JP3535610B2 - 液晶プロジェクタ−用の液晶デバイスおよび液晶デバイス用の対向基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液晶プロジェクタ−
用の「液晶デバイス」および液晶デバイス用の「対向基
板」に関する。

【０００２】

【従来の技術】個別的に光の透過状態と遮断状態とを制
御・実現できる液晶画素の２次元配列に画像を表示し、
この画像に光束を照射し、透過光をスクリーン上に投影
結像することにより画像を表示する「液晶プロジェクタ
ー」が知られている。

【０００３】上記液晶画素を２次元配列した「液晶デバ
イス」として良く知られた「ＴＦＴ−ＬＣＤ（Thin Fil
m Transistor Liquid Crystal Device）」は、薄い液晶
層を透明な１対の基板で挾持した構成となっている。

【０００４】１対の基板の一方は「ＴＦＴ基板」と呼ば
れ、液晶層に接する側の面には、液晶に対する駆動電界
を印加するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor）が、
画素配列に従って配列形成され、これらＴＦＴを駆動す
るためのバスラインが形成されている。その結果、この
ＴＦＴ基板においては、ＴＦＴとバスラインの形成され
ない部分が「微小な開口」として２次元的に配列し、個
々の開口が「画素」に対応する。

【０００５】ＴＦＴ基板でない方の基板は「対向基板」
と呼ばれ、対向基板の液晶層に接する側の面には、ＴＦ
Ｔに対する透明な対向電極層と、ＴＦＴやバスラインに
対して照射光束を遮光するブラックマトリックス層（上
記画素に対応する開口に応じた開口の配列が形成されて
いる）等が形成されている。

【０００６】このように、ＴＦＴ−ＬＣＤにおいて、一
つの画素はＴＦＴやバスライン等により光の透過しない
部分と、開口部とからなり、開口部の面積は１画素の割
当て面積の一部である。このため、ＴＦＴ−ＬＣＤに平
行光束を照射した場合、個々の画素あたりで、開口部を
透過できるのは入射光の３０％程度と小さく、光の利用
効率が悪い。

【０００７】これを改善するために、ＴＦＴ−ＬＣＤに
おける個々の画素に対応してマイクロレンズを設け、各
マイクロレンズにより光を対応する画素の開口部（ブラ
ックマトリックスの開口部）に集光するようにすること
が知られている。このようにすると、光利用効率を有効
に高めることができる。

【０００８】しかしながら、良好な光利用効率を得るた
めには、ＴＦＴ−ＬＣＤに照射する光束のＴＦＴ−ＬＣ
Ｄへの入射角を極めて高い精度で、入射角：０に調整し
なければばらない。

【０００９】即ち、照射光束は対向基板の側から照射さ
れるが、対向基板の厚みは通常１．１ｍｍであり、マイ
クロレンズを対向基板自体の光入射側面に形成しても、
その焦点距離：ｆは略対向基板の厚み分を必要とする。
すると、入射光束の入射角がΔθだけ変化すると、マイ
クロレンズによる集光位置は、その光軸上から「ｆ・ｔ
ａｎΔθ」だけずれることになる。

【００１０】仮に、ｆ＝１ｍｍとし、Δθ＜＜１として
ｔａｎΔθ＝Δθとすると、入射角の誤差：Δθ（ラジ
アン）に対し、集光位置の誤差はΔθｍｍとなる。液晶
デバイスにおける画素の大きさを例えば２０μｍとする
と、上記集光位置が例えば１０μｍずれれば、せっかく
集光した光の５０％はブラックマトリクスに遮断されて
しまう。集光位置が１０μｍずれる入射角誤差：Δθは
１／１００ラジアンであり、適正な入射角は１０秒オー
ダーの精度で設定する必要がある。

【００１１】また、１画素あたりの面積に対する開口部
面積の比が一定であれば、マイクロレンズの焦点距離：
ｆに対し「ｆ／画素ピッチ」が小さいほど、開口部に取
り込まれる光の斜め入射角が大きくなり、光利用効率は
向上する。

【００１２】従って、画素ピッチは一定でも、マイクロ
レンズの焦点距離：ｆを小さくすることにより光利用効
率を高めることができるが、対向基板の表面にマイクロ
レンズをアレイ配列する場合、ｆを小さくすることは対
向基板自体を薄くすることを意味し、対向基板を薄くす
ると、対向基板に必要とされる機械強度を実現できなく
なってしまう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであって、液晶プロジェクタ−
において、照射光束の入射角に対する精度を緩和し、光
利用効率良く、画像投影できる新規な液晶デバイスの提
供を目的とする（請求項７、８）。

【００１４】この発明の別の目的は、上記液晶デバイス
の製造に用いる液晶デバイス用の対向基板の提供にある
（請求項１〜６）。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の「液晶デバイ
ス用の対向基板」は、液晶プロジェクターに用いられる
液晶デバイスにおいて、ＴＦＴ基板と共に液晶層を挾持
し、光照射側に配備される対向基板であって、マイクロ
レンズアレイ基板と平面基板とを重ねて一体化して構成
される（請求項１）。

【００１６】「マイクロレンズアレイ基板」は、集光用
の同一のマイクロレンズのアレイ配列を片面に形成され
た透明な基板であって、マイクロレンズの個々が、液晶
デバイスにおける個々の画素に対応する。そして平面基
板との重ねあわせにおいては、マイクロレンズアレイの
形成された面が内側にされる。

【００１７】「平面基板」は、少なくとも片面が平面で
ある透明な基板であり、マイクロレンズアレイ基板と重
ねあわせて一体化される。

【００１８】対向基板は、その一方の面が液晶層に接す
る側となるが、マイクロレンズアレイ形成面から液晶層
側の面までの距離が、マイクロレンズの焦点距離に略等
しく、この焦点距離は、液晶デバイスにおける画素のピ
ッチの１０倍以下である。

【００１９】上記焦点距離は、空気中のものではなく
「基板材料等の屈折率により換算された光学距離」で表
わされたものである。

【００２０】マイクロレンズアレイ基板および平面基板
のうちの一方の、他方の基板に対向する側の面には、
「両基板の間隔をマイクロレンズアレイにおける個々の
マイクロレンズの高さと同じか、もしくはそれ以上の高
さに保つスペーサ部」が、マイクロレンズアレイの有効
範囲外に形成されている。

【００２１】マイクロレンズアレイの「有効範囲」と
は、マイクロレンズがアレイ配列されて、マイクロレン
ズアレイとしての光学作用を果たす２次元領域であり、
別言すれば、ＴＦＴ−ＬＣＤにおける画素のアレイ配列
に対応したマイクロレンズアレイが存在する領域であ
り、ＴＦＴ−ＬＣＤの有効範囲と対応する。

【００２２】この有効範囲内において、個々のマイクロ
レンズに就き、マイクロレンズとしての光学作用を持つ
領域を「光線有効領域」と呼ぶ、従って「有効範囲」
は、マイクロレンズの光線有効領域の集合と、個々のマ
イクロレンズ相互の間の光線有効領域外領域により構成
されている。

【００２３】マイクロレンズアレイ基板と平面基板との
間の隙間部分を真空層として両基板を一体化する場合に
は、上記スペーサ部を、上記有効範囲を完全に囲繞する
ように形成し、両基板を一体化したとき、スペーサ部と
両基板とで囲まれる空間（以下、内部空間と呼ぶ）が外
部に対して閉ざされるようにしてもよいが、ＴＦＴ−Ｌ
ＣＤの製造工程における熱処理の際に、上記内部空間に
空気が存在するような場合には、上記スペーサ部に「１
以上の隙間」を設けることにより、上記内部空間が、上
記隙間による「孔」により外部と通ずるようにして、熱
処理の際の脱気が良好に行なわれるようにするのが良い
（請求項６）。

【００２４】但し、上記「孔」の大きさが大きすぎる
と、上記製造工程における洗浄の際に洗浄液が内部空間
に侵入してしまう。上記「１以上の隙間」は、上記孔の
大きさが、脱気には十分な大きさであるが、洗浄液はそ
の表面張力により内部空間に侵入できないような大きさ
である。

【００２５】「スペーサ部」は、上記の如く有効範囲外
に形成されるが、スペーサ部とともに、複数の内部スペ
ーサを「有効範囲内におけるマイクロレンズの光線有効
領域外の部分」に、スペーサ部と同じ高さに形成する
（請求項１）。

【００２６】請求項１または６記載の液晶デバイス用の
対向基板においては「スペーサ部をマイクロレンズアレ
イ基板に形成する」ことができる（請求項２）。

【００２７】また、上記請求項１または２または６記載
の液晶デバイス用の対向基板においては「内部スペーサ
部を、マイクロレンズアレイ基板に形成する」ことがで
きる（請求項３）。

【００２８】即ち、スペーサ部のみを形成する場合、ス
ペーサ部はマイクロレンズアレイ基板の側に形成しても
良いし平面基板の側に形成してもよい。

【００２９】また、スペーサ部と複数の内部スペーサを
形成する場合には、これらの一方をマイクロレンズアレ
イ基板に形成し、他方を平面基板に形成しても良いし、
これら両方を平面基板の側に形成することもでき、スペ
ーサ部と内部スペーサとを共にマイクロレンズアレイ基
板に形成してもよいのである。

【００３０】対向基板は上記の如く、マイクロレンズア
レイ基板と平面基板とを重ねあわせて一体化して形成さ
れるが、ＴＦＴ基板とともに液晶層を挾むに際しては、
マイクロレンズアレイ基板が液晶層の側になるようにし
てもよいし（この場合には、照射光束は平面基板の側か
ら照射されることになる）、逆に「平面平板が液晶層の
側に配備される」ようにしても良い（請求項４）。

【００３１】この請求項４記載の発明の場合には、照射
光束はマイクロレンズアレイ基板の平坦な面から照射さ
れ、マイクロレンズにより集光され、平面基板を透過し
て平面基板の他方の面に近傍に集光することになる。

【００３２】上記請求項１〜４、６の任意のものに記載
の液晶デバイス用の対向基板において、マイクロレンズ
アレイ基板と平面基板との間に、「所定の屈折率を持つ
透明な媒質」を挾むことができる（請求項５）。

【００３３】請求項７記載の「液晶デバイス」は、上記
請求項１〜６の任意の１つに記載された液晶デバイス用
の対向基板と、ＴＦＴ基板とにより液晶層を挾持して構
成される。このような液晶デバイスは勿論、モノクロ画
像表示用に使用することもできるが、カラー画像を表示
するためのＲ，Ｇ，Ｂ画像の任意のものを表示するもの
として使用することができる（請求項８）。

【００３４】即ち、請求項７記載の液晶デバイスは、こ
れを３個用い、その個々により、Ｒ，Ｇ，Ｂ画像を表示
することにより液晶カラープロジェクター用の画像表示
手段を構成することができる。

【００３５】

【作用】図１にこの発明の「液晶デバイス」の概念図を
示す。

【００３６】図中、符号２０１はＴＦＴ基板、符号２０
２はマイクロレンズアレイ基板、符号２０３は平面基
板、符号２０５は液晶層を示す。

【００３７】ＴＦＴ基板２０１の液晶層２０５に接する
側の面には、各画素を駆動するためのＴＦＴ２０１Ａと
バスライン（図示されず）と透明電極膜２０１Ｂが形成
され、ＴＦＴ２０１Ａおよびバスラインの間が透明電極
膜の開口部になっている。

【００３８】ＴＦＴ基板２０１と共に液晶層２０５を挾
持する平面基板２０３は透明な平行平面板であり、液晶
層２０５に接する側の面には遮光用のブラックマトリッ
クス２０４と、図示されない透明電極がＩＴＯにより形
成されている。

【００３９】マイクロレンズアレイ基板２０２には、平
面基板２０３に面する側の面にマイクロレンズのアレイ
配列が形成されている（因みに、この図の例は、請求項
４記載の対向基板の例になっている）。マイクロレンズ
アレイ基板２０２と平面基板２０３とは液晶デバイスの
「対向基板」を構成する。

【００４０】図１においては、照射光束はマイクロレン
ズアレイ基板２０２の平坦な面から入射し、個々のマイ
クロレンズに入射して光軸上に集光されつつブラックマ
トリックス２０４の開口を通過し、液晶層２０５を透過
し、ＴＦＴ基板２０１における開口部を通過する。

【００４１】マイクロレンズアレイ基板２０２および平
面基板２０３の材質は、対向基板製作の後工程における
熱処理工程でマイクロレンズアレイ基板２０２と平面基
板２０３とが剥離しないように、熱膨張係数が略等しい
ことが必要であるが、この条件が満たされる材料であれ
ば特に制限なく利用できる。

【００４２】マイクロレンズアレイ基板２０２における
マイクロレンズアレイ形成面から平面基板２０３までの
間は、光学的に空気層でも良いし真空層でも良く、また
は、光学的屈折率を有する別の媒質を間に挟んでも良
い。上記間の距離は、マイクロレンズアレイ形成面と平
面基板とが接する場合、即ち距離：０μｍから、数μｍ
ないし数１０μｍまで光学設計で理論的に決まる。

【００４３】マイクロレンズアレイ基板２０２と平面基
板２０３とは接合により一体化される。「接合の材料」
は、後工程で処理される加熱温度に耐え得る材料であれ
ば、特に制限はない。

【００４４】また、対向基板の液晶層の側の面に、後工
程で熱処理を施す場合は、マイクロレンズアレイ基板２
０２と平面基板２０３との間は真空層とするか別の材料
を挾むことが好ましい。上記「間」を空気層とする場合
は、熱処理の際に内部の空気を脱気するための「孔」が
形成されるように、スペーサ部に隙間を形成する。

【００４５】マイクロレンズアレイ基板に形成されるマ
イクロレンズの径や形状、レンズ面形状等は光の利用効
率が上昇するように幾何学的に決定される。

【００４６】このように、この発明において「対向基
板」は、マイクロレンズアレイ基板と平面基板とにより
構成され、この両者の接合により必要な機械強度を確保
しつつ、マイクロレンズアレイの形成された面が両基板
の重ねあわせにおける「内側」に位置されることによ
り、マイクロレンズアレイ形成面と液晶層との間の距離
を有効に小さくすることができ、この距離を「液晶デバ
イスにおける画素のピッチの１０倍以下」とすることに
より、照射光束の入射角に対する精度の緩和と光利用効
率の向上が可能となる。

【００４７】

【実施例】以下、具体的な実施例を参考例と共に説明す
る。

【００４８】参考例 図２は、マイクロレンズアレイ基板の１例を示す。

【００４９】マイクロレンズアレイ基板３００は、その
片面に集光用のマイクロレンズ３０２のアレイが形成さ
れ、このマイクロレンズアレイの形成されたのと同じ面
で、マイクロレンズアレイの有効範囲外に、マイクロレ
ンズ３０２と同じ高さ：ｈを持ったスペーサ部３０３が
形成されている。

【００５０】図３は、マイクロレンズアレイ基板３００
の説明図を平面図的に示している。マイクロレンズ基板
３００は、横方向（長手方向）が３２．５ｍｍ、縦方向
が２１．８ｍｍの長方形形状のパイレックス材料（屈折
率：ｎｄ＝１．４７４）であり、図３に符号３５０で示
す「有効範囲（横方向：２３．６６６４ｍｍ、縦方向：
１３．４００２ｍｍ）」には上記のとおりマイクロレン
ズのアレイ配列が形成されている。

【００５１】有効範囲３５０外に形成されたスペーサ部
３０３は、２つのＬ字形状をなして有効範囲３５０を囲
繞するように形成され、その幅は１ｍｍである。スペー
サ部３０３が形成されていない部分には、アライメント
マ−ク３６３，３６４（平面基板との接合の際に位置合
わせに用いる）が形成されている。

【００５２】スペーサ部３０３の２つのＬ字形状の近接
する部分の隙間の大きさ：Ｓは１０〜数１０μｍに設定
される。この隙間の大きさ：Ｓは、スペーサ部の高さ：
ｈと反比例的に設定される。

【００５３】マイクロレンズアレイ基板３００が平面基
板と一体化されると、スペーサ部３０２の内側の部分
（前記内部空間）は、上記隙間の部分で「面積：Ｓ・ｈ
の孔」により外部と通ずることになる。隙間の大きさ：
Ｓは、上記面積：Ｓ・ｈが、熱処理工程に於ける内側部
分の脱気を可能とし、且つ、洗浄時に洗浄液の侵入を防
止できる大きさとなるように設定される。なお、図２
は、図３におけるIII-III'断面の状態を模式的に示して
いる。

【００５４】図４において、破線で示す矩形形状２０４
Ａは、液晶デバイスの「画素」となるブラックマトリッ
クス２０４（図１）の開口を示している。

【００５５】開口２０４Ａは、図４に示すように千鳥状
に配列され、横方向幅：１５．６μｍ、縦方向幅：１
５．０μｍで、画素ピッチは横方向に就き２３．７μ
ｍ，縦方向に就き３０．４μｍである。

【００５６】図４における符号３０２Ａで示す横長６角
形形状の領域は、１個のマイクロレンズを形成する領域
である。個々の横長６角形形状の領域３０２Ａは、長手
方向の頂点間距離：３３．４μｍ、短手方法の幅：３
０．４μｍである。

【００５７】勿論上記横長６角形形状の形状や寸法は、
液晶デバイスにおける画素の寸法やピッチが変われば、
それに応じて異なった寸法となる。

【００５８】マイクロレンズ３０２のレンズ面の近似形
状としては、図５に示すように、上記横長６角形形状の
領域３０２Ａにおける各辺から１μｍ内側にある破線の
６角形形状に内接する楕円形状３０２Ｂを採用した。

【００５９】マイクロレンズ３０２は、上記楕円形状３
０２Ｂの短軸方向に関する焦点距離を空気中で９０μｍ
とし、レンズ面の曲率半径を上記楕円形状３０２Ｂの長
軸方向に就いて−４６．９７μｍ、短軸方向に就いて−
４２．６６μｍとした。

【００６０】このようなレンズ面形状を持つマイクロレ
ンズアレイは、特開平６−１９４５０２号公報開示の方
法、即ち「熱可塑製感光性材料を用いた熱変形を利用し
て微細な凸面形状を製作し、この形状をドライエッチン
グ法を用いて基板に掘り移す方法」で製作した。

【００６１】上記寸法を持ち、厚さ：０．５ｍｍのパイ
レックス材料基板上に、熱可塑性感光性材料としてフォ
トレジストを塗布し、パターニングにより各横長６角形
形状毎に、上記楕円形状３０２Ｂの形状を持つフォトレ
ジストが残るようにした。

【００６２】このようにして、楕円形状３０２Ａを断面
形状とする楕円柱状のフォトレジストのアレイ配列が得
られる。このフォトレジストを熱変形してその表面を凸
曲面化して、高さ：２．２０μｍの所望レンズ形状を形
成した。

【００６３】さらに、熱変形したフォトレジスト間を埋
めるために、フォトレジストの上から多段階に分けて粘
度の低い熱可塑性材料を塗布した後、ＥＣＲプラズマエ
ッチング装置で「１よりもわずかに大きい選択比」で
２．２０μｍエッチングし、パイレックス基板材料表面
にレンズ高さ：２．１９８μｍ（図２の高さ：ｈ）の凸
のマイクロレンズのアレイ配列を形成した。

【００６４】このように形成されたマイクロレンズの焦
点距離は、上記楕円３０２Ｂの短軸方向に０．０９００
ｍｍ、長軸方向に０．０９９１ｍｍであった。

【００６５】なお、図２，３に示すスペーサ部３０３は
以下のように形成した。有効範囲外の部分で、アライメ
ントマ−ク３６４以外の個所に、幅：１．０ｍｍのスペ
−サ部（２つのＬ字形状の近接部の隙間の幅の大きさ：
Ｓ＝５μｍ）を設けるため、フォトリソグラフィ−技術
を用いて、スペ−サ部３０３となるべき部分にレジスト
が残らないようにパタ−ニングし、その上からＣｒ膜を
２０００Åスパッタリングした。その後レジスト膜をリ
フトオフして、スペ−サ部にのみＣｒ膜が残るようにパ
タ−ニングした。

【００６６】スペーサ部となるべき部分はＣｒ膜でエッ
チングされずに残るため、上記の如くマイクロレンズア
レイ形成後、Ｃｒ膜を除去すると、スペーサ部３０３の
高さ：ｈは、マイクロレンズの頂点と同じ高さ：２．１
９８μｍになっている。この基板に可視光域用のマルチ
反射防止コ−トを蒸着しマイクロレンズアレイ基板とし
た。

【００６７】このマイクロレンズアレイ基板のマイクロ
レンズアレイとスペーサ部３０３とが形成された面のス
ペーサ部３０３の外側の部分に、スリ−ボンド社製の紫
外線硬化型樹脂ＶＬ−００１を塗布し、その上から「平
面基板」として、厚さ：１３３μｍのパイレックスガラ
スを乗せ、上記樹脂を紫外線硬化させ、その後、平面平
板の他方の面に透明電極やブラックマトリックスを形成
して「対向基板」とした。

【００６８】マイクロレンズアレイ基板と平面基板とは
どちらも同じパイレックスガラスであるため、熱膨張係
数が等しく、ＴＦＴ−ＬＣＤを製作するための工程での
熱処理工程の際の応力による破壊の問題が無い。

【００６９】スペーサ部３０３はＬ字形状の２つの部分
で形成されるので、スペーサ部３０３は有効範囲を完全
には囲繞せず、両者の間には幅：５μｍの隙間があり、
マイクロレンズアレイ基板と平面基板との間の、マイク
ロレンズアレイ形成面と平面基板表面との対向する部分
（前記内部空間）は、上記隙間の部分で、幅：５μｍで
高さ：略２．２μｍの「孔」となって外部に開いている
ので、ＴＦＴ製作時の加熱工程において、脱気は十分に
行なわれる。また、この「孔」は小さいので、洗浄の
際、洗浄液はその表面張力のため、孔を通って内側部分
に侵入することがなかった。

【００７０】上記の如く製作したマイクロレンズアレイ
基板のマイクロレンズの小さい方の焦点距離は、空気中
において９０μｍであるから、屈折率：１．４７４のパ
イレックスガラス中では１３３μｍとなり、マイクロレ
ンズによる集光光束は、平面基板である：１３３μｍの
パイレックスガラスを透過して、ブラックマトリックス
の開口部に集光する。

【００７１】この参考例の対向基板とＴＦＴ基板とで液
晶層を挾持して液晶デバイス（ＴＦＴ−ＬＣＤ）を形成
し、入射角：０±５度の範囲で照射光束（平行光束）を
照射したところ、７３．１％以上の光利用効率を実現で
きた。マイクロレンズアレイを用いない場合の光利用効
率：２８．３％に対し、略２．５倍に光利用効率が向上
した。

【００７２】なお、マイクロレンズの高さとスペーサ部
の高さとが等しいので、マイクロレンズアレイ基板と平
面基板とはスペーサ部および各マイクロレンズ頂部とで
接触し、対向基板としては十分な機械強度が得られた。

【００７３】実施例 図６に請求項１に関するマイクロレンズアレイ基板の１
例を示す。マイクロレンズアレイ基板３０４には、その
片面にマイクロレンズ３０５のアレイ配列と、スペーサ
部３０７と、複数の内部スペーサ３０６とが形成されて
いる。

【００７４】マイクロレンズアレイ基板の平面図的形態
は、図３に示した実施例１の場合のものと同様であり、
スペーサ部３０７は、実施例１の場合のスペーサ部３０
３と同様のＬ字形状に形成されている（図６は、図２の
場合と同様、図３のIII−III’断面の形状を説明図的に
示している）。

【００７５】一方、複数の内部スペーサ３０６は、マイ
クロレンズアレイの有効範囲内におけるマイクロレンズ
３０５の「光線有効領域外の部分」に、スペーサ部３０
７と同じ高さに形成されている。スペーサ部３０７およ
び内部スペーサ３０６の高さは「マイクロレンズ３０５
の高さ：ｈ」よりも、高さ：ｈ’だけ高い。

【００７６】この実施例において、内部スペーサ３０６
は、図７に示すように、個々のマイクロレンズに割り当
てられた６角形形状３０２Ａの、隣合う３本の線が交差
する「６角形の頂点部分」に断面形状３角形の３角柱状
に形成されている。

【００７７】従って、マイクロレンズアレイ基板３０４
と平面基板とを重ねあわせる際には、スペーサ部３０７
と内部スペーサ３０６とが平面基板に接して、両者の間
隙を保ち、マイクロレンズの頂部と平面基板表面との間
には間隔が形成される。

【００７８】板厚：０．５ｍｍパイレックス材料基板上
に、参考例と同様にして、楕円形状のレンズ形状のアレ
イと、内部スペーサおよびスペーサ部に対応するパター
ンを熱可塑性感光材料によりパターニングした。スペー
サ部および内部スペーサ部になるべき部分にはＣｒ膜を
５０００Åスパッタリングし、その後レジスト膜をリフ
トオフして、スペ−サ部にのみＣｒ膜が残るようにし
た。

【００７９】楕円形状の熱可塑性感光材料層を熱変形し
て高さ：２．２０μｍの所望のレンズ形状（短軸方向の
曲率半径：−４２．６６μｍ、長軸方向の曲率半径：−
４６．９７μｍ）を形成した。

【００８０】これをＥＣＲプラズマエッチング装置で
「選択比：１」で２．２０μｍエッチングした。その後
さらに５μｍ続けて垂直にエッチングし、パイレックス
基板材料表面にレンズ高さ：ｈ＝２．２０μｍの「凸レ
ンズ」と、そのレンズ頂点からさらに高さ：ｈ’＝５μ
ｍ高い「スペ−サ部」を形成した。

【００８１】このレンズの焦点距離は、楕円形状の短軸
方向に関して０．０９００ｍｍ、長軸方向に関して０．
０９９１ｍｍであった。

【００８２】なお、内部スペーサ３０６の断面形状はこ
の実施例において「正三角形」であるが、勿論「円形
状」でも「多角形形状」でも良い。

【００８３】上記マイクロレンズアレイの形成された側
の面に「可視光用のマルチ反射防止コ−ト」を蒸着し、
マイクロレンズアレイ基板とした。

【００８４】このマイクロレンズアレイ基板のマイクロ
レンズアレイ形成面上に、厚さ１２５μｍのパイレック
スガラスを平面平板として乗せ、両基板の間で、スペ−
ス部の外側の部分にスリ−ボンド社製の紫外線硬化型樹
脂ＶＬ−００１を塗布し、紫外線硬化させて一体化し、
平面基板の他方の面に透明電極やブラックマトリックス
を形成して「対向基板」とした。

【００８５】マイクロレンズの焦点距離は短い方が９０
μｍであるが、実施例においては、マイクロレンズアレ
イの形成面と平面基板の表面との間に、５μｍの空気間
隙があり、平面基板は厚さ：１２５μｍで屈折率が１．
４７４である。このため、マイクロレンズ形成面と平面
基板の「液晶層に接する側の面」との間の光学距離は、
５μｍ＋（１２５／１．４７）μｍ＝９０μｍである。

【００８６】従って、マイクロレンズにより集光された
光は、平面基板である：１２５μｍのパイレックスガラ
スを透過して、ブラックマトリックスの開口部に集光す
る。

【００８７】実施例の対向基板とＴＦＴ基板とで液晶層
を挾持して液晶デバイス（ＴＦＴ−ＬＣＤ）を形成し、
入射角：０±５度の範囲で照射光束（平行光束）を照射
したところ、６９．９％以上の光利用効率を実現でき
た。マイクロレンズアレイを用いない場合の光利用効
率：２８．３％に対し、略２．５倍に光利用効率が向上
した。

【００８８】マイクロレンズアレイ基板と平面基板とは
スペーサ部および各内部スペーサとで接触し、対向基板
としては十分な機械強度が得られた。

【００８９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば液晶プロジェクター用の新規な液晶デバイスおよび液
晶デバイス用の用の新規な対向基板を提供できる。

【００９０】この発明の対向電極（請求項１〜６）は、
上記の如き構成となっているので、必要な機械強度を実
現しつつ、マイクロレンズアレイ形成面から液晶層まで
の距離を液晶デバイスにおける画素のピッチの１０倍以
下に短縮でき、それに応じた焦点距離とすることによ
り、液晶デバイスにおける照射光束の入射角の精度が緩
和され、しかも、高い光利用効率を実現できる。

【００９１】またこの発明の液晶デバイス（請求項７、
８）は、上記の如き対向基板を用いて構成されることに
より、モノクロやカラーの明るい投影画像を実現でき、
光源に過大な発光量を必要としないから、光源の寿命を
有効に延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の液晶プロジェクター用の液晶デバイ
スの概念図である。

【図２】参考例におけるマイクロレンズアレイ基板を説
明するための図である。

【図３】上記マイクロレンズ基板の平面図的な説明図で
ある。

【図４】参考例におけるマイクロレンズと液晶の画素の
配列の対応関係を説明するための図である。

【図５】参考例におけるマイクロレンズの形状を説明す
るための図である。

【図６】実施例におけるマイクロレンズアレイ基板を説
明するための図である。

【図７】実施例における内部スペーサを説明するための
図である。

【符号の説明】

２０２ マイクロレンズアレイ基板 ２０３ 平面基板 ３００ マイクロレンズアレイ基板 ３０３ スペーサ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−116519（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−240616（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−273512（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−333328（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18869（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34966（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−118405（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−65928（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶プロジェクターに用いられる液晶デバ
   イスにおいて、ＴＦＴ基板とともに液晶層を挾持し、光
   照射側に配備される対向基板であって、 液晶デバイスにおける個々の画素に対応するマイクロレ
   ンズのアレイを片面に形成されたマイクロレンズアレイ
   基板と、平面基板とを、マイクロレンズアレイの形成さ
   れた面を内側にして重ねて一体化して構成され、 上記マイクロレンズアレイは集光用の同一のマイクロレ
   ンズのアレイ配列であり、上記マイクロレンズアレイ形
   成面から液晶層側の面までの距離が、上記マイクロレン
   ズの焦点距離に略等しく、 上記焦点距離は、上記液晶デバイスにおける画素のピッ
   チの１０倍以下の大きさであり、 上記マイクロレンズアレイ基板および平面基板のうちの
   一方の、他方の基板に対向する側の面に、両基板の間隔
   を上記マイクロレンズアレイにおける個々のマイクロレ
   ンズの高さと同じかもしくはそれ以上の高さに保つスペ
   ーサ部が、マイクロレンズアレイの有効範囲外に形成さ
   れ、且つ、 上記マイクロレンズアレイの有効範囲内におけるマイク
   ロレンズの光線有効領域外の部分に、複数の内部スペー
   サがスペーサ部と同じ高さに形成されていることを特徴
   とする液晶デバイス用の対向基板。
2. 【請求項２】請求項１記載の液晶デバイス用の対向基板
   において、 スペーサ部が、マイクロレンズアレイ基板に形成されて
   いることを特徴とする液晶デバイス用の対向基板。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の液晶デバイス用の
   対向基板において、 内部スペーサ部が、マイクロレンズアレイ基板に形成さ
   れていることを特徴とする液晶デバイス用の対向基板。
4. 【請求項４】請求項１または２または３記載の、液晶デ
   バイス用の対向基板において、 平面平板が液晶層の側に配備されることを特徴とする液
   晶デバイス用の対向基板。
5. 【請求項５】請求項１〜４の任意の１に記載の液晶デバ
   イス用の対向基板において、 マイクロレンズアレイ基板と平面基板の間に、所定の屈
   折率を持つ透明な媒質を挾むことを特徴とする液晶デバ
   イス用の対向基板。
6. 【請求項６】請求項１〜５の任意の１に記載の液晶デバ
   イス用の対向基板において、 スペーサ部は、マイクロレンズアレイの有効範囲を完全
   には囲繞せず、少なくとも１以上の隙間を有することを
   特徴とする液晶デバイス用の対向基板。
7. 【請求項７】請求項１〜６の任意の１つに記載された液
   晶デバイス用の対向基板と、ＴＦＴ基板とにより液晶層
   を挾持してなる液晶プロジェクタ−用の液晶デバイス。
8. 【請求項８】請求項７記載の液晶デバイスにおいて、 カラー画像を表示するためのＲ，Ｇ，Ｂ画像の任意のも
   のを表示するものであることを特徴とする液晶プロジェ
   クター用の液晶デバイス。