JP2004309794A - Microlens substrate and its manufacturing method, liquid crystal display element equipped with microlens substrate, and projection type liquid crystal display device - Google Patents

Microlens substrate and its manufacturing method, liquid crystal display element equipped with microlens substrate, and projection type liquid crystal display device Download PDF

Info

Publication number
JP2004309794A
JP2004309794A JP2003103180A JP2003103180A JP2004309794A JP 2004309794 A JP2004309794 A JP 2004309794A JP 2003103180 A JP2003103180 A JP 2003103180A JP 2003103180 A JP2003103180 A JP 2003103180A JP 2004309794 A JP2004309794 A JP 2004309794A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
lens
microlens
microlens array
liquid crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003103180A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3908193B2 (en
Inventor
Kazuya Kitamura
和也 北村
Noriaki Okada
訓明 岡田
Minoru Ueda
稔 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2003103180A priority Critical patent/JP3908193B2/en
Publication of JP2004309794A publication Critical patent/JP2004309794A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3908193B2 publication Critical patent/JP3908193B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of microlens substrates that can simplify manufacturing stages by facilitating center axis adjustment between a 1st lens and a 2nd lens. <P>SOLUTION: The 1st lens of a microlens substrate 29 which has the 1st lens already formed and is coated with a high-refractive-index resin 28 and a negative resist layer 29 in order across a transparent substrate 27 as an intermediate substrate is irradiated with exposure light while the angle of incidence is varied from 0° to θi. Through the light converging function of the 1st lens 5, the negative resist layer 29 is exposed to a shape conforming to the intensity distribution of light. The shape is transferred to a layer formed of the high-refractive-index resin 28 by etching etc., to form the 2nd lens in a desired shape. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロレンズ基板及びその製造方法、マイクロレンズ基板を備えた液晶表示素子、投影型液晶表示装置に関するものである。より詳しくは、例えば、２層構成のマイクロレンズアレイを具備した液晶表示素子等を含む投影型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投影型液晶表示装置は、投影型ブラウン管表示装置と比較すると、色再現範囲が広い、小型・軽量であるため持ち運びしやすい、地磁気に影響されないのでコンバージェンス調整が不要であるなど、非常に優れた特性を持っている。また、投影型液晶表示装置は、大画面化も容易であることから、今後、家庭用映像表示装置の主流になると考えられる。
【０００３】
液晶表示素子を用いたカラーの投影型画像表示方式には、三原色に応じて液晶表示素子を三枚用いる三板式と、一枚のみを用いる単板式とがある。前者の三板式は、白色光を赤・緑・青の三原色ににそれぞれ分割する光学系と、各色光を制御して画像を形成する三枚の液晶表示素子とを備えており、各色の画像を光学的に重畳してフルカラー表示を行うものである。
【０００４】
上記の三板式の構成では、白色光源から放射される光を有効に利用することができ、かつ、色の純度も高いという利点があるが、上述のように色分離系と色合成系とが必要なため、光学系が繁雑で部品点数が多くなってしまい、低コスト化、及び、小型化が困難である。
【０００５】
これに対して、後者の単板式は、液晶表示素子を一枚のみ用いる構成であり、モザイク状、ストライプ状等の三原色カラーフィルタパターンを備えた液晶表示素子を投影光学系により、投影するものである。単板式は、使用する液晶表示素子が一枚ですみ、かつ、光学系の構成も三板式に比べて単純になるので、低コスト化、及び、小型の投影型システムに好適である。
【０００６】
しかしながら、上記単板式の場合には、カラーフィルタによる光の吸収又は反射が起こるため、入射光の約１／３しか利用することができないという問題が生じる。つまり、カラーフィルタを用いる単板式での画面の明るさは、等しい明るさの光源を用いた三板式と比較して約１／３に低下してしまう。
【０００７】
上記の問題を解決するため、例えば、特許文献１には、扇形に配置されたダイクロイックミラー（色分解ミラー）を用いて、白色光源から出射された白色光を、赤、緑、青の各光束に分割し、光の利用効率を向上させるようにした、２層構成のマイクロレンズアレイを備えた投影型カラー液晶表示装置が開示されている。
【０００８】
上記投影型液晶表示装置に備えられた液晶表示素子には、光入射側の面に第１のマイクロレンズアレイが、光出射側の面に第２のマイクロレンズアレイがそれぞれ設けられている。この投影型液晶表示装置において、上記ダイクロイックミラーにより分割された各光束は、上記第１のマイクロレンズアレイにそれぞれ異なった角度で入射する。第１のマイクロレンズアレイは、第２のマイクロレンズアレイの光出射位置近傍に各色の光束を集光する。上記第１のマイクロレンズアレイを通過した各光束は、第２のマイクロレンズアレイにより、ダイクロイックミラーで分割された赤、緑、青の各光束の主光線がほぼ平行になるように屈折される。第２のマイクロレンズアレイを通過した各色の光束は、各色に対応した色信号が独立して印加される信号電極により駆動される液晶部位に分配照射される。この装置では、吸収型のカラーフィルタを用いないので、光の利用効率が向上するだけでなく、第１及び第２のマイクロレンズアレイ通過後の各色の主光線がほぼ平行になるため、投影レンズに達するまでの各色の主光線の拡がりが小さく、投影レンズでのケラレによる光量低下がないため、極めて明るい画像を提供することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１８１４８７号公報（１９９５年７月２１日公開）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の投影型液晶表示装置では、以下の問題を招来する。
【００１１】
即ち、従来の投影型液晶表示装置に備えられている液晶表示素子の、第１及び第２のマイクロレンズアレイを構成する第１レンズ及び第２レンズは、１対１に対応しており、互いに中心軸が一致している位置関係にある。
【００１２】
従って、第１レンズと第２レンズとを正確な位置関係にするためには、第１レンズと第２レンズとの中心軸の位置ずれを極力小さくしなければならず、そのために極めて厳密な中心軸調節機構が必要となる。従って、第１レンズと第２レンズとの位置あわせ工程は複雑となり、上記第１及び第２のマイクロレンズアレイを備えるマイクロレンズ基板の生産性が低下するという問題が生じる。
【００１３】
また、従来の投影型液晶表示装置における、第１及び第２のマイクロレンズアレイとしては、レンチキュラーレンズ（蒲鉾状のレンズが平行に配列されたもの）をイオン交換法により透明基板に配列したレンチキュラーレンズ基板が用いられている。つまり、第２のマイクロレンズアレイの形状は基板に対して直角の面を有する。これにより、第２のマイクロレンズアレイのエッチング等の製造工程が極めて困難になり、結果として、コストが嵩むこととなる。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１レンズと第２レンズとの間の中心軸の調整を簡単にし、位置あわせ工程及び第２レンズの製造工程の簡略化が実現できる２層構成のマイクロレンズ基板及びその製造方法、マイクロレンズ基板を備えた液晶表示素子、投影型液晶表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、上記の課題を解決するために、互いに異なる角度で入射する複数の光束を各波長域毎に収束させる第１のマイクロレンズアレイと、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイとを備えたマイクロレンズ基板の製造方法であって、上記第１のマイクロレンズアレイを有する透明基板と、上記第２のマイクロレンズアレイになる材料からなる材料層とを積層した後、上記第１のマイクロレンズアレイを介して照射された光を用いて、上記材料層に第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して照射された光によって、上記材料層に第２のマイクロレンズアレイを形成することができるので、第１及び第２のマイクロレンズアレイの間で厳密な中心軸調節機構を必要とせずに、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを同一中心軸上に配置することが可能になる。これにより、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとの頻雑な位置あわせを必要とせずに、高精度に第１及び第２のマイクロレンズアレイを配置することができる。従って、第１及び第２のマイクロレンズアレイの位置あわせ工程の簡略化が実現し、上記マイクロレンズ基板の生産性を向上させることができるとともに、生産コストを低減させることができる。
【００１７】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、上記の課題を解決するために、互いに異なる角度で入射する複数の光束を各波長域毎に収束させる第１のマイクロレンズアレイと、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイとを備えたマイクロレンズ基板の製造方法であって、上記第２のマイクロレンズアレイになる材料からなる材料層に感光性材料を塗布し、感光性材料層を形成する感光性材料層形成工程と、感光性材料層形成工程後、上記感光性材料層に、第１のマイクロレンズアレイを介して、入射角度を変化させながら光を照射する照射工程と、照射工程により、上記感光性材料層に光の強度分布に沿った形状を形成し、感光性材料を露光，現像する露光工程と、露光工程で形成された形状を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成するレンズ形成工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して入射角度を変化させながら照射された光により、上記感光性材料層に光の強度分布に沿った形状を形成することができる。そして、上記感光性材料層中で形成された形状を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成することにより、第１及び第２のマイクロレンズアレイの間で厳密な中心軸調節機構を必要とせずに、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを同一中心軸上に配置することが可能になる。従って、第１及び第２のマイクロレンズアレイの位置あわせ工程の簡略化が実現し、上記マイクロレンズ基板の生産性を向上させることができるとともに、生産コストの低減させることができる。
【００１９】
さらに、上記の構成によれば、従来のように、第２のマイクロレンズアレイが基板に対し垂直な面を有することにより、そのエッチング等の製造工程が極めて困難になるという問題は招来しない。即ち、上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して照射された光によって、上記材料層に、基板に対し垂直な面ができない形状に第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。従って、第２のマイクロレンズアレイの製造工程を簡潔化させることができる。
【００２０】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記露光工程では、入射角度０°の光束によって感光性材料を最も強く露光させるを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、感光性材料層に形成される形状は、強度分布に沿った形状となる。つまり、光軸に対し垂直方向から見ると、光の入射側に長辺を有する形状になる。従って、第２のマイクロレンズアレイの形状は、光の入射側に対して長辺がくる形状が望ましい。なぜなら、上記した第２のマイクロレンズアレイの形状は、光の入射側に対して直角の面を有さないことから、その製造が容易になる。第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状即ち露光形状が、光束の入射方法に対して、アンダーカット形状とならない。このため、第２のマイクロレンズアレイの製造が容易になり、さらに一層、上記マイクロレンズ基板の生産性を向上させることができる。
【００２２】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記照射工程では、部分的に光の透過率を変化させたマスクを用いて、感光性材料層に、入射角度を変化させながら光を照射することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、部分的に光の透過率を変化させたマスクを用いて感光性材料層に光を照射するので、光の強度に対する感光性材料の特性を利用することにより、所望の形状の第２のマイクロレンズアレイを得ることができる。
【００２４】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、上記の課題を解決するために、上記露光工程では、感光性材料層に照射される光の入射角度に応じて、露光時間を変化させることを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して感光性材料層に照射される光の入射角度に応じて露光時間を変化させることにより、上記感光性材料層を透過する光の強度が変化する。感光性材料において、透過する光の強度が大きい場合、露光される感光性材料層は厚くなり、透過する光の強度が小さい場合、露光される感光性材料層は薄くなる。したがって、光の強度に対する感光性材料の特性を利用することにより、所望の形状の第２のマイクロレンズアレイを得ることができる。
【００２６】
本発明にかかるマイクロレンズ基板は、上記の課題を解決するために、上述したマイクロレンズ基板の製造方法により製造されることを特徴としている。
【００２７】
上述した製造方法により、第１及び第２のマイクロレンズアレイ間の中心軸調整を簡単にし、位置あわせ工程及び第２レンズの製造工程の簡略化が実現できる。これにより、低コストにて光利用効率が高く、高性能なマイクロレンズ基板を提供することができる。
【００２８】
本発明にかかるマイクロレンズ基板は、上記の課題を解決するために、互いに異なる角度で入射する複数の光束を各波長域毎に収束させる第１のマイクロレンズアレイと、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイとを備えたマイクロレンズ基板であって、上記第２のマイクロレンズアレイにおけるレンズ形状は、光入射側に底面を有する略角錐台形状を成し、その傾斜面が光入射側に対して凹を成していることを特徴としている。
【００２９】
上記の構成によれば、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状が、光入射側に底面を有する略角錐台形状を成しており、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状即ち露光形状が、光束の入射方法に対して、アンダーカット形状とならない．これにより、第２のマイクロレンズアレイの製造工程を安定かつ簡潔化させることができる。さらに、上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイにより収束された複数の光束は、第２のマイクロレンズアレイで互いに平行になるように屈折される。上記した略角錐台形状のレンズの傾斜面が光入射側に対して凹を成していることから、斜面部における光の強度分布形状と近い形になり、より露光しやすい簡便な製造方法を提供することができる。
【００３０】
本発明にかかるマイクロレンズ基板は、上記の課題を解決するために、上記凹を成す傾斜面が円筒面であることを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状は、光出射側にのみ曲面を有する形状になり、その製造が容易になる。
【００３２】
本発明にかかる液晶表示素子は、上記課題を解決するため、上記マイクロレンズ基板を備えたことを特徴としている。
【００３３】
これにより、より簡便に、光利用効率が高く、輝度ムラ、混色のない高品質な液晶表示素子を実現することができる。
【００３４】
さらに、本発明にかかる投影型液晶表示装置は、上記課題を解決するため、上記の液晶表示素子を備えたことを特徴としている。
【００３５】
本発明にかかる投影型液晶表示装置は、さらに、白色光源と、該白色光源からの白色光を互いに異なる波長域を有する複数の光束に分割する光束分割手段と、上記投影型液晶表示装置用の液晶表示素子と、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している。
【００３６】
これにより、光利用効率が高く、輝度ムラ、混色のない高品質で、かつ、低コストな投影型液晶表示装置を実現することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１〜図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３８】
本実施の形態にかかる投影型液晶表示装置に備えられる、液晶パネルユニット（液晶表示素子）の概略の構成を図１に示す。同図に示すように、液晶パネルユニット２は、光透過性を有する中間基板６を備えている。中間基板６の光入射面には、高屈折率樹脂からなる第１レンズ５…が複数設けられ、該第１レンズ５…は第１のマイクロレンズアレイを構成している。第１レンズ５…は光入射側に凸をなす非球面レンズである。第１のマイクロレンズアレイの光入射側の表面は、低屈折率樹脂からなる平坦化層４によって、平坦化されている。平坦化層４の光入射側には、光透過性を有する保護板３が備えられている。
【００３９】
上記中間基板６の光出射面には、高屈折率樹脂からなる第２レンズ７…が複数設けられている。第２レンズ７…は光入射側に底面７ａを配した略角錐台形状のレンズであり、第２のマイクロレンズアレイを構成している。第２のマイクロレンズアレイの光出射側の表面は、低屈折率樹脂からなる平坦化層２０によって、平坦化されている。平坦化層２０の光出射側には、ブラックマトリクス層８が形成されている。これにより、保護板３からブラックマトリクス層８までの一連のユニットであるマイクロレンズ基板１が構成されている。
【００４０】
また、本実施の形態において、第１レンズ５及び第２レンズ７に用いられる高屈折率樹脂の材料としては、例えば、ＪＳＲ製Ｚ９００１、協立化学製ＷＲ８７４０が挙げられる。一方、平坦化層４及び平坦化層２０に用いられる低屈折率樹脂の材料としては、協立化学製ＷＲ７７１０が挙げられる。しかしながら、高屈折率樹脂及び低屈折率樹脂の材料は、特にこれに限定されず、高屈折率樹脂と低屈折率樹脂との屈折率差が大きいければよい。
【００４１】
さらに、上記液晶パネルユニット２は、光出射側に下部基板１２を有している。下部基板１２の光入射面には、ＴＦＴ等を含む電極層１１が設けられている。また上記ブラックマトリクス層８の光出射側には、ＩＴＯ等からなる透明電極９が設けられている。上記透明電極９及び上記電極層１１の間に、液晶層１０が形成されている。上記した透明電極９、液晶層１０、及び電極層１１により画素部２２が構成されている。上記ブラックマトリクス層８には、画素部２２におけるＲ，Ｇ，Ｂの各絵素に対応して開口部１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂが形成されている。以下、Ｒ，Ｇ，Ｂは、それぞれ赤、緑、青の各色を表わす。
【００４２】
上記マイクロレンズ基板１について、更に詳細に説明する。第１のマイクロレンズアレイは、図２（ａ）に示すように、光入射側から見て、非球面レンズの外周部が相互に密接した正六角形の第１レンズ５…を、稠密に配列した構造を有している。例えば、第１レンズ５の縦ピッチは３０μｍ、横ピッチは４５μｍ、曲率半径は１５μｍＲとなっている。第１レンズ５の焦点位置はブラックマトリクス層８付近に設計されている。
【００４３】
一方、第２レンズ７は、図３に示すように、光入射面である底面７ａに対し、光出射面である上面７ｃの長辺が短くなった略角錐台形状のレンズである。また、第２のマイクロレンズアレイは、図２（ｂ）に示すように、光入射側に対して、第２レンズ７をレンガ積み状に配列した構造を有している。第２レンズ７の形状を略角錐台形状としたのは、角錐台の傾斜面７ｂ，７ｂを曲面としたためであり、光入射側に凹を成している。例えば第２レンズ７の形状は、底面７ａが１５μｍ×４５μｍ、上面７ｃが１５μｍ×１５μｍ、高さｈが２０μｍとなっており、傾斜面７ｂ，７ｂは、円筒面となっている。ここで、第２レンズ７の傾斜面７ｂ・７ｂを円筒面にするとき、第２レンズ７は底面７ａに対し光出射方向にのみ曲面を有する形状となり、その製造が容易になる。また、第２レンズ７の形状は、底面７ａのほうが上面７ｃより面積が大きい略角錐台形状が好ましい。これにより、第２レンズ７は、そのレンズ形状即ち露光形状が、光束の入射方法に対して、アンダーカット形状とならないので、光の入射側に対して直角の面を有さない形状となり、その製造が容易になる。
【００４４】
また、第１レンズ５と第２レンズ７との光照射側から見た位置関係は、図２（ｃ）に示すように、第１レンズ５と第２レンズ７とは１対１に対応しており、互いの中心軸が一致している。
【００４５】
第２レンズ７と、Ｒ、Ｇ、Ｂの各絵素の配列との関係は、図２（ｄ）に示すように、光照射側から見ると、１つの第２レンズ７に対応して、Ｒの絵素を中央に挟むように、Ｂの絵素とＧの絵素とが配置されている。従って、図１に示すように、第２レンズ７における上面７ｃがＲの絵素に対応する開口部１７Ｒと対向し、傾斜面７ｂ，７ｂが、Ｂ、Ｇの各絵素に対応する開口部１７Ｂ，１７Ｇに対向している。
【００４６】
本実施の形態にかかる投影型液晶表示装置（背面型）の光学系の概略の構成を図４に示す。以下、液晶パネルユニット２を備えた投影型液晶表示装置１００について説明する。
【００４７】
投影型液晶表示装置１００は、光源として白色光源１３を備えている。白色光源１３としては、例えば、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、高圧水銀ランプ等を使用することができる。
【００４８】
白色光源１３の光照射方向には、インテグレータ１４が配置されている。インテグレータ１４は、白色光源１３から出射された白色光束の光源分布及び配向分布を均一化する。インテグレータ１４としては、フライアイレンズを用いたものが好ましいが特に限定しない。また、上記のインテグレータ１４を配置するかわりに、コンデンサレンズが設けられていてもよい。コンデンサレンズを配置する場合、その焦点が上記白色光源１３の発光部の中心と一致するように配置されていることが好ましい。このような配置により、コンデンサレンズからは、略平行な白色光束が得られる。また、白色光源１３から平行光束を得る手段としては、上記の構成に限らず、例えば、回転方物面鏡など、公知の方法を採用することができる。
【００４９】
上記インテグレータ１４の光照射方向には、ミラー１６が配置されている。上記インテグレータ１４を通過した平行光束の白色光は、上記ミラー１６で反射された後、色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇに照射される。３種の色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇは、それぞれ異なる角度で配置されており、この順に光軸上に配置されている。色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇは、それぞれ青、赤、緑の色に対応する各波長域の光を選択的に反射し、他の波長の光は透過する特性を有する。また、インテグレータ１４から出射した光束を色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇに直接照射するような場合、本投影型液晶表示装置１００は、ミラー１６を備えない構成とすることができる。
【００５０】
上記色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇは、周知の多層薄膜コーティング技術により形成されている。青の色分解ミラー１５Ｂは約５００ｎｍより短波長、赤の色分解ミラー１５Ｒは約６００ｎｍより長波長の可視光をそれぞれ反射し、緑の色分解ミラー１５Ｇはおよそ５７０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の可視光を反射するように、各々形成される多層薄膜の条件が設定されている。
【００５１】
三枚の色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇの中で、白色光源１３に最も近い位置に設けられた色分解ミラー１５Ｂは、白色光源１３からの光束が所定の角度で入射するように配置されている。このとき、他の２枚の色分解ミラー１５Ｒ，１５Ｇは、上記色分解ミラー１５Ｂに対して、それぞれ平行な状態から、光軸に対して角度θずつ順次傾けて配置されている。色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇを上記のように配置すると、Ｂ光、Ｒ光、及びＧ光が、液晶パネルユニット２に対してそれぞれ角度２θずつずれて入射する。
【００５２】
本投影型液晶表示装置１００では、図１に示すように、Ｒ光は、液晶パネルユニット２に対し略垂直に、Ｂ光は一定角度２θの傾きを持って、Ｇ光はＢ光とは逆方向に角度２θを持って、液晶パネルユニット２に入射する。この赤、青、緑の順番は、白色光源１３のスペクトル分布及び色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇの特性を考慮して決定され、必ずしも上記の順番に限るものではない。また、色分解ミラー１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇそれぞれの配置も変われば、Ｂ光、Ｒ光及びＧ光の液晶パネルユニット２に対する入射角度も変化する。従って該入射角度に対応する開口部１７Ｂ、１７Ｒ、１７Ｇの配置及びＢ、Ｒ、Ｇの各絵素の配列も変化する。
また、本実施の形態では、白色光を色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇにより三原色に分解する例を示したが、これに限らず、四色以上に分解するような構成とすることも可能である。四色以上に分解した場合には、例えばグラフィック表示用に適用することが可能である。
【００５３】
ここで、図１を用いて各色別の光線について説明すると、Ｒ光は第１レンズ５で屈折され、収束光として第２レンズ７に入射する。第１レンズ５の焦点位置は開口部１７Ｒの中心付近に設計されているので、第１レンズ５に入ったＲ光は、開口部１７Ｒの中心付近に集光する。このとき、Ｒ光は、第２レンズ７における底面７ａに対し垂直に入射し、上面７ｃから出射する。
【００５４】
一方、Ｂ光は、その主光線が色分解ミラー１５Ｂにより、Ｒ光の主光線に対して角度２θで液晶パネルユニット２に入射するようになっている。従って、第１レンズ５通過後も同じく角度２θを保ったまま第２レンズ７の底面７ａに入射し、底面７ａで屈折後、第２レンズ７における傾斜面７ｂを通過してでも屈折され出射される。第２レンズ７を通過することにより、Ｂ光の主光線は、Ｒ光の主光線とほぼ平行な方向に屈折される。よって、第１レンズ５及び第２レンズ７の作用により、Ｂ光はブラックマトリクス層８の開口部１７Ｂの中心付近に集光する。
【００５５】
Ｇ光は、Ｒ光の主光線に対してＢ光と略対称な関係にあり、その主光線が色分解ミラー１５Ｇにより、Ｒ光の主光線に対してＢ光とは逆方向に角度２θを有し、液晶パネルユニット２に入射するようになっている。従って、Ｇ光は第１レンズ５を通過後も同じく角度２θを保ったまま第２レンズ７の底面７ａに入射し、底面７ａで屈折後、傾斜面７ｂを通過してでも屈折され出射される。第２レンズ７を通過することにより、Ｇ光の主光線は、Ｒ光の主光線とほぼ平行な方向に屈折される。よって、第１レンズ５及び第２レンズ７の作用により、Ｇ光はブラックマトリクス層８の開口部１７Ｇの中心付近に集光する。
【００５６】
ブラックマトリクス層８の開口部１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂを通過したＲ、Ｇ、Ｂ各色の光は、画素部２２で変調を受け、電極層１１及び下部基板１２を通過し液晶パネルユニット２から出射し、図４に示すように、投影レンズ１８を介してスクリーン１９に投影される。
【００５７】
本投影型液晶表示装置１００の構成においては、液晶パネルユニット２の光入射側に設けられた第１レンズ５の集光効果により、より多くの光がブラックマトリクス層８の開口部１７を透過し、ひいては画素部２２を透過して、光の利用効率の向上に寄与することができる。
【００５８】
またＧ光及びＢ光は、色分解ミラー１５Ｂ，１５Ｒ，１５ＧによりＲ光の主光線に対して角度２θを持っており、第１レンズ５において多くの光を集光できたとしても、このまま進行するとＧ光及びＢ光において、光束の全径がどんどん広がっていき、その後の投影レンズ１８によりケラレが生じてしまう。しかしながら、第２レンズ７により、Ｇ光及びＢ光の主光線を、Ｒ光の主光線に対してより平行に近い角度、望ましくは平行に補正するので、液晶パネルユニット２を通過後の光束の拡がりが抑えられ、投影レンズ１８のケラレにより光の損失が生じることもない。そして、この相乗効果により、光利用効率の大幅な改善を図ることができる。
【００５９】
また、上記の効果により、第１レンズ５の焦点距離を小さく設定することができるので、白色光源１３からの完全平行でない光線の多くをブラックマトリクス層８の開口部１７に透過させることができ、更なる光利用効率の向上が可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、集光特性を高めるために第１レンズ５を非球面レンズとしたが、これに限定されず、例えば、球面レンズであっても効果は変わることはない。
【００６１】
また、第２レンズ７の傾斜面７ｂ・７ｂの形状は円筒面としたが、これに限らず、球面、球面以外の曲面、あるいは、複数段階にて折曲された多面でもよい。上記傾斜面７ｂ・７ｂの形状を球面とした場合、高精度な収差補正が可能となり、光利用効率が向上する。また、上記傾斜面７ｂ・７ｂの形状を球面以外の曲面とした場合、更に高精度な収差補正が可能となり、光利用効率が一層向上する。またさらに、上記傾斜面７ｂ・７ｂの形状を複数段階にて折曲された多面とした場合、上記傾斜面７ｂ・７ｂの形状を球面、または、円筒面とする場合に比べ、加工が容易になる。
【００６２】
さらに、第２レンズ７の上面７ｃは平面としたが、球面でも円筒面でも、これら以外の曲面でもよい。但し、加工の容易性からレンズ高さは低いほうが良いので、平面であることが望ましい。
【００６３】
また、第２レンズ７の傾斜面７ｂは光入射側に凹としたが、これに限定されず、台形の傾斜面７ｂ・７ｂが曲面であれば任意のものでよい。例えば傾斜面７ｂ・７ｂが、光入射側に対し凸であってもよい。この場合、角度２θで入射する光束、つまりＧ光及びＢ光は、Ｒ光の主光線と平行となるように傾斜面７ｂ・７ｂで屈折される。このため、上記傾斜面７ｂにおいて、Ｇ光及びＢ光の内側と外側との屈折率の差異を小さく抑えることができ、コマ収差及び非点収差の発生を効果的に抑えることができ、光利用効率を高く維持することができる。
【００６４】
次に、本実施の形態にかかるマイクロレンズ基板１の製造方法について説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は、マイクロレンズ基板１の製造方法の一例を示す断面図である。
【００６５】
まず、図５（ａ）に示すように、スタンパ型２３と、保護板３となる透明基板２４との間に、上記した平坦化層４となる低屈折率樹脂２５を塗布し、ＵＶ光を照射することで、該低屈折率樹脂２５を硬化させる。次に、図５（ｂ）に示すように、スタンパ型２３を脱離した後、図５（ｃ）に示すように、第１レンズ５となる高屈折率樹脂２６を接着層として、中間基板６となる透明基板２７を貼着する。
【００６６】
ここで、スタンパ型２３の突起部分２３ａ…によって、保護板３となる低屈折率樹脂２５に形成された窪みに、高屈折率樹脂２６が入り、第１レンズ５が形成される。従って、上記突起部分２３ａ…の形状は、第１レンズ５…の形状と一致していなければならない。
【００６７】
続いて、図５（ｄ）に示すように、上記透明基板２７に、第２レンズ７となる高屈折率樹脂２８を塗布する。次に、ネガレジストを塗布することにより、ネガレジスト層２９を形成する。次に、第１レンズ５…に入射角度を変化させながら平行光束を照射することにより、ネガレジスト層２９を照射光の強度分布に沿った形状でもって露光させる。ネガレジスト層２９での露光・現像の詳細に関しては後述する。
【００６８】
その後、図５（ｅ）に示すように、ドライエッチング等のエッチングにより、上記ネガレジスト層２９に作成された形状を高屈折率樹脂２８からなる層に転写して、第２レンズ７を形成する。
【００６９】
その後、図５（ｆ）に示すように、平坦化層２０となる低屈折率樹脂３０で平坦化し、これにて、マイクロレンズ基板１が得られる。
【００７０】
上述した製造方法により、傾斜面が、図３に示すように、光入射側に対して凹な円筒面を有する第２レンズ７が得られる。
【００７１】
なお、図示していないが、その後、マイクロレンズ基板１における平坦化層２０側に、パッシベーション層、ブラックマトリクス層８、透明電極層（図示せず）、配向層（図示せず）等を形成し、電極層１１が形成されている下部基板１２を対向させて取り付ける。さらに上記電極層１１と配向層とにより形成された間隙に液晶層１０となる液晶を注入することで、液晶パネルユニット２が完成する。
【００７２】
マイクロレンズ基板１を製造するにあたり、例えば、高屈折率樹脂及び低屈折率樹脂について、波長５８８ｎｍにおける屈折率が、それぞれ１．５９、１．４１のものを用いることができるが、屈折率差があればその値は異なるものであっても効果は同様である。また、屈折率差は大きいほうが、境界面での屈折力を大きくできるため、斜面の角度を小さく設定でき有利である。
【００７３】
次に、第２レンズ７の形成に用いる露光方法について説明する。第２レンズ７を作製するための露光機の概略の構成を図６に示す。露光機１０１は、平行光束を出射する平行光源３１、フライアイレンズ３２、コリメータレンズ３３、絞り３４を備えている。製造途中のマイクロレンズ基板３５は、図７に示すように、既に第１レンズ５が形成され、中間基板６となる透明基板２７を介して、高屈折率樹脂２８及びネガレジスト層２９が順に塗布された状態である。
【００７４】
上記露光機１０１により、第１レンズ５への入射角度に対応した光の強度分布に沿った形状でもってネガレジスト層２９に露光することができる（図５（ｄ）参照）。上記の形状をエッチングにより高屈折率樹脂２８からなる層に転写することで第２レンズ７を形成し、低屈折率樹脂３０で埋めて平坦化する（図５（ｅ）参照）。
【００７５】
露光光の強度分布は、本実施の形態のようにネガレジストを用いる場合、レンズ厚さを厚くしたい位置では光量を大きく、レンズ厚さを薄くしたい位置では光量を小さくなるように設定すればよい。
【００７６】
また、露光光の強度分布は、平行光源３１からの平行光束の、ネガレジスト層２９への露光時間を変化させることにより光量を調節してもよい。
【００７７】
従来、光利用効率の高いマイクロレンズ基板１を製造するためには、上記第１レンズ５と、第２レンズ７とは１対１に対応し、かつ互いの中心軸が一致するように配置しなければならなかった。このため、第１レンズ５と第２レンズ７との中心軸の位置ずれを極力小さくしなければならず、両レンズとの間で、より精密な位置あわせが必要であった。
【００７８】
しかしながら、本実施の形態によれば、第１レンズ５に積層された中間基板６に高屈折率樹脂２８（第２レンズ７の材料からなる材料層）を塗布した後、第１レンズ５を介して照射された光によって、第２レンズ７を形成するので、第１レンズ５と第２レンズ７とを同一中心軸上に配置することができる。
【００７９】
また、平行光束を用いて露光しているため、ウエハサイズが大きくなっても、ウエハ内の露光分布を小さく、均一にできるので、レンズ形状のばらつきが小さく、安定な加工が可能である。
【００８０】
さらに、本実施の形態によれば、上記高屈折率樹脂２８にネガレジスト層２９（感光性材料層）を塗布することにより、上記した第１レンズ５を透過した光の、入射角度に応じた強度分布に沿った形状でもってネガレジスト層２９に露光することができる。この強度分布を用いて、第２レンズ７を所望の形状に形成することができる。
【００８１】
従って、本実施の形態にかかるマイクロレンズ基板１の製造方法により、第１レンズ５と第２レンズ７との煩雑な位置あわせプロセスを簡略化することができ、第１レンズ５に対応して第２レンズ７の位置が決まるため、第１レンズ５及び第２レンズ７で構成された第１及び第２のマイクロレンズアレイを高精度に配置することができる。この結果、より簡便に光利用効率が高く、輝度ムラ、混色のない高品質な液晶表示素子、並びに投影型液晶表示装置を提供することができる。
【００８２】
次に、本実施の形態にかかる露光機１０１ を用いた露光方法において、ネガレジスト層２９中に形成される露光光の強度分布について、より詳しく説明する。図７（ａ）は上記した製造途中のマイクロレンズ基板３５の構成を示す断面図であり、図７（ｂ）は入射角度０°の場合、図７（ｃ）は最大入射角度θｉの場合での、第１レンズ５による露光光の集光の様子を示している。なお、矢印は露光光の入射方向を示し、露光光の入射角度とは、露光光の入射方向の上記マイクロレンズ基板３５の光照射面に対して垂直方向（図７（ｃ）の一点鎖線）に対する角度を示す。
【００８３】
図７（ｂ）・（ｃ）に示すように、入射角度を０°からθｉまで変化させながら、露光光を第１レンズ５に入射させると、第１レンズ５の集光機能により、ネガレジスト層２９に露光光の強度分布に沿った形状が形成され、ネガレジスト層２９が所望の形状に露光される。
【００８４】
露光光の第１レンズ５への平行光束の入射角度と、該入射角度に対応する第１レンズ５の集光点での光強度との関係を図８に示す。なお、上記光強度は、入射角度０°に対応する第１レンズ５の集光点の光強度を１としたときの、各入射角度での光強度を相対的に表わした値である。同図に示すように、第１レンズ５の集光点での光強度は、露光光の第１レンズ５への入射角度が大きくなるにつれて、低下している。また、同図には、本実施の形態にかかる第２レンズ７において、上面７ｃを構成とする平坦部、及び傾斜面７ｂを構成とする斜面部それぞれに対応する、露光光の強度分布に沿った形状の形成領域を両端の矢印で示している。同図において、上記平坦部と、上記斜面部との境界部Ｐでの、露光光の入射角度をθｐ、光強度をＤｐとする。
【００８５】
また、露光光によって形成されたレジスト層の膜厚は、上記した第１レンズ５の集光点での光強度と、レジスト層のレジスト感度とにより決定される。つまり、上記光強度に、上記レジスト感度に応じた係数を乗じることにより、上記したレジスト層の膜厚を求めることができる。本実施の形態で使用したネガレジスト層２９における露光感度とレジスト層の膜厚との関係を図９に示す。図８と同様に、本実施の形態における第２レンズ７における平坦部及び斜面部それぞれに対応する、露光光の強度分布に沿った形状の形成領域も矢印で示している。図９において、上記した境界部Ｐでの光強度Ｄｐに対応するレジスト膜厚をｈｐとする。レジスト膜厚ｈｐが、図３に示す第２レンズ７の厚さｈと等しくなるように、上記境界部Ｐにおける露光強度（光強度）と露光時間とを設定し、露光・現像する場合、ネガレジスト層２９は図９に示すグラフに沿った形状に露光される。
【００８６】
上述したマイクロレンズ基板１の製造方法において、あらかじめ、ネガレジスト層２９を厚さｈで塗布し、入射角度を変化させながら露光光を照射した場合、露光光の入射角度とレジスト膜厚との関係は図１０に示すグラフになる。同図に示されるグラフの形状が、ネガレジスト層２９に露光される形状に対応する。ここで、上記露光機１０１を用いた露光光学系において、露光光のコリメータレンズ３３への入射角と光強度との関係も、上記した露光強度に影響を与えるため考慮する必要がある。
【００８７】
また、レンズ高さｈは、マイクロレンズ基板１の各々の層を構成する材料の屈折率及び第２レンズ７の斜面部７ｂに入射する主光線の角度により決定される。一方、θｐは第１レンズの焦点距離及び第２レンズ７のピッチ（サイズ）により決定される。よって、上記の高さｈ及び角度θｐに対して、レジスト膜厚がｈとなるように、光強度Ｄｐが決定されるとともに（図９）、レジストの塗布膜厚をｈ（＝ｈｐ）に設定する。従って、境界部Ｐでの入射角度θｐ、レジスト膜厚ｈｐ、及び第２レンズの高さｈは、上記の設計により決まるものであれば特に限定しない。
【００８８】
また、図１１に示すように、透過率分布マスク３８をフライアイレンズ３２とコリメータレンズ３３との間に配置してもよい。透過率分布マスク３８は部分的に光の透過率を変化させたマスクである。従って、透過率分布マスク３８により露光光の透過率を調整することができ、ネガレジスト層２９に所望の形状を露光することができる。
【００８９】
また、上述した露光機１０１を用いた露光方法の他に、露光光の入射角度を固定し、マイクロレンズ基板３５を回転させる方法がある。つまり、図６、あるいは、図１１において、マイクロレンズ基板３５と露光光の中心軸との交点に対して垂直方向の軸を回転軸として回転可能なステージを設け、該ステージ上にマイクロレンズ基板３５を保持し、露光光の入射角度が０°からθｉになるように、ステージを等速で回転させることにより、ネガレジスト層２９は、露光により所望の形状を得ることができる。このとき、露光量の微調整は、上記したステージの回転速度を可変とすることにより可能となる。
【００９０】
また、ネガレジスト層２９が入射角度０°の露光光によって最も強く露光されていることが好ましい。これは上述した露光方法におけるネガレジスト層２９での露光光の強度分布に沿った形状と、図３に示す第２レンズ７の形状とが定性的に一致するためである。つまり、ネガレジスト層２９に露光された形状は、入射角度０°の露光光に対してレジスト層の膜厚が最も厚い領域が対応し、また、入射角度が最大になる露光光に対してレジスト層の膜厚が最も薄い領域が対応する。上記のネガレジスト層２９に露光された形状は、光入射面に対して直角の面を有さないので、第２レンズ７の製造が容易になる。
【００９１】
また、本実施の形態では、光入射側に凹を成した略角錐台形状の第２レンズ７を備えたマイクロレンズ基板１の製造方法を説明したが、これに限定されず、例えば、光入射側に凸を成した略角錐台形状の第２レンズ７を備えたマイクロレンズ基板１に関しても、上述した製造方法を適用することができる。これにより、略角錐台形状の傾斜面７ｂでのコマ収差及び非点収差の発生を効果的に抑えることができ、光利用効率を高く維持できる第２レンズ７を備えたマイクロレンズ基板１を提供することができる。
【００９２】
また、上述した製造方法は、光出射側に底面７ａを有する、凸を成す略角錐台形状の第２レンズ７を備えたマイクロレンズ基板１に関しても適用すると以下の通りになる。図５のマイクロレンズ基板１の製造方法を参照して説明すると、第１レンズ５を形成後、中間基板６となる透明基板２７を貼着した後、該透明基板２７にネガレジスト層２９を塗布する。その後、露光機１０１を用いて、上記ネガレジスト層２９中で所望の露光光の強度分布（この場合、入射角度が０°の第１レンズ５への光線に対して、レジスト膜厚が最も薄い領域が対応し、入射角度が最大になる光線に対して、レジスト膜厚が最も厚い領域が対応する形状）を形成する。上記強度分布に沿った形状を、ドライエッチング等のエッチングにより上記透明基板２７に形成する。その後、第２レンズ７となる高屈折率樹脂２８を埋め、これにて、所望の形状の第２レンズ７を備えたマイクロレンズ基板１が得られる。
【００９３】
また、本実施の形態では、感光性材料としてネガレジストを用いたが、これに限定されず、例えば、紫外線硬化樹脂を感光性材料として用いてもよい。紫外線硬化樹脂は直接露光、硬化させることが可能である。これにより、後工程のエッチングが必要なくなり、本露光工程のみで第２レンズを形成できるという利点がある。
【００９４】
【発明の効果】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、以上のように、第１のマイクロレンズアレイを有する透明基板と、第２のマイクロレンズアレイになる材料からなる材料層とを積層した後、第１のマイクロレンズアレイを介して照射された光を用いて、上記材料層に第２のマイクロレンズアレイを形成する構成である。
【００９５】
上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して照射された光によって、上記材料層に第２のマイクロレンズアレイを形成することにより、第１及び第２のマイクロレンズアレイの間で厳密な中心軸調節機構を必要とせずに、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを同一中心軸上に配置することが可能になる。これにより、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとの頻雑な位置あわせを必要とせずに、高精度に第１及び第２のマイクロレンズアレイを配置することができるという効果を奏する。
【００９６】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、以上のように、第２のマイクロレンズアレイになる材料からなる材料層に感光性材料を塗布し、感光性材料層を形成する感光性材料層形成工程と、感光性材料層形成工程後、感光性材料層に、第１のマイクロレンズアレイを介して、入射角度を変化させながら光を照射する照射工程と、照射工程により、上記感光性材料層に光の強度分布に沿った形状を形成し、感光性材料を露光，現像する露光工程と、露光工程で形成された形状を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成するレンズ形成工程とを含む構成である。
【００９７】
上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して入射角度を変化させながら照射された光により、上記感光性材料層に光の強度分布に沿った形状を形成することができる。そして、上記感光性材料層中で形成された形状を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成することにより、第１及び第２のマイクロレンズアレイの間で厳密な中心軸調節機構を必要とせずに、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを同一中心軸上に配置することが可能になる。従って、第１及び第２のマイクロレンズアレイの位置あわせ工程の簡略化が実現し、上記マイクロレンズ基板の生産性を向上させることができるとともに、生産コストの低減させることができるという効果を奏する。
【００９８】
また、上記の構成によれば、第２のマイクロレンズアレイを、エッチング等が簡潔な形状にすることが可能になる。従って、第２のマイクロレンズアレイの製造工程をより簡潔化でき、上記マイクロレンズ基板の生産性をさらに向上させることができるという効果も併せて奏する。
【００９９】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、以上のように、上記露光工程では、入射角度０°の光束によって感光性材料を最も強く露光させる構成である。
【０１００】
上記の構成によれば、感光性材料層に形成される形状は、強度分布に沿った形状となる。光軸に対し垂直方向から見ると、光の入射側に長辺を有する形状になる。従って、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状即ち露光形状が、光束の入射方法に対して、アンダーカット形状とならない。このため、第２のマイクロレンズアレイの製造を容易にさせることができるという効果を奏する。
【０１０１】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、以上のように、上記照射工程では、部分的に光の透過率を変化させたマスクを用いて、感光性材料層に、入射角度を変化させながら光を照射する構成である。
【０１０２】
上記の構成によれば、部分的に光の透過率を変化させたマスクを用いて、感光性材料層に光を照射するので、光の強度に対する感光性材料の特性を利用することにより、所望の形状の第２のマイクロレンズアレイを得ることができるという効果を奏する。
【０１０３】
本発明にかかるマイクロレンズ基板の製造方法は、以上のように、上記露光工程では、感光性材料層に照射される光の入射角度に応じて、露光時間を変化させる構成である。
【０１０４】
上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイを介して感光性材料層に照射される光の入射角度に応じて露光時間を変化させることにより、上記感光性材料層を透過する光の強度が変化する。感光性材料において、透過する光の強度が大きい場合、露光される感光性材料層は厚くなり、透過する光の強度が小さい場合、露光される感光性材料層は薄くなる。したがって、光の強度に対する感光性材料の特性を利用することにより、所望の形状の第２のマイクロレンズアレイを得ることができるという効果を奏する。
【０１０５】
本発明にかかるマイクロレンズ基板は、以上のように、上記のマイクロレンズ基板の製造方法により製造される構成である。
【０１０６】
上述した製造方法により、第１及び第２のマイクロレンズアレイ間の中心軸調整を簡単にし、位置あわせ工程及び第２レンズの製造工程の簡略化が実現できる。これにより、低コストにて光利用効率が高く、高性能なマイクロレンズ基板を提供することができるという効果を奏する。
【０１０７】
本発明にかかるマイクロレンズ基板は、以上のように、第２のマイクロレンズアレイにおけるレンズ形状は、光入射側に底面を有する略角錐台形状を成し、その傾斜面が光入射側に対して凹を成している構成である。
【０１０８】
上記の構成によれば、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状が、光入射側に底面を有する略角錐台形状を成しており、光入射面に対して垂直な面を有さない。これにより、第２のマイクロレンズアレイの製造工程を簡潔化させることができる。さらに、上記の構成によれば、第１のマイクロレンズアレイにより収束された複数の光束は、第２のマイクロレンズアレイにおける略角錐台形状のレンズの底面で互いに平行になるように屈折される。上記した略角錐台形状のレンズの傾斜面が光入射側に対して凹を成していることから、斜面部における光の強度分布形状と近い形になり、より露光しやすい簡便な製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【０１０９】
本発明にかかるマイクロレンズ基板は、以上のように、上記凹を成す傾斜面が円筒面である構成である。
【０１１０】
上記の構成によれば、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状は、光出射側にのみ曲面を有する形状になり、その製造が容易になるという効果を奏する。
【０１１１】
本発明にかかる液晶表示素子は、以上のように、上記のマイクロレンズ基板を備えた構成である。
【０１１２】
これにより、より簡便に、光利用効率が高く、輝度ムラ、混色のない高品質な液晶表示素子を実現することができるという効果を奏する。
【０１１３】
さらに、本発明にかかる投影型液晶表示装置は、以上のように、上記の投影型液晶表示装置用の液晶表示素子を備えた構成である。
【０１１４】
本発明にかかる投影型液晶表示装置は、さらに、白色光源と、該白色光源からの白色光を互いに異なる波長域を有する複数の光束に分割する光束分割手段と、上記投影型液晶表示装置用の液晶表示素子と、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構成である。
【０１１５】
これにより、光利用効率が高く、輝度ムラ、混色のない高品質で、かつ、低コストな投影型液晶表示装置を実現す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】本発明にかかる実施の一形態を示すもので、投影型液晶表示装置に備えられた液晶パネルユニットの構成を示す断面図である。
【図２】同図（ａ）は、上記液晶パネルユニットに備えられたマイクロレンズ基板における、第１のマイクロレンズアレイの平面図、（ｂ）は、第２のマイクロレンズアレイの平面図、（ｃ）は第１及び第２のマイクロレンズアレイの位置関係を示す模式図、（ｄ）は第２のマイクロレンズアレイを構成する第２レンズと絵素との関係を示す模式図である。
【図３】本実施の一形態にかかる第２のマイクロレンズアレイを構成する第２レンズの斜視図である。
【図４】本実施の一形態にかかる投影型液晶表示装置の構成を示す模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は、上記液晶パネルユニットに備えられているマイクロレンズ基板の製造方法を示す断面図である。
【図６】上記マイクロレンズ基板の製造の一工程で使用する、露光機の概略構成を示す模式図である。
【図７】（ａ）は上記マイクロレンズ基板の製造方法において製造途中のマイクロレンズ基板の概略構成を示す断面図である。（ｂ）及び（ｃ）は入射角度０°の場合、及び最大入射角度θｉの場合での、上記製造途中のマイクロレンズ基板に照射される露光光の集光の様子を表わす断面図である。
【図８】上記製造途中のマイクロレンズ基板に照射される露光光の入射角度と、それに対応する光強度との関係を表わすグラフである。
【図９】上記製造途中のマイクロレンズ基板に照射される露光光の光強度と、それに対応するレジスト膜厚との関係を表わすグラフである。
【図１０】レジスト膜厚を、図３に示す第２レンズの高さｈとしたときの、上記製造途中のマイクロレンズ基板に照射される露光光の入射角度と、それに対応する光強度との関係を表わすグラフである。
【図１１】上記マイクロレンズ基板の製造の一工程で使用する、透過率分布マスクを用いた露光機の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ マイクロレンズ基板
２ 液晶パネルユニット（液晶表示素子）
３ 保護板
４ 平坦化層
５ 第１レンズ（第１マイクロレンズアレイを構成するレンズ）
６ 中間基板
７ 第２レンズ（第２マイクロレンズアレイを構成するレンズ）
８ ブラックマトリクス層
９ 透明電極
１０ 液晶層
１１ 電極層
１３ 白色光源（白色光源）
１５Ｇ 色分解ミラー（光束分割手段）
１５Ｒ 色分解ミラー（光束分割手段）
１５Ｂ 色分解ミラー（光束分割手段）
１６ ミラー
１７Ｇ 開口部（絵素開口部）
１７Ｒ 開口部（絵素開口部）
１７Ｂ 開口部（絵素開口部）
１８ 投影レンズ（投影手段）
１９ スクリーン
２０ 平坦化層
２２ 画素部
２４ 透明基板
２５ 低屈折率樹脂
２６ 高屈折率樹脂
２７ 透明基板
２８ 高屈折率樹脂（第２のマイクロレンズアレイになる材料）
２９ ネガレジスト層（感光性材料層）
３０ 低屈折率樹脂
３５ マイクロレンズ基板
３８ 透過率分布マスク（マスク）
１００ カラー液晶投影装置（投影型液晶表示装置）
１０１ 露光機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microlens substrate and a method for manufacturing the same, a liquid crystal display device having the microlens substrate, and a projection type liquid crystal display device. More specifically, the present invention relates to a projection type liquid crystal display device including a liquid crystal display device having a two-layered microlens array, for example.
[0002]
[Prior art]
Projection-type liquid crystal displays have excellent characteristics compared to projection-type cathode-ray tube displays, such as a wide color reproduction range, small size, light weight, easy to carry, and no need for convergence adjustment because they are not affected by geomagnetism. have. In addition, since the projection type liquid crystal display device can be easily enlarged, it is considered that it will be the mainstream of home video display devices in the future.
[0003]
Color projection image display methods using liquid crystal display elements include a three-panel type using three liquid crystal display elements according to three primary colors and a single-panel type using only one liquid crystal display element. The former three-panel system includes an optical system that divides white light into three primary colors of red, green, and blue, and three liquid crystal display elements that control each color light to form an image. Are optically superimposed to perform full-color display.
[0004]
In the above-described three-plate configuration, light emitted from the white light source can be effectively used, and there is an advantage that the color purity is high. However, as described above, the color separation system and the color synthesis system are different from each other. Since it is necessary, the optical system is complicated and the number of parts increases, and it is difficult to reduce the cost and reduce the size.
[0005]
On the other hand, the latter single-panel type is a configuration using only one liquid crystal display element, and projects a liquid crystal display element having a mosaic or stripe-like three-primary color filter pattern by a projection optical system. is there. The single-panel type requires only one liquid crystal display element, and the configuration of the optical system is simpler than that of the three-panel type. Therefore, the single-panel type is suitable for a low-cost and compact projection system.
[0006]
However, in the case of the single plate type, since light is absorbed or reflected by the color filter, there is a problem that only about 1/3 of the incident light can be used. That is, the brightness of the screen of the single-panel type using the color filter is reduced to about ３ as compared with the three-panel type using the light source of the same brightness.
[0007]
In order to solve the above-mentioned problem, for example, Patent Document 1 discloses that a white light emitted from a white light source is converted into red, green, and blue light beams using a dichroic mirror (color separation mirror) arranged in a fan shape. There has been disclosed a projection type color liquid crystal display device having a two-layered microlens array in which the efficiency of light utilization is improved.
[0008]
In the liquid crystal display element provided in the projection type liquid crystal display device, a first microlens array is provided on a light incident side surface, and a second microlens array is provided on a light emission side surface. In this projection type liquid crystal display device, each light beam split by the dichroic mirror enters the first micro lens array at a different angle. The first microlens array collects the light flux of each color near the light emission position of the second microlens array. Each light beam that has passed through the first microlens array is refracted by the second microlens array so that the principal rays of the red, green, and blue light beams split by the dichroic mirror are substantially parallel. The luminous flux of each color that has passed through the second microlens array is distributed and irradiated to a liquid crystal portion driven by a signal electrode to which a color signal corresponding to each color is independently applied. In this device, since no absorption type color filter is used, not only the efficiency of light utilization is improved, but also the principal rays of each color after passing through the first and second micro lens arrays become almost parallel, so that the projection lens , The spread of the principal ray of each color is small, and there is no decrease in the amount of light due to vignetting in the projection lens, so that an extremely bright image can be provided.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-7-181487 (published on July 21, 1995)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional projection type liquid crystal display device as described above has the following problems.
[0011]
That is, the first lens and the second lens constituting the first and second microlens arrays of the liquid crystal display element provided in the conventional projection type liquid crystal display device have a one-to-one correspondence with each other. The center axes are in the same positional relationship.
[0012]
Therefore, in order to make the first lens and the second lens have an accurate positional relationship, it is necessary to minimize the positional deviation of the center axis between the first lens and the second lens. An axis adjustment mechanism is required. Therefore, the step of aligning the first lens and the second lens becomes complicated, and there is a problem that the productivity of the microlens substrate including the first and second microlens arrays is reduced.
[0013]
In the conventional projection-type liquid crystal display device, the first and second microlens arrays are lenticular lenses (lenses in which lenticular lenses are arranged in parallel) arranged on a transparent substrate by an ion exchange method. A substrate is used. That is, the shape of the second microlens array has a plane perpendicular to the substrate. This makes the manufacturing process such as etching of the second microlens array extremely difficult, resulting in an increase in cost.
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to simplify adjustment of a central axis between a first lens and a second lens, to perform an alignment step and a manufacturing step of a second lens. It is an object of the present invention to provide a microlens substrate having a two-layer structure and a method for manufacturing the same, a liquid crystal display device having the microlens substrate, and a projection type liquid crystal display device which can simplify the above.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention includes: a first microlens array for converging a plurality of light beams incident at different angles to each other for each wavelength region; A microlens substrate comprising: a second microlens array for collimating each principal ray of the microlens array, wherein a transparent substrate having the first microlens array and a second microlens array are provided. A second microlens array is formed on the material layer by using light irradiated through the first microlens array after laminating a material layer composed of a material.
[0016]
According to the above configuration, since the second microlens array can be formed on the material layer by the light irradiated through the first microlens array, the first and second microlens arrays can be formed. The first microlens array and the second microlens array can be arranged on the same central axis without requiring a strict central axis adjustment mechanism between them. This makes it possible to arrange the first and second microlens arrays with high accuracy without requiring frequent alignment of the first and second microlens arrays. Therefore, the process of aligning the first and second microlens arrays is simplified, and the productivity of the microlens substrate can be improved, and the production cost can be reduced.
[0017]
In order to solve the above-mentioned problems, a method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention includes: a first microlens array for converging a plurality of light beams incident at different angles to each other for each wavelength region; And a second microlens array for collimating each principal ray of the microlens substrate, wherein a photosensitive material is applied to a material layer made of the material to be the second microlens array. A photosensitive material layer forming step of forming a photosensitive material layer, and after the photosensitive material layer forming step, irradiating the photosensitive material layer with light through the first microlens array while changing the incident angle. An exposure step of forming a shape along the light intensity distribution on the photosensitive material layer by the irradiation step, exposing and developing the photosensitive material, and using the shape formed in the exposure step. Te is characterized in that it comprises a lens forming step of forming a second microlens array.
[0018]
According to the above configuration, it is possible to form a shape along the light intensity distribution on the photosensitive material layer by the light irradiated while changing the incident angle via the first microlens array. Then, by forming the second microlens array using the shape formed in the photosensitive material layer, a strict center axis adjustment mechanism is required between the first and second microlens arrays. Instead, the first microlens array and the second microlens array can be arranged on the same central axis. Accordingly, the process of aligning the first and second microlens arrays is simplified, and the productivity of the microlens substrate can be improved, and the production cost can be reduced.
[0019]
Furthermore, according to the above configuration, unlike the related art, since the second microlens array has a surface perpendicular to the substrate, there is no problem that the manufacturing process such as etching becomes extremely difficult. That is, according to the above configuration, the light irradiated through the first microlens array can form the second microlens array on the material layer so that a surface perpendicular to the substrate cannot be formed. it can. Therefore, the manufacturing process of the second microlens array can be simplified.
[0020]
In order to solve the above-mentioned problems, the method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention is characterized in that in the exposure step, the photosensitive material is most strongly exposed by a light beam having an incident angle of 0 °.
[0021]
According to the above configuration, the shape formed on the photosensitive material layer is a shape along the intensity distribution. That is, when viewed from a direction perpendicular to the optical axis, the shape has a long side on the light incident side. Therefore, it is desirable that the shape of the second microlens array is such that the long side comes to the light incident side. This is because the shape of the above-mentioned second microlens array does not have a plane perpendicular to the light incident side, and therefore, its manufacture is facilitated. The lens shape of the second microlens array, that is, the exposure shape does not become an undercut shape with respect to the light beam incidence method. Therefore, the manufacture of the second microlens array is facilitated, and the productivity of the microlens substrate can be further improved.
[0022]
The method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention, in order to solve the above-described problem, in the irradiation step, using a mask with a partially changed light transmittance, the incident angle to the photosensitive material layer, It is characterized by irradiating light while changing.
[0023]
According to the above configuration, since the photosensitive material layer is irradiated with light using a mask in which light transmittance is partially changed, desired characteristics can be obtained by utilizing characteristics of the photosensitive material with respect to light intensity. A second microlens array having a shape can be obtained.
[0024]
The method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention is characterized in that, in order to solve the above-mentioned problems, in the exposing step, an exposure time is changed according to an incident angle of light applied to the photosensitive material layer. And
[0025]
According to the above configuration, the intensity of light transmitted through the photosensitive material layer is changed by changing the exposure time according to the incident angle of the light applied to the photosensitive material layer via the first microlens array. Changes. In the photosensitive material, when the intensity of transmitted light is large, the exposed photosensitive material layer becomes thick, and when the intensity of transmitted light is small, the exposed photosensitive material layer becomes thin. Therefore, the second microlens array having a desired shape can be obtained by utilizing the characteristics of the photosensitive material with respect to the light intensity.
[0026]
A microlens substrate according to the present invention is characterized by being manufactured by the above-described method for manufacturing a microlens substrate in order to solve the above-mentioned problems.
[0027]
According to the above-described manufacturing method, the center axis adjustment between the first and second microlens arrays can be simplified, and the alignment step and the manufacturing step of the second lens can be simplified. This makes it possible to provide a high-performance microlens substrate with high light use efficiency at low cost.
[0028]
In order to solve the above-mentioned problems, a microlens substrate according to the present invention includes a first microlens array for converging a plurality of light beams incident at different angles from each other for each wavelength region, and each of the plurality of light beams. A microlens substrate having a second microlens array for collimating the principal ray, wherein the lens shape in the second microlens array is a substantially truncated pyramid shape having a bottom surface on the light incident side, It is characterized in that the inclined surface is concave with respect to the light incident side.
[0029]
According to the above configuration, the lens shape of the second microlens array has a substantially truncated pyramid shape having a bottom surface on the light incident side, and the lens shape of the second microlens array, that is, the exposure shape is a light beam. It does not have an undercut shape for the incidence method of. This makes it possible to stably and simplify the manufacturing process of the second microlens array. Further, according to the above configuration, the plurality of light beams converged by the first micro lens array are refracted by the second micro lens array so as to be parallel to each other. Since the inclined surface of the lens having the substantially truncated pyramid shape described above is concave with respect to the light incident side, the shape becomes close to the light intensity distribution shape on the inclined surface portion, and a simple manufacturing method that is easier to expose is provided. Can be provided.
[0030]
In order to solve the above problems, the microlens substrate according to the present invention is characterized in that the concave inclined surface is a cylindrical surface.
[0031]
According to the above configuration, the lens shape of the second microlens array has a curved surface only on the light emission side, which facilitates its manufacture.
[0032]
According to another aspect of the invention, there is provided a liquid crystal display device including the microlens substrate.
[0033]
As a result, a high-quality liquid crystal display device with high light use efficiency, no luminance unevenness, and no color mixture can be realized more simply.
[0034]
Further, a projection type liquid crystal display device according to the present invention is provided with the above liquid crystal display element in order to solve the above problems.
[0035]
The projection type liquid crystal display device according to the present invention further includes a white light source, a light beam splitting unit that splits white light from the white light source into a plurality of light beams having mutually different wavelength ranges, and a light source for the projection type liquid crystal display device. The liquid crystal display device is provided with: a liquid crystal display element; and a projection unit for projecting light emitted from the liquid crystal display element.
[0036]
As a result, it is possible to realize a low-cost projection-type liquid crystal display device having high light use efficiency, high luminance without luminance unevenness and color mixing, and low cost.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0038]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a liquid crystal panel unit (liquid crystal display element) provided in the projection type liquid crystal display device according to the present embodiment. As shown in the figure, the liquid crystal panel unit 2 includes an intermediate substrate 6 having a light transmitting property. A plurality of first lenses 5 made of a high refractive index resin are provided on the light incident surface of the intermediate substrate 6, and the first lenses 5 constitute a first microlens array. The first lenses 5 are aspherical lenses that are convex on the light incident side. The surface on the light incident side of the first microlens array is flattened by the flattening layer 4 made of a low refractive index resin. On the light incident side of the flattening layer 4, a protective plate 3 having light transmittance is provided.
[0039]
A plurality of second lenses 7 made of a high refractive index resin are provided on the light emitting surface of the intermediate substrate 6. The second lenses 7 are substantially pyramidal truncated lenses having a bottom surface 7a on the light incident side, and constitute a second microlens array. The surface on the light emission side of the second microlens array is flattened by a flattening layer 20 made of a low refractive index resin. The black matrix layer 8 is formed on the light emitting side of the planarization layer 20. Thus, the microlens substrate 1 as a series of units from the protection plate 3 to the black matrix layer 8 is configured.
[0040]
In the present embodiment, examples of the material of the high refractive index resin used for the first lens 5 and the second lens 7 include Z9001 manufactured by JSR and WR8740 manufactured by Kyoritsu Chemical. On the other hand, as a material of the low refractive index resin used for the flattening layer 4 and the flattening layer 20, WR7710 manufactured by Kyoritsu Chemical is listed. However, the materials of the high-refractive-index resin and the low-refractive-index resin are not particularly limited thereto, and it is only necessary that the refractive index difference between the high-refractive-index resin and the low-refractive-index resin is large.
[0041]
Further, the liquid crystal panel unit 2 has a lower substrate 12 on the light emission side. An electrode layer 11 including a TFT or the like is provided on a light incident surface of the lower substrate 12. On the light emission side of the black matrix layer 8, a transparent electrode 9 made of ITO or the like is provided. A liquid crystal layer 10 is formed between the transparent electrode 9 and the electrode layer 11. The pixel section 22 is constituted by the transparent electrode 9, the liquid crystal layer 10, and the electrode layer 11 described above. Openings 17R, 17G, and 17B are formed in the black matrix layer 8 so as to correspond to the R, G, and B picture elements in the pixel unit 22. Hereinafter, R, G, and B represent red, green, and blue, respectively.
[0042]
The microlens substrate 1 will be described in more detail. As shown in FIG. 2A, the first microlens array is a dense array of regular hexagonal first lenses 5 in which the outer peripheral portions of the aspherical lenses are in close contact with each other when viewed from the light incident side. It has a structure. For example, the vertical pitch of the first lens 5 is 30 μm, the horizontal pitch is 45 μm, and the radius of curvature is 15 μmR. The focal position of the first lens 5 is designed near the black matrix layer 8.
[0043]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the second lens 7 is a substantially truncated pyramid-shaped lens in which the longer side of the upper surface 7c, which is a light emitting surface, is shorter than the bottom surface 7a, which is a light incident surface. As shown in FIG. 2B, the second microlens array has a structure in which the second lenses 7 are arranged in a brick-stacked shape on the light incident side. The reason why the shape of the second lens 7 is substantially truncated pyramid is that the inclined surfaces 7b, 7b of the truncated pyramid are curved surfaces, and are concave on the light incident side. For example, the shape of the second lens 7 is such that the bottom surface 7a is 15 μm × 45 μm, the top surface 7c is 15 μm × 15 μm, the height h is 20 μm, and the inclined surfaces 7b, 7b are cylindrical surfaces. Here, when the inclined surfaces 7b of the second lens 7 are cylindrical, the second lens 7 has a curved surface only in the light emission direction with respect to the bottom surface 7a, which facilitates manufacturing. Further, the shape of the second lens 7 is preferably a substantially truncated pyramid shape in which the area of the bottom surface 7a is larger than that of the upper surface 7c. As a result, the second lens 7 has a lens shape, that is, an exposure shape, which does not have an undercut shape with respect to the light beam incidence method, and therefore has a shape having no surface perpendicular to the light incidence side. Manufacturing becomes easy.
[0044]
The positional relationship between the first lens 5 and the second lens 7 as viewed from the light irradiation side corresponds to the one-to-one correspondence between the first lens 5 and the second lens 7 as shown in FIG. And their central axes coincide with each other.
[0045]
As shown in FIG. 2D, the relationship between the second lens 7 and the arrangement of the R, G, and B picture elements corresponds to one second lens 7 when viewed from the light irradiation side. A picture element of B and a picture element of G are arranged so as to sandwich the picture element of R in the center. Therefore, as shown in FIG. 1, the upper surface 7c of the second lens 7 faces the opening 17R corresponding to the picture element of R, and the inclined surfaces 7b, 7b have the opening parts corresponding to the picture elements of B and G. 17B and 17G.
[0046]
FIG. 4 shows a schematic configuration of an optical system of the projection type liquid crystal display device (rear type) according to the present embodiment. Hereinafter, the projection type liquid crystal display device 100 including the liquid crystal panel unit 2 will be described.
[0047]
The projection type liquid crystal display device 100 includes a white light source 13 as a light source. As the white light source 13, for example, a metal halide lamp, a halogen lamp, a high-pressure mercury lamp, or the like can be used.
[0048]
An integrator 14 is arranged in the light irradiation direction of the white light source 13. The integrator 14 equalizes the light source distribution and the orientation distribution of the white light beam emitted from the white light source 13. The integrator 14 is preferably one using a fly-eye lens, but is not particularly limited. Further, instead of disposing the integrator 14, a condenser lens may be provided. When the condenser lens is arranged, it is preferable that the condenser lens is arranged so that its focal point coincides with the center of the light emitting section of the white light source 13. With such an arrangement, a substantially parallel white light beam is obtained from the condenser lens. The means for obtaining a parallel light beam from the white light source 13 is not limited to the above configuration, and a known method such as a rotating parabolic mirror can be employed.
[0049]
A mirror 16 is arranged in the light irradiation direction of the integrator 14. The white light of the parallel light beam that has passed through the integrator 14 is reflected by the mirror 16 and then applied to the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G. The three types of color separation mirrors 15B, 15R, and 15G are arranged at different angles, and are arranged on the optical axis in this order. The color separation mirrors 15B, 15R, and 15G have a characteristic of selectively reflecting light of each wavelength region corresponding to blue, red, and green colors, and transmitting light of other wavelengths. In the case where the light flux emitted from the integrator 14 is directly radiated to the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G, the projection type liquid crystal display device 100 can be configured without the mirror 16.
[0050]
The color separation mirrors 15B, 15R, and 15G are formed by a known multilayer thin film coating technique. The blue color separation mirror 15B reflects visible light having a wavelength shorter than about 500 nm, the red color separation mirror 15R reflects visible light having a wavelength longer than about 600 nm, and the green color separation mirror 15G reflects visible light in the range of about 570 nm to 500 nm. The conditions of the multilayer thin film to be formed are set so as to reflect light.
[0051]
Among the three color separation mirrors 15B, 15R, and 15G, the color separation mirror 15B provided at the position closest to the white light source 13 is arranged so that the light beam from the white light source 13 is incident at a predetermined angle. I have. At this time, the other two color separation mirrors 15R and 15G are arranged at an angle θ with respect to the optical axis sequentially from the parallel state with respect to the color separation mirror 15B. When the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G are arranged as described above, the B light, the R light, and the G light are incident on the liquid crystal panel unit 2 at an angle of 2θ.
[0052]
In the projection type liquid crystal display device 100, as shown in FIG. 1, the R light is substantially perpendicular to the liquid crystal panel unit 2, the B light has a constant angle 2θ, and the G light is opposite to the B light. The light enters the liquid crystal panel unit 2 at an angle 2θ in the direction. The order of red, blue, and green is determined in consideration of the spectral distribution of the white light source 13 and the characteristics of the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G, and is not necessarily limited to the above order. Further, if the arrangement of the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G also changes, the incident angles of the B light, the R light, and the G light on the liquid crystal panel unit 2 also change. Accordingly, the arrangement of the openings 17B, 17R, and 17G corresponding to the incident angle and the arrangement of the B, R, and G picture elements also change.
Further, in the present embodiment, an example has been described in which white light is separated into three primary colors by the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which white light is separated into four or more colors is also possible. is there. When the image is decomposed into four or more colors, it can be applied to, for example, graphic display.
[0053]
Here, the light ray for each color will be described with reference to FIG. 1. The R light is refracted by the first lens 5 and enters the second lens 7 as convergent light. Since the focal position of the first lens 5 is designed near the center of the opening 17R, the R light entering the first lens 5 is focused near the center of the opening 17R. At this time, the R light is perpendicularly incident on the bottom surface 7a of the second lens 7 and exits from the upper surface 7c.
[0054]
On the other hand, the main light of the B light is incident on the liquid crystal panel unit 2 at an angle 2θ with respect to the main light of the R light by the color separation mirror 15B. Therefore, after passing through the first lens 5, the light enters the bottom surface 7a of the second lens 7 while maintaining the same angle 2θ, is refracted by the bottom surface 7a, and is refracted and emitted even after passing through the inclined surface 7b of the second lens 7. You. By passing through the second lens 7, the principal ray of the B light is refracted in a direction substantially parallel to the principal ray of the R light. Therefore, by the action of the first lens 5 and the second lens 7, the B light is collected near the center of the opening 17 </ b> B of the black matrix layer 8.
[0055]
The G light has a substantially symmetrical relationship with the B light with respect to the principal light of the R light, and the principal light has an angle 2θ in the direction opposite to the B light with respect to the principal light of the R light by the color separation mirror 15G. And is incident on the liquid crystal panel unit 2. Therefore, after passing through the first lens 5, the G light enters the bottom surface 7a of the second lens 7 while maintaining the same angle 2θ, refracts at the bottom surface 7a, and is refracted and emitted even after passing through the inclined surface 7b. . By passing through the second lens 7, the principal ray of G light is refracted in a direction substantially parallel to the principal ray of R light. Therefore, the G light is focused near the center of the opening 17G of the black matrix layer 8 by the action of the first lens 5 and the second lens 7.
[0056]
The light of each color of R, G, and B passing through the openings 17R, 17G, and 17B of the black matrix layer 8 is modulated by the pixel unit 22, passes through the electrode layer 11 and the lower substrate 12, and is emitted from the liquid crystal panel unit 2. As shown in FIG. 4, the light is projected on a screen 19 via a projection lens 18.
[0057]
In the configuration of the projection type liquid crystal display device 100, more light passes through the opening 17 of the black matrix layer 8 due to the light condensing effect of the first lens 5 provided on the light incident side of the liquid crystal panel unit 2. Thus, the light can pass through the pixel portion 22 and contribute to an improvement in light use efficiency.
[0058]
Further, the G light and the B light have an angle 2θ with respect to the principal ray of the R light by the color separation mirrors 15B, 15R, and 15G. Then, in the G light and the B light, the entire diameter of the light flux is steadily spread, and vignetting is caused by the projection lens 18 thereafter. However, the principal rays of the G light and the B light are corrected by the second lens 7 at an angle closer to, and preferably parallel to, the principal ray of the R light. Spreading is suppressed, and light loss due to vignetting of the projection lens 18 does not occur. The synergistic effect can significantly improve the light use efficiency.
[0059]
Further, the focal length of the first lens 5 can be set to be small by the above-described effect, so that most non-parallel light beams from the white light source 13 can be transmitted through the opening 17 of the black matrix layer 8, It is possible to further improve light use efficiency.
[0060]
Further, in the present embodiment, the first lens 5 is an aspherical lens in order to enhance the light-collecting characteristics. However, the present invention is not limited to this. For example, the effect does not change even if the lens is a spherical lens.
[0061]
Further, the shape of the inclined surfaces 7b of the second lens 7 is a cylindrical surface, but is not limited to this, and may be a spherical surface, a curved surface other than a spherical surface, or a multi-surface bent in a plurality of steps. When the shapes of the inclined surfaces 7b and 7b are spherical, highly accurate aberration correction can be performed, and light use efficiency is improved. Further, when the shape of the inclined surfaces 7b is a curved surface other than a spherical surface, aberration correction can be performed with higher accuracy, and the light use efficiency is further improved. Furthermore, when the shape of the inclined surfaces 7b is a multi-surface that is bent in a plurality of steps, machining is easier than when the shape of the inclined surfaces 7b is a spherical surface or a cylindrical surface. Become.
[0062]
Further, the upper surface 7c of the second lens 7 is a flat surface, but may be a spherical surface, a cylindrical surface, or a curved surface other than these. However, since it is better that the lens height is low for ease of processing, a flat surface is desirable.
[0063]
Further, the inclined surface 7b of the second lens 7 is concave on the light incident side, but is not limited to this, and any trapezoidal inclined surface 7b may be used as long as it is a curved surface. For example, the inclined surfaces 7b may be convex with respect to the light incident side. In this case, the luminous flux incident at an angle 2θ, that is, the G light and the B light are refracted by the inclined surfaces 7b so that they become parallel to the principal ray of the R light. For this reason, the difference in the refractive index between the inside and the outside of the G light and the B light can be suppressed to be small on the inclined surface 7b, and the occurrence of coma aberration and astigmatism can be effectively suppressed, and Efficiency can be kept high.
[0064]
Next, a method for manufacturing the microlens substrate 1 according to the present embodiment will be described. FIGS. 5A to 5F are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing the microlens substrate 1.
[0065]
First, as shown in FIG. 5A, the low-refractive-index resin 25 serving as the flattening layer 4 is applied between the stamper mold 23 and the transparent substrate 24 serving as the protective plate 3, and UV light is applied. By irradiating, the low refractive index resin 25 is cured. Next, as shown in FIG. 5 (b), after the stamper mold 23 is detached, as shown in FIG. 5 (c), the high refractive index resin 26 to be the first lens 5 is used as an adhesive layer to form an intermediate substrate. The transparent substrate 27 to be 6 is attached.
[0066]
Here, the high refractive index resin 26 enters into the depression formed in the low refractive index resin 25 serving as the protective plate 3 by the protrusions 23a of the stamper mold 23, and the first lens 5 is formed. Therefore, the shape of the projections 23a must match the shape of the first lenses 5.
[0067]
Subsequently, as shown in FIG. 5D, a high-refractive-index resin 28 serving as the second lens 7 is applied to the transparent substrate 27. Next, a negative resist layer 29 is formed by applying a negative resist. Next, by irradiating the first lenses 5 with a parallel light beam while changing the incident angle, the negative resist layer 29 is exposed in a shape along the intensity distribution of the irradiation light. Details of the exposure and development on the negative resist layer 29 will be described later.
[0068]
After that, as shown in FIG. 5E, the shape formed on the negative resist layer 29 is transferred to a layer made of the high refractive index resin 28 by etching such as dry etching to form the second lens 7. .
[0069]
Thereafter, as shown in FIG. 5F, the microlens substrate 1 is obtained by flattening with a low-refractive-index resin 30 to be the flattening layer 20.
[0070]
According to the manufacturing method described above, the second lens 7 having the inclined surface having the concave cylindrical surface with respect to the light incident side is obtained as shown in FIG.
[0071]
Although not shown, a passivation layer, a black matrix layer 8, a transparent electrode layer (not shown), an alignment layer (not shown), and the like are formed on the microlens substrate 1 on the flattening layer 20 side. Then, the lower substrate 12 on which the electrode layers 11 are formed is attached to face each other. Further, the liquid crystal to be the liquid crystal layer 10 is injected into the gap formed by the electrode layer 11 and the alignment layer, thereby completing the liquid crystal panel unit 2.
[0072]
In manufacturing the microlens substrate 1, for example, a high refractive index resin and a low refractive index resin having a refractive index at a wavelength of 588 nm of 1.59 and 1.41, respectively, can be used. If so, the effect is the same even if the values are different. In addition, a larger refractive index difference is advantageous because the refractive power at the boundary surface can be increased, so that the angle of the slope can be set small.
[0073]
Next, an exposure method used for forming the second lens 7 will be described. FIG. 6 shows a schematic configuration of an exposure machine for producing the second lens 7. The exposing machine 101 includes a parallel light source 31 that emits a parallel light beam, a fly-eye lens 32, a collimator lens 33, and a stop 34. As shown in FIG. 7, the high-refractive-index resin 28 and the negative resist layer 29 are sequentially applied to the microlens substrate 35 in the middle of the manufacturing process, via the transparent substrate 27 serving as the intermediate substrate 6 on which the first lens 5 has already been formed. It has been done.
[0074]
The exposure device 101 can expose the negative resist layer 29 in a shape along the light intensity distribution corresponding to the angle of incidence on the first lens 5 (see FIG. 5D). The second lens 7 is formed by transferring the above shape to a layer made of the high refractive index resin 28 by etching, and is filled with the low refractive index resin 30 and flattened (see FIG. 5E).
[0075]
When a negative resist is used as in the present embodiment, the intensity distribution of the exposure light may be set so that the light amount is large at the position where the lens thickness is to be increased, and is small at the position where the lens thickness is to be decreased. .
[0076]
The intensity distribution of the exposure light may be adjusted by changing the exposure time of the parallel light flux from the parallel light source 31 to the negative resist layer 29.
[0077]
Conventionally, in order to manufacture the microlens substrate 1 having high light use efficiency, the first lens 5 and the second lens 7 are arranged so as to correspond one-to-one and to have their central axes coincident with each other. I had to. For this reason, the displacement of the center axis between the first lens 5 and the second lens 7 must be minimized as much as possible, and more precise positioning between the two lenses is required.
[0078]
However, according to the present embodiment, after the high refractive index resin 28 (material layer made of the material of the second lens 7) is applied to the intermediate substrate 6 laminated on the first lens 5, Since the second lens 7 is formed by the irradiated light, the first lens 5 and the second lens 7 can be arranged on the same central axis.
[0079]
In addition, since exposure is performed using a parallel light beam, even if the wafer size becomes large, the exposure distribution in the wafer can be made small and uniform, so that variations in lens shape are small and stable processing is possible.
[0080]
Further, according to the present embodiment, by applying the negative resist layer 29 (photosensitive material layer) to the high refractive index resin 28, the light transmitted through the first lens 5 can be adjusted according to the incident angle. The negative resist layer 29 can be exposed in a shape along the intensity distribution. Using this intensity distribution, the second lens 7 can be formed in a desired shape.
[0081]
Therefore, by the method of manufacturing the microlens substrate 1 according to the present embodiment, the complicated alignment process between the first lens 5 and the second lens 7 can be simplified, and Since the positions of the two lenses 7 are determined, the first and second micro lens arrays constituted by the first lens 5 and the second lens 7 can be arranged with high precision. As a result, it is possible to provide a high-quality liquid crystal display element with high light utilization efficiency, no luminance unevenness, and no color mixture, and a projection-type liquid crystal display device more easily.
[0082]
Next, the intensity distribution of the exposure light formed in the negative resist layer 29 in the exposure method using the exposure device 101 according to the present embodiment will be described in more detail. FIG. 7A is a cross-sectional view showing the configuration of the microlens substrate 35 in the course of manufacturing, FIG. 7B shows the case where the incident angle is 0 °, and FIG. 7C shows the case where the maximum incident angle θi. 2 shows a state of condensing the exposure light by the first lens 5. The arrow indicates the incident direction of the exposure light, and the incident angle of the exposure light is the direction perpendicular to the light irradiation surface of the microlens substrate 35 in the incident direction of the exposure light (the dashed line in FIG. 7C). Indicates the angle with respect to.
[0083]
As shown in FIGS. 7B and 7C, when the exposure light is incident on the first lens 5 while changing the incident angle from 0 ° to θi, the negative resist A shape along the intensity distribution of the exposure light is formed on the layer 29, and the negative resist layer 29 is exposed to a desired shape.
[0084]
FIG. 8 shows a relationship between the incident angle of the parallel light flux of the exposure light to the first lens 5 and the light intensity at the converging point of the first lens 5 corresponding to the incident angle. The light intensity is a value that relatively represents the light intensity at each incident angle when the light intensity at the converging point of the first lens 5 corresponding to the incident angle of 0 ° is 1. As shown in the figure, the light intensity at the converging point of the first lens 5 decreases as the incident angle of the exposure light to the first lens 5 increases. FIG. 3 also shows the second lens 7 according to the present embodiment along the intensity distribution of the exposure light corresponding to each of the flat portion forming the upper surface 7c and the slope portion forming the inclined surface 7b. The formation region having the bent shape is indicated by arrows at both ends. In the drawing, the incident angle of the exposure light at the boundary P between the flat portion and the slope portion is θp, and the light intensity is Dp.
[0085]
The thickness of the resist layer formed by the exposure light is determined by the light intensity at the converging point of the first lens 5 and the resist sensitivity of the resist layer. That is, by multiplying the light intensity by a coefficient corresponding to the resist sensitivity, the thickness of the resist layer can be obtained. FIG. 9 shows the relationship between the exposure sensitivity of the negative resist layer 29 used in this embodiment and the thickness of the resist layer. Similarly to FIG. 8, arrows also indicate the formation regions corresponding to the flat portion and the inclined surface portion of the second lens 7 in the present embodiment and having a shape along the intensity distribution of the exposure light. In FIG. 9, the resist film thickness corresponding to the light intensity Dp at the boundary P is hp. The exposure intensity (light intensity) and the exposure time at the boundary P are set such that the resist film thickness hp becomes equal to the thickness h of the second lens 7 shown in FIG. The resist layer 29 is exposed in a shape along the graph shown in FIG.
[0086]
In the above-described method for manufacturing the microlens substrate 1, when the negative resist layer 29 is applied in advance with a thickness h and irradiated with exposure light while changing the incident angle, the relationship between the incident angle of the exposure light and the resist film thickness Is a graph shown in FIG. The shape of the graph shown in the figure corresponds to the shape exposed on the negative resist layer 29. Here, in the exposure optical system using the exposure device 101, the relationship between the incident angle of the exposure light to the collimator lens 33 and the light intensity also needs to be considered because it affects the above-described exposure intensity.
[0087]
The lens height h is determined by the refractive index of the material forming each layer of the microlens substrate 1 and the angle of the chief ray incident on the inclined surface 7b of the second lens 7. On the other hand, θp is determined by the focal length of the first lens and the pitch (size) of the second lens 7. Therefore, the light intensity Dp is determined so that the resist film thickness becomes h with respect to the height h and the angle θp (FIG. 9), and the resist coating film thickness is set to h (= hp). I do. Therefore, the incident angle θp at the boundary P, the resist film thickness hp, and the height h of the second lens are not particularly limited as long as they are determined by the above design.
[0088]
Further, as shown in FIG. 11, a transmittance distribution mask 38 may be arranged between the fly-eye lens 32 and the collimator lens 33. The transmittance distribution mask 38 is a mask in which light transmittance is partially changed. Therefore, the transmittance of the exposure light can be adjusted by the transmittance distribution mask 38, and the negative resist layer 29 can be exposed to a desired shape.
[0089]
In addition to the above-described exposure method using the exposure device 101, there is a method in which the incident angle of exposure light is fixed and the microlens substrate 35 is rotated. That is, in FIG. 6 or FIG. 11, a stage rotatable around an axis perpendicular to the intersection of the microlens substrate 35 and the central axis of the exposure light is provided, and the microlens substrate 35 is provided on the stage. Is maintained, and the stage is rotated at a constant speed so that the incident angle of the exposure light becomes from 0 ° to θi, whereby the negative resist layer 29 can obtain a desired shape by exposure. At this time, fine adjustment of the exposure amount can be performed by making the rotation speed of the stage variable.
[0090]
Further, it is preferable that the negative resist layer 29 is exposed most strongly by exposure light having an incident angle of 0 °. This is because the shape along the intensity distribution of the exposure light on the negative resist layer 29 in the above-described exposure method qualitatively matches the shape of the second lens 7 shown in FIG. In other words, the shape exposed on the negative resist layer 29 corresponds to the region where the thickness of the resist layer is the largest with respect to the exposure light having an incident angle of 0 °, and the resist is exposed to the exposure light having the maximum incident angle. The region where the thickness of the layer is the smallest corresponds. Since the shape exposed on the negative resist layer 29 does not have a surface perpendicular to the light incident surface, the manufacture of the second lens 7 is facilitated.
[0091]
Further, in the present embodiment, the method for manufacturing the microlens substrate 1 including the second lens 7 having a substantially truncated pyramid shape having a concave portion on the light incident side has been described. However, the present invention is not limited thereto. The manufacturing method described above can be applied to the microlens substrate 1 including the second lens 7 having a substantially truncated pyramid shape having a convex shape on the side. Thereby, it is possible to effectively suppress the occurrence of coma and astigmatism on the inclined surface 7b having a substantially truncated pyramid shape, and to provide the microlens substrate 1 including the second lens 7 capable of maintaining high light use efficiency. can do.
[0092]
The above-described manufacturing method is also applied to the microlens substrate 1 including the second lens 7 having a convex truncated pyramid shape having a bottom surface 7a on the light emission side and having a convex shape as follows. Referring to the method of manufacturing the microlens substrate 1 shown in FIG. 5, after forming the first lens 5, after attaching a transparent substrate 27 to be the intermediate substrate 6, a negative resist layer 29 is applied to the transparent substrate 27. I do. Then, using an exposure machine 101, the intensity distribution of the desired exposure light in the negative resist layer 29 (in this case, the resist film thickness is the smallest with respect to the light beam to the first lens 5 having an incident angle of 0 °). The regions correspond to each other, and a region having the largest resist film thickness corresponds to the light beam having the maximum incident angle. A shape along the intensity distribution is formed on the transparent substrate 27 by etching such as dry etching. Thereafter, the high-refractive-index resin 28 serving as the second lens 7 is buried, whereby the microlens substrate 1 having the desired shape of the second lens 7 is obtained.
[0093]
In the present embodiment, a negative resist is used as the photosensitive material. However, the present invention is not limited to this. For example, an ultraviolet curable resin may be used as the photosensitive material. The ultraviolet curable resin can be directly exposed and cured. Thereby, there is an advantage that the post-step etching is not required, and the second lens can be formed only by the main exposure step.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, the method for manufacturing a microlens substrate according to the present invention comprises, after laminating the transparent substrate having the first microlens array and the material layer made of the material to be the second microlens array, The second microlens array is formed on the material layer by using light irradiated through the microlens array.
[0095]
According to the above configuration, by forming the second microlens array on the material layer by the light irradiated through the first microlens array, the first microlens array can be disposed between the first and second microlens arrays. The first microlens array and the second microlens array can be arranged on the same central axis without requiring a strict central axis adjustment mechanism. Thus, the first and second microlens arrays can be arranged with high accuracy without requiring frequent alignment between the first and second microlens arrays. Play.
[0096]
As described above, the method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention includes forming a photosensitive material layer on a material layer formed of a material for forming a second microlens array by forming a photosensitive material layer on the material layer. A step of irradiating the photosensitive material layer with light through the first microlens array while changing the incident angle after the step of forming the photosensitive material layer, and the irradiating step. An exposure step of exposing and developing a photosensitive material by forming a shape along the light intensity distribution, and a lens forming step of forming a second microlens array using the shape formed in the exposure step. It is a configuration including.
[0097]
According to the above configuration, it is possible to form a shape along the light intensity distribution on the photosensitive material layer by the light irradiated while changing the incident angle via the first microlens array. Then, by forming the second microlens array using the shape formed in the photosensitive material layer, a strict center axis adjustment mechanism is required between the first and second microlens arrays. Instead, the first microlens array and the second microlens array can be arranged on the same central axis. Therefore, simplification of the alignment process of the first and second microlens arrays is realized, and the productivity of the microlens substrate can be improved and the production cost can be reduced.
[0098]
Further, according to the above configuration, the second microlens array can be formed into a simple shape by etching or the like. Therefore, the manufacturing process of the second microlens array can be simplified further, and the productivity of the microlens substrate can be further improved.
[0099]
As described above, the method of manufacturing a microlens substrate according to the present invention has a configuration in which the photosensitive material is most strongly exposed by a light beam having an incident angle of 0 ° in the exposure step.
[0100]
According to the above configuration, the shape formed on the photosensitive material layer is a shape along the intensity distribution. When viewed from a direction perpendicular to the optical axis, the shape has a long side on the light incident side. Therefore, the lens shape of the second microlens array, that is, the exposure shape does not become an undercut shape with respect to the light beam incidence method. Therefore, there is an effect that the manufacture of the second microlens array can be facilitated.
[0101]
As described above, in the method for manufacturing a microlens substrate according to the present invention, in the irradiation step, using a mask in which light transmittance is partially changed, the photosensitive material layer is formed while changing the incident angle. This is a configuration for irradiating light.
[0102]
According to the above configuration, since the photosensitive material layer is irradiated with light using a mask in which light transmittance is partially changed, a desired property can be obtained by utilizing characteristics of the photosensitive material with respect to light intensity. There is an effect that a second microlens array having the shape shown in FIG.
[0103]
As described above, the method for manufacturing a microlens substrate according to the present invention has a configuration in which, in the above-mentioned exposure step, the exposure time is changed according to the incident angle of light applied to the photosensitive material layer.
[0104]
According to the above configuration, the intensity of light transmitted through the photosensitive material layer is changed by changing the exposure time according to the incident angle of the light applied to the photosensitive material layer via the first microlens array. Changes. In the photosensitive material, when the intensity of transmitted light is large, the exposed photosensitive material layer becomes thick, and when the intensity of transmitted light is small, the exposed photosensitive material layer becomes thin. Therefore, by utilizing the characteristics of the photosensitive material with respect to the light intensity, the second microlens array having a desired shape can be obtained.
[0105]
As described above, the microlens substrate according to the present invention has a configuration manufactured by the above-described method for manufacturing a microlens substrate.
[0106]
According to the above-described manufacturing method, the center axis adjustment between the first and second microlens arrays can be simplified, and the alignment step and the manufacturing step of the second lens can be simplified. Thereby, there is an effect that a high-performance microlens substrate with high light use efficiency at a low cost can be provided.
[0107]
As described above, in the microlens substrate according to the present invention, the lens shape in the second microlens array has a substantially truncated pyramid shape having a bottom surface on the light incident side, and the inclined surface is inclined with respect to the light incident side. The configuration is concave.
[0108]
According to the above configuration, the lens shape of the second microlens array has a substantially truncated pyramid shape having a bottom surface on the light incident side, and does not have a plane perpendicular to the light incident surface. Thereby, the manufacturing process of the second microlens array can be simplified. Further, according to the above configuration, the plurality of light beams converged by the first microlens array are refracted so as to be parallel to each other on the bottom surface of the substantially pyramid-shaped lens in the second microlens array. Since the inclined surface of the lens having the substantially truncated pyramid shape is concave with respect to the light incident side, the shape becomes close to the light intensity distribution shape on the inclined surface portion, and a simple manufacturing method that is easier to expose is provided. This has the effect of being able to be provided.
[0109]
As described above, the microlens substrate according to the present invention has a configuration in which the concave inclined surface is a cylindrical surface.
[0110]
According to the above configuration, the lens shape of the second microlens array has a curved surface only on the light emission side, and has an effect that its manufacture is easy.
[0111]
As described above, the liquid crystal display element according to the present invention has a configuration including the microlens substrate described above.
[0112]
As a result, there is an effect that a high-quality liquid crystal display element with high light use efficiency, no luminance unevenness, and no color mixture can be realized more easily.
[0113]
Further, the projection type liquid crystal display device according to the present invention has a configuration including the liquid crystal display element for the projection type liquid crystal display device as described above.
[0114]
The projection type liquid crystal display device according to the present invention further comprises: a white light source; a light beam splitting unit for splitting white light from the white light source into a plurality of light beams having mutually different wavelength ranges; The liquid crystal display has a configuration including a liquid crystal display element and a projecting unit for projecting light emitted from the liquid crystal display element.
[0115]
As a result, there is an effect that a high-quality, low-cost projection-type liquid crystal display device having high light use efficiency, no luminance unevenness, and no color mixture can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates one embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal panel unit provided in a projection type liquid crystal display device.
FIG. 2A is a plan view of a first microlens array on a microlens substrate provided in the liquid crystal panel unit, FIG. 2B is a plan view of a second microlens array, FIG. 3C is a schematic diagram showing a positional relationship between the first and second microlens arrays, and FIG. 4D is a schematic diagram showing a relationship between a second lens and a picture element constituting the second microlens array.
FIG. 3 is a perspective view of a second lens included in a second micro lens array according to the embodiment;
FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a projection type liquid crystal display device according to one embodiment.
FIGS. 5A to 5F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a microlens substrate provided in the liquid crystal panel unit.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an exposure machine used in one step of manufacturing the microlens substrate.
FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a microlens substrate being manufactured in the method of manufacturing a microlens substrate. (B) and (c) are cross-sectional views showing the manner of condensing the exposure light applied to the microlens substrate in the course of manufacture at an incident angle of 0 ° and at a maximum incident angle θi.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an incident angle of exposure light applied to the microlens substrate in the course of the manufacture and a corresponding light intensity.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the light intensity of exposure light applied to the microlens substrate in the course of manufacture and the corresponding resist film thickness.
10 is a graph showing the relationship between the incident angle of exposure light applied to the microlens substrate in the process of manufacture and the corresponding light intensity when the resist film thickness is the height h of the second lens shown in FIG. It is a graph showing a relationship.
FIG. 11 is a schematic view showing a configuration of an exposure machine using a transmittance distribution mask used in one step of manufacturing the microlens substrate.
[Explanation of symbols]
1 Microlens substrate
2 Liquid crystal panel unit (liquid crystal display element)
3 Protection plate
4 Flattening layer
5. First lens (lens constituting first micro lens array)
6 Intermediate board
7. Second lens (lens constituting second micro lens array)
8 Black matrix layer
9 Transparent electrode
10 Liquid crystal layer
11 electrode layer
13 White light source (white light source)
15G color separation mirror (beam splitting means)
15R color separation mirror (beam splitting means)
15B color separation mirror (beam splitting means)
16 mirror
17G opening (picture element opening)
17R opening (picture element opening)
17B opening (picture element opening)
18. Projection lens (projection means)
19 screen
20 Flattening layer
22 pixel section
24 Transparent substrate
25 Low refractive index resin
26 High refractive index resin
27 Transparent substrate
28 High-refractive-index resin (material to be the second microlens array)
29 Negative resist layer (photosensitive material layer)
30 Low refractive index resin
35 micro lens substrate
38 Transmittance distribution mask (mask)
100 color liquid crystal projection device (projection type liquid crystal display device)
101 Exposure machine

Claims (11)

互いに異なる角度で入射する複数の光束を各波長域毎に収束させる第１のマイクロレンズアレイと、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイとを備えたマイクロレンズ基板の製造方法であって、
上記第１のマイクロレンズアレイを有する透明基板と、上記第２のマイクロレンズアレイになる材料からなる材料層とを積層した後、上記第１のマイクロレンズアレイを介して照射された光を用いて、上記材料層に第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とするマイクロレンズ基板の製造方法。A microlens comprising: a first microlens array for converging a plurality of light beams incident at mutually different angles for each wavelength region; and a second microlens array for collimating respective principal rays of the plurality of light beams. A method for manufacturing a substrate, comprising:
After laminating a transparent substrate having the first microlens array and a material layer made of a material to be the second microlens array, using a light irradiated through the first microlens array, Forming a second microlens array on the material layer. 互いに異なる角度で入射する複数の光束を各波長域毎に収束させる第１のマイクロレンズアレイと、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイとを備えたマイクロレンズ基板の製造方法であって、
上記第２のマイクロレンズアレイになる材料からなる材料層に感光性材料を塗布し、感光性材料層を形成する感光性材料層形成工程と、
感光性材料層形成工程後、上記感光性材料層に、第１のマイクロレンズアレイを介して、入射角度を変化させながら光を照射する照射工程と、
照射工程により、上記感光性材料層に光の強度分布に沿った形状を形成し、感光性材料を露光，現像する露光工程と、
露光工程で形成された形状を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成するレンズ形成工程とを含むことを特徴とするマイクロレンズ基板の製造方法。A microlens comprising: a first microlens array for converging a plurality of light beams incident at mutually different angles for each wavelength region; and a second microlens array for collimating respective principal rays of the plurality of light beams. A method for manufacturing a substrate, comprising:
A photosensitive material layer forming step of applying a photosensitive material to a material layer made of a material to be the second microlens array to form a photosensitive material layer;
After the photosensitive material layer forming step, an irradiation step of irradiating the photosensitive material layer with light through the first microlens array while changing the incident angle,
An exposure step of forming a shape along the light intensity distribution on the photosensitive material layer by the irradiation step, exposing and developing the photosensitive material,
A lens forming step of forming a second micro lens array using the shape formed in the exposure step. 上記露光工程では、入射角度０°の光束によって感光性材料を最も強く露光させることを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。3. The method according to claim 2, wherein in the exposing step, the photosensitive material is exposed most strongly with a light beam having an incident angle of 0 °. 上記照射工程では、部分的に光の透過率を変化させたマスクを用いて、感光性材料層に、入射角度を変化させながら光を照射することを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。3. The microlens according to claim 2, wherein in the irradiation step, the photosensitive material layer is irradiated with light while changing an incident angle, using a mask in which light transmittance is partially changed. 4. Substrate manufacturing method. 上記露光工程では、感光性材料層に照射される光の入射角度に応じて、露光時間を変化させることを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズ基板の製造方法。The method according to claim 2, wherein in the exposing step, the exposure time is changed according to an incident angle of light applied to the photosensitive material layer. 請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロレンズ基板の製造方法により製造されるマイクロレンズ基板。A microlens substrate manufactured by the method for manufacturing a microlens substrate according to claim 1. 互いに異なる角度で入射する複数の光束を各波長域毎に収束させる第１のマイクロレンズアレイと、上記複数の光束のそれぞれの主光線を平行化する第２のマイクロレンズアレイとを備えたマイクロレンズ基板であって、
上記第２のマイクロレンズアレイにおけるレンズ形状は、光入射側に底面を有する略角錐台形状を成し、その傾斜面が光入射側に対して凹を成していることを特徴とするマイクロレンズ基板。A microlens comprising: a first microlens array for converging a plurality of light beams incident at mutually different angles for each wavelength region; and a second microlens array for collimating respective principal rays of the plurality of light beams. A substrate,
The lens shape of the second microlens array is a substantially truncated pyramid shape having a bottom surface on the light incident side, and the inclined surface is concave with respect to the light incident side. substrate. 上記凹を成す傾斜面が円筒面であることを特徴とする請求項７に記載のマイクロレンズ基板。The microlens substrate according to claim 7, wherein the concave inclined surface is a cylindrical surface. 請求項６，７または８に記載のマイクロレンズ基板を備えたことを特徴とする液晶表示素子。A liquid crystal display device comprising the microlens substrate according to claim 6. 請求項９に記載の液晶表示素子を備えたことを特徴とする投影型液晶表示装置。A projection type liquid crystal display device comprising the liquid crystal display element according to claim 9. さらに、白色光源と、該白色光源からの白色光を互いに異なる波長域を有する複数の光束に分割する光束分割手段と、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請求項１０に記載の投影型液晶表示装置。Furthermore, a white light source, light beam splitting means for splitting white light from the white light source into a plurality of light beams having different wavelength ranges, and projecting means for projecting light emitted from the liquid crystal display element are provided. The projection-type liquid crystal display device according to claim 10, wherein:
JP2003103180A 2003-04-07 2003-04-07 Manufacturing method of microlens substrate Expired - Fee Related JP3908193B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003103180A JP3908193B2 (en) 2003-04-07 2003-04-07 Manufacturing method of microlens substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003103180A JP3908193B2 (en) 2003-04-07 2003-04-07 Manufacturing method of microlens substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004309794A true JP2004309794A (en) 2004-11-04
JP3908193B2 JP3908193B2 (en) 2007-04-25

Family

ID=33466405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003103180A Expired - Fee Related JP3908193B2 (en) 2003-04-07 2003-04-07 Manufacturing method of microlens substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3908193B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007328218A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Display device
JP2009503611A (en) * 2005-08-02 2009-01-29 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Injection molded microlens for optical interconnection
CN101122739B (en) * 2007-08-31 2011-09-28 中国科学院光电技术研究所 Method for preparing sub-wavelength continuous surface-shaped microstructure based on negative refractive index lens
JP2016075796A (en) * 2014-10-07 2016-05-12 セイコーエプソン株式会社 Microlens array substrate, electro-optic device including microlens array substrate, and projection type display device
CN111769211A (en) * 2020-07-01 2020-10-13 合肥视涯技术有限公司 Organic light-emitting display panel and display device
CN114609707A (en) * 2020-12-09 2022-06-10 微凤凰有限公司 Microlenses provided with opposite sides each having an aspherical shape

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009503611A (en) * 2005-08-02 2009-01-29 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Injection molded microlens for optical interconnection
JP2007328218A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Display device
CN101122739B (en) * 2007-08-31 2011-09-28 中国科学院光电技术研究所 Method for preparing sub-wavelength continuous surface-shaped microstructure based on negative refractive index lens
JP2016075796A (en) * 2014-10-07 2016-05-12 セイコーエプソン株式会社 Microlens array substrate, electro-optic device including microlens array substrate, and projection type display device
CN111769211A (en) * 2020-07-01 2020-10-13 合肥视涯技术有限公司 Organic light-emitting display panel and display device
US11600803B2 (en) 2020-07-01 2023-03-07 Seeya Optronics Co., Ltd. Organic light-emitting display panel comprising concave structure and convex microlens
CN111769211B (en) * 2020-07-01 2023-06-16 视涯科技股份有限公司 Organic light-emitting display panel and display device
CN114609707A (en) * 2020-12-09 2022-06-10 微凤凰有限公司 Microlenses provided with opposite sides each having an aspherical shape

Also Published As

Publication number Publication date
JP3908193B2 (en) 2007-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7031064B2 (en) Method of microlens array and projection type of liquid crystal display apparatus
US7338754B2 (en) Micro-lens array substrate and production method therefor, and projection type liquid crystal display unit using those
JP3970784B2 (en) Microlens substrate, liquid crystal display element including the same, and projection type liquid crystal display device
US7142366B2 (en) Method of manufacturing microlens substrate, and microlens exposure optical system
JP4219645B2 (en) Microlens array exposure method
JP2005070631A (en) Screen and projector
US6680762B2 (en) Projection liquid crystal display apparatus wherein overall focal point of the lens is shifted to increase effective aperture ratio
JP4202221B2 (en) Photorefractive element array substrate, image display element, and image display apparatus
JP3932690B2 (en) Lens array substrate manufacturing method
JP4096346B2 (en) Light modulation element and image projection display device
JP2002148603A (en) Liquid crystal display element and projection liquid crystal display device
JPH0815686A (en) Liquid crystal display device
JP3908193B2 (en) Manufacturing method of microlens substrate
JP5569013B2 (en) Liquid crystal display element and projection type liquid crystal display device comprising liquid crystal display element
JP4032555B2 (en) Micro lens array
JP2000314876A (en) Liquid crystal display element and liquid crystal display device
JP2005070666A (en) Manufacturing method for microlens base plate
JP4133652B2 (en) Pattern forming method and two-layer structure microlens using the same
JP3410579B2 (en) Projection type color image display
JP2004017324A (en) Two-layer microlens array and manufacturing method therefor
JP2005148404A (en) Exposure device of microlens array
JP2004226607A (en) Photorefractive element array substrate and image display device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060919

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060926

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061121

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20061121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110126

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120126

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees