JP3191464B2

JP3191464B2 - 画像表示装置及び画像表示装置用のマイクロレンズアレイ

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Publication number: JP3191464B2
Application number: JP33239492A
Authority: JP
Inventors: 修西崎; 茂青山
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-11-17
Filing date: 1992-11-17
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JPH06160606A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像表示装置及び画像
表示装置用のマイクロレンズアレイに関する。具体的に
いうと、本発明は、液晶表示パネルとマイクロレンズア
レイを備えた画像表示装置と、当該画像表示装置に用い
られるマイクロレンズアレイに関する。

【０００２】

【背景技術とその問題点】マイクロレンズアレイは、フ
ァイン・オプティクスその他の分野における重要な光学
素子として、今後ますます需要が高まることが予想され
る。以下、液晶テレビプロジェクタへの応用例とその問
題点を説明する。

【０００３】液晶テレビプロジェクタ３１は、図７に示
すように、反射鏡３２付きの白色ランプ３３及びコンデ
ンサレンズ３４からなるバックライト光源３５と、２枚
の偏光板３６に挟まれた液晶表示パネル３７と、投影レ
ンズ３８とから構成されている。

【０００４】図８は上記液晶表示パネル３７の構成を模
型的に示す平面図、図９（ａ）は液晶表示パネル３７の
ほぼ１つの画素４０の構造を具体的に示す断面図、図９
（ｂ）は図９（ａ）のＪ−Ｊ線断面図である。この液晶
表示パネル３７にあっては、ガラス基板４１上に透明電
極４２がマトリックス状に形成され、各透明電極４２間
に横方向に表示電極Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_ｊが配線され、
絶縁膜４３を介して縦方向に走査電極Ｘ_１，Ｘ_２，…，
Ｘ_ｉが配線されている。また、各透明電極４２の近傍に
は半導体層４８を有するスイッチング用の薄膜トランジ
スタ４４が設けられており、薄膜トランジスタ４４のド
レイン電極４５は透明電極４２に接続され、ソース電極
４６は走査電極Ｘ_１，Ｘ_２，…，Ｘ_ｉに接続され、ゲー
ト電極４７は表示電極Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_ｊに接続され
ている。また、ガラス基板４１の上方には下面に対向透
明電極５０、絶縁膜５１及びカラーフィルタ５２を設け
られた対向ガラス基板４９がスペーサ５３を介して設け
られており、ガラス基板４１と対向ガラス基板４９の間
には液晶５４が封止されている。

【０００５】しかして、走査電極Ｘ_１，Ｘ_２，…，Ｘ_ｉ
に走査電圧を印加し、走査電圧と同期させながら表示電
極Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_ｊに画像信号を送ることにより交
点（選択点）の薄膜トランジスタ４４をオンさせ、液晶
５４の偏光特性を変化させて画素４０を表示させること
ができ、液晶表示パネル３７に２次元の動画像を表示さ
せることが可能となっている。しかして、図７に示すよ
うに、バックライト光源３５をオンしてバックライト光
源３５からの光束αによって２枚の偏光板３６に挟まれ
た液晶表示パネル３７を照らせば、液晶表示パネル３７
に表示された動画像が投影レンズ３８によって拡大さ
れ、スクリーン３９に投影される。

【０００６】このような液晶テレビプロジェクタ３１に
あっては、画像の分解能を高める（表示容量を増大させ
る）ため液晶表示パネル３７の画素寸法の縮小化が進め
られているが、走査電極Ｘ_１，Ｘ_２，…，Ｘ_ｉや表示電
極Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_ｊ等が配線されている配線領域５
５を縮小すると、歩止まりの低下や電気抵抗の増大等の
弊害を生じるので、透明電極４２の配置されている画素
開口領域５６の面積を縮小することによって画素寸法の
縮小化を図っている。

【０００７】しかしながら、図１２に示すように、液晶
表示パネル３７に入射する光束αのうち画素開口領域５
６に入射する光束αは液晶表示バネル３７を透過する
が、配線領域５５に入射する光束αは走査電極Ｘ_１，Ｘ
_２，…，Ｘ_ｉや表示電極Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_ｊ等に遮蔽
され、スクリーン３９側へ透過できない。このため、図
１２（１画素分の領域に入射及び透過する光束αには破
線による斜線を施している。）から明らかなように、画
素４０の有効開口率は、画素４０の有効開口率＝画素開
口領域５６の面積／画素４０の全面積となる。この結
果、画素開口領域５６の面積を縮小させると、画素４０
の有効開口率が低下するため、照明光の透過率が低下
し、画面が暗くなるという問題があった。例えば、図１
０には、画素４０をデルタ配列（三角配列）した液晶表
示パネル３７における透明電極４２及び走査電極Ｘ_１，
Ｘ_２，…，Ｘ_ｉ、表示電極Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_ｊ等の具
体的な配置パターンを示しているが、このような液晶表
示パネル３７の全ての画素４０をオンにしても、この液
晶表示パネル３７の発光面積は図１１の白抜き領域（発
光領域である画素開口領域５６を白抜きで示す。一方、
影となる配線領域５５は斜線を施している。）で示すよ
うな割合にしかならず、透明電極４２を小さくすると液
晶表示パネル３７の画面が暗くなっていた。

【０００８】図１３に示すものは別な従来例の斜視図で
あって、マイクロレンズアレイ５７を備えた液晶表示パ
ネル３７を示している。なお、図１３においては、１つ
の画素４０に斜線を施してあり、対応するマイクロレン
ズ５８にも斜線を施している。この従来例にあっては、
レンズ形状が円形をしたマイクロレンズ５８を液晶表示
パネル３７の画素４０と同様に配列したマイクロレンズ
アレイ５７を液晶表示パネル３７のバックライト光源３
５側に設置してあり、バックライト光源３５からの光を
画素開口領域５６に集光させることによって画面を明る
くしている。

【０００９】しかしながら、このようなレンズ形状が円
形をしたマイクロレンズアレイ５７を備えた液晶表示パ
ネル３７にあっては、集光に寄与しないデッドスペース
（つまり、マイクロレンズ５８とマイクロレンズ５８と
の間の空隙部分）が多いため、マイクロレンズアレイ５
７の有効開口率（＝マイクロレンズ５８の面積［図１３
の斜線領域］の総和／マイクロレンズアレイ５７の全体
の面積）が低く、光の利用効率をさほど高めることがで
きなかった。

【００１０】図１４に示すものはさらに別な従来例であ
って、この従来例に用いられているマイクロレンズアレ
イ５９においては、マイクロレンズ６０のレンズ形状を
矩形状（長方形）にしてマイクロレンズ６０間の隙間を
なくし、有効開口率を高めている。なお、マイクロレン
ズ６０は液晶表示パネル３７の画素４０と同じピッチで
配列され、画素４０がマトリックス配列されている場合
はマイクロレンズ６０もマトリックス配列され、画素４
０がデルタ配列されている場合は図１５に示すようにマ
イクロレンズ６０もデルタ配列される。このようなマイ
クロレンズアレイ５９を使用すれば、マイクロレンズア
レイ５９のデッドスペースをなくすことができ、図１６
に示すように、バックライト光源３５からの照明光を全
て画素開口領域５６に集光させることができ、光の利用
効率を極めて高くすることができる。

【００１１】しかしながら、実際には画像の分解能を高
めるために画素開口領域５６の面積を小さくしていく
と、以下の理由から照明光を画素開口領域５６に集光す
ることができなくなり、光の利用効率が悪くなる。すな
わち、このようなマイクロレンズアレイは、ガラス基板
上に配列したレンズ母材を溶融させ、溶融したレンズ母
材が表面張力によってレンズ形状になったときに冷却硬
化させて作製しているので、レンズ形状が円形でない場
合はレンズ中心を通る各径方向によってレンズ面の曲率
差が大きくなり、非点収差が発生するために１点に集光
することができない。

【００１２】図１７（ａ）はレンズ形状が矩形状をした
マイクロレンズ６０の正面図、図１７（ｂ）（ｃ）は図
１７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図及びＥ−Ｅ線断面図であ
る。レンズ形状が矩形の場合は、図１７に示すように、
マイクロレンズ６０の長軸方向の曲率半径Ｒｙが短軸方
向の曲率半径Ｒｘよりもだいぶ大きくなり、非点収差が
発生する。このため、図１８（ａ）に示すように、矩形
状のマイクロレンズ６０を通過した光線６１は焦点距離
ｆｘ，ｆｙに異なる２つの焦点Ｌ，Ｍを結び、ｘ方向及
びｙ方向のどちらの焦点Ｌ，Ｍにおいても図１８（ｂ）
（ｃ）に示すように光線６１はスリット光になる。した
がって、マイクロレンズ６０を透過させてもスポット光
を得ることができず、画素開口領域５６の面積を小さく
した場合には、マイクロレンズアレイ５９と液晶表示パ
ネル３７の距離を調節しても光線６１を画素開口領域５
６内に収めることができなくなり、光の有効利用を図る
ことができなくなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、有効開口率が大きく、且つレンズ面の曲率差
が小さなマイクロレンズアレイと、そのマイクロレンズ
アレイを用いた高分解能かつ高輝度画面の画像表示装置
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の画像表
示装置は、一定の画素ピッチで複数の画素を直線的に配
列した画素列を、隣接する画素列と列方向の画素ピッチ
の半ピッチずらして並べた液晶表示パネルと、上記液晶
表示パネルの各画素へ光を集光して導くマイクロレンズ
が、各画素と１対１に対応するように複数配置されたマ
イクロレンズアレイと、を備えた液晶表示装置におい
て、上記マイクロレンズのレンズ形状を６角形とし、前
記マイクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向する
２つの頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線
分の長さと、当該線分とほぼ直交する方向で対向する２
辺間を結ぶ線分の長さとをほぼ等しくしたことを特徴と
している。

【００１５】請求項２に記載の画像表示装置は、請求項
１に記載の画像表示装置において、前記マイクロレンズ
のレンズ形状をなす６角形の対向する２つの頂点の組の
うち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線分の方向と、前記
画素列の列方向とをほぼ直交させたことを特徴としてい
る。

【００１６】請求項３に記載の画像表示装置は、請求項
１又は２に記載の画像表示装置における前記各画素を画
素列の列方向に長い長方形としたことを特徴としてい
る。

【００１７】請求項４に記載のマイクロレンズアレイ
は、レンズ形状が６角形であるマイクロレンズを２次元
的にほぼ隙間なく配列したマイクロレンズアレイにおい
て、前記マイクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対
向する２つの頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を
結ぶ線分の長さと、当該線分とほぼ直交する方向で対向
する２辺間を結ぶ線分の長さとをほぼ等しくしたことを
特徴としている。

【００１８】請求項５に記載のマイクロレンズアレイ
は、請求項４に記載のマイクロレンズアレイにおいて、
前記マイクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向す
る頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ方向の
レンズ面曲率と、当該線分とほぼ直交する方向で対向す
る２辺間を結ぶ方向のレンズ面曲率とをほぼ等しくした
ことを特徴としている。

【００１９】

【作用】請求項１に記載の画像表示装置にあっては、マ
イクロレンズアレイのレンズ形状を６角形としているの
で、正方形や矩形のマイクロレンズに比較してレンズ中
心から各方向のレンズ外縁までの径の寸法差を小さくで
き、レンズ母材を溶融させてマイクロレンズを作製する
場合でも、レンズ中心を通る各径方向についてレンズ面
の曲率差を小さくすることができ、非点収差を小さくす
ることができる。さらに、請求項１に記載の画像表示装
置にあっては、マイクロレンズのレンズ形状をなす６角
形の対向する２つの頂点の組のうち、いずれか１組の頂
点間を結ぶ線分の長さと、当該線分とほぼ直交する方向
で対向する２辺間を結ぶ線分の長さとをほぼ等しくして
いるので、レンズ母材を溶融させてマイクロレンズを作
製する場合に、マイクロレンズのレンズ形状をなす６角
形の対向する頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を
結ぶ方向のレンズ面曲率と、当該線分とほぼ直交する方
向で対向する２辺間を結ぶ方向のレンズ面曲率とをほぼ
等しくすることができ、ほぼ直交する２方向における焦
点位置をほぼ一致させることができ、マイクロレンズの
非点収差を小さくするのに有効である。

【００２０】請求項２に記載の画像表示装置にあって
は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記マイ
クロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向する２つの
頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線分の方
向と、前記画素列の列方向とをほぼ直交させているか
ら、隣接する画素列同志を半ピッチずつずらして並べた
デルタ配列の画素と当該マイクロレンズとを１対１に対
応させて配列することができる。

【００２１】請求項３に記載の画像表示装置にあって
は、請求項１又は２に記載の画像表示装置における前記
各画素を画素列の列方向に長い長方形としているから、
６角形マイクロレンズの対向する２つの頂点の組のう
ち、いずれか１組の頂点歓を結ぶ線分の長さと当該線分
とほぼ直交する方向で対向する２変換を結ぶ線分の長さ
とがほぼ等しくマイクロレンズからなるマイクロレンズ
アレイや、正６角形のマイクロレンズからなるマイクロ
レンズアレイ等に対して、各マイクロレンズと各画素と
を１体１に対向させることができる。

【００２２】請求項４に記載のマイクロレンズアレイに
あっては、マイクロレンズのレンズ形状を６角形として
２次元的にほぼ隙間なく配列しているから、マイクロレ
ンズ間のデッドスペースがほとんど無くなり、マイクロ
レンズアレイの有効開口率を１に近づけることができ、
光の利用効率を高めることができる。さらに、請求項４
に記載のマイクロレンズアレイにあっては、マイクロレ
ンズのレンズ形状をなす６角形の対向する２つの頂点の
組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線分の長さと、
当該線分とほぼ直交する方向で対向する２辺間を結ぶ線
分の長さとをほぼ等しくしているので、レンズ母材を溶
融させてマイクロレンズを作製する場合に、マイクロレ
ンズのレンズ形状をなす６角形の対向する頂点の組のう
ち、いずれか１組の頂点間を結ぶ方向のレンズ面曲率
と、当該線分とほぼ直交する方向で対向する２辺間を結
ぶ方向のレンズ面曲率とをほぼ等しくすることができ、
ほぼ直交する２方向における焦点位置をほぼ一致させる
ことができ、マイクロレンズの非点収差を小さくするの
に有効である。

【００２３】請求項５に記載のマイクロレンズアレイに
あっては、請求項４に記載のマイクロレンズアレイにお
いて、マイクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向
する頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ方向
のレンズ面曲率と、当該線分とほぼ直交する方向で対向
する２辺間を結ぶ方向のレンズ面曲率とをほぼ等しくし
ているから、ほぼ直交する２方向における焦点位置をほ
ぼ一致させることができ、マイクロレンズの非点収差を
小さくするのに有効である。

【００２４】

【実施例】図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例による
画像表示装置１の構造を示す一部破断した平面図及び側
面図である。この画像表示装置１は、多数の画素３を２
次元的にデルタ配列した液晶表示パネル２と、６角形状
をした多数のマイクロレンズレンズ１０を２次元的にデ
ルタ配列したマイクロレンズアレイ８とから構成されて
おり、液晶表示パネル２の各画素３とマイクロレンズア
レイ８の各マイクロレンズ１０とは互いに１対１に対応
するように配置されている。このようにカラー配列とし
てデルタ配列を採用された液晶表示パネルは、空間分解
能の方向依存性が最も小さいことが知られている。すな
わち、デルタ配列を採用することにより、高品位の再生
画像の実現が可能になる（特公平３−６４０４６号公
報）。

【００２５】この液晶表示パネル２にあっては、矩形状
をした多数の画素３が一対のガラス基板７，７間で隙間
なく配列されており、各画素３は列方向（図１（ａ）に
おいては、ｘ方向で示している。）に一定の画素ピッチ
Λｘで一列に並んでおり、各画素列６は、隣接する画素
列６同志が列方向画素ピッチの半ピッチΛｘ／２だけ列
方向へずれた状態で一定の画素ピッチΛｙ毎に行方向
（図１（ａ）においては、ｙ方向で示している。）に配
列されている。従って、各画素のｘ方向の寸法Ｌｘは列
方向画素ピッチΛｘと等しく（Ｌｘ＝Λｘ）、ｙ方向の
寸法Ｌｙも行方向画素ピッチΛｙと等しくなっており
（Ｌｙ＝Λｙ）、各画素３の中央部には画素開口領域
（透明電極の配置されている部分）４が設けられ、画素
開口領域４は配線領域５で囲まれている。

【００２６】一方、マイクロレンズアレイ８は、平板状
をした透明な基板部９の表面にレンズ形状（開口形状）
が６角形の多数のマイクロレンズ１０をほぼ隙間なく凸
設したものであって、基板部９の他方の裏面を液晶表示
パネル７に貼り合わされている。詳しくいうと、各マイ
クロレンズ１０はｘ方向には６角形の辺同志を隣接させ
るようにして列方向画素ピッチと等しいピッチΛｘで一
列に配列されており、ｙ方向にはマイクロレンズ１０の
列同志が列方向ピッチの半ピッチΛｘ／２だけ列方向へ
ずれた状態で行方向画素ピッチと等しいピッチΛｙ毎に
行方向に配列されている。こうして、図２に示すよう
に、各マイクロレンズ１０の中心Ｑは、対応する各画素
３の中心Ｐと一致するように配置されている。

【００２７】具体的にいうと、各マイクロレンズ１０の
レンズ形状は、マイクロレンズ１０の中心Ｑを通るｘ軸
方向の対称軸に関して上下対称で、中心Ｑを通るｙ軸方
向の対称軸に関して左右対称となっている。また、各マ
イクロレンズ１０は周囲に幅Δｓの隙間（非レンズ部
分）１１を設けて配置されており、このため各マイクロ
レンズ１０のｘ方向の（幅）寸法Ｗｘ及びｙ方向の（高
さ）寸法Ｗｙは、それぞれｘ方向のピッチΛｘ及びｙ方
向のピッチΛｙよりも若干小さくなっており、各寸法Ｗ
ｘ，ＷｙがＷｘ≒Ｗｙ …(1) となるように構成されている。この結果、図３（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示すように、マイクロレンズ１０のｘ方
向における断面の曲率半径Ｒｘ（図３（ｃ））と、マイ
クロレンズ１０のｙ方向における断面の曲率半径Ｒｙ
（図３（ｂ））とがほぼ等しくなり、各マイクロレンズ
１０のｘ軸方向の焦点位置とｙ軸方向の焦点位置との非
点収差を小さくすることができ、それに応じて画素３の
画素開口領域４を小さくすることができる。

【００２８】上記(1)式を満たすマイクロレンズ１０の
レンズ形状を実現する方法としては、(ア)マイクロレン
ズ１０の６角形の各頂角を１２０度に保ったままで各辺
の長さを異ならせる方法、(イ)６角形の各辺の長さを等
しくしたままで、各頂角を１２０°と異ならせる方法、
(ウ)６角形の各頂角及び辺の長さをともに調整する方法
などが考えられる。例えば、(ア)の方法であれば、図４
（ａ）に示すように、マイクロレンズ１０のレンズ形状
である６角形の全頂角を１２０°とすると共に６角形の
両側の辺の長さＨと他の４辺（傾斜辺）の長さＫの比をＨ／Ｋ≒√３−１ …(2) （但し、√３＝３^１／２）とする。さらに、画素３のｘ
方向の寸法Ｌｘをマイクロレンズ１０のｘ方向の幅Ｗｘ
とほぼ等しくしてＷｘ＋２Δｓ≒Ｌｘ …(3) とし、画素３のｘ方向の寸法Ｌｘ（＝列方向画素ピッチ
Λｘ）と、画素のｙ方向の寸法Ｌｙ（＝行方向画素ピッ
チΛｙ）との比を、Ｌｙ／Ｌｘ≒（２√３−１）／（２√３） …(4) となるようにすればよい。また、(イ)の方法であれば、
図４（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１０のレンズ
形状の６角形の全ての辺の長さを等しくすると共に６角
形の上下の頂角θ１と他の４つの頂角θ２をそれぞれ θ１≒１３２° θ２≒１１４° とする。さらに、画素３のｘ方向の寸法Ｌｘとｙ方向の
寸法Ｌｙとの比を、Ｌｙ／Ｌｘ≒０.７７ …(5) となるようにすればよい。また、(ウ)の方法等であれ
ば、角度と辺の長さの組合せによってよりマイクロレン
ズ１０の設計の自由度は大きくなる。

【００２９】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）はマイクロレンズ
アレイ８の製造方法の一例を示す断面図であって、上記
のようないずれのマイクロレンズアレイ８も以下のよう
にして作製することができる。まず、ガラス板やアクリ
ル板等で形成した透明な基板部９の表面全体に透明な微
小レンズ用材料１２（例えば、透明なフォトレジスト材
料など）をコーティングする（図５（ａ））。ついで、
この微小レンズ用材料１２の被膜にフォトマスクを重ね
て露光し、さらに現像することにより、所定のレンズ形
状（６角形）のレンズ母材１３が多数得られるようにパ
ターニングすると共に多数のレンズ母材１３をデルタ配
列し、パターニングされた各レンズ母材１３同志の間に
２Δｓの幅の隙間１１を形成する（図５（ｂ））。つい
で、レンズ母材１３をベークして溶融させると、溶融し
たレンズ母材１３の表面が凸面となり、その表面が凸面
の状態を保ったままでレンズ母材１３を硬化させ、多数
のマイクロレンズ１０を形成する（図５（ｃ））。

【００３０】このようにしてレンズ母材１３を溶融させ
ると、レンズ母材１３の中央が表面張力によって盛り上
がり、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したようなレンズ形
状が得られるが、このようにして得られたマイクロレン
ズ１０の中央の厚みをｄとすると、マイクロレンズ１０
の表面におけるｘ軸方向の曲率半径Ｒｘ及びｙ軸方向の
曲率半径Ｒｙは次式で表される。Ｒｘ＝〔ｄ^２＋（Ｗｘ／２）^２〕／（２ｄ）Ｒｙ＝〔ｄ^２＋（Ｗｙ／２）^２〕／（２ｄ）したがって、マイクロレンズ１０のｘ軸方向の寸法Ｗｘ
とｙ軸方向の寸法Ｗｙをほぼ等しくしてあれば、マイク
ロレンズ１０の表面のｘ軸方向の曲率半径Ｒｘとｙ軸方
向の曲率半径Ｒｙをほぼ等しくすることができ、マイク
ロレンズ１０の非点収差を小さくできる。

【００３１】また、上記のようにレンズ母材１３を溶融
及び冷却させてマイクロレンズアレイ８を製造すると
き、レンズ母材１３間の隙間１１の幅２Δｓを適当な値
にしておくことにより、レンズ母材１３の溶融時に隣接
するレンズ母材１３同志が融合してレンズ形状が損われ
るのを防止することができる。一方、別な製造方法によ
りマイクロレンズアレイ８を製造する場合には、マイク
ロレンズ１０間の隙間１１は無くてもよい。

【００３２】図６（ａ）（ｂ）はマイクロレンズアレイ
８の量産方法を示す断面図である。マイクロレンズ１０
を量産する場合には、例えば上記のような方法によって
製作したマイクロレンズアレイ８を用意し、図６（ａ）
に示すように、スパッタリングや蒸着等によってマイク
ロレンズアレイ８の表面全体を覆うように銀薄膜１４を
形成する。ついで、この銀薄膜１４を電極として電鋳法
により、銀薄膜１４上にニッケルが板状になるまで堆積
させてニッケルスタンパ１５を作製する。この後、ニッ
ケルスタンパ１５を銀薄膜１４から剥離させ、マイクロ
レンズアレイ８の表面形状を転写されたニッケルスタン
パ１５を分離する。

【００３３】つぎに、図６（ｂ）に示すように、このニ
ッケルスタンパ１５の型転写面に紫外線硬化型のフォト
ポリマー１６を滴下し、フォトポリマー１６の上から透
明で平面性の良いアクリル板やガラス板等の平滑板１７
を押し付け、平滑板１７の上方から紫外線を照射してフ
ォトポリマー１６を硬化させた後、ニッケルスタンパ１
５及び平滑板１７からフォトポリマー１６を剥離する。
この後、フォトポリマー１６の表面側から紫外線を十分
に照射してフォトポリマー１６を完全に硬化させ、フォ
トポリマー１６によって基板部９及び多数のマイクロレ
ンズ１０を一体成形し、元のマイクロレンズアレイ８を
複製することができる。

【００３４】なお、上記のようにｘ方向の幅とｙ方向の
高さの等しいマイクロレンズ１０を用いることが特に好
ましいが、本発明の画像表示装置に用いるマイクロレン
ズ１０のレンズ形状及び画素３の形状としては上記以外
にも可能である。上記のような形状のマイクロレンズ１
０に限らず、マイクロレンズ１０を６角形とすることに
より、対応する矩形のマイクロレンズと比較して、レン
ズの非点収差を小さくすることができる。例えば、画素
３を正方形としてもよい。この場合には、例えば全頂角
が１２０°で左右の辺の長さＨと他の４辺の長さＫの比
がＨ／Ｋ≒（２√３−１）／２のレンズ形状をもつマイクロレンズ１０を用いればよ
い。あるいは、マイクロレンズ１０のレンズ形状を正６
角形としてもよい。この場合には、画素３のｘ方向の長
さＬｘとｙ方向の長さＬｙとの比がＬｙ／Ｌｘ≒√３／２とすればよい。このようにマイクロレンズ１０のレンズ
形状を正６角形とすれば、マイクロレンズ１０の等方性
が高くなるので、球面レンズにより近くなる。

【００３５】また、異なる実施例としては、図示してい
ないが、マイクロレンズ１０及び画素３をいずれも６角
形とし、互いに対向させるように配置してもよい。

【００３６】また、上記各実施例においては、マイクロ
レンズのレンズ形状を上下及び左右に対称な形状とした
が、ほぼ隙間なく配列することができるレンズ形状であ
れば、マイクロレンズの光学的な歪があまり大きくなら
ない程度において、非対称な６角形としても差し支えな
い。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の画像表示装置によれ
ば、６角形のマイクロレンズを用いることにより、正方
形や矩形のマイクロレンズに比較してレンズ中心から各
方向のレンズ外縁までの径の寸法差を小さくできるの
で、レンズ中心を通る各径方向についてレンズ面の曲率
差を小さくすることができ、非点収差を小さくできる。
しかも、隣接する画素列同志を半ピッチずつずらして並
べたデルタ配列の画素と当該マイクロレンズとを１対１
に対応させて配列することができるので、デルタ配列の
液晶表示パネル用のマイクロレンズアレイとして好適に
用いることができる。さらに、請求項１に記載の画像表
示装置にあっては、マイクロレンズのレンズ形状をなす
６角形の対向する２つの頂点の組のうち、いずれか１組
の頂点間を結ぶ線分の長さと、当該線分とほぼ直交する
方向で対向する２辺間を結ぶ線分の長さとをほぼ等しく
しているので、レンズ母材を溶融させてマイクロレンズ
を作製する場合に、マイクロレンズのレンズ形状をなす
６角形の対向する頂点の組のうち、いずれか１組の頂点
間を結ぶ方向のレンズ面曲率と、当該線分とほぼ直交す
る方向で対向する２辺間を結ぶ方向のレンズ面曲率とを
ほぼ等しくすることができ、ほぼ直交する２方向におけ
る焦点位置をほぼ一致させることができ、マイクロレン
ズの非点収差を小さくするのに有効である。

【００３８】請求項２に記載の画像表示装置によれば、
請求項１に記載の画像表示装置において、前記マイクロ
レンズのレンズ形状をなす６角形の対向する２つの頂点
の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線分の方向
と、前記画素列の列方向とをほぼ直交させているから、
隣接する画素列同志を半ピッチずつずらして並べたデル
タ配列の画素とマイクロレンズとを１対１に対応させて
配列することができる。

【００３９】請求項３に記載の画像表示装置によれば、
請求項１又は２に記載の画像表示装置における前記各画
素を画素列の列方向に長い長方形としているから、６角
形マイクロレンズの対向する２つの頂点の組のうち、い
ずれか１組の頂点歓を結ぶ線分の長さと当該線分とほぼ
直交する方向で対向する２変換を結ぶ線分の長さとがほ
ぼ等しくマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ
や、正６角形のマイクロレンズからなるマイクロレンズ
アレイ等に対して、各マイクロレンズと各画素とを１体
１に対向させることができる。よって、レンズ面曲率の
ほぼ均一なマイクロレンズアレイを使用することができ
る。

【００４０】請求項４に記載のマイクロレンズアレイに
よれば、レンズ形状が６角形のマイクロレンズを２次元
的にほぼ隙間なく配列しているから、マイクロレンズ間
のデッドスペースがほとんど無くなり、マイクロレンズ
アレイの有効開口率を１に近づけることができ、光の利
用効率を高めることができる。さらに、請求項４に記載
のマイクロレンズアレイにあっては、マイクロレンズの
レンズ形状をなす６角形の対向する２つの頂点の組のう
ち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線分の長さと、当該線
分とほぼ直交する方向で対向する２辺間を結ぶ線分の長
さとをほぼ等しくしているので、レンズ母材を溶融させ
てマイクロレンズを作製する場合に、マイクロレンズの
レンズ形状をなす６角形の対向する頂点の組のうち、い
ずれか１組の頂点間を結ぶ方向のレンズ面曲率と、当該
線分とほぼ直交する方向で対向する２辺間を結ぶ方向の
レンズ面曲率とをほぼ等しくすることができ、ほぼ直交
する２方向における焦点位置をほぼ一致させることがで
き、マイクロレンズの非点収差を小さくするのに有効で
ある。

【００４１】請求項５に記載のマイクロレンズアレイに
よれば、請求項４に記載のマイクロレンズアレイにおい
て、マイクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向す
る頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ方向の
レンズ面曲率と、当該線分とほぼ直交する方向で対向す
る２辺間を結ぶ方向のレンズ面曲率とをほぼ等しくして
いるから、ほぼ直交する２方向における焦点位置をほぼ
一致させることができ、マイクロレンズの非点収差を小
さくするのに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例による画像表
示装置の構造を示す一部破断した平面図及び側面図であ
る。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】同上のマイクロレンズの形状を示す平面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ
−Ｃ線断面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は同上の別なマイクロレンズの具
体的な寸法関係を説明するための図である。

【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上のマイクロレンズア
レイの製造方法の一例を示す概略断面図である。

【図６】（ａ）（ｂ）は同上のマイクロレンズアレイの
量産方法を示す断面図である。

【図７】液晶テレビプロジェクタの構成を示す概略構成
図である。

【図８】従来のマトリックス配列タイプの液晶表示パネ
ルの構成を模型的に示す平面図である。

【図９】（ａ）は同上の液晶表示パネルを具体的に示す
断面図、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ線断面図である。

【図１０】従来のデルタ配列タイプの液晶表示パネルを
示す一部破断した平面図である。

【図１１】同上の液晶表示パネルの画像表示時の発光部
分と影の部分を表わした図である。

【図１２】液晶表示パネルの照明光及び透過光を示す説
明図である。

【図１３】液晶表示パネルに円形のマイクロレンズを備
えたマイクロレンズアレイを装着した構造を示す一部破
断した斜視図である。

【図１４】液晶表示パネルに矩形のマイクロレンズを備
えたマイクロレンズアレイを装着した構造を示す一部破
断した斜視図である。

【図１５】矩形のマイクロレンズをデルタ配列されたマ
イクロレンズアレイを示す一部破断した平面図である。

【図１６】レンズ形状が矩形のマイクロレンズアレイを
装着した液晶表示パネルの照明光及び透過光を示す説明
図である。

【図１７】（ａ）は矩形のマイクロレンズを示す正面
図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は（ａ）
のＥ−Ｅ線断面図である。

【図１８】（ａ）は矩形のマイクロレンズの集光原理を
説明する斜視図、（ｂ）は（ａ）のｘ₁−ｙ₁平面におけ
る光束の断面形状を示す図、（ｃ）は（ａ）のｘ₂−ｙ₂
平面における光束の断面形状を示す図である。

【符号の説明】

１画像表示装置２液晶表示パネル３画素６画素列８マイクロレンズアレイ１０マイクロレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 3/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一定の画素ピッチで複数の画素を直線的
に配列した画素列を、隣接する画素列と列方向の画素ピ
ッチの半ピッチずらして並べた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの各画素へ光を集光して導くマイク
ロレンズが、各画素と１対１に対応するように複数配置
されたマイクロレンズアレイと、を備えた液晶表示装置
において、前記マイクロレンズのレンズ形状を６角形とし、前記マ
イクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向する２つ
の頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ線分の
長さと、当該線分とほぼ直交する方向で対向する２辺間
を結ぶ線分の長さとがほぼ等しいことを特徴とする画像
表示装置。
【請求項２】前記マイクロレンズのレンズ形状をなす
６角形の対向する２つの頂点の組のうち、いずれか１組
の頂点間を結ぶ線分の方向と、前記画素列の列方向とが
ほぼ直交することを特徴とする請求項１に記載の画像表
示装置。
【請求項３】前記各画素は画素列の列方向に長い長方
形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像
表示装置。
【請求項４】レンズ形状が６角形であるマイクロレン
ズを２次元的にほぼ隙間なく配列したマイクロレンズア
レイにおいて、前記マイクロレンズのレンズ形状をなす６角形の対向す
る２つの頂点の組のうち、いずれか１組の頂点間を結ぶ
線分の長さと、当該線分とほぼ直交する方向で対向する
２辺間を結ぶ線分の長さとがほぼ等しいことを特徴とす
るマイクロレンズアレイ。
【請求項５】前記マイクロレンズのレンズ形状をなす
６角形の対向する頂点の組のうち、いずれか１組の頂点
間を結ぶ方向のレンズ面曲率と、当該線分とほぼ直交す
る方向で対向する２辺間を結ぶ方向のレンズ面曲率とが
ほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ
レンズアレイ。