JPH06230203A

JPH06230203A - 光学素子及びその製造方法、当該光学素子を製造するためのスタンパ並びに当該光学素子を使用した画像表示装置

Info

Publication number: JPH06230203A
Application number: JP4185793A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Aoyama; 茂青山
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】光の利用効率を高めたマイクロレンズアレイ
の製造方法を提供する。【構成】ガラス板等の基板２上に、枠成形用樹脂５を
コーティングし、フォトマスクを重ねて露光し、現像す
ることにより、レンズ成形用枠４が所望するレンズ３の
レンズ端面９と同じ形状であって、レンズ３を形成する
位置の周囲に多数得られるよう、フォトリソグラフィ技
術により作製する。次に、レンズを形成させる位置に、
同様にフォトリソグラフィ技術によりレンズ母材７を形
成し、これをレンズ成形用枠４の縁に接するまで溶融
し、レンズ母材７の表面が凸曲面となって、その表面が
凸曲面の状態を保ったままで、レンズ母材７を硬化さ
せ、所望の形状をした多数のレンズ３を形成し、マイク
ロレンズアレイ１を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学素子及びその製造
方法、当該光学素子を製造するためのスタンパ並びに当
該光学素子を使用した画像表示装置に関する。具体的に
いうと、本発明は、液晶表示パネルを用いて画素開口領
域に光束を集光させるためのレンズアレイ状をした光学
素子とその製造方法に関する。さらに、これらの光学素
子を製造するためのスタンパ並びにこれらの光学素子を
使用した画像表示装置に関する。

【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、今後ますます重要性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ーへの応用例とそ
の問題点を説明する。

【０００３】液晶テレビプロジェクター３１は、図１１
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１２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１３（ａ）は液晶表示パネル３
７のほぼ１つの画素４０の構造を具体的に示す断面図、
図１３（ｂ）は図１３（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が形成され、各透明電極４２間に横方向に
表示電極Ｙ₁，Ｙ₂，…，Ｙ_jが配線され、絶縁膜４３を
介して縦方向に走査電極Ｘ₁，Ｘ₂，…，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
Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ_iに接続され、ゲート電極４７は表示
電極Ｙ₁，Ｙ₂，…，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が封入されている。

【０００５】しかして、走査電極Ｘ₁，Ｘ₂，…，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
Ｙ₁，Ｙ₂，…，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５
４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１１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Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ_iや表示電極
Ｙ₁，Ｙ₂，…，Ｙ_j等が配線されている配線領域５５を
縮小すると、歩留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１６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は液晶表示パネル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Ｘ₁，
Ｘ₂，…，Ｘ_iや表示電極Ｙ₁，Ｙ₂，…，Ｙ_j等に遮蔽さ
れ、スクリーン側３９へ透過できない。このため、図１
６（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４
０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１４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Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ_iや表示電極Ｙ₁，Ｙ₂，…，
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１５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１７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１７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３５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１７
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はで
きなかった。

【００１０】図１８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間の空隙を
無くし、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がデルタ配列されている場合には図
１９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無く
すことができ、図２０に示すように、バックライト光源
３７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５９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２１（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２１（ｂ）（ｃ）は図
２１（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２１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よりもずいぶん大きくなり、非点収差
が発生する。このため、図２２（ａ）に示すように、矩
形状のマイクロレンズを通過した光線６１は焦点距離ｆ
ｘ，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２２（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
を得ることはできず、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、しかもレンズ面の線対称
軸上における曲率差が小さなマイクロレンズアレイを提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の光学
素子は、基板上に２次元的に配列された複数個の微小レ
ンズの集合体であって、隣接するレンズ同志が少なくと
も１つのレンズ配列方向で外周端面を接するように配置
され、各レンズの外周２辺における端面形状が曲率形状
をなすことを特徴としている。

【００１５】本発明による第２の光学素子は、隣接する
レンズ同志が少なくとも１つのレンズ配列方向で外周端
面を接するように配置され、各レンズが回転対称性のレ
ンズ曲率を有することを特徴としている。

【００１６】また、本発明による第３の光学素子は、隣
接するレンズ同志が少なくとも１つのレンズ配列方向で
外周端面を接するように配置され、各レンズが平凸レン
ズの外周部をカットした形状を有することを特徴として
いる。

【００１７】また、本発明による光学素子の製造方法
は、構成単位となるレンズの外周端面と同一形状である
レンズ形成用部材を基板上のレンズ形成位置の少なくと
も２辺に配置し、前記レンズ形成位置にレンズ母材を配
置し、前記レンズ母材が前記レンズ形成用部材の縁に接
するまで該レンズ母材を溶融させることにより前記レン
ズを形成することを特徴としている。

【００１８】さらに、上記光学素子の製造方法において
は、レンズ形成用部材は、レンズ形成位置の周囲全体に
配置することとしてもよく、また、前記レンズ形成用部
材の形状は円弧形状とすることとしてもよい。

【００１９】また、本発明のスタンパは、上記光学素子
若しくは上記製造方法により製造された光学素子のレン
ズを形成されている面を複製するための凹部を備えたこ
とを特徴としている。また、上記スタンパは、原盤とな
る光学素子のレンズを形成されている面にスタンパ材料
を堆積させ、原盤を除去することにより作製することと
してもよい。

【００２０】また、本発明の光学素子は、上記スタンパ
にレンズ用材料を注入し、当該レンズ用材料を硬化させ
ることにより、原盤を複製することとしてもよい。

【００２１】本発明の別な製造方法は、原盤となる光学
素子のレンズを形成されている面の凹凸反転形状を転写
させることによってスタンパを形成し、当該スタンパを
用いて原盤となる光学素子の複製品を得ることとしてい
る。

【００２２】さらに、本発明の画像表示装置は、光源
と、ドットマトリクス表示手段と、前記光源からの光を
前記ドットマトリクス表示手段の各画素へ集光するレン
ズが、各画素と１対１に対応するように複数配置された
光学素子とを備えた画像表示装置において、当該光学素
子は、本発明による光学素子若しくは本発明の製造方法
により製造された光学素子であることを特徴としてい
る。

【００２３】また、本発明の別な画像表示装置は、光源
と、ドットマトリクス表示手段と、前記光源の光を集光
して前記ドットマトリクス表示手段に入射させる第１の
光学手段と、前記ドットマトリクス表示手段を透過した
光をスクリーン上に投影する第２の光学手段と、前記光
源からの光を前記ドットマトリクス表示手段の各画素へ
集光するレンズが、各画素と１対１に対応するように複
数配置された光学素子とを備えた画像表示装置におい
て、当該光学素子は、本発明による光学素子若しくは本
発明の製造方法により製造された光学素子であることを
特徴としている。

【００２４】上記画像表示装置において、ドットマトリ
クス表示手段は液晶表示手段であることとしてもよい。

【００２５】

【作用】本発明の第１の光学素子にあっては、基板状に
２次元的に配列された複数個の微小レンズの集合体であ
って、各レンズの外周２辺における外周端面を曲率形状
としているので、レンズを矩形状にした場合であって
も、レンズに入射した光を微小スポット状に集光するこ
とができる。しかも、隣接するレンズ同志が少なくとも
１つのレンズ配列方向で外周端面を接するように配置さ
れているので、レンズ間にレンズ作用を示さないデッド
スペースを減少させ、あるいは無くすことができ、光の
利用効率を向上させることができる。

【００２６】本発明の第２の光学素子にあっては、各レ
ンズが回転対称性のレンズ曲率を有することとしている
ので、レンズを矩形状にした場合であっても各径方向の
レンズ曲率は等しく、非点収差をなくすことができ、各
レンズ毎に微小スポットを得ることができる。しかも、
隣接するレンズ同志が少なくとも１つのレンズ配列方向
で外周端面を接するように配置されているので、デッド
スペースを減少させ、あるいは無くすことができ、光の
利用効率の向上させることができる。

【００２７】本発明の第３の光学素子にあっては、各レ
ンズが平凸レンズの外周部をカットした形状を有するこ
ととしているので、さらに容易にレンズの非点収差を無
くすことができ、各レンズ毎に微小スポットを得ること
ができる。しかも、隣接するレンズ同志が少なくとも１
つのレンズ配列方向で外周端面を接するように配置され
ているので、デッドスペースを減少させ、あるいは無く
すことができ、光の利用効率を向上させることができ
る。

【００２８】本発明の製造方法によれば、構成単位とな
るレンズの外周端面と同一形状であるレンズ形成用部材
を基板上のレンズ形成位置の少なくても２辺に配置し、
前記レンズ形成用部材の縁に接するまで該レンズ母材を
溶融させているので、溶融されたレンズ母材がレンズ形
成用部材との親和性により、レンズ形成用部材の形状に
応じたレンズ端面を形成することになる。したがって、
所望するレンズのレンズ端面と同じ形状のレンズ形成用
部材を作製し配置すれば、任意のレンズ端面及び任意の
レンズ形状をした光学素子を容易に製造することができ
る。例えば、有効開口率を高めるためレンズ形状を矩形
状とした場合でも、レンズ形成用部材の形状を２つのレ
ンズ線対称軸方向における曲率差のない形状に作製すれ
ば、非点収差を生じず、光を一点に集光させることので
きるレンズが得られ、光の利用効率のよい光学素子を製
造することができる。

【００２９】また、レンズ形成用部材をレンズ形成位置
の周囲全体に配置することにすれば、所望するレンズ端
面およびレンズ形状をした光学素子をより精度よく容易
に製造することができる。

【００３０】さらに、レンズ形成用部材を円弧形状とす
ることで、非点収差を生じないレンズを得るためのレン
ズ形成用部材の設計が容易になり、光利用効率のよい光
学素子の製造を容易にすることができる。

【００３１】また、原盤となる光学素子を反転させて転
写したスタンパを用いて上記光学素子を複製すれば、光
学素子の全体を一度に製作することができ、光学素子を
容易に量産することができる。

【００３２】本発明による光学素子若しくは本発明の製
造方法により得られた光学素子を画像表示装置に用いれ
ば、光の利用効率の高い画像表示装置を提供することが
でき、画像の分解能を高くした場合でも画面の輝度を明
るくすることができる。

【００３３】

【実施例】図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の製造方
法により製造されたマイクロレンズアレイ１を示す図で
ある。図１（ａ）は、マイクロレンズアレイ１を示す斜
視図であって、マイクロレンズアレイ１は、ガラスやシ
リコン、光学用プラスチック等からなる透明な基板２
と、球面状のレンズ３とから構成されており、基板２の
屈折率はレンズ３の屈折率と等しくなっている。図１
（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線におけるマイクロレン
ズアレイ１の断面図であって、レンズ３のＡ−Ａ線にお
けるレンズ端面９の形状は、図１（ｂ）に示すように円
弧形状をなしている。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−
Ｂ線におけるマイクロレンズアレイ１の断面図であっ
て、レンズ３は基板２上に隙間なく配置されている。

【００３４】図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、
本発明による上記マイクロレンズアレイ１の製造方法を
示す正面図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図２（ｂ）
（ｄ）（ｅ）に対応する斜視図である。以下、マイクロ
レンズアレイ１の製造方法を図２および図３にしたがっ
て説明する。

【００３５】まず、ガラス板やアクリル板等で形成した
透明な基板２に、レンズ３を形成するためのレンズ成形
用枠４をフォトリソグラフィ技術により作製する。つま
り、図２（ａ）に示すように、基板２の全面にレンズ成
形用枠４を作製するための枠成形用樹脂５（例えばフォ
トレジスト材料などであって、レンズ母材と親和性を有
するもの）をコーティングする。次に、枠成形用樹脂５
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、図３（ａ）に示すように、レンズ成形用枠４が所
望するレンズ３のレンズ端面９と同じ形状であって、レ
ンズ３を形成する位置の周囲に多数得られるようパター
ニングをする（図２（ｂ））。

【００３６】次に、レンズ成形用枠４全体を覆うように
透明な微小レンズ用材料６（例えばレンズ成形用枠４の
作製に使用したフォトレジスト材料より溶融点が低いフ
ォトレジスト材料など）を基板２の全面にコーティング
する（図２（ｃ））。この微小レンズ用材料６に、再び
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、図３（ｂ）に示すように所定形状のレンズ母材７が
多数得られるようパターニングする（図２（ｄ））。

【００３７】ついで、レンズ母材７をベークして、レン
ズ母材７の端面が先に作製したレンズ成形用枠４の縁に
接するまで溶融させる。ついで溶融したレンズ母材７の
表面張力によりレンズ母材７の表面が凸曲面となり、そ
の表面が凸曲面の状態を保ったままで、レンズ母材７を
硬化させ、図３（ｃ）に示すように所望のレンズ端面９
及びレンズ形状をした多数のレンズ３を形成することに
より、マイクロレンズアレイ１を作製する（図２
（ｅ））。

【００３８】図４（ａ）（ｂ）は、本発明の製造方法に
より製造されたマイクロレンズアレイ１のレンズ３を示
す平面図及び斜視図である。図５（ａ）（ｂ）は、集光
特性に回転対称性を示す円形開口の平凸レンズ（研磨ガ
ラスレンズ）８の平面図及び斜視図であって、レンズ３
は、図５（ａ）（ｂ）の破線で示すように、平凸レンズ
８を垂直な面で切断（トリミング）した形状をなしてい
る。このマイクロレンズアレイ１の製造に用いられた前
記レンズ成形用枠４は、図５（ｂ）に示すように、平凸
レンズ８を矩形状にトリミングしてできるレンズ端面９
と同じ形状となるように作製している。そこで、このレ
ンズ成形用枠４をレンズ３の形成位置に形成して、平凸
レンズ８をトリミングした形状にレンズ３を作製する
と、図４（ａ）（ｂ）に示すようなレンズ３が得られ
る。このようにして作製されたレンズ３に入射された光
αは、図４（ｃ）に示すように、平凸レンズ８に入射さ
れた光αが図５（ｃ）に示すのと同様に一点で集光され
ることになる。また、例えば、画素をデルタ配列された
液晶表示パネルと組合わせるマイクロレンズアレイのよ
うに、レンズ３のレンズ形状を６角形にする場合でも、
平凸レンズ８を６角形にトリミングして得られるレンズ
端面９と同じ形状にレンズ成形用枠４を形成すればよ
く、光を一点に集光させることのできるレンズ３を容易
に得ることができる。

【００３９】図６（ａ）（ｂ）は、レンズ成形用枠４の
設計方法を示す図であって、レンズ３の曲率半径とレン
ズ成形用枠４の半径との関係を示す。図６（ａ）は、図
１（ａ）のＢ−Ｂ線における上記マイクロレンズアレイ
１の一部破断した断面図、図６（ｂ）は、基板２上に配
置されたレンズ成形用枠４の正面図である。Ｐはレンズ
３の光軸Ｐ´とレンズ３の交点、Ｏはレンズ３の曲率中
心であって、Ｏ´は、レンズ成形用枠４の円弧を示す円
の中心である。ここで、レンズ３は平凸レンズ８をトリ
ミングした形状となるよう形成されているため、レンズ
３の曲率半径をｒ、レンズ成形用枠４の円弧を示す円の
半径をｒ´、レンズ３の中心からレンズ端面９までの距
離をａとすると、ｒ´＝（ｒ²−ａ²）^1/2 ……（１）の関係が成り立つ。

【００４０】したがって、レンズ３のレンズ径２ａ、レ
ンズ３の曲率半径ｒ及びレンズ成形用枠４の円弧を示す
円の半径ｒ´を式（１）の関係が成り立つように、レン
ズ成形用枠４の形状を決めれば、曲率半径ｒを持つ平凸
レンズ８を平凸レンズ８の中心からの距離ａでトリミン
グしたのと同様なレンズ３を得ることができ、非点収差
を生じないレンズ３を得ることができる。

【００４１】このように、平凸レンズ８をトリミングし
た時に得られるレンズ端面９の形状と等しいレンズ形成
用枠４を形成し、レンズ３を形成すると非点収差を生じ
ることなく光を一点に集光させることができる。したが
って、このレンズ３を配列したマイクロレンズアレイ１
を液晶表示パネル等に用いれば、レンズ３間のデッドス
ペースをなくすことができると同時に画素面において微
小スポットを得ることができ、光の利用効率を向上させ
ることができ、画像を高分解能にした場合でも、画像の
輝度が低下するのを防ぐことができる。

【００４２】また、図７は、別なマイクロレンズアレイ
１ｂにおける図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する箇所での
断面図であって、図７に示すように、レンズ３を配列す
る一方向にのみ、レンズ３，３間に隙間（レンズ機能が
存在しない領域）１５を設け、他の方向においてはレン
ズ３同志はレンズ端面９が互いに接するように配列され
ている。

【００４３】また、レンズ形成用枠４は、レンズ３の周
囲の少なくとも２辺にあればよく、したがって、いずれ
か一方向のレンズ配列方向のみ形成させることとしても
よい。

【００４４】さらに、レンズ成形用枠４の形状を非球面
となるように形成することで、レンズ３を非球面レンズ
とすることもでできる。

【００４５】また、図示しないが、レンズの配列方向に
おけるレンズ中心の曲率半径ｒと隣接するレンズの外周
端面の円弧の半径ｒ´とが式（１）の関係になるように
作製したレンズを多数作製し、このレンズを１方向もし
くは２方向に連続させるようにして基板の上に配置し、
光学用接着剤によって基板に接着することによりマイク
ロレンズアレイを作製してもよい。また、集光特性に回
転対称性を示す円形開口の球面レンズや非球面レンズ等
の平凸レンズを図５（ａ）（ｂ）に破線で示すようにカ
ットないし研磨して矩形状開口を有する図４（ａ）
（ｂ）に示したのと同様な形状のレンズを多数作製した
のち、この矩形状開口のレンズを基板上に多数配置して
マイクロレンズアレイを作製してもよい。

【００４６】図８及び図９は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８はマイクロレンズアレ
イを複製するためのスタンパを電鋳法によって作製する
方法を示す図であって、まず、上記のいずれかの方法に
よって得られたマイクロレンズアレイ１（あるいは、１
ｂ）を原盤として用意し、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１の表面全体を覆うように銀
薄膜１０を形成する。ついで、この銀薄膜１０を電極と
して電鋳法により銀薄膜１０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１１を作製する。この
後、ニッケルスタンパ１１を銀薄膜１０から剥離させ、
マイクロレンズアレイ１の表面形状を転写させたニッケ
ルスタンパ１１を分離する。

【００４７】図９は上記ニッケルスタンパ１１を用いて
マイクロレンズアレイ１を複製する方法を示す断面図で
あって、いわゆる２Ｐ法(Photopolymerization-Method)
を示している。すなわち、このニッケルスタンパ１１の
型転写面に紫外線硬化型のフォトポリマー１２を滴下
し、フォトポリマー１２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１３を押し付け、平滑板
１３の上方から紫外線を照射してフォトポリマー１２を
硬化させた後、ニッケルスタンパ１１及び平滑板１３か
らフォトポリマー１２を剥離する。この後、フォトポリ
マー１２の表面側から紫外線を十分に照射してフォトポ
リマー１２を完全に硬化させ、フォトポリマーによって
基板２及び多数のレンズ３を一体成形する。次いで、こ
のマイクロレンズアレイ（複製品）１４を平滑板１３か
ら剥離すれば、元のマイクロレンズアレイ１の複製品を
得ることができる。

【００４８】図１０は本発明の一実施例である画像表示
装置２１の概略構成図である。画像表示装置２１は、反
射鏡２２付きの白色ランプ２３からなる光源２４と、光
源２４からの光を集光させ液晶表示パネル２７に入射さ
せるための光学手段であるコンデンサレンズ２５及び２
枚の偏光板２６に挟まれた液晶表示パネル２７ならびに
投影レンズ２８とから構成されている。また、液晶表示
パネル２７の光源側には、光源２４から出射された光束
αを液晶表示パネル２７の各画素に１対１に対応させて
集光させるためのマイクロレンズアレイ１を装着してあ
る。

【００４９】しかして、図１０に示すように、光源２４
をオンして光源２４からの光束αをコンデンサレンズ２
５により集光させ２枚の偏光板２６に挟まれた液晶表示
パネル２７を照らせば、入射された光束αは、マイクロ
レンズアレイ１上に配列されたレンズ３によって液晶表
示パネル２７の各画素に対応して微小なスポット状に集
光されることになる。こうして、液晶表示パネル２７に
表示された動画像が投影レンズ２８によって拡大され、
スクリーン２９に投影されることになる。

【００５０】このように、本発明によるマイクロレンズ
アレイ１を備えた液晶表示パネル２７にあっては光の利
用効率がよく、画像の分解能を高めた画像表示装置２１
の画像が暗くなることはない。

【００５１】

【発明の効果】本発明による第１、第２又は第３の各光
学素子によれば、レンズの非点収差を小さくし、あるい
は無くすことができて、各レンズ毎に微小スポットを得
ることができる。しかも、レンズ間にレンズ作用を示さ
ないデッドスペースを減少させ、あるいは無くすことが
でき、光の利用効率を向上させることができる。したが
って、液晶表示パネルに用いれば、画素面積が小さい場
合でも、光源から放射された光を効率よく画素開口領域
に導くことができ、液晶表示パネルの輝度を向上させる
ことができる。

【００５２】また、本発明の製造方法によれば、所望す
るレンズのレンズ端面と同一形状であるレンズ形成用部
材を基板上のレンズ形成位置の周囲に配置し、レンズ母
材を溶融することによりレンズを形成し、光学素子を作
製しているので、レンズ形成用部材の形状を設計するこ
とで、任意のレンズ端面及び任意のレンズ形状をした光
学素子を容易に製造することができる。したがって、レ
ンズ表面が一定の曲率の面となるようにレンズ形成用部
材を形成すれば、非点収差を生じることなく光を一点に
集光させることができ、光の利用効率を高めた光学素子
を容易に製造することができる。また、レンズを緻密に
配列させて有効開口率を高めるためレンズ形状を矩形状
としても、光の利用効率のよい光学素子を容易に製造す
ることができる。

【００５３】また、レンズ形成用部材をレンズ形成位置
の周囲全体に配置されることにすれば、所望するレンズ
端面およびレンズ形状をした光学素子をより精度よく製
造することができる。

【００５４】さらに、レンズ形成用部材を円弧形状とす
ることで、非点収差を生じないレンズを得るためのレン
ズ形成用部材の設計が容易になり、光利用効率のよい光
学素子の製造を容易にすることができる。

【００５５】また、原盤となる光学素子を反転させて転
写したスタンパを用いて上記光学素子を複製すれば、光
学素子の全体を一度に製作することができ、光学素子を
容易に量産することができる。

【００５６】本発明による光学素子若しくは本発明の製
造方法により得られた光学素子を画像表示装置に用いれ
ば、光の利用効率の高い画像表示装置を提供することが
でき、画像の分解能を高くした場合でも画面の輝度を明
るくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の製造方法により製造された
マイクロレンズアレイの斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、同上の製
造方法を示す正面図である。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、同上の製造方法の一部
を示す斜視図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は、同上により製造されたレンズ
の平面図及び斜視図、（ｃ）は、レンズに入射された光
が一点に集光される様子を示す図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は、平凸レンズの平面図及び斜視
図、（ｃ）は平凸レンズに入射された光が一点に集光さ
れる様子を示す図である。

【図６】（ａ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線におけるマイク
ロレンズアレイの一部破断した断面図、（ｂ）は基板上
に配置されたレンズ成形用枠の正面図である。

【図７】本発明の製造方法により製造されたさらに別な
マイクロレンズアレイの断面図である。

【図８】マイクロレンズアレイの製造に用いるニッケル
スタンパの作製方法を示す断面図である。

【図９】同上のニッケルスタンパを用いてマイクロレン
ズアレイを複製する方法を示す断面図である。

【図１０】本発明の一実施例である画像表示装置の構成
を示す概略構成図である。

【図１１】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１２】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１３】（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１４】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１５】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１６】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】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１８】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１９】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２０】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２１】（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２２】（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マイクロレンズアレイ２基板３レンズ４レンズ成形用枠７レンズ母材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に２次元的に配列された複数個の
微小レンズの集合体であって、隣接するレンズ同志が少
なくとも１つのレンズ配列方向で外周端面を接するよう
に配置され、各レンズの外周２辺における端面形状が曲
率形状をなすことを特徴とする光学素子。
【請求項２】基板上に２次元的に配列された複数個の
微小レンズの集合体であって、隣接するレンズ同志が少
なくとも１つのレンズ配列方向で外周端面を接するよう
に配置され、各レンズが回転対称性のレンズ曲率を有す
ることを特徴とする光学素子。
【請求項３】基板上に２次元的に配列された複数個の
微小レンズの集合体であって、隣接するレンズ同志が少
なくとも１つのレンズ配列方向で外周端面を接するよう
に配置され、各レンズが平凸レンズの外周部をカットし
た形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】請求項１，２又は３に記載の光学素子の
製造方法であって、構成単位となるレンズの外周端面と同一形状であるレン
ズ形成用部材を基板上のレンズ形成位置の少なくとも２
辺に配置し、前記レンズ形成位置にレンズ母材を配置し、前記レンズ母材が前記レンズ形成用部材の縁に接するま
で該レンズ母材を溶融させることにより前記レンズを形
成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項５】前記レンズ形成用部材は、基板上の前記
レンズ形成位置の周囲全体に配置することを特徴とする
請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】前記レンズ形成用部材の形状は、円弧形
状であることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学
素子の製造方法。
【請求項７】請求項１，２又は３に記載の光学素子若
しくは請求項４，５又は６に記載の製造方法により製造
された光学素子のレンズを形成されている面を複製する
ための凹部を備えたスタンパ。
【請求項８】請求項１，２又は３に記載の光学素子若
しくは請求項４，５又は６に記載の製造方法により製造
された光学素子を原盤とし、原盤となる光学素子のレン
ズを形成されている面にスタンパ材料を堆積させ、原盤
を除去することにより、原盤のレンズを形成されている
面の凹凸反転形状を転写させたスタンパ。
【請求項９】請求項７又は８に記載のスタンパにレン
ズ用材料を注入し、当該レンズ用材料を硬化させること
により、原盤とした光学素子を複製したことを特徴とす
る光学素子。
【請求項１０】請求項１，２又は３に記載の光学素子
若しくは請求項４，５又は６に記載の製造方法により製
造された光学素子を原盤とし、原盤となる光学素子のレ
ンズを形成されている面の凹凸反転形状を転写させるこ
とによってスタンパを形成し、当該スタンパを用いて原
盤となる光学素子の複製品を得ることを特徴とする光学
素子の製造方法。
【請求項１１】光源と、ドットマトリクス表示手段と、前記光源からの光を前記ドットマトリクス表示手段の各
画素へ集光するレンズが、各画素と１対１に対応するよ
うに複数配置された光学素子とを備えた画像表示装置に
おいて、前記光学素子は請求項１，２，３又は９に記載の光学素
子であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】光源と、ドットマトリクス表示手段と、前記光源の光を集光して前記ドットマトリクス表示手段
に入射させる第１の光学手段と、前記ドットマトリクス表示手段を透過した光をスクリー
ン上に投影する第２の光学手段と、前記光源からの光を前記ドットマトリクス表示手段の各
画素へ集光するレンズが、各画素と１対１に対応するよ
うに複数配置された光学素子とを備えた画像表示装置に
おいて、前記光学素子は請求項１，２，３又は９に記載の光学素
子であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】前記ドットマトリクス表示手段は液晶
表示手段であることを特徴とする請求項１１又は１２に
記載の画像表示装置。