JP2004226607A - Photorefractive element array substrate and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
2次元に配列された光屈折素子(例えば、レンズやプリズム)を有する光屈折素子アレイ基板(例えば、マイクロレンズアレイ基板)およびそれを備えた画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、非発光型の画像表示装置は、複数の画素の光透過率(又は反射率)を駆動信号によって変化させ、画像表示素子(表示パネル)に照射される光の強度を変調して、画像や文字を表示する構成を有する。このような画像表示装置には直視するモード(直視型画像表示装置)と、投影光学系によって画像や文字をスクリーン上に拡大投影する投影モードいわゆるプロジェクタ(投影型画像表示装置)とがある。
【0003】
プロジェクタ(前面型および背面型を含む)には、使用する画像表示素子に、赤、緑および青(以下順にR、GおよびBと呼ぶ。)のカラーフィルタを配列したカラー表示パネル用いる単板方式と、白黒表示の3枚の表示パネルを用いた3板式とがある。
【0004】
非発光型の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表示素子や電気泳動型表示素子などがあり、中でも液晶表示素子は、例えば、モニター、携帯情報端末、携帯電話やプロジェクタ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印加することによって、画素部の液晶層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構成されている。上述した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、非線形2端子素子や3端子素子を液晶表示素子に設けた場合のアクティブマトリクス方式とがある。
【0006】
後者のアクティブマトリクス方式の場合には、MIM(金属−絶縁体−金属)素子や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ための配線とが設けられている。このスイッチング素子に強い光が入射すると、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、スイッチング素子や配線が形成された領域に存在する液晶層に正規の駆動電圧が印加されず、本来の表示動作が実行されないため、例えば、黒表示状態で光漏れが発生し、表示のコントラスト比が低下するという問題がある。
【0007】
従って、例えば透過型の液晶表示素子では、上述した領域に入射する光を遮断するために、スイッチング素子や画素電極が設けられたTFT基板および液晶層を介してTFT基板と対向するように配置される対向基板にブラックマトリクスと称される遮光層が設けられている。そのため、透過型の液晶表示素子の場合には、各々遮光性のあるTFT、ゲートバスラインおよびソースバスラインに加えて、ブラックマトリクスによっても遮光されるため、画素の区画中に占める有効な画素部の面積、即ち開口率が低下する。
【0008】
さらに、これら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。従って、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。
【0009】
開口率が小さくなると、液晶表示素子を透過する光が減少するため、小さなパネルを大画面に拡大投影する液晶プロジェクタでは、明るさ不足となる。特に、単板式プロジェクタでは、カラーフィルタによる光吸収により、明るさが大幅に低下することになる。
【0010】
この問題を解決する1つの方法として、液晶表示素子の個々の画素部に光を集光し、液晶表示素子の実効的な開口率を向上させるマイクロレンズを設ける方法が実用化されている。
【0011】
特許文献1に、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、R、G、Bの各色光束に分割し、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色光束を異なる角度で入射させ、各色に対応する画素に所定の色光束を集光する方式が開示されている。この方式を採用すると、マイクロレンズによる実効的な開口率の向上効果に加え、カラーフィルタによる光吸収をなくすことができる。
【0012】
さらに、特許文献2には、マイクロレンズを2層構造とし、第1マイクロレンズで、R、G、Bの光をそれぞれ対応する画素部へ入射させ、第2マイクロレンズアレイでR、G、Bの光の主光線を平行化し、投影レンズでの光の蹴られ量を低減させることで、さらに明るさのアップを図った方式が開示されている。
【0013】
これらのマイクロレンズは、液晶表示素子の対向基板内に形成されたものがほとんどであり、2枚のガラス板の間にサンドイッチされた構造を有し、ガラス板と樹脂層の間または2種類の樹脂層の間で光を屈折し、集光効果を得ている。
【0014】
図9(a)および(b)を参照しながら、従来のマイクロレンズを備える対向基板の典型的な2つの製造方法を説明する。
【0015】
第1の製造方法は、図9(a)に模式的に示す工程によって、マイクロレンズアレイを備える対向基板を製造する。
【0016】
▲1▼ガラス基板の上のフォトレジスト層をパターニングする。▲2▼パターニングされたレジスト層を加熱し、熱だれを起こさせ、マイクロレンズの形状を有するレジスト層を形成する。▲3▼マイクロレンズ形状のレジスト層とともにガラス基板をドライエッチングすることによりレジスト層の形状をガラス基板に形成(エッチバック)し、マイクロレンズアレイ基板を得る。▲4▼得られたマイクロレンズアレイ基板に接着層を介してカバーガラスを接着し、カバーガラスの表面を研磨し、対向基板が得られる。なお、必要に応じて、電極や配向膜などが形成される。
【0017】
第2の製造方法は、図9(b)に模式的に示す工程によって、マイクロレンズアレイを備える対向基板を製造する。
【0018】
▲1▼ガラス基板の上のフォトレジスト層を例えば電子ビーム露光によってパターニングし、マイクロレンズの形状を有するレジスト層を形成する。これをマスター(原版)とする。▲2▼マスターを用い、例えばメッキ法によって、金属スタンパを作製する。▲3▼金属スタンパを用いて、マイクロレンズの形状をガラス基板に転写し、マイクロレンズアレイ基板を得る。▲4▼得られたマイクロレンズアレイ基板に接着層を介してカバーガラスを接着し、カバーガラスの表面を研磨し、対向基板が得られる。
【0019】
【特許文献1】
特開平4−60538号公報
【特許文献2】
特開平7−181487号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2に開示されている2層構造のマイクロレンズアレイ基板には以下のような問題がある。
【0021】
図9(a)および(b)を参照しながら説明したように、通常マイクロレンズアレイ基板は、ガラス基板上にマイクロレンズを形成した後、カバーガラスを貼りあわせた構造、すなわちマイクロレンズが2枚のガラス基板にサンドイッチされた構造を有している。このカバーガラスの厚さは、通常の1層構造のマイクロレンズアレイ基板では概ね30μm程度である。
【0022】
これに対し、特許文献2に開示されたような2層構造のマイクロレンズアレイ基板では、カバーガラス(光出射側に配置される)の厚さは、30μmよりもずっと薄くする必要がある。この理由を以下に説明する。
【0023】
特許文献2のマイクロレンズアレイ基板では、明るさの観点から、焦点距離の同じマイクロレンズを2層構造としている。従って、第1マイクロレンズによる集光位置(収束位置)が液晶層の近傍にくるようにするためには、第2マイクロレンズアレイの直後に液晶層がくるように構成する必要があり、第2マイクロレンズアレイと液晶層との間に配置されるカバーガラスの厚さを極端に薄くする必要がある。
【0024】
しかしながら、カバーガラスの厚さを極端に薄くすることは非常に困難である。カバーガラスの厚さは、従来の1層構造のマイクロレンズアレイ基板に用いられるものでさえ約30μmと薄いため、通常所望の厚さに対して十分に厚いガラス板(カバーガラス)をマイクロレンズの表面に貼りあわせた後、所望の厚さまで研磨することによって作製されている。
【0025】
ガラス板の厚さには、通常グレードの高いものを用いたとしても、±5μm程度のばらつきがある。また、ガラス板の研磨は、カバーガラスの厚さ自体を確認しながら行われるのではなく、カバーガラスの表面から第1マイクロレンズが形成されているベースガラス板までの総厚が所定の厚さになるように研磨するため、第1マイクロレンズを形成するベースガラス板の厚さにばらつきがあると、その分だけカバーガラスの研磨量にばらつきが生じる。
【0026】
2層構造のマイクロレンズアレイ基板では、第1マイクロレンズアレイと第2マイクロレンズアレイとの間に中間ガラス板を配置する。この中間ガラスにもベースガラス板と同様にばらつきがあるが、上述のカバーガラスと同様に、この中間ガラス板も第1マイクロレンズを形成した基板に貼り合わせた後、総厚が所望の厚さとなるように研磨されるため、中間ガラス板を研磨した基板の総厚のばらつきは、ベースガラス板のばらつきのみとなる。
【0027】
このような製造方法を用いて、特許文献2に開示された2層構造のマイクロレンズのカバーガラスを極端に薄くすると、ベースガラス板の厚さのばらつき(±5μm程度)により、カバーガラスをすべて研磨してしまい、第2マイクロレンズアレイを損傷してしまうことがある。これを防止するために、カバーガラスの厚さを5μm以上に設定すると、光束の収束位置を液晶層の近傍、すなわち、カバーガラスの光出射側表面の近傍に設定することができない。
【0028】
また、カバーガラスを薄くする方法として、ガラスをエッチングする方法が考えられるが、この方法でも±5μm〜10μm程度のエッチング量のばらつきが発生するため、上記と同様の問題が発生する。
【0029】
なお、上記の問題を解決するために、カバーガラスなどの透明基板を使用せず、マイクロレンズを形成している樹脂層上に直接透明電極や配向膜を形成することも考えられるが、この方法では、以下のような問題があるので好ましくない。
【0030】
透明電極は、ガラスなどの無機材料の上には形成しやすいが、樹脂のような有機材料の上には形成されにくく、膜質の悪化、膜厚むらやクラック(膜にひびがいく現象)などが発生することがある。また、樹脂層から有機物などが液晶層の中に溶出したり、分解してガスが発生するなど、液晶材料に悪影響を与え、電圧保持率の低下、表示むらの発生、または信頼性の低下などを招来することがある。
【0031】
なお、ここでは、液晶表示素子を例に従来の2層構造のマイクロレンズアレイ基板の問題を説明したが、上記の問題は、液晶表示素子に限られず、液晶層以外の表示媒体層を有する非発光型の表示素子に用いられるマイクロレンズアレイ基板に共通の問題である。また、マイクロレンズアレイ基板に限られず、光屈折素子が2次元に配列された他の光屈折素子アレイ基板(例えば、マイクロプリズムアレイ基板)についても同様の問題がある。
【0032】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るく、表示品位の優れた画像表示装置を提供すること、およびそのような画像表示装置に好適に用いられる光屈折素子アレイ基板を提供することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】
本発明の光屈折素子アレイ基板は、2次元に配列された複数の第1光屈折素子を有する第1光屈折素子アレイと、それぞれが前記複数の第1光屈折素子と1:1で対応するように2次元に配列された複数の第2光屈折素子を有する第2光屈折素子アレイと、透明基板とを光入射側からこの順で有し、前記複数の第1光屈折素子と前記複数の第2光屈折素子とを通過した光束の収束位置が、前記透明基板の光出射側表面の近傍に位置することを特徴とし、そのことによって上記目的を達成することができる。
【0034】
前記複数の第1光屈折素子の焦点距離f1と、前記複数の第2光屈折素子の焦点距離f2との間には、f1>f2の関係が成り立っていることが好ましい。
【0035】
ある実施形態において、前記複数の第1光屈折素子のそれぞれはマイクロレンズである。前記マイクロレンズは非球面レンズであることが好ましい。
【0036】
ある実施形態において、前記複数の第2光屈折素子のそれぞれはマイクロレンズである。
【0037】
ある実施形態において、前記複数の第2光屈折素子のそれぞれは複数の斜面を有するマイクロプリズムである。
【0038】
前記透明基板の厚さは、30μm以下であることが好ましい。前記透明基板の厚さは、5μm以上25μm以下であることがさらに好ましい。
【0039】
ある実施形態において、前記透明基板はガラス基板である。
【0040】
本発明の画像表示素子は、上記のいずれかの光屈折素子アレイ基板と、前記光屈折素子アレイ基板の前記透明基板側に設けられた表示媒体層と、前記表示媒体層を介して前記光屈折素子アレイ基板に対向するさらなる透明基板とを有することを特徴とする。ある実施形態において、前記画像表示素子は前記表示媒体層として液晶層を有する液晶表示素子である。
【0041】
本発明による画像表示装置は、光源と、光源からの光束を互いに異なる波長域を有する複数の色光束に分割する色分離素子と、前記複数の色光束が照射され、2次元に配列された複数の画素部を有する表示媒体層と、前記表示媒体層の光入射側に設けられた第1光屈折素子アレイと、前記第1光屈折素子アレイと前記表示媒体層との間に設けられた第2光屈折素子アレイとを備えた画像表示装置であって、前記第1光屈折素子アレイは2次元に配列された複数の第1光屈折素子を有し、前記第2光屈折素子アレイはそれぞれが前記複数の第1光屈折素子と1:1で対応するように2次元に配列された複数の第2光屈折素子と、前記第2光屈折素子アレイと前記表示媒体層との間に設けられた透明基板とを備え、前記複数の第1光屈折素子と前記複数の第2光屈折素子とを通過した前記複数の色光束の収束位置は、前記複数の画素部の前記第2光屈折素子側表面の近傍に位置することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【0042】
前記複数の第1光屈折素子の焦点距離f1と、前記複数の第2光屈折素子の焦点距離f2との間には、f1>f2の関係が成り立っていることが好ましい。
【0043】
ある実施形態において、前記複数の第1光屈折素子のそれぞれはマイクロレンズである。前記マイクロレンズは非球面レンズであることが好ましい。
【0044】
ある実施形態において、前記複数の第2光屈折素子のそれぞれはマイクロレンズである。
【0045】
ある実施形態において、前記複数の第2光屈折素子のそれぞれは複数の斜面を有するマイクロプリズムである。
【0046】
前記透明基板の厚さは30μm以下であることが好ましい。前記透明基板の厚さは、5μm以上25μm以下であることがさらに好ましい。
【0047】
ある実施形態において、前記透明基板はガラス基板である。
【0048】
ある実施形態の画像表示装置は、前記表示媒体層として液晶層を有し、前記表示媒体層の光出射側に投影光学系をさらに有する液晶プロジェクタである。
【0049】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら、本発明による実施形態の光屈折素子アレイ基板およびそれを備える画像表示素子および画像表示装置の構成と動作を説明する。以下の説明では、画像表示素子として液晶表示素子を例示し、画像表示装置として液晶プロジェクタを例示するが、本発明はこれらに限られない。
【0050】
まず、図1(a)および(b)を参照しながら、光屈折素子としてマイクロレンズを有する、本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ基板6の構成と機能を説明する。
【0051】
マイクロレンズアレイ基板6は、2次元に配列された第1マイクロレンズ2aを有する第1マイクロレンズアレイ2と、第1マイクロレンズ2aと1:1で対応するように2次元に配列された第2マイクロレンズ4aを有する第2マイクロレンズアレイ4と、カバーガラス5とを光入射側からこの順で有する。第1マイクロレンズ2aと第2マイクロレンズ4aとを通過した光束の収束位置が、カバーガラス5の光出射側表面の近傍に位置している。
【0052】
なお、第1マイクロレンズアレイ2と第2マイクロレンズアレイとの間には中間ガラス板3が設けられており、第1マイクロレンズアレイ2は、ベース基板1と中間ガラス基板3との間に接着層7で固定されており、第2マイクロレンズアレイ4は、中間ガラス基板3とカバーガラス5との間に接着層8で固定されている。
【0053】
図1(a)および(b)に示したように、マイクロレンズアレイ基板6を透過した光束は、カバーガラス5の光出射側の表面の近傍に収束されるように構成されているので、特許文献2に開示されている2層構造のマイクロレンズアレイ基板のようにカバーガラスの厚さを極端に薄くする必要が無く、例えば厚さdが5μm以上のカバーガラス5を用いることができる。従って、カバーガラス5を作製する際に、従来技術の欄で説明したように、ガラス基板を研磨する方法を採用しても、第2マイクロレンズアレイを損傷することを防止することができる。
【0054】
このような構成は、具体的には、例えば以下のようにして実現することができる。
【0055】
光束を集光する働きを有する第1第マイクロレンズ2aの焦点距離f1を、対応する第1マイクロレンズ2aからの光束の主光線を互いに平行化する働きを有する第2マイクロレンズアレイ4aの焦点距離f2より長く(f1>f2)設定する。より具体的には、第1マイクロレンズ2aの焦点がカバーガラス5の光出射側表面の近傍にくるように設定し、且つ、第2マイクロレンズ4aの焦点が第1マイクロレンズ2aの近傍に設定することによって、光束の収束位置をカバーガラス5の光出射側表面の近傍に設定できるとともに、第1マイクロレンズ2aを通過した光束の主光線を第2マイクロレンズ4aで平行化できる。すなわち、第1マイクロレンズ2aに互いに異なる角度で入射したR、GおよびBのそれぞれの色光束は第1マイクロレンズ2aによって集光され(図1(b)でそれぞれの色光束の主光線だけを示している。)、第2マイクロレンズ4aに異なる角度で入射したそれぞれの色光束の主光線を互いに略平行にする。
【0056】
これに対し、図10(a)および(b)に模式的に示す、特許文献2に開示されているような2層構造のマイクロレンズアレイ基板76を用いると以下に説明するような問題が発生する。
【0057】
マイクロレンズアレイ基76は、ベース基板71、第1マイクロレンズ72aを有する第1マイクロレンズアレイ72と、中間ガラス板73と、第1マイクロレンズ72aと1:1で対応するように2次元に配列された第2マイクロレンズ74aを有する第2マイクロレンズアレイ74と、カバーガラス75とを光入射側からこの順で有している。
【0058】
マイクロレンズアレイ基板76においては、第1マイクロレンズ72aの焦点距離と第2マイクロレンズ74aの焦点距離とが互いに等しく設定してあるので、第1マイクロレンズ72aによる集光位置が、図10(a)に示すように、第2マイクロレンズアレイ4の近辺となるため、カバーガラス75を第2マイクロレンズアレイ4の表面に配置した場合、第2マイクロレンズアレイの近傍に集光された光束が、カバーガラス75の光出射側表面では発散してしまう。すなわち、マイクロレンズアレイ基板76による集光効率が低下するので、カバーガラス75を限りなく薄くすることが望まれるわけである。しかしながら、上述したように、現実的には、カバーガラスを5μm未満の厚さまで研磨することは困難である。
【0059】
また、集光位置をカバーガラス75の光出射側表面の近傍に設定するために、マイクロレンズアレイ基板76の中間ガラス板73よりも薄い中間ガラス基板73’を有するマイクロレンズアレイ基板76’を構成すると、図10(b)に示すように、第2マイクロレンズ74aを出射した光束の主光線は互いに平行とならない。
【0060】
すなわち、本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ基板6は、第1マイクロレンズ2aと第2マイクロレンズ4aとを通過した光束の収束位置が、透明基板(カバーガラス)5の光出射側表面の近傍に位置するように設けられているので、透明基板5の厚さが30μm程度であっても、従来よりも高い集光効率が得られ、かつ、出射光束の主光線を互いに平行することができる。
【0061】
第1マイクロレンズ2aおよび第2マイクロレンズ4aの形状およびそれぞれのアレイ2および4におけるマイクロレンズ2aおよび4aの2次元配置を図2に示す。
【0062】
図2に示したように、第1マイクロレンズ2aと第2マイクロレンズ4aは互いに1:1で対応して配置されており、第1マイクロレンズ2aのそれぞれの中心と第2マイクロレンズ4aのぞれぞれの中心が一致するように配置されている。また、ここでは、それぞれのマイクロレンズの中心は、いわゆるデルタ配列された画素に対応するように配置されている。なお、デルタ配列の液晶表示素子に対応したマイクロレンズについて説明するが、ストライプ配列に対応したマイクロレンズも同様に作製することができるのは言うまでも無い。
【0063】
第1マイクロレンズ2aは、光を集光する働きを持つため、非球面レンズとすることが好ましい。第1マイクロレンズ2aに収差があると集光効率が低下するだけでなく、画像表示装置に用いた場合、第1マイクロレンズ2aの収差による混色が増加し、色純度が低下する。第1マイクロレンズ2aを非球面化することにより、この明るさ、色純度を低下の原因である収差を低減させることができる。
【0064】
第1マイクロレンズ2aの外形(2次元に配置されている複数の第1マイクロレンズ2aが規定する平面の法線方向(ベース基板1の法線方向)から見た形状)は、六角形である。第1マイクロレンズ2aを六角形にしている理由は、第2マイクロレンズ4aのように長方形にするよりも、1つのマイクロレンズ自体のサイズ(直径)が小さくなり、マイクロレンズによる集光角が小さくなるからである。第1マイクロレンズ2aの集光角が大きいと、液晶パネルを通過しても投影レンズで蹴られる光が多くなり、明るさをロスするので好ましくない。
【0065】
第2マイクロレンズ4aはそれぞれ対応する第1マイクロレンズ2aからの光束の主光線を平行にする働きをするので、その外形は、第1マイクロレンズ2aとは形状が異なる横長の矩形とする。これにより、R、G、およびBの光束を対応する画素開口部を通過させ、かつ、それらの光束の主光線を効率的に平行化することができる。
【0066】
なお、ここでは、第1マイクロレンズ2aと第2マイクロレンズ4aとを異なる形状のマイクロレンズで構成した例を示したが、第1マイクロレンズ2aを第2マイクロレンズ4aと同じ形状としても良い。
【0067】
本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ基板は、液晶プロジェクタの液晶表示素子に好適に用いられる。図3に典型的な液晶プロジェクタ300の構成を模式的に示す。
【0068】
液晶プロジェクタ300は、光源と301と、光源301からの光束を互いに異なる波長域を有する複数の色光束に分割する色分離素子としてのダイクロイックミラー306と、表示媒体層と本発明の実施形態のマイクロレンズアレイ基板とを備える液晶表示素子307と、液晶表示素子307を透過した光を投影する投影レンズ308とを備えている。液晶表示素子307は、表示媒体層の光入射側にマイクロレンズアレイ基板を有している。
【0069】
光源301としては、例えば、120W、アーク長1.4mmのUHPランプ(例えばPhilips社製)を用いる。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などを用いることができる。
【0070】
光源301からの光は、放物面鏡302で略平行光にされたのち、フライアイレンズ303およびフィールドレンズ304、305を通過した後、扇形に配置された3枚のダイクロイックミラー306に入射する。3枚のダイクロイックミラー306で、入射光をR、G、Bの色光束に分離した後、1枚の液晶表示素子(パネル)307にそれぞれの色光束を所定の異なる角度で入射させる。それぞれの色光束は、後述するように、液晶表示素子307の対応する画素(R用画素,G用画素,B用画素)に入射し、表示媒体層で変調される。液晶表示素子307で変調された色光束で形成される画像は、投影レンズ308で例えばスクリーン(不図示)上に投影表示される。液晶表示素子307としては、種々のタイプのものを用いることができる。
【0071】
図4および図5(a)および(b)を参照しながら、液晶表示素子307として、好適に用いられる液晶表示素子40の構成を説明する。
【0072】
液晶表示素子40は、光入射側に配置されたマイクロレンズアレイ基板16と、液晶層19と、基板(例えばTFT基板)22とを有している。マイクロレンズアレイ基板16および/または基板22の液晶層19側には、液晶層19の各画素部19aに所定の電圧を印加するための電極(不図示)や、さらに必要に応じて配向膜(不図示)が設けられている。なお、液晶表示素子40としては、種々のモードの液晶表示素子を用いることが可能で、TNモード、MVAモード、IPSモードの液晶表示素子を好適に用いることができる。これらの表示モードの液晶表示素子は、一対の偏光板(典型的にはパネルの前後に配置される)や、必要に応じて位相差板(例えばパネルの光出射側に配置される)をさらに有する(いずれも不図示)。
【0073】
マイクロレンズアレイ基板16は、2次元に配列された第1マイクロレンズ12aを有する第1マイクロレンズアレイ12と、第1マイクロレンズ12aと1:1で対応するように2次元に配列された第2マイクロレンズ14aを有する第2マイクロレンズアレイ14と、カバーガラス15とを光入射側からこの順で有する。第1マイクロレンズ12aと第2マイクロレンズ14aとを通過した光束の収束位置は、図5(a)に示すように、カバーガラス15の光出射側表面の近傍に位置している。
【0074】
例えば、液晶表示素子40は例えば画素ピッチが21μm×21μmのデルタ配列の画素を有し、第1マイクロレンズ12aおよび第2マイクロレンズ14aのそれぞれは、液晶層19の3つの画素部(R、GおよびBの画素部)19aに対応して設けられている。ダイクロイックミラー306で分離されたR、GおよびBの色光束は、マイクロレンズ12aおよび14aで集光されるとともに、それぞれの色光束の主光線が平行化され、それぞれ対応する画素部19aに入射する(図5(a)参照)。
【0075】
カバーガラス15の厚さは、例えば、10μmに設定されている。マイクロレンズアレイ12および14による光束の収束位置は、カバーガラス15の光出射側表面の近傍に設定されているので、カバーガラス15の厚さが10μmであっても、従来のような発散(例えば図10(a)参照)が無く高い集光効率が得られるので、十分な明るさを得ることができる。また、それぞれの色光束を十分に平行化することができるので、従来のような色純度の低下(例えば図10(b))が発生しない。
【0076】
また、マイクロレンズアレイ基板16からの出射光束の平行性が高いので、液晶層19にはそれぞれの色光束の主光線がほぼ垂直に入射する。従って、液晶表示素子40の視角依存性(入射角依存性)によるコントラスト比の低下の影響を受けず、高コントラスト比で画像を表示することができる。なお、後述するように、カバーガラス15の厚さは、集光効率の観点から25μm以下であることが好ましく、製造効率の観点から5μm以上であることが好ましい。
【0077】
上述のマイクロレンズアレイ基板16は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
【0078】
まず、ガラスからなるベース基板(例えば厚さ700μm)11上に第1マイクロレンズアレイ12を形成し、中間ガラス板13を介して、第2マイクロレンズアレイ14を形成する。
【0079】
マイクロレンズアレイ12および14のピッチは、ともに、63(H)×21(V)であり、第1マイクロレンズ12aと第2マイクロレンズ14aとは、1:1で対応している。
【0080】
第1および第2のマイクロレンズアレイ12および14の形成方法としては、例えば、図9(b)に示したように、▲1▼フォトレジストをパターン化し、▲2▼マスターを作製し、▲2▼マスターを用い金属スタンパを作製し、▲3▼金属スタンパでガラス基板上にマイクロレンズアレイを転写という工程を経て作製する。なお、この方法に限られず、イオン交換法、膨潤法、熱だれ法、蒸着法、熱転写法や機械加工法など、公知の方法を広く用いることができる。特に、最近ではマイクロレンズの形状に合わせた濃淡を有するマスク(グレースケールマスク)を用いて、レジストを露光し、所望の形状のパターンを得る方法も実用化されている。この方法は、任意の形状のマイクロレンズを精度良く作製できる利点を有している。
【0081】
第2マイクロレンズアレイ14の光出射側に設けられているカバーガラス15は、厚板ガラス(例えば500μm)に第2マイクロレンズアレイ14を形成した基板に貼りあわせた後に、10μmまで研磨することによって形成される。なお、上述したベース基板11やカバーガラス15用のガラス基板としては、厚さが500μm〜1100μmの範囲の一般的な液晶パネル用ガラス基板を用いることが好ましい。
【0082】
カバーガラス15の厚を10μmに設定した理由は、ベース基板板11が±5μmの厚さばらつきを持つため、±5μmのばらつきが存在したとしても、カバーガラス15の厚は5μm以上15μm以下の範囲に収まるため、カバーガラス15の研磨により第2マイクロレンズ14aを損傷せず、カバーガラス15が第2マイクロレンズアレイ14上に残るようにしたと同時に、カバーガラス15の厚さが最大でも15μmとなるので、実効的な光の利用効率の低下が無いようにしたものである。
【0083】
カバーガラス15の厚さを、ここでは10μmに設定したが、5μm以上25μm以下の範囲内であれば、光の利用効率の低下を抑えつつ、第2マイクロレンズアレイ14上に研磨またはエッチングによりによりカバーガラスを形成することが可能である。
【0084】
カバーガラス15の厚さが5μm以上であることが好ましい理由は、上述したように、通常ガラス基板の厚さのばらつきが高いグレードでも±5μm程度はあることを考慮し、カバーガラス15がすべて研磨またはエッチングされてしまい、第2マイクロレンズアレイ14に損傷を与えることを防止するためである。
【0085】
一方、カバーガラス15の厚さが25μm以下であることが好ましい理由を以下に説明する。
【0086】
図5(b)に示すように、カバーガラス15を厚くすると、第1マイクロレンズ12aで集光したR、GおよびBの光束のうち、第2マイクロレンズ14aの周辺部に入射するGおよびBの光束(マイクロレンズアレイ基板16の主面に対して斜めに入射する色光束)の一部が、対応する第2マイクロレンズ14aに入射しなくなり、隣のマイクロレンズ14aに入射する(図5(b)中点線で示した光線)。なお、上述したように3つの画素に1つのマイクロレンズを対応させる場合は、図5(a)および(b)に示すように、Rの光束を垂直入射させ、GとBの光束をRの光束の両側から斜め入射させることが多い。
【0087】
カバーガラス15を厚くすると、第2マイクロレンズ14aに対して垂直に入射するRの光束はロスすることはないが、GとBの光束は、カバーガラス15が厚くなるにつれて徐々にロスが増えて暗くなる。
【0088】
通常、液晶プロジェクタに使用されるメタルハライドランプや高圧水銀ランプは、GとBの波長域に輝線スペクトルを有しており、Rの帯域には輝線スペクトルを有していないため、光の強度は、Rに比べ、GとBが強くなっている。従って、これらのランプを使用する場合は、R、GおよびBの光強度のバランスをとるため、液晶表示素子を電気的に制御することによって、余分なGとBの光束をカットする方式がとられる。このカット量は、通常20%程度である。
【0089】
図6にマイクロレンズアレイ基板16のカバーガラス15の厚さdとG(又はB)の光の集光効率の関係の一例を示す。この関係は、マイクロレンズのピッチや形状によって多少異なるが、概ね同じような傾向を示す。
【0090】
ここで、図6からわかるように、G(又はB)の光量が約20%ロスするとき、すなわち、集光効率が80%となるときのカバーガラス15の厚さdは約30μmである。すなわち、カバーガラス15の厚さdを30μmにすることによる光量のロスは、カバーガラス15の厚さdが薄い場合でも、最終的に液晶表示素子によってカットする必要のある余分な光量であるため、実質上明るさの低下にはならない。
【0091】
この30μmに、ベース基板11のばらつき±5μmを考慮して、カバーガラス15の厚さdの上限値を25μmとすることで、ベースガラス板11の厚さdが−5μmに振れたとしても、カバーガラス15の厚さdは30μmとなるため、実質的に明るさの低下はない。
【0092】
第1マイクロレンズアレイ基板12と中間ガラス板13とは樹脂層17で、第2マイクロレンズアレイ基板14とカバーガラス15とは、樹脂層18で接着されている。樹脂層17および18の屈折率は例えば1.4であり、マイクロレンズ12aおよび14aを形成している樹脂の屈折率は例えば1.59であり、これらの屈折率差(1.59−1.4=0.19)で光束を集光している。ここで、第1マイクロレンズ12aの焦点距離f1は、第1マイクロレンズ12a側から光入射させた時、入射光束がカバーガラス15の光出射側のほぼ表面に収束するように設定されている。また、第2マイクロレンズ14aの焦点距離f2は、第1マイクロレンズ12a上の一点から出射した光束の主光線が、ほぼ平行(マイクロレンズアレイ基板16の主面に略垂直(図4参照))になるように設定されている。典型的にはf1>f2の関係を満足するよう設定されている。
【0093】
第1マイクロレンズ12aは非球面レンズであり、第2マイクロレンズ14aは球面レンズである。
【0094】
第1マイクロレンズ12aを非球面化した理由は、第1マイクロレンズ12aは光束を集光する役割を果たすため、レンズに収差があると集光効率が低下するだけでなく、液晶表示素子40に用いた場合には、第1マイクロレンズ12aの収差による混色が増加し、色純度が低下するからである。第1マイクロレンズ12aを非球面化することにより、明るさおよび色純度を低下の原因となる収差を低減させることができる。
【0095】
上述のマイクロレンズアレイ基板16では、第2マイクロレンズ14aとして、一定の曲率を有する球面レンズを用いたが、図7(a)に示すマイクロレンズアレイ基板36のように、1つのマイクロレンズ(図4のマイクロレンズ14a)を3つのエリアに分けたプリズム34aにしても構わない。これは、第2マイクロレンズ14aは、第1マイクロレンズ12aからの光束を略平行化させる働きを持つもので、多少の収差がっても、大きな問題とはならないからである。
【0096】
図7(a)に示したマイクロレンズアレイ基板36は、2次元に配列されたマイクロレンズ32aを有するマイクロレンズアレイ32と、マイクロレンズ32aと1:1で対応するように2次元に配列されたマイクロプリズム34aを有するマイクロプリズムアレイ34と、カバーガラス35とを光入射側からこの順で有する。マイクロレンズアレイ32とマイクロプリズムアレイ34との間には中間ガラス板33が設けられている。
【0097】
マイクロプリズム34aは、斜面aおよびbとそれらの間にセンター部(マイクロプリズムアレイ基板36の主面に平行な頂面を有する平坦部)cとを有している。両側の斜面aおよびbで、対応するマイクロレンズ32aから、斜面aおよびbにそれぞれ入射する光束の主光線を屈折させ、センター部cに入射する光束の主光線と略平行にしている。
【0098】
典型的には、図4に示した液晶表示素子40と同様に、液晶表示素子の3つの画素に1つのマイクロプリズム34aが対応するように配置される。マイクロレンズ32aは、R,GおよびBの各色光束を対応する各画素部(図4中の画素部19a参照)に振り分ける働きと、色光束を集光させる働きを持ち、マイクロプリズム34aは、R、G、Bの各色光束の主光線を平行化する働きを持つ。例えば、斜面aでB光束を屈折させ、斜面bでG光束を屈折させることによって、それぞれの色光束の主光線をセンター部cに垂直入射するR光束の主光線と略平行にする。ここでは、このようなマイクロプリズム34aについても、マイクロレンズ14aと同様の考え方で、焦点距離(f2)を定義することとする。すなわち、図7(b)に示すように、マイクロプリズム34aの場合も、マイクロプリズム34aの斜辺とセンター部とを通過した光が、ほぼ平行となるときのf2の距離をマイクロプリズム34aの焦点距離(f2)と定義する。
【0099】
この焦点距離f2は、マイクロレンズ32aの焦点距離f1よりも短く設定されており、液晶表示素子40と同様に、集光効率が高く、且つ、出射光束の平行性が高いので、明るく、且つ、高コントラスト比の画像を表示することができる。
【0100】
なお、上述した液晶表示素子40の第1マイクロレンズアレイ12および第2マイクロレンズアレイ14におけるマイクロレンズ(凸レンズ)の向きは、図4に示した例に限られない。
【0101】
例えば、図8に示した液晶表示素子60のマイクロレンズアレイ基板56のように、第1マイクロレンズ52aおよび第2マイクロレンズ54aを配置してもよい。
【0102】
液晶表示素子60は、光入射側に配置されたマイクロレンズアレイ基板56と、画素部59aを有する液晶層59と、基板(例えばTFT基板)62とを有している。マイクロレンズアレイ基板56は、第2次元に配列された第1マイクロレンズ52aを有する第1マイクロレンズアレイ52と、第1マイクロレンズ52aと1:1で対応するように2次元に配列された第2マイクロレンズ54aを有する第2マイクロレンズアレイ54と、カバーガラス55とを光入射側からこの順で有する。第1マイクロレンズ52aと第2マイクロレンズ54aとの間に中間ガラス板53が設けられている。第1マイクロレンズ52aと第2マイクロレンズ54aとを通過した光束の収束位置は、カバーガラス55の光出射側表面の近傍に位置するように構成されている。
【0103】
第1マイクロレンズ52aおよび第2マイクロレンズ54aは、図4に示した第1マイクロレンズ12aおよび第2マイクロレンズ14aと異なり、マイクロレンズが光入射側に凸面を有するように配置されている。同様に、図7に示したマイクロレンズアレイ基板36においても、マイクロレンズ32aおよびマイクロプリズム34aの配置を、光入射側と光出射側とを反転させてもよい。
【0104】
上述の実施形態では、マイクロレンズアレイ基板の出射側に設けられている透明基板としてカバーガラスを用いた構成を例示したが、これに限られず、他の材料(例えばプラスチックやその複合材料)を用いてもよい。また、上述の実施形態では、表示媒体層として液晶層を有する液晶表示素子を例示したが、本発明は液晶表示素子に限られず、エレクトロクロミック表示素子、電気泳動型表示素子や、PLZTなどの電気光学材料を表示媒体層として有する非発光型表示素子に広く適用できる。
【0105】
【発明の効果】
本発明の光屈折素子基板(例えばマイクロレンズアレイ基板)は、光出射側に配置された透明基板(例えばカバーガラス)の光出射側表面の近傍に光束を収束し、且つ、異なる角度で入射する光束の主光線をほぼ平行に出射することができる。従って、このような光屈折素子を用いることによって、表示品位の優れた画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)は、本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ基板6の構成を模式的に示す断面図である。
【図2】本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ基板6における第1および第2マイクロレンズの2次元配置を模式的に示す平面図である。
【図3】本発明による実施形態の液晶プレジェクタ300の構成を模式的に示す図である。
【図4】液晶プレジェクタ300に好適に用いられる液晶表示素子40の構成を模式的に示す断面図である。
【図5】(a)および(b)は、液晶表示装置40の構成および機能を説明するための模式的な断面図である。
【図6】本発明による実施形態のマイクロレンズアレイ基板の透明基板(カバーガラス)の厚さdと集光効率との関係を示すグラフである。
【図7】(a)は本発明による他の実施形態のマイクロレンズアレイ基板36の構成を模式的に示す断面図であり、(b)はマイクロプリズムの焦点距離の定義を説明するための図である。
【図8】液晶プレジェクタ300に好適に用いられる他の液晶表示素子60の構成を模式的に示す断面図である。
【図9】(a)および(b)は、マイクロレンズアレイ基板の公知の製造方法の説明するための模式図である。
【図10】(a)および(b)は、従来のマイクロレンズアレイ基板の問題点を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
1、11 ベース基板
2、12 第1マイクロレンズアレイ
2a、12a 第1マイクロレンズ
3、13a 中間ガラス板
4、14 第2マイクロレンズアレイ
4a、14a 第2マイクロレンズ
5、15 カバーガラス(出射側透明基板)
6、16、36、56、76、76’ マイクロレンズアレイ基板
7、8、17、18 接着層
19 表示媒体層
19a 表示媒体層の画素部
22 さらなる透明基板(TFT基板)
40、60 液晶表示素子
300 液晶プロジェクタ
301 光源
302 放物面鏡
303 フライアイレンズ
304 フィールドレンズ
305 フィールドレンズ
306 ダイクロイックミラー
307 液晶表示素子(液晶表示パネル)
308 投影レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photorefractive element array substrate (for example, a microlens array substrate) having two-dimensionally arranged photorefractive elements (for example, lenses and prisms) and an image display device including the same.
[0002]
[Prior art]
In general, a non-light-emitting image display device changes the light transmittance (or reflectivity) of a plurality of pixels by a drive signal, modulates the intensity of light applied to an image display element (display panel), and displays an image. And display characters. Such an image display device has a direct-view mode (direct-view image display device) and a projection mode in which images and characters are enlarged and projected on a screen by a projection optical system (a so-called projector (projection image display device)).
[0003]
2. Description of the Related Art A projector (including a front type and a rear type) has a single-panel system using a color display panel in which red, green, and blue (hereinafter, referred to as R, G, and B) color filters are arranged on an image display element to be used. And a three-panel type using three display panels for monochrome display.
[0004]
Non-luminous image display devices include liquid crystal display devices, electrochromic display devices, and electrophoretic display devices. Among them, liquid crystal display devices are widely used, for example, in monitors, portable information terminals, mobile phones, and projectors. ing.
[0005]
The liquid crystal display element changes the optical characteristics of the liquid crystal layer of the pixel portion by applying a driving voltage corresponding to an image signal to pixel electrodes arranged regularly in a matrix, and displays an image, a character, or the like. It is configured as follows. As a method of applying an independent drive voltage to the pixel electrodes described above, there are a simple matrix method and an active matrix method in which a non-linear two-terminal element or a three-terminal element is provided in a liquid crystal display element.
[0006]
In the case of the latter active matrix system, a switching element such as an MIM (metal-insulator-metal) element or a TFT (thin film transistor) element and a wiring for supplying a driving voltage to a pixel electrode are provided. When strong light is incident on this switching element, the element resistance in the OFF state is reduced, and not only the charge charged when a voltage is applied is discharged, but also the liquid crystal layer existing in the area where the switching element and the wiring are formed has a regular drive. Since no voltage is applied and the original display operation is not performed, for example, there is a problem that light leakage occurs in a black display state and a display contrast ratio is reduced.
[0007]
Therefore, for example, in a transmissive liquid crystal display element, in order to block light incident on the above-described region, the liquid crystal display element is arranged to face the TFT substrate via a liquid crystal layer and a TFT substrate provided with a switching element and a pixel electrode. A light shielding layer called a black matrix is provided on the opposite substrate. Therefore, in the case of a transmissive liquid crystal display element, since the light is also shielded by the black matrix in addition to the light-shielding TFT, gate bus line and source bus line, the effective pixel portion occupying the pixel section , That is, the aperture ratio is reduced.
[0008]
Further, it is difficult to form these switching elements and wiring electrodes in a size smaller than a certain size due to restrictions on electrical performance and manufacturing technology. Therefore, as the resolution of the liquid crystal display element becomes higher and smaller, the aperture ratio further decreases as the pitch of the pixel electrodes becomes smaller.
[0009]
As the aperture ratio decreases, the amount of light transmitted through the liquid crystal display element decreases, so that a liquid crystal projector that enlarges and projects a small panel on a large screen becomes insufficient in brightness. In particular, in a single-panel projector, brightness is significantly reduced due to light absorption by a color filter.
[0010]
As one method for solving this problem, a method has been put to practical use in which light is focused on individual pixel portions of a liquid crystal display element and a microlens for improving an effective aperture ratio of the liquid crystal display element is provided.
[0011]
In
[0012]
Further,
[0013]
Most of these microlenses are formed in a counter substrate of a liquid crystal display element, and have a structure sandwiched between two glass plates, between a glass plate and a resin layer or between two types of resin layers. The light is refracted in between to obtain a light-collecting effect.
[0014]
With reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b), two typical methods for manufacturing a conventional counter substrate having microlenses will be described.
[0015]
In the first manufacturing method, an opposing substrate including a microlens array is manufactured by the steps schematically shown in FIG.
[0016]
(1) Pattern the photoresist layer on the glass substrate. {Circle around (2)} The patterned resist layer is heated to cause heat dripping to form a resist layer having a microlens shape. {Circle over (3)} The microlens array substrate is obtained by dry-etching the glass substrate together with the microlens-shaped resist layer to form the shape of the resist layer on the glass substrate (etchback). (4) A cover glass is adhered to the obtained microlens array substrate via an adhesive layer, and the surface of the cover glass is polished to obtain a counter substrate. Note that an electrode, an alignment film, and the like are formed as necessary.
[0017]
In the second manufacturing method, an opposing substrate provided with a microlens array is manufactured by the steps schematically shown in FIG.
[0018]
(1) The photoresist layer on the glass substrate is patterned by, for example, electron beam exposure to form a resist layer having a shape of a microlens. This is the master (original). (2) Using a master, a metal stamper is produced by, for example, a plating method. (3) The shape of the microlens is transferred to a glass substrate using a metal stamper to obtain a microlens array substrate. (4) A cover glass is adhered to the obtained microlens array substrate via an adhesive layer, and the surface of the cover glass is polished to obtain a counter substrate.
[0019]
[Patent Document 1]
JP-A-4-60538
[Patent Document 2]
JP-A-7-181487
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, the microlens array substrate having a two-layer structure disclosed in
[0021]
As described with reference to FIGS. 9A and 9B, the normal microlens array substrate has a structure in which a microlens is formed on a glass substrate and a cover glass is attached thereto, that is, two microlenses are provided. Has a structure sandwiched between glass substrates. The thickness of this cover glass is about 30 μm for a normal one-layer microlens array substrate.
[0022]
On the other hand, in a microlens array substrate having a two-layer structure as disclosed in
[0023]
In the microlens array substrate of
[0024]
However, it is very difficult to make the thickness of the cover glass extremely thin. The thickness of the cover glass is as thin as about 30 μm, even for a conventional one-layered microlens array substrate, so that a glass plate (cover glass) that is sufficiently thick for the desired thickness is usually used for the microlens. It is manufactured by polishing to a desired thickness after bonding to the surface.
[0025]
Even if a high-grade glass plate is used, the thickness of the glass plate has a variation of about ± 5 μm. Further, the polishing of the glass plate is not performed while checking the thickness of the cover glass itself, but the total thickness from the surface of the cover glass to the base glass plate on which the first microlenses are formed is a predetermined thickness. When the thickness of the base glass plate on which the first microlenses are formed varies, the polishing amount of the cover glass varies accordingly.
[0026]
In a two-layer microlens array substrate, an intermediate glass plate is arranged between the first microlens array and the second microlens array. This intermediate glass also has the same variation as the base glass plate, but like the cover glass described above, the intermediate glass plate is also bonded to the substrate on which the first microlens is formed, and then has a total thickness of the desired thickness. Therefore, the variation of the total thickness of the substrate obtained by polishing the intermediate glass plate is only the variation of the base glass plate.
[0027]
When the cover glass of the microlens having a two-layer structure disclosed in
[0028]
As a method of thinning the cover glass, a method of etching the glass can be considered. However, even with this method, a variation in an etching amount of about ± 5 μm to 10 μm occurs, and thus the same problem as described above occurs.
[0029]
In order to solve the above problem, it is conceivable to form a transparent electrode or an alignment film directly on the resin layer forming the microlenses without using a transparent substrate such as a cover glass. However, this is not preferable because of the following problems.
[0030]
Transparent electrodes are easy to form on inorganic materials such as glass, but are difficult to form on organic materials such as resin, resulting in deterioration of film quality, uneven film thickness and cracks (phenomenon of cracking in film). May occur. In addition, organic substances and the like are eluted into the liquid crystal layer from the resin layer or decomposed to generate gas, which adversely affects the liquid crystal material, lowering the voltage holding ratio, generating display unevenness, or lowering the reliability. May be invited.
[0031]
Here, the problem of the conventional microlens array substrate having a two-layer structure has been described using a liquid crystal display element as an example. However, the above problem is not limited to the liquid crystal display element. This is a problem common to microlens array substrates used for light-emitting display elements. In addition, the same problem is not limited to the microlens array substrate, but also to other photorefractive element array substrates in which photorefractive elements are two-dimensionally arranged (for example, a microprism array substrate).
[0032]
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an image display device which is bright and has excellent display quality, and a photorefractive element array suitably used for such an image display device. It is to provide a substrate.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
A photorefractive element array substrate according to the present invention corresponds to a first photorefractive element array having a plurality of first photorefractive elements arranged two-dimensionally, each of which corresponds to the plurality of first photorefractive elements in a 1: 1 relationship. A second light refraction element array having a plurality of second light refraction elements arranged two-dimensionally as described above, and a transparent substrate in this order from the light incident side, wherein the plurality of first light refraction elements and the plurality The convergence position of the light beam that has passed through the second light refraction element is located near the light emission side surface of the transparent substrate, thereby achieving the above object.
[0034]
It is preferable that the relationship of f1> f2 is established between the focal lengths f1 of the plurality of first light refraction elements and the focal lengths f2 of the plurality of second light refraction elements.
[0035]
In one embodiment, each of the plurality of first photorefractive elements is a microlens. Preferably, the micro lens is an aspheric lens.
[0036]
In one embodiment, each of the plurality of second photorefractive elements is a microlens.
[0037]
In one embodiment, each of the plurality of second light refracting elements is a microprism having a plurality of slopes.
[0038]
The thickness of the transparent substrate is preferably 30 μm or less. More preferably, the thickness of the transparent substrate is 5 μm or more and 25 μm or less.
[0039]
In one embodiment, the transparent substrate is a glass substrate.
[0040]
An image display device of the present invention includes any one of the above-described photorefractive element array substrates, a display medium layer provided on the transparent substrate side of the photorefractive element array substrate, and the light refraction via the display medium layer. And a further transparent substrate opposed to the element array substrate. In one embodiment, the image display device is a liquid crystal display device having a liquid crystal layer as the display medium layer.
[0041]
An image display device according to the present invention includes a light source, a color separation element that divides a light beam from the light source into a plurality of color light beams having different wavelength ranges, and a plurality of two-dimensionally arranged by being irradiated with the plurality of color light beams. A display medium layer having a pixel portion, a first light refraction element array provided on the light incident side of the display medium layer, and a first light refraction element array provided between the first light refraction element array and the display medium layer. An image display device comprising a two-light refractive element array, wherein the first light refractive element array has a plurality of first light refractive elements arranged two-dimensionally, and the second light refractive element arrays are Are provided two-dimensionally so as to correspond to the plurality of first light refraction elements in a one-to-one correspondence, and provided between the second light refraction element array and the display medium layer. A plurality of first photorefractive elements and a transparent substrate The convergence position of the plurality of color luminous fluxes that have passed through the plurality of second light refraction elements is located near the surface of the plurality of pixel portions on the side of the second light refraction element. Is achieved.
[0042]
It is preferable that the relationship of f1> f2 is established between the focal lengths f1 of the plurality of first light refraction elements and the focal lengths f2 of the plurality of second light refraction elements.
[0043]
In one embodiment, each of the plurality of first photorefractive elements is a microlens. Preferably, the micro lens is an aspheric lens.
[0044]
In one embodiment, each of the plurality of second photorefractive elements is a microlens.
[0045]
In one embodiment, each of the plurality of second light refracting elements is a microprism having a plurality of inclined surfaces.
[0046]
The thickness of the transparent substrate is preferably 30 μm or less. More preferably, the thickness of the transparent substrate is 5 μm or more and 25 μm or less.
[0047]
In one embodiment, the transparent substrate is a glass substrate.
[0048]
An image display device according to one embodiment is a liquid crystal projector having a liquid crystal layer as the display medium layer, and further including a projection optical system on a light emission side of the display medium layer.
[0049]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of a photorefractive element array substrate, an image display device including the same, and an image display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a liquid crystal display element is exemplified as an image display element, and a liquid crystal projector is exemplified as an image display device, but the present invention is not limited to these.
[0050]
First, the configuration and function of a
[0051]
The
[0052]
An
[0053]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the light beam transmitted through the
[0054]
Such a configuration can be specifically realized as follows, for example.
[0055]
The focal length f1 of the
[0056]
On the other hand, if a
[0057]
The
[0058]
In the
[0059]
Further, in order to set the light condensing position near the light emission side surface of the
[0060]
That is, in the
[0061]
FIG. 2 shows the shapes of the first
[0062]
As shown in FIG. 2, the
[0063]
Since the first
[0064]
The outer shape of the
[0065]
Since the
[0066]
Here, an example is shown in which the
[0067]
The microlens array substrate of the embodiment according to the present invention is suitably used for a liquid crystal display device of a liquid crystal projector. FIG. 3 schematically shows a configuration of a typical
[0068]
The
[0069]
As the
[0070]
The light from the
[0071]
The configuration of the liquid
[0072]
The liquid
[0073]
The
[0074]
For example, the liquid
[0075]
The thickness of the
[0076]
In addition, since the light beams emitted from the
[0077]
The above-described
[0078]
First, a
[0079]
The pitches of the
[0080]
As a method for forming the first and
[0081]
The
[0082]
The reason for setting the thickness of the
[0083]
Here, the thickness of the
[0084]
The reason why the thickness of the
[0085]
On the other hand, the reason why the thickness of the
[0086]
As shown in FIG. 5B, when the
[0087]
When the
[0088]
Usually, a metal halide lamp or a high-pressure mercury lamp used for a liquid crystal projector has an emission line spectrum in the G and B wavelength ranges and does not have an emission line spectrum in the R band. G and B are stronger than R. Therefore, when these lamps are used, a method of cutting excess G and B luminous flux by electrically controlling the liquid crystal display element in order to balance the light intensity of R, G and B is adopted. Can be This cut amount is usually about 20%.
[0089]
FIG. 6 shows an example of the relationship between the thickness d of the
[0090]
Here, as can be seen from FIG. 6, the thickness d of the
[0091]
By taking the upper limit of the thickness d of the
[0092]
The first
[0093]
The first
[0094]
The reason why the
[0095]
In the
[0096]
The
[0097]
The
[0098]
Typically, like the liquid
[0099]
This focal length f2 is set shorter than the focal length f1 of the
[0100]
The directions of the microlenses (convex lenses) in the
[0101]
For example, the first
[0102]
The liquid
[0103]
Unlike the first
[0104]
In the above-described embodiment, the configuration using the cover glass as the transparent substrate provided on the emission side of the microlens array substrate is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and another material (for example, plastic or a composite material thereof) may be used. You may. Further, in the above-described embodiment, the liquid crystal display element having the liquid crystal layer as the display medium layer has been exemplified. However, the present invention is not limited to the liquid crystal display element, and may be an electrochromic display element, an electrophoretic display element, or an electrical device such as a PLZT. The present invention can be widely applied to non-light-emitting display elements having an optical material as a display medium layer.
[0105]
【The invention's effect】
The light refraction element substrate (e.g., microlens array substrate) of the present invention converges a light beam near the light emission side surface of a transparent substrate (e.g., cover glass) disposed on the light emission side and enters the light beam at a different angle. The principal ray of the light beam can be emitted almost in parallel. Therefore, by using such a photorefractive element, an image display device with excellent display quality can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing a configuration of a
FIG. 2 is a plan view schematically showing a two-dimensional arrangement of first and second microlenses on a
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of a
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a liquid
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating the configuration and functions of a liquid
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness d of the transparent substrate (cover glass) of the microlens array substrate and the light collection efficiency of the embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of another liquid
FIGS. 9A and 9B are schematic diagrams for explaining a known method for manufacturing a microlens array substrate.
FIGS. 10A and 10B are schematic cross-sectional views for explaining a problem of a conventional microlens array substrate.
[Explanation of symbols]
1,11 base substrate
2, 12 First micro lens array
2a, 12a First micro lens
3, 13a Intermediate glass plate
4, 14 Second micro lens array
4a, 14a Second micro lens
5, 15 Cover glass (emission side transparent substrate)
6, 16, 36, 56, 76, 76 'microlens array substrate
7, 8, 17, 18 Adhesive layer
19 Display media layer
19a Pixel portion of display medium layer
22 Further transparent substrate (TFT substrate)
40, 60 liquid crystal display element
300 LCD projector
301 light source
302 Parabolic mirror
303 fly eye lens
304 field lens
305 field lens
306 Dichroic mirror
307 Liquid crystal display element (liquid crystal display panel)
308 Projection lens
Claims (19)
それぞれが前記複数の第1光屈折素子と1:1で対応するように2次元に配列された複数の第2光屈折素子を有する第2光屈折素子アレイと、
透明基板とを光入射側からこの順で有し、
前記複数の第1光屈折素子と前記複数の第2光屈折素子とを通過した光束の収束位置が、前記透明基板の光出射側表面の近傍に位置する光屈折素子アレイ基板。A first light refraction element array having a plurality of first light refraction elements arranged two-dimensionally,
A second light refraction element array having a plurality of second light refraction elements two-dimensionally arranged so as to correspond to the plurality of first light refraction elements in a 1: 1 relationship,
Having a transparent substrate in this order from the light incident side,
A light refraction element array substrate, wherein a convergence position of a light beam passing through the plurality of first light refraction elements and the plurality of second light refraction elements is located near a light emission side surface of the transparent substrate.
f1>f2
の関係が成り立っている、請求項1記載の光屈折素子アレイ基板。Between the focal length f1 of the plurality of first light refraction elements and the focal length f2 of the plurality of second light refraction elements,
f1> f2
2. The photorefractive element array substrate according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied.
前記光屈折素子アレイ基板の前記透明基板側に設けられた表示媒体層と、
前記表示媒体層を介して前記光屈折素子アレイ基板に対向するさらなる透明基板と、
を有する画像表示素子。A photorefractive element array substrate according to any one of claims 1 to 9,
A display medium layer provided on the transparent substrate side of the photorefractive element array substrate,
A further transparent substrate facing the photorefractive element array substrate via the display medium layer,
An image display element having:
光源からの光束を互いに異なる波長域を有する複数の色光束に分割する色分離素子と、
前記複数の色光束が照射され、2次元に配列された複数の画素部を有する表示媒体層と、
前記表示媒体層の光入射側に設けられた第1光屈折素子アレイと、
前記第1光屈折素子アレイと前記表示媒体層との間に設けられた第2光屈折素子アレイと、
を備えた画像表示装置であって、
前記第1光屈折素子アレイは2次元に配列された複数の第1光屈折素子を有し、前記第2光屈折素子アレイはそれぞれが前記複数の第1光屈折素子と1:1で対応するように2次元に配列された複数の第2光屈折素子と、
前記第2光屈折素子アレイと前記表示媒体層との間に設けられた透明基板と、を備え、
前記複数の第1光屈折素子と前記複数の第2光屈折素子とを通過した前記複数の色光束の収束位置は、前記複数の画素部の前記第2光屈折素子側表面の近傍に位置する、画像表示装置。A light source,
A color separation element that divides the light beam from the light source into a plurality of color light beams having different wavelength ranges,
A display medium layer having a plurality of pixel units which are irradiated with the plurality of color light beams and are two-dimensionally arranged;
A first light refraction element array provided on the light incident side of the display medium layer;
A second photorefractive element array provided between the first photorefractive element array and the display medium layer;
An image display device comprising:
The first light refraction element array has a plurality of first light refraction elements arranged two-dimensionally, and the second light refraction element array corresponds to the plurality of first light refraction elements in a one-to-one correspondence. A plurality of second light refracting elements arranged two-dimensionally as described above,
A transparent substrate provided between the second photorefractive element array and the display medium layer,
The convergence position of the plurality of color light beams passing through the plurality of first light refraction elements and the plurality of second light refraction elements is located near the surface of the plurality of pixel units on the side of the second light refraction element. , Image display device.
f1>f2
の関係が成り立っている、請求項11記載の画像表示装置。Between the focal length f1 of the plurality of first light refraction elements and the focal length f2 of the plurality of second light refraction elements,
f1> f2
The image display device according to claim 11, wherein the following relationship is satisfied.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003013277A JP2004226607A (en) | 2003-01-22 | 2003-01-22 | Photorefractive element array substrate and image display device |
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JP (1) | JP2004226607A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012119195A (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | National Institute For Materials Science | Metal complex, dye-sensitized oxide semiconductor electrode, and dye-sensitized solar battery |
-
2003
- 2003-01-22 JP JP2003013277A patent/JP2004226607A/en active Pending
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