JPH08304811A - 単板式液晶カラープロジェクタ−用の単板式液晶デバイスおよび単板式液晶デバイス用の対向基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】単板式液晶カラープロジェクタ−において、原
色光の入射角に対する精度が緩和され、光利用効率良
く、カラーバランスの良いカラー画像の投影を可能なら
しめる新規な単板式液晶デバイスを実現する。 【構成】対向基板は、マイクロレンズアレイを形成され
たマイクロレンズアレイ基板１と平面基板３とを重ねて
一体化して構成される。単板式液晶デバイスにおける
Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に対応し、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列
においてＲ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１個のマイクロレ
ンズＭＬが配置され、マイクロレンズアレイ基板１と平
面基板３とのうち、液晶層の側に位置するものの厚みが
薄い。対向基板は、ＴＦＴ基板５とともに液晶層を挾持
し、光照射側に配備される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、単板式液晶カラープ
ロジェクタ−用の「単板式液晶デバイス」および単板式
液晶デバイス用の「対向基板」に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶カラープロジェクターでは一般に、
投影するべきカラー画像の３原色による色分解像のそれ
ぞれを１つのパネル状の液晶デバイスに表示し、これら
に対応する原色光により照射し、各パネルの原色光像を
スクリーン上に合成的に投影してカラー画像の表示を行
うが、上記原色光を得るためのカラ−フィルタ−のコス
トが高く、またカラ−フィルタ−の使用により各液晶デ
バイスを照射する原色光の光強度が低くなり投影される
カラー画像が暗くなるという問題があった。

【０００３】近来、カラーフィルターを用いず、低コス
トにカラー画像を投影できる液晶プロジェクターとし
て、１つのパネルに３原色：Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の色分解
画像を表わすための画素を配列した「単板式液晶デバイ
ス」に、３枚のダイクロイックミラーにより色分解され
た原色光、即ちＲ光、Ｇ光、Ｂ光を、互いに異なる入射
角で液晶デバイスに入射させてカラー画像表示を行う
「単板式液晶カラープロジェクター」が実用化されつつ
ある。

【０００４】このような、単板式液晶カラープロジェク
ターにおいて、単板式液晶デバイスにおける各画素に有
効に光を取り込み、ブラックマトリックスの遮光による
投射光量の低下を防止するために、単板式液晶デバイス
におけるＲ，Ｇ，Ｂの３つの画素に対して１つの集光用
のマイクロレンズを対応させたマイクロレンズアレイを
用い、照射光を所望の画素に集光させることが知られて
いる（NIKKEI ELECTRONICS 1995．1．30 Ｐ．169〜17
3）。

【０００５】しかしこのような照明方法には、以下の如
き問題点がある。

【０００６】単板式液晶デバイスにおけるＲ，Ｇ，Ｂの
各画素の繰返し配列の配列ピッチは数１０μｍのオーダ
ーである。一方、照射光は、単板式液晶デバイスにおけ
る対向基板（各画素を駆動するためのＴｈｉｎ−Ｆｉｌ
ｍ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒを形成された「ＴＦＴ基板」
とともに液晶層を挾持する基板で、光入射側に配備され
る）を透過し、マイクロレンズの集光作用により各画素
の開口部近傍に集光するが、対向基板は必要な「機械強
度」を確保するために１ｍｍ以上の厚さ（一般に１．１
０ｍｍ）を必要とする。

【０００７】このため、マイクロレンズの焦点距離は、
マイクロレンズを直接対向基板の表面に形成するとして
も１ｍｍ以上となる。

【０００８】今、マイクロレンズの焦点距離をＦとし、
上記画素の配列ピッチをｄとし、３つの原色光の入射角
をマイクロレンズ光軸に対してそれぞれ、０，＋θ，−
θとすると、３種の原色光が集光する位置は、互いに、
Ｆ・ｔａｎθずれることになり、このずれ量が上記配列
ピッチ：ｄに等しく設定されることになる。

【０００９】配列ピッチ：ｄは数１０μｍで、略１ｍｍ
以上であるＦに対して数十分の１の大きさであるから、
各原色光が、マイクロレンズにより所望の画素部分に入
射するようにするためには、原色光の入射角に対して極
めて厳しい精度が要求され、この精度が満たされない
と、照明光がブラックマトリックスやＴＦＴ部分でけら
れて、カラー画像の原色成分の明るさが不足し、投影さ
れたカラー画像のカラーバランスの低下をきたしてしま
う。

【００１０】

【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、単板式液晶カラープ
ロジェクタ−において、原色光の入射角に対する精度を
緩和し、光利用効率良く、カラーバランスの良いカラー
画像の投影を可能ならしめる新規な単板式液晶デバイス
の提供を目的とする（請求項９）。

【００１１】この発明の別の目的は、上記単板式液晶デ
バイスの製造に用いる単板式液晶デバイス用の対向基板
の提供にある（請求項１〜８）。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の「単板式液晶
デバイス用の対向基板」は、単板式液晶カラープロジェ
クターに用いられる単板式液晶デバイスにおいて、ＴＦ
Ｔ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を形成されたマ
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。

【００１３】マイクロレンズアレイ基板におけるマイク
ロレンズアレイは、集光用のマイクロレンズのアレイ配
列であって、単板式液晶デバイスにおける、Ｒ，Ｇ，Ｂ
画素に対応し、上記Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列におい
て、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１個のマイクロレンズ
が配置される。

【００１４】マイクロレンズアレイ基板と平面基板との
うち「液晶層の側に位置するもの」は、その厚みが薄い
（請求項１）。

【００１５】Ｒ，Ｇ，Ｂは、カラー画像を合成するため
の３原色の各色に対応する。例えば、Ｒ：赤、Ｇ：緑、
Ｂ：青の組合せ、あるいは、Ｒ：マゼンタ、Ｇ：シア
ン、Ｂ：イエローの組合せ等が可能であるが、以下の説
明では、Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青であるとする。

【００１６】マイクロレンズアレイにおける各マイクロ
レンズは、斜め入射する光線の収差を解消し、結合効率
を向上させるために「非球面形状」とすることができる
（請求項２）。

【００１７】単板式液晶デバイス用の対向基板は、基本
的には上記のように、マイクロレンズアレイ基板と平面
基板との２枚の基板により構成される。この２枚の基板
の各面を「光入射側から液晶層側に向かって、第１ない
し第４面とする」と、第１面を平面、第２面をマイクロ
レンズアレイ形成面、第３および第４面を平面とするこ
とができる（請求項３）。即ち、この場合には、マイク
ロレンズアレイ基板が光入射側に配備される。

【００１８】逆に、第１および第２面を平面、第３面を
マイクロレンズアレイ形成面、第４面を平面としてもよ
く（請求項４）、この場合には、マイクロレンズ用基板
が液晶層の側に配備される。

【００１９】上記請求項３または４記載の単板式液晶デ
バイス用の対向基板の場合においては、マイクロレンズ
アレイ基板と平面基板のうち、上記第３面と第４面を構
成する方の基板の厚さを、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列
における配列ピッチ（同じ色の画像情報を表示するため
の画素の繰返しピッチ。Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し配列に
おいて、例えばＲ画素から次のＲ画素までのピッチ）の
１０倍以下とすることが望ましい（請求項５）。

【００２０】上記請求項１〜５記載の何れの単板式液晶
デバイス用の対向基板においても、マイクロレンズアレ
イ基板と平面基板とが、マイクロレンズアレイのマイク
ロレンズの頂点および、マイクロレンズの有効範囲外で
接し、その間は空気層または真空層であるようにするこ
とができる（請求項６）。

【００２１】「有効範囲」は、マイクロレンズアレイの
２次元的な光線有効面積部をいう。

【００２２】あるいはまた、マイクロレンズアレイ基板
におけるマイクロレンズアレイの光線有効領域以外の部
分に、平面基板との間隔を確保するためのスペーサ部を
形成してもよい（請求項７）。

【００２３】「光線有効領域」は、光学設計上で、個々
のマイクロレンズを通過し集光する光が透過する範囲を
言う。

【００２４】請求項７記載の単板式液晶デバイス用の対
向基板においては、スペーサ部の厚みを、マイクロレン
ズアレイ基板におけるマイクロレンズの高さよりも高く
することができる。

【００２５】マイクロレンズアレイ基板と平面基板との
間には「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８）。この場合、マイクロレンズアレイ
基板と平面基板との間は請求項６における「真空層もし
くは空気層」となるべき部分でもよいし、請求項７記載
のスペーサが上記「間」を隔するように設けられていて
も良いし、スペーサが無くても良い。

【００２６】この発明の「単板式液晶カラープロジェク
タ−用の単板式液晶デバイス」は、上記請求項１〜８の
任意の１つに記載された単板式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。

【００２７】

【作用】図１にこの発明の「単板式液晶デバイス」の概
念図を示す。

【００２８】図中、符号１はマイクロレンズアレイ基
板、符号３は平面基板、符号５はＴＦＴ基板を示す。

【００２９】ＴＦＴ基板５は、前述のように、各画素を
駆動するためのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ−Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ）５１を形成され、これらＴＦＴ５１の間
の開口部が画素になっており、図に示すようにＲ，Ｇ，
Ｂの各画素が繰返し配列されている。

【００３０】ＴＦＴ基板５と共に液晶層を挾持する平面
基板３は透明な平行平面板であり、液晶層に接する側の
面にはブラックマトリックス３１が形成され、ブラック
マトリックス間には、図示されない透明電極がＩＴＯに
より形成されている。

【００３１】マイクロレンズアレイ基板１には、平面基
板３に面する側の面にマイクロレンズＭＬ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３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１と平面基板３とは単板式液晶デバイスの「対向
基板」を構成する。

【００３２】マイクロレンズアレイを構成する個々のマ
イクロレンズＭＬは、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の繰返し配列に
おて、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１つの割合で配列形
成される。

【００３３】例えば、メタルハライドランプ等の光源か
ら放射された可視光の全ての波長を含んだ白色光は平行
光束化されたのち、互いに所定の角をなして設けられた
３枚のダイクロイックミラー（図示されず）により、Ｒ
原色光ＬＲ、Ｇ原色光ＬＧ、Ｂ原色光ＬＢに分離される
と共に、伝播方向相互に所定の角を与えられ、図１に示
すように、マイクロレンズアレイに入射する。

【００３４】図１においては、Ｒ原色光ＬＲはマイクロ
レンズＭＬの光軸に平行に入射し、マイクロレンズＭＬ
により光軸上に集光されつつブラックマトリックス３１
の開口を通過し、集光してＲ画素の開口部を通過する。

【００３５】Ｂ原色光ＬＢは、図示のようにマイクロレ
ンズＭＬの光軸に対して角：−θ傾いて入射し、ブラッ
クマトリックス３１の開口部を通過するように集光さ
れ、Ｂ画素の開口部を通過する。

【００３６】Ｇ原色光ＬＧは、図示のようにマイクロレ
ンズＭＬの光軸に対して角：＋θ傾いて入射し、ブラッ
クマトリックス３１の開口部を通過するように集光さ
れ、Ｇ画素の開口部を通過する。

【００３７】このようにして、３原色光ＬＲ，ＬＧ，Ｌ
Ｂはそれぞれ対応するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の部分を
照射することになる。

【００３８】上記角：±θは、光学系のシステムによっ
て異なるが、一般には、５〜１０度程度に設計される。

【００３９】なお、平面基板３の材質は、対向基板製作
の後工程や熱処理工程でマイクロレンズアレイ基板１と
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。

【００４０】マイクロレンズアレイ基板１におけるマイ
クロレンズ形成面から平面基板３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
率を有する別の材料を間に挟んでも良い。上記間の距離
は、数μｍから数１０μｍまで光学設計で理論的に決ま
る。

【００４１】マイクロレンズアレイ基板１と平面基板３
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。

【００４２】また、対向基板の第４面（液晶層の側の
面）に、後工程で熱処理を施す場合には、マイクロレン
ズアレイ基板と平面基板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
と、熱処理の際に空気層が膨張するからである。

【００４３】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。

【００４４】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。

【００４５】以下に説明する３つの実施例で、単板式液
晶デバイスにおけるＲ，Ｇ，Ｂ画素の仕様は以下の通り
である。

【００４６】即ち、図２に示すように画素ＥＬ（内部に
記したＲ，Ｇ，ＢでＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を表わす）
は、長方形形状の開口を有し、開口部サイズは、縦方向
長さ：２２．０μｍ、横方向長さ：１６．０μｍであ
り、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素は上記横方向において繰返し配列さ
れ、縦方向に関しては図の如く「千鳥格子状」に配列さ
れる。

【００４７】配列ピッチは、縦方向ピッチ：３７．０μ
ｍ、横方向ピッチ：２０．０μｍである。また画素ＥＬ
は、横：３５．０ｍｍ×縦：２２．５ｍｍの領域（有効
画素領域）に渡って配列され、有効画素領域中に約８１
万個の画素が存在する。

【００４８】投影用の光源であるメタルハライドランプ
から出射した白色光は、ダイクロイックミラ−により
Ｒ，Ｇ，Ｂの各原色光に分解され、図１に即して説明し
たように、Ｒ原色光はマイクロレンズの光軸に平行に入
射し、Ｂ，Ｇ光は、マイクロレンズの光軸に対し、それ
ぞれ−８度（図１の−θ），＋８度（図１の＋θ）の傾
きを持って入射する。なお、入射光のバラツキ角度は、
どの原色光も±３．５度である。

【００４９】また、各実施例におけるマイクロレンズア
レイは、光学シミュレ−ションの結果をもとに、特開平
６−１９４５０２号に開示された「熱可塑製感光性材料
を用いた熱変形を利用して微細な球形状を製作し、これ
を基板材料にドライエッチング法を用いて基板に掘り写
す方法」で作製された。

【００５０】実施例１ 図３は、実施例１におけるマイクロレンズの配置を光源
側からみた状態を示している。実施例１では、各マイク
ロレンズＭＬは同一の円形状である。各マイクロレンズ
ＭＬの中心点は、入射光が垂直に入射するＲ画素の中心
にあり、Ｇ，Ｂ画素の一部をカバ−する範囲の大きさで
ある。

【００５１】マイクロレンズＭＬの円形状の大きさ（半
径）は、隣接するマイクロレンズとの距離で決まり、隣
接するマイクロレンズ同志は点で接している。

【００５２】従って、計算上、マイクロレンズの円形状
の半径は、最も距離の小さな隣接Ｒ画素までの距離の１
／２であり「２３．７２３μｍ」である。また、各マイ
クロレンズＭＬのレンズ面形状は「非球面形状」であ
る。

【００５３】図３から判るように、マイクロレンズＭＬ
の有効面は有効画素領域全域を覆うことはできず、レン
ズ面以外の部分に入射する光は利用されない。この実施
例において、有効画素領域全域に対する全マイクロレン
ズ有効範囲の面積が占める比率は８０．４％である。

【００５４】上記配列及び有効径の条件で、以下のマイ
クロレンズアレイを設計した。

【００５５】材質：合成石英（ｎｄ＝１．４５８４７） Ｒ１＝∞（光入射側面）， Ｒ２＝−６０．５１８μｍ，非球面定数：Ｋ＝−２．４
３５９ 焦点距離：ｆ（ｄ線）＝１３２μｍ マイクロレンズアレイ基板の厚さ：Ｄ＝９０８μｍ また、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の千鳥配列における、上記横方向
（図２の左右方向）を「Ｈ方向」、これに垂直な縦方向
（図２の上下方向）を「Ｖ方向」とした時、これら２方
向のそれぞれに対して、入射光線を±３．５度傾けた場
合の各画素への入射割合をシミュレ−トした結果を図４
に示す。

【００５６】図４の横軸は、入射光線の傾き角度を示
し、縦軸は光線の利用率（光線が画素に入射する割合：
最大を１としている）を示している。実線はＶ方向に入
射角を変動させたときのもの、破線はＨ方向に入射角を
変動させたときのものである。

【００５７】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、
Ｒ原色光、Ｇ原色光、Ｂ原色光に関するものであるが、
（ｂ），（ｃ）に示す、Ｇ，Ｂ原色光のＨ方向の利用率
が、左右非対象であるのは、Ｇ，Ｂ原色光は主中心がマ
イクロレンズ光軸に対し、±θ（±８度）をもって斜め
に入射し、さらに光線のバラツキ角度（±３．５度）を
考慮してシミュレ−トするとコマ収差が生じるためであ
る。

【００５８】実際に液晶に入射する光束を考慮すると
（実際の入射光はＨ，Ｖ両方向にバラツイテいる）、各
入射光がマイクロレンズによって屈折して各画素の開口
部に入る割合は、実線と点線が占める部分（面積）の積
で表される。

【００５９】この値は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に対し、 Ｒ：０．９９９×０．９２５＝０．９２４（９２．４
％） Ｇ：０．９９７×０．９２６＝０．９２３（９２．３
％） Ｂ：１．０００×０．９２１＝０．９２１（９２．１
％）である。

【００６０】従って、本実施例による光の利用効率は、
（液晶の全面に対してレンズ有効範囲の面積）×（各入
射光がレンズによって屈折して各画素の開口部に入る割
合）で示される。即ち、 Ｒ：０．８０４×０．９２４＝０．７４３（７４．３
％） Ｇ：０．８０４×０．９２３＝０．７４２（７４．２
％） Ｂ：０．８０４×０．９２１＝０．７４０（７４．０
％）である。

【００６１】上記設計に従って実際にマイクロレンズア
レイを製作した。マイクロレンズ面には反射防止膜を形
成した。

【００６２】図５において、符号６００が、マイクロレ
ンズ６０３によるマイクロレンズアレイを形成されたマ
イクロレンズアレイ基板を示し、同基板６００は、第１
面（図の上面）から第２面に形成されたマイクロレンズ
６０３の頂点までの距離、即ち基板厚さが０．９０８ｍ
ｍ（９０８μｍ）であり、「有効範囲」以外で、且つ位
置合わせ用のアライメントマ−ク部以外の個所に、外部
スペ−サ（凸形状外周ワク：幅１．０ｍｍ）６０１を設
けている。

【００６３】また、「光線有効領域」外には、凸形状で
幅：１μｍの内部スペーサ６０２を設けている。

【００６４】スペーサ６０１，６０２は、マイクロレン
ズ６０３の高さと同じ高さであり、各マイクロレンズ６
０３の頂部とスペ−サ６０２の部分が平面基板６０５と
接している。

【００６５】具体的には上記スペーサ６０１，６０２の
作製に当たってはフォトリソグラフィ−技術を用い、ス
ペ−サ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５０００Åの厚さにスパッタリ
ングした。その後レジスト膜をリフトオフして、スペ−
サ部分にのみＣｒ膜が残るようにパタ−ニングした。

【００６６】マイクロレンズアレイをエッチングで作製
する際、スペ−サ部分はＣｒ膜の存在によりエッチング
されずに残るため、マイクロレンズアレイ基板６００上
のスペーサ６０１，６０２の部分の高さは、Ｃｒ膜を除
去した後はマイクロレンズ６０３の頂点と同じ高さにな
っている。

【００６７】形成されたマイクロレンズアレイのレンズ
面側に可視光域用のマルチ反射防止コ−トを蒸着し製品
としてマイクロレンズアレイ基板とした。

【００６８】マイクロレンズアレイ基板６００の第２面
側に、平面基板６０５として厚さ：１９２μｍの合成石
英を真空チャンバー中にて乗せ、平面基板６０５と外部
スペ−サ６０１の外周部の隙間に、接着剤６０６として
「スリ−ボンド社製の紫外線硬化型樹脂：ＶＬ−００
１」を塗布し、紫外線硬化させる。

【００６９】接合は、有効画素領域外を接合し、マイク
ロレンズアレイ基板６００と平面基板６０５との間は
「真空層」となっている。マイクロレンズを透過した光
は薄い平面基板６０５の端面（液晶側）に集光する。

【００７０】接合後の「対向基板」の厚さは１．１ｍｍ
である。マイクロレンズ６０３の頂点と平面基板６０５
の表面（第３面）とは点で接しているが、有効画素領域
内には約２７万個のマイクロレンズがアレイ配列されて
おり、平面基板とマイクロレンズアレイ基板とは２７万
個の点とスペーサ部分とで接しているため、対向基板と
して要請される十分な「機械強度」を有している。

【００７１】また、液晶デバイス製作プロセス中に加熱
工程（訳１５０度Ｃ）があるが、マイクロレンズアレイ
基板６００と平面基板６０５との間は真空層であるの
で、液晶デバイス作製の際の後加熱工程にも十分耐え得
る。

【００７２】前記「アライメントマ−ク部」は、外部ス
ペ−サ６０１の内側（スペーサとマイクロレンズとの
間）に設けてあり、スペ−サ−６０１は４角形形状に形
成されており、真空状態にあるマイクロレンズの有効面
側と外界は接着剤により完全に遮断されている。

【００７３】尚、ここで重要なのは、マイクロレンズア
レイ基板６００と平面基板６０５の熱膨張係数が等しい
ことである。ＴＦＴ基板と共にＴＦＴ−ＬＣＤ（Ｌｉｑ
ｕｉｄ Ｃｒｉｓｔａｌ Ｄｅｖｉｃｅ）を製作するた
めの工程で熱処理工程があるため、両者の熱膨張係数が
異なると処理工程中で熱歪の応力で、平面基板６０５が
破壊してしまうのでこれを防止するためである。

【００７４】次に、上記平面基板６０５の「第４面側」
にＩＴＯのスパッタ膜（膜厚：１５００Å，シ−ト抵
抗：１５０Ω／□）６０４を形成し、これを通常の工法
によってパタ−ニングし、さらにこの上にポリイミド層
とブラックマトリックス層と、厚さ：４μｍの液晶層と
を形成し、ＴＦＴ基板（図示されず）とともに液晶層を
挾持するようにして全体を一体化して、単板式液晶デバ
イスを得た。

【００７５】この単板式液晶デバイスにおける光の利用
率は、シミュレ−ション通り約７４％であった。

【００７６】実施例２ 図６は実施例２におけるマイクロレンズｍｌの配置を光
源側からみた状態である。実施例２ではマイクロレンズ
ｍｌは擬似六角形状であり、アレイ配列は「稠密配列」
である。

【００７７】各マイクロレンズｍｌの中心点は、入射光
が垂直に入射するＲ画素の中心にあり、Ｇ，Ｂ画素の略
全面をカバ−する範囲の大きさである。マイクロレンズ
ｍｌの「擬似六角形状」は、隣接するＲ画素を結ぶ直線
の垂直二等分線で決まる４つの直線とこの４つの直線を
内接する円（鎖線で示す）で決まる。従って、隣接する
擬似六角形状同志は、上記直線で接し、画素の繰返し配
列方向（図６の左右方向）において隣接する２形状は円
弧部分で点接触している。

【００７８】この実施例の場合、Ｒ画素の中心から４つ
の直線までの距離は２３．７２３μｍである。図６から
判るように、マイクロレンズの有効面は、略「液晶パネ
ル全面」を覆っている。

【００７９】また、各マイクロレンズｍｌのレンズ面形
状は「非球面形状」である。

【００８０】上記条件では、有効画素領域に対してマイ
クロレンズアレイの有効光線領域の占める面積の割合は
９９．５％である。

【００８１】この実施例では、図６に即して上に説明し
た条件で、以下のマイクロレンズアレイ基板を設計し
た。

【００８２】材質：合成石英（ｎｄ＝１．４５８４７） Ｒ１＝∞（光入射側の面）， Ｒ２＝−６０．５１８μｍ，非球面定数：Ｋ＝−２．４
３５９ 焦点距離：ｆ（ｄ）＝１３２μｍ マイクロレンズアレイ基板厚さ：Ｄ＝９０８μｍ また、前記Ｈ方向およびＶ方向に、入射光線を±３．５
°だけ変動させたときの各画素の開口部への入射割合を
シミュレ−トした結果は図４と同様である。

【００８３】従って、本実施例による光利用率は、 Ｒ：０．９９５×０．９２４＝０．９１９（９１．９
％） Ｇ：０．９９５×０．９２３＝０．９１８（９１．８
％） Ｂ：０．９９５×０．９２１＝０．９１６（９１．６
％）である。

【００８４】上記設計条件に従い、マイクロレンズアレ
イ基板を実際に作製した。

【００８５】マイクロレンズアレイの形成された面には
前記実施例１におけると同じ「反射防止膜」を形成し
た。また、マイクロレンズアレイ基板は有効範囲以外
に、実施例１に於けると同様の凸形状の外部スペ−サを
設けている。

【００８６】上記マイクロレンズアレイ基板の第２面側
に、実施例１と同じく、厚さ１９２μｍの合成石英ガラ
スを平面基板として接合した。接合は、液晶の有効径範
囲外を接合し、マイクロレンズアレイ基板と平面基板と
の間は「真空層」になっている。尚、実施例１では内部
スペ−サを設けたが、この実施例では光線有効領域が基
板全面積を占めているために設けていない。

【００８７】上記平面基板の第４面側にＩＴＯのスパッ
タ膜（膜厚：１５００Å，シ−ト抵抗：１５０Ω／□）
を形成し、これを通常の工法によってパタ−ニングし、
さらにこの上に、ポリイミド層とブラックマトリックス
層と、厚さ：４μｍの液晶層とを形成し、ＴＦＴ基板と
ともに挾持して、単板式液晶デバイスを得た。

【００８８】この単板式液晶デバイスの光利用率は、シ
ミュレ−ション結果よりやや低い約８７％であった。こ
の原因は、マイクロレンズアレイｍｌの周辺部での形状
が設計値（非球面）より悪く、光の取り込み効率が低下
したものと考えられる。

【００８９】実施例３ 実施例２に於けると同じく、図６に即して説明した「疑
似六角形状」のマイクロレンズｍｌ（寸法も実施例２と
同じ）を持つマイクロレンズアレイを、以下の如く設計
した。

【００９０】材質：合成石英（ｎｄ＝１．４５８４７） Ｒ１＝∞， Ｒ２＝−６０．５１８μｍ，非球面定数：Ｋ＝−２．４
３５９ 焦点距離：ｆ（ｄ）＝１３２μｍ マイクロレンズアレイ基板厚さ：Ｄ＝１９２μｍ 前記Ｈ方向、Ｖ方向に入射光線を±３．５°変動させた
ときの各画素への入射割合をシミュレ−トした結果は図
４と同様である。

【００９１】従って、本実施例による光の利用率は、 Ｒ：０．９９５×０．９２４＝０．９１９（９１．９
％） Ｇ：０．９９５×０．９２３＝０．９１８（９１．８
％） Ｂ：０．９９５×０．９２１＝０．９１６（９１．６
％）である。

【００９２】図７において符号８０２は、上記設計仕様
で実際に作製されたマイクロレンズアレイ基板を示して
いる。マイクロレンズアレイ基板８０２の、有効範囲外
には、実施例１におけると同様の外部スペーサ８０４が
４角形形状に形成されている。

【００９３】図７に示すように、マイクロレンズアレイ
基板８０２のマイクロレンズ８０６が形成された側の面
が、光入射側から数えて「第３面」となるように、マイ
クロレンズアレイ形成面側に、平面基板（厚さ：９０８
μｍ）８０１として合成石英ガラス（第１面と２面を構
成することになる）を接合した。

【００９４】接合は、有効画素領域外を接着剤８０５
（前記紫外線硬化樹脂）で接着して行った。マイクロレ
ンズアレイ基板８０２と平面基板８０１との間は「真空
層」になっている。この実施例でも、有効光線領域が基
板全面積を占めているために内部スペーサは設けていな
い。

【００９５】マイクロレンズアレイ基板８０２の「第４
面側」に。ＩＴＯのスパッタ膜（膜厚：１５００Å，シ
−ト抵抗：１５０Ω／□）８０３を形成し、これを通常
の工法によってパタ−ニングし、さらにこの上にポリイ
ミド層とブラックマトリックス層と、厚さ：４μｍの液
晶層とを形成し、ＴＦＴ基板（図示されず）と共に液晶
層を挾持一体化して単板式液晶デバイスを得た。

【００９６】この単板式液晶デバイスの光利用率は、シ
ミュレ−ションよりやや低い約８７％であった。この原
因は、マイクロレンズアレイの周辺部での形状が設計値
（球面）より悪く、光の取り込み効率が低下したものと
考えられる。

【００９７】実施例２と３の違いは、前者が第２面にマ
イクロレンズを形成してあるのに対し、後者は第３面に
マイクロレンズを構成していることである。しかし、光
学上は実施例２，３に大きな違いはない。強いていえ
ば、マイクロレンズの製作過程で、約１ｍｍの基板に加
工するか、約２００μｍの基板に加工するかの違いであ
る。その他強度等の違いはなく、光の利用効率も同じで
あった。

【００９８】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば単板式液晶カラープロジェクー用の新規な単板式液晶
デバイスおよび、この単板式液晶デバイス用の対向基板
を提供できる。

【００９９】この発明の対向基板は、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することにより構
成されるから、２枚の基板の接合により必要な機械強度
を実現しつつ、液晶層に近い側の基板の厚さを薄くする
ことにより、マイクロレンズアレイと液晶層との距離を
小さくすることにより、マイクロレンズの焦点距離を小
さくできる。

【０１００】また、この発明の単板式液晶デバイスは、
上記対向基板を用いて構成されるので、照射される原色
光の入射角にばらつきがあっても、マイクロレンズの焦
点距離が小さいために、集光位置の上記ばらつきによる
空間的な位置変動は小さく、原色光を常に対応する画素
の開口部近傍に集光させることができ、従って、高い光
利用率を各原色光に就き実現でき、カラーバランスの良
いカラー画像を投影できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の単板式液晶デバイスを説明するため
の概念図である。

【図２】単板式液晶デバイスにおけるＲ，Ｇ，Ｂの各画
素の配列状態を説明するための図である。

【図３】実施例１におけるマイクロレンズアレイ基板の
マイクロレンズの形状と配列状態を説明するための図で
ある。

【図４】各実施例において、各原色光に対する光の利用
率を説明するための図である。

【図５】実施例１における対向基板の構成を説明するた
めの図である。

【図６】実施例２，３におけるマイクロレンズの形状と
その配列状態を説明するための図である。

【図７】実施例３における対向基板の構成を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ マイクロレンズアレイ基板 ３ 平面基板 ５ ＴＦＴ基板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単板式液晶カラープロジェクターに用いら
   れる単板式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、 マイクロレンズアレイを形成された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、 上記マイクロレンズアレイは集光用のマイクロレンズの
   アレイ配列であって、単板式液晶デバイスにおける、
   Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に対応し、上記Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の繰返し
   配列において、Ｒ，Ｇ，Ｂの３画素に対して１個のマイ
   クロレンズが配置され、 上記マイクロレンズアレイ基板と平面基板とのうち、液
   晶層の側に位置するものの厚みが薄いことを特徴とする
   単板式液晶デバイス用の対向基板。
2. 【請求項２】請求項１記載の単板式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における各マイクロレンズが非球
   面形状を有することを特徴とする単板式液晶デバイス用
   の対向基板。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の単板式液晶デバイ
   ス用の対向基板において、 光入射側から液晶層側に向かって、マイクロレンズアレ
   イ基板と平面基板の面を第１ないし第４面とするとき、 第１面が平面、第２面がマイクロレンズアレイ形成面、
   第３および第４面が平面であることを特徴とする単板式
   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記載の単板式液晶デバイ
   ス用の対向基板において、 光入射側から液晶層側に向かって、マイクロレンズアレ
   イ基板と平面基板の面を第１ないし第４面とするとき、 第１および第２面が平面、第３面がマイクロレンズアレ
   イ形成面、第４面が平面であることを特徴とする単板式
   液晶デバイス用の対向基板。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の単板式液晶デバイ
   ス用の対向基板において、 第３，第４面を構成する基板の厚さが、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素
   の繰返し配列における配列ピッチの１０倍以下であるこ
   とを特徴とする単板式液晶デバイス用の対向基板。
6. 【請求項６】請求項１または２または３または４または
   ５記載の単板式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が、マイクロレ
   ンズアレイのマイクロレンズの頂点および、マイクロレ
   ンズの有効範囲外で接し、その間は空気層または真空層
   であることを特徴とする単板式液晶デバイス用の対向基
   板。
7. 【請求項７】請求項１または２または３または４または
   ５記載の単板式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におけるマイクロレンズアレ
   イの光線有効領域以外の部分に、平面基板との間隔を確
   保するためのスペーサ部が形成されていることを特徴と
   する単板式液晶デバイス用の対向基板。
8. 【請求項８】請求項１または２または３または４または
   ５記載の単板式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単板式液
   晶デバイス用の対向基板。
9. 【請求項９】請求項１ないし８の任意の１つに記載され
   た単板式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単板式液晶カラープロジェク
   タ−用の単板式液晶デバイス。