JP2002182008A - 光学レンズシステム、画像表示装置、マイクロレンズアレイ、液晶表示素子および投影型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影モード型の画像表示装置としての液晶プ
ロジェクタにおいて明るい投影画像を得る。 【解決手段】 マイクロレンズ１１６が、レンズ曲面の
一方側を形成する接着剤１１３の屈折率をｎ１、他方側
を形成するベースガラス１１２の屈折率をｎ２（ｎ２＞
ｎ１）、光源からの光を屈折率ｎ２のベースガラス１１
２側から該マイクロレンズ１１６のレンズ曲面に入射し
た時の該レンズ曲面に対する面法線と、この面への入射
光とがなす角をθとし、該マイクロレンズ１１６の曲面
内のθの最大値をθmax として、以下の式（１）の関係
を満たす曲面を有しているとき、 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１ ・・・・・・・・
・・・・・（１） 上記光源からの光が屈折率ｎ１の接着剤１１３側から上
記マイクロレンズ１１６に入射されるように、マイクロ
レンズアレイ１０６が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源と、該光源か
らの光が入射される微小レンズが２次元に配列されたマ
イクロレンズアレイとを含む光学レンズシステムおよび
この光学レンズシステムを用いた画像表示装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、非発光型の画像表示素子を備え
た画像表示装置では、該画像表示素子の透過率（又は反
射率）を駆動信号（画像信号）によって変化させ、該画
像表示素子に照射される光源からの光の強度を変調して
画像や文字を表示するようになっている。

【０００３】このような画像表示装置としては、画像表
示素子上の画像や文字を直視する直視モード型の画像表
示装置と、該画像表示素子上の画像や文字を投影レンズ
によってスクリーン上に拡大投影したものを視る投影モ
ード型の画像表示装置とがある。

【０００４】また、画像表示装置に使用される画像表示
素子としては、液晶表示素子、エレクトロクロミック素
子、ＥＬ（electro luminescence）素子、ＰＤＰ（plas
ma display panel）などがあるが、中でも液晶表示素子
は、モニタ、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話な
どに幅広く利用されている。

【０００５】液晶表示素子は、マトリクス状に規則的に
配列された画素電極に画像信号に対応した駆動電圧をそ
れぞれに印加することによって、液晶の光学特性を変化
させ、画像や文字などを表示するようになっている。

【０００６】上記画素電極に独立した駆動電圧を印加す
る方式としては、単純マトリクス方式と、アクティブマ
トリクス方式とがある。

【０００７】これら駆動電圧の印加方式のうち、アクテ
ィブマトリクス方式では、液晶表示素子に対して、非線
形２端子素子としてＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子
や３端子素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子等
のスイッチング素子と、画素電極に駆動電圧を供給する
為の配線電極とを設ける必要がある。

【０００８】上記スイッチング素子は、強い光が入射さ
れると、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧印
加時に充電した電荷が放電されるだけでなく、該スイッ
チング素子や配線電極が形成された領域に存在する液晶
部分に、正規の駆動電圧が印加されず、本体の表示動作
が実行されないため、黒状態でも光が漏れてコントラス
ト比が低下するという問題が生じる。

【０００９】したがって、液晶表示素子が透過型である
場合には、上述した光が入射してはいけない領域に入射
する光を遮断するために、例えば図１１に示すように、
ＴＦＴ１５０１などのスイッチング素子および画素電極
が設けられたＴＦＴ基板上やＴＦＴ基板とは液晶層を挟
んで対向する対向基板上にブラックマトリクス１５０２
と称される遮光手段を設ける必要がある。

【００１０】このように、透過型の液晶表示素子では、
遮光性のあるスイッチング素子としてのＴＦＴ１５０
１、遮光性のある配線電極としてのゲートバスライン１
５０３およびソースバスライン１５０４に加えて遮光手
段としてのブラックマトリクス１５０２によって遮光さ
れるため、画素の区画中に占める有効な画素開口部の面
積、すなわち開口率が低下する。

【００１１】さらに、上述したスイッチング素子や配線
電極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある
程度以下の大きさで形成することは困難である。よっ
て、液晶表示素子の高精細化、小型化に伴って、画素電
極のピッチが小さくなるほど開口率がさらに低下する。

【００１２】このように開口率が小さくなると、液晶表
示素子を透過する光量が減少するため、投影モード型の
画像表示装置として、例えば液晶表示素子からなる小さ
な液晶パネルを大画面に拡大投影する液晶プロジェクタ
では、特に明るさ不足となるという問題が生じる。

【００１３】そこで、このような問題を解決する一つの
方法として、液晶表示素子の一つ一つの画素開口部に光
を集光し、該液晶表示素子の実効的な開口率を向上させ
るために、マイクロレンズを使用する方法が実用化され
ている。

【００１４】例えば、特開平４−６０５３８号公報に
は、扇形に配置されたダイクロイックミラーに白色光を
入射させ、ＲＧＢの各光束に分割し、液晶表示素子の光
源側に配置されているマイクロレンズにそれぞれの光を
異なる角度で入射させ、各色に対応する画素に光束を集
光する方式の単板式プロジェクタが開示されている。

【００１５】上述したマイクロレンズは、液晶表示素子
においては対向基板内にアレイ状に形成されるものが殆
どで、例えば図１２に示すように、２枚のガラス基板間
にサンドイッチされた構造をとり、ガラスと樹脂間又は
２種類の樹脂間で光を屈折させ、集光効果を得るように
なっている。

【００１６】このようなマイクロレンズアレイ（ＭＬ
Ａ）は、例えば図１３（ａ）〜（ｄ）または図１４
（ａ）〜（ｅ）に示すような方法で製造されている。

【００１７】先ず、図１３（ａ）では、ガラス基板上に
フォトレジストをパターニングし、その後熱だれさせ、
該ガラス基板表面にレンズ形状を形成する。次に、図１
３（ｂ）では、フォトレジストをドライエッチングし
て、該フォトレジストの形状をガラス基板表面に転写し
て、マイクロレンズ基板を得る。

【００１８】続いて、図１３（ｃ）に示すように、図１
３（ｂ）にて得られたマイクロレンズ基板のレンズ形成
側に接着剤によりカバーガラスを接着する。その後、図
１３（ｄ）に示すように、カバーガラス表面を所定の厚
さになるまで研磨して、液晶表示素子に使用されるマイ
クロレンズアレイが製造される。なお、このことは、特
開平６−２５０００２号公報に開示されている。

【００１９】また、他の製造方法としては、先ず、図１
４（ａ）に示すように、ガラス基板上にフォトレジスタ
をパターニングし、マスターを作成する。

【００２０】続いて、図１４（ｂ）に示すように、図１
４（ａ）で作成したマスターを使用して金属スタンパを
作成し、図１４（ｃ）に示すように、この金属スタンパ
でガラス基板上にマイクロレンズアレイ型を転写し、マ
イクロレンズ基板を作成する。

【００２１】次に、図１４（ｄ）に示すように、図１４
（ｃ）で作成されたマイクロレンズ基板のレンズ形成側
に接着剤によりカバーガラスを接着する。その後、図１
４（ｅ）に示すように、カバーガラス表面を所定の厚さ
になるまで研磨して、液晶表示素子に使用されるマイク
ロレンズアレイが製造される。

【００２２】また、直視モード型の画像表示装置では、
上述したマイクロレンズアレイを、例えば特開平１０−
３９１１８号公報に開示されているように、バックライ
トから出射された光を正面方向に屈折させて指向性を高
めるために使用したり、特開平９−４９９２５号公報に
開示されているように、液晶表示素子を透過した光を散
乱させることにより、該液晶表示素子の視角依存性を緩
和させるために使用したりしている。

【００２３】なお、特開平１０−３９１１８号公報で
は、マイクロレンズアレイを液晶表示素子の光入射側に
配置し、特開平９−４９９２５号公報では、マイクロレ
ンズアレイを液晶表示素子の光出射側にそれぞれ配置さ
れている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レンズは、
通常、屈折率の異なる媒質の界面で発生する屈折作用を
利用して光を集光するようになっている。

【００２５】つまり、光は、屈折率の高い物質から低い
物質へ入射するとき、両物質の界面の面法線に対する入
射角度が大きいと、界面を透過せず反射する。逆に、図
１５に示すように、光は、屈折率の低い物質から高い物
質へ入射するとき、両物質の界面の面法線に対する入射
角度が大きくても、界面を透過する。図１５において、
ｎ１，ｎ２（ｎ１＜ｎ２）は屈折率を示し、θ１は、屈
折率ｎ１の物質から界面への入射角度を示し、θ２は、
入射角度θ１で界面に入射された光が屈折率ｎ２の物質
内で屈折した屈折角度を示している。そして、ｎ１×ｓ
ｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２の関係を満たしている。

【００２６】上述のように、マイクロレンズアレイの多
くは、２枚のガラス間にサンドイッチされた形となるた
め、光の屈折はガラスと樹脂、または２層の樹脂間の界
面で発生することになる。

【００２７】上記マイクロレンズアレイは、投影モード
型の画像表示装置としての液晶プロジェクタに用いられ
た場合、光源からの光を画素開口部で集光させ、該画素
開口部を通過後、発散させ、投影レンズに入射させるよ
うになっている。

【００２８】ところが、従来の液晶プロジェクタでは、
投影レンズのＦ値が大きい（受光角が小さい）ため、マ
イクロレンズアレイの集光角が大きい（レンズの曲率半
径が小さい）と、画素開口部を通過した光のうち、投影
レンズの受光角よりも大きな発散角を有する光は、該投
影レンズにてカットされる。

【００２９】したがって、従来の液晶プロジェクタで
は、マイクロレンズアレイで画素開口部を通過する光と
投影レンズでカットされる光とのバランスを考え、トー
タルでスクリーンに到達する光量が最大値となるように
しているので、マイクロレンズアレイの各レンズの曲率
半径は比較的大きなものとなり、レンズ周辺部での全反
射は発生していなかった。

【００３０】そこで、上記投影レンズでカットされる光
を減少させるには、該投影レンズのＦ値を小さく（受光
角が大きく）することにより、マイクロレンズアレイの
集光角を大きくすることが考えられている。つまり、マ
イクロレンズアレイのレンズの曲率半径を小さくするこ
とが考えられている。

【００３１】一方、上述した液晶プロジェクタでは、液
晶表示素子に使用されているガラス基板として、石英ガ
ラスまたは日本電気硝子株式会社製のネオセラムが使用
され、その屈折率は、約１．４６〜１．５４である。ま
た、現在、ガラス基板間にマイクロレンズを挟み込んで
接着するための樹脂として、一般に入手できる樹脂の屈
折率は、約１．３８〜１．６の範囲である。

【００３２】このようなガラスと樹脂の屈折率と、レン
ズの曲率とを調整することにより、所望の焦点距離を有
するマイクロレンズアレイを実現している。

【００３３】また、光は、界面前後の屈折率差が大きい
ほど、屈折される角度が大きくなるが、上記硝子と樹脂
の組み合わせでは、屈折率差として、最大でも０．２程
度であるので、十分なレンズの集光性能を得ることがで
きない。したがって、レンズの集光性能を十分に得るた
めには、レンズ界面の曲率半径を小さく、すなわち屈折
界面での光の入射角度を大きくする必要がある。

【００３４】このように、マイクロレンズアレイのレン
ズの曲率半径を小さくすると、レンズの周辺ほど光の入
射角度が大きくなり、この入射角度がある値以上になる
と、上記したようにレンズ周辺部での光反射が発生し、
光がレンズ曲面を透過しない為、マイクロレンズの効果
が低下してしまう。このときの光がレンズ曲面で反射さ
れる条件は、図１６に示すようにレンズ曲面前後の媒質
の屈折率をｎ１，ｎ２（ｎ２＞ｎ１）、光の入射角をθ
としたときに、以下の式を満たす場合と考えられる。 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθ≧１ 例えば、０．９型ＸＧＡ（extended graphics array ）
パネル（画素ピッチ１８μｍ）で屈折率ｎ２が１．５４
のガラス基板と、屈折率ｎ１が１．３８の樹脂との界面
で光を屈折・集光するレンズを考えた場合、照明光の平
行度を±１０°とすると、曲率半径が約１５μｍ以下に
なるとレンズ周辺で光が反射され、マイクロレンズのレ
ンズ効果が低下するという問題が生じる。

【００３５】したがって、上記のようなマイクロレンズ
アレイを使用した場合、投影モード型の画像表示装置と
しての液晶プロジェクタでは、マイクロレンズアレイの
透過光量が少なくなるので、十分な明るさを得ることが
できないという問題が生じる。

【００３６】また、直視モード型の画像表示装置とし
て、例えばマイクロレンズアレイを、バックライトから
出射された光を正面方向に屈折させて指向性を高めるた
めに使用する液晶表示装置の場合には、上述のようにレ
ンズの周辺で光が反射するようなマイクロレンズアレイ
を使用すれば、光のロスが発生するだけでなく、光の指
向性を高める効果が弱くなるという問題が生じる。

【００３７】さらに、マイクロレンズアレイを、液晶表
示素子を透過した光を散乱させることにより、該液晶表
示素子の視角依存性を緩和させるために使用する液晶表
示装置の場合には、上述のようにレンズの周辺で光が反
射するようなマイクロレンズアレイを使用すれば、光の
ロスが発生するだけでなく、液晶表示素子の視角特性の
改善効果が弱くなるという問題が生じる。

【００３８】また、マイクロレンズで反射された光の中
には、マイクロレンズアレイを構成する基板表面などで
再度反射され、目的とする液晶表示素子の画素以外の画
素の開口部に入射する光が発生する。

【００３９】例えば液晶表示素子として白黒パネルを用
い、画素開口部へ対応する色の光を振り分けることによ
りカラー表示を行う方式の液晶表示装置の場合、上述し
たレンズ周辺部で反射した光は、少量であるが、上記液
晶表示素子の対応する色の画素だけでなく、異なる色に
対応している画素に入射されることになり、混色による
色純度の低下を招くという問題が生じる。

【００４０】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、光がレンズ周辺で反射さ
れる条件を満たしている曲面を有する微小レンズ（マイ
クロレンズ）からなるマイクロレンズアレイであって、
微小レンズ周辺における光の反射を無くすことで、マイ
クロレンズアレイを透過する光量を増加させてレンズ効
果を向上させ、この結果、このマイクロレンズアレイを
使用した投影モード型の画像表示装置としての液晶プロ
ジェクタにおいて明るい投影画像が得られると共に、混
色のない色純度の高い表示画像が得られ、また、このマ
イクロレンズアレイを使用した直視モード型の画像表示
装置としての液晶表示装置において光の指向性を高める
効果の向上や視角依存性の緩和が可能な光学レンズシス
テム、画像表示装置、マイクロレンズアレイ、液晶表示
素子および投影型液晶表示装置を提供することにある。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明の光学レンズシス
テムは、上記の課題を解決するために、光源と、該光源
からの光が入射される微小レンズが２次元に配列された
マイクロレンズアレイとを含む光学レンズシステムにお
いて、上記微小レンズが、レンズ曲面の一方側を形成す
る媒質の屈折率をｎ１、他方側を形成する媒質の屈折率
をｎ２（ｎ２＞ｎ１）、上記光源からの光を屈折率ｎ２
の媒質側から該微小レンズのレンズ曲面に入射した時の
該レンズ曲面に対する面法線と、この面への入射光とが
なす角をθとし、該微小レンズ曲面内でのθの最大値を
θmax として、以下の式（１）の関係を満たす曲面を有
しているとき、 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１ ・・・・・・・・・・・・・（１） 上記光源からの光が屈折率ｎ１の媒質側から上記微小レ
ンズに入射されるように、上記マイクロレンズアレイが
配置されていることを特徴としている。

【００４２】上記式（１）は、ｓｉｎθ≦１であるの
で、屈折率の高い媒質から低い媒質へ光が入射する時に
成立することが分かる。この場合、式（１）を満たす入
射角θを有する光が微小レンズに入射されると、光の入
射角θが大きいレンズ周辺部で光が反射されることにな
る。

【００４３】これに対して、光を屈折率の低い媒質から
高い媒質へ入射させた場合、上記式（１）の（ｎ２／ｎ
１）の項が（ｎ１／ｎ２）となり、微小レンズへの光の
入射角θが大きくなっても、レンズの光屈折面で反射さ
れることがない。

【００４４】これにより、微小レンズ周辺部での入射光
の反射を無くすことができるので、マイクロレンズアレ
イから出射される光量を増加させることができる。

【００４５】さらに、上記光源からの光を、赤、緑、青
の波長域の光に分離し、上記画像表示素子にそれぞれ異
なる角度で入射させる光分離手段を備え、上記マイクロ
レンズアレイは、上記光分離手段と上記画像表示素子と
の間に配置され、該画像表示素子の赤、緑、青の波長域
の光に対応する３つの画素のグループに該マイクロレン
ズアレイを構成する微小レンズの一つずつが対応するよ
うに形成されていてもよい。

【００４６】これにより、カラー画像を投影表示する投
影モード型の画像表示装置においても、明るいカラー表
示画像を得ることができる。

【００４７】したがって、上記構成の光学レンズシステ
ムのマイクロレンズアレイの光出射面側に、上記光源か
らの光を画像信号に応じて変調する画像表示素子が配置
されると共に、上記マイクロレンズアレイの各微小レン
ズが上記画像表示素子の各画素にそれぞれ対応するよう
に配置され、上記微小レンズは、上記光源からの光を上
記画像表示素子の対応する画素の開口部に集光させるよ
うにしてもよい。

【００４８】つまり、上記構成の光学レンズシステム
を、例えば投影型の画像表示装置の一つとして液晶プロ
ジェクションに用いてもよい。

【００４９】この場合、光源からの光を効率よく液晶表
示素子の画素に集光させ、実効的な開口率を向上させる
ことができるので、明るい投影画像を得ることができ
る。

【００５０】また、本発明のマイクロレンズアレイは、
第１の面上に、微小レンズとなる凸面を有するマイクロ
レンズ部が複数個形成されたマイクロレンズ支持基板
と、上記マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の
樹脂を介して、上記マイクロレンズ支持基板の第１面に
接着されたカバーガラスとからなり、上記マイクロレン
ズ支持基板は、第１面の反対側の面となる第２面が研磨
されて所定の厚みに成形されていてもよい。

【００５１】上記マイクロレンズ支持基板の厚みは、上
記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ
部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、また
は、小さくなるように設定されている。

【００５２】また、本発明のマイクロレンズアレイは、
マイクロレンズ部の屈折率をｎ３、樹脂の屈折率をｎ４
とし、上記マイクロレンズ支持基板の第２面の面の法線
と、上記マイクロレンズ部の凸面の法線とがなす角度の
最大値をθmax としたとき、以下の式（２）の関係を満
たしていることを特徴としている。

【００５３】 ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３ ・・・・・・・・・・・・・・・（２） この場合、上記式（２）を満たすように、マイクロレン
ズアレイが形成されていれば、前述のように、微小レン
ズの周辺での光反射を無くすことができるので、マイク
ロレンズアレイから出射される光量を増加させることが
できる。

【００５４】また、上記構成の光学レンズシステムの光
源とマイクロレンズアレイとの間に、画像表示素子とし
て液晶表示素子を配置した直視モード型の液晶表示装置
の場合、液晶表示素子から出射される光をより広範囲に
発散させることができるので、光のロスの発生をなくす
だけでなく、液晶表示素子の視角依存性の改善効果を強
くすることができる。

【００５５】さらに、上記構成の光学レンズシステムに
おいて、マイクロレンズアレイの光出射面側に液晶表示
素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の場合、光
源からの拡散光を効率よく平行光に変換することができ
るので、光のロスの発生をなくすだけでなく、光の指向
性を高める効果を向上させることができる。

【００５６】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、
本実施の形態では、本発明の光学レンズシステムを投影
モード型の画像表示装置としての投影型液晶表示装置に
用いた場合について説明する。

【００５７】本実施の形態に係る投影型液晶表示装置
は、図４に示すように、光源１０１、放物面鏡１０２、
フライアイレンズ１０３、フィールドレンズ１０４，１
０５、液晶表示パネル（液晶表示素子）１０７、投影レ
ンズ１０８を備えている。

【００５８】上記構成の投影型液晶表示装置に用いられ
る光源１０１としては、１２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍ
のPhilips 社製のＵＨＰランプを用いる。なお、光源１
０１としては、この他にハロゲンランプやキセノンラン
プ、メタルハライドランプを用いることができる。

【００５９】上記光源１０１からの光は、放物面鏡１０
２により略平行光にされた後、フライアイレンズ１０３
およびフィールドレンズ１０４，１０５を通過後、液晶
表示パネル１０７を通過し、該液晶表示パネル１０７上
の画像を投影レンズ１０８によりスクリーン１０９上に
拡大投影するようになっている。

【００６０】上記液晶表示パネル１０７は、光入射側か
ら偏光板１１０、マイクロレンズアレイ１０６、ＴＦＴ
基板１１５、偏光板１１１が順に配された構造となって
いる。なお、マイクロレンズアレイ１０６とＴＦＴ基板
１１５との間には、図示しない液晶層が介在されてい
る。

【００６１】上記光源１０１からの光は、フィールドレ
ンズ１０４、フィールドレンズ１０５により、平行度が
約±１５°の範囲内になるように調整された後、液晶表
示パネル１０７に入射される。このとき、液晶表示パネ
ル１０７の画素開口部には、マイクロレンズアレイ１０
６により入射光が集光される。

【００６２】したがって、上記放物面鏡１０２と、フラ
イアイレンズ１０３と、フィールドレンズ１０４，１０
５とにより、光源１０１からの光を、上記液晶表示パネ
ル１０７を構成するマイクロレンズアレイ１０６の後述
するカバーガラス１１４側から入射させる光入射手段が
構成されている。

【００６３】また、上記液晶表示パネル１０７として
は、０．９型のＸＧＡパネル（画ピッチ１８μｍ）を用
いている。なお、上記マイクロレンズアレイ１０６は、
後述する複数のマイクロレンズからなり、上記液晶表示
パネル１０７の画素の一つ一つに該マイクロレンズが対
応するように構成されている。

【００６４】上記液晶表示パネル１０７は、入射された
光を画像信号に合わせて変調するようになっており、変
調された光が投影レンズ１０８にてスクリーン１０９上
に拡大投影される。

【００６５】ここで、上記マイクロレンズアレイ１０６
について以下に詳細に説明する。

【００６６】上記マイクロレンズアレイ１０６は、図１
に示すように、マイクロレンズ支持基板としてのベース
ガラス１１２の第１面上に凸面を有する微小レンズとし
てのマイクロレンズ（マイクロレンズ部）１１６が複数
個形成され、このベースガラス１１２と、このマイクロ
レンズ１１６に対向するようにしてカバーガラス１１４
が樹脂からなる接着剤１１３によって接着された構造と
なっている。

【００６７】上記マイクロレンズアレイ１０６は、マイ
クロレンズ１１６が、接着剤１１３の屈折率をｎ１、ベ
ースガラス１１２の屈折率をｎ２とし、ｎ２＞ｎ１の関
係にある場合、つまり、マイクロレンズ１１６の曲率界
面の凸側の媒質（接着剤１１３）の屈折率ｎ１が凹側の
媒質（ベースガラス１１２）の屈折率ｎ２よりも小さい
場合、屈折率の高い媒質であるベースガラス１１２から
低い媒質である接着剤１１３に向かって光が入射される
ときに、該マイクロレンズ１１６のレンズ曲面に入射し
た時の該レンズ曲面に対する面法線と、この面への入射
光とがなす角をθとし、該マイクロレンズ１１６の曲面
内でのθの最大値をθmax としたとき、以下の式（１）
の関係 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１ ・・・・・・・・（１） を満たす曲面を有するように作成されている。

【００６８】なお、上記マイクロレンズアレイ１０６
は、図１７に示すように、マイクロレンズ部であるマイ
クロレンズ１１６の屈折率をｎ３、樹脂である接着剤１
１３の屈折率をｎ４とし、ベースガラス１１２の第２面
の面の法線と、上記マイクロレンズ１１６の凸面の法線
とがなす角度の最大値をθmax としたとき、以下の式
（２）の関係 ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３ ・・・・・・・・・・・・・・・（２） を満たすように作成してもよい。

【００６９】しかしながら、本実施の形態では、図１に
示すように、マイクロレンズアレイ１０６に入射する光
は、カバーガラス１１４を経て接着剤１１３に入射され
た後、さらにベースガラス１１２に入射されるようにな
っている。つまり、マイクロレンズ１１６に入射される
光は、まず、屈折率の低い媒質である接着剤１１３側か
ら、屈折率の高い媒質であるベースガラス１１２に向か
って光が入射されるようになっている。

【００７０】この場合、上記の式（１）の（ｎ２／ｎ
１）の項は、（ｎ１／ｎ２）に置き代わるので、マイク
ロレンズ１１６の周辺のようにレンズ曲面に対する面法
線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい場合
であっても、入射光をマイクロレンズ１１６の周辺で反
射させることなく透過させて、目的とする液晶の画素に
集光させることができる。

【００７１】つまり、上記光源１０１と、マイクロレン
ズアレイ１０６とで光学レンズシステムを構成してお
り、この光学レンズシステムにおいては、光源１０１か
らの光が屈折率ｎ１の媒質側となる接着剤１１３側から
マイクロレンズ１１６に入射されるように、上記マイク
ロレンズアレイ１０６が配置されていることになる。

【００７２】上記構成のマイクロレンズアレイ１０６
は、ベースガラス１１２が、図３（ａ）（ｂ）に示した
液晶表示パネル１０７のＴＦＴ基板１１５に対向する対
向基板としての機能を有するようになっている。そし
て、このベースガラス１１２には、図示しない透明導電
膜および配向膜が形成されており、この膜形成面に対向
して、アクティブマトリクス基板としてのＴＦＴ基板１
１５が液晶層（図示せず）を介して貼り合わされ、液晶
表示素子を構成している。

【００７３】つまり、本実施の形態に係る投影型液晶表
示装置は、上記マイクロレンズアレイ１０６を構成する
ベースガラス（マイクロレンズ支持基板）のマイクロレ
ンズ１１６が形成されていない面、すなわち第１面の反
対側の面である第２面に、少なくとも透明導電膜および
配向膜を形成し、該ベースガラス１１２を対向基板と
し、この対向基板にアクティブマトリクス基板としての
ＴＦＴ基板１１５を貼り合わせ、該両基板の間隙に液晶
材料を注入して形成した液晶表示素子としての液晶表示
パネル１０７を用いて、該液晶表示パネル１０７のカバ
ーガラス１１４側から光源１０１からの光を入射させ、
さらに上記液晶表示パネル１０７により変調された光を
スクリーン１０９に投影する投影手段としての投影レン
ズ１０８を備えた構成となる。

【００７４】上記ベースガラス１１２及びカバーガラス
１１４としては、日本電気硝子株式会社製のネオセラム
（屈折率ｎ２＝１．５４）を用いる。なお、ベースガラ
ス１１２およびカバーガラス１１４としては、この他に
石英ガラス、１７３７などを使用することが可能である
が、以下に示すおよびの要因で発生するマイクロレ
ンズとＴＦＴのピッチズレを防止する為、マイクロレン
ズ基板となるベースガラス１１２とＴＦＴ基板１１５と
の熱膨張係数が近いものを用いることが望ましい。

【００７５】 液晶表示パネル１０７の製造におい
て、ベースガラス１１２とＴＦＴ基板１１５とを貼り合
わせる際に、１００℃を超える温度を必要とする工程が
ある。

【００７６】 実際にプロジェクションでは高照度の
光が液晶表示パネル１０７に入射されるので、該液晶表
示パネル１０７の温度が上昇する。

【００７７】なお、本実施の形態で用いるベースガラス
１１２とカバーガラス１１４との間に介在する接着剤１
１３は、樹脂からなり、その屈折率ｎ１は約１．３８で
ある。

【００７８】上記の条件で、焦点距離約９０μｍのマイ
クロレンズアレイ１０６を作成したところ、マイクロレ
ンズ１１６の曲率半径が約１３μｍとなる。この曲率半
径のマイクロレンズ１１６に平行度が±１５°の光が入
射されると、図２に示すように、マイクロレンズ１１６
の周辺部（図中の網かけ部分）で入射光に対して、上述
の式（１）を満たすようになる。なお、上記周辺部は、
マイクロレンズ１１６の中心からおよそ±１０．５μｍ
以上のエリアである。

【００７９】ここで、上記マイクロレンズアレイ１０６
のベースガラス１１２側を最適な厚さ（約４５μｍ）に
なるまで研磨し、このベースガラス１１２側をＴＦＴ基
板１１５に貼り合わせたサンプル１と、逆にマイクロレ
ンズアレイ１０６のカバーガラス１１４側を上記サンプ
ル１と同条件となるように研磨し、このカバーガラス１
１４側をＴＦＴ基板１１５に貼り合わせたサンプル２と
を作成し、各サンプルのマイクロレンズアレイ１０６側
からＴＦＴ基板１１５に向かって略平行な光を入射させ
た場合の透過状態は、それぞれ図３（ａ）（ｂ）のよう
になる。

【００８０】図３（ａ）は、サンプル１における入射光
の透過状態を示しており、上述したように、マイクロレ
ンズアレイ１０６のマイクロレンズ１１６には、屈折率
の低い媒質である接着剤１１３側から、屈折率の高い媒
質であるベースガラス１１２に向かって光が入射される
ので、マイクロレンズ１１６の周辺のようにレンズ曲面
に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度
が大きい場合であっても、入射光はマイクロレンズ１１
６の周辺で反射することなく透過して目的とする液晶表
示素子の画素に集光される。

【００８１】一方、図３（ｂ）は、サンプル２における
入射光の透過状態を示しており、マイクロレンズアレイ
１０６のマイクロレンズ１１６には、屈折率の高い媒質
であるベースガラス１１２側から、屈折率の低い媒質で
ある接着剤１１３に向かって光が入射されるので、上記
した式（１）の関係がそのまま成り立つことになり、マ
イクロレンズ１１６の周辺のようにレンズ曲面に対する
面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい
場合には、入射光がマイクロレンズ１１６の周辺で反射
され、液晶表示素子の画素に集光される光量が減少す
る。

【００８２】図３（ａ）のサンプル１と図３（ｂ）のサ
ンプル２において、入射光量を同じとした場合、各サン
プルの出射光は、図３（ａ）のサンプル１の方が図３
（ｂ）のサンプル２と比べて、約１５％明るくなってい
る。

【００８３】したがって、図３（ａ）に示すような液晶
表示パネル１０７では、マイクロレンズアレイ１０６を
構成する各マイクロレンズ１１６の周辺部において光源
１０１からの入射光の反射がないので、該液晶表示パネ
ル１０７の液晶表示素子の目的とする画素に対して光を
集光させることができる。

【００８４】これにより、液晶表示パネル１０７の液晶
表示素子の画素の実効的な開口率を大きくすることがで
きるので、上記のような液晶表示パネル１０７を、図４
に示す投影型液晶表示装置に使用すれば、スクリーン１
０９上に投影される表示画像が明るくなり、表示品位の
向上を図ることができる。

【００８５】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施
の形態では、本発明の光学レンズシステムを投影モード
型の画像表示装置としての投影型液晶表示装置に用いた
場合について説明する。

【００８６】本実施の形態に係る投影型液晶表示装置
は、図５に示すように、光源２０１、楕円リフレクター
２０２、ガラスロッド２０３、集光レンズ２０４、コリ
メートレンズ２０５、液晶表示パネル２０７、投影レン
ズ２０８を備え、さらに、コリメートレンズ２０５と液
晶表示パネル２０７との間に光分離手段としてのダイク
ロイックミラー群２１７が設けられている。

【００８７】上記構成の投影型液晶表示装置に用いられ
る光源２０１としては、前記実施の形態１と同様に、１
２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍのPhilips 社製のＵＨＰラ
ンプを用いる。なお、光源２０１としては、この他にハ
ロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプ
を用いることができる。

【００８８】上記光源２０１からの光は、楕円リフレク
ター２０２によりガラスロッド２０３に集光される。こ
のガラスロッド２０３では、入射された光が内部で全反
射を繰り返し、その光出射面での光照度分布がほぼ均一
となっている。

【００８９】上記ガラスロッド２０３からの出射光は、
集光レンズ２０４、コリメートレンズ２０５を介して、
ダイクロイックミラー群２１７に入射される。

【００９０】上記ダイクロイックミラー群２１７は、光
をＲＧＢに分離して反射するために、コリメートレンズ
２０５の配設位置に近いほうから、Ｂ光のみを反射し、
Ｒ光およびＧ光を透過するダイクロイックミラー２１７
ａ、Ｒ光のみを反射し、Ｇ光を透過するダイクロイック
ミラー２１７ｂ、Ｇ光のみを反射するダイクロイックミ
ラー２１７ｃの３枚のダイクロイックミラーからなり、
それぞれ異なる角度でコリメートレンズ２０５からの入
射光を反射し、同一の液晶表示パネル２０７に入射させ
るようになっている。このとき、液晶表示パネル２０７
の表面には、集光レンズ２０４、コリメートレンズ２０
５を介して、ガラスロッド２０３の光出射面が結像され
ている。

【００９１】したがって、上記楕円リフレクター２０２
と、ガラスロッド２０３と、集光レンズ２０４と、コリ
メートレンズ２０５と、ダイクロイックミラー群２１７
とにより、光源２０１からの光を、上記液晶表示パネル
２０７を構成するマイクロレンズアレイ２０６の後述す
るカバーガラス２１４側から入射させる光入射手段が構
成されている。

【００９２】上記液晶表示パネル２０７としては、ＳＶ
ＧＡ（super video graphic array）（８００×３×６
００ドット）、画素ピッチ１３．５μｍ（Ｈ）×４０．
５μｍ（Ｖ）のものを用いる。

【００９３】液晶表示パネル２０７には、光の入射側に
複数のマイクロレンズ２１６…で構成されたマイクロレ
ンズアレイ２０６が設けられている。このマイクロレン
ズアレイ２０６は、ＲＧＢの３つの画素に１つのマイク
ロレンズ２１６が対応するのに形成されており、ダイク
ロイックミラー群２１７からの光を対応する画素の開口
部に集光させるようになっている。

【００９４】上記液晶表示パネル２０７は、入射された
光を画像信号に合わせて変調するようになっており、変
調された光が投影レンズ２０８にてスクリーン２０９上
に拡大投影される。

【００９５】上記液晶表示パネル２０７は、光入射側か
ら偏光板２１０、マイクロレンズアレイ２０６、ＴＦＴ
基板２１５、偏光板２１１が順に配された構造となって
いる。なお、マイクロレンズアレイ２０６とＴＦＴ基板
２１５との間には、図示しない液晶層が介在され、液晶
表示素子を構成している。

【００９６】ここで、上記マイクロレンズアレイ２０６
について以下に詳細に説明する。

【００９７】上記マイクロレンズアレイ２０６として
は、前記実施の形態１と同様の構成のものを用いる。つ
まり、マイクロレンズアレイ２０６としては、図７
（ａ）（ｂ）に示すように、透明基板としてのベースガ
ラス２１２上に微小レンズとしてのマイクロレンズ（凸
状部）２１６が形成され、このベースガラス２１２と、
このマイクロレンズ２１６に対向するようにしてカバー
ガラス２１４が樹脂からなる接着剤２１３によって接着
された構造となっているものを使用する。

【００９８】ここで、上記マイクロレンズアレイ２０６
は、マイクロレンズ２１６が、接着剤２１３の屈折率を
ｎ１、ベースガラス２１２の屈折率をｎ２とし、ｎ２＞
ｎ１の関係にある場合、つまり、マイクロレンズ２１６
の曲率界面の凸側の媒質（接着剤２１３）の屈折率ｎ１
が凹側の媒質（ベースガラス２１２）の屈折率ｎ２より
も小さい場合、屈折率の高い媒質から低い媒質に向かっ
て光が入射されるときに、該マイクロレンズ２１６のレ
ンズ曲面に入射した時の該レンズ曲面に対する面法線
と、この面への入射光とがなす角をθとし、該マイクロ
レンズ２１６の曲面内でのθの最大値をθmax としたと
き、以下の式（１）の関係 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１ ・・・・・・・・（１） を満たす曲面を有するように作成されている。

【００９９】具体的には、上記マイクロレンズアレイ２
０６としては、各マイクロレンズ２１６の焦点距離は１
７５μｍ、マイクロレンズ２１６と画素開口部間の距離
を２７０μｍ（空気中で１７５μｍに相当）に設定され
たものを使用する。

【０１００】上記構成のマイクロレンズアレイ２０６に
入射されるＲＧＢの各色光は、Ｒの色光の主光線の入射
角を基準にして、Ｇの色光およびＢの色光の主光線入射
角が約４．４°となるように設定されている。つまり、
液晶表示パネル２０７に入射される光の平行度は、±２
°（Ｈ）×４°（Ｖ）であり、この光が液晶表示パネル
２０７に入射されると、マイクロレンズ２１６の周辺領
域、すなわち図６において網かけ部で示した領域（マイ
クロレンズ２１６の中心から約±２４μｍ以上の領域）
で、該マイクロレンズ２１６は上述した式（１）を満た
すようになっている。

【０１０１】ここで、上記マイクロレンズアレイ２０６
のベースガラス２１２側を最適な厚さ（約２７０μｍ）
になるまで研磨し、このベースガラス２１２側をＴＦＴ
基板２１５に貼り合わせたサンプル３と、逆にマイクロ
レンズアレイ２０６のカバーガラス２１４側を上記サン
プル３と同条件となるように研磨し、このカバーガラス
２１４側をＴＦＴ基板２１５に貼り合わせたサンプル４
とを作成し、各サンプルのマイクロレンズアレイ２０６
側からＴＦＴ基板２１５に向かって略平行な光を入射さ
せた場合の透過状態は、それぞれ図７（ａ）（ｂ）のよ
うになる。

【０１０２】図７（ａ）は、サンプル３における入射光
の透過状態を示しており、上述したように、マイクロレ
ンズアレイ２０６のマイクロレンズ２１６には、屈折率
の低い媒質である接着剤２１３側から、屈折率の高い媒
質であるベースガラス２１２に向かって光が入射される
ので、マイクロレンズ２１６の周辺のようにレンズ曲面
に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度
が大きい場合であっても、入射光はマイクロレンズ２１
６の周辺で反射することなく透過して目的とする液晶表
示素子の画素に集光される。

【０１０３】一方、図７（ｂ）は、サンプル４における
入射光の透過状態を示しており、マイクロレンズアレイ
２０６のマイクロレンズ２１６には、屈折率の高い媒質
であるベースガラス２１２側から、屈折率の低い媒質で
ある接着剤２１３に向かって光が入射されるので、上記
した式（１）の関係がそのまま成り立つことになり、マ
イクロレンズ２１６の周辺のようにレンズ曲面に対する
面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい
場合には、入射光がマイクロレンズ２１６の周辺で反射
され、液晶表示素子の画素に集光される光量が減少す
る。

【０１０４】図７（ａ）のサンプル３と図７（ｂ）のサ
ンプル４において、入射光量を同じとした場合、各サン
プルの出射光は、図７（ａ）のサンプル３の方が図７
（ｂ）のサンプル４と比べて、約１５％明るくなってい
る。

【０１０５】したがって、図７（ａ）に示すような液晶
表示パネル２０７では、マイクロレンズアレイ２０６を
構成する各マイクロレンズ２１６の周辺部において光源
２０１からの入射光の反射がないので、該液晶表示パネ
ル２０７の目的とする画素に対して光を集光させること
ができる。

【０１０６】これにより、液晶表示パネル２０７の液晶
表示素子の画素の実効的な開口率を大きくすることがで
きるので、上記のような液晶表示パネル２０７を、図５
に示す投影型液晶表示装置に使用すれば、スクリーン２
０９上に投影される表示画像が明るくなり、表示品位の
向上を図ることができる。

【０１０７】また、図７（ｂ）に示すサンプル４では、
マイクロレンズ２１６の周辺（図６の網かけ部）で入射
光が反射され、この反射光（図７（ｂ）のαの光）が再
度ガラス表面（カバーガラス２１４）などで反射され
（図７（ｂ）のα’の光）、対応する色の画素ではなく
異なる画素に入射され、色純度低下の原因となってい
る。

【０１０８】これに対して、図７（ａ）に示すサンプル
３では、マイクロレンズ２１６の周辺での入射光の反射
がないので、目的とする画素に入射される光がマイクロ
レンズ２１６の周辺で反射されて他の画素に入射される
虞がない。よって、色純度を低下させる有害光を大幅に
低減でき、色再現範囲を拡げることができるので、色再
現性をより忠実なものとし、表示画像の表示品位を大幅
に向上させることができる。

【０１０９】なお、本実施の形態２では、カラー画像を
表示するために、一つの液晶表示パネル２０７にてＲＧ
Ｂの各画素を有する単板式の投影型液晶表示装置の例に
ついて説明したが、これに限定されず、前記実施の形態
１の図４で示した投影型液晶表示装置に色分離・合成光
学系を加え、液晶表示パネルを複数枚使用して、カラー
画像を表示する投影型液晶表示装置、例えばＲＧＢの各
色に対応した３枚の液晶表示パネルを備えた３板式の投
影型液晶表示装置にも適用可能である。

【０１１０】このような３板式の投影型液晶表示装置と
しては、例えば図８に示すように、ＲＧＢの３つの光に
対応して液晶表示パネル１０７Ｒ、液晶表示パネル１０
７Ｇ、液晶表示パネル１０７Ｂが配され、それぞれの光
入射面側には、フィールドレンズ１０５が配され、さら
に、フィールドレンズ１０４と各フィールドレンズ１０
５との間には、光源１０１からの光をＲＧＢに分離する
ための光分離手段としての複数のダイクロイックミラー
１１７ａ〜１１７ｅが配され、上記の液晶表示パネル１
０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂからそれぞれ変調された光
を合成して投影レンズ１０８に出射する合成光学系１１
８が配された構成となったものが考えられる。

【０１１１】上記構成の３板式の投影型液晶表示装置に
おいても、液晶表示パネル１０７Ｒ、液晶表示パネル１
０７Ｇ、液晶表示パネル１０７Ｂのそれぞれには、図１
に示したマイクロレンズアレイ１０６が、図３（ａ）に
示すように配置されている。

【０１１２】これにより、各液晶パネルからの出射光
は、光量の低減がなく合成光学系１１８に入射されるの
で、投影レンズ１０８を通した投影画像は明るいものと
なる。

【０１１３】また、本実施の形態１で使用したマイクロ
レンズアレイ１０６、本実施の形態２で使用したマイク
ロレンズアレイ２０６は、本発明を適用するうえでの一
例であり、例えば、ガラス間に屈折率の異なる２種類の
樹脂をサンドイッチし、この界面にマイクロレンズを構
成したものであってもよい。

【０１１４】上記実施の形態１及び２では、ベースガラ
ス１１２及び２１２上に凸形状のマイクロレンズを形成
し、このマイクロレンズを形成している部材より低い屈
折率の樹脂を介してカバーガラス１１４及び２１４を貼
り合わせたが、特開平８−２９５５８３号公報に開示さ
れているように、例えば図１８に示すように、ベースガ
ラスに凹形状のマイクロレンズを形成し、マイクロレン
ズを形成している部材よりも高い屈折率を有する樹脂を
介してカバーガラスを貼り合わせる構成としても構わな
い。

【０１１５】また、マイクロレンズを形成している部材
は、必ずしもベースガラス自体である必要はなく、ベー
スガラス上に樹脂を成形して作成してもよい。

【０１１６】また、マイクロレンズ基板（ベースガラス
１１２，２１２）のＴＦＴ側（ＴＦＴ基板１１５，２１
５）のガラス厚みやマイクロレンズ１１６，２１６の焦
点距離は、使用するパネル（液晶表示パネル１０７，２
０７）の仕様や該パネルへの入射光の平行度により、そ
の最適な値は異なる。

【０１１７】また、本実施の形態１，２では、投影型液
晶表示装置について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、直視型液晶表示装置についても適用
できる。

【０１１８】例えば図９に示すようなバックライト３０
１の指向性向上の為にマイクロレンズアレイ１０６を用
いる直視型液晶表示装置や、図１０に示すような視角拡
大の為にマイクロレンズアレイ１０６を用いる直視型液
晶表示装置について、本発明を適用できる。

【０１１９】図９に示す直視型液晶表示装置では、光源
としてのバックライト３０１と、該バックライト３０１
の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ１０６と
で構成される光学レンズシステム３０２を有し、この光
学レンズシステム３０２からの出射光は、図示しない液
晶表示パネルに入射される。

【０１２０】上記光学レンズシステム３０２では、バッ
クライト３０１から出射される発散光をマイクロレンズ
アレイ１０６で正面方向に屈折させることで、光のロス
がなく、光の指向性を高める効果を強くすることができ
る。また、マイクロレンズアレイ１０６のマイクロレン
ズ１１６の周辺で光の反射が生じないので、該マイクロ
レンズ１１６を透過する光が増え、この光学レンズシス
テム３０２から液晶表示パネル（図示せず）への入射光
の光量が増加する。

【０１２１】さらに、マイクロレンズアレイ１０６によ
りバックライト３０１からの拡散光を効率よく平行光に
変換することができるので、該マイクロレンズアレイ１
０６からの出射光の指向性を向上させることができる。

【０１２２】よって、図９に示す直視型液晶表示装置
は、光学レンズシステム３０２からの光のロスの発生を
なくし、光の指向性の高める効果を大幅に向上させるこ
とができ、この結果、明るい画像表示を行うことが可能
となる。

【０１２３】また、図１０に示す直視型液晶表示装置
は、光源としてのバックライト３０１と、該バックライ
ト３０１の光出射側にマイクロレンズアレイ１０６が配
置され、このマイクロレンズアレイ１０６とバックライ
ト３０１との間に液晶表示素子３０３が配置された構造
となっている。この場合においても上記バックライト３
０１とマイクロレンズアレイ１０６とで光学レンズシス
テム３０２を構成している。

【０１２４】つまり、光学レンズシステム３０２を構成
するバックライト３０１とマイクロレンズアレイ１０６
との間に、画像表示素子として液晶表示素子３０３を配
置したことになる。この場合、マイクロレンズアレイ１
０６により、液晶表示素子から出射される光をより広範
囲に発散させることができる。

【０１２５】したがって、液晶表示素子３０３からの出
射光を、マイクロレンズ１１６の周辺で反射させること
なく、マイクロレンズアレイ１０６から出射して拡散さ
せることができるので、マイクロレンズアレイ１０６の
正面方向に十分に光を散乱させることができ、この結
果、視角を拡げることができる。

【０１２６】これにより、液晶表示パネルの視角によら
ず、画像を良好に見ることができる。つまり、液晶表示
パネルが通常有している表示特性のうち、視角依存性の
改善効果を強くすることができる。

【０１２７】さらに、本実施の形態１，２では、マイク
ロレンズアレイ１０６，２０６において、球面のマイク
ロレンズ１１６，２１６を用いたが、これに限定される
ものではなく、光を屈折する形状であれば、非球面形状
や角錐形状などのレンズを用いてもよい。

【０１２８】また、マイクロレンズアレイ１０６は、以
下に示すようにして作成することができる。

【０１２９】例えばマイクロレンズアレイは、マイクロ
レンズ支持基板の第１面に複数の凸又は凹面を有するマ
イクロレンズ部が形成され、該マイクロレンズ部の屈折
率よりも低い屈折率の樹脂（接着樹脂）を介してカバー
ガラスが接着されてなるマイクロレンズアレイにおい
て、該カバーガラスの接着後、該マイクロレンズ支持基
板の第２面（該マイクロレンズ部が形成されていない側
の面）を所定の厚さに研磨する。

【０１３０】また、上記マイクロレンズ支持基板として
のカバーガラスの厚みは、上記マイクロレンズ部のレン
ズ表面から該マイクロレンズ部で集光された光の光焦光
点までの距離と同じか、または、小さくなるように設定
されている。

【０１３１】なお、上記マイクロレンズアレイに入射し
た光は、マイクロレンズ部（微小レンズ）によって集光
されるが、必ずしも一点には収束せず、有限のビーム径
を有する。本発明において、マイクロレンズ部で集光さ
れた光のビーム径が最も小さくなる点を上記光集光点と
称している。

【０１３２】

【発明の効果】本発明の光学レンズシステムは、以上の
ように、光源と、該光源からの光が入射される微小レン
ズが２次元に配列されたマイクロレンズアレイとを含む
光学レンズシステムにおいて、上記微小レンズが、レン
ズ曲面の一方側を形成する媒質の屈折率をｎ１、他方側
を形成する媒質の屈折率をｎ２（ｎ２＞ｎ１）、上記光
源からの光を屈折率ｎ２の媒質側から該微小レンズのレ
ンズ曲面に入射した時の該レンズ曲面に対する面法線
と、この面への入射光とがなす角をθとし、該微小レン
ズの曲面内でのθの最大値をθmax として、以下の式
（１）を満たす曲面を有しているとき、 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１ ・・・・・・・・・・・・・（１） 上記光源からの光が屈折率ｎ１の媒質側から上記微小レ
ンズに入射されるように、上記マイクロレンズアレイが
配置されている構成である。

【０１３３】以上のように、微小レンズ周辺部での入射
光の反射を無くすことができるので、マイクロレンズア
レイから出射される光量を増加させることができるとい
う効果を奏する。

【０１３４】したがって、上記構成の光学レンズシステ
ムのマイクロレンズアレイの光出射面側に、上記光源か
らの光を画像信号に応じて変調する画像表示素子が配置
されると共に、上記マイクロレンズアレイの各微小レン
ズが上記画像表示素子の各画素にそれぞれ対応するよう
に配置され、上記微小レンズは、上記光源からの光を上
記画像表示素子の対応する画素の開口部に集光させるよ
うにしてもよい。

【０１３５】つまり、上記構成の光学レンズシステム
を、例えば投影型の画像表示装置の一つとして液晶プロ
ジェクションに用いてもよい。

【０１３６】この場合、光源からの光を効率よく液晶表
示素子の画素に集光させ、実効的な開口率を向上させる
ことができるので、明るい投影画像を得ることができる
という効果を奏する。

【０１３７】また、本発明のマイクロレンズアレイは、
第１の面上に、微小レンズとなる凸面を有するマイクロ
レンズ部が複数個形成されたマイクロレンズ支持基板
と、上記マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の
樹脂を介して、上記マイクロレンズ支持基板の第１面に
接着されたカバーガラスとからなり、上記マイクロレン
ズ支持基板は、第１面の反対側の面となる第２面が研磨
されて所定の厚みに成形されていてもよい。

【０１３８】上記マイクロレンズ支持基板の厚みは、上
記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ
部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、また
は、小さくなるように設定されている。

【０１３９】また、本発明のマイクロレンズアレイは、
マイクロレンズ部の屈折率をｎ３、樹脂の屈折率をｎ４
とし、上記マイクロレンズ支持基板の第２面の面の法線
と、上記マイクロレンズ部の凸面の法線とがなす角度の
最大値をθmax としたとき、以下の式（２）の関係 ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３ ・・・・・・・・・・・・・・・（２） を満たしている構成である。

【０１４０】この場合、上記式（２）を満たすように、
マイクロレンズアレイが形成されていれば、前述のよう
に、微小レンズの周辺での光反射を無くすことができる
ので、マイクロレンズアレイから出射される光量を増加
させることができるという効果を奏する。

【０１４１】また、本発明の光学レンズシステムの光源
とマイクロレンズアレイとの間に、画像表示素子として
液晶表示素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の
場合、液晶表示素子から出射される光をより広範囲に発
散させることができるので、光のロスの発生をなくすだ
けでなく、液晶表示素子の視角依存性の改善効果を強く
することができるという効果を奏する。

【０１４２】さらに、上記発明の光学レンズシステムに
おいて、マイクロレンズアレイの光出射面側に液晶表示
素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の場合、光
源からの拡散光を効率よく平行光に変換することができ
るので、光のロスの発生をなくすだけでなく、光の指向
性を高める効果を向上させることができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学レンズシステムを構成するマイク
ロレンズアレイの概略構成図である。

【図２】図１に示すマイクロレンズアレイの正面図であ
る。

【図３】液晶表示パネルの概略構成図であって、（ａ）
はマイクロレンズアレイ内の屈折率の低い媒質から高い
媒質に向かって光を照射するように構成された液晶表示
パネルの概略構成図であり、（ｂ）はマイクロレンズア
レイ内の屈折率の高い媒質から低い媒質に向かって光を
照射するように構成された液晶表示パネルの概略構成図
である。

【図４】本発明の画像表示装置の一例を示したものであ
って、図３（ａ）に示す液晶表示パネルを用いた投影型
液晶表示装置の概略構成図である。

【図５】本発明の画像表示装置の他の例を示した投影型
液晶表示装置の概略構成図である。

【図６】図５の投影型液晶表示装置に用いられているマ
イクロレンズアレイの正面図である。

【図７】液晶表示パネルの概略構成図であって、（ａ）
はマイクロレンズアレイ内の屈折率の低い媒質から高い
媒質に向かって光を照射するように構成された液晶表示
パネルの概略構成図であり、（ｂ）はマイクロレンズア
レイ内の屈折率の高い媒質から低い媒質に向かって光を
照射するように構成された液晶表示パネルの概略構成図
である。

【図８】本発明の画像表示装置のさらに他の例を示す３
板式の投影型液晶表示装置の概略構成図である。

【図９】本発明の画像表示装置のさらに他の例を示す説
明図である。

【図１０】本発明の画像表示装置のさらに他の例を示す
説明図である。

【図１１】液晶表示素子の画素部の説明図である。

【図１２】従来のマイクロレンズの概略構成図である。

【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、従来のマイクロレンズの
製造工程を示す説明図である。

【図１４】（ａ）〜（ｅ）は、従来のマイクロレンズの
製造工程を示す説明図である。

【図１５】光の界面における屈折の状態を示す説明図で
ある。

【図１６】マイクロレンズ周辺部で発生する光反射が生
じる状態を示す説明図である。

【図１７】本発明の他の光学レンズシステムを構成する
マイクロレンズアレイの概略構成図である。

【図１８】本発明のさらに他の光学レンズシステムを構
成するマイクロレンズアレイの概略構成図である。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０６ マイクロレンズアレイ １０７ 液晶表示パネル １０８ 投影レンズ（投影手段） １１２ ベースガラス（マイクロレンズ支持基板，対向
基板） １１３ 接着剤（媒質，樹脂） １１４ カバーガラス １１５ ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板） １１６ マイクロレンズ（微小レンズ，マイクロレンズ
部） ２０６ マイクロレンズアレイ ２０７ 液晶表示パネル ２０８ 投影レンズ（投影手段） ２１２ ベースガラス（マイクロレンズ支持基板，対向
基板） ２１３ 接着剤（媒質） ２１４ カバーガラス ２１５ ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板） ２１６ マイクロレンズ（微小レンズ，マイクロレンズ
部） ２１７ ダイクロイックミラー群（光分離手段） ３０１ バックライト（光源） ３０２ 光学レンズシステム ３０３ 液晶表示素子（画像表示素子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｈ０４Ｎ 5/66 Ｈ０４Ｎ 5/66 Ｚ 9/12 9/12 Ｚ (72)発明者 浜田 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA15 HA13 HA24 HA25 HA28 2H091 FA05Z FA26X FA29X FA41Z GA13 LA15 LA17 LA19 5C058 AA06 AA11 AA12 AB01 BA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、該光源からの光が入射される微小
   レンズが２次元に配列されたマイクロレンズアレイとを
   含む光学レンズシステムにおいて、 上記微小レンズが、レンズ曲面の一方側を形成する媒質
   の屈折率をｎ１、他方側を形成する媒質の屈折率をｎ２
   （ｎ２＞ｎ１）、上記光源からの光を屈折率ｎ２の媒質
   側から該微小レンズのレンズ曲面に入射した時の該レン
   ズ曲面に対する面法線と、この面への入射光とがなす角
   をθとし、該微小レンズ曲面内でのθの最大値をθmax
   として、以下の式（１）の関係を満たす曲面を有してい
   るとき、 （ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１ ・・・・・・・・・・・・・（１） 上記光源からの光が屈折率ｎ１の媒質側から上記微小レ
   ンズに入射されるように、上記マイクロレンズアレイが
   配置されていることを特徴とする光学レンズシステム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光学レンズシステムを構
   成するマイクロレンズアレイの光出射面側に、該マイク
   ロレンズアレイから出射される光を画像信号に応じて変
   調する画像表示素子が配置されると共に、上記マイクロ
   レンズアレイの各微小レンズが上記画像表示素子の各画
   素にそれぞれ対応するように配置され、 上記微小レンズは、上記光源からの光を上記画像表示素
   子の対応する画素の開口部に集光させることを特徴とす
   る画像表示装置。
3. 【請求項３】上記光源からの光を、赤、緑、青の波長域
   の光に分離し、上記画像表示素子にそれぞれ異なる角度
   で入射させる光分離手段を備え、 上記マイクロレンズアレイが上記光分離手段と上記画像
   表示素子との間に配置され、該画像表示素子の赤、緑、
   青の波長域の光に対応する３つの画素のグループに該マ
   イクロレンズアレイを構成する微小レンズの一つずつが
   対応していることを特徴とする請求項２記載の画像表示
   装置。
4. 【請求項４】第１面上に、微小レンズとなる凸面を有す
   るマイクロレンズ部が複数個形成されたマイクロレンズ
   支持基板と、 上記マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の樹脂
   を介して、上記マイクロレンズ支持基板の第１面に接着
   されたカバーガラスとからなり、 上記マイクロレンズ支持基板は、第１面の反対側の面と
   なる第２面が研磨されて所定の厚みに成形されているこ
   とを特徴とするマイクロレンズアレイ。
5. 【請求項５】上記マイクロレンズ支持基板の厚みは、上
   記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ
   部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、また
   は、小さくなるように設定されていることを特徴とする
   請求項４記載のマイクロレンズアレイ。
6. 【請求項６】上記マイクロレンズ部の屈折率をｎ３、上
   記樹脂の屈折率をｎ４とし、 上記マイクロレンズ支持基板の第２面の面の法線と、上
   記マイクロレンズ部の凸面の法線とがなす角度の最大値
   をθmax としたとき、以下の式（２）の関係を満たして
   いることを特徴とする請求項４または５記載のマイクロ
   レンズアレイ。 ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３ ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
7. 【請求項７】請求項４ないし６の何れかに記載のマイク
   ロレンズアレイを構成するマイクロレンズ支持基板の第
   ２面に、少なくとも透明導電膜および配向膜を形成して
   なる対向基板と、この対向基板とアクティブマトリクス
   基板とが液晶層を介して貼り合わされてなることを特徴
   とする液晶表示素子。
8. 【請求項８】光源と、 上記光源からの光を、請求項７に記載の液晶表示素子を
   構成するマイクロレンズアレイのカバーガラス側から入
   射させる光入射手段と、 上記液晶表示素子から出射された光を投影するための投
   影手段とを備えていることを特徴とする投影型液晶表示
   装置。