JPH1124060A

JPH1124060A - 液晶装置および投写型表示装置

Info

Publication number: JPH1124060A
Application number: JP9178610A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hashizume; 俊明橋爪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】実効開口率を高めて明るい表示画像を得るこ
とが可能な液晶装置を提供すること。【解決手段】液晶装置１００は、基板１１０と、この
基板１１０に対向するように配置された対向基板１２０
とを有している。基板１１０と対向基板１２０の間に
は、液晶層１３０がシール材１４０によって充填されて
いる。対向基板１２０は接着層１５０によって相互に貼
り合わされた一対のマイクロレンズ基板１２１、１２２
を備えている。各マイクロレンズ基板１２１、１２２の
接着層１５０の側の面には、マイクロレンズ１６１、１
６３からなるマイクロレンズアレイ１６２、１６４が形
成され、これらのマイクロレンズ１６１、１６３によっ
て各画素開口部１８０に対して光が集光される。従っ
て、実質的な焦点距離を短くできるので、実効開口率を
高めて充分に明るい高画質の画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロレンズア
レイを使用して実効開口率の向上が図られている液晶装
置、およびこの液晶装置が組み込まれた投写型表示装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶装置を用いた投写型表示装置
が注目されており、この理由は、直視型の液晶装置で大
画面化を図るのは非常に困難であるが、小型の液晶装置
の画像をスクリーンなどに投写すれば簡単に高画質の大
きな画像を得ることができるからである。液晶装置を投
写型表示装置に用いる場合には、高い拡大率でも画質に
粗さが目立たないように、画素数を増やす必要がある。
画素数を増やすと、液晶装置では画素以外の部分の面積
もそれに伴って多くなる。特に、アクティブマトリクス
型の液晶装置ではその傾向が強い。画素以外の部分には
一般的にブラックマトリクスと呼ばれる遮光層が形成さ
れ、画像表示に係わる画素の開口部の面積が減少する。
この結果、精細化された液晶装置の開口率は非常に小さ
くなり、表示画像が暗くなってしまう。

【０００３】液晶装置の精細化に伴う開口率の低下を防
ぐために、液晶装置にマイクロレンズを取付け、このマ
イクロレンズによって充分な量の光を各画素の開口部に
集光するようにした構成の液晶装置が提案されている。
このような液晶装置は、例えば、特開平３−２４８１２
５号公報、特開平７−２２５３０３号公報等に開示され
ている。

【０００４】これらの公報に開示されている液晶装置
は、接着剤によって相互に貼り合わされた一対のガラス
基板を備えた対向基板を有し、この対向基板が液晶層を
介して透明基板に積層配置された構成となっている。対
向基板の外側のガラス基板における液晶層側の面には、
各画素に対応した複数のマイクロレンズからなるマイク
ロレンズアレイが形成されている。

【０００５】このような液晶装置によれば、通常はブラ
ックマトリクスに照射されてしまう光成分を、マイクロ
レンズアレイによって対応する画素開口部に集光するこ
とができるので、実質的な開口率を向上でき、明るい表
示画像を得ることができる。なお、特開平７−１８１３
０５号公報公報には、そのマイクロレンズアレイの製造
方法が詳しく記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、マイクロレン
ズアレイを構成する複数のマイクロレンズの焦点距離が
長いと画素開口部における光の径が大きくなり、ブラッ
クマトリクスで遮光される光成分が発生するため、画素
開口部に効率良く光を照射することができない。従っ
て、明るい表示画像を得るためには、マイクロレンズの
曲率半径を小さくしてマイクロレンズの焦点距離を短く
することが望ましい。

【０００７】しかしながら、マイクロレンズの曲率半径
を小さくしすぎると、収差の影響を大きく受けるように
なり、微小な集光スポットが得られず、かえって光の集
光性が低下してしまう恐れがある。特に、高精細化され
た液晶装置の画素開口部は小さいので、上記の傾向が顕
著に現れ、この結果、表示画像が暗くなってしまう。

【０００８】本発明の課題は、高精細化された液晶装置
においても、マイクロレンズの曲率半径を小さくするこ
となく、その実質的な焦点距離を短くすることにより実
効開口率を高めて十分に明るい表示画像を得ることが可
能な液晶装置を提供することにある。また、この液晶装
置が組み込まれた投写型表示装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では、マトリクス状に配置された複数の画素
を備え、一対の基板によって液晶層が挟持された液晶装
置において、一方の前記基板は少なくとも一方の面にマ
イクロレンズアレイが形成された一対のマイクロレンズ
基板を備え、前記一対のマイクロレンズ基板に形成され
た前記マイクロレンズによって各画素の開口部に光を集
光するようにしている。

【００１０】このように構成した本発明の液晶装置で
は、２枚のマイクロレンズ基板を用いて画素開口部に光
を集光することにより、複数のマイクロレンズの曲率半
径を小さくすることなく、実質的な焦点距離を短くして
いる。焦点距離を短くすることにより、画素開口部にお
ける光の径を小さくすることができ、ブラックマトリッ
クスに遮光されることなく、画素開口部に対して光を効
率良く照射することができる。また、マイクロレンズの
曲率半径を小さくしなくてもよいので、収差の少ない状
態で光を画素開口部に集光できる。このため、高精細化
された液晶装置であっても、その画素開口部に対して効
率良く光を集光でき、実効開口率を高めて十分に明るい
表示画像を得ることができる。

【００１１】本発明において、一対のマイクロレンズ基
板は、例えば、双方のマイクロレンズアレイが対向する
ように配置される。この場合、マイクロレンズアレイが
形成されている面を互いに接着固定するようにしても良
く、また、空気層を介して互いに固定するようにしても
良い。一対のマイクロレンズ基板の間に接着剤が介在し
ている場合には、一般的にマイクロレンズ基板と接着剤
との屈折率の差が比較的小さいので、画素開口部に光を
十分に集光するためには、曲率半径がある程度小さなマ
イクロレンズを用いることが望ましい。これに対して、
一対のマイクロレンズ基板を空気層を介して固定する場
合には、マイクロレンズ基板と空気層との屈折率の差が
大きいので、曲率半径が比較的大きいマイクロレンズを
使用しても、画素開口部に光を十分に集光できる。

【００１２】また、一対のマイクロレンズ基板を、それ
ぞれに形成されたマイクロレンズアレイが光出射面側と
なるように配置してしても良く、このように配置した場
合には、液晶装置から出射される光の広がりを抑えるこ
とができる。従って、投写型表示装置のライトバルブと
して採用すれば、投写レンズに呑み込まれる光量が多く
なり、明るい投写画像を得ることができる。

【００１３】一対のマイクロレンズ基板を固定するに
は、各基板をスペーサーを介して互いに固定することが
望ましい。スペーサーを各基板間に介在させると、各基
板間のキャップを均一に保持できる。スペーサーは、別
部品であっても良いが、一方のマイクロレンズ基板に一
体形成すれば、部品点数の増加を防ぐことができ、液晶
装置のコストの高騰を回避できる。

【００１４】本発明の液晶装置は、光源から出射された
光束を画像情報に対応して変調する変調手段と、当該変
調手段によって変調された光束を投写面上に拡大投写す
る投写手段とを有する投写型表示装置の前記変調手段と
して用いることができる。本発明の液晶装置は、前述し
たように、高精細化に伴う開口率の低下を抑制できるの
で、この液晶装置を備えた投写型表示装置によれば、明
るい高画質の画像を投写することができる。

【００１５】特に、光源から出射された光束を各色の光
束に分離する色分離手段と、この色分離手段によって分
離された各色の光束を画像情報に対応して変調する複数
の変調手段と、これらの変調手段によりそれぞれ変調さ
れた各色の光束を合成する色合成手段と、この色合成手
段によって合成された光束を投写面上に拡大投写する投
写手段とを有する投写型表示装置の変調手段として本発
明の液晶装置は適している。

【００１６】

【発明の実施の形態】

［実施の形態１］（液晶装置）以下に、図面を参照して本発明を適用した
液晶装置の一例を説明する。図１にはその液晶装置の断
面図を示してある。この図に示すように、本例の液晶装
置１００は、基板１１０と、この基板１１０に対向する
ように配置された対向基板１２０とを有し、この基板１
１０と対向基板１２０の間に液晶層１３０が封入された
構造となっている。液晶層１３０は、シール材１４０に
よって基板１１０と対向基板１２０の間に充填されてい
る。

【００１７】基板１１０はアクティブマトリクス基板で
あり、石英ガラス等からなるガラス基板上に配向膜、画
素電極、スイッチング素子、バス配線等が形成された構
造となっている。例えば、スイッチング素子としては、
ポリシリコンＴＦＴを用いることができる。

【００１８】対向基板１２０は、一方の面にマイクロレ
ンズアレイ１６２、１６４が形成された一対のマイクロ
レンズ基板１２１、１２２を備え、これらのマイクロレ
ンズ基板１２１、１２２は接着層１５０を介して相互に
貼り合わされている。マイクロレンズ基板１２１、１２
２は共に石英やネオセラム等からなる結晶化ガラスから
形成されている。

【００１９】これらのマイクロレンズ基板１２１、１２
２のうち、光入射側のマイクロレンズ基板１２１の光出
射側の面には、複数のマイクロレンズ１６１からなるマ
イクロレンズアレイ１６２が一体に形成されている。各
マイクロレンズ１６１は球状の凸レンズであり、アクテ
ィブマトリクス基板１１０の各画素に対応してマトリク
ス状に配列されている。このため、マイクロレンズ基板
１２１に入射した光の殆ど全ては、マイクロレンズアレ
イ１６２、１６４によって対応する画素開口部１８０に
導かれ、画素開口部１８０における集光量を増やすこと
ができる。

【００２０】光出射側のマイクロレンズ基板１２２の光
入射側の面にも、マイクロレンズ基板１２１と同様に、
複数のマイクロレンズ１６３からなるマイクロレンズア
レイ１６４が一体に形成されている。本例の液晶装置１
００では、一対のマイクロレンズ基板１２１、１２２
は、互いのマイクロレンズアレイ１６２、１６４が接着
層１５０を挟んで対向するように配置されている。マイ
クロレンズ基板１２２に形成された各マイクロレンズ１
６３は、マイクロレンズ基板１２１の側が凸になった球
状の凸レンズであり、マイクロレンズ基板１２１、マイ
クロレンズ１６１、接着層１５０、マイクロレンズ１６
３、マイクロレンズ基板１２２を通った光が画素開口部
１８０に集光するように、その光学特性が付与されてい
る。また、各マイクロレンズ１６１から出射された光Ｌ
に生じている収差を相殺する収差を与えるように、その
光学特性が付与されている。

【００２１】このように本例の液晶装置１００において
は、それぞれのマイクロレンズ１６１、１６３がマイク
ロレンズ基板１２１、１２２に一体に形成されているの
で、別途形成されたマイクロレンズをマイクロレンズ基
板に貼り付ける等の手間の係る作業が不要である。マイ
クロレンズ基板１２１、１２２に複数のマイクロレンズ
１６１、１６３を一体に形成するには、例えば、マイク
ロレンズ基板に所望のマイクロレンズが得られるように
パターニングした後、フォトリソグラフィ法によって形
成することができる。

【００２２】また、マイクロレンズアレイは機械加工法
で素材を削ることによって形成することもできる。さら
に、蒸着法等によって形成することも可能である。この
場合には、基板上にマイクロレンズの輪郭形状と同様の
凹部を形成しておき、この凹部が充填されるまで所定の
物質を蒸着し、その後、全体の厚さ（マイクロレンズ基
板となる部分の厚さ）を研磨等によって調整すれば良
い。なお、マイクロレンズをマイクロレンズ基板とは異
なる材料から形成しても良いのは勿論である。

【００２３】本例の液晶装置１００において、マイクロ
レンズ基板１２２の光出射側の面には、アクティブマト
リクス基板に形成されているスイッチング素子に光が照
射されるのを防止するために、金属クロム等からなるブ
ラックマトリクス１７０が蒸着などによって形成されて
いる。このブラックマトリクス１７０によってスイッチ
ング素子の光劣化の防止や、画素間の漏れ光の防止等の
効果が得られ、明るくコントラストの高い表示画像を得
ることができる。また、マイクロレンズ基板１２２の光
出射側の面には、不図示の共通透明電極や配向膜等も形
成されている。

【００２４】このように構成された液晶装置１００にお
いて、対極側からマイクロレンズ基板１２１に入射した
光Ｌは、マイクロレンズアレイ１６２の各マイクロレン
ズ１６１で屈折し、光出射側のマイクロレンズ基板１２
２の対応するマイクロレンズ１６３に向けて出射され
る。この出射された光Ｌは、マイクロレンズ１６３で屈
折して対応する画素開口部１８０に集光する。

【００２５】ここで、収差を少なくするためにマイクロ
レンズ１６１の曲率半径を大きくすると、焦点距離が長
くなる。よって、光出射側マイクロレンズ基板１２２に
マイクロレンズ１６３が形成されていないと、図１に破
線で示すように、光Ｌが焦点を結ぶ位置は液晶層１３０
の側にシフトして、光の一部がブラックマトリクス１７
０に遮られ、表示画像を暗くする要因となる。本例の液
晶装置１００においては、光入射側マイクロレンズ基板
１２１のマイクロレンズ１６１から出射された光Ｌを、
光出射側マイクロレンズ基板１２２のマイクロレンズ１
６３で屈折させて画素開口部１８０に集光させるように
している。このため、曲率半径の小さいマイクロレンズ
を用いなくても、実質的な焦点距離を短くでき、画素開
口部１８０に微小な光スポットを形成することができ
る。

【００２６】また、光入射側のマイクロレンズ基板１２
１の各マイクロレンズ１６１から出射された光Ｌには少
なからず収差が生じているが、本例の液晶装置１００で
は、光出射側のマイクロレンズ基板１２２に形成された
各マイクロレンズ１６３によって、その光Ｌが持つ収差
とは相反する収差が付与される。このため、光入射側マ
イクロレンズ基板１２１の各マイクロレンズ１６１から
出射された光Ｌは、光出射側マイクロレンズ基板１２２
の各マイクロレンズ１６３によって収差が補正された状
態で画素開口部１８０に集光することになる。

【００２７】詳しく説明すると、明るい表示画像を得る
ために、光入射側マイクロレンズ基板１２１のマイクロ
レンズ１６１の曲率半径を小さくした場合には、そのマ
イクロレンズ１６１を通った光Ｌに生じる収差が大きく
なり、集光性が劣化して表示画像が暗くなる要因とな
る。本例の液晶装置１００では、光入射側マイクロレン
ズ基板１２１のマイクロレンズ１６１から出射された光
Ｌには、もう一方のマイクロレンズ１６３でその光Ｌが
持っている収差を打ち消す方向の収差が与えられる。従
って、マイクロレンズ１６１の曲率半径を小さくした場
合でも、画素開口部１８０での集光性の劣化を防ぐこと
ができる。

【００２８】以上のように、本例の液晶装置１００で
は、一対のマイクロレンズ基板１２１、１２２を用いて
画素開口部１８０に対して実質的に焦点距離が短く、し
かも収差の少ない状態で光を集光できる。従って、開口
率の低下が顕著な高精細化された液晶装置であっても、
その画素開口部に対して光を効率良く照射することがで
き、明るい表示画像を得ることができる。

【００２９】なお、本例の液晶装置１００では、マイク
ロレンズ基板１２１、１２３に各マイクロレンズアレイ
１６２、１６４を一体に形成してあるが、別途マイクロ
レンズアレイ１６２、１６４を形成しておき、後からこ
れらのマイクロレンズアレイ１６２、１６４をマイクロ
レンズ基板１２１、１２２に接合しても良い。また、必
ずしもマイクロレンズ１６１、１６３を最密状態に配列
する必要はなく、充分な実効開口率が得られる場合に
は、隣り合うマイクロレンズ１６１、１６３の間にスペ
ースができるようにマイクロレンズ１６１、１６２を配
列することもできる。

【００３０】（投写型表示装置）先に説明した液晶装置
を備えた投写型表示装置の一例を説明する。本例の投写
型表示装置は、光源ランプユニットから出射された白色
光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色光束に分
離し、これらの各色光束をライトバルブとしての本発明
を適用した液晶装置を通して画像情報に対応させて変調
し、変調した後の各色の光束を再合成して、投写光学系
を介してスクリーン上に拡大表示する形式のものであ
る。

【００３１】図２には本例の投写型表示装置の外観を示
してある。この図に示すように、本例の投写型表示装置
１は直方体形状をした外装ケース２を有している。外装
ケース２は、基本的には、アッパーケース３と、ロアー
ケース４と、装置前面を規定しているフロントケース５
から構成されている。フロントケース５の中央からは投
写レンズユニット６の先端側の部分が突出している。

【００３２】図３には、投写型表示装置１の外装ケース
２の内部における各構成部分の配置を示してあり、図４
には、図３のＡ−Ａ線における断面を示してある。これ
らの図に示すように、外装ケース２の内部において、そ
の後端側には電源ユニット７が配置されている。この電
源ユニット７よりも装置前側の隣接した位置には光源ラ
ンプユニット８が配置されている。光源ランプユニット
８の装置前側には光学ユニット９が配置されている。光
学ユニット９の前側の中央には、投写レンズユニット６
の基端側が位置している。

【００３３】一方、光学ユニット９の側方には、装置の
前後方向に向けて入出力インターフェース回路が搭載さ
れたインターフェース基板１１が配置され、このインタ
ーフェース基板１１に平行にビデオ信号処理回路が搭載
されたビデオ基板１２が配置されている。さらに、光源
ランプユニット８、光学ユニット９の上側には、装置駆
動制御用の制御基板１３が配置されている。装置前端側
の左右の角には、それぞれスピーカ１４Ｒ、１４Ｌが配
置されている。

【００３４】光学ユニット９の上面側の中央には冷却用
の吸気ファン１５Ａが配置され、光学ユニット９の底面
側の中央には冷却用循環流形成用の循環用ファン１５Ｂ
が配置されている。また、光源ランプユニット８の裏面
側である装置側面には排気ファン１６が配置されてい
る。そして、電源ユニット７における基板１１、１２の
端に面する位置には吸気ファン１５Ａからの冷却用空気
流を電源ユニット７内に吸引するための補助冷却ファン
１７が配置されている。

【００３５】電源ユニット７の直上には、その装置左側
の位置にフロッピーディスク駆動ユニット（ＦＤＤ）１
８が配置されている。

【００３６】光源ランプユニット８は光源ランプ８０を
備えており、この光源ランプ８０は、ハロゲンランプ、
キセノンランプ、メタルハライドランプ等のランプ本体
８１と、断面が放物線形状の反射面を備えたリフレクタ
８２を備えており、ランプ本体８１からの発散光を反射
してほぼ光軸に沿って光学ユニット９の側に向けて出射
できるようになっている。

【００３７】図５には、光学ユニット９および投写レン
ズユニット６の部分を取り出して示してある。この図に
示すように、光学ユニット９は、その色合成プリズム１
０以外の光学素子が上下のライトガイド９０１、９０２
の間に上下から挟まれて保持された構成となっている。
これらの上ライトガイド９０１、下ライトガイド９０２
は、それぞれアッパーケース３およびロアーケース４の
側に固定ねじにより固定されている。また、これらの上
下のライトガイド板９０１、９０２は、色合成プリズム
１０の側に同じく固定ねじによって固定されている。色
合成プリズム１０は、ダイキャスト板である厚手のヘッ
ド板９０３の裏面側に固定ねじによって固定されてい
る。このヘッド板９０３の前面には、投写レンズユニッ
ト６の基端側が同じく固定ねじによって固定されてい
る。

【００３８】図６には、本例の投写型表示装置１に組み
込まれている光学系の概略構成を示してある。本例の投
写型表示装置１の光学系には、光源ランプユニット８の
構成要素である光源ランプ８０と、均一照明光学素子で
あるインテグレータレンズ９２１およびインテグレータ
レンズ９２２から構成される均一照明光学系９２３が採
用されている。そして、投写型表示装置１は、この均一
照明光学系９２３から出射される白色光束Ｗを赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分離する色分離光学系９
２４と、各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを変調する３枚の液晶装置
１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂと、変調された後の色光
束を再合成する色合成光学系としての色合成プリズム１
０と、合成された光束をスクリーン１０００の表面に拡
大投写する投写レンズユニット６のうち、青色光束Ｂに
対応する液晶装置１００Ｂに導く導光系９２７を備えて
いる。

【００３９】均一照明光学系９２３は、反射ミラー９３
１を備えており、均一照明光学系９２３からの出射光の
光軸１ａを装置前方向に向けて直角に折り曲げるように
している。この反射ミラー９３１を挟んでインテグレー
タレンズ９２１、９２２が直交する状態に配置されてい
る。

【００４０】光源ランプ８０からの出射光は、このイン
テグレータレンズ９２１を介してインテグレータレンズ
９２２を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２
次光源像として投写され、当該インテグレータレンズ９
２２からの出射光を用いて被照明対象物が照射されるこ
とになる。

【００４１】各色分離光学系９２４は、青緑反射ダイク
ロイックミラー９４１と、緑反射ダイクロイックミラー
９４２と、反射ミラー９４３から構成される。白色光束
Ｗは、まず、青緑反射ダイクロイックミラー９４１にお
いて、そこに含まれている青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇ
が直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー９４２
の側に向かう。

【００４２】赤色光束Ｒはこのミラー９４１を通過し
て、後方の反射ミラー９４３で直角に反射されて、赤色
光束Ｒの出射部９４４からプリズムユニット１０の側に
出射される。ミラー９４１において反射された青色、緑
色光束Ｂ、Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー９４２に
おいて、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束
Ｇの出射部９４５から色合成光学系の側に出射される。
このミラー９４２を通過した青色光束Ｂは、青色光束Ｂ
の出射部９４６から導光系９２７の側に出射される。本
例では、均一照明光学素子の白色光束Ｗの出射部から、
色分離光学系９２４における各色光束の出射部９４４、
９４５、９４６までの距離が全て等しくなるように設定
されている。

【００４３】色分離光学系９４２の赤色、緑色光束Ｒ、
Ｇの出射部９４４、９４５の出射側には、それぞれ集光
レンズ９５１、９５２が配置されている。したがって、
各出射部から出射した赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは、これら
の集光レンズ９５１、９５２に入射して平行化される。

【００４４】このように平行化された赤色、緑色光束
Ｒ、Ｇは液晶装置１００Ｒ、１００Ｇに入射して変調さ
れ、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわ
ち、これらの液晶装置は、不図示の駆動手段によって画
像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、
ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆
動手段は公知の手段をそのまま使用することができる。
一方、青色光束Ｂは、導光系９２７を介して対応する液
晶装置１００Ｂに導かれ、ここにおいて、同様に画像情
報に応じて変調が施される。

【００４５】導光系９２７は、青色光束Ｂの出射部９４
６の出射側に配置した集光レンズ９５４と、入射側反射
ミラー９７１と、出射側反射ミラー９７２と、これらの
反射ミラーの間に配置した中間レンズ９７３と、液晶装
置１００Ｂの手前側に配置した集光レンズ９５３とから
構成される。各色光束の光路長、すなわち、光源ランプ
８０から各液晶パネルまでの距離は青色光束Ｂが最も長
くなり、したがって、この光束の光量損失が最も多くな
る。しかし、導光系９２７を介在させることにより、光
量損失を抑制できる。よって、各色光束の光路長を実質
的に等価にすることができる。

【００４６】次に、各液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１
００Ｂを通って変調された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、色合
成プリズム１０に入射して、ここで再合成される。この
色合成プリズム１０によって合成されたカラー画像は、
投写レンズユニット６を介して所定の位置にあるスクリ
ーン１０００の表面に拡大投写される。

【００４７】このように構成された投写型表示装置１
は、本発明を適用した液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１
００Ｂを備えている。液晶装置１００Ｒ、１００Ｇ、１
００Ｂは、前述したように、高精細化に起因した実効開
口率の低下の程度を少なくできるので、液晶装置１００
Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを備えた投写型表示装置１によ
れば、充分に明るい高画質の画像をスクリーン１０００
の表面に拡大投写することができる。

【００４８】［実施の形態２］図７には実施の形態２に
係る液晶装置１０１の断面図を示してある。なお、図７
において前述した液晶装置１００と共通する部分につい
ては、同符号を付して説明を省略する。

【００４９】図７に示すように、本例の液晶装置１０１
において、一対のマイクロレンズ基板２２１、２２２
は、スペーサー２５１によって空気層２５０を介して相
互に固定されており、スペーサー２５１によって基板間
のキャップが均一に保持されている。スペーサー２５１
としては、例えば、一定の径を有する粒子を含んだ樹脂
層で形成することができる。また、スペーサー２５１
は、ドライエッチング等によってマイクロレンズ基板２
２１にマイクロレンズアレイ２６２を形成する際、また
は、ドライエッチング等によってマイクロレンズ基板２
２２にマイクロレンズアレイ２６４を形成する際に、マ
イクロレンズ基板２２１またはマイクロレンズ基板２２
２に一体形成するようにしても良い。このようにスペー
サー２５１を一方のマイクロレンズ基板２２１または２
２２に一体形成するようにすれば、部品点数の増加を防
ぐことができ、液晶装置のコスト高騰を防ぐことができ
る。

【００５０】なお、それぞれのマイクロレンズ２６１、
２６３は、マイクロレンズ基板２２１、マイクロレンズ
２６１、空気層２５０、マイクロレンズ２６３、マイク
ロレンズ基板２２２を通った光が画素開口部１８０に集
光するように、その光学特性が付与されている。また、
各マイクロレンズ２６１から出射された光Ｌに生じてい
る収差を相殺する収差を与えるように、その光学特性が
付与されている。

【００５１】このように構成した液晶装置１０１におい
ても、光入射側のマイクロレンズ基板２２１のマイクロ
レンズ２６１から出射された光Ｌを、光出射側のマイク
ロレンズ基板２２２のマイクロレンズ２６３で屈折させ
て画素開口部１８０に集光させるので、曲率半径の小さ
いマイクロレンズを用いなくても、実質的な焦点距離を
短くでき、画素開口部１８０に微小な光スポットを形成
することができる。また、光入射側のマイクロレンズ基
板２２１の各マイクロレンズ２６１から出射された光Ｌ
には少なからず収差が生じているが、光出射側のマイク
ロレンズ基板２２２に形成された各マイクロレンズ２６
３によって、その光Ｌが持つ収差とは相反する収差が付
与され、収差の少ない状態で画素開口部１８０に光を集
光することができる。従って、本例の液晶装置１０１が
開口率の低下が顕著な高精細化された液晶装置であって
も、その画素開口部に対して光を効率良く照射すること
ができ、明るい表示画像が得られる。

【００５２】これに加えて、本例の液晶装置１０１で
は、次のような効果を得ることができる。２つのマイク
ロレンズ基板２２１、２２２の間に接着剤が介在してい
る場合には、一般的にマイクロレンズ基板２２１、２２
２と接着剤との屈折率が比較的小さいので、画素開口部
１８０に光を十分に集光するためには、比較的小さな曲
率半径のマイクロレンズを形成する必要がある。これに
対して、本例の液晶装置１０１では、一対のマイクロレ
ンズ基板２２１、２２２の間に空気層２５０が介在さ
せ、マイクロレンズ基板２２１、２２２と空気層２５０
との屈折率の差を比較的大きくしてある。このため、比
較的曲率半径の大きなマイクロレンズを採用しても、画
素開口部１８０に対して光を十分に集光することができ
る。

【００５３】なお、光利用効率を向上させるため、マイ
クロレンズアレイ２６２、２６４の表面には反射防止膜
を形成しておくことが好ましい。

【００５４】［実施の形態３］図８には実施の形態３に
係る液晶装置１０２の断面図を示してある。なお、図８
において前述した液晶装置１００と共通する部分につい
ては、同符号を付して説明を省略する。

【００５５】図８に示すように、本例の液晶装置１０２
において、一対のマイクロレンズ基板３２１、３２２
は、それぞれに形成されたマイクロレンズアレイ３６
２、３６４が光出射面側となるように配置されている。
光入射側のマイクロレンズ基板３２１では、そのマイク
ロレンズアレイ３６２が形成された面は接着層３５０を
介して光出射側のマイクロレンズ基板３２２のマイクロ
レンズアレイ３６４が形成されていない面に固定されて
いる。また、光出射側のマイクロレンズ基板３２２で
は、そのマイクロレンズアレイ３６４が形成された面は
接着層３５１によって平坦化されている。本例では、こ
の接着層３５１の表面にブラックマトリクス１７０が形
成されている。

【００５６】このように構成された本例の液晶装置１０
２において、対極側からマイクロレンズ基板３２１に入
射した光Ｌは、マイクロレンズアレイ３６２の各マイク
ロレンズ３６１で屈折し、接着層３５０、マイクロレン
ズ基板３２２を通って、当該マイクロレンズ基板３２２
の対応するマイクロレンズ３６３に集光する。そして、
マイクロレンズ３６３から対応する画素開口部１８０に
向けて出射される。

【００５７】本例の液晶装置１０２においても、ブラッ
クマトリクス１７０に遮光されることなく、画素開口部
１８０に効率良く光を照射することができる。この結
果、開口率の低下が顕著な高精細化された液晶装置であ
っても、本例の構成を適用すれば、その画素開口部に対
して光を効率良く導くことができ、明るい表示画像を得
ることができる。

【００５８】これに加えて、本例の液晶装置１０２で
は、光出射側のマイクロレンズ基板３２２に形成された
マイクロレンズアレイ３６４を光出射面側に向くように
配置して、各マイクロレンズ３６３から出射された光の
広がりを少なくしてある。従って、各マイクロレンズ３
６３から出射された光の広がりが少ないので、装置から
出射される光の広がりも抑制できる。従って、本例の液
晶装置１０２を投写型表示装置のライトバルブとして採
用すると、投写レンズに呑み込まれる光量を増やすこと
ができ、より明るい投写画像を得ることができる。

【００５９】ここで、本例の液晶装置１０２において、
接着層３５１は、光出射側のマイクロレンズ基板３２２
にマイクロレンズアレイ３６４を形成した後、当該マイ
クロレンズアレイ３６４の表面に接着剤を塗布し、その
表面を平坦化して硬化することにより形成することがで
きる。この時、マイクロレンズアレイ３６４による凹凸
が生じない程度の厚さの接着層３５１を形成することが
好ましい。

【００６０】接着剤としては、紫外線などの光によって
硬化する光硬化型の接着剤や、熱によって硬化する熱硬
化型の接着剤を用いることができる。なお、光硬化型の
接着剤は短時間で硬化させることができるので、硬化時
間を考慮した場合には、熱硬化型より光硬化型の接着剤
を採用する方が有利である。

【００６１】平坦な接着層３５１を形成するためには、
例えば、比較的流動性の高い接着剤を用いれば良い。ま
た、マイクロレンズ基板３２２を高速で回転させながら
接着剤を塗布する、所謂スピンコート法によって接着剤
をマイクロレンズ基板３２２に塗布すれば良い。

【００６２】さらに別の方法としては、まず、マイクロ
レンズ基板３２２の表面に接着剤を塗布する。次に、そ
の接着剤の上に、研磨等により平坦化された表面に接着
剤がつかないような処理を施した平坦化部材を載置す
る。次に、平坦化部材とマイクロレンズ基板３２２とを
摺り合わせて、接着剤の表面を平坦化する。最後に、接
着剤を硬化させ、平坦化部材を取り除くと、平坦化され
た接着層３５１が形成される。この時使用する平坦化部
材としては、光透過性を有する材料から形成されたもの
であることが望ましく、このような平坦化部材を用いれ
ば、光硬化型の接着剤を用いた場合には光照射面積を大
きくでき、硬化時間の短縮化を図ることができる。

【００６３】［その他の実施の形態］なお、投写型表示
装置１は、投写面を観察する側から投写を行う全面投写
型表示装置であるが、本発明の液晶装置は、投写面を観
察する側とは反対の方向から投写を行う背面投写型表示
装置にも適用可能である。また、先に述べた実施形態で
は、実施形態１に係る液晶装置１００を投写型表示装置
のライトバルブとして採用した例を挙げたが、実施形態
２、３に係る液晶装置１０１、１０２をかわりに採用し
ても良い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶装置
では、２枚のマイクロレンズ基板を用いて、複数のマイ
クロレンズの曲率半径を小さくすることなく、実質的な
焦点距離を短くするようにしている。従って、画素開口
部における光スポットを小さくすることができ、ブラッ
クマトリックスに妨げられることなく、画素開口部に対
して光を効率良く照射することができる。また、マイク
ロレンズの曲率半径を小さくしなくても良いので、収差
の少ない状態で光を画素開口部に集光できる。従って、
開口率の低下が顕著な高精細化された液晶装置であって
も、画素開口部に導かれる光量を増やすことができ、実
効開口率を高めて十分に明るい表示画像を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る液晶装置の概略断
面構成図である。

【図２】図１に示す液晶装置が組み込まれた投写型表示
装置の外観形状を示す斜視図である。

【図３】図２に示す投写型表示装置の内部構成を示す概
略平面構成図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線における概略断面構成図であ
る。

【図５】光学ユニットと投写レンズユニットの部分を取
り出して示す概略平面構成図である。

【図６】光学ユニットに組み込まれている光学系を示す
概略構成図である。

【図７】本発明の実施の形態２に係る液晶装置の概略断
面構成図である。

【図８】本発明の実施の形態３に係る液晶装置の概略断
面構成図である。

【符号の説明】

１投写型表示装置６投写レンズユニット７電源ユニット８光源ランプユニット９光学ユニット１０色合成プリズム１０００投写面９２１、９２２インテグレータレンズ９２３均一照明光学系９２４色分離光学系１００、１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ、１０１、１０
２液晶装置１１０基板１２０対向基板１２１、１２２、２２１、２２２、３２１、３２２マ
イクロレンズ基板１３０液晶層１４０シール材１５０、３５０、３５１接着層１６１、１６３、２６１、２６３、３６１、３６３マ
イクロレンズ１６２、１６４、２６２、２６４、３６２、３６４マ
イクロレンズアレイ１７０ブラックマトリクス１８０画素開口部２５１スペーサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリクス状に配置された複数の画素を
備え、一対の基板によって液晶層が挟持された液晶装置
であって、一方の前記基板は少なくとも一方の面にマイクロレンズ
アレイが形成された一対のマイクロレンズ基板を備え、前記一対のマイクロレンズ基板に形成された前記マイク
ロレンズアレイによって前記各画素の開口部に光を集光
することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】請求項１において、前記一対のマイクロ
レンズ基板は、双方の前記マイクロレンズアレイが対向
するように配置されていることを特徴とする液晶装置。
【請求項３】請求項２において、前記一対のマイクレ
ンズ基板の前記マイクロレンズアレイ側の面は互いに接
着されていることを特徴とする液晶装置。
【請求項４】請求項２において、前記一対のマイクロ
レンズ基板は、空気層を介して互いに固定されているこ
とを特徴とする液晶装置。
【請求項５】請求項４において、前記一対のマイクロ
レンズ基板は、スペーサーを介して互いに固定されてい
ることを特徴とする液晶装置。
【請求項６】請求項５において、前記スペーサーは前
記マイクロレンズ基板に一体形成されていることを特徴
とする液晶装置。
【請求項７】請求項２において、前記一対のマイクロ
レンズ基板は、それぞれに形成された前記マイクロレン
ズアレイが光出射面側となるように配置されていること
を特徴とする液晶装置。
【請求項８】光源から出射された光束を画像情報に対
応して変調する変調手段と、当該変調手段によって変調
された光束を投写面上に拡大投写する投写手段とを有
し、前記変調手段は、請求項１乃至７のうちのいずれか
の項に記載の液晶装置であることを特徴とする投写型表
示装置。
【請求項９】請求項８において、前記光源から出射さ
れた光束を各色の光束に分離する色分離手段と、当該色
分離手段によって分離された各色の光束を画像情報に対
応して変調する複数の前記変調手段と、当該変調手段の
それぞれによって変調された各色の光束を合成する色合
成手段とを有し、当該色合成手段によって合成された光
束を前記投写手段によって投写面上に拡大投写すること
を特徴とする投写型表示装置。