JP2009098190A - Display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は表示装置に係り、特にバックライトの光利用効率を向上した液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a display device, and more particularly to a liquid crystal display device with improved light utilization efficiency of a backlight.
液晶表示装置は小型、薄型に出来ることから様々な領域に用途が拡大している。液晶表示装置は自発光ではないために、バックライトが必要である。すなわち、液晶表示装置は画像を形成する液晶表示パネルとバックライトとから形成されている。 Since liquid crystal display devices can be made small and thin, their applications are expanding to various areas. Since the liquid crystal display device is not self-luminous, a backlight is necessary. That is, the liquid crystal display device is formed of a liquid crystal display panel for forming an image and a backlight.
液晶表示パネルは液晶セル６０と液晶セル６０の上下に貼り付けられた偏光板によって形成されている。従来の液晶表示パネルは、画素電極や画素電極への信号を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等が形成されたＴＦＴ基板と、カラー画像を形成するためのカラーフィルタ等が形成された対向基板と、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間に挟持された液晶層によって形成されている。
The liquid crystal display panel is formed by a
従来の液晶表示装置では、カラーフィルタはサブ画素毎に赤、緑、青のカラーフィルタが形成される。本明細書では、サブ画素は赤画素、緑画素、青画素の３種類があり、この３個のサブ画素によって画素が形成されるものと定義する。そして、赤画素においては、バックライトのうち、赤スペクトルの光のみを透過し、他のスペクトルの光はカラーフィルタによって吸収される。また、緑画素においては、緑スペクトルの光のみを透過し、他のスペクトルの光はカラーフィルタによって吸収される。青画素においても同様である。したがって、従来の液晶表示装置ではバックライトの利用効率が悪かった。 In the conventional liquid crystal display device, color filters of red, green, and blue are formed for each sub-pixel. In this specification, there are three types of sub-pixels, a red pixel, a green pixel, and a blue pixel, and it is defined that a pixel is formed by these three sub-pixels. In the red pixel, only the red spectrum light in the backlight is transmitted, and the other spectrum light is absorbed by the color filter. In the green pixel, only green spectrum light is transmitted, and other spectrum light is absorbed by the color filter. The same applies to blue pixels. Therefore, the conventional liquid crystal display device has poor backlight utilization efficiency.
「特許文献１」には、カラーフィルタによってバックライトの利用効率が低下する現象を防止するために、カラーフィルタを用いないでカラー画像を形成する液晶表示装置が開示されている。すなわち、バックライトと液晶表示パネルの間にマイクロレンズアレイおよびダイクロイックマイクロミラーアレイを設置する。そして、バックライトからの光を、先ずマイクロレンズアレイによって画素毎に収束し、ダイクロイックマイクロミラーアレイによって光を赤、緑、青のスペクトルに分解し、このスペクトルに分解された光を各サブ画素に供給することによってカラー画像を形成する。したがって、「特許文献１」に記載の技術は、バックライトの利用効率を従来の３倍に向上することができるという利点を有する。
“
図２３は「特許文献１」に記載の技術の概略である。図２３において、バックライトからの光はマイクロレンズアレイ１０の外凸レンズ１１によって、画素毎に収束される。収束された光は内凹レンズ１２によって平行光に変換される。平行光の幅はほぼサブ画素の幅に等しい。
FIG. 23 is an outline of the technique described in “
この平行光は赤光反射ダイクロイックミラー２１によって赤光Ｒが横方向に反射され、緑光Ｇと青光Ｂは透過する。反射した赤光Ｒはさらに赤光反射ダイクロイックミラー２１によって反射して赤画素に入射する。赤光反射ダイクロイックミラー２１を透過した青光Ｂと緑光Ｇは青光反射ダイクロイックミラー２２によってさらに分解され、各々、青画素と緑画素に入射する。したがって、光が光学系によって吸収されることが無い。
As for this parallel light, the red light R is reflected in the lateral direction by the red light reflecting
図２３は原理図である。図２４は「特許文献１」に開示されているダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法である。先ず、透明樹脂を図２４（ａ）のように、加工してマイクロミラー樹脂２５とする。マイクロミラー樹脂２５の片側に干渉膜２６を蒸着する。干渉膜２６はマイクロミラー樹脂２５の法線方向からθ傾けて蒸着する。θは２２．５度である。このように干渉膜２６を２２．５度傾けて蒸着するのは、図２４における斜面に形成された干渉膜２６と下面に形成された干渉膜２６１との膜厚を合わせるためである。このようにして形成されたマイクロミラー樹脂２５の凹部にさらに樹脂を充填してダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。
FIG. 23 is a principle diagram. FIG. 24 shows a method of manufacturing the
図２５はこのようにして形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ２０をマイクロレンズアレイ１０と液晶セル６０の間に設置した状態を示す断面図である。図２６は図２５の構成の動作を示す図である。図２６において、バックライからの光は外凸レンズ１１によって収束され、内凹レンズ１２によって平行光に変換さる。そして、赤光透過ダイクロイックミラー２３によって、赤光Ｒが分離され、さらに青光反射ダイクロイックミラー２２によって青光Ｂが分離される。図２４のようなダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法では、マイクロミラー樹脂２５の下面に干渉膜２６１が形成されるが、この干渉膜２６１は図２５および図２６では赤光透過ダイクロイックミラー２３となっている。赤光透過ダイクロイックミラー２３は赤光Ｒを透過させなければならない。このために、図２４に示すように、干渉膜２６を斜めに蒸着することによって膜厚を制御している。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a state in which the
図２７はダイクロイックミラーに光が角度を持って入射した場合と垂直に入射した場合とてダイクロイックミラーの透過率がどのように変化するかを示す図である。図２７（ａ）は光がダイクロイックミラーに４５度の角度で入射した場合の模式図である。液晶表示装置ではＳ偏光のみが使用される。Ｓ偏光とは電磁波の振動方向が紙面に垂直の場合である。 FIG. 27 is a diagram illustrating how the transmittance of the dichroic mirror changes depending on whether light is incident on the dichroic mirror at an angle or perpendicularly. FIG. 27A is a schematic diagram when light is incident on the dichroic mirror at an angle of 45 degrees. In liquid crystal display devices, only S-polarized light is used. S-polarized light is when the direction of vibration of electromagnetic waves is perpendicular to the paper surface.
図２７（ｂ）は同じ膜厚の干渉膜２６に対して、光が４５度で入射した場合と直角に入射した場合の透過率特性である。同じ膜厚であっても、光の入射各によって光が干渉する実質的な膜厚は光の入射角度によって異なる。これによってダイクロイックミラーによって光を分離することができる。たとえば、図２６において、青光反射ダイクロイックミラー２２と赤光透過ダイクロイックミラー２３は同時に蒸着された干渉膜２６であるが、光の入射角度が異なるために、青光反射ダイクロイックミラー２２と赤光透過ダイクロイックミラー２３という異なる作用を持つことが出来る。
FIG. 27B shows transmittance characteristics when light is incident on the
以上説明した「特許文献１」に記載の技術は、次のような問題点がある。すなわち、バックライトからの光を外凸レンズ１１と内凹レンズ１２によって平行光線とするが、この平行光線の作り方が問題である。特に内凹レンズ１２は小さいので、精度よく製作することが難しい。マイクロレンズアレイ１０は樹脂をプレスすること等によって形成する。このような場合、凹レンズを形成するためには成形するための金型を雄金型とする必要があるが、マイクロレンズを形成するような場合は、雌金型よりも雄金型の方が難しい。したがって、形成されるマイクロレンズの精度も悪くなる。
The technique described in “
「特許文献１」の他の問題は、マイクロレンズアレイ１０、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０、液晶表示パネルの位置あわせ精度を正確に行わなければならない点である。たとえば、従来技術のように、液晶表示パネルの対向基板５０にカラーフィルタが形成されている場合は、ＴＦＴ基板３０と対向基板５０との２つの部品の位置合わせのみを行えばよかった。しかし、「特許文献１」に記載の液晶表示装置では３つの部品の位置合わせを行わなければならず、位置ずれの問題を引き起こしやすい。３つの部品の位置合わせが正確でないと色純度が劣化する。
Another problem of “
本発明は以上のような問題点を解決するものであり、その対策として次のような手段をとる。すなわち、第１の課題に対しては、マイクロレンズアレイに対し、バックライト光が入射する面には外凸レンズを形成し、ダイクロイックマイクロミラーアレイが形成される面についても内凸レンズを形成する。本構成のようなマイクロレンズアレイでは凸レンズのほうが精度良く形成できる。 The present invention solves the above problems, and the following measures are taken as countermeasures. That is, for the first problem, an external convex lens is formed on the surface on which the backlight is incident, and an internal convex lens is also formed on the surface on which the dichroic micro mirror array is formed. In a microlens array like this configuration, a convex lens can be formed with higher accuracy.
さらに、マイクロレンズアレイの内部で、外凸レンズの焦点面の付近には遮光膜を形成する。そして、この遮光膜に対して外凸レンズの焦点付近には光通過孔を形成する。このような構成とすることによって、ダイクロイックマイクロミラーアレイにより平行度の優れた光を供給することが出来、ダイクロイックマイクロミラーアレイによるスペクトル分割をより正確に行うことが出来る。 Further, a light shielding film is formed in the vicinity of the focal plane of the outer convex lens inside the microlens array. A light passage hole is formed near the focal point of the outer convex lens with respect to the light shielding film. With this configuration, light with excellent parallelism can be supplied by the dichroic micromirror array, and spectrum division by the dichroic micromirror array can be performed more accurately.
第２の課題に題しては、ダイクロイックマイクロミラーアレイを第１のダイクロイックマイクロミラーと第２のダイクロイックマイクロミラーでくの字型に形成し、このようなダイクロイックマイクロミラーアレイを法線方向から見た場合、くの字形の先端とくの字の後端が一致すように構成することを特徴とする。この構成によって、マイクロレンズアレイとダイクロイックマイクロミラーアレイの位置がずれても、バックライトからのすべての光はダイクロイックマイクロミラーアレイを通過することになって、赤光、緑光、青光に分解することが出来る。 For the second problem, a dichroic micromirror array is formed in a square shape by the first dichroic micromirror and the second dichroic micromirror, and such a dichroic micromirror array is viewed from the normal direction. In this case, it is characterized in that the front end of the square shape coincides with the rear end of the square shape. With this configuration, even if the microlens array and the dichroic micromirror array are misaligned, all the light from the backlight will pass through the dichroic micromirror array and be decomposed into red light, green light, and blue light. I can do it.
本発明のマイクロレンズアレイによれば、バックライトからの光を精度良く平行光に変えてダイクロイックマイクロミラーアレイに放射するので、ダイクロイックマイクロミラーアレイにおける赤光、緑光、青光へ分解を精度よく行うことが出来る。したがって、色純度のよい画像を得ることが出来る。 According to the microlens array of the present invention, the light from the backlight is accurately converted into parallel light and emitted to the dichroic micromirror array, so that the dichroic micromirror array is accurately decomposed into red light, green light, and blue light. I can do it. Therefore, an image with good color purity can be obtained.
また、本発明のダイクロイックマイクロミラーアレイを使用することによって、マイクロレンズアレイとダイクロイックマイクロミラーアレイの位置合わせに誤差が生じても、色純度が劣化することを防止することが出来る。また、本発明のダイクロイックマイクロミラーアレイは膜厚をコントロールするための斜め蒸着は不要となるので、ダイクロイックマイクロミラーアレイの生産性を上げることが出来る。 Further, by using the dichroic micromirror array of the present invention, it is possible to prevent the color purity from being deteriorated even if an error occurs in the alignment between the microlens array and the dichroic micromirror array. Further, since the dichroic micromirror array of the present invention does not require oblique vapor deposition for controlling the film thickness, the productivity of the dichroic micromirror array can be increased.
本発明によれば、カラーフィルタを使用せずに、カラー画像を表示することができるので、バックライトの光の利用効率を３倍に上げることが出来る。したがって、光の利用効率の良い液晶表示装置を実現することが出来る。 According to the present invention, since a color image can be displayed without using a color filter, the light use efficiency of the backlight can be increased three times. Therefore, a liquid crystal display device with high light utilization efficiency can be realized.
実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。 The detailed contents of the present invention will be disclosed according to the embodiments.
実施例１は本発明における第１の課題、すなわち、マイクロレンズアレイ１０からダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に精度の良い平行光を供給するための構成を与えるものである。図１は本実施例の動作を説明する断面図である。図１において、マイクロレンズアレイ１０、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０、液晶セル６０が積層されている。なお、液晶表示装置には偏光板が使用されるが、図１では省略されている。偏光板は図１のマイクロレンズアレイ１０の外側に設置しても良いし、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０と液晶セル６０の間に設置しても良い。
The first embodiment provides a first problem in the present invention, that is, a configuration for supplying parallel light with high accuracy from the
マイクロレンズアレイ１０は外凸レンズ１１と内凸レンズ１３によって構成されている。本実施例では内側に凸レンズが形成されていることが従来例と大きく異なる点である。図１において、バックライトからマイクロレンズアレイ１０に白色光Ｗが外凸レンズ１１入射する。当然白色光Ｗは赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂのスペクトルを含んだものである。白色光Ｗは外凸レンズ１１によって収束される。本実施例の外凸レンズ１１はレンズ強度の強いものであり、外凸レンズ１１によって収束した光は内凸レンズ１３に入射する前に焦点を結ぶ。
The
本実施例ではマイクロレンズアレイ１０の外凸レンズ１１の焦点面付近に遮光膜１６を形成し、この遮光膜１６に対して、外凸レンズ１１のい焦点付近に光通過孔を形成する。この光通過孔はスリット１５でもよい。本明細書は光通過孔としてスリット１５という用語を用いる。すなわち、本実施例では外凸レンズ１１の焦点付近にスリット１５を形成する。このスリット１５によって、周辺光はカットされる。したがって、内凸レンズ１３へ入射する光は内凸レンズ１３において、平行光成分を形成する光以外はカットされる。これによって、内凸レンズ１３を通過した光は精度の良い平行光となる。
In this embodiment, a
本実施例ではスリット１５を入れることによって内凸レンズ１３において、非常に精度の良い平行光を形成しているが、スリット１５を入れない場合でも従来例よりも精度の良い平行光を得ることが出来る。すなわち、マイクロレンズアレイ１０を金型を用いてプレスによって形成する場合、凸レンズであれば、金型に溝を形成するだけなので、精度の良い型を容易に形成することが出来る。一方、凹レンズを形成する場合は、金型に凸部を形成する必要があるので、単なる溝を形成する場合に比較して困難である。内凸レンズ１３あるいは、内凹レンズ１２はサイズが小さいために、型の作り易さがレンズ精度に大きく影響する。
In this embodiment, parallel light with very high accuracy is formed in the inner
図１において、内凸レンズ１３を出た光は赤光反射ダイクロイックミラー２１によって、赤光Ｒのみ反射されて横方向に向かい、緑光Ｇと青光Ｂは透過する。赤光Ｒは横方向に存在する、赤光反射ダイクロイックミラー２１によて再び反射されて液晶セル６０に入射する。
In FIG. 1, the light exiting the inner
一方、赤光反射ダイクロイックミラー２１を透過した緑光Ｇおよび青光Ｂのうち、青光Ｂは青光反射ダイクロイックミラー２２によって反射され、右方向に存在する青光反射ダイクロイックミラー２２によって再び反射されて液晶セル６０に入射する。緑光Ｇは直進し、青光反射ダイクロイックミラー２２を透過して液晶セル６０に入射する。
On the other hand, of the green light G and blue light B transmitted through the red light reflecting
液晶セル６０は、ＴＦＴ基板３０と対向基板５０および、ＴＦＴ基板３０と対向基板５０の間に挟持された液晶層４０によって構成される。赤光Ｒが入射する部分の液晶セル６０には赤画素を形成する画素電極、ＴＦＴ、対向電極等が形成されている。同様に、緑光Ｇが入射する部分の液晶セル６０には緑画素が形成されており、青光Ｂが入射する部分には液晶セル６０の青画素が形成されている。
The
図２は本実施例の断面模式図である。図２において、マイクロレンズアレイ１０の外凸レンズ１１の焦点面付近には遮光膜１６が形成され、外凸レンズ１１に焦点付近にはスリット１５が形成されている。この遮光膜１６は、たとえば、次のようにして形成することが出来る。すなわち、マイクロレンズアレイ１０を上層と下層に分けて形成する。上層は外凸レンズ１１が形成されるが、上層の、外凸レンズ１１が形成されるのと反対側の面に印刷によってスリット１５部を残して遮光膜１６を印刷する。その後、マイクロレンズアレイ１０の内凸レンズ１３が形成された下層を上層と接合する。
FIG. 2 is a schematic sectional view of this example. In FIG. 2, a
ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は「特許文献１」と同様な構成となっている。すなわち、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の赤画素に対応する部分には赤光透過ダイクロイックミラー２３が形成されている。この赤光透過ダイクロイックミラー２３はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造工程の要請から、形成されることは「本発明の課題」の項で述べたとおりである。ただし、本マイクロレンズアレイ１０においては、赤光透過ダイクロイックミラー２３の干渉膜２６の厚さがコントロールされるために、赤光Ｒの損失はほとんど無い。
The
以上のように、本実施例においては、カラーフィルタを用いずにカラー画像を形成することが出来るので、バックライトの光利用効率をカラーフィルタを用いる場合に比して３倍以上に向上させることが出来る。さらに、マイクロレンズアレイ１０の内側に凸レンズを用いることによって精度の良い平行光を形成することが出来る。また、外凸レンズ１１の焦点付近にスリット１５を形成することによってさらに精度の良い平行光を形成することが出来る。
As described above, in this embodiment, since a color image can be formed without using a color filter, the light utilization efficiency of the backlight can be improved by three times or more as compared with the case where a color filter is used. I can do it. Further, by using a convex lens inside the
本実施例は、本発明の第２の課題を解決するものである。図３は本発明の第２の実施例を示す断面模式図である。図３において、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０と液晶セル６０が積層されている。マイクロレンズアレイ１０の外側には凸レンズが形成されている。また、マイクロレンズアレイ１０の内側には凹レンズが形成されている。マイクロレンズアレイ１０の下側には、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が形成されているが、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の構成は実施例１の場合に比して単純である。
This embodiment solves the second problem of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, a
本実施例のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は上層には赤光反射ダイクロイックミラー２１が４５度の角度で平行に形成されている。ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の下層にはダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が上層とは逆方向に４５度で平行に形成されている。上層のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は赤光Ｒを反射して緑光Ｇと青光Ｂを透過する。また、下層のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は緑光Ｇおよび赤光Ｒを透過して、青光Ｂを反射する。
In the
本実施例のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は、実施例１と異なり、赤光透過ダイクロイックミラー２３が存在しないために、赤光透過ダイクロイックミラー２３のために、干渉膜２６を制御する必要が無く、したがって、斜め蒸着をする必要が無い。これは量産性を非常に向上させる。
Unlike the first embodiment, the
ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の下には液晶セル６０が設置されている。液晶セル６０の赤光Ｒが入射する部分には赤画素が形成され、緑光が入射する部分には緑画素が形成され、青光が入射する部分には青画素が形成されていることは実施例１と同様である。
A
図４は本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法である。図４（ａ）において、まず、鋸歯状に溝の形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ金型２８にＵＶ硬化樹脂を導入し、これをミラー基板２７に転写する。ミラー基板２７は後で剥離するので材料は何でもよいが、ＵＶ硬化樹脂をＵＶ（紫外線）で照射するのでガラス等、透明な材料がよい。
FIG. 4 shows a manufacturing method of the
図４（ｂ）において、ＵＶで硬化したマイクロミラー樹脂２５に対して若干斜め方向から干渉膜２６を蒸着する。この場合、干渉膜２６を斜めから蒸着する理由はマイクロミラー樹脂２５の垂直部分に蒸着膜を被着させないためであり、実施例１の場合のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の場合と異なり、膜厚の制御のための斜め蒸着ではないので、角度の設定は実施例１の場合に比してラフでよい。
In FIG. 4B, an
干渉膜２６を蒸着後、図５（ａ）に示すように、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の凹部にマイクロミラー樹脂２５を流しこみ、平行平板フィルムとする。その後、図５（ｂ）に示すように、形成された平行平板フィルムの上に、ダイクロイックマイクロミラーアレイ金型２８によってＵＶ硬化樹脂を鋸歯状に転写する。
After depositing the
さらに、図６（ａ）に示すように、鋸歯上のマイクロミラー樹脂２５の傾斜部のみに被着するように、干渉膜２６を斜め方向から蒸着する。この場合も、斜め蒸着は鋸歯状のマイクロミラー樹脂２５の垂直部に被着しないようにすればよいので、斜め蒸着の角度は実施例１の場合の斜め蒸着の角度に比してラフでよい。その後、図６（ｂ）に示すように、蒸着膜が形成された面にマイクロミラー樹脂２５を流し込み、平行平板のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。このようにして形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は構成が単純であり、その分高精度に形成することが出来る。
Further, as shown in FIG. 6A, the
本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０はその配置の仕方によっては、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０との位置ずれがあった場合でも色純度の劣化を防止できるという特徴を有する。図７は本実施例の動作を示す断面図である。図７において、マイクロレンズアレイ１０を通過した平行光は赤光反射ダイクロイックミラー２１と青光反射ダイクロイックミラー２２によって３色の光に分離され、液晶セル６０に入射する。図７はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置合わせが完全な場合である。
The
図８はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置がずれた場合の例である。図８においては、くの字形に形成されたダイクロイックミラーとダイクロイックミラーとの間に隙間ｄが存在している。この部分に入射する光はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の作用を受けないため、白色光Ｗのまま、たとえば、液晶セル６０に形成された緑画素に入射する。そうすると色純度を劣化させる。
FIG. 8 shows an example where the positions of the
このような、場合であっても、液晶セル６０の対向基板５０にカラーフィルタを形成しておけば、色純度の劣化は防止することが出来る。この場合、カラーフィルタはわずかな白色光Ｗの緑成分以外を吸収するだけなので、カラーフィルタによる光利用効率の低下はわずかなもので済む。
Even in such a case, if a color filter is formed on the
一方、本実施例におけるマイクロレンズアレイ１０の位置を適切な配置とすることによって、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置合わせにずれが生じた場合も、色純度の劣化を防止することが出来る。図９はその構成を示す。
On the other hand, by appropriately arranging the positions of the
図９は、くの字形に形成された干渉膜２６と干渉膜２６の間の隙間が無い場合である。この様子を図９の点線で示す。すなわち、図８に示すｄがゼロの場合である。以後この構成を稠密構造という。言い換えれば、図９の状態は、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を平面でみた場合、すなわち、液晶表示装置の法線方向から見た場合、赤光反射ダイクロイックミラー２１の上端が、隣の赤光反射ダイクロイックミラー２１の下端と一致しているということである。
FIG. 9 shows a case where there is no gap between the
この場合の動作を図１０〜図１３に示す。図１０はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置ずれが無い場合である。図１０において、赤光反射ダイクロイックミラー２１と青光反射ダイクロイックミラー２２によって、マイクロレンズアレイ１０を出射した白色光Ｗは、赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂに分離されて液晶セル６０に入射する。
The operation in this case is shown in FIGS. FIG. 10 shows a case where there is no positional deviation between the
図１１はマイクロレンズアレイ１０を出射した平行光のエッジと赤光反射ダイクロイックミラー２１のエッジがｇ１だけずれた場合である。この場合、ｇ１だけずれた分の平行光は、隣の赤光反射ダイクロイックミラー２１によって反射され、ずれていない部分の赤光Ｒの主要部分と同様に、液晶セル６０の赤画素に入射する。したがって、色純度の劣化は無い。
FIG. 11 shows a case where the edge of the parallel light emitted from the
図１２はマイクロレンズアレイ１０を出射した平行光のエッジと赤光反射ダイクロイックミラー２１のエッジがさらにずれて、平行光の幅の半分程度のｇ１だけずれた場合である。この場合も、図１２に示すように、ずれた半分の光は隣の赤光反射ダイクロイックミラー２１によって反射され、結局、液晶セル６０の赤画素に入射する。
FIG. 12 shows a case where the edge of the parallel light emitted from the
したがって、本実施例によれば、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０がずれた場合であっても色純度は劣化しない。本実施例では、マイクロレンズアレイ１０と液晶セル６０の位置合わせを正確に行えばよいことになる。これは量産性に対して大きな利点である。
Therefore, according to this embodiment, even if the
以上の例では、くの字形の干渉膜２６の距離、すなわち、図８におけるｄがゼロであるとして説明した。しかし、完全な稠密構造を達成することは難しい。つまり、図８のｄを完全にゼロにすることは困難である。図８のｄをどの程度まで、許容できるかを評価すると次のとおりである。すなわち、干渉膜２６は２０層から４０層の蒸着膜で形成されている。この干渉膜２６の膜厚は層数によっても異なるが、３μｍ程度である。したがって、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０のずれが３μｍ程度であれば、色純度の劣化は無い。さらに、５ミクロン程度のずれが生じた場合でも色純度の劣化は、人間の目にはほとんど認識できない。
In the above example, the distance of the
図１３は、図１２のように、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の合わせが大きくずれた上、さらに、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の上層に形成される赤光反射ダイクロイックミラー２１と下層に形成される青光反射ダイクロイックミラー２２の位置がずれた場合の動作を示す。この場合も、図１３に示すように、隣に存在する赤光反射ダイクロイックミラー２１あるいは青光反射ダイクロイックミラー２２と補完しあうことによって、色純度の劣化を防止することが出来る。
In FIG. 13, the alignment of the
このように、本実施例によるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を用いることによって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０とマイクロレンズアレイ１０の位置合わせの裕度が向上するばかりでなく、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０自体の製造裕度を向上させることが出来る。
Thus, by using the
図１４〜図１６は本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法の他の形態である。図１４（ａ）において、ＵＶ硬化樹脂をダイクロイックマイクロミラーアレイ金型２８によってミラー基板２７上に転写することは図４（ａ）と同様である。図１４（ｂ）は、このように鋸歯状に形成されたマイクロミラー樹脂２５の傾斜部に干渉膜２６をイオンスパッタリングによって形成する例である。
14 to 16 show other forms of the method for manufacturing the
イオンスパッタリングはイオン化した薄膜材料を電界で加速して直進性をよくしたスパッタリング方法である。イオンスパッタリングを用いれば、斜め蒸着を用いずに、ミラー基板２７に対して垂直方向からスパッタリングをすることができるので、量産性の観点からは非常に有利である。
Ion sputtering is a sputtering method in which an ionized thin film material is accelerated by an electric field to improve straightness. If ion sputtering is used, sputtering can be performed in a direction perpendicular to the
このようにして、図１５（ａ）に示すように、鋸歯状のマイクロミラー樹脂２５の傾斜部に干渉膜２６が形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の１部が形成される。その後、鋸歯状部の凹部にマイクロミラー樹脂２５を流し込み、ＵＶによって硬化させ、平行平板状のフィルムが形成される。
In this way, as shown in FIG. 15A, a portion of the
このフィルムの上に、さらに、図１５（ｂ）に示すように上層用の鋸歯状のマイクロミラー樹脂２５を形成し、図１６（ａ）に示すように、イオンスパッタリングによってマイクロミラー樹脂２５の傾斜部に干渉膜２６を形成する。その後、図１６（ｂ）に示すように、凹部に樹脂を流し込んでＵＶ硬化することによって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。本実施形態でのダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は斜め蒸着を必要としないために、量産性に優れている。
Further, a
図１７は本発明の第３の実施例を示す概略断面図である。図１７において、液晶セル６０の上に、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０、マイクロレンズアレイ１０が順に積層されている。マイクロレンズアレイ１０では外凸レンズ１１と内凹レンズ１２によって平行光が形成されることは実施例２と同様である。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention. In FIG. 17, a
実施例２と本実施例が異なる点は、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の形状である。図１７において、上層に形成された赤光反射ダイクロイックミラー２１と下層に形成された青光反射ダイクロイックミラー２２とは樹脂層によってｈ２だけ隔てられている。赤光反射ダイクロイックミラー２１と青光反射ダイクロイックミラー２２の間に樹脂層が存在していても、光の進路が変わるわけではない。
The difference between the second embodiment and the present embodiment is the shape of the
本実施例の特徴はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０をプレスによって形成できる点である。図１８は本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法である。図１８（ａ）において、マイクロミラー樹脂２５はプレスによって形成される。すなわち、もともとは平行平板であったマイクロミラー樹脂２５を上下からプレスすることによって、上下に鋸歯状の凹部を形成する。その後、イオンスパッタリング等によって傾斜部に干渉膜２６を被着させる。
The feature of this embodiment is that the
さらに、干渉膜２６を覆ってマイクロミラー樹脂２５の上下の凹部に樹脂を流しこみ、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。図１８（ａ）に示すように、本実施例ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は、鋸歯状部と中央部に分かれている。鋸歯部の高さｈ１あるいはｈ３は８０μｍ、中央部の高さｈ２は４０μｍである。したがって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０全部の厚さは２００ミクロン程度であり、中央部が形成されても液晶表示装置全体の厚さに対してはほとんど影響は無い。
Further, the
以上のように、本実施例によれば、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の上下の面をプレスによって１度に形成するので、高い量産性を持って、かつ、精度良く形成することが出来る。
As described above, according to the present embodiment, since the upper and lower surfaces of the
実施例２と実施例３はマイクロレンズアレイ１０として、外凸レンズ１１と内凹レンズ１２の組み合わせによって平行光をダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に入射している。実施例２および実施例３で使用したダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を、実施例１で説明した、外凸レンズ１１と内凹レンズ１２によって形成されたマイクロレンズアレイ１０と組み合わせることが出来ることは勿論である。
In the second and third embodiments, as the
図１９は本実施例の一形態である。図１９において、液晶セル６０の上にダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が設置され、さらにその上にマイクロレンズアレイ１０が設置されている。マイクロレンズアレイ１０は外凸レンズ１１と内凸レンズ１３によって構成されている。実施例１で説明したように、マイクロレンズアレイ１０内の外凸レンズ１１の焦点位置付近にスリット１５を設置することによってマイクロレンズアレイ１０から出射する平行光の精度をさらに向上させることが出来る。
FIG. 19 shows one embodiment of this embodiment. In FIG. 19, the
マイクロレンズアレイ１０を出射した平行光はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０によって赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂに分解され、それぞれ、液晶セル６０の赤画素、緑画素、青画素に入射する。図１９においては、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は稠密構造になっていない。すなわち、図１９に示すように、２個のくの字形の干渉膜２６の間ｄはゼロではない。
The parallel light emitted from the
図２０は図１９の断面模式図に示す液晶表示装置の動作を示す図である。図１９はバックライトからの光がマイクロレンズアレイ１０を通過して平行光となり、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０によって赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂに分解されて液晶セル６０に入射する様子を示している。
FIG. 20 is a diagram showing the operation of the liquid crystal display device shown in the schematic cross-sectional view of FIG. FIG. 19 shows a state in which light from the backlight passes through the
図２０はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の合わせ精度が完全な場合である。したがって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が稠密構造になっていなくとも色純度は劣化していない。一方、本実施例で使用しているマイクロレンズアレイ１０は実施例１で説明したように、平行光の精度を上げることが出来る。したがって、マイクロレンズアレイ１０から、より細い平行光を出射することが出来る。
FIG. 20 shows a case where the alignment accuracy of the
より細い平行光を使用できれば、その分、合わせ精度に対する裕度を大きくすることが出来る。そして、外凸レンズ１１の焦点付近にスリット１５を形成すれば、さらに精度のよい平行光を形成することが出来、その分、さらい合わせ精度に対する裕度を上げることが出来る。
If narrower parallel light can be used, the tolerance for alignment accuracy can be increased accordingly. If the
図２１はマイクロレンズアレイ１０に実施例１と同様な構成、すなわち、外凸レンズ１１と内凸レンズ１３を用いた場合で、かつダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を稠密構造とした場合である。図２１はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０にずれが無い場合であるが、実施例２で説明したように、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が稠密構造をとれば、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に合わせずれが生じても、色純度の劣化を防止できる。
FIG. 21 shows a configuration similar to that of the first embodiment in the
図２２はマイクロレンズアレイ１０に実施例１のレンズ構成、すなわち、外凸レンズ１１と内凸レンズ１３を使用した場合で、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に実施例３の構成を使用した場合である。この場合は、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を精度よく、かつ、高い量産性を持って生産することが出来る。この場合もダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に稠密構造を用いることによってマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に位置ずれが生じても液晶表示装置の色純度の劣化を防止することが出来る。
FIG. 22 shows a case where the lens configuration of the first embodiment is used for the
１０…マイクロレンズアレイ、 １１…外凸レンズ、 １２…内凹レンズ、 １３…内凸レンズ、 １５…スリット、 １６…遮光膜、 ２０…ダイクロイックマイクロミラーアレイ、 ２１…赤光反射ダイクロイックミラー、 ２２…青光反射ダイクロイックミラー、 ２３…赤光透過ダイクロイックミラー、 ２５…マイクロミラー樹脂、 ２６…干渉膜、 ２７…ミラー基板、 ２８…ダイクロイックマイクロミラーアレイ金型、 ６０…液晶セル、 Ｒ…赤光、 Ｇ…緑光、 Ｂ…青光、 Ｗ…白色光。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記マイクロレンズアレイはバックライトからの光が入射する外凸レンズと前記ダイクロイックマイクロミラーアレイ側に形成された内凸レンズから形成され、
前記ダイクロイックミラーは第１のダイクロイックマイクロミラーを有する第１の層と、第２のダイクロイックマイクロミラーを有する第２の層から構成され、
前記バックライトからの光は前記ダイクロイックマイクロミラーアレイによって、赤光、緑光、青光に分解され、前記赤光、前記緑光、前記青光は前記液晶セルの赤画素、緑画素、青画素に各々入射することを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device in which a red pixel, a green pixel, and a blue pixel are formed in a matrix, a dichroic micromirror array, a microlens array, and a backlight on the back surface.
The micro lens array is formed of an outer convex lens on which light from a backlight is incident and an inner convex lens formed on the dichroic micro mirror array side,
The dichroic mirror is composed of a first layer having a first dichroic micromirror and a second layer having a second dichroic micromirror,
The light from the backlight is decomposed into red light, green light, and blue light by the dichroic micromirror array, and the red light, the green light, and the blue light are respectively applied to the red pixel, the green pixel, and the blue pixel of the liquid crystal cell. A liquid crystal display device characterized by being incident.
前記マイクロレンズアレイはバックライトからの光が入射する面に形成された第１のレンズと前記ダイクロイックマイクロミラーアレイ側に形成された第２のレンズから形成され、
前記ダイクロイックマイクロミラーアレイは、光が入射する方向に対して第１の角度を有する第１のダイクロイックマイクロミラーと、光が入射する方向に対して第２の角度を有する第２のダイクロイックマイクロミラーが形成され、
前記第１のダイクロイックマイクロミラーと前記第２のダイクロイックマイクロミラーはくの字型を形成し、
前記バックライトからの光は前記ダイクロイックマイクロミラーアレイによって、赤光、緑光、青光に分解され、前記赤光、前記緑光、前記青光は前記液晶セルの赤画素、緑画素、青画素に各々入射することを特徴とする液晶表示装置。 A liquid crystal display device in which a red pixel, a green pixel, and a blue pixel are formed in a matrix, a dichroic micromirror array, a microlens array, and a backlight on the back surface.
The microlens array is formed of a first lens formed on a surface on which light from a backlight is incident and a second lens formed on the dichroic micromirror array side,
The dichroic micromirror array includes a first dichroic micromirror having a first angle with respect to a light incident direction and a second dichroic micromirror having a second angle with respect to the light incident direction. Formed,
Forming the first dichroic micromirror and the second dichroic micromirror in a U shape;
The light from the backlight is decomposed into red light, green light, and blue light by the dichroic micromirror array, and the red light, the green light, and the blue light are respectively applied to the red pixel, the green pixel, and the blue pixel of the liquid crystal cell. A liquid crystal display device characterized by being incident.
前記マイクロレンズアレイは外光が入射する外凸レンズと前記ダイクロイックマイクロミラーアレイ側に形成された内凸レンズから形成され、
前記マイクロレンズアレイは内部に遮光層を有し、前記外凸レンズの焦点付近に前記遮光膜の通過孔を有し、
前記ダイクロイックミラーは第１のダイクロイックマイクロミラーを有する第１の層と、第２のダイクロイックマイクロミラーを有する第２の層から構成され、
前記外光は前記ダイクロイックマイクロミラーアレイによって、赤光、緑光、青光に分解されることを特徴とする光学装置。 An optical device in which a dichroic micromirror array and a microlens array are stacked,
The micro lens array is formed of an outer convex lens on which external light is incident and an inner convex lens formed on the dichroic micro mirror array side,
The microlens array has a light shielding layer inside, and has a passage hole of the light shielding film near the focal point of the outer convex lens,
The dichroic mirror is composed of a first layer having a first dichroic micromirror and a second layer having a second dichroic micromirror,
The optical apparatus, wherein the external light is decomposed into red light, green light, and blue light by the dichroic micromirror array.
前記マイクロレンズアレイは外光が入射する面に形成された第１のレンズと前記ダイクロイックマイクロミラーアレイ側に形成された第２のレンズから形成され、
前記ダイクロイックマイクロミラーアレイは、光が入射する方向に対して第１の角度を有する第１のダイクロイックマイクロミラーと、光が入射する方向に対して第２の角度を有する第２のダイクロイックマイクロミラーが形成され、
前記第１のダイクロイックマイクロミラーと前記第２のダイクロイックマイクロミラーはくの字型を形成し、
前記第１のダイクロイックマイクロミラーは第１の光を反射し、第２の光および第３の光を透過し、前記第２のダイクロイックマイクロミラーは前記第２の光を透過し、前記第３の光を反射し、かつ、前記第１の光を透過することを特徴とする光学装置。 An optical device in which a dichroic micromirror array and a microlens array are stacked,
The micro lens array is formed of a first lens formed on a surface on which external light is incident and a second lens formed on the dichroic micro mirror array side,
The dichroic micromirror array includes a first dichroic micromirror having a first angle with respect to a light incident direction and a second dichroic micromirror having a second angle with respect to a light incident direction. Formed,
Forming the first dichroic micromirror and the second dichroic micromirror in a U shape;
The first dichroic micromirror reflects the first light, transmits the second light and the third light, the second dichroic micromirror transmits the second light, and the third light An optical device that reflects light and transmits the first light.
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