(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイを透過する光量を増加させてレンズ効果を向上させて、明るい投影画像を得ることと、混色のない色純度の高い表示画像を得ることを実現する。【解決手段】本発明のマイクロレンズアレイは、第１面上に、微小レンズとなる凸面を有するマイクロレンズ１１６複数個形成されたベースガラス１１２と、上記マイクロレンズ１１６の屈折率よりも低い屈折率の樹脂を介して、上記ベースガラス１１２の第１面に接着されたカバーガラス１１４とからなる。上記ベースガラス１１２は、第１面の反対側の面となる第２面が研磨されて所定の厚みに成形されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面上に、微小レンズとなる凸面を有するマイクロレンズ部が複数個形成されたマイクロレンズ支持基板と、
上記マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の樹脂を介して、上記マイクロレンズ支持基板の第１面に接着されたカバーガラスとからなり、
上記マイクロレンズ支持基板は、第１面の反対側の面となる第２面が研磨されて所定の厚みに成形されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
上記マイクロレンズ支持基板の厚みは、上記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、または、小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイ。
【請求項３】
上記マイクロレンズ部の屈折率をｎ３、上記樹脂の屈折率をｎ４とし、
上記マイクロレンズ支持基板の第２面の面の法線と、上記マイクロレンズ部の凸面の法線とがなす角度の最大値をθmax としたとき、以下の式（２）の関係を満たしていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロレンズアレイ。  ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３  ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ支持基板の第２面に、少なくとも透明導電膜および配向膜を形成してなる対向基板と、この対向基板とアクティブマトリクス基板とが液晶層を介して貼り合わされてなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】
光源と、
上記光源からの光を、請求項７に記載の液晶表示素子を構成するマイクロレンズアレイのカバーガラス側から入射させる光入射手段と、
上記液晶表示素子から出射された光を投影するための投影手段とを備えていることを特徴とする投影型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光が入射される微小レンズが２次元に配列されたマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを備えた液晶表示素子及び投影型液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、非発光型の画像表示素子を備えた画像表示装置では、該画像表示素子の透過率（又は反射率）を駆動信号（画像信号）によって変化させ、該画像表示素子に照射される光源からの光の強度を変調して画像や文字を表示するようになっている。
【０００３】
このような画像表示装置としては、画像表示素子上の画像や文字を直視する直視モード型の画像表示装置と、該画像表示素子上の画像や文字を投影レンズによってスクリーン上に拡大投影したものを視る投影モード型の画像表示装置とがある。
【０００４】
また、画像表示装置に使用される画像表示素子としては、液晶表示素子、エレクトロクロミック素子、ＥＬ（electro luminescence）素子、ＰＤＰ（plasma display panel）などがあるが、中でも液晶表示素子は、モニタ、プロジェクタ、携帯情報端末、携帯電話などに幅広く利用されている。
【０００５】
液晶表示素子は、マトリクス状に規則的に配列された画素電極に画像信号に対応した駆動電圧をそれぞれに印加することによって、液晶の光学特性を変化させ、画像や文字などを表示するようになっている。
【０００６】
上記画素電極に独立した駆動電圧を印加する方式としては、単純マトリクス方式と、アクティブマトリクス方式とがある。
【０００７】
これら駆動電圧の印加方式のうち、アクティブマトリクス方式では、液晶表示素子に対して、非線形２端子素子としてＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子や３端子素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子等のスイッチング素子と、画素電極に駆動電圧を供給する為の配線電極とを設ける必要がある。
【０００８】
上記スイッチング素子は、強い光が入射されると、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧印加時に充電した電荷が放電されるだけでなく、該スイッチング素子や配線電極が形成された領域に存在する液晶部分に、正規の駆動電圧が印加されず、本体の表示動作が実行されないため、黒状態でも光が漏れてコントラスト比が低下するという問題が生じる。
【０００９】
したがって、液晶表示素子が透過型である場合には、上述した光が入射してはいけない領域に入射する光を遮断するために、例えば図１１に示すように、ＴＦＴ１５０１などのスイッチング素子および画素電極が設けられたＴＦＴ基板上やＴＦＴ基板とは液晶層を挟んで対向する対向基板上にブラックマトリクス１５０２と称される遮光手段を設ける必要がある。
【００１０】
このように、透過型の液晶表示素子では、遮光性のあるスイッチング素子としてのＴＦＴ１５０１、遮光性のある配線電極としてのゲートバスライン１５０３およびソースバスライン１５０４に加えて遮光手段としてのブラックマトリクス１５０２によって遮光されるため、画素の区画中に占める有効な画素開口部の面積、すなわち開口率が低下する。
【００１１】
さらに、上述したスイッチング素子や配線電極は、その電気的性能や製造技術等の制約から、ある程度以下の大きさで形成することは困難である。よって、液晶表示素子の高精細化、小型化に伴って、画素電極のピッチが小さくなるほど開口率がさらに低下する。
【００１２】
このように開口率が小さくなると、液晶表示素子を透過する光量が減少するため、投影モード型の画像表示装置として、例えば液晶表示素子からなる小さな液晶パネルを大画面に拡大投影する液晶プロジェクタでは、特に明るさ不足となるという問題が生じる。
【００１３】
そこで、このような問題を解決する一つの方法として、液晶表示素子の一つ一つの画素開口部に光を集光し、該液晶表示素子の実効的な開口率を向上させるために、マイクロレンズを使用する方法が実用化されている。
【００１４】
例えば、特許文献１（特開平４−６０５３８号公報）には、扇形に配置されたダイクロイックミラーに白色光を入射させ、ＲＧＢの各光束に分割し、液晶表示素子の光源側に配置されているマイクロレンズにそれぞれの光を異なる角度で入射させ、各色に対応する画素に光束を集光する方式の単板式プロジェクタが開示されている。
【００１５】
上述したマイクロレンズは、液晶表示素子においては対向基板内にアレイ状に形成されるものが殆どで、例えば図１２に示すように、２枚のガラス基板間にサンドイッチされた構造をとり、ガラスと樹脂間又は２種類の樹脂間で光を屈折させ、集光効果を得るようになっている。
【００１６】
このようなマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）は、例えば図１３（ａ）〜（ｄ）または図１４（ａ）〜（ｅ）に示すような方法で製造されている。
【００１７】
先ず、図１３（ａ）では、ガラス基板上にフォトレジストをパターニングし、その後熱だれさせ、該ガラス基板表面にレンズ形状を形成する。次に、図１３（ｂ）では、フォトレジストをドライエッチングして、該フォトレジストの形状をガラス基板表面に転写して、マイクロレンズ基板を得る。
【００１８】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、図１３（ｂ）にて得られたマイクロレンズ基板のレンズ形成側に接着剤によりカバーガラスを接着する。その後、図１３（ｄ）に示すように、カバーガラス表面を所定の厚さになるまで研磨して、液晶表示素子に使用されるマイクロレンズアレイが製造される。なお、このことは、特許文献２（特開平６−２５０００２号公報）に開示されている。
【００１９】
また、他の製造方法としては、先ず、図１４（ａ）に示すように、ガラス基板上にフォトレジスタをパターニングし、マスターを作成する。
【００２０】
続いて、図１４（ｂ）に示すように、図１４（ａ）で作成したマスターを使用して金属スタンパを作成し、図１４（ｃ）に示すように、この金属スタンパでガラス基板上にマイクロレンズアレイ型を転写し、マイクロレンズ基板を作成する。
【００２１】
次に、図１４（ｄ）に示すように、図１４（ｃ）で作成されたマイクロレンズ基板のレンズ形成側に接着剤によりカバーガラスを接着する。その後、図１４（ｅ）に示すように、カバーガラス表面を所定の厚さになるまで研磨して、液晶表示素子に使用されるマイクロレンズアレイが製造される。
【００２２】
また、直視モード型の画像表示装置では、上述したマイクロレンズアレイを、例えば特許文献３（特開平１０−３９１１８号公報）に開示されているように、バックライトから出射された光を正面方向に屈折させて指向性を高めるために使用したり、特許文献４（特開平９−４９９２５号公報）に開示されているように、液晶表示素子を透過した光を散乱させることにより、該液晶表示素子の視角依存性を緩和させるために使用したりしている。
【００２３】
なお、特許文献３では、マイクロレンズアレイを液晶表示素子の光入射側に配置し、特許文献４では、マイクロレンズアレイを液晶表示素子の光出射側にそれぞれ配置されている。
【特許文献１】特開平４−６０５３８号公報（１９９２年２月２６日公開）
【特許文献２】特開平６−２５０００２号公報（１９９４年９月９日公開）
【特許文献３】特開平１０−３９１１８号公報（１９９８年２月１３日公開）
【特許文献４】特開平９−４９９２５号公報（１９９７年２月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ところで、レンズは、通常、屈折率の異なる媒質の界面で発生する屈折作用を利用して光を集光するようになっている。
【００２５】
つまり、光は、屈折率の高い物質から低い物質へ入射するとき、両物質の界面の面法線に対する入射角度が大きいと、界面を透過せず反射する。逆に、図１５に示すように、光は、屈折率の低い物質から高い物質へ入射するとき、両物質の界面の面法線に対する入射角度が大きくても、界面を透過する。図１５において、ｎ１，ｎ２（ｎ１＜ｎ２）は屈折率を示し、θ１は、屈折率ｎ１の物質から界面への入射角度を示し、θ２は、入射角度θ１で界面に入射された光が屈折率ｎ２の物質内で屈折した屈折角度を示している。そして、ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２の関係を満たしている。
【００２６】
上述のように、マイクロレンズアレイの多くは、２枚のガラス間にサンドイッチされた形となるため、光の屈折はガラスと樹脂、または２層の樹脂間の界面で発生することになる。
【００２７】
上記マイクロレンズアレイは、投影モード型の画像表示装置としての液晶プロジェクタに用いられた場合、光源からの光を画素開口部で集光させ、該画素開口部を通過後、発散させ、投影レンズに入射させるようになっている。
【００２８】
ところが、従来の液晶プロジェクタでは、投影レンズのＦ値が大きい（受光角が小さい）ため、マイクロレンズアレイの集光角が大きい（レンズの曲率半径が小さい）と、画素開口部を通過した光のうち、投影レンズの受光角よりも大きな発散角を有する光は、該投影レンズにてカットされる。
【００２９】
したがって、従来の液晶プロジェクタでは、マイクロレンズアレイで画素開口部を通過する光と投影レンズでカットされる光とのバランスを考え、トータルでスクリーンに到達する光量が最大値となるようにしているので、マイクロレンズアレイの各レンズの曲率半径は比較的大きなものとなり、レンズ周辺部での全反射は発生していなかった。
【００３０】
そこで、上記投影レンズでカットされる光を減少させるには、該投影レンズのＦ値を小さく（受光角が大きく）することにより、マイクロレンズアレイの集光角を大きくすることが考えられている。つまり、マイクロレンズアレイのレンズの曲率半径を小さくすることが考えられている。
【００３１】
一方、上述した液晶プロジェクタでは、液晶表示素子に使用されているガラス基板として、石英ガラスまたは日本電気硝子株式会社製のネオセラムが使用され、その屈折率は、約１．４６〜１．５４である。また、現在、ガラス基板間にマイクロレンズを挟み込んで接着するための樹脂として、一般に入手できる樹脂の屈折率は、約１．３８〜１．６の範囲である。
【００３２】
このようなガラスと樹脂の屈折率と、レンズの曲率とを調整することにより、所望の焦点距離を有するマイクロレンズアレイを実現している。
【００３３】
また、光は、界面前後の屈折率差が大きいほど、屈折される角度が大きくなるが、上記硝子と樹脂の組み合わせでは、屈折率差として、最大でも０．２程度であるので、十分なレンズの集光性能を得ることができない。したがって、レンズの集光性能を十分に得るためには、レンズ界面の曲率半径を小さく、すなわち屈折界面での光の入射角度を大きくする必要がある。
【００３４】
このように、マイクロレンズアレイのレンズの曲率半径を小さくすると、レンズの周辺ほど光の入射角度が大きくなり、この入射角度がある値以上になると、上記したようにレンズ周辺部での光反射が発生し、光がレンズ曲面を透過しない為、マイクロレンズの効果が低下してしまう。このときの光がレンズ曲面で反射される条件は、図１６に示すようにレンズ曲面前後の媒質の屈折率をｎ１，ｎ２（ｎ２＞ｎ１）、光の入射角をθとしたときに、以下の式を満たす場合と考えられる。
（ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθ≧１
例えば、０．９型ＸＧＡ（extended graphics array ）パネル（画素ピッチ１８μｍ）で屈折率ｎ２が１．５４のガラス基板と、屈折率ｎ１が１．３８の樹脂との界面で光を屈折・集光するレンズを考えた場合、照明光の平行度を±１０°とすると、曲率半径が約１５μｍ以下になるとレンズ周辺で光が反射され、マイクロレンズのレンズ効果が低下するという問題が生じる。
【００３５】
したがって、上記のようなマイクロレンズアレイを使用した場合、投影モード型の画像表示装置としての液晶プロジェクタでは、マイクロレンズアレイの透過光量が少なくなるので、十分な明るさを得ることができないという問題が生じる。
【００３６】
また、直視モード型の画像表示装置として、例えばマイクロレンズアレイを、バックライトから出射された光を正面方向に屈折させて指向性を高めるために使用する液晶表示装置の場合には、上述のようにレンズの周辺で光が反射するようなマイクロレンズアレイを使用すれば、光のロスが発生するだけでなく、光の指向性を高める効果が弱くなるという問題が生じる。
【００３７】
さらに、マイクロレンズアレイを、液晶表示素子を透過した光を散乱させることにより、該液晶表示素子の視角依存性を緩和させるために使用する液晶表示装置の場合には、上述のようにレンズの周辺で光が反射するようなマイクロレンズアレイを使用すれば、光のロスが発生するだけでなく、液晶表示素子の視角特性の改善効果が弱くなるという問題が生じる。
【００３８】
また、マイクロレンズで反射された光の中には、マイクロレンズアレイを構成する基板表面などで再度反射され、目的とする液晶表示素子の画素以外の画素の開口部に入射する光が発生する。
【００３９】
例えば液晶表示素子として白黒パネルを用い、画素開口部へ対応する色の光を振り分けることによりカラー表示を行う方式の液晶表示装置の場合、上述したレンズ周辺部で反射した光は、少量であるが、上記液晶表示素子の対応する色の画素だけでなく、異なる色に対応している画素に入射されることになり、混色による色純度の低下を招くという問題が生じる。
【００４０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、光がレンズ周辺で反射される条件を満たしている曲面を有する微小レンズ（マイクロレンズ）からなるマイクロレンズアレイであって、微小レンズ周辺における光の反射を無くすことで、マイクロレンズアレイを透過する光量を増加させてレンズ効果を向上させ、この結果、このマイクロレンズアレイを使用した投影モード型の画像表示装置としての液晶プロジェクタにおいて明るい投影画像が得られると共に、混色のない色純度の高い表示画像が得られ、また、このマイクロレンズアレイを使用した直視モード型の画像表示装置としての液晶表示装置において光の指向性を高める効果の向上や視角依存性の緩和が可能なマイクロレンズアレイ、液晶表示素子および投影型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明に係るマイクロレンズアレイは、上記課題を解決するために、第１の面上に、微小レンズとなる凸面を有するマイクロレンズ部が複数個形成されたマイクロレンズ支持基板と、上記マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の樹脂を介して、上記マイクロレンズ支持基板の第１面に接着されたカバーガラスとからなり、上記マイクロレンズ支持基板は、第１面の反対側の面となる第２面が研磨されて所定の厚みに成形されていてもよい。
【００４２】
上記マイクロレンズ支持基板の厚みは、上記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、または、小さくなるように設定されている。
【００４３】
また、本発明のマイクロレンズアレイは、マイクロレンズ部の屈折率をｎ３、樹脂の屈折率をｎ４とし、上記マイクロレンズ支持基板の第２面の面の法線と、上記マイクロレンズ部の凸面の法線とがなす角度の最大値をθmax としたとき、以下の式（２）の関係を満たしていることを特徴としている。
【００４４】
ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３  ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
この場合、上記式（２）を満たすように、マイクロレンズアレイが形成されていれば、前述のように、微小レンズの周辺での光反射を無くすことができるので、マイクロレンズアレイから出射される光量を増加させることができる。
【００４５】
また、上記構成の光学レンズシステムの光源とマイクロレンズアレイとの間に、画像表示素子として液晶表示素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の場合、液晶表示素子から出射される光をより広範囲に発散させることができるので、光のロスの発生をなくすだけでなく、液晶表示素子の視角依存性の改善効果を強くすることができる。
【００４６】
さらに、上記構成の光学レンズシステムにおいて、マイクロレンズアレイの光出射面側に液晶表示素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の場合、光源からの拡散光を効率よく平行光に変換することができるので、光のロスの発生をなくすだけでなく、光の指向性を高める効果を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係るマイクロレンズアレイは、以上のように、第１の面上に、微小レンズとなる凸面を有するマイクロレンズ部が複数個形成されたマイクロレンズ支持基板と、上記マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の樹脂を介して、上記マイクロレンズ支持基板の第１面に接着されたカバーガラスとからなり、上記マイクロレンズ支持基板は、第１面の反対側の面となる第２面が研磨されて所定の厚みに成形されている構成である。
【００４８】
上記マイクロレンズ支持基板の厚みは、上記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、または、小さくなるように設定されている。
【００４９】
また、本発明のマイクロレンズアレイは、マイクロレンズ部の屈折率をｎ３、樹脂の屈折率をｎ４とし、上記マイクロレンズ支持基板の第２面の面の法線と、上記マイクロレンズ部の凸面の法線とがなす角度の最大値をθmax としたとき、以下の式（２）の関係
ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３  ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
を満たしている構成である。
【００５０】
この場合、上記式（２）を満たすように、マイクロレンズアレイが形成されていれば、前述のように、微小レンズの周辺での光反射を無くすことができるので、マイクロレンズアレイから出射される光量を増加させることができるという効果を奏する。
【００５１】
また、本発明の光学レンズシステムの光源とマイクロレンズアレイとの間に、画像表示素子として液晶表示素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の場合、液晶表示素子から出射される光をより広範囲に発散させることができるので、光のロスの発生をなくすだけでなく、液晶表示素子の視角依存性の改善効果を強くすることができるという効果を奏する。
【００５２】
さらに、上記発明の光学レンズシステムにおいて、マイクロレンズアレイの光出射面側に液晶表示素子を配置した直視モード型の液晶表示装置の場合、光源からの拡散光を効率よく平行光に変換することができるので、光のロスの発生をなくすだけでなく、光の指向性を高める効果を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、本発明の光学レンズシステムを投影モード型の画像表示装置としての投影型液晶表示装置に用いた場合について説明する。
【００５４】
本実施の形態に係る投影型液晶表示装置は、図４に示すように、光源１０１、放物面鏡１０２、フライアイレンズ１０３、フィールドレンズ１０４，１０５、液晶表示パネル（液晶表示素子）１０７、投影レンズ１０８を備えている。
【００５５】
上記構成の投影型液晶表示装置に用いられる光源１０１としては、１２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍのPhilips 社製のＵＨＰランプを用いる。なお、光源１０１としては、この他にハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプを用いることができる。
【００５６】
上記光源１０１からの光は、放物面鏡１０２により略平行光にされた後、フライアイレンズ１０３およびフィールドレンズ１０４，１０５を通過後、液晶表示パネル１０７を通過し、該液晶表示パネル１０７上の画像を投影レンズ１０８によりスクリーン１０９上に拡大投影するようになっている。
【００５７】
上記液晶表示パネル１０７は、光入射側から偏光板１１０、マイクロレンズアレイ１０６、ＴＦＴ基板１１５、偏光板１１１が順に配された構造となっている。なお、マイクロレンズアレイ１０６とＴＦＴ基板１１５との間には、図示しない液晶層が介在されている。
【００５８】
上記光源１０１からの光は、フィールドレンズ１０４、フィールドレンズ１０５により、平行度が約±１５°の範囲内になるように調整された後、液晶表示パネル１０７に入射される。このとき、液晶表示パネル１０７の画素開口部には、マイクロレンズアレイ１０６により入射光が集光される。
【００５９】
したがって、上記放物面鏡１０２と、フライアイレンズ１０３と、フィールドレンズ１０４，１０５とにより、光源１０１からの光を、上記液晶表示パネル１０７を構成するマイクロレンズアレイ１０６の後述するカバーガラス１１４側から入射させる光入射手段が構成されている。
【００６０】
また、上記液晶表示パネル１０７としては、０．９型のＸＧＡパネル（画ピッチ１８μｍ）を用いている。なお、上記マイクロレンズアレイ１０６は、後述する複数のマイクロレンズからなり、上記液晶表示パネル１０７の画素の一つ一つに該マイクロレンズが対応するように構成されている。
【００６１】
上記液晶表示パネル１０７は、入射された光を画像信号に合わせて変調するようになっており、変調された光が投影レンズ１０８にてスクリーン１０９上に拡大投影される。
【００６２】
ここで、上記マイクロレンズアレイ１０６について以下に詳細に説明する。
【００６３】
上記マイクロレンズアレイ１０６は、図１に示すように、マイクロレンズ支持基板としてのベースガラス１１２の第１面上に凸面を有する微小レンズとしてのマイクロレンズ（マイクロレンズ部）１１６が複数個形成され、このベースガラス１１２と、このマイクロレンズ１１６に対向するようにしてカバーガラス１１４が樹脂からなる接着剤１１３によって接着された構造となっている。
【００６４】
上記マイクロレンズアレイ１０６は、マイクロレンズ１１６が、接着剤１１３の屈折率をｎ１、ベースガラス１１２の屈折率をｎ２とし、ｎ２＞ｎ１の関係にある場合、つまり、マイクロレンズ１１６の曲率界面の凸側の媒質（接着剤１１３）の屈折率ｎ１が凹側の媒質（ベースガラス１１２）の屈折率ｎ２よりも小さい場合、屈折率の高い媒質であるベースガラス１１２から低い媒質である接着剤１１３に向かって光が入射されるときに、該マイクロレンズ１１６のレンズ曲面に入射した時の該レンズ曲面に対する面法線と、この面への入射光とがなす角をθとし、該マイクロレンズ１１６の曲面内でのθの最大値をθmax としたとき、以下の式（１）の関係
（ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１  ・・・・・・・・（１）
を満たす曲面を有するように作成されている。
【００６５】
なお、上記マイクロレンズアレイ１０６は、図１７に示すように、マイクロレンズ部であるマイクロレンズ１１６の屈折率をｎ３、樹脂である接着剤１１３の屈折率をｎ４とし、ベースガラス１１２の第２面の面の法線と、上記マイクロレンズ１１６の凸面の法線とがなす角度の最大値をθmax としたとき、以下の式（２）の関係
ｓｉｎθmax ≧ｎ４／ｎ３  ・・・・・・・・・・・・・・・（２）
を満たすように作成してもよい。
【００６６】
しかしながら、本実施の形態では、図１に示すように、マイクロレンズアレイ１０６に入射する光は、カバーガラス１１４を経て接着剤１１３に入射された後、さらにベースガラス１１２に入射されるようになっている。つまり、マイクロレンズ１１６に入射される光は、まず、屈折率の低い媒質である接着剤１１３側から、屈折率の高い媒質であるベースガラス１１２に向かって光が入射されるようになっている。
【００６７】
この場合、上記の式（１）の（ｎ２／ｎ１）の項は、（ｎ１／ｎ２）に置き代わるので、マイクロレンズ１１６の周辺のようにレンズ曲面に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい場合であっても、入射光をマイクロレンズ１１６の周辺で反射させることなく透過させて、目的とする液晶の画素に集光させることができる。
【００６８】
つまり、上記光源１０１と、マイクロレンズアレイ１０６とで光学レンズシステムを構成しており、この光学レンズシステムにおいては、光源１０１からの光が屈折率ｎ１の媒質側となる接着剤１１３側からマイクロレンズ１１６に入射されるように、上記マイクロレンズアレイ１０６が配置されていることになる。
【００６９】
上記構成のマイクロレンズアレイ１０６は、ベースガラス１１２が、図３（ａ）（ｂ）に示した液晶表示パネル１０７のＴＦＴ基板１１５に対向する対向基板としての機能を有するようになっている。そして、このベースガラス１１２には、図示しない透明導電膜および配向膜が形成されており、この膜形成面に対向して、アクティブマトリクス基板としてのＴＦＴ基板１１５が液晶層（図示せず）を介して貼り合わされ、液晶表示素子を構成している。
【００７０】
つまり、本実施の形態に係る投影型液晶表示装置は、上記マイクロレンズアレイ１０６を構成するベースガラス（マイクロレンズ支持基板）のマイクロレンズ１１６が形成されていない面、すなわち第１面の反対側の面である第２面に、少なくとも透明導電膜および配向膜を形成し、該ベースガラス１１２を対向基板とし、この対向基板にアクティブマトリクス基板としてのＴＦＴ基板１１５を貼り合わせ、該両基板の間隙に液晶材料を注入して形成した液晶表示素子としての液晶表示パネル１０７を用いて、該液晶表示パネル１０７のカバーガラス１１４側から光源１０１からの光を入射させ、さらに上記液晶表示パネル１０７により変調された光をスクリーン１０９に投影する投影手段としての投影レンズ１０８を備えた構成となる。
【００７１】
上記ベースガラス１１２及びカバーガラス１１４としては、日本電気硝子株式会社製のネオセラム（屈折率ｎ２＝１．５４）を用いる。なお、ベースガラス１１２およびカバーガラス１１４としては、この他に石英ガラス、１７３７などを使用することが可能であるが、以下に示す（１）および（２）の要因で発生するマイクロレンズとＴＦＴのピッチズレを防止する為、マイクロレンズ基板となるベースガラス１１２とＴＦＴ基板１１５との熱膨張係数が近いものを用いることが望ましい。
【００７２】
（１）  液晶表示パネル１０７の製造において、ベースガラス１１２とＴＦＴ基板
１１５とを貼り合わせる際に、１００℃を超える温度を必要とする工程がある。
【００７３】
（２）  実際にプロジェクションでは高照度の光が液晶表示パネル１０７に入射されるので、該液晶表示パネル１０７の温度が上昇する。
【００７４】
なお、本実施の形態で用いるベースガラス１１２とカバーガラス１１４との間に介在する接着剤１１３は、樹脂からなり、その屈折率ｎ１は約１．３８である。
【００７５】
上記の条件で、焦点距離約９０μｍのマイクロレンズアレイ１０６を作成したところ、マイクロレンズ１１６の曲率半径が約１３μｍとなる。この曲率半径のマイクロレンズ１１６に平行度が±１５°の光が入射されると、図２に示すように、マイクロレンズ１１６の周辺部（図中の網かけ部分）で入射光に対して、上述の式（１）を満たすようになる。なお、上記周辺部は、マイクロレンズ１１６の中心からおよそ±１０．５μｍ以上のエリアである。
【００７６】
ここで、上記マイクロレンズアレイ１０６のベースガラス１１２側を最適な厚さ（約４５μｍ）になるまで研磨し、このベースガラス１１２側をＴＦＴ基板１１５に貼り合わせたサンプル１と、逆にマイクロレンズアレイ１０６のカバーガラス１１４側を上記サンプル１と同条件となるように研磨し、このカバーガラス１１４側をＴＦＴ基板１１５に貼り合わせたサンプル２とを作成し、各サンプルのマイクロレンズアレイ１０６側からＴＦＴ基板１１５に向かって略平行な光を入射させた場合の透過状態は、それぞれ図３（ａ）（ｂ）のようになる。
【００７７】
図３（ａ）は、サンプル１における入射光の透過状態を示しており、上述したように、マイクロレンズアレイ１０６のマイクロレンズ１１６には、屈折率の低い媒質である接着剤１１３側から、屈折率の高い媒質であるベースガラス１１２に向かって光が入射されるので、マイクロレンズ１１６の周辺のようにレンズ曲面に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい場合であっても、入射光はマイクロレンズ１１６の周辺で反射することなく透過して目的とする液晶表示素子の画素に集光される。
【００７８】
一方、図３（ｂ）は、サンプル２における入射光の透過状態を示しており、マイクロレンズアレイ１０６のマイクロレンズ１１６には、屈折率の高い媒質であるベースガラス１１２側から、屈折率の低い媒質である接着剤１１３に向かって光が入射されるので、上記した式（１）の関係がそのまま成り立つことになり、マイクロレンズ１１６の周辺のようにレンズ曲面に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい場合には、入射光がマイクロレンズ１１６の周辺で反射され、液晶表示素子の画素に集光される光量が減少する。
【００７９】
図３（ａ）のサンプル１と図３（ｂ）のサンプル２において、入射光量を同じとした場合、各サンプルの出射光は、図３（ａ）のサンプル１の方が図３（ｂ）のサンプル２と比べて、約１５％明るくなっている。
【００８０】
したがって、図３（ａ）に示すような液晶表示パネル１０７では、マイクロレンズアレイ１０６を構成する各マイクロレンズ１１６の周辺部において光源１０１からの入射光の反射がないので、該液晶表示パネル１０７の液晶表示素子の目的とする画素に対して光を集光させることができる。
【００８１】
これにより、液晶表示パネル１０７の液晶表示素子の画素の実効的な開口率を大きくすることができるので、上記のような液晶表示パネル１０７を、図４に示す投影型液晶表示装置に使用すれば、スクリーン１０９上に投影される表示画像が明るくなり、表示品位の向上を図ることができる。
【００８２】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、本発明の光学レンズシステムを投影モード型の画像表示装置としての投影型液晶表示装置に用いた場合について説明する。
【００８３】
本実施の形態に係る投影型液晶表示装置は、図５に示すように、光源２０１、楕円リフレクター２０２、ガラスロッド２０３、集光レンズ２０４、コリメートレンズ２０５、液晶表示パネル２０７、投影レンズ２０８を備え、さらに、コリメートレンズ２０５と液晶表示パネル２０７との間に光分離手段としてのダイクロイックミラー群２１７が設けられている。
【００８４】
上記構成の投影型液晶表示装置に用いられる光源２０１としては、前記実施の形態１と同様に、１２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍのPhilips 社製のＵＨＰランプを用いる。なお、光源２０１としては、この他にハロゲンランプやキセノンランプ、メタルハライドランプを用いることができる。
【００８５】
上記光源２０１からの光は、楕円リフレクター２０２によりガラスロッド２０３に集光される。このガラスロッド２０３では、入射された光が内部で全反射を繰り返し、その光出射面での光照度分布がほぼ均一となっている。
【００８６】
上記ガラスロッド２０３からの出射光は、集光レンズ２０４、コリメートレンズ２０５を介して、ダイクロイックミラー群２１７に入射される。
【００８７】
上記ダイクロイックミラー群２１７は、光をＲＧＢに分離して反射するために、コリメートレンズ２０５の配設位置に近いほうから、Ｂ光のみを反射し、Ｒ光およびＧ光を透過するダイクロイックミラー２１７ａ、Ｒ光のみを反射し、Ｇ光を透過するダイクロイックミラー２１７ｂ、Ｇ光のみを反射するダイクロイックミラー２１７ｃの３枚のダイクロイックミラーからなり、それぞれ異なる角度でコリメートレンズ２０５からの入射光を反射し、同一の液晶表示パネル２０７に入射させるようになっている。このとき、液晶表示パネル２０７の表面には、集光レンズ２０４、コリメートレンズ２０５を介して、ガラスロッド２０３の光出射面が結像されている。
【００８８】
したがって、上記楕円リフレクター２０２と、ガラスロッド２０３と、集光レンズ２０４と、コリメートレンズ２０５と、ダイクロイックミラー群２１７とにより、光源２０１からの光を、上記液晶表示パネル２０７を構成するマイクロレンズアレイ２０６の後述するカバーガラス２１４側から入射させる光入射手段が構成されている。
【００８９】
上記液晶表示パネル２０７としては、ＳＶＧＡ（super video graphic array
）（８００×３×６００ドット）、画素ピッチ１３．５μｍ（Ｈ）×４０．５μｍ（Ｖ）のものを用いる。
【００９０】
液晶表示パネル２０７には、光の入射側に複数のマイクロレンズ２１６…で構成されたマイクロレンズアレイ２０６が設けられている。このマイクロレンズアレイ２０６は、ＲＧＢの３つの画素に１つのマイクロレンズ２１６が対応するのに形成されており、ダイクロイックミラー群２１７からの光を対応する画素の開口部に集光させるようになっている。
【００９１】
上記液晶表示パネル２０７は、入射された光を画像信号に合わせて変調するようになっており、変調された光が投影レンズ２０８にてスクリーン２０９上に拡大投影される。
【００９２】
上記液晶表示パネル２０７は、光入射側から偏光板２１０、マイクロレンズアレイ２０６、ＴＦＴ基板２１５、偏光板２１１が順に配された構造となっている。なお、マイクロレンズアレイ２０６とＴＦＴ基板２１５との間には、図示しない液晶層が介在され、液晶表示素子を構成している。
【００９３】
ここで、上記マイクロレンズアレイ２０６について以下に詳細に説明する。
【００９４】
上記マイクロレンズアレイ２０６としては、前記実施の形態１と同様の構成のものを用いる。つまり、マイクロレンズアレイ２０６としては、図７（ａ）（ｂ）に示すように、透明基板としてのベースガラス２１２上に微小レンズとしてのマイクロレンズ（凸状部）２１６が形成され、このベースガラス２１２と、このマイクロレンズ２１６に対向するようにしてカバーガラス２１４が樹脂からなる接着剤２１３によって接着された構造となっているものを使用する。
【００９５】
ここで、上記マイクロレンズアレイ２０６は、マイクロレンズ２１６が、接着剤２１３の屈折率をｎ１、ベースガラス２１２の屈折率をｎ２とし、ｎ２＞ｎ１の関係にある場合、つまり、マイクロレンズ２１６の曲率界面の凸側の媒質（接着剤２１３）の屈折率ｎ１が凹側の媒質（ベースガラス２１２）の屈折率ｎ２よりも小さい場合、屈折率の高い媒質から低い媒質に向かって光が入射されるときに、該マイクロレンズ２１６のレンズ曲面に入射した時の該レンズ曲面に対する面法線と、この面への入射光とがなす角をθとし、該マイクロレンズ２１６の曲面内でのθの最大値をθmax としたとき、以下の式（１）の関係
（ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１  ・・・・・・・・（１）
を満たす曲面を有するように作成されている。
【００９６】
具体的には、上記マイクロレンズアレイ２０６としては、各マイクロレンズ２１６の焦点距離は１７５μｍ、マイクロレンズ２１６と画素開口部間の距離を２７０μｍ（空気中で１７５μｍに相当）に設定されたものを使用する。
【００９７】
上記構成のマイクロレンズアレイ２０６に入射されるＲＧＢの各色光は、Ｒの色光の主光線の入射角を基準にして、Ｇの色光およびＢの色光の主光線入射角が約４．４°となるように設定されている。つまり、液晶表示パネル２０７に入射される光の平行度は、±２°（Ｈ）×４°（Ｖ）であり、この光が液晶表示パネル２０７に入射されると、マイクロレンズ２１６の周辺領域、すなわち図６において網かけ部で示した領域（マイクロレンズ２１６の中心から約±２４μｍ以上の領域）で、該マイクロレンズ２１６は上述した式（１）を満たすようになっている。
【００９８】
ここで、上記マイクロレンズアレイ２０６のベースガラス２１２側を最適な厚さ（約２７０μｍ）になるまで研磨し、このベースガラス２１２側をＴＦＴ基板２１５に貼り合わせたサンプル３と、逆にマイクロレンズアレイ２０６のカバーガラス２１４側を上記サンプル３と同条件となるように研磨し、このカバーガラス２１４側をＴＦＴ基板２１５に貼り合わせたサンプル４とを作成し、各サンプルのマイクロレンズアレイ２０６側からＴＦＴ基板２１５に向かって略平行な光を入射させた場合の透過状態は、それぞれ図７（ａ）（ｂ）のようになる。
【００９９】
図７（ａ）は、サンプル３における入射光の透過状態を示しており、上述したように、マイクロレンズアレイ２０６のマイクロレンズ２１６には、屈折率の低い媒質である接着剤２１３側から、屈折率の高い媒質であるベースガラス２１２に向かって光が入射されるので、マイクロレンズ２１６の周辺のようにレンズ曲面に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい場合であっても、入射光はマイクロレンズ２１６の周辺で反射することなく透過して目的とする液晶表示素子の画素に集光される。
【０１００】
一方、図７（ｂ）は、サンプル４における入射光の透過状態を示しており、マイクロレンズアレイ２０６のマイクロレンズ２１６には、屈折率の高い媒質であるベースガラス２１２側から、屈折率の低い媒質である接着剤２１３に向かって光が入射されるので、上記した式（１）の関係がそのまま成り立つことになり、マイクロレンズ２１６の周辺のようにレンズ曲面に対する面法線とその面に入射する入射光とがなす角度が大きい場合には、入射光がマイクロレンズ２１６の周辺で反射され、液晶表示素子の画素に集光される光量が減少する。
【０１０１】
図７（ａ）のサンプル３と図７（ｂ）のサンプル４において、入射光量を同じとした場合、各サンプルの出射光は、図７（ａ）のサンプル３の方が図７（ｂ）のサンプル４と比べて、約１５％明るくなっている。
【０１０２】
したがって、図７（ａ）に示すような液晶表示パネル２０７では、マイクロレンズアレイ２０６を構成する各マイクロレンズ２１６の周辺部において光源２０１からの入射光の反射がないので、該液晶表示パネル２０７の目的とする画素に対して光を集光させることができる。
【０１０３】
これにより、液晶表示パネル２０７の液晶表示素子の画素の実効的な開口率を大きくすることができるので、上記のような液晶表示パネル２０７を、図５に示す投影型液晶表示装置に使用すれば、スクリーン２０９上に投影される表示画像が明るくなり、表示品位の向上を図ることができる。
【０１０４】
また、図７（ｂ）に示すサンプル４では、マイクロレンズ２１６の周辺（図６の網かけ部）で入射光が反射され、この反射光（図７（ｂ）のαの光）が再度ガラス表面（カバーガラス２１４）などで反射され（図７（ｂ）のα’の光）、対応する色の画素ではなく異なる画素に入射され、色純度低下の原因となっている。
【０１０５】
これに対して、図７（ａ）に示すサンプル３では、マイクロレンズ２１６の周辺での入射光の反射がないので、目的とする画素に入射される光がマイクロレンズ２１６の周辺で反射されて他の画素に入射される虞がない。よって、色純度を低下させる有害光を大幅に低減でき、色再現範囲を拡げることができるので、色再現性をより忠実なものとし、表示画像の表示品位を大幅に向上させることができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態２では、カラー画像を表示するために、一つの液晶表示パネル２０７にてＲＧＢの各画素を有する単板式の投影型液晶表示装置の例について説明したが、これに限定されず、前記実施の形態１の図４で示した投影型液晶表示装置に色分離・合成光学系を加え、液晶表示パネルを複数枚使用して、カラー画像を表示する投影型液晶表示装置、例えばＲＧＢの各色に対応した３枚の液晶表示パネルを備えた３板式の投影型液晶表示装置にも適用可能である。
【０１０７】
このような３板式の投影型液晶表示装置としては、例えば図８に示すように、ＲＧＢの３つの光に対応して液晶表示パネル１０７Ｒ、液晶表示パネル１０７Ｇ、液晶表示パネル１０７Ｂが配され、それぞれの光入射面側には、フィールドレンズ１０５が配され、さらに、フィールドレンズ１０４と各フィールドレンズ１０５との間には、光源１０１からの光をＲＧＢに分離するための光分離手段としての複数のダイクロイックミラー１１７ａ〜１１７ｅが配され、上記の液晶表示パネル１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂからそれぞれ変調された光を合成して投影レンズ１０８に出射する合成光学系１１８が配された構成となったものが考えられる。
【０１０８】
上記構成の３板式の投影型液晶表示装置においても、液晶表示パネル１０７Ｒ、液晶表示パネル１０７Ｇ、液晶表示パネル１０７Ｂのそれぞれには、図１に示
したマイクロレンズアレイ１０６が、図３（ａ）に示すように配置されている。
【０１０９】
これにより、各液晶パネルからの出射光は、光量の低減がなく合成光学系１１
８に入射されるので、投影レンズ１０８を通した投影画像は明るいものとなる。
【０１１０】
また、本実施の形態１で使用したマイクロレンズアレイ１０６、本実施の形態２で使用したマイクロレンズアレイ２０６は、本発明を適用するうえでの一例であり、例えば、ガラス間に屈折率の異なる２種類の樹脂をサンドイッチし、この界面にマイクロレンズを構成したものであってもよい。
【０１１１】
上記実施の形態１及び２では、ベースガラス１１２及び２１２上に凸形状のマイクロレンズを形成し、このマイクロレンズを形成している部材より低い屈折率の樹脂を介してカバーガラス１１４及び２１４を貼り合わせたが、特開平８−２９５５８３号公報に開示されているように、例えば図１８に示すように、ベースガラスに凹形状のマイクロレンズを形成し、マイクロレンズを形成している部材よりも高い屈折率を有する樹脂を介してカバーガラスを貼り合わせる構成としても構わない。
【０１１２】
また、マイクロレンズを形成している部材は、必ずしもベースガラス自体である必要はなく、ベースガラス上に樹脂を成形して作成してもよい。
【０１１３】
また、マイクロレンズ基板（ベースガラス１１２，２１２）のＴＦＴ側（ＴＦＴ基板１１５，２１５）のガラス厚みやマイクロレンズ１１６，２１６の焦点距離は、使用するパネル（液晶表示パネル１０７，２０７）の仕様や該パネルへの入射光の平行度により、その最適な値は異なる。
【０１１４】
また、本実施の形態１，２では、投影型液晶表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、直視型液晶表示装置についても適用できる。
【０１１５】
例えば図９に示すようなバックライト３０１の指向性向上の為にマイクロレンズアレイ１０６を用いる直視型液晶表示装置や、図１０に示すような視角拡大の為にマイクロレンズアレイ１０６を用いる直視型液晶表示装置について、本発明を適用できる。
【０１１６】
図９に示す直視型液晶表示装置では、光源としてのバックライト３０１と、該バックライト３０１の光出射側に配置されたマイクロレンズアレイ１０６とで構成される光学レンズシステム３０２を有し、この光学レンズシステム３０２からの出射光は、図示しない液晶表示パネルに入射される。
【０１１７】
上記光学レンズシステム３０２では、バックライト３０１から出射される発散光をマイクロレンズアレイ１０６で正面方向に屈折させることで、光のロスがなく、光の指向性を高める効果を強くすることができる。また、マイクロレンズアレイ１０６のマイクロレンズ１１６の周辺で光の反射が生じないので、該マイクロレンズ１１６を透過する光が増え、この光学レンズシステム３０２から液晶表示パネル（図示せず）への入射光の光量が増加する。
【０１１８】
さらに、マイクロレンズアレイ１０６によりバックライト３０１からの拡散光を効率よく平行光に変換することができるので、該マイクロレンズアレイ１０６からの出射光の指向性を向上させることができる。
【０１１９】
よって、図９に示す直視型液晶表示装置は、光学レンズシステム３０２からの光のロスの発生をなくし、光の指向性の高める効果を大幅に向上させることができ、この結果、明るい画像表示を行うことが可能となる。
【０１２０】
また、図１０に示す直視型液晶表示装置は、光源としてのバックライト３０１と、該バックライト３０１の光出射側にマイクロレンズアレイ１０６が配置され、このマイクロレンズアレイ１０６とバックライト３０１との間に液晶表示素子３０３が配置された構造となっている。この場合においても上記バックライト３０１とマイクロレンズアレイ１０６とで光学レンズシステム３０２を構成している。
【０１２１】
つまり、光学レンズシステム３０２を構成するバックライト３０１とマイクロレンズアレイ１０６との間に、画像表示素子として液晶表示素子３０３を配置したことになる。この場合、マイクロレンズアレイ１０６により、液晶表示素子から出射される光をより広範囲に発散させることができる。
【０１２２】
したがって、液晶表示素子３０３からの出射光を、マイクロレンズ１１６の周辺で反射させることなく、マイクロレンズアレイ１０６から出射して拡散させることができるので、マイクロレンズアレイ１０６の正面方向に十分に光を散乱させることができ、この結果、視角を拡げることができる。
【０１２３】
これにより、液晶表示パネルの視角によらず、画像を良好に見ることができる。つまり、液晶表示パネルが通常有している表示特性のうち、視角依存性の改善効果を強くすることができる。
【０１２４】
さらに、本実施の形態１，２では、マイクロレンズアレイ１０６，２０６において、球面のマイクロレンズ１１６，２１６を用いたが、これに限定されるものではなく、光を屈折する形状であれば、非球面形状や角錐形状などのレンズを用いてもよい。
【０１２５】
また、マイクロレンズアレイ１０６は、以下に示すようにして作成することができる。
【０１２６】
例えばマイクロレンズアレイは、マイクロレンズ支持基板の第１面に複数の凸又は凹面を有するマイクロレンズ部が形成され、該マイクロレンズ部の屈折率よりも低い屈折率の樹脂（接着樹脂）を介してカバーガラスが接着されてなるマイクロレンズアレイにおいて、該カバーガラスの接着後、該マイクロレンズ支持基板の第２面（該マイクロレンズ部が形成されていない側の面）を所定の厚さに研磨する。
【０１２７】
また、上記マイクロレンズ支持基板としてのカバーガラスの厚みは、上記マイクロレンズ部のレンズ表面から該マイクロレンズ部で集光された光の光焦光点までの距離と同じか、または、小さくなるように設定されている。
【０１２８】
なお、上記マイクロレンズアレイに入射した光は、マイクロレンズ部（微小レンズ）によって集光されるが、必ずしも一点には収束せず、有限のビーム径を有する。本発明において、マイクロレンズ部で集光された光のビーム径が最も小さくなる点を上記光集光点と称している。
【０１２９】
また、本光学レンズシステムは、光源と、該光源からの光が入射される微小レンズが２次元に配列されたマイクロレンズアレイとを含む光学レンズシステムにおいて、上記微小レンズが、レンズ曲面の一方側を形成する媒質の屈折率をｎ１、他方側を形成する媒質の屈折率をｎ２（ｎ２＞ｎ１）、上記光源からの光を屈折率ｎ２の媒質側から該微小レンズのレンズ曲面に入射した時の該レンズ曲面に対する面法線と、この面への入射光とがなす角をθとし、該微小レンズ曲面内でのθの最大値をθmax として、以下の式（１）の関係を満たす曲面を有しているとき、
（ｎ２／ｎ１）×ｓｉｎθmax ≧１  ・・・・・・・・・・・・・（１）
上記光源からの光が屈折率ｎ１の媒質側から上記微小レンズに入射されるように、上記マイクロレンズアレイが配置されていることを特徴としている。
【０１３０】
上記式（１）は、ｓｉｎθ≦１であるので、屈折率の高い媒質から低い媒質へ光が入射する時に成立することが分かる。この場合、式（１）を満たす入射角θを有する光が微小レンズに入射されると、光の入射角θが大きいレンズ周辺部で光が反射されることになる。
【０１３１】
これに対して、光を屈折率の低い媒質から高い媒質へ入射させた場合、上記式（１）の（ｎ２／ｎ１）の項が（ｎ１／ｎ２）となり、微小レンズへの光の入射角θが大きくなっても、レンズの光屈折面で反射されることがない。
【０１３２】
これにより、微小レンズ周辺部での入射光の反射を無くすことができるので、マイクロレンズアレイから出射される光量を増加させることができる。
【０１３３】
さらに、上記光源からの光を、赤、緑、青の波長域の光に分離し、上記画像表示素子にそれぞれ異なる角度で入射させる光分離手段を備え、上記マイクロレンズアレイは、上記光分離手段と上記画像表示素子との間に配置され、該画像表示素子の赤、緑、青の波長域の光に対応する３つの画素のグループに該マイクロレンズアレイを構成する微小レンズの一つずつが対応するように形成されていてもよい。
【０１３４】
これにより、カラー画像を投影表示する投影モード型の画像表示装置においても、明るいカラー表示画像を得ることができる。
【０１３５】
したがって、上記構成の光学レンズシステムのマイクロレンズアレイの光出射面側に、上記光源からの光を画像信号に応じて変調する画像表示素子が配置されると共に、上記マイクロレンズアレイの各微小レンズが上記画像表示素子の各画素にそれぞれ対応するように配置され、上記微小レンズは、上記光源からの光を上記画像表示素子の対応する画素の開口部に集光させるようにしてもよい。
【０１３６】
つまり、上記構成の光学レンズシステムを、例えば投影型の画像表示装置の一つとして液晶プロジェクションに用いてもよい。
【０１３７】
この場合、光源からの光を効率よく液晶表示素子の画素に集光させ、実効的な開口率を向上させることができるので、明るい投影画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明は、光源と、該光源からの光が入射される微小レンズが２次元に配列されたマイクロレンズアレイとを含む光学レンズシステムおよびこの光学レンズシステムを用いた画像表示装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の光学レンズシステムを構成するマイクロレンズアレイの概略構成図である。
【図２】図１に示すマイクロレンズアレイの正面図である。
【図３】液晶表示パネルの概略構成図であって、（ａ）はマイクロレンズアレイ内の屈折率の低い媒質から高い媒質に向かって光を照射するように構成された液晶表示パネルの概略構成図であり、（ｂ）はマイクロレンズアレイ内の屈折率の高い媒質から低い媒質に向かって光を照射するように構成された液晶表示パネルの概略構成図である。
【図４】本発明の画像表示装置の一例を示したものであって、図３（ａ）に示す液晶表示パネルを用いた投影型液晶表示装置の概略構成図である。
【図５】本発明の画像表示装置の他の例を示した投影型液晶表示装置の概略構成図である。
【図６】図５の投影型液晶表示装置に用いられているマイクロレンズアレイの正面図である。
【図７】液晶表示パネルの概略構成図であって、（ａ）はマイクロレンズアレイ内の屈折率の低い媒質から高い媒質に向かって光を照射するように構成された液晶表示パネルの概略構成図であり、（ｂ）はマイクロレンズアレイ内の屈折率の高い媒質から低い媒質に向かって光を照射するように構成された液晶表示パネルの概略構成図である。
【図８】本発明の画像表示装置のさらに他の例を示す３板式の投影型液晶表示装置の概略構成図である。
【図９】本発明の画像表示装置のさらに他の例を示す説明図である。
【図１０】本発明の画像表示装置のさらに他の例を示す説明図である。
【図１１】液晶表示素子の画素部の説明図である。
【図１２】従来のマイクロレンズの概略構成図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、従来のマイクロレンズの製造工程を示す説明図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）は、従来のマイクロレンズの製造工程を示す説明図である。
【図１５】光の界面における屈折の状態を示す説明図である。
【図１６】マイクロレンズ周辺部で発生する光反射が生じる状態を示す説明図である。
【図１７】本発明の他の光学レンズシステムを構成するマイクロレンズアレイの概略構成図である。
【図１８】本発明のさらに他の光学レンズシステムを構成するマイクロレンズアレイの概略構成図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０１  光源
１０６  マイクロレンズアレイ
１０７  液晶表示パネル
１０８  投影レンズ（投影手段）
１１２  ベースガラス（マイクロレンズ支持基板，対向基板）
１１３  接着剤（媒質，樹脂）
１１４  カバーガラス
１１５  ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）
１１６  マイクロレンズ（微小レンズ，マイクロレンズ部）
２０６  マイクロレンズアレイ
２０７  液晶表示パネル
２０８  投影レンズ（投影手段）
２１２  ベースガラス（マイクロレンズ支持基板，対向基板）
２１３  接着剤（媒質）
２１４  カバーガラス
２１５  ＴＦＴ基板（アクティブマトリクス基板）
２１６  マイクロレンズ（微小レンズ，マイクロレンズ部）
２１７  ダイクロイックミラー群（光分離手段）
３０１  バックライト（光源）
３０２  光学レンズシステム
３０３  液晶表示素子（画像表示素子）
【図１】
2008097032.tif 000003
【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】
2008097032.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008097032.tif 000014
【図１３】
2008097032.tif 000015
【図１４】
2008097032.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2008097032.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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