JP2000298201A

JP2000298201A - マイクロレンズアレイ

Info

Publication number: JP2000298201A
Application number: JP11106558A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Hirota; 和英廣田; Masayuki Shinohara; 正幸篠原
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: JP4032555B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイの境界部分に生じただ
れ部等により、入射光が意図しない方向へ散乱され、迷
光となったり、混色の原因になったりするのを防止す
る。【解決手段】マイクロレンズアレイ７７を構成するマ
イクロレンズ７７ａの境界のうち、画素開口８０Ｒ、８
０Ｇ、８０Ｂの長辺方向と平行なレンズ境界８６に、プ
リズム状をした複数の偏向素子８８を設ける。画素開口
８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの長辺方向と平行なレンズ境界
８６に入射した緑色光Ｇ２は、レンズ境界８６のだれ部
によって当該レンズ境界８６に沿った方向と垂直な方向
へ散乱され、赤の画素開口８０Ｒや青の画素開口８０Ｂ
へ入射する恐れがあるが、同時にレンズ境界８６に設け
られた偏向素子８８によりレンズ境界８６に沿った方向
へ偏向させられ、ゲート配線上のブラックマトリクス領
域７９ａ上に集光させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロレンズアレ
イに関する。特に、液晶プロジェクタやディスプレイ用
の液晶表示装置などに用いられるマイクロレンズアレイ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルを用いたプロジェクタが
提供されているが、このような液晶プロジェクタには、
スクリーン前面に画像を投射してスクリーンの前面から
観賞するフロント方式のものと、スクリーン背面に画像
を投射してスクリーンの前面から観賞するリア方式のも
のとがある。

【０００３】（プロジェクタ用の液晶表示装置）図１
は、このようなフロント方式又はリア方式の液晶プロジ
ェクタ１の基本構成を示す図である。メタルハライドラ
ンプ等の光源２はリフレクタ（放物面鏡）３の焦点位置
に配置されており、光源２から出射された光束はリフレ
クタ３によって反射されることによって平行光束に変換
される。リフレクタ３の前方には、液晶表示装置７が配
置されている。この液晶表示装置７は、透過型液晶表示
パネル５の両面に偏光板４、６を設けたものである。そ
して、リフレクタ３で反射された平行光束が液晶表示装
置７を透過することにより画像が生成される。液晶表示
装置７で生成された画像は、投射レンズ８によりスクリ
ーン９上に結像される。

【０００４】上記液晶表示装置７としては、図２に示す
ように、輝度アップを目的としてマイクロレンズアレイ
１１を用いた画像表示装置が提案されている。この液晶
表示装置７は、液晶表示パネル５にマイクロレンズアレ
イ１１を対向させたものである。液晶表示パネル５は、
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を駆動する配線等が設けら
れたブラックマトリクス領域１２や透明電極等を形成さ
れたガラス基板１３と共通全面電極を形成されたガラス
基板１４との間に液晶材料１５を封止したものであっ
て、ブラックマトリクス領域１２によって囲まれた透明
電極の部分が画素開口１６となっており、マイクロレン
ズアレイ１１の各マイクロレンズ１７は液晶表示パネル
５の各画素開口１６に対向するように配置されている。

【０００５】マイクロレンズアレイを用いない液晶表示
装置の場合には、図３（ａ）に示すように、平行光束が
そのまま液晶表示パネル５に照射するので、ブラックマ
トリクス領域１２に照射された光はブラックマトリクス
領域１２で遮られ、光の利用効率が低下し、画像表示装
置の輝度が低下する。

【０００６】これに対し、図２のように液晶表示パネル
５の光入射側にマイクロレンズアレイ１１を配置した液
晶表示装置７では、図３（ｂ）に示すように、マイクロ
レンズアレイ１１に入射した光は各マイクロレンズ１７
によって各画素開口１６に集光され、液晶表示装置７に
入射した光がすべて画素開口１６を透過することにな
る。このため、マイクロレンズアレイ１１を用いること
によって光の利用効率を向上させることができ、明るい
画像を得ることができる。

【０００７】（単板式のカラー液晶表示装置）また、カ
ラー液晶プロジェクタには、図４に示すような単板式の
カラー液晶表示装置２１が用いられる。このカラー液晶
表示装置２１にあっては、ハロゲンランプ等の白色光源
２２に対して３枚のダイクロイックミラー２５Ｒ、２５
Ｇ、２５Ｂが互いにαだけ角度を異ならせて配置されて
いる。白色光源２２から出射された白色光Ｗは直接に、
あるいは反射鏡２３で反射された後、コリメートレンズ
２４によって平行光束に変換され、ダイクロイックミラ
ー２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂに入射する。ダイクロイック
ミラー２５Ｒは、入射光のうち緑色光Ｇ及び青色光Ｂを
透過させて赤色光Ｒだけを反射する。ダイクロイックミ
ラー２５Ｇは、ダイクロイックミラー２５Ｒを透過した
緑色光Ｇ及び青色光Ｂのうち、青色光Ｂを透過させて緑
色光Ｇだけを反射する。ダイクロイックミラー２５Ｂ
は、ダイクロイックミラー２５Ｒ及び２５Ｇを透過した
青色光Ｂを反射する。この結果、液晶表示パネル２７の
光入射側に配置されたマイクロレンズアレイ２６には、
緑色光Ｇが垂直入射し、赤色光Ｒ及び青色光Ｂが緑色光
Ｇに対して２αの角度をもって入射する。ここで、図５
に示すように、液晶表示パネル２７の赤、緑、青の３画
素（１絵素）に対して１つのマイクロレンズ３２を対応
させ、Ｌ＝ｆ・２α（ただし、Ｌは赤、緑、青の画素の
中心間距離、ｆはマイクロレンズの焦点距離）となるよ
うに設計しておけば、赤色光Ｒは赤色画素の画素開口３
１Ｒ内に集光され、緑色光Ｇは緑色画素の画素開口３１
Ｇ内に集光され、青色光Ｂは青色画素の画素開口３１Ｂ
内に集光され、赤色画像、緑色画像および青色画像の混
合画像としてカラー画像が生成される。

【０００８】こうして液晶表示パネル２７を透過した光
は、集光レンズ２８及び結像レンズ２９を透過した後、
スクリーン３０上に投影され、スクリーン３０上にカラ
ー画像が投影される。

【０００９】このように単板式カラー液晶表示装置２１
の場合にも、マイクロレンズアレイ２６を用いることに
より各色光を各画素開口内に集光させることができ、入
射光がブラックマトリクス領域で遮蔽されて光利用効率
が低下するのを防止でき、明るい画像を得ることができ
る。

【００１０】（光源の大きさによる最小スポット径の問
題）しかしながら、光源は理想的な点光源ではなく、有
限な大きさを有している。そのため、例えばマイクロレ
ンズアレイ２６に垂直入射する緑色光のみを考えると、
図６に示すようにマイクロレンズアレイ２６の各マイク
ロレンズ３２を透過した光は、実際には１点で収束しな
い。すなわち、図６において実線で示した光線３３ａは
光源の中心点から出てコリメート化された平行光束を示
し、１点鎖線で示した光線３３ｂ及び破線で示した光線
３３ｃは光源の端から出てコリメート化された平行光束
を示している。光源が大きさを有していると、反射鏡２
３やコリメートレンズ２４でコリメート化しても完全な
平行光束とならず、光束は図６に示すように有限な広が
り角Δθをもってマイクロレンズアレイ２６に入射す
る。このため液晶表示パネル２７に集光される光（集光
スポット）の最小スポット径Ｗは次の式で表わされ
る。ただし、ｆはマイクロレンズ３２の焦点距離（以
下、マイクロレンズアレイ２６の焦点距離ということが
ある）である。Ｗ＝２Δθ・ｆ …

【００１１】このため液晶表示装置の設計にあたって
は、最小スポット径Ｗが液晶表示パネル２７の画素開口
３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの大きさＰと同程度、あるいは
画素開口３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂの大きさＰよりわずか
に大きくなるように設計しており、光利用効率は光源光
の広がり角Δθに依存している。

【００１２】一方、液晶プロジェクタ用の液晶表示装
置、あるいはそれ以外の機器に用いられている液晶表示
装置では、近年しだいに高解像度化が進められており、
それに伴って画像表示パネルの画素数が増大し、各画素
が微細化している。また、液晶表示装置の量産性を高く
するため、液晶表示パネルの画面の小型化が進んでお
り、それに伴っても液晶表示パネルの画素が微細化して
いる。

【００１３】こうして液晶表示パネル２７の画素が微細
化し、画素開口３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂが小さくなって
くると、それに対応してマイクロレンズアレイ２６を通
過した光の最小スポット径Ｗも小さくしないと、図７に
示すように、ブラックマトリクス領域３４で光が遮られ
る割合が大きくなり、マイクロレンズアレイ２６の効果
が無くなり、画像が暗くなる。

【００１４】この場合、画像を明るくしようとして大き
な光源を用いると、その分だけ光源から出る光の広がり
角Δθも大きくなるので、効果が得られない。そのた
め、液晶表示パネル２７の画素の微細化に対しては、マ
イクロレンズアレイ２６の焦点距離を短くするしかない
（上記式参照）。

【００１５】マイクロレンズアレイに形成されるマイク
ロレンズは、入射側の曲率を大きくした方が球面収差の
少ないレンズとなるので、従来は図７に示したように液
晶表示パネル２７の封止基板（ガラス基板）３５の入射
面側にマイクロレンズ３２を形成していた。従って、マ
イクロレンズアレイ２６の焦点距離を短くしようとする
と、封止基板３５を薄くする必要があり、封止基板３５
が製造工程中に割れる恐れがあるため、マイクロレンズ
アレイ２６の焦点距離を短くするのに限界があった。

【００１６】ここでは、カラー液晶表示装置の緑色光に
ついて最小スポット径の問題を説明したが、これは赤色
光及び青色光でも同様に問題となる。

【００１７】（改良された従来例）そこで、上記のよう
な問題を踏まえて、図８に示すように２枚のガラス基板
４２、４３間にマイクロレンズアレイ４４を作り込んで
マイクロレンズアレイ基板４５とし、このマイクロレン
ズアレイ基板４５を液晶表示パネル４１の封止基板とし
て用いられるようになってきている。このマイクロレン
ズアレイ基板４５は、ガラス基板４２及び４３の間に屈
折率の異なる２層の透明樹脂層４６、４７を成形し、透
明樹脂層４６、４７の界面にマイクロレンズアレイ４４
を形成したものである。そして、このマイクロレンズア
レイ基板４５（ガラス基板４３）の上に透明電極やＴＦ
Ｔ等のブラックマトリクス領域４８を作製した後、透明
電極等を形成された別な封止基板４９との間に液晶材料
５０を封止して液晶表示パネル４１を製作している。

【００１８】図９（ａ）〜（ｄ）は上記のようなマイク
ロレンズアレイ基板４５の量産工程を示す概略断面図で
ある。マイクロレンズアレイ基板４５のマイクロレンズ
は、微細な曲率構造を有しているから、切削研磨加工法
により製作するのは困難である。そのためマイクロレン
ズアレイ基板４５は、いわゆる２Ｐ（Photo-Polymeriza
tion）法により製作される。図９（ａ）に符号５１で示
すものはスタンパ（金型）であって、スタンパ５１の上
面にはレンズパターン５２が形成されている。しかし
て、マイクロレンズアレイ基板４５を製造するには、ま
ずスタンパ５１の上に紫外線硬化樹脂５３（屈折率：
１.３５〜１.６０くらい）を供給し、その上から透明な
ガラス基板４３で押圧する。ガラス基板４３で押圧する
と、紫外線硬化樹脂５３はスタンパ５１とガラス基板４
３の間で押し広げられ、スタンパ５１のレンズパターン
５２内に充填される。このときガラス基板４３の押圧力
と紫外線硬化樹脂５３の供給量を調整することで、紫外
線硬化樹脂５３の厚みを数μｍ〜数１００μｍまで制御
することができる。

【００１９】ついで、図９（ｂ）に示すように、ガラス
基板４３を通して紫外線硬化樹脂５３に紫外線を照射す
ると、光硬化反応によって紫外線硬化樹脂５３が硬化
し、スタンパ５１のレンズパターン５２が紫外線硬化樹
脂５３に転写される。紫外線硬化樹脂５３が硬化する
と、紫外線硬化樹脂５３によって成形された透明樹脂層
４７をガラス基板４３と共にスタンパ５１から剥離す
る。

【００２０】この後、図９（ｃ）に示すように、ガラス
基板４２の上に先ほどの紫外線硬化樹脂５３と屈折率の
異なる紫外線硬化樹脂５４を供給し、下面に透明樹脂層
４７を成形されたガラス基板４３を紫外線硬化樹脂５４
の上に重ねて押圧する。ガラス基板４３を押圧すること
によって紫外線硬化樹脂５４を透明樹脂層４７とガラス
基板４２の間に押し広げた後、図９（ｄ）に示すよう
に、ガラス基板４２を通して紫外線硬化樹脂５４に紫外
線を照射し、紫外線硬化樹脂５４を硬化させることによ
り透明樹脂層４６を成形する。これにより、透明樹脂層
４６、４７の間にマイクロレンズアレイ４４が成形され
る。

【００２１】また、図１０（ａ）〜（ｄ）は上記スタン
パ５１の製造方法を示している。まず図１０（ａ）に示
すように、マイクロレンズアレイ４４のレンズパターン
を有する原盤５５を製作した後、銀等のスタンパ材５６
を原盤５５の表面に堆積させてスタンパ材５６で原盤５
５の表面を覆い、電鋳法によりスタンパ材５６の上にニ
ッケルを堆積させてスタンパ台５７を形成する。つい
で、原盤５５を剥離し、図１０（ｂ）に示すように、ス
タンパ材５６とスタンパ台５７からなる予備スタンパ５
８を得る。

【００２２】この後、図１０（ｃ）のように、予備スタ
ンパ５８を上下反転させ、再び予備スタンパ５８の上に
さらにスタンパ材料５９を堆積させ、予備スタンパ５８
の上に上記成形用スタンパ５１を成形する。この後、ス
タンパ５１を予備スタンパ５８から分離すると、図１０
（ｄ）に示すように、レンズパターン５２を有するスタ
ンパ５１が得られる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにして、原
盤５５の上に予備スタンパ５８のスタンパ材５６を成膜
するとき、触媒を用いた無電解メッキによる原盤表面の
導体化（メタライゼーション）についで、電解メッキに
よりスタンパ材５６を堆積させる。

【００２４】しかし、この電解メッキプロセスにおいて
は、図１１に示すように、原盤５５に形成されているレ
ンズパターン６０のうち谷の部分６０ａでは、いわゆる
エッジ効果が生じ、谷の部分６０ａにおけるスタンパ材
５６の堆積量が他の部分と比較して少ないか、全く堆積
しなくなる。これによりレンズパターン６０の谷の部分
６０ａではスタンパ材５６が堆積不良となり、スタンパ
材５６の頂点部分がシャープに成形されない。この結
果、スタンパ５１にも谷の部分や頂点の部分が丸みを帯
びただれ部となっていた。

【００２５】マイクロレンズアレイのレンズ形状が曲率
の小さなものである場合には、レンズ形状の間の谷の部
分が比較的浅くなるので、スタンパ５１もほぼシャープ
な形状に形成されるが、焦点距離の短いマイクロレンズ
アレイ基板を成形する場合には、レンズ形状の谷の部分
が深く、狭くなるので、スタンパ材５６が原盤５５に堆
積しにくく、スタンパ５１のだれ部が大きくなってい
た。

【００２６】こうしてだれ部の大きなスタンパ５１によ
ってマイクロレンズアレイ基板４５を成形すると、スタ
ンパ５１のだれ部もマイクロレンズアレイ４４に転写さ
れるので、成形されたマイクロレンズアレイ４４でも図
１２のようにマイクロレンズ間の境界にだれ部６１が生
じる。

【００２７】図１２に示すように、マイクロレンズアレ
イ基板４５に光（緑色光Ｇを図示）が入射したとき、レ
ンズ境界以外の領域では、入射光は対向する画素開口６
２Ｇに集光される。しかし、マイクロレンズアレイ４４
にだれ部６１が生じていると、レンズ境界領域に入射し
た光はだれ部６１によって散乱され、迷光となって他の
画素開口６２Ｒ、６２Ｂに入射する。この結果、画像が
ぼやけたり、輝度ばらつきが生じたりしてしまい、画像
品質が低下する。特に、単板式カラー液晶表示装置の場
合には、混色を生じるので、格段に画像が劣化する。し
かも、液晶プロジェクタに用いる場合には、液晶表示パ
ネル４１の画像がスクリーン上に拡大投影されるので、
だれ部６１による画像の劣化が目立ち易かった。

【００２８】また、屈折率分布型レンズ（後述する）を
用いたマイクロレンズアレイ基板では、光を集光させた
場合、球面収差のために一点に集光できず、マイクロレ
ンズの効率を落とすという問題があった。

【００２９】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、その目的とするところは、マ
イクロレンズアレイの境界部分におけるだれ部等によ
り、入射光が意図しない方向へ散乱されるのを防止する
ことにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のマイク
ロレンズアレイは、マイクロレンズを２次元的に配列し
たマイクロレンズアレイにおいて、前記マイクロレンズ
の少なくとも１つの境界付近に、マイクロレンズの配列
面に入射する光束を当該レンズ境界に沿った方向へ偏向
させる偏向手段を設けたことを特徴としている。

【００３１】請求項２に記載のマイクロレンズアレイ
は、請求項１に記載したマイクロレンズアレイにおける
前記偏向手段が、当該偏向手段が設けられているレンズ
境界と垂直な方向に一様なパターンによって構成されて
いることを特徴としている。

【００３２】請求項３に記載のマイクロレンズアレイ
は、請求項１に記載のマイクロレンズアレイにおける前
記偏向手段が、プリズムによって構成されていることを
特徴としている。

【００３３】請求項４に記載のマイクロレンズアレイ
は、請求項１に記載のマイクロレンズアレイにおける前
記偏向手段が、回折格子によって構成されていることを
特徴としている。

【００３４】

【作用】請求項１に記載のマイクロレンズアレイにあっ
ては、マイクロレンズを２次元的に配列したマイクロレ
ンズアレイにおいて、前記マイクロレンズの少なくとも
１つの境界付近に、マイクロレンズの配列面に入射する
光束を当該レンズ境界に沿った方向へ偏向させる偏向手
段を設けているから、マイクロレンズの境界領域に入射
した光をだれ部などによって散乱される方向と直交する
方向へ偏向させることができる。よって、マイクロレン
ズの境界領域に入射した光が意図しない方向へ散乱され
る場合でも、前記偏向手段によって意図しない方向へ散
乱される光を妨げにならない領域へ偏向させることがで
きる。

【００３５】請求項２に記載のマイクロレンズアレイに
あっては、請求項１に記載したマイクロレンズアレイに
おける前記偏向手段が、当該偏向手段が設けられている
レンズ境界と垂直な方向に一様なパターンによって構成
されているから、レンズ境界に入射した光を、レンズ境
界と垂直な方向に一様なパターンによる偏向作用を利用
してレンズ境界に沿った方向へ偏向させることができ
る。しかも、この偏向手段は、レンズ境界と垂直な方向
に一様なパターンとなっているから、偏向手段によって
レンズ境界と垂直な方向へは散乱されない。

【００３６】請求項３に記載のマイクロレンズアレイに
あっては、請求項１に記載のマイクロレンズアレイにお
ける前記偏向手段が、プリズムによって構成されている
から、レンズ境界に入射した光を当該プリズムによる屈
折作用を利用してレンズ境界に沿った方向へ偏向させる
ことができる。

【００３７】請求項４に記載のマイクロレンズアレイに
あっては、請求項１に記載のマイクロレンズアレイにお
ける前記偏向手段が、回折格子によって構成されている
から、レンズ境界に入射した光を当該回折格子による回
折作用を使用してレンズ境界に沿った方向へ偏向させる
ことができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１３は本発
明の一実施形態に係るマイクロレンズアレイを備えたカ
ラー液晶表示パネル７１の構造を示す一部破断した断面
図である。また、図１４はそのマイクロレンズアレイを
形成されたマイクロレンズアレイ基板７２と画素構造を
示す概略斜視図、図１５（ａ）は図１４のＸ−Ｘ線に沿
ったマイクロレンズアレイ基板７２の断面図である。こ
のマイクロレンズアレイ基板７２にあっては、２枚のガ
ラス基板７３、７４の間隙に２層の透明樹脂層７５、７
６が形成されている。マイクロレンズアレイ７７は透明
樹脂層７６の表面（あるいは、透明樹脂層７５及び７６
の界面）に形成されており、各透明樹脂層７５、７６の
屈折率をｎ１、ｎ２とするとき、ｎ１＜ｎ２となっている。例えば、図１５（ａ）に示す例では、厚
みＡ＝１０００μｍのガラス基板７３と厚みＢ＝２００
μｍのガラス基板７４の間に厚み合計がＣ＝２０μｍの
透明樹脂層７５、７６を形成している。

【００３９】このマイクロレンズアレイ基板７２は、液
晶表示パネル７１の一方の封止基板として用いられてお
り、光出射側の表面にＩＴＯ膜７８を形成し、その上に
ブラックマトリクス領域７９を形成し、ブラックマトリ
クス領域７９の開口に赤色光、緑色光、青色光を透過さ
せるための画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを形成して
いる。図１４に示す液晶表示パネル７１は単板式カラー
液晶表示装置に用いられるものであるから、マイクロレ
ンズアレイ７７は、赤、緑、青の３色の画素開口８０
Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂに対して１個のマイクロレンズ７７
ａが対向している。液晶表示パネル７１のもう一方の封
止基板（ガラス基板）８１には、画素電極８２とＴＦＴ
８３が形成されている。マイクロレンズアレイ基板７２
のブラックマトリクス領域７９を形成された面と封止基
板８１のＴＦＴ８３を形成された面とは互いに対向し、
周囲をスペーサ材８４により囲まれ、その間隙に液晶材
料８５が封止されている。

【００４０】マイクロレンズアレイ７７は凸レンズ状の
マイクロレンズ７７ａを整然と配列したもので、各マイ
クロレンズ７７ａは液晶表示パネル７１の１絵素（赤、
緑、青の３画素）と対向して配置されており、各マイク
ロレンズ７７ａは液晶表示パネル７１の絵素と同じ大き
さを有している。例えば、図１４に示す例では、各絵素
のサイズはＤ＝４５μｍ（赤、緑、青の各画素開口８０
Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂのサイズはｈ＝３０μｍ、ｉ＝１０
μｍ）となっており、マイクロレンズ７７ａのサイズも
Ｅ＝４５μｍとなっている。また、縦横に交差するブラ
ックマトリクス領域７９のうちでも、一般に、ゲート配
線上のブラックマトリクス領域７９ａは、信号配線上の
ブラックマトリクス領域７９ｂよりも幅が広く、図１４
に示す例では、ゲート配線上のブラックマトリクス領域
７９ａの幅はＦ＝１５μｍとなっており、信号配線上の
ブラックマトリクス領域７９ｂの幅はＧ＝５μｍとなっ
ている。

【００４１】マイクロレンズアレイ７７を構成するマイ
クロレンズ７７ａの境界のうち、画素開口８０Ｒ、８０
Ｇ、８０Ｂの長辺方向と平行なレンズ境界８６（すなわ
ち、信号配線上のブラックマトリクス領域７９ｂと平行
なレンズ境界）には、複数の偏向素子８８が設けられて
いる。各偏向素子８８は略プリズム状をしている。従っ
て、このレンズ境界８６に入射した光（例えば、緑色
光）は、図１６（ａ）に示すように、画素開口８０Ｇの
両側のブラックマトリクス領域７９ａに向けて偏向され
る。

【００４２】ここで、図１５（ｂ）に破線で示すように
偏向素子８８が単なるプリズム状であれば、図１６
（ｂ）に示すように、両側へ広がった光がブラックマト
リクス領域７９ａの幅よりも広くてブラックマトリクス
領域７９ａの外にはみ出す恐れがあるので、この実施形
態では、図１５（ｂ）に実線で示すように各偏向素子８
８の頂点をレンズ境界８６の中央から離れる方向へ向け
て偏心させている。従って、図１６（ａ）に示すよう
に、偏向素子８８の集光作用によってマイクロレンズア
レイ７７のレンズ境界８６を通過した光がブラックマト
リクス領域７９ａに集光される。

【００４３】ただし、図１５（ａ）に示すように、１個
のマイクロレンズ７７ａに対応するレンズ境界８６の両
端部（正確にいうと、ゲート配線上のブラックマトリク
ス領域７９ａと対向する領域）には、偏向素子８８は設
けられていない。このレンズ境界８６の両端部の領域で
は、レンズ境界８６のだれ部によりゲート配線方向と平
行な方向に散乱が生じてもゲート配線上の比較的幅の広
いブラックマトリスク領域７９ａ上へ散乱されるので、
偏向素子８８を設ける必要がないからである。

【００４４】また、画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの
短辺方向と平行なレンズ境界８７（すなわち、ゲート配
線上のブラックマトリクス領域７９ａと対向するレンズ
境界）に偏向素子８８を設けていないのは、このレンズ
境界８７におけるだれ部により入射光が散乱しても、信
号配線方向と平行な方向へ散乱されて他色の画素開口内
に光が入射する恐れが少ないからである。

【００４５】しかして、図１７に示すように、マイクロ
レンズアレイ７７のうち１個のマイクロレンズ７７ａに
入射する緑色光のみを考えると、マイクロレンズ７７ａ
の内部（レンズ境界８６、８７よりも内側）に入射した
緑色光Ｇ１は、マイクロレンズ７７ａにより集光されて
緑の画素開口８０Ｇに入射する。

【００４６】また、画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの
長辺方向と平行な（信号配線上のブラックマトリクス領
域７９ｂと平行な）レンズ境界８６に入射した緑色光Ｇ
２は、想像線（２点鎖線）で示したようにレンズ境界８
６のだれ部によって当該レンズ境界８６に沿った方向と
垂直な方向へ散乱され、赤の画素開口８０Ｒや青の画素
開口８０Ｂへ入射する恐れがあるが、同時に当該レンズ
境界８６に設けられた偏向素子８８により当該レンズ境
界８６に沿った方向へ偏向させられ、ゲート配線上のブ
ラックマトリクス領域７９ａ上に集光させられ、ブラッ
クマトリクス領域７９ａで吸収される。

【００４７】また、画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの
短辺方向と平行な（ゲート配線上のブラックマトリクス
領域７９ａと平行な）レンズ境界８７に入射した緑色光
Ｇ３は、レンズ境界８７のだれ部によって当該レンズ境
界８７に沿った方向と垂直な方向へ散乱されるが、この
緑色光Ｇ３はゲート配線上のブラックマトリクス領域７
９ａの方向と垂直な方向へ散乱され、幅の広いブラック
マトリクス領域７９ａで吸収される。レンズ境界８６及
び８７の交点に入射した緑色光Ｇ４は、マイクロレンズ
アレイ７７を直進してブラックマトリクス領域７９に入
射し、ブラックマトリクス領域７９に吸収される。

【００４８】なお、図示しないが、赤色光及び青色光に
ついても同様である。その結果、レンズ境界８６、８７
を通過した光が迷光となったり、混色を生じさせたりす
ることが無くなり、色分離性にすぐれたくっきりとした
画像を得ることができる。

【００４９】次に、上記マイクロレンズアレイ基板７２
の製造方法を説明する。図１８はマイクロレンズアレイ
基板７２を製造するためのスタンパを成形するための原
盤の製造手順を示す斜視図である。まず、図１８（ａ）
に示すように、ガラス基板９１の表面にポジ型のフォト
レジスト９２ａを塗布する。ついで、成形しようとする
マイクロレンズ母材９２のレンズ境界に相当する遮光部
分を有するマスク（ポジティブ型のフォトレジスト９２
ａの場合）を用い、各遮光部分がレンズ母材９２のレン
ズ境界に位置するようにしてマスクを位置決めしてフォ
トレジスト９２ａを露光する。

【００５０】マスクを通してフォトレジスト９２ａに露
光し、フォトレジスト９２ａを現像すると、図１８
（ｂ）に示すように、ガラス基板９１上にはフォトレジ
スト９２ａからなるレンズ母材９２が残る。この後、全
体をベーク（加熱）すると、レンズ母材９２が溶融し、
溶融したレンズ母材９２は表面張力によって図１８
（ｃ）にように表面が丸みを帯びる。

【００５１】ついで、図１８（ｄ）に示すように、いず
れか一方のレンズ配列方向のレンズ境界に電子ビーム
（ＥＢ）描画法により、偏向素子のパターン９３を付加
し、原盤９４を作製する。

【００５２】この後は、図示しないが、従来例（図１０
参照）においても説明したように、原盤９４からスタン
パを作製する。スタンパが作製されれば、従来のマイク
ロレンズアレイ基板と同様にして（図９参照）２Ｐ法に
よりマイクロレンズアレイ基板７２が量産される。

【００５３】（第２の実施形態）図１９は本発明の別な
実施形態によるマイクロレンズアレイ１０１を示す斜視
図である。この実施形態にあっては、マイクロレンズア
レイ１０１を構成するマイクロレンズ７７ａの境界のう
ち、画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの長辺方向と平行
なレンズ境界８６（信号配線上のブラックマトリクス領
域７９ｂと平行なレンズ境界）には、回折格子からなる
複数の偏向素子１０２が設けられている。従って、この
レンズ境界８６に入射した緑色光Ｇ６は、偏向素子１０
２によって回折され、その１次回折光は、レンズ境界８
６を含む面内で偏向される。

【００５４】しかして、この場合も、マイクロレンズア
レイ１０１の１個のマイクロレンズ７７ａに入射する緑
色光のみを考えると、マイクロレンズ７７ａの内部（レ
ンズ境界８６、８７よりも内側）に入射した緑色光Ｇ５
は、緑の画素開口８０Ｇに入射する。また、画素開口８
０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの長辺方向と平行な（信号配線上
のブラックマトリクス領域７９ｂと平行な）レンズ境界
８６に入射した緑色光Ｇ６は、当該レンズ境界８６に設
けられている偏向素子１０２により当該レンズ境界８６
に沿った方向へ偏向させられ、ゲート配線上のブラック
マトリクス領域７９ａ上に集光させられ、ブラックマト
リクス領域７９ａで吸収される。図示しないが、緑色光
及び青色光についても同様である。その結果、この実施
形態でも、レンズ境界８６を通過した光が迷光となった
り、混色を生じさせたりすることが無くなり、色分離性
にすぐれたくっきりとした画像を得ることができる。

【００５５】（第３の実施形態）図２０は屈折率分布型
レンズ１０７の配列からなるマイクロレンズアレイ１０
６を用いたものであって、各屈折率分布型レンズ１０７
の境界のうち、画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの長辺
方向と平行なレンズ境界８６（信号配線上のブラックマ
トリクス領域７９ｂと平行なレンズ境界）には、プリズ
ム状や回折格子状をした複数の偏向素子１０８が設けら
れている。従って、このレンズ境界８６に入射した光
は、偏向素子１０８によって、このレンズ境界８６と平
行な方向へ偏向される。

【００５６】屈折率分布型レンズ１０７は、屈折率の異
なる球殻状のレンズ層を同心状に積層したものであっ
て、例えばイオン交換法によって製作される。イオン交
換法は、ガラス板の表面の一点からイオンをガラス板内
に等方的に拡散して屈折率を局部的に変化させマイクロ
レンズを形成する方法である。イオン交換法におけるイ
オン拡散は、等方的に行なわれるため、ガラス板内に形
成されたマイクロレンズ（屈折率分布型レンズ１０７）
は球面形状を有している。このため光源光を集光した場
合、球面収差のために一点に集束できず、マイクロレン
ズの効率を落とすことになる。この傾向は液晶表示パネ
ルへの入射光の傾斜角が大きくなるに従って顕著にな
る。

【００５７】しかし、この実施形態では、屈折率分布型
レンズ１０７の内部（レンズ境界８６、８７よりも内
側）に入射した緑色光Ｇ７は、緑の画素開口８０Ｇに入
射する。また、画素開口８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの長辺
方向と平行な（信号配線上のブラックマトリクス領域７
９ｂと平行な）レンズ境界８６に入射した緑色光Ｇ８
は、当該レンズ境界８６に設けられている偏向素子１０
８により当該レンズ境界８６に沿った方向へ偏向させら
れ、ゲート配線上のブラックマトリクス領域７９ａ上に
集光させられ、ブラックマトリクス領域７９ａで吸収さ
れる。図示しないが、緑色光及び青色光についても同様
である。その結果、この実施形態でも、球面収差の大き
な縁部分を通過した光を画素開口外のブラックマトリク
ス領域７９ａへ偏向させて遮断することができ、レンズ
境界８６を通過した光が迷光となったり、混色を生じさ
せたりすることが無くなり、色分離性にすぐれたくっき
りとした画像を得ることができる。

【００５８】

【発明の効果】請求項１に記載のマイクロレンズアレイ
によれば、マイクロレンズを２次元的に配列したマイク
ロレンズアレイにおいて、前記マイクロレンズの少なく
とも１つの境界付近に、マイクロレンズの配列面に入射
する光束を当該レンズ境界に沿った方向へ偏向させる偏
向手段を設けているから、マイクロレンズの境界領域に
入射した光をだれ部などによって散乱され易い方向と直
交する方向へ偏向させることができる。

【００５９】よって、本発明のマイクロレンズアレイに
よれば、マイクロレンズの境界領域に入射した光が意図
しない方向へ散乱される場合でも、前記偏向手段によっ
て意図しない方向へ散乱される光をブラックマトリクス
領域等の妨げにならない領域（ブラックマトリクス領域
等）へ偏向させることができる。また、マイクロレンズ
の球面収差が顕著な場合には、マイクロレンズ周囲の収
差の大きな光をブラックマトリクス領域等へ偏向させる
ことによって遮断することができる。

【００６０】例えば、カラー液晶表示パネルにおいて画
素開口内へ光を集光させる用途に用いられている場合に
は、マイクロレンズの境界に入射する光をブラックマト
リクス領域へ偏向させることにより、マイクロレンズの
境界に入射した光が迷光となって他の画素開口へ入射
し、混色を起こしたりするのを防止することができる。

【００６１】請求項２に記載のマイクロレンズアレイに
よれば、請求項１に記載したマイクロレンズアレイにお
ける前記偏向手段が、当該偏向手段が設けられているレ
ンズ境界と垂直な方向に一様なパターンによって構成さ
れているから、レンズ境界に入射した光を、レンズ境界
と垂直な方向に一様なパターンによる偏向作用を利用し
てレンズ境界に沿った方向へ偏向させることができる。
しかも、この偏向手段は、レンズ境界と垂直な方向に一
様なパターンとなっているから、偏向手段によってレン
ズ境界と垂直な方向へは散乱されず、偏向手段により、
目的とする画素開口以外の画素開口へ光が偏向させられ
る恐れがない。

【００６２】請求項３に記載のマイクロレンズアレイに
よれば、請求項１に記載のマイクロレンズアレイにおけ
る前記偏向手段が、プリズムによって構成されているか
ら、レンズ境界に入射した光を当該プリズムによる屈折
作用を利用してレンズ境界に沿った方向へ偏向させるこ
とができる。

【００６３】請求項４に記載のマイクロレンズアレイに
よれば、請求項１に記載のマイクロレンズアレイにおけ
る前記偏向手段が、回折格子によって構成されているか
ら、レンズ境界に入射した光を当該回折格子による回折
作用を使用してレンズ境界に沿った方向へ偏向させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶プロジェクタの基本構成を示す図である。

【図２】マイクロレンズアレイを備えた液晶表示パネル
を示す一部破断した斜視図である。

【図３】（ａ）（ｂ）は図２のマイクロレンズアレイの
働きを説明するための図である。

【図４】単板式のカラー液晶表示装置の構成を示す概略
図である。

【図５】図４のカラー液晶表示装置におけるマイクロレ
ンズアレイの働きを説明する図である。

【図６】光源の大きさにより生じる有限な最小スポット
径を説明する図である。

【図７】マイクロレンズアレイを用いた液晶表示パネル
の問題点を説明する図である。

【図８】別な従来例による液晶表示パネルの一部を示す
断面図である。

【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は図８のマイクロレ
ンズアレイ基板の製造方法を示す概略断面図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は図９（ａ）で用
いたスタンパの製造方法を示す概略断面図である。

【図１１】原盤の上にスタンパ材とスタンパ台を堆積さ
せた状態を示す拡大断面図である。

【図１２】図８の液晶表示パネルに用いるマイクロレン
ズアレイ基板の問題点を説明する図である。

【図１３】本発明の一実施形態によるマイクロレンズア
レイ基板を用いた液晶表示パネルを示す一部破断した断
面図である。

【図１４】同上のマイクロレンズアレイ基板の構造と液
晶表示パネルの画素を示す一部破断した概略斜視図であ
る。

【図１５】（ａ）は図１４に示したマイクロレンズアレ
イ基板のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は（ａ）のレンズ断面
を説明するための図である。

【図１６】（ａ）（ｂ）は上記マイクロレンズアレイに
設けた偏向素子の作用を説明する図である。

【図１７】上記マイクロレンズアレイに入射した光が画
素開口ないしブラックマトリクス領域に集光される様子
を示す概略斜視図である。

【図１８】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同上のマイクロ
レンズアレイの成形に用いられる原盤の製造方法を示す
概略斜視図である。

【図１９】本発明の別な実施形態によるマイクロレンズ
アレイの一部を示す一部破断した拡大斜視図である。

【図２０】本発明のさらに別な実施形態によるマイクロ
レンズアレイの一部を示す一部破断した拡大斜視図であ
る。

【符号の説明】

７２マイクロレンズアレイ基板７３、７４ガラス基板７５、７６透明樹脂層７７マイクロレンズアレイ７７ａマイクロレンズ７９（７９ａ、７９ｂ）ブラックマトリクス領域８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ画素開口８６、８７レンズ境界８８偏向素子（プリズム）１０２偏向素子（回折格子）１０７屈折率分布型レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA13 EA15 EA18 HA25 MA01 MA03 2H091 FA14Z FA21Z FA26X FA26Z FA29Z FA35Y FA41Z FC10 FC19 FC22 FD04 5C058 EA26 5C060 DA04 GA02 GB10 HC01 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロレンズを２次元的に配列したマ
イクロレンズアレイにおいて、前記マイクロレンズの少なくとも１つの境界付近に、マ
イクロレンズの配列面に入射する光束を当該レンズ境界
に沿った方向へ偏向させる偏向手段を設けたことを特徴
とするマイクロレンズアレイ。
【請求項２】前記偏向手段は、当該偏向手段が設けら
れているレンズ境界と垂直な方向に一様な形状のパター
ンによって構成されていることを特徴とする、請求項１
に記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項３】前記偏向手段は、プリズムによって構成
されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイク
ロレンズアレイ。
【請求項４】前記偏向手段は、回折格子によって構成
されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイク
ロレンズアレイ。