JP2000193928A - 光変調素子および画像投射表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ギャップ厚の制御をし易くすると共に、高品
質な画像表示を行うことを可能にする。 【解決手段】 液晶パネル２１０ａに入射した入射光１
は、対向基板２０のガラス基板２４を透過し、マイクロ
レンズ２２によって集光作用を受けて液晶層３０、画素
電極部１３を通過し、画素基板１０のガラス基板１１の
内部で焦点を結ぶ。入射光１は、液晶層３０を通過する
間に、画素電極部１３に印加された画像信号電圧に応じ
て空間的な変調を受ける。ここで、１つの画素電極部１
３に対しては、マイクロレンズ２２として、例えば、正
方格子状に４つのレンズが分割配置されている。液晶パ
ネル２１０ａに入射した入射光１は、この４つのレンズ
のそれぞれによって、１つの画素電極部１３に入射する
ように集光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
画素ごとに光を変調して画像表示を可能とする光変調素
子およびこの変調光変調素子を用いた画像投射表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子等の光変調素子を用いた画像表
示装置には、直視型表示装置のほかに、画像をスクリー
ンに投影して表示を行う液晶プロジェクタ等の画像投射
表示装置がある。この画像投射表示装置は、カラー表示
に用いられる３つの色光を光変調素子の各色に対応する
画素に導き、ここで画像信号に応じた光変調を行ったの
ちスクリーン上に投影させてカラー画像の表示を行うも
のである。このような光変調素子として液晶表示素子
（以下、液晶パネルという。）を用いた画像投射表示装
置は、赤（Red ＝Ｒ），緑（Green ＝Ｇ），青（Blue＝
Ｂ）の３色の色分離手段を備えた液晶パネルを１枚用い
て構成した単板方式と、色分離手段を備えていない液晶
パネルをＲ，Ｇ，Ｂの各色光路ごとにそれぞれ配置し全
体で３枚の液晶パネルを用いて構成した３板方式とに大
別される。また、このような画像投射表示装置の使用形
態としては、スクリーンの裏面から画像を投射するリア
式と、スクリーンの前面から画像を投射するフロント式
とがある。

【０００３】一般的に、液晶パネルは、規則的に２次元
配置された画素電極が形成された画素基板と、この画素
基板と対向するようにして配置された対向基板と、画素
基板と対向基板との間を満たすように配置された液晶層
とを含んで構成されるものである。

【０００４】近年では、このような液晶パネルを用いた
画像投射表示装置の高輝度、高画質化が進んでいる。例
えば、フロント式の画像投射表示装置においては、その
表示規格がＶＧＡ（Video Graphics Array）からＳＶＧ
Ａ（Super VGA）、更にはＸＧＡ（Extended Graphics A
rray）からＳＸＧＡ（Super XGA）等と高解像度化して
いる。また、リア式の画像投射表示装置としてリア式プ
ロジェクションＴＶ（テレビジョン）においては、ＮＴ
ＳＣまたはＰＡＬ方式等からデータ表示可能化(Multi-S
can)、更には、ＨＤＴＶ（高品位テレビジョン）からＨ
Ｄ対応デジタルＴＶ対応化と高画素数化、高解像度化が
必至となっている。また更に、近年では、このような高
画素数化および高解像度化の要求の他に液晶パネルの小
型化の要求も伴っていることが多い。

【０００５】上述のような画素密度の向上や高輝度化の
要求に応えるために、近年では、対向基板にマイクロレ
ンズアレイを設置した液晶パネルが盛んに開発されてい
る。マイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズか
らなるものである。個々のマイクロレンズは、１つまた
は複数の画素に対応して設けられ、液晶パネルに入射し
た光を対応する画素に集光させるようなっている。この
マイクロレンズは、集光性能の極大化を達成するために
数１０μｍの大きさの画素部に集光させる必要があり、
対向基板内に内蔵されているものが多い。

【０００６】図１４は、マイクロレンズを用いた従来の
液晶パネルの一構成例を示す断面図である。なお、以下
の説明で、前面側とは光の入射面側をいい、後面側とは
光の出射面側をいうものとする。この図に示した液晶パ
ネルは、画素基板１１０と、この画素基板１１０の前面
側（入射光１００の入射面側）に所定距離を隔てて対向
配設された対向基板１２０と、画素基板１１０と対向基
板１２０とによって挟まれた液晶層１３０とを備えてい
る。液晶層１３０には、シール部１４０によって画素基
板１１０と対向基板１２０との間に液晶が封止されてい
る。

【０００７】画素基板１１０は、ガラス基板１１１と、
このガラス基板１１１の前面側に液晶層１３０と接する
ようにして規則的に（周期的に）配置された多数の画素
電極部１１３と、これらの各画素電極部１１３に対して
画像信号電圧をそれぞれ印加するためのスイッチング素
子や配線等が形成されたブラックマトリクス部１１２と
を備えている。ここで、スイッチング素子としては、例
えば、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；以
下、ＴＦＴという）が使用される。このブラックマトリ
クス部１１２は、図示しない金属膜等で遮光され、光照
射によってＴＦＴが誤動作しないようになっている。各
画素電極部１１３は、例えば、単板方式用の液晶パネル
の場合には、それぞれがＢ，Ｒ，Ｇのいずれかの色光用
に割り当てられている。

【０００８】対向基板１２０は、画素電極部１１３に対
向配設された対向電極１２５と、一方の面側が対向電極
１２５に接着されたカバーガラス１２１と、このカバー
ガラス１２１の他方の面側に形成された複数のマイクロ
レンズ１２２と、このマイクロレンズ１２２の凸面側に
透明な樹脂層１２３を介して配置されたガラス基板１２
４とを備えている。マイクロレンズ１２２は、例えば、
対向基板１２０の一部をウェットエッチングまたはドラ
イエッチング等によりレンズ形成されたものである。樹
脂層１２３は、マイクロレンズ１２２をエッチング等に
よりレンズ形成した後、屈折率の異なる樹脂（例えば、
レジスト、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂またはフッ
素系樹脂等）を充填することにより形成された層であ
る。これら複数のマイクロレンズ１２２および樹脂層１
２３によりマイクロレンズアレイが形成される。

【０００９】図１５は、マイクロレンズを用いた従来の
液晶パネルの他の構成例を示す断面図である。なお、こ
の図で、図１４に示した液晶パネルと同一構成要素には
同一符号を付し、説明を省略するものとする。この図に
示した液晶パネルは、画素基板２１０と、この画素基板
２１０の前面側（入射光１００の入射面側）に所定距離
を隔てて対向配設された対向基板２２０と、画素基板２
１０と対向基板２２０とによって挟まれた液晶層１３０
とを備えている。

【００１０】画素基板２１０には、各画素電極部１１３
に対して画像信号電圧をそれぞれ印加するためのスイッ
チング素子や配線等からなるトランジスタ部２１２を備
えている。対向基板２２０は、カバーガラス２２１を備
えている。カバーガラス２２１には、液晶層１３０側に
ブラックマトリクス部２１３が内蔵されている。ブラッ
クマトリクス部２１３は、光を遮断するための金属膜等
からなものであり、トランジスタ部２１２に対応するよ
うにして設けられている。また、対向基板２２０におい
て、ガラス基板１２４とカバーガラス２２１との間に
は、マイクロレンズ２２２が複数配置されている。この
マイクロレンズ２２２は、樹脂層１２３とは異なる屈折
率の少なくとも一つの樹脂を用いて形成されたものであ
る。これら複数のマイクロレンズ２２２および樹脂層１
２３によりマイクロレンズアレイが形成される。

【００１１】これらの図に示した液晶パネルは、マイク
ロレンズアレイが内蔵された対向基板と画素基板とを、
有効画素を除いた部分で接着樹脂（紫外線硬化型樹脂、
熱硬化型樹脂またはエポキシ樹脂等）によってギャップ
調整（液晶層の厚さの調整）をしながらシールし、その
中に液晶を封止することによって製造される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、液晶
パネルにおいて、液晶を封止するためのシール部には、
たとえ紫外線硬化型樹脂であっても、硬化を完全にする
ために熱が加えられる。また、液晶パネルのその他の製
造工程でも、１００〜２００℃くらいまで加熱されるこ
とが多い。このように製造に伴って液晶パネルが加熱さ
れると、液晶層のギャップ厚が面内で不均一になり易い
という問題点がある。

【００１３】ここで、例えば、３板方式の画像投射表示
装置の場合には、３枚の液晶パネルのうち１枚でもギャ
ップむら（液晶層の厚さの不均一性）があると、各色光
の合成後の表示画像に輝度むらが生じてこれが色むらと
して表れてしまうという問題点がある。また、単板方式
の画像投射表示装置の場合には、表示画像に輝度むらが
生じてしまうという問題点がある。このように、液晶パ
ネルにおけるギャップむらは、液晶透過率のむらとなっ
てあらわれ、液晶プロジェクター等に応用した場合に
は、輝度むらや色むらになって、画質劣化に結びつく。
このため、液晶パネルではギャップ厚の均一性が保たれ
ていることが望ましい。

【００１４】なお、上述したギャップ厚の不均一性の発
生は、対向基板の内部に樹脂等の異物質を内蔵したこと
による熱膨張率や弾性率の変化によって生ずると考えら
れる。従って、通常の液晶パネルの組立て時に生ずる昇
温や降温時の熱ストレスがギャップ厚の不均一性の発生
の起因となっていると思われる。よって、このギャップ
厚の不均一性の問題に対する対策としては、マイクロレ
ンズアレイにおける樹脂層をできるだけ薄くして、熱ス
トレスの影響を低減させることが望ましい。

【００１５】ところで、特開昭６２−９４８２６号（特
許番号第２７５４５２９号）公報には、一対の基板間に
液晶を挟持すると共に、マトリクス状の画素を有した液
晶装置において、一対の基板のうちの光入射側の基板の
液晶側の面に、マトリクス状の画素の各画素部分に対し
てそれぞれ光入射側の基板を透過して入射する入射光を
集光するマイクロレンズをマトリクス状に設けたことを
特徴とする液晶装置についての発明が記載されている。
この液晶装置では、液晶層内にマイクロレンズの凸面が
形成されている。しかしながら、通常、マイクロレンズ
の凸面の実効深さは１０数μｍにもなるので、凸面を液
晶層内に形成すると、ギャップ厚を制御することが難し
くなり、実際に実用的な液晶パネルを製造することは難
しいという問題点がある。従って、この発明による液晶
パネルは、現実的な装置とは言い難い。

【００１６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ギャップ厚の制御をし易くすると共
に、高品質な画像表示を行うことを可能とする光変調素
子および画像投射表示装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による光変調素子
は、少なくとも一つの色光の各々に対応付けられて２次
元的に配列された複数の画素電極と、１つの画素電極ま
たは複数の色光に対応付けられた一群の画素電極毎に対
向配置されると共に、各々が曲率の異なる複数のレンズ
面または分割された複数のレンズ面を有する複数のマイ
クロレンズと、画素電極に印加される画像信号に応じ
て、入射した色光を変調する光変調手段とを備えてい
る。

【００１８】また、本発明による画像投射表示装置は、
複数の色光を生成する色光生成手段と、色光生成手段か
らの各色光に対して画像信号に応じた光変調処理を行う
少なくとも一つの光変調素子と、光変調素子で変調され
た各色光をスクリーン上に投射する投射手段とを備えた
画像投射表示装置であって、光変調素子は、少なくとも
一つの色光の各々に対応付けられて２次元的に配列され
た複数の画素電極と、１つの画素電極または複数の色光
に対応付けられた一群の画素電極毎に対向配置されると
共に、各々が曲率の異なる複数のレンズ面または分割さ
れた複数のレンズ面を有する複数のマイクロレンズと、
画素電極に印加される画像信号に応じて、入射した色光
を変調する光変調手段とを有している。

【００１９】本発明による光変調素子および画像投射表
示装置では、入射した少なくとも一つの色光が、１つの
画素電極または複数の色光に対応付けられた一群の画素
電極毎に対向配置された複数のマイクロレンズによっ
て、集光される。マイクロレンズに入射した色光は、光
変調手段において、画素電極に印加される画像信号に応
じて変調される。複数のマイクロレンズの各々は、曲率
の異なる複数のレンズ面または分割された複数のレンズ
面を有しており、レンズ全体の薄型化が図られている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る画像投射表示装置の光学系の概略
構成を表すもので、装置を真上から見下ろした状態を示
している。なお、この図では、煩雑さを避けるために、
主たる光線の経路のみを描き、他を省略している。この
画像投射表示装置は、モノクロの液晶パネルを３枚使用
する３板方式の液晶プロジェクタとして構成されたもの
であり、白色光を発する光源２０１と、この光源２０１
から発せられた白色光に含まれる紫外（ＵＶ）および赤
外（ＩＲ）領域の光を除去するＵＶ／ＩＲカットフィル
タ２０２と、このＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０２を透
過した光を拡散させて光の照度分布が均一化された平行
光を出射するインテグレータ２０３と、このインテグレ
ータ２０３から出射された平行光を集光して光源像を形
成するリレーレンズ２０４と、このリレーレンズ２０４
と共にテレセントリック光学系を形成してリレーレンズ
２０４により集光された光を再び所定幅の平行光として
出射するコリメータレンズ２０５とを備えている。

【００２２】光源２０１は、発光体と、回転対称な凹面
鏡とを含んで構成される。発光体としては、例えばメタ
ルハライド系のランプが用いられる。凹面鏡としてはで
きるだけ集光効率のよい形状のものがよく、例えば回転
楕円面鏡や回転放物面鏡等が用いられる。インテグレー
タ２０３は、光源２０１から出射した白色光を拡散させ
て後述する液晶パネル２１０における面内照度分布を均
一化するためのものであり、例えば、多数のマイクロレ
ンズを配列して形成した１対のレンズアレイ（フライア
イレンズ）、またはグラスロッド等によって構成され
る。

【００２３】本実施の形態に係る画像投射表示装置は、
また、同一光路上に、所定間隔を空けて設けられ、コリ
メータレンズ２０５から出射された平行光を、それぞれ
色表示の基本となるＲ，Ｇ，Ｂの３色の色光に選択的に
分離するダイクロイックミラー２０Ｒ，２０６Ｇ，２０
６Ｂと、ダイクロイックミラー２０６Ｒにより反射され
たＲ色光を更に後述の液晶パネル２１０Ｒ側に反射する
反射ミラー２０７と、ダイクロイックミラー２０６Ｂに
より反射されたＢ色光を更に後述の液晶パネル２１０Ｂ
側に反射する反射ミラー２０８とを備えている。

【００２４】本実施の形態に係る画像投射表示装置は、
更に、ダイクロイックミラー２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０
６Ｂにより分離されたＲ，Ｇ，Ｂの各色光を直線偏光さ
せる入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂと、こ
れらの入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９Ｂによ
り直線偏光された各色光を、それぞれ表示する画像に応
じて空間的に変調するモノクロの液晶パネル２１０Ｒ，
２１０Ｇ，２１０Ｂと、これらの液晶パネル２１０Ｒ，
２１０Ｇ，２１０Ｂにより空間的に変調された光のうち
所定の方向に偏光された光のみを透過させる出射側偏光
板２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂと、これらの出射側偏
光板２１１Ｒ，２１１Ｇ，２１１Ｂを透過した各色光を
合成する色合成用ダイクロイックプリズム２１２と、こ
の色合成用ダイクロイックプリズム２１２により合成さ
れた光をスクリーン１１１に投射する投射レンズ２１３
とを備えている。

【００２５】ここで、投射レンズ２１３が本発明におけ
る「投射手段」に対応する。

【００２６】色合成用ダイクロイックプリズム２１２は
立方体形状をしている。この色合成用ダイクロイックプ
リズム２１２は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色光が入射す
る３つの入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂを有して
いる。入射側偏光板２０９Ｒ，液晶パネル２１０Ｒおよ
び出射側偏光板２１１Ｒは、この色合成用ダイクロイッ
クプリズム２１２の一つの入射面２１２Ｒに対向するよ
うに配置されている。また、入射側偏光板２０９Ｇ，液
晶パネル２１０Ｇおよび出射側偏光板２１１Ｇは、ダイ
クロイックプリズム２１２における入射面２１２Ｒと直
交する他の入射面２１２Ｇに対向するように配置されて
いる。一方、入射側偏光板２０９Ｂ，液晶パネル２１０
Ｂおよび出射側偏光板２１１Ｂは、色合成用ダイクロイ
ックプリズム２１２における入射面２１２Ｒと平行な他
の入射面２１２Ｂに対向するように配置されている。

【００２７】液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂ
（以下、これらを総称して液晶パネル２１０と記す。）
は、カラーフィルタを用いない透過型のマイクロレンズ
方式の液晶表示素子であり、入射した各色光に対して画
像信号に応じた選択的な変調を行うようになっている。
この液晶パネル２１０は、規則的に２次元配置された画
素電極（本図では図示せず）が形成された画素基板（図
示せず）と、この画素基板と対向するようにして配置さ
れた対向基板と（図示せず）、画素基板と対向基板との
間を満たすように配置された液晶層（図示せず）とを含
んで構成される。

【００２８】ここで、液晶パネル２１０が本発明におけ
る「光変調素子」に対応する。

【００２９】図２は、図１における液晶パネル２１０の
一構成例である液晶パネル２１０ａの要部構造を示す断
面図である。なお、以下の説明で、前面側とは光の入射
面側をいい、後面側とは光の出射面側をいうものとす
る。この図に示した液晶パネル２１０ａは、画素基板１
０と、この画素基板１０の前面側（入射光１の入射面
側）に所定距離を隔てて対向配設された対向基板２０
と、画素基板１０と対向基板２０とによって挟まれた液
晶層３０とを備えている。液晶層３０には、シール部４
０によって画素基板１０と対向基板２０との間に液晶が
封止されている。

【００３０】ここで、主として液晶層４０が本発明にお
ける光変調手段に対応する。

【００３１】画素基板１０は、ガラス基板１１と、この
ガラス基板１１の前面側に液晶層３０と接するようにし
て規則的に（周期的に）配置された多数の画素電極部１
３と、これらの各画素電極部１３に対して画像信号電圧
をそれぞれ印加するためのスイッチング素子や配線等が
形成されたブラックマトリクス部１２とを備えている。
ここで、スイッチング素子としては、例えば、ＴＦＴが
使用される。このブラックマトリクス部１２は、図示し
ない金属膜等で遮光され、光照射によってＴＦＴが誤動
作しないようになっている。

【００３２】対向基板２０は、画素電極部１３に対向配
設された対向電極２１と、１つの画素電極部１３毎に画
素電極部１３に対して対向配置された複数のマイクロレ
ンズ２２と、このマイクロレンズ２２の凸面側に透明な
樹脂層２３を介して配置されたガラス基板２４とを備え
ている。マイクロレンズ２２は、例えば、対向基板２０
の一部をウェットエッチングまたはドライエッチング等
によりレンズ形成されたものである。樹脂層２３は、マ
イクロレンズ２２をエッチング等によりレンズ形成した
後、屈折率の異なる樹脂（例えば、レジスト、アクリル
系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂またはフッ素
系樹脂等）を充填することにより形成された層である。
これら複数のマイクロレンズ２２および樹脂層２３によ
りマイクロレンズアレイが形成される。このマイクロレ
ンズアレイの後面側は、例えばＣＭＰ法（化学機械研磨
法）等を用いて研磨されており、その上に対向電極２１
が形成される。この場合、マイクロレンズアレイに対す
る対向電極２１の密着性を高めるために、マイクロレン
ズアレイの上に透明な２酸化シリコン膜等を形成してか
らその上に対向電極２１を形成するようにしてもよい。
対向電極２１は、例えばＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の
透明導電膜で形成され、一定の電位（例えば接地電位）
に固定されている。この対向電極２１は、例えば、スパ
ッタリング法によりマイクロレンズアレイに蒸着され
る。

【００３３】マイクロレンズ２２は、１つの画素電極部
１３に対して複数のレンズを有している。例えば、マイ
クロレンズ２２は、１つの画素電極部１３に対して、正
方格子状に配置された４つのレンズによって構成され
る。図では、１つの画素電極部１３について、正方格子
状に配置された４つのレンズのうち、２つのマイクロレ
ンズ２２ａ，２２ｂの断面のみが示されている。このよ
うに図２に示した例では、マイクロレンズ２２が、１つ
の画素電極部１３に対して複数のレンズで構成されてい
るので、１つの画素電極部１３に対して複数に分割され
た曲面が形成されることになる。このマイクロレンズ２
２の各曲面は、球面または球面に近い形状の非球面から
なるものである。なお、１つの画素電極部１３に対し
て、４つのレンズを配置する構成に限らず、１つの画素
電極部１３に対して、４つより少ないまたは多い数のレ
ンズを配置するようにしてもよい。

【００３４】図３は、図２に示したマイクロレンズ２２
による集光特性を示す平面図である。この図は、マイク
ロレンズ２２によって、１つの画素電極部１３に集光す
る集光像を模式的に示したものである。なお、図におけ
る点線５１は、マイクロレンズ２２を構成する複数のレ
ンズの分割線（境界線）に相当するものである。この図
に示したように、マイクロレンズ２２によって、１つの
画素電極部１３には、正方格子状に複数の円形の集光像
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが形成される。

【００３５】図４は、図２に示した液晶パネル２１０ａ
におけるマイクロレンズ２２と従来の液晶パネルにおけ
るマイクロレンズとを比較するための説明図である。こ
の図では、１画素に対応するマイクロレンズのみを示し
ている。この図において、二点鎖線で示した部分は、従
来のマイクロレンズ５２を示している。３板方式の画像
投射表示装置に適用される液晶パネルの場合、従来で
は、マイクロレンズ５２が、１画素に対して１つの割合
で配置されている。これに対し、図２に示した本実施の
形態のマイクロレンズ２２は、上述のように、１つの画
素電極部１３に対して複数のレンズにより構成されてい
る。これにより、集光性能を同等にしつつ、マイクロレ
ンズ２２の全体の厚みｔ１を従来のマイクロレンズ５２
の厚みｔ２に対して小さくすることができる。従って、
図２に示した液晶パネル２１０ａは、従来に比べて薄型
化が図られている。

【００３６】次に、図１に示した液晶パネル２１０の他
の構成例について説明する。図５は、液晶パネル２１０
の他の構成例としての液晶パネル２１０ｂの要部構造を
示す断面図である。この図において、図２に示した液晶
パネル２１０ａと同一構成要素には同一符号を付し、適
宜説明を省略するものとする。この図に示した液晶パネ
ル２１０ｂは、図２に示した液晶パネル２１０ａにおけ
る複数のマイクロレンズ２２に代えて、複数のマイクロ
レンズ６０を備えたものである。このマイクロレンズ６
０は、１つの画素電極部１３に対して１つのレンズが形
成されたものである。各マイクロレンズ６０は、１つの
画素電極部１３に対して複数の曲率を有したレンズによ
って構成されている。各マイクロレンズ６０は、例え
ば、中央部６１と周辺部６２とで曲率が異なっている。
この図の例では、中央部６１が平坦化され、周辺部６２
に入射光１を集光するための曲面が形成されている。周
辺部６２の曲面は、球面または球面に近い形状の非球面
からなるものである。このように、マイクロレンズ６０
の中央部６１を平坦化することにより、レンズの厚みを
従来の液晶パネルにおけるマイクロレンズの厚みに対し
て小さくすることができる。従って、図５に示した液晶
パネル２１０ｂは、従来に比べて薄型化が図られてい
る。

【００３７】図６は、図５に示したマイクロレンズ６０
による集光特性を示す平面図である。この図は、マイク
ロレンズ６０によって、１つの画素電極部１３に集光す
る集光像を模式的に示したものである。この図に示した
ように、マイクロレンズ６０の周辺部６２に形成された
曲面の作用によって、１つの画素電極部１３には、環状
の集光像６３が形成される。なお、中央部６１に入射し
た光は、そのまま画素電極部１３の中央部に到達する。

【００３８】なお、図５に示したマイクロレンズ６０に
おいて、中央部６１を完全に平坦化せず、周辺部６２と
は異なる曲率の曲面によって構成してもよい。また、図
２に示したマイクロレンズ２２において、１つの画素電
極部１３に対して複数に分割されたレンズの各々の中央
部を、マイクロレンズ６０と同様に平坦化して構成する
ようにしてもよい。これにより、液晶パネル２１０の更
なる薄型化を図ることができる。

【００３９】次に、液晶パネル２１０のより具体的な構
成例を説明する。通常、３板方式の液晶プロジェクタで
その使用形態がフロント方式の場合、液晶パネルに入射
する光の角度成分は、±１０°程度である。従って、例
えば、図５に示したマイクロレンズ６０における中央部
６１の平坦化された部分においても、光の入射成分は約
±１０°の角度分布を持つことになる。

【００４０】図７は、液晶パネル２１０に入射する光の
角度依存性の例を説明するための特性図である。この図
において、縦軸は液晶パネル２１０に入射する入射光の
相対強度を示しており、横軸は入射角度を示している。
この図では、特に、液晶パネル２１０として図２に示し
た構成の液晶パネル２１０ａにおける入射光の強度分布
例を示している。なお、この強度分布例は、画素電極部
１３上の対向基板２０に投射される光の強度分布に対応
する。液晶パネル２１０ａに入射する光の強度分布は、
符号７１で示した曲線のように、例えば、約±１０°の
角度成分を有している。従って、液晶パネル２１０にお
けるマイクロレンズは、この角度分布を考慮して設計す
る必要がある。なお、図では、角度成分が約±８°であ
る例（符号７２で示した曲線）を同時に示している。

【００４１】ここで、図８を参照して、本実施の形態に
おける液晶パネル２１０について、光の角度成分を考慮
した具体的な設計手法を説明する。ここでは、図５に示
したマイクロレンズ６０と同様に、１つの画素電極部１
３に１つのレンズが配置されていると共に、レンズの中
心部に平坦部７３が形成されたマイクロレンズ７０を有
する液晶パネルを設計する場合を例に説明する。なお、
図８において、図５に示した液晶パネル２１０ｂと同一
構成要素には同一符号を付している。また、この図にお
いて、（Ａ）は、図５と同様に液晶パネルの断面構造を
示し、（Ｂ）は、マイクロレンズ７０部分を光の入射側
から見た平面図を示している。ここで、図に示したよう
に、１つのマイクロレンズ７０の大きさをＤ₁，隣り合
うマイクロレンズ７０との境界部７４における液晶層３
０との間の距離をｄｃ，ブラックマトリクス部１２間の
距離をＤ₂，１つのブラックマトリクス部１２の大きさ
をＤ₃，マイクロレンズ７０の平坦部７３から、画素電
極部１３の底部までの距離をｄとする。また、マイクロ
レンズ７０の平坦部７３の周端部（曲率変化点７５）と
ブラックマトリクス部１２との間の水平方向の距離を
ｘ，入射角度θで入射した入射光２と曲率変化点７５と
の間の水平方向の距離をｙとする。

【００４２】この図に示した液晶パネルにおいて、ｘ／
ｄ＜ｔａｎθの関係が成り立つ。このとき、入射角度θ
が１０°であったとすると、ｔａｎ１０°は、約０．１
７６であるから、ｘ／０．１７６＜ｄの関係が成り立
つ。ここで、距離ｄが２０μｍであるとすると、ｘ＜
３．５μｍとなる。更に、ブラックマトリクス部１２の
大きさＤ₃が４μｍであるとすると、距離ｙ＜ｘ＋２μ
ｍ＝５．５μｍとなる。

【００４３】また、仮に画素電極部１３の一辺の長さに
相当する距離Ｄ₁が２０μｍであると共に、マイクロレ
ンズ７０の基本的な形状が球であるとすると、このレン
ズの球半径ｒは、２０√２／２であり約１４μｍであ
る。ここで、更に、入射光２が±１０°の角度成分まで
持ち、ｘ＝３．５μｍ，ｄ＝２０μｍであると仮定すれ
ば、距離ｄｃは、約６μｍで良くなる。

【００４４】図９は、以上のような設計手法による一設
計例である液晶パネル２１０ｃの要部構造を示す構成図
である。この図において、（Ａ）は、液晶パネル２１０
ｃの断面構造を示し、（Ｂ）は、マイクロレンズ８０部
分を光の入射側から見た平面図を示している。なお、こ
の図において、図８に示した液晶パネルと同一構成要素
には同一符号を付している。この液晶パネル２１０ｃの
各部の設計値は、以下の通りである。なお、距離ｄａ
は、マイクロレンズ８０の平坦部７３と境界部７４との
間の距離である。距離ｙ₁は、マイクロレンズ８０の曲
率変化点７５と境界部７４との間の水平方向の距離であ
り、距離ｙ₂は、マイクロレンズ８０の曲率変化点７５
とレンズ中心Ｏとの間の水平方向の距離である。角度α
は、マイクロレンズ８０の曲率変化点７５と境界部７４
との間のレンズ中心Ｏを基準とした角度である。マイク
ロレンズ８０および樹脂層２３は、それぞれ屈折率の異
なる樹脂（例えば、レジスト、アクリル系樹脂、エポキ
シ系樹脂、シリコン系樹脂またはフッ素系樹脂等）によ
り形成されている。樹脂層２３は、マイクロレンズ８０
をエッチング等によりレンズ形成した後、この屈折率の
異なる樹脂を充填することにより形成される。なお、マ
イクロレンズ８０の屈折率ｎ₂は、樹脂層２３の屈折率
ｎ₁よりも大きい。

【００４５】 マイクロレンズ８０の半径ｒ＝１４．１μｍ 距離ｄａ＝１１．２μｍ 距離ｄｃ＝４μｍ 距離ｙ₁＝５．５μｍ 距離ｙ₂＝８．６μｍ 角度α＝５２°

【００４６】図１０は、以上のような設計手法による他
の設計例である液晶パネル２１０ｄの要部構造を示す構
成図である。この図において、（Ａ）は、液晶パネル２
１０ｄの断面構造を示し、（Ｂ）は、マイクロレンズ２
８０部分を光の出射側（後面側）から見た平面図を示し
ている。なお、この図において、図９に示した液晶パネ
ル２１０ｃと同一構成要素には同一符号を付している。
この液晶パネル２１０ｄにおいて、マイクロレンズ２８
０は、１つの画素電極部１３に対して複数のレンズを有
している。より具体的には、図の（Ｂ）に示したよう
に、マイクロレンズ２８０は、１つの画素電極部１３に
対して、正方格子状に配置された４つのレンズ２８０
ａ，２８０ｂ，２８０ｃ，２８０ｄによって構成されて
いる。但し、このマイクロレンズ２８０は、図２に示し
たマイクロレンズ２２とは異なり、レンズが光の出射側
に凸な形状となっていると共に、レンズ全体の中央部に
図９に示したマイクロレンズ８０と同様に平坦部７３が
形成されている。すなわち、この図の例では、マイクロ
レンズ２８０が、１つの画素電極部１３に対して、レン
ズの分割化と平坦化の双方が行われた構成となってい
る。このマイクロレンズ２８０の平坦化により、レンズ
の薄型化に寄与することができると共に、液晶層３０に
対してレンズの凸面の深さが深くなり過ぎ、ギャップ厚
の制御が難しくなるような事態を防止することができ
る。

【００４７】液晶パネル２１０ｄの各部の設計値の基本
的な部分については図９に示した液晶パネル２１０ｃと
同様である。例えば、距離ｄａ，ｄｃ，ｙ₁，ｙ₂につい
ては、液晶パネル２１０ｃと同様である。なお、ここで
の距離ｄｃは、マイクロレンズ２８０の平坦部７３と液
晶層３０との間の距離である。マイクロレンズ２８０お
よび樹脂層２３は、それぞれ屈折率の異なる樹脂により
形成されている。マイクロレンズ２８０および樹脂層２
３の形成方法については図９に示した液晶パネル２１０
ｃと同様である。

【００４８】次に、上記のような構成の画像投射表示装
置の作用について説明する。

【００４９】まず、図１を参照して、画像投射表示装置
の全体の作用を説明する。光源２０１から発せられた白
色光は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ２０２により紫外線
および赤外線が除去される。そして、このＵＶ／ＩＲカ
ットフィルタ２０２を透過した光は、インテグレータ２
０３において拡散され、光の照度分布が均一化されたほ
ぼ平行な光として出射される。このインテグレータ２０
３から出射された平行光は、リレーレンズ２０４によ
り、一旦集光された後、リレーレンズ２０４と共にテレ
セントリック光学系を形成したコリメータレンズ２０５
により、所定幅の平行光として出射される。

【００５０】コリメータレンズ２０５から出射した平行
光は、ダイクロイックミラー２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０
６Ｂの作用により、色表示の基本となるＲ，Ｇ，Ｂの３
色の色光に選択的に分離される。分離されたＲ，Ｇ，Ｂ
の各色光は、入射側偏光板２０９Ｒ，２０９Ｇ，２０９
Ｂにより直線偏光された後、それぞれ液晶パネル２１０
Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂに入射する。液晶パネル２１０
Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂは、入射した光を空間的に変調
して出射する。液晶パネル２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０
Ｂを出射した光は、出射側偏光板２１１Ｒ，２１１Ｇ，
２１１Ｂに入射する。出射側偏光板２１１Ｒ，２１１
Ｇ，２１１Ｂを透過した各色光は、それぞれ色合成用ダ
イクロイックプリズム２１２の入射面２１２Ｒ，２１２
Ｇ，２１２Ｂに入射する。色合成用ダイクロイックプリ
ズム２１２の入射面２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂに入
射した各色光は、色合成用ダイクロイックプリズム２１
２の作用により色合成された後、投射レンズ２１３によ
り、スクリーン１１１に投射される。

【００５１】次に、液晶パネル２１０の作用について説
明する。まず、図２および図３を参照して、液晶パネル
２１０の一構成例である液晶パネル２１０ａの作用につ
いて説明する。なお、以下では特に、１つの画素電極部
１３に入射する入射光１が受ける作用について説明す
る。

【００５２】図２に示したように、液晶パネル２１０ａ
に入射した入射光１は、対向基板２０のガラス基板２４
を透過し、マイクロレンズ２２によって集光作用を受け
て液晶層３０、画素電極部１３を通過し、画素基板１０
のガラス基板１１の内部で焦点を結ぶ。なお、マイクロ
レンズ２２による光の集光位置は、ガラス基板１１の内
部ではなく、画素電極部１３上であっても構わない。入
射光１は、液晶層３０を通過する間に、画素電極部１３
に印加された画像信号電圧に応じて空間的な変調を受け
る。

【００５３】１つの画素電極部１３に対しては、マイク
ロレンズ２２として、例えば、正方格子状に４つのレン
ズが分割配置されている。液晶パネル２１０ａに入射し
た入射光１は、この４つのレンズのそれぞれによって、
１つの画素電極部１３に入射するように集光される。よ
り具体的には、分割配置された４つのレンズによって、
画素電極部１３上には、図３に示したように、正方格子
状に複数の円形の集光像５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０
ｄが形成される。以上の作用は、マイクロレンズ２２に
入射する全ての光について同様である。

【００５４】次に、図５および図６を参照して、液晶パ
ネル２１０の他の構成例である液晶パネル２１０ｂの作
用について説明する。この液晶パネル２１０ｂによる作
用は、マイクロレンズ６０による作用を除いて上述の液
晶パネル２１０ａによる作用と同様である。マイクロレ
ンズ６０は、１つの画素電極部１３に対して１つのレン
ズが配置されていると共に、例えば、中央部６１と周辺
部６２とで曲率が異なっている。このため、レンズの中
央部６１と周辺部６２とで光の集光作用が異なる。図５
に示した例では、中央部６１が平坦化され、周辺部６２
に入射光１を集光するための曲面が形成されおり、この
周辺部６２に形成された曲面の作用によって、１つの画
素電極部１３には、図６に示したように環状の集光像６
３が形成される。なお、中央部６１に入射した光は、そ
のまま画素電極部１３の中央部に到達する。

【００５５】なお、図９および図１０に示した液晶パネ
ル２１０ｃ，２１０ｄについても、その全体的な作用は
液晶パネル２１０ａ，２１０ｂと同様である。

【００５６】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、液晶パネル２１０におけるマイクロレンズの各々
が、曲率の異なる複数のレンズ面（例えば、図５に示し
たマイクロレンズ６０）または分割された複数のレンズ
面（例えば、図２に示したマイクロレンズ２２）を有す
るようにして構成されているので、マイクロレンズ部分
の薄型化を図ることができ、マイクロレンズを構成する
基板の熱膨張率、弾性率の変化によるギャップ厚の制御
がし易くなる。これにより、ギャップ厚の均一化を図る
ことができるので、ギャップ厚のばらつきによる色むら
を少なくして高品質な画像表示を行うことが可能とな
る。特に、図１０に示したマイクロレンズ２８０では、
レンズ中央部の平坦化を図ってレンズの凸面を液晶層３
０側に配置するようにしたので、レンズの凸面が液晶層
３０側に配置されているにも関わらず、液晶層３０に対
してレンズの境界部分の深さが深くなり過ぎることがな
く、ギャップ厚の制御がし易くなっている。

【００５７】また、本実施の形態によれば、従来のよう
に、マイクロレンズを単一の曲率のレンズのみで構成す
ると共に、１つの画素電極部１３に１つのレンズを対応
させるような構成を採っていないので、従来に比べて、
焦点距離や厚さ等を含めたレンズの設計自由度を向上さ
せることができる。

【００５８】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。本発明は、３板方式の
みならず、単板方式の画像投射表示装置にも適用可能で
ある。本実施の形態では、本発明を単板方式の画像投射
表示装置に適用した場合について説明する。

【００５９】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係
る画像投射表示装置の光学系の概略構成を表すもので、
装置を真上から見下ろした状態を示している。なお、こ
の図では、煩雑さを避けるために、主たる光線の経路の
みを描き、他を省略している。この画像投射表示装置
は、カラーフィルタを用いない単板方式の液晶プロジェ
クタとして構成されたものであり、白色光を発する光源
１と、この光源１から発せられた白色光に含まれる紫外
および赤外領域の光を除去するＵＶ／ＩＲカットフィル
タ３０２と、このＵＶ／ＩＲカットフィルタ３０２を透
過した光を拡散させて光の照度分布が均一化された平行
光を出射するインテグレータ３０３と、このインテグレ
ータ３０３から出射された平行光を集光して光源像を形
成するリレーレンズ３０４と、このリレーレンズ３０４
と共にテレセントリック光学系を形成してリレーレンズ
３０４により集光された光を再び所定幅の平行光として
出射するコリメータレンズ３０５とを備えている。

【００６０】光源３０１は、発光体と、回転対称な凹面
鏡とを含んで構成される。発光体としては、例えばメタ
ルハライド系のランプが用いられる。凹面鏡としてはで
きるだけ集光効率のよい形状のものがよく、例えば回転
楕円面鏡や回転放物面鏡等が用いられる。インテグレー
タ３０３は、光源３０１から出射した白色光を拡散させ
て後述する液晶パネル３０８における面内照度分布を均
一化するためのものであり、例えば、多数のマイクロレ
ンズを配列して形成した１対のレンズアレイ（フライア
イレンズ）、またはグラスロッド等によって構成され
る。

【００６１】この画像投射表示装置は、また、コリメー
タレンズ３０５から出射された平行光を、色表示の基本
となるＢ，Ｒ，Ｇの３色の色光に選択的に分離して出射
するダイクロイックミラー３０６と、このダイクロイッ
クミラー３０６により分離されたＢ，Ｒ，Ｇの３色の色
光の各々を直線偏光させる入射側偏光板３０７と、この
入射側偏光板３０７により直線偏光されたＢ，Ｒ，Ｇの
３色の色光を、表示する画像に応じて空間的に変調する
液晶パネル３０８と、この液晶パネル３０８により空間
的に変調された光のうち所定の方向に偏光された光のみ
を透過させる出射側偏光板３０９と、この出射側偏光板
３０９を透過した光をスクリーン３１１に投射する投射
レンズ３１０とを備えている。

【００６２】ここで、投射レンズ３１０が本発明におけ
る「投射手段」に対応する。また、液晶パネル３０８が
本発明における「光変調手段」に対応する。

【００６３】ダイクロイックミラー３０６は、それぞれ
Ｂ，Ｒ，Ｇの各色光を選択的に反射するＢ用ミラー３０
６Ｂ，Ｒ用ミラー３０６ＲおよびＧ用ミラー３０６Ｇの
３枚のミラーを有している。また、ミラー３０６Ｂ，３
０６Ｒ，３０６Ｇは、液晶パネル３０８にそれぞれ異な
る方向から入射するＲ，Ｇ，Ｂの各色光の入射角を設定
するための色調整保持機構（図示せず）を有している。

【００６４】液晶パネル３０８は、カラーフィルタを用
いない透過型のマイクロレンズ方式の液晶表示素子であ
り、ダイクロイックミラー３０６で反射された各色光に
対して画像信号に応じた選択的な変調を行うようになっ
ている。この液晶パネル３０８は、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色に
対応して規則的に２次元配置された画素電極（本図では
図示せず）が形成された画素基板（図示せず）と、この
画素基板と対向するようにして配置された対向基板と
（図示せず）、画素基板と対向基板との間を満たすよう
に配置された液晶層（図示せず）とを含んで構成され
る。

【００６５】図１２は、図１１における液晶パネル３０
８の一構成例を示す断面図である。なお、以下の説明で
は、図２に示した液晶パネル２１０ａにおける構成要素
と同一の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略す
る。この図に示した液晶パネル３０８は、画素基板１０
１と、この画素基板１０１の前面側（入射光Ｒ，Ｇ，Ｂ
の入射面側）に所定距離を隔てて対向配設された対向基
板１０２とを備えている。

【００６６】画素基板１０１は、ガラス基板１１の前面
側に液晶層３０と接するようにして規則的に（周期的
に）配置された多数の画素電極部９１を備えている。画
素電極部９１は、Ｂ，Ｒ，Ｇのいずれかの色光用に割り
当てられている。ここで、Ｂ，Ｒ，Ｇの各色光用の画素
電極部９１をそれぞれ９１Ｂ，９１Ｒ，９１Ｇと記すこ
とにすると、各画素電極部９１は、１つの方向（図では
右から左に向かう方向）に沿って９１Ｂ，９１Ｒ，９１
Ｇという順序で繰り返し配列がなされている。なお、以
下では、３つの画素電極部９１Ｂ，９１Ｒ，９１Ｇの組
を総称して１群の画素電極部９１と呼ぶ。

【００６７】対向基板１０２は、１群の画素電極部９１
毎に画素電極部９１に対して対向配置された複数のマイ
クロレンズ９０を備えている。このマイクロレンズ９０
には、ダイクロイックミラー３０６Ｂ，３０６Ｒ，３０
６Ｇ（図１１）によって白色光から色分離して得られた
Ｂ，Ｇ，Ｒの３つの光束が互いに異なる方向から入射す
るようになっている。このマイクロレンズ９０に入射し
たＢ，Ｒ，Ｇの各色光は、それぞれ画素電極部９１Ｂ，
９１Ｒ，９１Ｇに入射するようになっている。各マイク
ロレンズ９０は、１群の画素電極部９１に対して複数の
曲率を有したレンズによって構成されている。各マイク
ロレンズ９０は、例えば、中央部と周辺部とで曲率が異
なっている。この図の例では、中央部に対して周辺部の
レンズ面の曲率が小さくなっている。すなわち、各マイ
クロレンズ９０は、周辺部のレンズ面の方が大きなパワ
ーを有している。なお、このマイクロレンズ９０が、入
射した光に与える作用については後に図１３を参照して
詳述する。

【００６８】なお、液晶パネル３０８におけるマイクロ
レンズとして、上記第１の実施の形態の液晶パネル２１
０におけるマイクロレンズの構成と同様のレンズを使用
することも可能である。また、逆に、上記第１の実施の
形態の液晶パネル２１０におけるマイクロレンズとし
て、本実施の形態の液晶パネル３０８におけるマイクロ
レンズの構成と同様のレンズを使用することも可能であ
る。

【００６９】次に、上記のような構成の画像投射表示装
置の作用について説明する。

【００７０】まず、図１１を参照して、画像投射表示装
置の全体の作用を説明する。光源３０１から発せられた
白色光は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ３０２により紫外
線および赤外線が除去される。そして、このＵＶ／ＩＲ
カットフィルタ３０２を透過した光は、インテグレータ
３０３において拡散され、光の照度分布が均一化された
ほぼ平行な光として出射される。このインテグレータ３
０３から出射された平行光は、リレーレンズ２３４によ
り、一旦集光された後、リレーレンズ３０４と共にテレ
セントリック光学系を形成したコリメータレンズ３０５
により、所定幅の平行光として出射される。

【００７１】コリメータレンズ３０５から出射した平行
光は、ダイクロイックミラー３０６Ｒ，３０６Ｇ，３０
６Ｂの作用により、色表示の基本となるＲ，Ｇ，Ｂの３
色の色光に選択的に分離される。ダイクロイックミラー
３０６Ｒ，３０６Ｇ，３０６Ｂは、分離した各色光を互
いに異なる角度方向に反射する。このようにダイクロイ
ックミラー３０６Ｒ，３０６Ｇ，３０６Ｂによって分離
され互いに異なる角度方向に反射されたＲ，Ｇ，Ｂの各
色光は、入射側偏光板３０７により直線偏光された後、
液晶パネル３０８にそれぞれ異なる方向から入射する。
液晶パネル３０８は、入射した光を空間的に変調して出
射する。液晶パネル３０８を出射した光は、出射側偏光
板３０９に入射する。出射側偏光板３０９を透過した各
色光は、投射レンズ３１０により、スクリーン３１１に
投射される。

【００７２】次に、図１２を参照して液晶パネル３０８
の作用について説明する。なお、以下では特に、１群の
画素電極部９１に入射する入射光が受ける作用について
説明する。

【００７３】図１２に示したように、液晶パネル３０８
に異なる方向から入射したＢ，Ｒ，Ｇの各入射光は、対
向基板１０２のガラス基板２４を透過し、マイクロレン
ズ９０によって集光作用を受けて液晶層３０、画素電極
部９１を通過し、画素基板１０１のガラス基板１１の内
部でそれぞれの色毎に異なる位置に焦点を結ぶ。なお、
マイクロレンズ９０による光の集光位置は、ガラス基板
１１の内部ではなく、画素電極部９１上であっても構わ
ない。マイクロレンズ９０に入射したＢ，Ｒ，Ｇの各入
射光は、それぞれの色用の画素電極部９１Ｂ，９１Ｒ，
９１Ｇに入射する。また、Ｂ，Ｒ，Ｇの各入射光は、液
晶層３０を通過する間に、それぞれの色用の画素電極部
９１Ｂ，９１Ｒ，９１Ｇに印加された画像信号電圧に応
じて空間的な変調を受ける。

【００７４】次に、図１３を参照してマイクロレンズ９
０の作用について詳述する。なお、図では、入射光とし
てＲ光の経路のみを代表して示している。また、図にお
いて、符号９０で示した部分は、マイクロレンズ９０の
中央部の円弧をその曲率を変えずに中央部から延長して
示したものであり、マイクロレンズ９０の比較例として
の従来のレンズに相当する部分である。

【００７５】マイクロレンズ９０は、１群の画素電極部
９１に対して１つのレンズが配置されていると共に、中
央部と周辺部とで曲率が異なっている。このため、レン
ズの中央部と周辺部とで光の集光作用が異なる。この図
に示した例では、中央部に対して曲率変化点９０ｂを境
に周辺部のレンズ面の曲率が小さくなっており、周辺部
のレンズ面の方が大きなパワーを有している。このマイ
クロレンズ９０によれば、焦点距離自身はあまり変化さ
せることなく、周辺部に入った入射光３ｃを、いわば球
面収差のようにレンズ中央部に曲げる効果がある。この
ため、従来のように単一の曲率で構成したレンズでは、
画素電極部９１に有効に入射させることのできなかった
周辺部の入射光３ｂについても、中央部の入射光３ａと
同様に有効に入射させることができる。このため、周辺
部から画素電極部９１に入射する光量を従来より有効に
使用することが可能となる。更に、このマイクロレンズ
９０によれば、特に、本実施の形態のように単板式の液
晶パネルに対する光量増大の効果と共に、隣接する画素
電極部９１への漏れ光を低減する効果があり、混色を少
なくして色純度の向上にも寄与するという効果がある。

【００７６】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、単板方式の画像投射表示装置に対しても、液晶パネ
ル３０８におけるマイクロレンズ部分の薄型化を図るこ
とができ、マイクロレンズを構成する基板の熱膨張率、
弾性率の変化によるギャップ厚の制御がし易くなる。こ
れにより、ギャップ厚の均一化を図ることができるの
で、ギャップ厚のばらつきによる輝度むらを少なくして
高品質な画像表示を行うことが可能となる。

【００７７】なお、本実施の形態におけるその他の構
成、作用および効果は、上記第１の実施の形態と同様で
ある。

【００７８】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されず種々の変形実施が可能である。例えば、本発明の
画像投射表示装置の使用形態としては、スクリーンの裏
面から画像を投射するリア方式と、スクリーンの前面か
ら画像を投射するフロント方式のいずれの形態であって
もよい。また、本発明は、透過型の液晶パネルのみなら
ず、反射型の液晶パネルにも適用することが可能であ
る。更に、液晶パネルの構成については、例えば、液晶
層とマイクロレンズが設けられた層との間にカバーガラ
スが配置された構成であってもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし３
のいずれかに記載の光変調素子または請求項４ないし６
のいずれかに記載の画像投射表示装置によれば、少なく
とも一つの色光の各々に対応付けられて２次元的に配列
された複数の画素電極と、１つの画素電極または複数の
色光に対応付けられた一群の画素電極毎に対向配置され
ると共に、各々が曲率の異なる複数のレンズ面または分
割された複数のレンズ面を有する複数のマイクロレンズ
と、画素電極に印加される画像信号に応じて、入射した
色光を変調する光変調手段とを備えるようにしたので、
マイクロレンズの薄型化を図ることができ、ギャップ厚
の制御がし易くなる。これにより、ギャップ厚の均一化
を図ることができるので、輝度むらや色むらの少ない高
品質な画像表示を行うことが可能となるという効果を奏
する。

【００８０】また、請求項３記載の光変調素子または請
求項６記載の画像投射表示装置によれば、複数のマイク
ロレンズ部分の各々の中央部を平坦化すると共に、この
平坦化された面を、光変調手段を構成する液晶層側に配
置するようにしたので、更に、マイクロレンズの凸側を
液晶層側に配置したとしても、液晶層に対してレンズの
凸面の深さが深くなり過ぎることがなく、ギャップ厚の
制御がし易くなるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像投射表示
装置の全体構成を表す平面図である。

【図２】図１に示した画像投射表示装置における液晶パ
ネルの一構成例を表す断面図である。

【図３】図２に示した液晶パネルにおけるマイクロレン
ズによる集光特性を示す平面図である。

【図４】図２に示した液晶パネルにおけるマイクロレン
ズと従来の液晶パネルにおけるマイクロレンズとを比較
するための説明図である。

【図５】図１に示した画像投射表示装置における液晶パ
ネルの他の構成例を示す断面図である。

【図６】図５に示した液晶パネルにおけるマイクロレン
ズによる集光特性を示す平面図である。

【図７】図１に示した画像投射表示装置における液晶パ
ネルに入射する光の角度依存性の例を示す特性図であ
る。

【図８】図１に示した画像投射表示装置における液晶パ
ネルを光の角度成分を考慮して具体的に設計するための
設計手法を説明するための説明図である。

【図９】図８を用いて説明した設計手法による一設計例
である液晶パネルの要部構造を示す構成図である。

【図１０】図８を用いて説明した設計手法による他の設
計例である液晶パネルの要部構造を示す構成図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る画像投射表
示装置の全体構成を表す平面図である。

【図１２】図１１に示した画像投射表示装置における液
晶パネルの要部構造を表す断面図である。

【図１３】図１２に示した液晶パネルにおけるマイクロ
レンズの集光特性を説明するための説明図である。

【図１４】従来の液晶パネルの一構成例を表す断面図で
ある。

【図１５】従来の液晶パネルの他の構成例を表す断面図
である。

【符号の説明】

１０…画素基板，１２…ブラックマトリクス部，２０，
２０ａ…対向基板，２２，６０…マイクロレンズ，３０
…液晶層，６１…平坦部，２１０ａ，２１０ｂ，２１０
ｃ，２１０ｄ，２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂ…液晶パ
ネル，２１３，３１０…投射レンズ、１１１，３１１…
スクリーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA15 HA13 HA14 HA25 MA04 2H091 FA29Y FA35Y FB07 FC26 FD04 FD06 GA01 GA17 KA01 LA18 MA07 5C058 AA06 AB01 BA06 EA12 EA26

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一つの色光の各々に対応付け
   られて２次元的に配列された複数の画素電極と、 １つの画素電極または複数の色光に対応付けられた一群
   の画素電極毎に対向配置されると共に、各々が曲率の異
   なる複数のレンズ面または分割された複数のレンズ面を
   有する複数のマイクロレンズと、 前記画素電極に印加される画像信号に応じて、入射した
   色光を変調する光変調手段とを備えたことを特徴とする
   液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記複数のマイクロレンズの各々の中央
   部が平坦化されていることを特徴とする請求項１記載の
   液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記光変調手段は、液晶層によって構成
   され、 前記複数のマイクロレンズの平坦化された面は、前記液
   晶層側に配置されていることを特徴とする請求項２記載
   の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 複数の色光を生成する色光生成手段と、
   前記色光生成手段からの各色光に対して画像信号に応じ
   た光変調処理を行う少なくとも一つの光変調素子と、前
   記光変調素子で変調された各色光をスクリーン上に投射
   する投射手段とを備えた画像投射表示装置であって、 前記光変調素子は、 少なくとも一つの色光の各々に対応付けられて２次元的
   に配列された複数の画素電極と、 １つの画素電極または複数の色光に対応付けられた一群
   の画素電極毎に対向配置されると共に、各々が曲率の異
   なる複数のレンズ面または分割された複数のレンズ面を
   有する複数のマイクロレンズと、 前記画素電極に印加される画像信号に応じて、入射した
   色光を変調する光変調手段とを有することを特徴とする
   画像投射表示装置。
5. 【請求項５】 前記複数のマイクロレンズの各々の中央
   部が平坦化されていることを特徴とする請求項４記載の
   画像投射表示装置。
6. 【請求項６】 前記光変調手段は、液晶層によって構成
   され、 前記複数のマイクロレンズの平坦化された面は、前記液
   晶層側に配置されていることを特徴とする請求項５記載
   の画像投射表示装置。