JP2000187212A - Microlens substrate, liquid crystal display element having the microlens and projection type image display device - Google Patents

Microlens substrate, liquid crystal display element having the microlens and projection type image display device

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JP2000187212A
JP2000187212A JP10364149A JP36414998A JP2000187212A JP 2000187212 A JP2000187212 A JP 2000187212A JP 10364149 A JP10364149 A JP 10364149A JP 36414998 A JP36414998 A JP 36414998A JP 2000187212 A JP2000187212 A JP 2000187212A
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liquid crystal
microlens
crystal display
transparent substrate
substrate
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Takeshi Shibatani
岳 柴谷
Hiroshi Hamada
浩 浜田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microlens substrate, which prevents fluctuation of birefringence due to temperature rise and has satisfactory optical characteristics, and an optical element utilizing it. SOLUTION: A microlens substrate comprises a first transparent substrate 1, on which recessing shapes are formed and a second transparent substrate 2 stuck together via a sealing resin 3. A transparent liquid 4, having a refractive index higher than that of the first transparent substrate 1, is filled in a gap between the first transparent substrate 1 and the second transparent substrate 2 surrounded by the sealing resin 3. The transparent liquid 4 functions as a microlens with projecting shapes. The sealing resin 3 is elastic resin and is preferably silicone resin.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズ基
板、マイクロレンズを付加することにより開口率を向上
させた液晶表示素子および該液晶表示素子を用いた投影
型画像表示装置に関する。
The present invention relates to a microlens substrate, a liquid crystal display device having an improved aperture ratio by adding a microlens, and a projection type image display device using the liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶表示素子は、直視型だけでは
なく、プロジェクションテレビ等の画像投影型の表示素
子に対しても需要が高まってきている。液晶表示素子に
は、画素と呼ばれる最小の表示単位が規則的に配列され
ており、それらの画素に各々独立した電圧を印加して、
各画素を構成する液晶の光学特性を変化させることによ
り、画像や文字が表示される。
2. Description of the Related Art In recent years, the demand for liquid crystal display devices has been increasing not only for direct-view display devices but also for image projection display devices such as projection televisions. In the liquid crystal display element, the smallest display unit called a pixel is regularly arranged, and by applying an independent voltage to each of the pixels,
Images and characters are displayed by changing the optical characteristics of the liquid crystal constituting each pixel.

【0003】前記液晶表示素子を投影型の表示素子に使
用する場合、同じ画素数での表示素子で拡大率を高める
と画面の粗さが目立つようになるので、高い拡大率で精
細な画像を得るためには画素数を増やす事が必要とな
る。
When the liquid crystal display element is used as a projection type display element, when the magnification is increased with a display element having the same number of pixels, the roughness of the screen becomes conspicuous. In order to obtain it, it is necessary to increase the number of pixels.

【0004】ところが、液晶表示素子の画素数を増やす
と、特にアクティブマトリクス型の液晶表示素子の場合
には、画面中、画素以外の占める面積の割合が相対的に
大きくなり、これらの部分を覆うブラックマトリクスの
面積が増大する。その結果、表示に寄与する画素の面積
が減少して表示素子の開口率が低下してしまう。これに
より液晶表示素子への入射光強度が同じ場合には、画素
を透過する光が少なくなるので、画面が暗くなって画像
品位が低下することになる。
However, when the number of pixels of the liquid crystal display element is increased, particularly in the case of an active matrix type liquid crystal display element, the ratio of the area occupied by the pixels other than the pixels in the screen becomes relatively large, and these portions are covered. The area of the black matrix increases. As a result, the area of the pixel contributing to the display decreases, and the aperture ratio of the display element decreases. As a result, when the incident light intensity on the liquid crystal display element is the same, the amount of light transmitted through the pixel is reduced, so that the screen becomes dark and the image quality is reduced.

【0005】このような画素数の増大による開口率の低
下を防止するために、例えば、特開昭60−16562
1号公報には、液晶表示素子の一方の面にマイクロレン
ズアレイを形成することが提案されている。この公報に
記載されているマイクロレンズアレイは、各画素に対応
したマイクロレンズを有し、従来、ブラックマトリクス
により遮光されていた光を画素内に集光するものであ
る。
In order to prevent such a decrease in aperture ratio due to an increase in the number of pixels, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-16562 discloses a method.
No. 1 proposes forming a microlens array on one surface of a liquid crystal display element. The microlens array described in this publication has a microlens corresponding to each pixel, and collects light, which has conventionally been shielded by a black matrix, into the pixel.

【0006】このようなマイクロレンズアレイを作り込
んだマイクロレンズ基板をその形状で分類すると、凸型
と平板型のものがある。
When microlens substrates in which such a microlens array is formed are classified according to their shapes, there are a convex type and a flat type.

【0007】凸型マイクロレンズ基板は、透明平板上に
凸レンズが形成されたもので表面に凸面が露出してい
る。
[0007] The convex microlens substrate is formed by forming a convex lens on a transparent flat plate, and the convex surface is exposed on the surface.

【0008】凸型マイクロレンズ基板の製造方法として
は、膨潤法(鈴木他、”プラスチックマイクロレンズの
新しい作製法”第24回微小光学研究会)、熱ダレ法
(Zoran D.Popovic et al.,A
ppl.Optics,27p.1281(198
8))および機械加工法等が挙げられる。
As a method of manufacturing a convex microlens substrate, there are a swelling method (Suzuki et al., “A New Manufacturing Method of Plastic Microlens”, 24th Meeting of the Society for Micro-Optics) and a heat sag method (Zoran D. Popovic et al., A
ppl. Optics, 27p. 1281 (198
8)) and a machining method.

【0009】膨潤法では、感光性モノマーを紫外線で重
合させ、露光部分と非露光部分との間に生じる浸透圧の
差により露光部分を膨潤させて、凸型のレンズ形状を得
る。熱ダレ法では、感光性樹脂の膜を円形等の所定の形
状にパターニングした後、その樹脂の融点以上に加熱熔
融して表面張力によりレンズ形状を得る。機械加工法で
は、基材を削ることによりレンズ形状を得る。
In the swelling method, a photosensitive monomer is polymerized by ultraviolet rays, and the exposed portion is swelled by a difference in osmotic pressure generated between an exposed portion and a non-exposed portion to obtain a convex lens shape. In the heat sagging method, a photosensitive resin film is patterned into a predetermined shape such as a circle, and then heated and melted at a temperature higher than the melting point of the resin to obtain a lens shape by surface tension. In the machining method, a lens shape is obtained by shaving a base material.

【0010】一方、平板型マイクロレンズ基板は、外表
面には凹凸がなく基板内部に凸レンズが埋め込まれてい
るものである。
On the other hand, a flat microlens substrate has no irregularities on the outer surface and has a convex lens embedded inside the substrate.

【0011】製造方法としては、イオン交換法(App
l.Opt.Vol.21,p.1052(198
2)、または、Electron.Lett.Vol.
17,p.452(1981))およびガラスエッチン
グ法等が挙げられる。
As a production method, an ion exchange method (App
l. Opt. Vol. 21, p. 1052 (198
2) or Electron. Lett. Vol.
17, p. 452 (1981)) and a glass etching method.

【0012】イオン交換法は、ガラス基板に金属イオン
を拡散させて、その部分の屈折率を周辺より高めること
でレンズ効果を持たせている。ガラスエッチング法は、
ガラス基板上にマスクを形成し、マスク開口部から基板
表面をエッチングすることにより半球状の凹部を形成
し、そこに屈折率の高い固形材料を埋め込むものであ
る。
In the ion exchange method, a lens effect is provided by diffusing metal ions into a glass substrate and increasing the refractive index of the portion from the periphery. The glass etching method is
A mask is formed on a glass substrate, and the substrate surface is etched from the mask opening to form a hemispherical concave portion, into which a solid material having a high refractive index is embedded.

【0013】さらに、凸型形状または凹型形状の原版を
作製し、この原版の形状を紫外線硬化樹脂などで凹凸反
転転写する2P法も利用できる。この2P法によれば、
凸型の原版から作られる凹形状に高屈折率の樹脂材料等
を埋め込んで平板型マイクロレンズ基板が、凹型の原版
からは凸型マイクロレンズ基板が得られる。
Further, a 2P method in which a master having a convex shape or a concave shape is prepared and the shape of the master is reversely transferred by means of an ultraviolet curable resin or the like can be used. According to this 2P method,
A flat microlens substrate is obtained by embedding a resin material or the like having a high refractive index in a concave shape made from a convex original plate, and a convex microlens substrate is obtained from a concave original plate.

【0014】これらのマイクロレンズ基板は、液晶表示
素子の画素構造に対応して1画素に1個、もしくは複数
個の画素に1個の割合で、マイクロレンズが周期的に配
列されており、液晶表示素子に貼り合わせることで、実
効的な開口率を向上させる事ができる。
In these microlens substrates, microlenses are periodically arranged at a rate of one per pixel or one per a plurality of pixels corresponding to the pixel structure of the liquid crystal display element. By sticking to the display element, the effective aperture ratio can be improved.

【0015】平板型マイクロレンズ基板を液晶表示素子
に貼り合わせるには、両者の接着すべき面が平面同士な
ので、単に光学接着剤で接着すればよい。
In order to bond the flat microlens substrate to the liquid crystal display element, the surfaces to be bonded to each other are simply flat surfaces, so that they may be simply bonded with an optical adhesive.

【0016】一方、凸型マイクロレンズ基板のレンズ面
を液晶表示素子に貼り合わせる場合には、隙間の充填も
必要なため、平板同士の接着と比べて、単位面積当たり
の接着剤の使用量が増える。また、表面の凸レンズ同士
の隙間に気泡が残りやすいので、接着剤とは別の樹脂で
レンズ面を平坦化したり、さらに、カバーガラスを貼り
合わせる等して、平板型と同じように表面をフラットな
状態にしてから液晶表示素子と貼り合わせることもあ
る。
On the other hand, when the lens surface of the convex microlens substrate is bonded to the liquid crystal display element, a gap needs to be filled, so that the amount of the adhesive used per unit area is smaller than that of the bonding between flat plates. Increase. In addition, since air bubbles are likely to remain in the gaps between the convex lenses on the surface, the surface of the lens is flattened in the same way as a flat plate type by flattening the lens surface with a resin different from the adhesive and further attaching a cover glass. In some cases, it may be bonded to a liquid crystal display element after it has been brought into a state.

【0017】この手法を拡張すれば、平板化したマイク
ロレンズ基板自体を、液晶表示素子を構成する透明基板
に用いることもできる。本願出願人による特開平9−2
58195号公報において、複数の凸レンズまたは凹レ
ンズを形成した第1の透明基板を、レンズ形成部の周囲
にUV硬化樹脂などでシール印刷し、第2の透明基板と
貼りあわせ、シール樹脂の注入口から樹脂を注入して硬
化させることによりマイクロレンズ基板を作る方法が開
示されている。
If this technique is extended, the flattened microlens substrate itself can be used as a transparent substrate constituting a liquid crystal display element. JP-A-9-2 by the present applicant
In Japanese Patent No. 58195, a first transparent substrate on which a plurality of convex lenses or concave lenses are formed is seal-printed with a UV curable resin or the like around a lens forming portion, and is bonded to a second transparent substrate. A method of manufacturing a microlens substrate by injecting and curing a resin is disclosed.

【0018】この場合、2枚の透明基板の間隙を樹脂、
つまり固体で充填して固めてしまうので、基板の強度を
確保できる。これを液晶表示素子の一方の基板として利
用する。すなわち、マイクロレンズが内部に作り込まれ
た基板は、液晶表示素子の製造工程に投入され、表面に
透明電極および配向膜を、さらに必要に応じてブラック
マトリクスを形成して、液晶表示素子を構成するもう1
枚の透明基板と、液晶層を介して貼り合わせられる。
In this case, the gap between the two transparent substrates is made of resin,
In other words, the solid is filled and solidified, so that the strength of the substrate can be secured. This is used as one substrate of a liquid crystal display element. That is, the substrate in which the microlens is built is put into the manufacturing process of the liquid crystal display element, and the transparent electrode and the alignment film are formed on the surface, and the black matrix is formed as needed, thereby forming the liquid crystal display element. Another thing to do
It is bonded to two transparent substrates via a liquid crystal layer.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術により作製されたマイクロレンズを、特に液晶表
示装置に適用した場合、以下のような問題が生じる。
However, when the microlens manufactured by the above-mentioned conventional technique is applied to a liquid crystal display device in particular, the following problems occur.

【0020】多くの液晶パネルに採用されている画像表
示原理は、TN(ツイストネマティック)方式と呼ばれ
るもので、2枚の偏光板とその偏光板の間にある液晶層
による、偏光軸の回転制御によって行われる。
The image display principle employed in many liquid crystal panels is called a TN (twisted nematic) method, and is performed by controlling the rotation of the polarization axis by two polarizing plates and a liquid crystal layer between the polarizing plates. Will be

【0021】また、TN方式にはノーマリーホワイトモ
ードとノーマリーブラックモードがある。ノーマリーホ
ワイトモードとは、2枚の偏光板をその偏光軸が互いに
直交するように置き、液晶に電圧を印加しないときは白
表示、電圧を印加して液晶の旋光能を解消し偏光軸の回
転をなくすと黒表示になる。一方、ノーマリーブラック
モードは、2枚の偏光板の偏光軸を平行にして、電圧の
印加と白黒表示の関係が逆になるものである。
The TN method includes a normally white mode and a normally black mode. Normally white mode means that two polarizing plates are placed so that their polarization axes are orthogonal to each other. When no voltage is applied to the liquid crystal, white display is performed. When the rotation is removed, the display becomes black. On the other hand, in the normally black mode, the polarization axes of two polarizing plates are parallel to each other, and the relationship between voltage application and black-and-white display is reversed.

【0022】白画面の黒画面に対する明るさの比をコン
トラスト比または単にコントラストと呼ぶが、ノーマリ
ーホワイトモードでは、黒表示状態の印加電圧を高くす
る程、液晶の旋光能が小さくなり、偏光板自体の消光比
に近づくので、コントラストを高くできる。一方、ノー
マリーブラックモードでは、黒表示(印加電圧ゼロ)の
時にも液晶層により回転した光の偏光軸が、出射側偏光
板の偏光軸と直交にならず通過してしまう光成分が常に
あり、コントラストは、ある一定以上にはならない。
The ratio of the brightness of the white screen to the brightness of the black screen is called a contrast ratio or simply a contrast. In the normally white mode, the higher the applied voltage in the black display state, the smaller the optical rotation of the liquid crystal and the polarizing plate. Since the extinction ratio approaches its own extinction ratio, the contrast can be increased. On the other hand, in the normally black mode, there is always a light component in which the polarization axis of the light rotated by the liquid crystal layer does not become orthogonal to the polarization axis of the exit-side polarizer and passes through even during black display (zero applied voltage). The contrast does not exceed a certain level.

【0023】このように液晶表示素子の画像表示原理は
偏光が鍵であり、2枚の偏光板の間で液晶層以外での余
計な偏光軸の回転・撹乱が起きないように、複屈折が十
分小さい構成材料を使用しなければならない。マイクロ
レンズ基板は液晶表示素子に貼り合わせられ、2枚の偏
光板の間に位置するから、マイクロレンズ基板も複屈折
が十分小さくなければならない。
As described above, the principle of image display of the liquid crystal display element is that polarization is key, and birefringence is sufficiently small so that unnecessary rotation and disturbance of the polarization axis other than the liquid crystal layer does not occur between the two polarizing plates. Constituent materials must be used. Since the microlens substrate is bonded to the liquid crystal display element and is located between the two polarizing plates, the microlens substrate must also have sufficiently small birefringence.

【0024】しかし、前述の紫外線硬化樹脂による形状
転写法(2P法)では、紫外線硬化樹脂を硬化させると
きに硬化収縮が生じ、その結果、樹脂層内に非等方的応
力が発生し、複屈折性を示すことがある。そのような現
象が起こると前述のノーマリーブラックモードの説明と
同じで、黒画面表示の時にも、液晶層を通過した光が出
射側偏光板の偏光軸と直交しなくなり、十分なコントラ
ストが得られなかったり、コントラストむらの発生によ
り表示品位が低下するという問題がある。
However, in the shape transfer method (2P method) using the ultraviolet curable resin, curing shrinkage occurs when the ultraviolet curable resin is cured, and as a result, anisotropic stress is generated in the resin layer, and May exhibit refractive properties. When such a phenomenon occurs, the light passing through the liquid crystal layer is not orthogonal to the polarization axis of the output side polarizing plate even when displaying a black screen, as in the description of the normally black mode, and sufficient contrast is obtained. There is a problem that the display quality is deteriorated due to the non-uniformity of contrast or the occurrence of uneven contrast.

【0025】また、特に投影型画像表示装置において
は、強力な照明光が照射されるので液晶表示素子および
マイクロレンズ基板は加熱されて温度が上昇する。
In particular, in a projection type image display device, since strong illumination light is applied, the liquid crystal display element and the microlens substrate are heated and the temperature rises.

【0026】凸型のマイクロレンズ基板では、マイクロ
レンズは画像表示面上において接着剤で周りを囲まれ、
さらに、ガラス基板に挟まれた状態である。接着剤、マ
イクロレンズ、ガラス基板各々の熱膨張率に差があるた
め、温度上昇と共に非等方的な応力がかかる。このた
め、常温では光学的に等方的であったマイクロレンズの
材料や接着剤、樹脂、ガラス基板に屈折率異方性が生
じ、コントラスト低下などの画質低下を引き起こす。ま
た、エッチング法を用いた平板型マイクロレンズ基板に
おいても、接着剤とレンズとして埋め込まれた樹脂、ガ
ラス基板との熱膨張率の関係は、前述の凸型マイクロレ
ンズ基板と同じで、やはり同じ問題が生じる。
In the convex microlens substrate, the microlens is surrounded by an adhesive on the image display surface,
Further, it is in a state of being sandwiched between glass substrates. Since there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the adhesive, the microlens, and the glass substrate, anisotropic stress is applied as the temperature increases. For this reason, the refractive index anisotropy occurs in the material, adhesive, resin, and glass substrate of the microlens, which is optically isotropic at room temperature, and lowers the image quality such as lowering the contrast. Also, in the case of a flat microlens substrate using an etching method, the relationship between the adhesive, the resin embedded as a lens, and the coefficient of thermal expansion with the glass substrate is the same as that of the above-mentioned convex microlens substrate. Occurs.

【0027】また、イオン交換法を適用するガラス基板
は主にソーダガラスで、液晶表示素子を構成する無アル
カリガラスとの熱膨張率に差があるので、マイクロレン
ズと液晶表示素子の画素との位置ずれが発生し、画素開
口部に集光できなくなる。これにより、やはり投影画像
が暗くなったり明るさムラが生じる等の画質低下を引き
起こしてしまう問題がある。
The glass substrate to which the ion exchange method is applied is mainly soda glass, and has a difference in the coefficient of thermal expansion from that of the non-alkali glass constituting the liquid crystal display element. A position shift occurs, and light cannot be focused on the pixel opening. As a result, there is a problem that image quality is deteriorated such that a projected image becomes dark or brightness unevenness occurs.

【0028】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、温度上昇時にも複屈折の
増加を抑えたマイクロレンズ基板、高輝度でコントラス
トを維持し、高品位表示が得られる液晶表示素子および
投影型画像表示装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and has a microlens substrate that suppresses an increase in birefringence even when the temperature rises. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display element and a projection type image display device which can obtain the above.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロレンズ
基板は、表面に複数の凹形状部が形成された第1の透明
基板と、該第1の透明基板の複数の凹形状部が形成され
た表面と対向するように配置された第2の透明基板と
が、両基板の周縁部をシール樹脂により貼り合わせら
れ、該シール樹脂に設けられた注入口から、該第1の透
明基板よりも高い屈折率を有する透明液体が両基板間に
注入されており、そのことにより上記目的が達成され
る。
A microlens substrate according to the present invention comprises a first transparent substrate having a plurality of concave portions formed on a surface thereof, and a plurality of concave portions formed on the first transparent substrate. And a second transparent substrate disposed so as to be opposed to the first transparent substrate, the peripheral portions of both substrates being bonded together with a sealing resin, and from the injection port provided in the sealing resin. A transparent liquid having a high refractive index is injected between the two substrates, thereby achieving the above object.

【0030】前記シール樹脂は弾性に富む樹脂を用いる
方がより好ましい。
It is more preferable to use an elastic resin as the sealing resin.

【0031】さらに、前記シール樹脂はシリコーン樹脂
であることがより好ましい。
Further, the sealing resin is more preferably a silicone resin.

【0032】本発明のマイクロレンズ付液晶表示素子
は、前記マイクロレンズ基板における第2の透明基板と
して液晶表示素子の透明基板を利用することで上記目的
が達成される。
In the liquid crystal display device with microlenses of the present invention, the above object is achieved by using the transparent substrate of the liquid crystal display device as the second transparent substrate in the microlens substrate.

【0033】本発明の投影型画像表示装置は、前記マイ
クロレンズ付液晶表示素子と、液晶表示素子に光を供給
する光源と、液晶表示素子からの出射光を投影する投影
レンズとを少なくとも備えており、そのことにより上記
目的が達成される。
A projection type image display device according to the present invention includes at least the liquid crystal display device with microlenses, a light source for supplying light to the liquid crystal display device, and a projection lens for projecting light emitted from the liquid crystal display device. Therefore, the above object is achieved.

【0034】以下、本発明の作用について説明する。本
発明のマイクロレンズ基板にあっては、複数の凹形状部
が形成された第1の透明基板と、第2の透明基板との周
縁部をシール樹脂により貼り合わせ、両基板間に前記凹
形状部よりも高い屈折率を有する透明液体をシール樹脂
に設けられた注入口から注入している。第1の透明基板
に設けられた凹形状部が液体レンズの容器の役目を果た
し、透明液体が凸レンズの主体として光を屈折させる。
Hereinafter, the operation of the present invention will be described. In the microlens substrate of the present invention, the first transparent substrate on which a plurality of concave portions are formed and the peripheral portion of the second transparent substrate are bonded with a sealing resin, and the concave shape is provided between the two substrates. A transparent liquid having a refractive index higher than that of the sealing resin is injected from an injection port provided in the sealing resin. The concave portion provided on the first transparent substrate functions as a container for the liquid lens, and the transparent liquid refracts light as the main component of the convex lens.

【0035】また、画像表示面上には接着剤が存在せ
ず、凸レンズが液体であり分子レベルで自由に動き回れ
るので、パスカルの原理により高温時の熱膨張の応力は
あらゆる方向に均等に分散され、マイクロレンズ部に複
屈折が生じないので、マイクロレンズを通過する光の偏
光軸を回転させたりしない。したがって、液晶表示素子
に用いた場合も黒画面の輝度の浮き上がりがなく、十分
なコントラストを保つことができる。
Further, since no adhesive is present on the image display surface and the convex lens is a liquid and can freely move around at the molecular level, the stress of thermal expansion at high temperatures is evenly distributed in all directions by the principle of Pascal. Since no birefringence occurs in the microlens portion, the polarization axis of light passing through the microlens is not rotated. Therefore, even when used for a liquid crystal display element, there is no rise in luminance of a black screen, and a sufficient contrast can be maintained.

【0036】液体は一般に固体と比べて熱膨張率が大き
いが、シリコーン樹脂などの弾性に富むシール樹脂を用
いれば、液体の体積変化を吸収することができる。
Liquids generally have a higher coefficient of thermal expansion than solids. However, if a sealing resin having high elasticity such as silicone resin is used, a change in volume of the liquid can be absorbed.

【0037】本発明のマイクロレンズ付液晶表示素子に
あっては、前記マイクロレンズ基板の第2の透明基板と
して液晶表示素子の基板を利用している。
In the liquid crystal display device with microlenses of the present invention, the substrate of the liquid crystal display device is used as the second transparent substrate of the microlens substrate.

【0038】エッチング法等により凹形状部を設けた第
1の透明基板と、従来の製造プロセスで作られた液晶表
示素子の一方のガラス基板とを、シール樹脂を介して貼
り合わせ、その間隙に高屈折率の液体を注入すること
で、液体部が凸のマイクロレンズとして機能し、液晶表
示素子の各画素開口部に集光するので、明るい表示画像
を得ることができる。
A first transparent substrate provided with a concave portion by an etching method or the like and one glass substrate of a liquid crystal display element manufactured by a conventional manufacturing process are bonded together via a sealing resin, and a gap is formed therebetween. By injecting a liquid having a high refractive index, the liquid portion functions as a convex microlens and condenses light at each pixel opening of the liquid crystal display element, so that a bright display image can be obtained.

【0039】また、このマイクロレンズ基板付液晶表示
素子と光源および投影レンズを備えた投影型画像表示装
置は、表示画面が明るく、コントラスト低下のない高品
質な表示画像を実現する。
Further, the projection type image display device including the liquid crystal display device with the microlens substrate, the light source and the projection lens realizes a high quality display image with a bright display screen and no reduction in contrast.

【0040】第1の透明基板は、第2の透明基板の役割
を果たす液晶表示素子の透明基板と同材質のものを用い
れば、高温下での熱膨張時も基板の反りやマイクロレン
ズの位置ずれを起こさないので、表示画像が暗くなった
りしない。
If the first transparent substrate is made of the same material as the transparent substrate of the liquid crystal display element which plays the role of the second transparent substrate, the warpage of the substrate and the position of the microlenses during thermal expansion at a high temperature can be achieved. Since no displacement occurs, the displayed image is not darkened.

【0041】[0041]

【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説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0042】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
形態であるマイクロレンズ基板の断面図を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a microlens substrate according to an embodiment of the present invention.

【0043】このマイクロレンズ基板は、凹形状が形成
された第一の透明基板1と、第二の透明基板2がシール
樹脂3を介して貼り合わせられており、シール樹脂3で
囲まれた第一の透明基板1と第二の透明基板2の間隙
は、第一の透明基板1よりも高い屈折率の透明液体4が
充填されており、この透明液体4が凸型のマイクロレン
ズとして機能する。
In this microlens substrate, a first transparent substrate 1 in which a concave shape is formed and a second transparent substrate 2 are bonded via a sealing resin 3, and the first transparent substrate 1 is surrounded by the sealing resin 3. The gap between one transparent substrate 1 and the second transparent substrate 2 is filled with a transparent liquid 4 having a higher refractive index than that of the first transparent substrate 1, and this transparent liquid 4 functions as a convex microlens. .

【0044】このマイクロレンズ基板の製作過程を図2
から図6に従って説明する。なお、図3(a)〜図3
(d)は、図2に示したA−A線で切り取った断面図で
ある。
FIG. 2 shows the manufacturing process of this microlens substrate.
6 will be described with reference to FIG. 3A to FIG.
FIG. 3D is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 2.

【0045】まず、図2に示すように、第一の透明基板
1の表面に、耐腐食性のメタル層5を設けその上からフ
ォトレジスト(図示せず)を塗布して、周知のフォトリ
ソグラフィー技術により所望の開口部6を作製する。本
実施の形態では、円形の開口部6が格子状に等間隔に配
列されている。
First, as shown in FIG. 2, a corrosion-resistant metal layer 5 is provided on the surface of the first transparent substrate 1 and a photoresist (not shown) is applied thereon. A desired opening 6 is formed by a technique. In the present embodiment, circular openings 6 are arranged in a grid at equal intervals.

【0046】次に、この基板を、弗酸を主成分とするエ
ッチャントに浸漬し、メタル層5に設けられた開口部6
を通して第一の透明基板1の表面を所定の深さまでエッ
チングする。これにより、図3(a)に示すように、開
口部6直下に半球状の凹形状部7が形成される。
Next, the substrate is immersed in an etchant containing hydrofluoric acid as a main component to form an opening 6 formed in the metal layer 5.
To etch the surface of the first transparent substrate 1 to a predetermined depth. Thus, as shown in FIG. 3A, a hemispherical concave portion 7 is formed immediately below the opening 6.

【0047】その後、フォトレジストやメタル層5を除
去すると、図3(b)に示すように、第一の透明基板1
に凹形状部7のアレイが作製される。
After that, when the photoresist and the metal layer 5 are removed, as shown in FIG.
An array of concave portions 7 is formed.

【0048】なお、図3(c)に示すように、第一の透
明基板1周辺の凹形状部7の非形成領域に、再度メタル
層8を形成するか、前記エッチングに用いたメタル層5
の周辺部を残しておき、さらに第一の透明基板1をエッ
チングすると、図3(d)のように、凹形状部7の曲率
半径が大きくなり、かつ凹形状部7の境界がその全周で
重なりあい、マイクロレンズ基板完成後のレンズ間の隙
間を減らすことができる。
As shown in FIG. 3C, the metal layer 8 is formed again in the region where the concave portion 7 is not formed around the first transparent substrate 1 or the metal layer 5 used for the etching is formed.
When the first transparent substrate 1 is further etched, the radius of curvature of the concave portion 7 increases, and the boundary of the concave portion 7 extends over the entire circumference as shown in FIG. And the gap between the lenses after the microlens substrate is completed can be reduced.

【0049】図4は、図3(d)の様に凹形状部7の境
界を広げた第一の透明基板1の斜視図である。第一の透
明基板1に形成された凹形状部7は、最外周の凹形状を
除いて、平面図では凹形状の境界が四角形状になる。
FIG. 4 is a perspective view of the first transparent substrate 1 in which the boundary of the concave portion 7 is widened as shown in FIG. Except for the outermost concave shape, the concave portion 7 formed on the first transparent substrate 1 has a rectangular boundary in plan view in a plan view.

【0050】次に、図5に示すように、第一の透明基板
1の周縁部に、熱硬化型樹脂と一定の直径を有するスペ
ーサーとの混合物からなるシール樹脂3を、印刷または
ディスペンサーで塗布する。この際、シール樹脂3に
は、後で透明液体4を注入するための注入口9を設けて
おく。ここで、シール樹脂3の材料としては、液晶表示
素子の製造に用いるエポキシ系樹脂などの他に、透明液
体4の体積膨張を吸収するためにシリコーン樹脂などの
弾性に富む樹脂を用いるとさらに良い。なお、シール樹
脂3中にスペーサーを混合させるのは、第二の透明基板
2との貼り合わせ時に、第一の透明基板1と第二の透明
基板2の間隔を均一にして、反りやうねりを無くすため
である。
Next, as shown in FIG. 5, a sealing resin 3 composed of a mixture of a thermosetting resin and a spacer having a constant diameter is applied to the peripheral portion of the first transparent substrate 1 by printing or dispensing. I do. At this time, the sealing resin 3 is provided with an inlet 9 for injecting the transparent liquid 4 later. Here, as a material of the sealing resin 3, it is more preferable to use a resin having high elasticity such as a silicone resin in order to absorb the volume expansion of the transparent liquid 4 in addition to the epoxy resin used for manufacturing the liquid crystal display element. . The reason why the spacers are mixed in the sealing resin 3 is that when the second transparent substrate 2 is bonded to the first transparent substrate 2, the distance between the first transparent substrate 1 and the second transparent substrate 2 is made uniform to prevent warpage and undulation. To get rid of it.

【0051】次に、第一の透明基板1と第二の透明基板
2をシール樹脂3により貼り合わせ、このシール樹脂3
を硬化させた後、図6に示すように、第一の透明基板1
と第二の透明基板2との間に、シール樹脂3に設けられ
た注入口9から、第一の透明基板1よりも屈折率が高い
透明液体4を、真空注入法により注入する。
Next, the first transparent substrate 1 and the second transparent substrate 2 are bonded together with a sealing resin 3.
After curing the first transparent substrate 1 as shown in FIG.
A transparent liquid 4 having a higher refractive index than that of the first transparent substrate 1 is injected between the first transparent substrate 1 and the second transparent substrate 2 from a filling port 9 provided in the sealing resin 3 by a vacuum injection method.

【0052】この真空注入法では、まず、第一の透明基
板1と第二の透明基板2を貼り合わせた貼り合わせ基板
10および透明液体4を、真空槽11内にセットして真
空ポンプ12で排気する。真空槽11内を十分真空引き
した後で、貼り合わせ基板10の周端部に形成されてい
る注入口9を、透明液体4に浸す。その後、真空槽11
内を窒素雰囲気下において、大気圧に戻す事で、透明液
体4が貼り合わせ基板10の第一の透明基板1と第二の
透明基板2の間隙に入り込み、充填される。さらに、注
入口9を樹脂で封止して透明液体4が漏れ出さない様に
すれば、マイクロレンズ基板が完成する。ここで、真空
注入法により透明液体4を貼り合わせ基板10間に注入
するので気泡が生じず、注入口9の封止後のマイクロレ
ンズ基板の洗浄も容易である。なお、温度上昇時に熱膨
張率差による基板の反りやたわみを生じない様に、第2
の透明基板2は、第1の透明基板1と同じ材質のガラス
板を用いた。同じ材質の代わりに、同程度の熱膨張率を
有するものを選択してもよい。
In this vacuum injection method, first, a bonded substrate 10 in which a first transparent substrate 1 and a second transparent substrate 2 are bonded and a transparent liquid 4 are set in a vacuum chamber 11 and a vacuum pump 12 Exhaust. After the inside of the vacuum chamber 11 is sufficiently evacuated, the inlet 9 formed at the peripheral end of the bonded substrate 10 is immersed in the transparent liquid 4. Then, the vacuum chamber 11
By returning the inside to the atmospheric pressure under a nitrogen atmosphere, the transparent liquid 4 enters the gap between the first transparent substrate 1 and the second transparent substrate 2 of the bonded substrate 10 and is filled. Furthermore, if the injection port 9 is sealed with a resin so that the transparent liquid 4 does not leak out, the microlens substrate is completed. Here, since the transparent liquid 4 is injected between the bonded substrates 10 by the vacuum injection method, no bubbles are generated, and the microlens substrate after the sealing of the injection port 9 is easily cleaned. In order to prevent the substrate from being warped or bent due to the difference in the coefficient of thermal expansion when the temperature rises, the second
As the transparent substrate 2, a glass plate made of the same material as the first transparent substrate 1 was used. Instead of the same material, a material having a similar coefficient of thermal expansion may be selected.

【0053】本実施の形態のマイクロレンズ基板は、温
度上昇によっても複屈折が現れず、特に偏光を扱う光学
用途、液晶表示素子への利用等において良好な光学特性
を保つことができる。
The microlens substrate of the present embodiment does not exhibit birefringence even when the temperature rises, and can maintain good optical characteristics particularly in optical applications for handling polarized light and in liquid crystal display devices.

【0054】(実施の形態2)図7は、本発明のマイク
ロレンズ付液晶表示素子13の断面図を示す。
(Embodiment 2) FIG. 7 is a sectional view of a liquid crystal display device with microlenses 13 of the present invention.

【0055】このマイクロレンズ付液晶表示素子13
は、無アルカリガラスからなる透明基板14上にバス配
線16、スイッチング素子17および画素電極18等が
形成され、対向する透明基板15には、ブラックマトリ
クス19および透明電極20が形成されている。透明基
板14と透明基板15は、シール材21によって貼り合
わせられており、また、シール材21によって液晶層2
2が封止されている。なお、図示はしていないが透明基
板14および透明基板15の対向する基板表面には配向
膜が形成されており、液晶層22を配向させている。
This liquid crystal display element with microlenses 13
The bus wiring 16, the switching element 17, the pixel electrode 18 and the like are formed on a transparent substrate 14 made of non-alkali glass, and the black matrix 19 and the transparent electrode 20 are formed on the opposing transparent substrate 15. The transparent substrate 14 and the transparent substrate 15 are adhered to each other by a sealing material 21.
2 are sealed. Although not shown, an alignment film is formed on a surface of the substrate opposite to the transparent substrate 14 and the transparent substrate 15, and the liquid crystal layer 22 is aligned.

【0056】ここまでの透明基板14から透明基板15
に渡る要素は、周知のアクティブマトリクス型の液晶表
示素子と同じである。しかしながら、本発明のマイクロ
レンズ付液晶表示素子13においては、さらに凹形状部
を設けた透明基板23が、透明基板15にシール樹脂3
を介して貼り合わせられ、その間隙に透明液体4が充填
されている。すなわち、透明基板15は、実施の形態1
におけるマイクロレンズ基板を構成する第2の透明基板
(透明基板2)と、液晶表示素子を構成する透明基板と
の両方の役割を果たしている。
The transparent substrate 14 to the transparent substrate 15
Are the same as those of a known active matrix type liquid crystal display element. However, in the liquid crystal display element with a microlens 13 of the present invention, the transparent substrate 23 further provided with the concave portion is provided with the sealing resin 3 on the transparent substrate 15.
, And the gap is filled with the transparent liquid 4. That is, the transparent substrate 15 is used in the first embodiment.
Plays a role of both a second transparent substrate (transparent substrate 2) constituting a microlens substrate and a transparent substrate constituting a liquid crystal display element.

【0057】したがって、以上により、全体としてマイ
クロレンズ付液晶表示素子13が構成される。
Thus, the liquid crystal display device with microlenses 13 is constituted as a whole as described above.

【0058】マイクロレンズ付液晶表示素子13の製造
方法を以下に説明する。まず、透明基板14から透明基
板15までに渡る要素を周知の液晶表示素子の製造方法
で作製する。なお、本発明においては、透明基板23と
の貼り合せ前までに、液晶表示素子のプロセスを液晶層
22の封入まで進めればよく、液晶表示素子の製造ライ
ンに何ら変更を加える必要はない。
A method for manufacturing the liquid crystal display element with microlenses 13 will be described below. First, elements extending from the transparent substrate 14 to the transparent substrate 15 are manufactured by a known liquid crystal display element manufacturing method. Note that, in the present invention, the process of the liquid crystal display element may be advanced to the sealing of the liquid crystal layer 22 before bonding to the transparent substrate 23, and there is no need to make any changes to the production line of the liquid crystal display element.

【0059】一方、これとは別に実施の形態1で説明し
た要領で、液晶表示素子の画素構造に合わせたマイクロ
レンズが作られる様に、凹形状部を透明基板23に加工
して形成する。ここで、透明基板23は、貼り合わせる
相手となる透明基板15と同じ無アルカリガラスを使用
した。また、凹形状部の曲率半径は、完成時のマイクロ
レンズの集光スポットが、液晶表示素子の液晶層22に
合わせられるように適時選択される。
On the other hand, in the same manner as described in the first embodiment, a concave portion is formed on the transparent substrate 23 so as to form a microlens corresponding to the pixel structure of the liquid crystal display element. Here, as the transparent substrate 23, the same non-alkali glass as the transparent substrate 15 to be bonded was used. The radius of curvature of the concave portion is appropriately selected so that the condensed spot of the microlens at the time of completion is adjusted to the liquid crystal layer 22 of the liquid crystal display element.

【0060】次に、シール樹脂3を使って加工済みの透
明基板23と液晶表示素子の透明基板15とを貼り合わ
せ、真空注入法を利用して、間隙に高屈折率の透明液体
4を充填し、注入口を封止することも、実施の形態1と
同様である。以上により、マイクロレンズ付液晶表素子
を作製することができる。
Next, the processed transparent substrate 23 and the transparent substrate 15 of the liquid crystal display element are bonded together using the sealing resin 3, and the gap is filled with the high-refractive-index transparent liquid 4 using a vacuum injection method. Then, sealing the injection port is the same as in the first embodiment. Thus, a liquid crystal display element with a microlens can be manufactured.

【0061】図8は、前記マイクロレンズ付液晶表示素
子13を3枚用いた3板式の投影型カラー画像表示装置
の光学系の構成図である。
FIG. 8 is a structural view of an optical system of a three-panel projection type color image display device using three liquid crystal display elements with microlenses 13.

【0062】この投影型カラー画像表示装置は、メタル
ハライドランプ等の白色光源24、略平行光を得るため
の放物面鏡25からなる光源部26と、UV−IRカッ
トフィルター27、光源部26からの光を赤、緑、青の
三原色に分解するためのダイクロイックミラー群28、
反射鏡29、マイクロレンズ付液晶表示素子13と、マ
イクロレンズ付液晶表示素子13からの出射光を投影レ
ンズ32へ集光するためのフィールドレンズ30、各マ
イクロレンズ付液晶表示素子13を透過した原色光を合
成するためのダイクロイックミラー群31、映像をスク
リーン33上に拡大投影するための投影レンズ32から
構成されている。
This projection type color image display apparatus includes a white light source 24 such as a metal halide lamp, a light source unit 26 including a parabolic mirror 25 for obtaining substantially parallel light, a UV-IR cut filter 27, and a light source unit 26. Dichroic mirrors 28 for decomposing the light into three primary colors of red, green and blue,
Reflector 29, liquid crystal display element 13 with micro lens, field lens 30 for condensing light emitted from liquid crystal display element 13 with micro lens to projection lens 32, primary colors transmitted through liquid crystal display element 13 with micro lens It comprises a dichroic mirror group 31 for synthesizing light and a projection lens 32 for enlarging and projecting an image on a screen 33.

【0063】この投影型カラー画像表示装置は、マイク
ロレンズがブラックマトリクスで遮られていた光を、画
素開口部に集光することにより明るい表示画面を得る事
ができるのは従来と同じであるが、温度上昇時にもコン
トラスト低下を起こすことがなく、高品質な画像を表示
することができた。
In this projection type color image display device, it is possible to obtain a bright display screen by condensing the light whose microlens is blocked by the black matrix into the pixel openings, as in the prior art. Thus, a high-quality image could be displayed without causing a decrease in contrast even when the temperature increased.

【0064】(実施の形態3)図9および図10は、本
発明の別の実施の形態であるマイクロレンズ基板の製作
過程を説明する図である。実施の形態1との主な違い
は、マイクロレンズが球面形から半円筒状のレンチキュ
ラーレンズになったことである。
(Embodiment 3) FIGS. 9 and 10 are views for explaining a process of manufacturing a microlens substrate according to another embodiment of the present invention. The main difference from the first embodiment is that the micro lens is changed from a spherical shape to a semi-cylindrical lenticular lens.

【0065】まず、実施の形態1の場合と同様に、第一
の透明基板1の表面に耐腐食性のメタル層5を設けて、
さらにこの上に、フォトレジスト(図示せず)を塗布し
てフォトリソグラフィー技術によりメタル層5をパター
ニングする。本実施の形態では、レンチキュラーレンズ
の形状に合わせて、図9に示すように、細長いスリット
状の開口部34が設けられる。
First, as in the first embodiment, a corrosion-resistant metal layer 5 is provided on the surface of the first transparent substrate 1.
Further, a photoresist (not shown) is applied thereon, and the metal layer 5 is patterned by photolithography. In the present embodiment, an elongated slit-shaped opening 34 is provided as shown in FIG. 9 according to the shape of the lenticular lens.

【0066】次に、第一の透明基板1のガラスエッチン
グを行ない、メタル層5を通じて等方的に侵食させてい
くと、スリット状の開口部34の長辺方向は直線状に、
短辺方向は円弧状にエッチングが進行する。図9中のB
−B線で切り取った断面図は実施の形態1の図3で示し
たものとほぼ同様である。
Next, when the first transparent substrate 1 is glass-etched and isotropically eroded through the metal layer 5, the long side direction of the slit-shaped opening 34 becomes linear.
The etching proceeds in an arc shape in the short side direction. B in FIG.
A cross-sectional view taken along line -B is almost the same as that shown in FIG. 3 of the first embodiment.

【0067】さらに、フォトレジストおよびメタル層5
を除去すると、図10に示すように、第一の透明基板1
には、半円筒状の凹形状部35が形成される。
Further, the photoresist and metal layer 5
Is removed, as shown in FIG. 10, the first transparent substrate 1
Is formed with a concave portion 35 having a semi-cylindrical shape.

【0068】その後、半円筒状の凹形状部35が形成さ
れた第一の透明基板1と、第二の透明基板2もしくは液
晶表示素子を構成する透明基板と、シール樹脂3を介し
て貼り合わせ、このシール樹脂3を硬化させた後、シー
ル樹脂3に設けられた注入口9から、両基板の間隙に高
屈折率の透明液体4を充填して、マイクロレンズ基板も
しくはマイクロレンズ付液晶表示素子が完成する。
Thereafter, the first transparent substrate 1 on which the semi-cylindrical concave portion 35 is formed, and the second transparent substrate 2 or a transparent substrate constituting a liquid crystal display element are bonded via a sealing resin 3. After the sealing resin 3 is cured, a gap between the two substrates is filled with a high-refractive-index transparent liquid 4 through an inlet 9 provided in the sealing resin 3 to form a microlens substrate or a liquid crystal display device with microlenses. Is completed.

【0069】図11は、本実施の形態のマイクロレンズ
付液晶表示素子を用いた投影型カラー画像表示装置の光
学系の構成図である。この投影型カラー画像表示装置
は、液晶表示素子を1枚だけ使用しフルカラー画像を表
示するもので、実施の形態2で説明した3枚の液晶表示
素子を使う「三板式」の投影型カラー画像表示装置に対
して「単板式」と呼ばれる。
FIG. 11 is a configuration diagram of an optical system of a projection type color image display device using the liquid crystal display device with microlenses according to the present embodiment. This projection type color image display device uses only one liquid crystal display element to display a full color image, and is a “three-panel type” projection type color image using three liquid crystal display elements described in the second embodiment. It is called “single-plate type” for the display device.

【0070】この投影型カラー画像表示装置は、メタル
ハライドランプ等の白色光源24、球面鏡36、白色光
源24と球面鏡36からの光を略平行光にするコンデン
サーレンズ37からなる光源部26と、UV−IRカッ
トフィルター27、光源部26からの光を赤(R)、緑
(G)、青(B)の三原色に分解し、それぞれ異なる角
度でマイクロレンズ付液晶表示素子39に入射させる為
のダイクロイックミラー群38、マイクロレンズ付液晶
表示素子39からの出射光を投影レンズ32へ集光する
ためのフィールドレンズ30、映像をスクリーン33上
に拡大投影するための投影レンズ32から構成されてい
る。
This projection type color image display apparatus comprises a light source section 26 comprising a white light source 24 such as a metal halide lamp, a spherical mirror 36, a condenser lens 37 for converting light from the white light source 24 and the spherical mirror 36 into substantially parallel light, and a UV-light source. A dichroic mirror for separating the light from the IR cut filter 27 and the light source unit 26 into three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) and entering the microlens-equipped liquid crystal display element 39 at different angles. It comprises a group 38, a field lens 30 for condensing light emitted from a liquid crystal display element with microlenses 39 onto a projection lens 32, and a projection lens 32 for enlarging and projecting an image on a screen 33.

【0071】マイクロレンズ付液晶表示素子39の画素
配列は、同色の画素が画面縦方向に整列している、いわ
ゆるストライプ配列であり、これに使用するマイクロレ
ンズアレイとしては、赤・緑・青の3色の画素列に1つ
の割合でレンチキュラーレンズが配列している。
The pixel array of the liquid crystal display element with microlenses 39 is a so-called stripe array in which pixels of the same color are arranged in the vertical direction of the screen. The microlens array used for this is a red, green, and blue microlens array. Lenticular lenses are arranged at a ratio of one for each of the three color pixel columns.

【0072】図12は、マイクロレンズ付液晶表示素子
39における光の進路を説明する断面図である。前記ダ
イクロイックミラー群38により分割され、それぞれ異
なった角度でマイクロレンズ付液晶表示素子39に入射
した赤(R)、緑(G)、青(B)の各色の光束は、各
マイクロレンズによって画素開口部40に集光されるの
と同時に、赤(R)、緑(G)、青(B)の色別にそれ
ぞれ対応する色を変調する画素に振り分けられる。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the path of light in the liquid crystal display device with microlenses 39. The red (R), green (G), and blue (B) luminous fluxes split by the dichroic mirror group 38 and incident on the microlens-equipped liquid crystal display element 39 at different angles are respectively subjected to pixel aperture by the microlenses. At the same time as the light is condensed on the unit 40, the light is distributed to pixels that modulate the corresponding colors for red (R), green (G), and blue (B).

【0073】ここで、レンチキュラーレンズは、実施の
形態1および実施の形態2で説明したマイクロレンズと
異なり、1方向にしか集光しないので、図12の紙面垂
直方向においては、ブラックマトリクス19に遮られて
しまう光もある。しかしながら、単板式でありながら吸
収タイプのカラーフィルタを使わないので、光の利用効
率が高く、明るい投影画像が得られる。
Here, unlike the microlenses described in the first and second embodiments, the lenticular lens focuses light only in one direction, so that it is blocked by the black matrix 19 in the direction perpendicular to the plane of FIG. Some light is lost. However, since the absorption type color filter is not used in spite of being a single-plate type, light utilization efficiency is high and a bright projected image can be obtained.

【0074】本実施の形態においても、従来の明るい投
影画像が実現される効果の他に、液晶表示素子の温度が
上昇しても、コントラスト低下のない高品位な投影画像
が得られた。
Also in the present embodiment, in addition to the effect of realizing a conventional bright projected image, a high-quality projected image without a decrease in contrast is obtained even when the temperature of the liquid crystal display element is increased.

【0075】なお、本実施の形態は、本発明が球面状の
他にレンチキュラーレンズ状のマイクロレンズも作製可
能であり、これも液晶表示素子と組み合わせて利用可能
であることを示すものであって、単板式投影型カラー画
像表示装置に適用できるマイクロレンズアレイがレンチ
キュラーレンズに限られるわけではない。
This embodiment shows that the present invention can produce a lenticular lens-shaped microlens in addition to a spherical shape, and this can be used in combination with a liquid crystal display element. The microlens array applicable to the single-panel projection type color image display device is not limited to the lenticular lens.

【0076】また、実施の形態1のように、光を1点に
集光させる形態のマイクロレンズを、赤・緑・青の3画
素にひとつの割合で配列することにより、単板式の投影
型カラー画像表示装置を構成することも可能である。
Also, as in the first embodiment, a single-lens projection type is achieved by arranging microlenses of a type for condensing light at one point in three ratios of red, green and blue pixels. It is also possible to configure a color image display device.

【0077】また、画素ひとつに1個の割合でマイクロ
レンズを設け、カラーフィルターを使ってカラー表示を
行ったり、微小時間単位毎に照明光の色を赤・緑・青と
変化させ、照明光に対応した色の画像を液晶表示素子に
順次切替表示することで、単板式で投影型カラー画像表
示装置を構成することも可能である。
Further, one microlens is provided for each pixel, and color display is performed using a color filter, or the color of the illumination light is changed to red, green, and blue for each minute time unit, and the illumination light is changed. By sequentially switching and displaying an image of a color corresponding to the color on the liquid crystal display element, it is also possible to constitute a projection type color image display device of a single-plate type.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のマイクロレンズ基板によれば、透明な液体が凸レンズ
として役割を果たし、温度上昇時も各部材料の膨張によ
る圧力は均等に分散され、屈折率異方性を発生させな
い。したがって、偏光を利用する液晶表示素子へ適用す
れば、温度上昇時もコントラストを低下させずに、実効
開口率を向上させることができる。
As is clear from the above description, according to the microlens substrate of the present invention, the transparent liquid functions as a convex lens, and even when the temperature rises, the pressure due to the expansion of the materials of each part is evenly dispersed, Does not generate refractive index anisotropy. Therefore, when the present invention is applied to a liquid crystal display element using polarized light, the effective aperture ratio can be improved without lowering the contrast even when the temperature rises.

【0079】また、本発明の画像投影型表示装置によれ
ば、実効開口率が高く、表示画面が明るく、表示画像が
高品質な投影型画像表示装置を供給することができる。
Further, according to the image projection display device of the present invention, it is possible to provide a projection image display device having a high effective aperture ratio, a bright display screen, and a high quality display image.

【0080】さらに、液晶表示素子の透明基板は、透明
液体を保持する第2の透明基板に利用して、マイクロレ
ンズと液晶表示素子を一体化することができる。
Further, the microlens and the liquid crystal display element can be integrated by using the transparent substrate of the liquid crystal display element as a second transparent substrate holding a transparent liquid.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1のマイクロレンズ基板の構成を示
す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a microlens substrate according to a first embodiment.

【図2】実施の形態1のマイクロレンズ基板の製造工程
を説明する斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view illustrating a manufacturing process of the microlens substrate according to the first embodiment.

【図3】実施の形態1のマイクロレンズ基板の製造工程
を説明する断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the microlens substrate according to the first embodiment.

【図4】実施の形態1のマイクロレンズ基板の製造工程
を説明する斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view illustrating a manufacturing process of the microlens substrate according to the first embodiment.

【図5】実施の形態1のマイクロレンズ基板の製造工程
を説明する平面図である。
FIG. 5 is a plan view illustrating a manufacturing process of the microlens substrate according to the first embodiment.

【図6】実施の形態1のマイクロレンズ基板の液体注入
工程を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a liquid injection step of the microlens substrate according to the first embodiment.

【図7】実施の形態2のマイクロレンズ付液晶表示素子
の構成を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display device with a micro lens according to the second embodiment.

【図8】実施の形態2のマイクロレンズ付液晶表示素子
を用いた投影型カラー画像表示装置の光学系の構成図で
ある。
FIG. 8 is a configuration diagram of an optical system of a projection type color image display device using a liquid crystal display device with a micro lens according to the second embodiment.

【図9】実施の形態3のマイクロレンズ基板の製造工程
を説明する斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view illustrating a manufacturing process of the microlens substrate according to the third embodiment.

【図10】実施の形態3のマイクロレンズ基板の製造工
程を説明する斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view illustrating a manufacturing process of the microlens substrate according to the third embodiment.

【図11】実施の形態3のマイクロレンズ付液晶表示素
子を用いた投影型カラー画像表示装置の光学系の構成図
である。
FIG. 11 is a configuration diagram of an optical system of a projection type color image display device using a liquid crystal display device with a microlens according to the third embodiment.

【図12】実施の形態3の投影型カラー画像表示装置に
用いられるマイクロレンズ付液晶表示素子における光の
進路を説明する断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a light path in a liquid crystal display device with a micro lens used in the projection color image display device according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第一の透明基板 2 第二の透明基板 3 シール樹脂 4 透明液体 5 メタル層 6 開口部 7 凹形状部 8 メタル層 9 注入口 10 貼り合わせ基板 11 真空槽 12 真空ポンプ 13 マイクロレンズ付液晶表示素子 14 透明基板 15 透明基板 16 バス配線 17 スイッチング素子 18 画素電極 19 ブラックマトリクス 20 透明電極 21 シール材 22 液晶層 23 透明基板 24 白色光源 25 放物面鏡 26 光源部 27 UV−IRカットフィルタ 28 ダイクロイックミラー群 29 反射鏡 30 フィールドレンズ 31 ダイクロイックミラー群 32 投影レンズ 33 スクリーン 34 スリット状の開口部 35 凹形状部 36 球面鏡 37 コンデンサーレンズ 38 ダイクロイックミラー群 39 マイクロレンズ付液晶表示素子 40 画素開口部 REFERENCE SIGNS LIST 1 first transparent substrate 2 second transparent substrate 3 sealing resin 4 transparent liquid 5 metal layer 6 opening 7 concave portion 8 metal layer 9 inlet 10 bonded substrate 11 vacuum tank 12 vacuum pump 13 liquid crystal display with micro lens Element 14 Transparent substrate 15 Transparent substrate 16 Bus wiring 17 Switching element 18 Pixel electrode 19 Black matrix 20 Transparent electrode 21 Sealing material 22 Liquid crystal layer 23 Transparent substrate 24 White light source 25 Parabolic mirror 26 Light source unit 27 UV-IR cut filter 28 Dichroic Mirror group 29 Reflecting mirror 30 Field lens 31 Dichroic mirror group 32 Projection lens 33 Screen 34 Slit-shaped opening 35 Concave part 36 Spherical mirror 37 Condenser lens 38 Dichroic mirror group 39 Liquid crystal display device with micro lens 40 pixel Aperture

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H091 FA14Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z FB02 FB06 FC01 FC17 FC18 FC26 FD15 GA01 HA07 LA04 LA13 LA16 LA17 MA07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H091 FA14Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z FB02 FB06 FC01 FC17 FC18 FC26 FD15 GA01 HA07 LA04 LA13 LA16 LA17 MA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面に複数の凹形状部が形成された第1
の透明基板と、該第1の透明基板の複数の凹形状部が形
成された表面と対向するように配置された第2の透明基
板とが、両基板の周縁部をシール樹脂により貼り合わせ
られ、該シール樹脂に設けられた注入口から前記両基板
間に注入された前記第1の透明基板よりも高い屈折率を
有する透明液体を備えたことを特徴とするマイクロレン
ズ基板。
A first surface having a plurality of concave portions formed on a surface thereof;
And a second transparent substrate disposed so as to face the surface of the first transparent substrate on which the plurality of concave portions are formed, by bonding the peripheral portions of both substrates together with a sealing resin. A microlens substrate comprising a transparent liquid having a higher refractive index than the first transparent substrate injected between the two substrates from an injection port provided in the sealing resin.
【請求項2】 前記シール樹脂は弾性樹脂であることを
特徴とする請求項1記載のマイクロレンズ基板。
2. The microlens substrate according to claim 1, wherein the sealing resin is an elastic resin.
【請求項3】 前記弾性樹脂はシリコーン樹脂であるこ
とを特徴とする請求項2記載のマイクロレンズ基板。
3. The microlens substrate according to claim 2, wherein the elastic resin is a silicone resin.
【請求項4】 請求項1乃至3に記載のマイクロレンズ
基板における第2の透明基板として、液晶表示素子を構
成する透明基板を利用することを特徴とするマイクロレ
ンズ付液晶表示素子。
4. A liquid crystal display device with microlenses, wherein a transparent substrate constituting a liquid crystal display device is used as the second transparent substrate in the microlens substrate according to claim 1.
【請求項5】 請求項4に記載のマイクロレンズ付液晶
表示素子と、液晶表示素子に光を供給する光源と、液晶
表示素子からの出射光を投影する投影レンズとを少なく
とも備えたことを特徴とする投影型画像表示装置。
5. A liquid crystal display device with a micro lens according to claim 4, a light source for supplying light to the liquid crystal display device, and a projection lens for projecting light emitted from the liquid crystal display device. Projection type image display device.
JP10364149A 1998-12-22 1998-12-22 Microlens substrate, liquid crystal display element having the microlens and projection type image display device Pending JP2000187212A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004505307A (en) * 2000-07-31 2004-02-19 ロチェスター フォトニクス コーポレイション Micro lens array with high light collection efficiency

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