＜ｒ１）にすれば、マイクロレンズアレイ３３の焦点
距離を短くすることができる。

【００５９】（マイクロレンズアレイ基板の製造方法）
つぎに、上記マイクロレンズアレイ基板４０の製造方法
を図１３及び図１４（ａ）〜図１６（ｉ）により説明す
る。これは、紫外線照射により硬化する紫外線硬化型樹
脂を用いた、いわゆる２Ｐ（Photo-Polymerization）法
により、２枚のベースガラス４４、４５間に２層のマイ
クロレンズアレイ３３、３４を成形する方法である。

【００６０】まず、図１３に示すように、成形機の下側
テーブル５２の上面にベースガラス４４を置き、下側テ
ーブル５２内の吸着チャック５３でベースガラス４４の
下面の空気を排気することにより下側テーブル５２の上
面にベースガラス４４を吸着させる。同様に、成形機の
上側テーブル５４の下面にスタンパ５７を重ね、上側テ
ーブル５４内の吸着チャック５５からスタンパ５７の上
面の空気を排気することにより上側テーブル５４の下面
にスタンパ５７を吸着させる。この上側テーブル５４は
ガイド機構（図示せず）によって位置ずれのないよう精
密に上下するようになっている。

【００６１】ついで、図１４（ａ）に示すように、透明
なベースガラス４４の上に流動性のある透明な紫外線硬
化型樹脂５６を供給した後、紫外線硬化型樹脂５６の上
からベースガラス４４へ向けてスタンパ５７を降下させ
る。このスタンパ５７の下面には、マイクロレンズアレ
イ３３、３４のレンズパターンと合致する反転パターン
５８が形成されている。このスタンパ５７をベースガラ
ス４４に十分に押し付けてスタンパ５７とベースガラス
４４の間に紫外線硬化型樹脂５６を挟み込み、紫外線硬
化型樹脂５６をスタンパ５７とベースガラス４４の間に
押し広げてスタンパ５７の反転パターン５８で紫外線硬
化型樹脂５６を型押しした後、そのままの状態を保持
し、ベースガラス４４を通して紫外線硬化型樹脂５６に
紫外線ランプ等によって紫外線（ＵＶ光）を照射する
［図１４（ｂ）］。

【００６２】紫外線を照射された紫外線硬化型樹脂５６
は、紫外線を浴びると硬化反応を起こして硬化するの
で、紫外線硬化型樹脂５６にスタンパ５７の反転パター
ン５８が転写成形される。スタンパ５７を上昇させて紫
外線硬化型樹脂５６から分離すると、硬化した紫外線硬
化型樹脂５６によってベースガラス４４の上にレンズ樹
脂層４６が成形されると共に当該レンズ樹脂層４６の表
面にマイクロレンズアレイ３３のパターンが成形される
［図１４（ｃ）］。

【００６３】ついで、硬化したレンズ樹脂層４６の上
に、レンズ樹脂層４６とは屈折率が異なり流動性のある
透明な紫外線硬化型樹脂５９を供給した後、紫外線硬化
型樹脂５９の上からレンズ樹脂層４６へ向けて上記スタ
ンパ５７を再度降下させる［図１５（ｄ）］。このスタ
ンパ５７をレンズ樹脂層４６に十分に押し付けてスタン
パ５７とレンズ樹脂層４６の間に紫外線硬化型樹脂５９
を挟み込み、スタンパ５７の反転パターン５８で紫外線
硬化型樹脂５９を型押しして紫外線硬化型樹脂５９をス
タンパ５７とレンズ樹脂層４６の間に押し広げた後、そ
のままの状態を保持し、ベースガラス４４及びレンズ樹
脂層４６を通して紫外線硬化型樹脂５９に紫外線ランプ
等によって紫外線（ＵＶ光）を照射する［図１５
（ｅ）］。

【００６４】紫外線を照射された紫外線硬化型樹脂５９
は、紫外線を浴びると硬化反応を起こして硬化するの
で、紫外線硬化型樹脂５９にスタンパ５７の反転パター
ン５８が転写成形される。スタンパ５７を上昇させてス
タンパ５７を紫外線硬化型樹脂５９から分離すると、硬
化した紫外線硬化型樹脂５９によってレンズ樹脂層４６
の上にレンズ樹脂層４７が成形される。そして、レンズ
樹脂層４６とレンズ樹脂層４７の界面にマイクロレンズ
アレイ３３が形成されると共にレンズ樹脂層４７の表面
にマイクロレンズアレイ３４のパターンが成形される
［図１５（ｆ）］。

【００６５】さらに、硬化したレンズ樹脂層４７の上
に、レンズ樹脂層４７とは屈折率が異なり流動性のある
透明な紫外線硬化型樹脂６０を供給した後、上側テーブ
ル５４の下面にベースガラス４５を吸着させ、紫外線硬
化型樹脂６０の上からレンズ樹脂層４７へ向けてベース
ガラス４５を真っ直ぐに降下させる［図１６（ｇ）］。
このベースガラス４５をレンズ樹脂層４７に十分に押し
付けてベースガラス４５とレンズ樹脂層４７の間に紫外
線硬化型樹脂６０を挟み込み、ベースガラス４５で紫外
線硬化型樹脂６０の表面を平らにならして紫外線硬化型
樹脂６０をベースガラス４５とレンズ樹脂層４７の間に
押し広げた後、そのままの状態を保持し、ベースガラス
４４及びレンズ樹脂層４６、４７を通して紫外線硬化型
樹脂６０に紫外線ランプ等によって紫外線（ＵＶ光）を
照射する［図１６（ｈ）］。

【００６６】紫外線を照射された紫外線硬化型樹脂６０
は、紫外線を浴びると硬化反応を起こして硬化する。こ
の結果、紫外線硬化型樹脂６０によってレンズ樹脂層４
７とベースガラス４５の間にレンズ樹脂層４８が成形さ
れると共にレンズ樹脂層４７とレンズ樹脂層４８の界面
にマイクロレンズアレイ３４が成形される。

【００６７】こうして図１６（ｉ）のような構造のマイ
クロレンズアレイ基板４０が製造される。このマイクロ
レンズアレイ基板４０の内面（ベースガラス４５の表
面）には液晶層４１を駆動するための走査電極４３等を
形成するので、ここには高度な平面性が求められる。そ
のため図１６（ｈ）の工程で上側テーブル５４によりベ
ースガラス４５を押圧することにより、液晶用基板に要
求される平面性を損ねる程度にベースガラス４５のうね
りが大きくなる場合には、最後にベースガラス４５の研
磨工程を追加してもよい。研磨する場合には、予め研磨
される分だけ厚みの大きなベースカバー４５を使用す
る。

【００６８】また、この製造工程では、上側テーブル５
４の下面に吸着されるスタンパ５７及びベースガラス４
５と、下側テーブル５２の上面に吸着されるベースガラ
ス４４の位置決めは、ある程度の精度でよい。上側テー
ブル５４の下面に吸着されていたスタンパ５７をベース
ガラス４５に取り替えるまでは、スタンパ５７とベース
ガラス４４の相対位置は変化せず、マイクロレンズアレ
イ３３のパターンとマイクロレンズアレイ３４のパター
ンは同一のスタンパ５７によって成形されるので、スタ
ンパ５７とベースガラス４４、４５の位置決めがある程
度の精度であっても、マイクロレンズアレイ３３とマイ
クロレンズアレイ３４とはぴったりと一致することにな
る。

【００６９】スタンパ５７やベースガラス４４の位置決
めがある程度の精度でよいのは、マイクロレンズアレイ
基板４０を製作する際には、１基板ずつ製作するわけで
はなく、多くの場合、上記のようにしてマイクロレンズ
アレイ基板４０をラフに作製した後、予めスタンパ５７
に作り込んであったマーカーを基準にしてマイクロレン
ズアレイ基板４０の外形をカットし、さらに必要に応じ
てマイクロレンズアレイ基板４０を所定枚数にカットし
て使用するからである。ただし、この場合にはマイクロ
レンズアレイ３３、３４の焦点距離の調整は、各レンズ
樹脂層の屈折率によって行なうことになる。

【００７０】なお、マイクロレンズアレイ３３及び３４
の焦点距離を各レンズパターンの曲率半径によって調整
する場合には、２種類のスタンパを用いる必要がある
が、その場合には、上側テーブル５４に位置決め手段を
設けてスタンパの位置決めだけを精密に行なう必要があ
る。また、レンズ樹脂層４６、４７、４８を成形するた
めの樹脂材料としては、紫外線硬化型樹脂以外の光硬化
型樹脂、電子線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂などでもよ
い。もっとも、製造上の扱い易さと生産性の点で、いま
のところ紫外線硬化型が勝っている。

【００７１】（スタンパの製造方法）つぎに、上記スタ
ンパ５７の製造方法を図１７に示す。まず、図１７
（ａ）に示すような平板状のガラス板６１を用意し、図
１８に示すようにガラス板６１の表面に、結像レンズ６
２で集光させたレーザー光を照射し、レーザー加工（レ
ーザーリトグラフィ）により２点鎖線で示す深さまでガ
ラス板６１を蒸発除去し、ガラス板６１の表面に所望の
凹凸パターン６３（すなわち、マイクロレンズアレイ３
３、３４のレンズパターンと同じ形状であって、予めレ
ーザー加工装置を制御するコンピュータに記憶させてい
る）を形成する［図１７（ｂ）］。ガラス板６１の表面
に所望のレンズパターン６３を形成してガラス板６１か
らなる原盤６４を作製した後、原盤６４の上にニッケル
を堆積させ、ニッケル電鋳法により原盤の反転型である
ニッケルマスタ６５を作製し［図１７（ｃ）］、ニッケ
ルマスタ６５を原盤６４から剥離する［図１７
（ｄ）］。ニッケル電鋳法によりニッケルマスタ６５を
作製する際には、その準備として原盤６４を例えば蒸着
法あるいは無電解メッキ法で導電化しておき、導電化さ
れた原盤６４の表面を陰極とし、例えばスルファミン酸
ニッケル浴で電気メッキしてニッケルマスタ６５を作製
する。

【００７２】このニッケルマスタ６５をさらにニッケル
電鋳法で複製したものをスタンパ５７とする。ニッケル
マスタ６５を複製する場合には、ニッケルマスタ６５の
表面に例えば重クロム酸カリ溶液で酸化膜を作った後、
再びニッケル電鋳法により凸凹が反転したスタンパ５７
（原盤の複製）を作製する［図１７（ｅ）］。

【００７３】また、スタンパ５７を作製するには、図１
９（ａ）〜（ｅ）に示すように、ガラス板６１の表面に
塗布されたレジスト６８をレーザー加工することによっ
て原盤６４を作製してもよい。レジスト６８を使用する
場合には、ガラス板６１とレジスト６８の密着剤とし
て、例えばシランカップリング剤をガラス板６１の表面
に塗布しておき、レーザー加工した後、露光、現像及び
洗浄の工程を経て、レジスト６８による凹凸パターン６
３がガラス板６１の表面に形成される［図１９（ａ）
（ｂ）］。この後の処理は、図１７（ｃ）以下と同様に
行う［図１９（ｃ）〜（ｅ）］。

【００７４】本実施形態にあっては、上記のようにして
マイクロレンズアレイ基板４０を製作しているので、以
下に示す〜のような効果が得られる。 位置決め不要で、かつ、精度の高いレンズ位置合わ
せができる。上記実施形態から分かるように、マイクロ
レンズアレイを成形するためのスタンパとレンズ樹脂層
を積層していく基板となるベースガラスは、成形機の上
側テーブルと下側テーブルにそれぞれ吸着されて動かな
い。つまり、マイクロレンズアレイを複数層積層しても
複数層の各マイクロレンズアレイの位置がずれることが
ない。従って、特別に位置決めをしなくとも、従来の貼
り合わせ法により製造されたマイクロレンズアレイ基板
とは比較にならないくらい高精度のレンズ位置合わせが
可能になる。

【００７５】 貼合わせでは事実上、不可能だった量
産が可能となる。上記のように、高精度の位置決めを行
なわなくても精度の高いレンズ位置決めを行なえるの
で、マイクロレンズアレイの量産が可能になる。 不良品発生率が低下し、歩留りが向上する。従来の
貼り合わせ法によるマイクロレンズアレイ基板では、異
物や気泡を挟み込むと、マイクロレンズアレイとしての
特性を満たせなくなり、マイクロレンズアレイ基板その
ものが不良品となってしまう。これに対し、本発明のマ
イクロレンズアレイ基板では、べースガラス間に納まる
大きさ（厳密には、べースガラスとスタンパの間の大き
さ）であれば、仮にレンズ樹脂層間などに異物や気泡が
混入しても、その部分のレンズ単体は欠陥部分となって
も、マイクロレンズアレイ基板全体が不良品になること
はない。なぜなら、スタンパで押圧されるレンズ樹脂層
（紫外線硬化型樹脂など）は、硬化前には流動性のよい
もので、レンズ樹脂層間やレンズ樹脂層とベースガラス
の間に異物や気泡を挟み込んだとしても、その部分に異
物や気泡が混入するだけで他の部分に影響を及ぼさない
（つまり、マイクロレンズ基板全体の反りや傾き、膨れ
などにならない）からである。

【００７６】もちろん、許容される異物や気泡の大きさ
には限度がある。マイクロレンズアレイ基板は光学部品
であるから、投影型カラー液晶表示装置などの最終製品
となったときに欠陥と認められるようなものは、マイク
ロレンズアレイ基板としても欠陥品である。これには個
々の製品仕様によるが、少なくとも従来の製法のよう
に、数ミクロンの異物や気泡など微小な欠陥まで許容さ
れない訳ではない。

【００７７】 製造工数が少ない 本発明によるマイクロレンズアレイ基板の製造方法によ
れば、レンズ位置決めに高い精度を要求されず、そのた
め製造工程においても非常に工数の多い工程が存在しな
い。また、スタンパによる単層マイクロレンズアレイ基
板の製造方法と比較しても、スタンパで樹脂を押圧して
硬化させる工程を繰り返すだけでよく、製造工数はほぼ
同等である。また、マイクロレンズアレイ基板の製造設
備も、単層のマイクロレンズアレイ基板を製造できる装
置であれば、屈折率の異なる樹脂の供給できるようにす
るだけでよく、ほぼそのままの製造装置により多層のマ
イクロレンズアレイを作製することができる。よって、
従来方法のように貼合せ装置が必要なく、設備コストが
安価になる。

【００７８】 マイクロレンズアレイ基板に結合面が
少なく、設計の負担が減少する。このマイクロレンズア
レイ基板における複層化の構造設計で最も重要な点は、
レンズ樹脂層間の屈折率比および各マイクロレンズアレ
イのレンズ曲率である。この構造設計は、結合面（屈折
率の違う材質の境界面）が多くなれば、それだけ設計や
シミュレーションが複雑になる。具体的に言うと、図４
のような構造の従来のマイクロレンズアレイ基板では、
第１及び第２のマイクロレンズアレイ（パターン）間に
は、高屈折率樹脂、ガラス基板、レンズ基板（ガラス）
が存在しているのに対し、この実施形態のマイクロレン
ズアレイ基板では、マイクロレンズアレイ間には、レン
ズ樹脂層が１層存在するだけで、簡単な構造となってい
る。

【００７９】なお、上記実施形態では２層のマイクロレ
ンズアレイを成形する方法について説明したが、本発明
の方法は、３層以上のマイクロレンズアレイを成形する
場合にも適用することができる。

【００８０】（第２の実施形態）つぎに、マトリックス
状に配置された矩形絵素をスイッチングするアモルファ
ス・シリコン半導体薄膜トランジスタを介してダイナミ
ック表示駆動される周知のツイステッド・ネマテイック
モード（ＴＮ）のアクティブ・マトリックス型液晶表示
素子を用いた実施形態を説明する。

【００８１】この実施形態の液晶表示素子では、図２０
（ａ）に示すように絵素配列がデルタ配列になってお
り、各絵素に対応する各絵素電極７１Ｒ、７１Ｇ、７１
Ｂがデルタ配列をなし、絵素電極７１Ｒ、７１Ｇ、７１
Ｂを示していない部分は遮光層である。

【００８２】絵素配列が、上記のようなデルタ配列の場
合、マイクロレンズアレイとしてレンチキュラーレンズ
を用いるのは不適当である。すなわち、この場合には、
図２０（ａ）に示すように、方形状のマイクロレンズ７
２をレンガ積み状に配置したマイクロレンズアレイや、
個々のマイクロレンズの形状は、必ずしもそれに対応す
る絵素の組の形と相似形である必要はないため、同図
（ｂ）及び（ｃ）に示すように、球面レンズの外周部が
相互に融合した六角形のマイクロレンズ７３を稠蜜に配
列した蜂の巣状のマイクロレンズアレイが用いられる。

【００８３】図２０（ａ）及び（ｃ）に示す場合、一つ
のマイクロレンズ７２（あるいは７３）により集光され
る三原色の集光スポットは横一列に並び、１つのマイク
ロレンズ７２（あるいは７３）が横一列に並んだ三個の
絵素電極７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂに対応するように、絵
素配列とマイクロレンズアレイの相対的な位置関係が設
定されている。一方、同図（ｂ）に示す場合には、一つ
のマイクロレンズ７３により集光される三原色の各集光
スポットが、それぞれ三角形の頂点を形成するように並
び、一つのマイクロレンズ７３がそれぞれ三角形の頂点
となるように並んだ３個の絵素電極７１Ｒ、７１Ｇ、７
１Ｂが対応するように、絵素配列とマイクロレンズアレ
イの相対的な位置関係が設定されている。

【００８４】このように一組の集光スポットが三角形状
に照射される場合には、ダイクロイックミラーは、その
画法線の方向を傾けるように配置する。これにより、マ
イクロレンズの光軸と各色の入射光のなす角は小さくな
るので、マイクロレンズアレイの収差が低減される。

【００８５】このような液晶表示素子に用いられる２層
のマイクロレンズアレイ、あるいはマイクロレンズアレ
イ基板としては第１の実施形態で説明したような構造の
ものを用いることができる。また、そのマイクロレンズ
アレイ基板も第１の実施形態で説明した製造方法と同様
にして製造することができる。

【００８６】（第３の実施形態）つぎに、本発明のさら
に別な実施形態を説明する。図２１は反射型カラー液晶
表示装置に用いられるマイクロレンズアレイ付きの反射
型液晶表示素子８１の断面図である。また、図２２はそ
のレンズ部分と画素の配列を示す図である。反射型液晶
表示素子８１は、マイクロレンズアレイ基板４０とガラ
ス基板８２の対向面にそれぞれ透明な走査電極８３と反
射電極８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂを形成し、その間に液晶
層８５を充填して周囲をシール材８６によって封止して
いる。

【００８７】マイクロレンズアレイ基板４０は、透明で
互いに屈折率の異なる３層のレンズ樹脂層４６、４７、
４８をベースガラス４４、４５間に挟み込んだものであ
って、レンズ樹脂層４６、４７、４８の界面にマイクロ
レンズアレイ３３、３４が形成されている。このマイク
ロレンズアレイ基板４０は、第１の実施形態において説
明したものと同じものであるから、詳細な構造や製造方
法は説明を省略する。

【００８８】このようなマイクロレンズアレイ基板４０
においては、図２５に示すように、第１のマイクロレン
ズアレイ３３は各色の光束を集光し、第２のマイクロレ
ンズアレイ３４は、第１のマイクロレンズアレイ３３を
透過した各光束の主光線が対応する反射電極８４Ｒ、８
４Ｇ、８４Ｂに垂直に入射するように屈折させる。反射
電極８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂに垂直に光束が照射される
ことにより、反射電極８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂで反射し
た光束はもとのレンズ部分を通って反射型液晶表示素子
８１の前面から出射される。

【００８９】また、マイクロレンズアレイ３３、３４を
構成する個々のレンズ部分には、反射電極８４Ｒ、８４
Ｇ、８４Ｂの中心が３角形の頂点位置に均等に配列され
ている。この配列にあっては、図２２に点線で示すよう
に赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の各画素（反射電極８
４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂ）が複数のレンズ部分にわたって
直線状に配列されている。

【００９０】また、レンズ部分と反射電極８４Ｒ、８４
Ｇ、８４Ｂの配列については、図２３に示すように、赤
（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の各画素を直線状に配列す
るとともに１つのレンズ部分内に収めるようにしてもよ
い。あるいは、図２４に示すように、レンズ部分の輪郭
形状を六角形でなく四角形にしてもよい。

【００９１】しかして、ダイクロイックミラーによって
三原色に分解された光束は、図２１に示すように、異な
る角度でマイクロレンズアレイ基板４０に入射し、第１
のマイクロレンズアレイ３３で絞られ、第２のマイクロ
レンズアレイ３４で屈折されて反射電極８４Ｒ、８４
Ｇ、８４Ｂに垂直に入射させられ、反射電極８４Ｒ、８
４Ｇ、８４Ｂで反射した光束は入射時と同一の光路をた
どって元の方向へ出射する。こうして、マイクロレンズ
アレイ３３、３４の各レンズ部分の中心から各光束が入
射すれば、この入射光束に対応する反射光束もレンズ部
分の中心から出射することになり、投影レンズ径の小径
化を図りつつ照射光の有効利用が図れる。

【００９２】（第４の実施形態）図２６は本発明のさら
に別な実施形態による反射型表示装置１０１の構成を示
す概略図である。これはＤＭＤ（digital micromirror
device）１０２と呼ばれる微細な光学素子を用いたもの
であって、例えばプロジェクタなどに用いられる。

【００９３】まず、ＤＭＤ１０２について説明する。こ
れはマイクロマシニング技術を用いることにより、Ｓｉ
基板１０３上に多数の微細なマイクロミラー１０５を配
列させた光学素子である。このＤＭＤの１画素分の構造
を図２７に示す。Ｓｉ基板１０３の上面には一対の支持
部１０６が設けられており、Ｓｉ基板１０３の表面にお
いてトーションヒンジ１０７の両端が支持部１０６によ
って支持されている。トーションヒンジ１０７には、ヨ
ーク１０８の中央部が取り付けられており、ヨーク１０
８の中心に立てられた柱部１０９の上端にマイクロミラ
ー１０５が形成されている。Ｓｉ基板１０３の上面に
は、静電気等の電気磁気的な力によってヨークに駆動力
を及ぼしてトーションヒンジ１０７を捩らせながらヨー
ク１０８の傾きを調整することにより、マイクロミラー
１０５の角度を制御するためのミラー駆動手段（図示せ
ず）が設けられている。こうしてヨーク１０８を傾ける
ことにより、マイクロミラー１０５の角度を変化させる
ことができ、マイクロミラー１０５に光を照射している
と、反射光の方向を自由に制御することができる。

【００９４】ＤＭＤ１０２を用いた反射型表示素子１０
１は、図２６に示すように、ＤＭＤ１０２に対向させて
マイクロレンズアレイ基板４０を配置し、光源１１０か
ら出射された白色光をダイクロイックミラー１１１によ
って赤、緑、青の光束に分光させ、各色の光束をマイク
ロレンズアレイ基板４０を透過させることにより、１絵
素を構成する３つのマイクロミラー１０５に照射させる
ようにしたものである。各絵素において、スクリーン１
１４に表示する必要のない光束は、マイクロミラー１０
５によって横方向へ反射されて光アブソーバ１１２に吸
収され、スクリーンに表示する場合には、マイクロミラ
ー１０５によってプロジェクションレンズ１１３の方向
へ反射させ、プロジェクションレンズ１１３によってス
クリーン１１４上に結像され、表示画像の１画素とな
る。また、階調を表示するには、１フレーム周期の間に
階調レベルに応じて時分割された時間だけ、スクリーン
に光が投射されるようにミラーを制御する。例えば２５
６階調では、１フレーム時間（６０フレームでは１／６
０秒）を２５６分の１に分けた間隔でミラーを制御して
いる。

【００９５】このようなＤＭＤ１０２を用いた反射型表
示装置１０１において２層構造のマイクロレンズアレイ
基板４０を用いれば、マイクロレンズアレイ基板４０と
ＤＭＤ１０２の間で各色の光束の主光線が平行となるよ
うに出射されるから、マイクロミラー１０５間のピッチ
を小さくすることができ、反射型表示装置１０１の画素
を精細化することができる。しかも、そのマイクロレン
ズアレイ基板４０としてレンズ樹脂層の界面によってマ
イクロレンズアレイ３３、３４を成形したものを用いれ
ば、光学特性を良好にできるので、反射型表示装置の品
質が良好となり、コストも安価にできる。

【００９６】さらには、本発明のマイクロレンズアレイ
基板は、画像表示装置の応用分野として、投影型プロジ
ェクタ、背面投影型のプロジェクタテレビ（リアプロＴ
Ｖ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ；近年パー
チャルアミューズメントなどに用いらている眼鏡式の表
示モニタ）などにも利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の投影型カラー液晶表示装置の構成を示す
断面図である。

【図２】同上の装置に用いられているダイクロイックミ
ラーの構成を示す図である。

【図３】同上の装置に用いられている液晶表示素子とマ
イクロレンズアレイを示す断面図である。

【図４】別な従来例の投影型カラー液晶表示装置に用い
られている液晶表示素子とマイクロレンズアレイ基板を
示す断面図である。

【図５】同上のマイクロレンズアレイの作用を説明する
図である。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は同上のマイ
クロレンズアレイの製造方法を説明する断面図である。

【図７】同上のマイクロレンズアレイやガラス基板等か
らマイクロレンズアレイ基板を製作する方法を説明する
図である。

【図８】本発明の一実施形態による投影型カラー液晶表
示装置の構成を示す断面図である。

【図９】同上の装置に用いられている液晶表示素子とマ
イクロレンズアレイを示す断面図である。

【図１０】同上の装置に用いられているマイクロレンズ
アレイ基板の作用を説明する図である。

【図１１】（ａ）（ｂ）は同上のマイクロレンズアレイ
の焦点距離の調整方法を説明する図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）は同上のマイクロレンズアレイ
の焦点距離の別な調整方法を説明する図である。

【図１３】同上のマイクロレンズアレイ基板を製造する
ための成形機の上側テーブル及び下側テーブルを示す概
略断面図である。

【図１４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上のマイクロレンズ
アレイ基板の製造工程を説明する図である。

【図１５】（ｄ）（ｅ）（ｆ）は図１４の続図である。

【図１６】（ｇ）（ｈ）（ｉ）は図１５の続図である。

【図１７】（ａ）〜（ｅ）はマイクロレンズアレイのパ
ターンを成形するためのスタンパの製造方法を説明する
図である。

【図１８】ガラス板をレーザー加工する様子を示す図で
ある。

【図１９】（ａ）〜（ｅ）はマイクロレンズアレイのパ
ターンを成形するためのスタンパの別な製造方法を説明
する図である。

【図２０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の別な実施形態
における投影型カラー液晶表示装置に用いられるマイク
ロレンズアレイの形状を示す図である。

【図２１】本発明のさらに別な実施形態による反射型液
晶表示素子の構造を示す断面図である。

【図２２】同上の素子におけるレンズ部分と画素の配列
を示す図である。

【図２３】同上の素子におけるレンズ部分と画素の別な
配列を示す図である。

【図２４】同上の素子におけるレンズ部分と画素のさら
に別な配列を示す図である。

【図２５】同上の素子における照射光と反射光の光路を
示す図である。

【図２６】本発明のさらに別な実施形態による反射型表
示装置の構成を示す概略図である。

【図２７】同上の表示装置に用いられているＤＭＤの構
造を示す斜視図である。

【符号の説明】

３２ 液晶表示素子 ３３、３４ マイクロレンズアレイ ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂ ダイクロイックミラー ４０ マイクロレンズアレイ基板 ４１ 液晶層 ４４、４５ ベースガラス ４６、４７、４８ レンズ樹脂層 ５６、５９、６０ 紫外線硬化型樹脂 ５７ スタンパ １０２ ＤＭＤ １０５ マイクロミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｆ 1/1335 // Ｂ２９Ｌ 11:00 Ｆターム(参考） 2H091 FA05Z FA14Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z FB02 FC01 FC23 FD04 FD06 FD18 KA01 LA12 MA07 4F100 AK01A AK01B AK01C BA03 DD04A DD04B DD05A DD05B EG00B EJ08 EJ39 EJ54 GB41 GB90 JL02 JN01A JN01B JN01C JN18A JN18B 4F205 AA44 AG03 AG27 AH75 GA06 GB01 GB22 GB29 GC01 GF01 GF23 GN28 GN29

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数層のレンズアレイを備えたレンズア
   レイ基板であって、 複数の透光性樹脂層が積層され、互いに屈折率の異なる
   透明樹脂層どうしの境界面によりレンズアレイが形成さ
   れているレンズアレイ基板。
2. 【請求項２】 隣り合うレンズアレイの間には、１層の
   透光性樹脂層のみ存在することを特徴とする、請求項１
   に記載のレンズアレイ基板。
3. 【請求項３】 前記レンズアレイの立体形状がいずれも
   同一であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ
   アレイ基板。
4. 【請求項４】 前記レンズアレイは、複数のレンズ面を
   緻密に配列したものであることを特徴とする、請求項１
   に記載のレンズアレイ基板。
5. 【請求項５】 複数層のレンズアレイを備えたレンズア
   レイ基板の製造方法であって、 未硬化の樹脂材料に第１のスタンパを押圧した状態で当
   該樹脂材料を硬化させて第１の透光性樹脂層を成形する
   工程と、 第１の透光性樹脂層の上に当該透光性樹脂層と屈折率の
   異なる未硬化の樹脂材料を供給し、この透光性樹脂層に
   第２のスタンパを押圧した状態で当該樹脂材料を硬化さ
   せて第２の透光性樹脂層を成形し、第１及び第２の透光
   性樹脂層の境界面にレンズアレイを形成する工程と、 第２の透光性樹脂層の上に当該透光性樹脂層と屈折率の
   異なる未硬化の樹脂材料を供給し硬化させて第３の透光
   性樹脂層を成形し、第２及び第３の透光性樹脂 層の境界面に別なレンズアレイを形成する工程と、を備
   えたレンズアレイ基板の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第１のスタンパと第２のスタンパと
   は、同一のスタンパであることを特徴とする、請求項５
   に記載のレンズアレイ基板の製造方法。
7. 【請求項７】 入射光を透過させながら空間変調して画
   像を生成するための空間変調素子と、 前記空間変調素子の光入射側に配置された、請求項１、
   ２、３又は４に記載したレンズアレイ基板と、 周波数の異なる複数の光束を前記レンズアレイ基板へ照
   射する手段と、を備えた画像表示装置。
8. 【請求項８】 入射光した光を反射させながら空間変調
   して画像を生成するための空間変調素子と、 前記空間変調素子の光入射側に配置された、請求項１、
   ２、３又は４に記載したレンズアレイ基板と、 周波数の異なる複数の光束を前記レンズアレイ基板へ照
   射する手段と、を備えた画像表示装置。
9. 【請求項９】 前記空間変調素子は、配列された多数の
   反射板を制御することによって画像を生成するものであ
   ることを特徴とする、請求項８に記載の画像表示装置。