(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有限の大きさを有する光源と、各画素の開口形状が略長方形形状である
画素群を有する液晶パネルと、上記光源からの光を上記液晶パネルの各画素に集光させる
マイクロレンズアレイとを備えた画像表示装置において、
上記マイクロレンズアレイは、レンズ構成面が上記液晶パネルに向けて配置されると共に
、上記マイクロレンズアレイによる上記光源の像が上記各画素の開口を通過する際の集光
スポット径が、上記各画素の開口の長辺長以下となるように焦点距離、および上記各画素
との間隔が定められ、
上記マイクロレンズアレイの周辺部には上記間隔に基づいて高さを定められ、かつ上記マ
イクロレンズアレイと一体形成されたスペーサが配置され、
上記スペーサを介して上記マイクロレンズアレイを上記液晶パネルに配置したことを特徴
とする画像表示装置。
【請求項２】
上記集光スポット径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各
画素の開口の長辺長以下であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
有限の大きさを有する光源と、各画素の開口形状が略長方形形状である
画素群を有する液晶パネルと、上記光源からの光を上記液晶パネルの各画素に集光させる
マイクロレンズアレイとを備えた画像表示装置の製造方法において、
レンズ構成面が上記液晶パネルに向けて配置されると共に、上記マイクロレンズアレイに
よる上記光源の像が上記各画素の開口を通過する際の集光スポット径が、上記各画素の開
口の長辺長以下となるように焦点距離、および上記各画素との間隔が定められた上記マイ
クロレンズアレイと、
上記マイクロレンズアレイを上記液晶パネルに配置する際に、上記マイクロレンズアレイ
と上記液晶パネルが上記間隔に基づいて配置されるよう高さを定められ、かつ上記マイク
ロレンズアレイの周辺部に配置されたスペーサとを、同一の成形工程で一体形成すること
を特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項４】
上記集光スポット径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各
画素の開口の長辺長以下であることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置の製造方法
。
【請求項５】
各画素の開口形状が略長方形形状である画素群を有する装置に備えられ
た各画素に、有限の大きさを有する光源からの光を集光させるべく、基板表面にマイクロ
レンズアレイが形成されたマイクロレンズアレイ基板において、
上記マイクロレンズアレイは、レンズ構成面が上記画素群を有する装置に向けて配置さ
れると共に、上記マイクロレンズアレイによる上記光源の像が上記各画素の開口を通過す
る際の集光スポット径が、上記各画素の開口の長辺長以下となるように焦点距離、および
上記各画素との間隔が定められ、
上記マイクロレンズアレイの周辺部には上記間隔に基づいて高さを定められ、かつ上記マ
イクロレンズアレイと一体形成したスペーサを備え、
上記スペーサを介して上記画素群を有する装置に配置することを特徴とするマイクロレン
ズアレイ基板。
【請求項６】
上記集光スポット径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各
画素の開口の長辺長以下であることを特徴とする請求項５記載のマイクロレンズアレイ基
板。
【請求項７】
基板表面に形成され、各画素の開口形状が略長方形形状である画素群を
有する装置に備えられた各画素に、上記マイクロレンズアレイによる上記光源の像が上記
各画素の開口を通過する際の集光スポット径が、上記各画素の開口の長辺長以下となるよ
うに焦点距離、および上記各画素との間隔が定められ、かつレンズ構成面が上記画素群を
有する装置に向けて配置されたマイクロレンズアレイと、
上記マイクロレンズアレイを上記画素群を有する装置に配置する際に、上記マイクロレン
ズアレイと上記画素群を有する装置が上記間隔に基づいて配置されるよう高さを定められ
、かつ上記マイクロレンズアレイの周辺部に配置されたスペーサとを、同一の成形工程で
一体形成することを特徴とするマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項８】
上記集光スポット径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各
画素の開口の長辺長以下であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイ基
板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液晶表示パネルによる投影画面の高輝度化を目的として、該パネルにマイクロレンズアレイを装荷してなる画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルの高輝度化を目的にマイクロレンズアレイを該液晶表示パネルに装荷した従来の画像表示装置について、図１を参照して説明する。液晶表示パネル（以下、液晶パネルという）１は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）１１が形成されたＴＦＴ透明基板３と、これに対向する透明基板４と、液晶５とから構成されている。そして、この液晶パネル１にマイクロレンズアレイ２が装荷されている。ＴＦＴ透明基板３には、電極６が複数個、整列して配置されている。この電極６は光が透過し得るように透明になっていて、以下では、この電極６のことを液晶パネル１の開口ともいう。この開口は画素の形状に対応して略長方形状となっている。
【０００３】
液晶パネル１の構成を、図２、図３、図４に示す。ＴＦＴ透明基板３の上には、透明電極６、ゲート２４、絶縁膜２７、ＴＦＴ１１、ソース２２、ドレイン２３が設けられている。また、液晶５を挟んで、対向する透明基板４側には、絶縁膜２９、対向電極２０が設けられている。図５は液晶パネル１の開口６及び配線７を顕微鏡で見たときの図である。図６は液晶パネル１の開口６を透過した光のパターン（白色部）を示す。図７は液晶プロジェクタの光学系を示す。光源３１から出た光は反射鏡３２で反射され、光軸Ｌ上のコンデンサレンズ３３により集光され、マイクロレンズアレイ２を装着した液晶パネル１を透過した光は投影レンズ３７によってスクリーン３８上に結像投影される。液晶パネル１の前後には偏光板３５，３６が配置されている。
【０００４】
次に、マイクロレンズアレイ２を液晶パネル１に装荷しない場合と装荷した場合の画像表示について、図８及び図９により説明する。装荷しない場合、図８  （ａ）に示すように、入射光は液晶パネル１の開口６の部分のみを透過し、投影レンズ３７によってスクリーン３８上に、図９（ａ）に示すごとく、液晶パネル１の略長方形状をした開口パターンの拡大投影像が形成される。一方、マイクロレンズアレイ２を液晶パネル１に装荷した場合、図８（ｂ）に示すように、入射光はマイクロレンズアレイ２によって液晶パネル１の開口６位置に集光され、集光スポットが形成され、液晶パネル１を透過し、投影レンズ３７によってスクリーン３８上に、図９（ｂ）に示すごとく、集光スポットが拡大投影される。マイクロレンズアレイ２のマイクロレンズの曲率は等方性を持っているため、集光スポットの形状は円形となる。
【０００５】
ところで、液晶パネルの高輝度、高効率化を効果的に実現させるためには、この集光スポット形状を液晶パネルの開口形状（開口の短辺長）以下にする必要がある。このとき、開口形状は集光スポット形状と等価になる。従って、スクリーン上に投影される開口パターン（集光スポットパターン）の形状は、マイクロレンズアレイを液晶パネルに装荷しない場合と比較して小さくなる。このため、画像に寄与しない領域が増加し、画像の質が低下して、画像にザラツキが生じる。上記問題点を解決する例としては、集光スポット形状を開口形状以上にすることが考えられる。しかしながら、液晶パネルの高効率化に対しては、集光スポットが開口にケラレるため効率が低下する。
【０００６】
また、投影画面の高輝度化を目的に、液晶パネルの光源側にマイクロレンズアレイが装荷されてある。ここで、マイクロレンズアレイ２のピッチは液晶パネル１のピッチと等しく設定されている。しかしながら、マイクロレンズアレイ２のピッチと液晶パネル１のピッチとが等しい従来の構成においては、液晶プロジェクタの光軸Ｌから離れるにしたがって、マイクロレンズと液晶パネル１の開口６の位置がずれるため、画面の輝度が低下するといった問題点があった。図１７に、この画面輝度低下の原理を示す。コンデンサレンズ３３によって集光された光がマイクロレンズアレイ２に入射するため、液晶プロジェクタの光軸Ｌから離れる程マイクロレンズに入射する光は液晶プロジェクタの光軸Ｌに対して角度をもってくる。すなわち、各マイクロレンズの光軸はコンデンサレンズ３３の焦点Ｆの方向を向くことになる。従って、各マイクロレンズの集光スポットはそれぞれの光軸上に形成されるため、マイクロレンズによって集光される光は液晶パネル１の開口６を通過しなくなり、画面の輝度が低下するといった問題がある。
【０００７】
また、図１に示したような画像表示装置においては、マイクロレンズアレイ２は一般に２次元的な曲率構造をもつものが用いられている。このようなマイクロレンズアレイ２を液晶パネル１に実装する場合、マイクロレンズアレイ２が形成された基板の裏面の平坦面と液晶パネル１の透明基板４の平坦面とを接着固定する方法がある。この方法によれば、互いに平坦面を合わせて接着しているため、接着用の樹脂を全面に充填でき、接着強度が高いといった利点がある。一方、マイクロレンズアレイ２を液晶パネル１に装荷する最大の目的は液晶パネル１の高効率化にある。液晶パネル１の高効率化の原理を図２０に示す。図２０の（ａ）はレンズ形成面が開口面に近くない従来例を示し、（ｂ）は後述する本発明の実施例で、レンズ形成面が開口面に近い場合を示す。同図（ａ）の従来の場合、マイクロレンズアレイ２の厚さが０．７μｍ、基板８の厚さが１．１ｍｍあり、マイクロレンズアレイ２の１つのマイクロレンズ１０２を通過した光は、液晶パネル１の開口６にとどくまでに分散され、光の強度が弱められる。マイクロレンズアレイ２の形成面と液晶パネル１の開口面との光学距離はマイクロレンズアレイ２が構成された基板の厚みだけ離れた位置にあり、液晶パネル１の高効率化に対する効果は望めない。
【０００８】
また、上述したような液晶パネルにおいて、ＴＦＴ透明基板３と対向基板４の位置合わせは、それぞれの基板上の所定位置に形成されたアライメントマークの相対位置ズレを画像処理を用いて検出し、このズレを修正することで行われている。このときの位置合わせ精度は数μｍ程度である。アライメントマークには、画像としての認識特性を高めるために、光学的に不透明で、かつパネル作製プロセスラインで作製が容易であるＣｒ等の無機材料が用いられている。この位置合わせの概略手順を図３２に示しており、画像上において両者のアライメントマークが重なり合うことで調整が終了する。
【０００９】
図３３は２Ｐ法を用いて作製したマイクロレンズアレイ２のレプリカ構造を示す。マイクロレンズアレイ２と液晶パネル１との位置合わせ精度は、上述の液晶パネル１のＴＦＴ透明基板３と対向基板４の位置合わせ精度と同等レベル（数μｍ程度）が要求される。マイクロレンズアレイ２と液晶パネル１とを高精度に実装する方法として、上述の画像処理を用いた液晶パネル１の位置合わせ方法と同様の方法が考えられる。この方法を用いたマイクロレンズの位置合わせ法として、図３４に示すような以下のプロセスが考えられる。
【００１０】
図３４（ａ）に示すように、まず、液晶パネル１の場合と同様に、透明基板８上にＣｒ等を用いてアライメントマーク７３を形成する。次に、図３４（ｂ）に示すように、透明基板８上のアライメントマーク７３とスタンパ７１上のアライメントマークとの位置合わせを行う。次に、透明基板８上に光硬化性樹脂を塗布して、レンズパターンを硬化形成させる。次に、図３４（ｃ）に示すように、液晶パネル１との位置合わせを透明基板８上のアライメントマーク７３を用いて行う。
【００１１】
しかしながら、図３４に示すような位置合わせプロセスにおいては、次のような３つの問題点がある。▲１▼マイクロレンズアレイ２と液晶パネル１との位置合わせ精度を数μｍ程度にするためには、スタンパ７１とガラス基板８との位置合わせ精度をサブミクロン程度にする必要があり、実現性に欠ける。▲２▼スタンパ７１材は光学的に不透明で、かつＣｒと光反射強度が同程度であるＮｉが主流である。そのため、画像のコントラストがとれず、スタンパ７１とガラス基板８との位置合わせを行うのは非常に困難である。▲３▼新たに、ガラス基板８とスタンパ７１の位置合わせ工程が付加されるため液晶パネル１のトータルコストが上がる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような従来の問題点に着目してなされたもので、マイクロレンズアレイ形成面を液晶パネル側に向けて実装可能な構成とし、液晶パネルの画素へ効率よく光を集光させることができ、また、そのような構成にあって、液晶パネルへのマイクロレンズアレイの接着強度を高くすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、有限の大きさを有する光源と、各画素の開
口形状が略長方形形状である画素群を有する液晶パネルと、上記光源からの光を上記液晶
パネルの各画素に集光させるマイクロレンズアレイとを備えた画像表示装置において、上
記マイクロレンズアレイは、レンズ構成面が上記液晶パネルに向けて配置されると共に、
上記マイクロレンズアレイによる上記光源の像が上記各画素の開口を通過する際の集光ス
ポット径が、上記各画素の開口の長辺長以下となるように焦点距離、および上記各画素と
の間隔が定められ、上記マイクロレンズアレイの周辺部には上記間隔に基づいて高さを定
められ、かつ上記マイクロレンズアレイと一体形成されたスペーサが配置され、上記スペ
ーサを介して上記マイクロレンズアレイを上記液晶パネルに配置したものである。
請求項２の発明は、請求項１記載の画像表示装置において、上記集光スポット径が、上記
各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各画素の開口の長辺長以下であるものである。
請求項３の発明は、有限の大きさを有する光源と、各画素の開口形状が略長方形形状であ
る画素群を有する液晶パネルと、上記光源からの光を上記液晶パネルの各画素に集光させ
るマイクロレンズアレイとを備えた画像表示装置の製造方法において、レンズ構成面が上
記液晶パネルに向けて配置されると共に、上記マイクロレンズアレイによる上記光源の像
が上記各画素の開口を通過する際の集光スポット径が、上記各画素の開口の長辺長以下と
なるように焦点距離、および上記各画素との間隔が定められた上記マイクロレンズアレイ
と、上記マイクロレンズアレイを上記液晶パネルに配置する際に、上記マイクロレンズア
レイと上記液晶パネルが上記間隔に基づいて配置されるよう高さを定められ、かつ上記マ
イクロレンズアレイの周辺部に配置されたスペーサとを、同一の成形工程で一体形成する
ものである。
請求項４の発明は、請求項３記載の画像表示装置の製造方法において、上記集光スポット
径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各画素の開口の長辺長以下であるもの
である。
請求項５の発明は、各画素の開口形状が略長方形形状である画素群を有する装置に備えら
れた各画素に、有限の大きさを有する光源からの光を集光させるべく、基板表面にマイク
ロレンズアレイが形成されたマイクロレンズアレイ基板において、上記マイクロレンズア
レイは、レンズ構成面が上記画素群を有する装置に向けて配置されると共に、上記マイク
ロレンズアレイによる上記光源の像が上記各画素の開口を通過する際の集光スポット径が
、上記各画素の開口の長辺長以下となるように焦点距離、および上記各画素との間隔が定
められ、上記マイクロレンズアレイの周辺部には上記間隔に基づいて高さを定められ、か
つ上記マイクロレンズアレイと一体形成したスペーサを備え、上記スペーサを介して上記
画素群を有する装置に配置するものである。
請求項６の発明は、請求項５記載のマイクロレンズアレイ基板において、上記集光スポッ
ト径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各画素の開口の長辺長以下であるも
のである。
請求項７の発明は、基板表面に形成され、各画素の開口形状が略長方形形状である画素群
を有する装置に備えられた各画素に、上記マイクロレンズアレイによる上記光源の像が上
記各画素の開口を通過する際の集光スポット径が、上記各画素の開口の長辺長以下となる
ように焦点距離、および上記各画素との間隔が定められ、かつレンズ構成面が上記画素群
を有する装置に向けて配置されたマイクロレンズアレイと、上記マイクロレンズアレイを
上記画素群を有する装置に配置する際に、上記マイクロレンズアレイと上記画素群を有す
る装置が上記間隔に基づいて配置されるよう高さを定められ、かつ上記マイクロレンズア
レイの周辺部に配置されたスペーサとを、同一の成形工程で一体形成するマイクロレンズ
アレイ基板の製造方法である。
請求項８の発明は、請求項７記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法において、上記
集光スポット径が、上記各画素の開口の短辺長を超え、かつ上記各画素の開口の長辺長以
下であるものである。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、マイクロレンズアレイ形成面が液晶パネル開口面に近いので、液晶パネルの画素へ効率よく光を集光させることができる。また、スペーサを介してマイクロレンズアレイを液晶パネルに配置するので、液晶パネルのガラス基板の平坦面とマイクロレンズアレイの平坦面とを接着固定することができ、接着強度が高くなる。また、マイクロレンズアレイとスペーサとを一体形成するので、位置合わせが容易になる。
【００１５】
【実施例】
本発明の第１実施例による、曲率の非対称性を持つマイクロレンズアレイ２０２を液晶パネル１に装荷した光学系を図１０に示す。同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面、（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面を示す。図示のように、マイクロレンズアレイ２０２は、Ａ−Ａ線断面でのレンズ曲率と、Ｂ−Ｂ線断面でのレンズ曲率とが異なった構成とされている。
マイクロレンズアレイ２の設計例を図１１を参照して説明する。いま、コンデンサレンズ３３とマイクロレンズの合成焦点距離ｌ´を求める。コンデンサレンズ３３の焦点距離をＦｃ、マイクロレンズの焦点距離をｆ、コンデンサレンズ３３とマイクロレンズとの主平面間隔をｌとすると、コンデンサレンズ３３とマイクロレンズの合成焦点距離ｌ´は以下の計算式で求められる。
【００１６】
【数１】
0003553475.tif 000002
【００１７】
以上から、コンデンサレンズ３３とマイクロレンズの合成焦点距離ｌ´は近似的にマイクロレンズの焦点距離ｆと等しいものとして取扱えばよいことがわかる。実際に用いられる例としては、Ｆｃ＝１６０ｍｍ、ｌ＝１０ｍｍ、ｆ＝０、５ｍｍが上げられる。
【００１８】
図１２はマイクロレンズによる光源の結像径を示す。光源とマイクロレンズによって結像される光源３１の像は、反射鏡３２とマイクロレンズを介してコリメート型に接続されている。光源３１径をＤ、光源３１から反射鏡３２の主平面までの光軸Ｌにそった距離をＦｒ、コンデンサレンズ３３とマイクロレンズの合成焦点距離をｆ、また液晶パネルの開口径をａ×ｂ（ａ：短辺、ｂ：長辺）、マイクロレンズの開口径をｃ×ｄとする。マイクロレンズの曲率が等方性を持つ場合の集光スポット径Ｗは、
Ｗ＝Ｄ×ｆ／Ｆｒ
となる。
【００１９】
ここで、まず、Ｗ＞ａの場合におけるマイクロレンズの焦点距離を、図１３、図１５、図１６を参照しながら示す。ここで、ｌａはマイクロレンズの主平面から液晶パネル１の開口６までの光学距離、ｆｘ，ｆｙはそれぞれ２軸対称性を持つマイクロレンズに対して、座標軸を対応させたときのｘ方向，ｙ方向の焦点距離を表す。ｙ方向の焦点位置でのｘ方向の集光スポット径の増加量ΔＷｘは、ΔＷｘ＝ｄ／ｆｘ×（ｆｘ−ｆｙ）となる。このとき、ｘ方向の集光スポット径を開口６のｘ方向の長さｂと等しくするためには、ΔＷｘ＝ｂ−Ｗとすればよい。従って、マイクロレンズの焦点距離ｆｘは、
ｆｘ＝ｄ／（ｄ−ｂ＋Ｗ）×ｆｙ
ｆｙ＝ｌａ
となる。
【００２０】
次に、Ｗ＜ａの場合におけるマイクロレンズの焦点距離を、図１４、図１５、図１６を参照しながら示す。ｙ方向の焦点距離ｆｙ´（≠ｌａ）のときの集光スポット径の増加量ΔＷｙは、ΔＷｙ＝ｃ／ｆｙ´×（ｆｙ´−ｌａ）となる。このとき、ｙ方向の集光スポット径を開口６のｙ方向の長さａと等しくするためには、ΔＷｙ＝ａ−Ｗとすればよい。従って、焦点距離ｆｙ´は、ｆｙ´＝ｃ×ｌａ／（ｃ−ａ＋Ｗ）となる。また、このとき、ｘ方向の集光スポット径を開口径のｘ方向と等しくするためには、ΔＷｘ＝ｄ／ｆｘ´×（ｆｘ´−ｆｙ´）、ΔＷｘ＝ｂ−ａの２式より、マイクロレンズの焦点距離ｆｙ´は、
ｆｙ´＝ｃ×ｌａ／（ｃ−ａ＋Ｗ）
ｆｘ´＝ｄ／（ｄ＋ａ−ｂ）×ｆｙ´
となる。
なお、本実施例は、液晶パネル１の画素形状とマイクロレンズアレイ２の開口形状が等しいと仮定して計算している。
【００２１】
上記のような焦点距離のマイクロレンズを用いたマイクロレンズアレイ２０２を、液晶パネル１に装荷することにより、マイクロレンズアレイ２０２の集光スポットの形状を液晶パネル１の開口形状とほぼ等しくすることができるため、マイクロレンズアレイ２０２を装荷した場合の、スクリーンに投影される液晶パネル１の開口パターンを、マイクロレンズアレイ２０２を液晶パネル１に装荷しない場合の開口パターンと同形状にできる。これにより、画像に寄与しない領域が少なくなり、画質の低下を抑えることができる。なお、マイクロレンズの開口は矩形、円形、楕円形等で、長辺、短辺方向によって焦点距離が異なっていればよい。レンズの開口自体が楕円状で、光スポットが楕円状のまま集光されるものが考えられる。また、マイクロレンズアレイ２を液晶パネル１に装荷する向きはどちらでもよい。
【００２２】
次に、第２実施例について図１８を参照して説明する。この実施例は液晶パネル全面にわたりマイクロレンズの光軸と液晶開口の光軸を一致させたものである。液晶パネル１の開口６位置、及びマイクロレンズアレイ５２の形成面からコンデンサレンズ３３の焦点Ｆまでの光学距離をそれぞれＬ１，Ｌ２とする。また、液晶パネル１のピッチ及びマイクロレンズアレイ５２のピッチをそれぞれΛ１，Λ２とすると、
Λ２／Λ１＝Ｌ２／Ｌ１
の関係を満足するように構成することにより、マイクロレンズの全ての集光スポットを有効に液晶パネル１の開口６に透過させることができる。これにより、投影画面全域にわたり高輝度化を実現することができる。なお、レンズの開口、集光スポットはどのような形でもよく、マイクロレンズアレイ５２を液晶パネル１に装荷する向きはどちらでもよい。
【００２３】
次に、本発明の第３の実施例を説明する。液晶プロジェクタの結像光学系を図１９に示し、液晶パネルの高効率化の原理を図２０に示す。同図（ｂ）に示すように、この実施例では、マイクロレンズアレイ２のレンズ形成面を開口面に近くしている。この図２０（ｂ）の場合、従来の図２０（ａ）の構成に比べて、マイクロレンズ１０２を通過した光は分散されず、光の強度が弱められることはない。従って、支持基板８上に形成されているマイクロレンズアレイ２の位置する面が液晶パネル１の開口面に近い方がより集光スポット径が小さくなり、高効率化に対して有利であることが分かる。それ故、図２１に示すように、マイクロレンズアレイ２をそのレンズ構成面が液晶パネル１に向かうように配置することにより、液晶パネル１の高効率化が図れる。なお、レンズの開口、集光スポットはどんな形でもよい。
【００２４】
ここで、前述した図１２を用いて、従来の図２０（ａ）の構成の場合の集光スポット径について説明する。光源径をＤ＝２ｍｍ、反射鏡の焦点距離をＦｒ＝１３ｍｍ、液晶パネル１のガラス基板厚みをｄｐ＝１．１ｍｍ、マイクロレンズアレイ２の基板厚みをｄｍ＝１．１ｍｍとする。また、基板の屈折率をｎ＝１．５とすると液晶パネル１の開口面での集光スポット径Ｗは、
Ｗ＝Ｄ×（ｄｐ＋ｄｍ）／（Ｆｒ×ｎ）＝２２５μｍ
となる。液晶パネル１の開口形状ａ×ｂ＝１２０×９４μｍ２とすると、集光スポット径Ｗ＝２２５μｍに対して開口径が大きいため、効率は改善されないことになる。液晶パネル１のガラス基板の厚みは近年薄型化の傾向にあるが、研磨の困難さから生じる基板の平面度の低下、また液晶パネル１の製造プロセスでのハンドリング、搬送時での基板のたわみから生じる洗浄ムラ等により、薄型基板の実現は困難である。マイクロレンズアレイ２の基板も同様に、平面度、洗浄の難易度、強度から考えて、薄型基板化は困難である。以上から従来の構成では、液晶パネルの高効率化は困難であることが分る。
【００２５】
それに対して、本発明では、上記のようにマイクロレンズアレイ２をそのレンズ構成面が液晶パネル１に向かうように実装可能な構造として、上記問題を解決している。以下、この実装例として、スペーサ部材を用いた場合のスペーサ部材の構成例を説明する。図２２には、液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２の間に、スペーサ部材６１を設けた例を示す。このスペーサ部材６１は、平板、枠構造を持ち、枠の内径がマイクロレンズアレイ２の形成されている領域よりも大きく、かつ枠の外径が実装される液晶パネル１のガラス基板の外径よりも小さい。このようにすることにより、液晶パネル１のガラス基板の平坦面とマイクロレンズアレイ２の平坦面を接着固定できるため、接着強度を高くできる。図２３、図２４には、スペーサ部材６１がマイクロレンズアレイ２の基板８面に固定されているものを示す。
【００２６】
図２５にはスペーサ部材６２の枠構造の少なくとも１つの領域が切断された例を示す。この図では液晶パネルを省略している。マイクロレンズアレイ２を液晶パネル１に実装した構成において、液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２の形成面の間に空気層ができるが、上記のように、スペーサ部材６２に部分的に隙間を設けることにより、この空気層は大気圧と等しくなるため、外圧変化に伴うマイクロレンズアレイ２の基板のソリをなくすことができる。
【００２７】
図２６には、スタンパを用いてスペーサ部材６１を設けたマイクロレンズアレイ２の複製を作製する方法を示す。この作製法は、スペーサ部材６１を設けたマイクロレンズアレイ２を原盤として（ａ）、上からスタンパ７１材を堆積させ（ｂ）、スタンパ７１を作製する（ｃ）。このスタンパ７１を上下逆転させ、上から溶融樹脂７２を注入して、さらに支持基板８を載せる（ｄ）。以上の方法でレプリカを作製する（ｅ）。こうすることにより、スペーサ部材６１が基板８上に一体に形成されたマイクロレンズアレイ２を作製できるため、実装時の位置合わせプロセスの省力化、部品点数の低減によるローコスト化が図れる。また、マイクロレンズアレイとスペーサとが一体形成されることで、位置合わせや焦点位置調整が容易になる。
【００２８】
図２７には、基板８の平面内にスペーサ部材６１の枠を少なくとも２枚以上設けた例を示す。こうすることにより、２−Ｐ法を用いて複製を行う場合、基板外への樹脂のはみだしを効果的に防ぐことができる。すなわち、溶融樹脂の充填法を示す図２８（ａ）のように、マイクロレンズ面を上に向けてスタンパ７１と支持基板８の間に溶融樹脂７２を充填した場合、溶融樹脂７２がはみだす可能性があるが、図２８（ｂ）のように、マイクロレンズ面を下に向けて溶融樹脂７２を充填した場合、溝が２つ以上あるので、溶融樹脂７２のはみだしを防止することができる。
【００２９】
次に、上記のようなスペーサ部材を用いての実装プロセスを説明する。上述した図２４などに示されるように、液晶パネル１のガラス基板の平坦面とマイクロレンズアレイ２の基板８の平坦面が、スペーサ部材６１を介してスペーサ部材６１の厚み分だけ離れて接着された構成において、両者間に形成される隙間に硬化性樹脂を充填する。こうすることにより、互いに平坦面を接着できるため、接着強度を高くできる。このとき、スペーサ部材６１が硬化性樹脂のレンズ形成面への浸透を防ぎ、歩留まりよく実装可能となる。
【００３０】
図２９に示す実装構成においては、実装の仮固定として光硬化性樹脂７４、本固定として、光硬化性樹脂７４の上面を覆うようにエポキシ系硬化性樹脂７５を用いて、液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２を接着する。光硬化性樹脂７４は硬化時間は短いが、接着強度は他の硬化性樹脂と比較して相対的に弱い。一方、エポキシ系硬化性樹脂７５は硬化時間は長いが、接着強度は強い。そこで、光硬化性樹脂７４を仮固定に、エポキシ系硬化性樹脂７５を本固定に用いることにより、両者の長所を積極的に用いることができるため、硬化時間が短く、かつ強度的にも安定した接着実装が実現できる。
【００３１】
次に、図３０及び図３１を用いて、液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２の間に充填材を充填した場合の作用を説明する。液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２の間に、マイクロレンズアレイ２を形成している材料の屈折率よりも小さい屈折率を持つ材料７４を充填する。この場合、液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２の間に、スペーサ部材６１があっても（図３１の場合）、なくても（図３０の場合）よい。このようにスペーサ部材６１は必ずしも必要なものではなく、上記のように充填材を充填すると、実装時の接着用樹脂として機能するため、接着材として散布する方が周囲に塗付する場合よりも容易であり、かつ強度も強い。また、樹脂で充填することにより、気圧差によるレンズ、液晶基板のソリを防止できる。屈折率の低い材料７４を充填するわけは、レンズ形状が凸の場合、周囲の屈折率がレンズ屈折率よりも小さくなければ、集光機能を持たないからである。
【００３２】
本発明の第４実施例を説明する。図３５はマイクロレンズアレイ２の構成を示す。光の進行方向を変化させる機能を持つ光路変換素子８０が、原盤作製時にガラス基板８上の、液晶パネル１のアライメントマークに対応した位置に形成されている。光路変換素子８０は、図３６に示すように、上述したマイクロレンズアレイ２の作製と同様に、半導体作製プロセスを用いて作製する。従って、光路変換素子８０とマイクロレンズアレイ２との相対位置はサブミクロン以下の精度を持つ程、正確なものとなる。
【００３３】
図３７、図３８には位置合わせプロセス原理を示す。マイクロレンズアレイ２の上方には光量を測定するカメラ９０が設けられている。光路変換素子８０に照明された光はその進行方向が変化する。これによって、カメラ９０に取り込まれる光量は光路変換素子８０とその周囲とでは異なり、画像としてのコントラストが得られることになるので、この光路変換素子８０の画像と液晶パネル１のアライメントマークの画像との位置合わせを容易に行えるようになる。
【００３４】
このように光路変換素子８０を設けることにより、光路変換素子８０（アライメントマーク）とマイクロレンズアレイ２との位置合わせ精度をサブミクロン以下で実現できるため、液晶パネル１とマイクロレンズアレイ２との位置合わせ精度を結果として低下させることなく実装できる。また、光路変換素子８０（アライメントマーク）とマイクロレンズアレイ２とを同時に作製するため、位置合わせプロセスが簡略化され、液晶パネル１のローコスト化、歩留まり向上が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、
（１）液晶パネルの画素へ効率よく光を集光させることができ、液晶パネルの高効率化を
図ることができる。
（２）液晶パネルのガラス基板の平坦面とマイクロレンズアレイの平坦面を接着固定でき
るため、接着強度を高くできる。
（３）マイクロレンズアレイとスペーサを一体成形するので、位置合わせのプロセスの省
力化と部品点数の低減が図れ、低コスト化が図れる。
（４）スペーサがマイクロレンズアレイと一体にあることで、焦点位置の調整とレンズの
破損防止効果が得られる。
（５）マイクロレンズアレイは、光源の像が各画素の開口を通過する際の集光スポット径
が、各画素の開口の長辺長以下となるように焦点距離、および各画素との間隔が定められ
ており、また、スペーサは、マイクロレンズアレイと各画素との間隔に基いて高さを定め
られ、かつマイクロレンズと一体形成されているので、光源からの入射光が理想的な平行
光ではなく、所定の角度範囲で入射する広がり光であっても、液晶パネルの画素に光を集
めることができ、効率の良い液晶パネルを実現することが可能になる。
（６）マイクロレンズアレイとスペーサを一体形成することによって、マイクロレンズア
レイの焦点距離とスペーサの高さを精度良く定めることができるので、マイクロレンズア
レイと画素との間隔を厳密に制御することができ、広がり光を確実に画素に集めることが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液晶パネル及びマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２】液晶パネルの透明基板の平面図である。
【図３】透明電極の平面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】液晶パネルの開口及び配線を示す顕微鏡で見た図である。
【図６】液晶パネルの開口透過光のパターンを示す図である。
【図７】液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図８】光学系を示す図で、（ａ）はマイクロレンズアレイを液晶パネルに装荷していない場合、（ｂ）はマイクロレンズアレイを液晶パネルに装荷した場合を示す。
【図９】スクリーン上の開口拡大パターンを示す図で、（ａ）はマイクロレンズアレイを液晶パネルに装荷していない場合、（ｂ）はマイクロレンズアレイを液晶パネルに装荷した場合を示す。
【図１０】本発明の第１実施例についての液晶パネル及びマイクロレンズアレイを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】コンデンサレンズとマイクロレンズの合成焦点距離を導き出すための図である。
【図１２】マイクロレンズによる光源径を導き出すための図である。
【図１３】集光スポットと液晶パネルの開口径との関係を示す図である。
【図１４】集光スポットと液晶パネルの開口径との関係を示す図である。
【図１５】焦点距離に非対称性を持つ場合の集光特性を示す図である。
【図１６】焦点距離に非対称性を持つ場合の集光特性を示す図で、（ａ）はｘ方向、（ｂ）はｙ方向の集光状態を示す。
【図１７】従来の画面輝度低下の原理を説明する図である。
【図１８】本発明の第２実施例についての液晶パネル及びマイクロレンズアレイを示す図である。
【図１９】液晶プロジェクタの結像光学系を示す図である。
【図２０】液晶パネルの高効率化の原理を説明する図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の第３実施例を示す。
【図２１】上記第３実施例におけるマイクロレンズアレイの配置を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２２】第３実施例において、スペーサを用いる場合の液晶パネル及びマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２３】スペーサを用いる場合のマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２４】スペーサを用いる場合の液晶パネル及びマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２５】変形実施例によるマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２６】マイクロレンズアレイの作製法を説明する図である。
【図２７】マイクロレンズアレイの変形例を示す斜視図である。
【図２８】溶融樹脂の充填方法を示す図である。
【図２９】マイクロレンズアレイと液晶パネルの接着構成の他の例を示す図である。
【図３０】液晶パネルとマイクロレンズアレイの間に充填材を充填した状態を示す側断面図である。
【図３１】スペーサを用い液晶パネルとマイクロレンズアレイの間に充填材を充填した状態を示す側断面図である。
【図３２】従来の液晶パネルの各ガラス基板の位置合わせのプロセスを示すフローチャートである。
【図３３】マイクロレンズアレイの斜視図である。
【図３４】マイクロレンズアレイの位置合わせを説明する図である。
【図３５】本発明の第４実施例におけるマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図３６】マイクロレンズアレイの作製プロセスを説明する図である。
【図３７】上記実施例におけるマイクロレンズアレイの位置合わせを説明するための斜視図である。
【図３８】上記実施例におけるマイクロレンズアレイの位置合わせを説明するための側断面図である。
【符号の説明】
１  液晶パネル
２，５２，２０２  マイクロレンズアレイ
３１  光源
６１，６２  スペーサ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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