(57)【要約】【課題】集光素子から遮光膜までの距離を最適化することにより集光効率を向上した液晶装置及びプロジェクタを提供する。【解決手段】本発明の液晶装置は、液晶３９に入射する光を画素の中心側へ向けて集光する複数の集光素子３３を有する。画素の対角方向の長さをＰとし、光軸ＡＸと遮光膜ＢＭの開口面との交点をＡとし、光軸ＡＸ上において集光素子３３の前記Ａから最も遠い点をＢとし、前記ＡＢ間の距離をＣとしたときに、ＰとＣとの比Ｃ／Ｐが、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の関係を満たすことを特徴とする。【選択図】図３
2007212609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶により画像を表示する液晶装置であって、
前記画像を構成する複数の画素と、
前記複数の画素間に設けられた遮光膜と、
前記遮光膜に設けられた開口部と、
該開口部からなる開口面と、
前記複数の画素の各々に対応して設けられ、前記液晶に入射する光を前記画素の中心側へ向けて集光する複数の集光素子と、を有し、
前記画素の対角方向の長さをＰとし、前記画素の中心に入射する光の光軸と前記開口面との交点をＡとし、前記光軸上において前記集光素子の前記Ａから最も遠い点をＢとし、前記ＡＢ間の距離をＣとしたときに、
前記Ｐと前記Ｃとの比Ｃ／Ｐが、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の関係を満たすことを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記集光素子は、該集光素子を前記光軸を含む平面で切った断面において、前記光の入射側の外周が直線をなす屈折面を有することを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の液晶装置を空間光変調装置として備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置及びプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタは、近年ホームユースの用途が拡大している。このため、プロジェクタの空間光変調装置には、安価、長寿命、かつ高い光利用効率で、高コントラストな画像を得られることが望まれている。空間光変調装置の代表例として、例えば液晶装置が用いられている。液晶装置には、その画像表示領域内に、データ線、走査線、容量線等の各種配線や、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード等の各種電子素子が作り込まれている。このため、各画素において、画像表示に寄与する光が透過又は反射できる領域は、各種配線や電子素子等の存在により制限される。各画素の開口率は、各画素の領域に対する画像表示に寄与する光が透過又は反射できる領域、即ち開口領域の面積比率で定義される。一般的に、液晶装置の開口率は略７０％程度である。また、液晶装置に入射する光源からの光は、略平行光の状態で液晶層を透過又は反射する。このため、液晶装置を略平行光で照明するときは、全光量のうち各画素の開口率に応じた光量だけ利用でき、利用されない光は光量損失となる。
【０００３】
そこで、従来は、マイクロレンズ等の集光素子を液晶装置の対向基板に設け、液晶装置に入射した光を遮光膜の内側（画素の開口領域）に集光させている（例えば、特許文献１参照）。マイクロレンズは、光源からの照明光を画素単位で開口領域へ向かって集光する。マイクロレンズで集光された照明光は、効率良く画素の開口領域を透過することができる。このため、液晶装置にマイクロレンズアレイを用いると、遮光膜による光量損失が少なくなり、光利用効率の向上が図られる。
【特許文献１】特開平９−１２７４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような液晶装置においては、更なる高精細化、高画質化、高輝度化等が求められている。したがって、画素ピッチを狭くする必要性も益々大きくなっている。この場合、集光素子の形状を最適化することは必須となる。例えば、特許文献１では、集光効率を向上させる手段として、マイクロレンズを非球面形状（楕円球面形状又は回転双曲面形状）とし、球面収差がゼロとなる条件で集光させる方法が開示されている。しかしながら、狭ピッチ化が進む液晶装置においては、このような集光素子の最適形状の設計に加えて、マイクロレンズから遮光膜までの距離の制御が集光効率に対し非常に重要な要因となることが本発明者らの検討により明らかになっている。例えばマイクロレンズを形成した基板を薄くエッチングした場合に、基板の厚さがばらつき、そのためマイクロレンズから遮光膜までの距離がばらつくことになる。このような場合、集光効率もばらついてしまう。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、狭ピッチ化が進む液晶装置において高い集光効率を実現可能な液晶装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。特に、画素の大きさと集光素子から遮光膜までの距離とを最適化することにより、いずれかがばらついた場合でも集光効率を向上でき、且つ安定した集光効率が得られ、明るい表示が可能な液晶装置及びプロジェクタを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の液晶装置は、液晶により画像を表示する液晶装置であって、前記画像を構成する複数の画素と、前記複数の画素間に設けられた遮光膜と、前記遮光膜に設けられた開口部と、該開口部からなる開口面と、前記複数の画素の各々に対応して設けられ、前記液晶に入射する光を前記画素の中心側へ向けて集光する複数の集光素子と、を有し、前記画素の対角方向の長さをＰとし、前記画素の中心に入射する光の光軸と前記開口面との交点をＡとし、前記光軸上において前記集光素子の前記Ａから最も遠い点をＢとし、前記ＡＢ間の距離をＣとしたときに、前記Ｐと前記Ｃとの比Ｃ／Ｐが、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の関係を満たすことを特徴とする。
この構成によれば、特に高精細化が進む液晶装置において集光効率の高い明るい表示が実現される。また、集光効率が略一定となることから、Ｃ／Ｐの変動に対して安定した特性が得られるようになる。なお、実験データ等については［実施例］の項で説明する。
【０００７】
ここで、本発明の集光素子としては、種々の光学素子を用いることができる。代表的なものとして、マイクロレンズ等の屈折光学素子があるが、反射光学素子や回折光学素子を用いることもできる。反射光学素子や回折光学素子は、光を反射又は回折することにより遮光膜の内側に導く点を除いて屈折光学素子と同様の作用効果を有する。なお、以下の説明では、集光素子として屈折光学素子を用いた例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００８】
集光素子の形態としては次の３種類が考えられる。すなわち、（１）前記光軸を含む平面で切った断面において、前記光の入射側の外周が直線をなす屈折面を有する場合、（２）前記光軸を含む平面で切った断面において、前記光の入射側の外周が曲線をなす屈折面を有する場合、（３）前記光軸を含む平面で切った断面において、一部分が前記（１）の屈折面からなり、他の部分が前記（２）の屈折面からなる場合、の３種類である。本発明の集光素子は、これら（１）〜（３）のいずれの形態でも良い。
【０００９】
本発明のプロジェクタは、上述した本発明の液晶装置を空間光変調装置として備えたことを特徴とする。
この構成によれば、明るい画像表示が可能なプロジェクタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
［プロジェクタ］
図１は、本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
このプロジェクタ１０は、観察者側に設けられたスクリーン２６に光を供給し、スクリーン２６で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。光源部１１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する超高圧水銀ランプである。インテグレータ１４は、光源部１１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１６Ｒに入射する。
【００１１】
Ｒ光透過ダイクロイックミラー１６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１７に入射する。反射ミラー１７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置２０Ｒに入射する。空間光変調装置２０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置２０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００１２】
空間光変調装置２０Ｒは、λ／２位相差板２３Ｒ、硝子板２４Ｒ、第１偏光板２１Ｒ、液晶パネル２５Ｒ、及び第２偏光板２２Ｒを有する。λ／２位相差板２３Ｒ及び第１偏光板２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板２１Ｒ及びλ／２位相差板２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図１において、第２偏光板２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル２５Ｒの出射面や、クロスダイクロイックプリズム２７の入射面に接する状態で配置しても良い。
【００１３】
空間光変調装置２０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、硝子板２４Ｒ及び第１偏光板２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル２５Ｒに入射する。液晶パネル２５Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル２５Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板２２Ｒから出射される。このようにして、空間光変調装置２０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７に入射する。
【００１４】
Ｒ光透過ダイクロイックミラー１６Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇで反射されたＧ光は、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置２０Ｇに入射する。空間光変調装置２０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。空間光変調装置２０Ｇは、液晶パネル２５Ｇ、第１偏光板２１Ｇ及び第２偏光板２２Ｇを有する。
【００１５】
空間光変調装置２０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装置２０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル２５Ｇに入射する。液晶パネル２５Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル２５Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板２２Ｇから出射される。このようにして、空間光変調装置２０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７に入射する。
【００１６】
Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１８と、２枚の反射ミラー１７とを経由して、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置２０Ｂに入射する。空間光変調装置２０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置２０Ｂに導くことができる。空間光変調装置２０Ｂは、λ／２位相差板２３Ｂ、硝子板２４Ｂ、第１偏光板２１Ｂ、液晶パネル２５Ｂ、及び第２偏光板２２Ｂを有する。空間光変調装置２０Ｂの構成は、上述した空間光変調装置２０Ｒと同様の構成を有する。
【００１７】
空間光変調装置２０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装置２０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、硝子板２４Ｂ及び第１偏光板２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル２５Ｂに入射する。液晶パネル２５Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル２５Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板２２Ｂから出射される。空間光変調装置２０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇとは、光源部１１から供給される光を、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光とに分離する。
【００１８】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７は、２つのダイクロイック膜２７ａ、２７ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜２７ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜２７ｂは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム２７は、空間光変調装置２０Ｒ、空間光変調装置２０Ｇ、及び空間光変調装置２０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投射レンズを含む投写光学系２８は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成された光をスクリーン２６に投写する。これにより、スクリーン２６上にフルカラー画像を表示することができる。
【００１９】
なお、上述のように、空間光変調装置２０Ｒ及び空間光変調装置２０Ｂからクロスダイクロイックプリズム２７に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、空間光変調装置２０Ｇからクロスダイクロイックプリズム２７に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム２７に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム２７において各色光用空間光変調装置から出射される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜２７ａ、２７ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜２７ａ、２７ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜２７ａ、２７ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００２０】
［液晶パネル−１］
次に、本発明の第１の実施の形態の液晶パネル２５Ｒについて説明する。
図２は、液晶パネル２５Ｒの要部斜視構成を示す模式図である。図１で説明したプロジェクタ１０は、３つの液晶パネル２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂを備えている。これら３つの液晶パネル２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一である。このため、液晶パネル２５Ｒを代表例として以後の説明を行う。一つの開口領域ＡＰは、一つの画素に対応している。図２では、液晶パネル２５Ｒのうち一つの画素に対応する部分のみを示している。
【００２１】
光源部１１からのＲ光は、図２の上側から液晶パネル２５Ｒに入射し、下側からスクリーン２６の方向へ出射する。防塵硝子である入射側防塵プレート３１の出射側には、マイクロレンズアレイ基板３２が設けられている。マイクロレンズアレイ基板３２は接着剤層３４によって対向基板３６に接着されている。マイクロレンズアレイ基板３２の対向基板３６側の面には凹曲面部が形成されており、この凹曲面部に配置された接着剤層３４によって、屈折光学素子であるマイクロレンズ３３が形成されている。
【００２２】
一のマイクロレンズ３３は、一つの開口領域ＡＰに対応して設けられている。各マイクロレンズ３３は、光源１１から入射された光を対応する開口領域ＡＰ内、すなわち対応する画素の中心側に向けて集光する集光素子として機能する。液晶パネル２５Ｒの全体では、複数の開口領域ＡＰに対応して複数のマイクロレンズ３３がマトリクス状に配列されている。そして、これらマトリクス状に配列された複数のマイクロレンズ３３によってマイクロレンズアレイが構成されている。
【００２３】
マイクロレンズ３３の出射側には、ＩＴＯ膜を備える透明電極３７等を有する対向基板３６が配置されている。対向基板３６及び透明電極３７の間には、遮光部であるブラックマトリックス（遮光膜）ＢＭが形成されている。ブラックマトリックスＢＭは、マトリクス状に配された複数の画素を仕切るように画素の境界領域（画素間）に格子状に設けられている。ブラックマトリックスＢＭには、画素に対応する矩形の開口領域（開口部）ＡＰが設けられている。透明電極３７の出射側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜３８が設けられている。配向膜３８は、例えば、ポリイミド膜等の透明な有機膜で構成されている。
【００２４】
出射側防塵プレート４３の入射側には、ＴＦＴ基板４２が形成されている。ＴＦＴ基板４２の入射側には、透明電極やＴＦＴ形成層４１が設けられている。ＴＦＴ形成層４１のさらに入射側には、配向膜４０が設けられている。配向膜３８、配向膜４０は、それぞれのラビング方向が互いに略直交するように配置されている。入射側防塵プレート３１及び出射側防塵プレート４３は、対向基板３６とＴＦＴ基板４２とを対向させて貼り合わされている。対向基板３６とＴＦＴ基板４２との間には、液晶層３９が封入されている。
【００２５】
なお、図１で示した構成では、第１偏光板２１Ｒ及び第２偏光板２２Ｒを、液晶パネル２５Ｒに対して別体として設けている。これに代えて、入射側防塵プレート３１と対向基板３６との間や、出射側防塵プレート４３とＴＦＴ基板４２との間などに偏光板を設けることとしても良い。
【００２６】
次に、図３に基づいてマイクロレンズ３３の構成と作用を説明する。
図３は、液晶パネル２０Ｒの入射側防塵透明プレート３１から液晶層３９までの概略構成を示す図である。
【００２７】
図３に示すように、マイクロレンズアレイ基板３２の対向基板３６側の面には概ね半球状の凹曲面部が形成されている。そして、この凹曲面部に充填された光学的に透明な接着剤層３４によってマイクロレンズ３３が形成されている。略平行光束である入射光は、マイクロレンズアレイ基板３２と接着剤層３４との屈折率差に応じて屈折され、ブラックマトリックスＢＭの開口領域ＡＰを通過するように集光される。なお、マイクロレンズの形状（すなわち屈折面である凹曲面部の形状）、マイクロレンズアレイ基板３２の屈折率、及び接着剤層３４の屈折率は、屈折光が開口領域ＡＰを効率良く通過できるように適宜設定される。
【００２８】
ここで、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃは画素ピッチｐに応じて適切な値に設計される。具体的には、画素の対角方向の長さをＰとし、画素の中心に入射する光の光軸ＡＸとブラックマトリックスＢＭの開口面（ブラックマトリックスＢＭの属する平面であって、開口領域ＡＰが形成された面）との交点をＡとし、光軸ＡＸ上においてマイクロレンズ３３の前記Ａから最も遠い点（すなわち光軸ＡＸにおいてマイクロレンズ３３の最も光入射側の部分）をＢとし、前記ＡＢ間の距離をＣとしたときに、ＰとＣとの比Ｃ／Ｐが、０．５＜Ｃ／Ｐ＜３、より好ましくは、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の関係を満たすように設計されている。こうすることで、特に高精細化が進む液晶装置において集光効率の高い明るい表示が可能となる。以下、実施例により、この理由を説明する。
【実施例１】
【００２９】
図４は、比Ｃ／Ｐと集光効率との関係を示す図である。この集光効率は、画素ピッチｐ、接着剤層３４の屈折率ｎ、投射レンズのｆ値ｆを変化させたときの各パネル（パネル１〜パネル６）の集光効率をシミュレーションしたものである。表１は、各パネルのシミュレーション条件を示している。なお、画素の形状は正方形とし、画素の対角方向の長さＰはｐ×√２として計算している。また、画素ピッチｐが８μｍの場合の開口率は４５％、１５μｍの場合の開口率は５５％である。また、マイクロレンズアレイ基板３２の屈折率ｎ０は１．４６である。
【００３０】
【表１】
2007212609.tif 000003
【００３１】
図４に示すように、各パネル１〜６の集光効率は、比Ｃ／Ｐ＝１．７５付近を極大値とする山型の変化を示す。いずれのパネルにおいても、集光効率は、比Ｃ／Ｐが１．７５以下の範囲では比Ｃ／Ｐの増加によって増加し、比Ｃ／Ｐが１．７５を超えると比Ｃ／Ｐの増加によって減少する。この傾向は、画素ピッチの狭いパネルほど強い。これは、パネル１とパネル２、パネル３とパネル４、パネル５とパネル６を比較することにより理解できる。パネル３とパネル４、又はパネル５とパネル６は、それぞれパネル１とパネル２においてｆ値ｆ又は屈折率ｎを変えたものであるが、これらのパラメータを変化させた場合であっても同様の傾向が見られることから、このような集光効率の変化は、画素ピッチｐ、ｆ値ｆ及び屈折率ｎに関係なく生ずるものと考えられる。
【００３２】
比Ｃ／Ｐは０．５から３の範囲であれば、概ね安定した集光効率が得られる。特に、比Ｃ／Ｐが１から２．５の範囲では、集光効率は高い水準で安定し、比Ｃ／Ｐが変化しても殆ど変化しない。このことから、比Ｃ／Ｐを、０．５＜Ｃ／Ｐ＜３、より好ましくは、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の範囲とすることで、明るく且つ安定した表示品質の得られるプロジェクタを提供することができる。
【００３３】
なお、図示は省略したが、画素の形状を長方形とした場合にも全く同じシミュレーション結果が得られる。すなわち、カラー表示を行なうアスペクト比１：３の長方形のサブ画素においても、比Ｃ／Ｐを、０．５＜Ｃ／Ｐ＜３、より好ましくは、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の範囲とすることで、集光効率の高い明るい表示が可能となる。
【００３４】
次に、パネル１〜６の集光効率が比Ｃ／Ｐの変化に対して山型の変化を示す理由について図５を用いて説明する。
図５に示すように、マイクロレンズ３３の形状（特に曲率）はマイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃ１，Ｃ２に応じて適切に設計される。図５（ａ）のように、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃ１が大きい場合には、マイクロレンズ３３の曲率半径Ｒ１は大きく設計される。レンズ外周部に入射した光がブラックマトリックスＢＭによって遮光されないようにするためである。一方、図５（ｂ）のように、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃ２が小さい場合には、マイクロレンズ３３の曲率半径Ｒ２は小さく設計される。これも同様に理由である。図５では、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離によって、マイクロレンズ３３の最適形状が変わったが、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離を一定にして画素の対角方向の長さＰを変えた場合にも、同様の理由により、マイクロレンズ３３の最適形状は変わる。このように、マイクロレンズの形状は、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃ（Ｃ１，Ｃ２）と画素の対角方向の長さＰとの比Ｃ／Ｐに応じて必然的に決定されるものである。
【００３５】
しかしながら、このようにマイクロレンズ３３の形状を最適化しても、比Ｃ／Ｐの値によっては、十分な集光効率が得られない場合がある。集光効率は投射レンズの飲込み角によっても変わってくるからである。例えば、図５（ｂ）の場合、レンズ外周部に入射した光がブラックマトリックスＢＭの内側に集光されても、光軸ＡＸに対する交差角度が大きい場合には、投射レンズの飲込み角の範囲に入らず、表示に寄与しない光となる。むしろ、レンズ中央部に入射した光を屈折させすぎることで、本来なら有効に活用できたレンズ中央部の光が投射レンズにケラレてしまい、光量損失となる可能性がある。一方、図５（ａ）のようにマイクロレンズ３３の曲率を小さくした場合には、レンズ中央部での屈折角が小さくなりすぎてしまい、従来有効に活用できていたレンズ中央部に斜め入射した光を十分に屈折できなくなり、その結果、投射レンズの飲込み角に収まらなくなる（すなわち投射レンズによってケラレてしまう）という問題が生じる。
【００３６】
したがって、マイクロレンズ３３を設置する場合には、マイクロレンズ３３の形状を最適化するだけでなく、マイクロレンズ３３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃを、画素の対角方向の長さＰとの関係において適切に設計する必要がある。すなわち、上記ＰとＣとの比Ｃ／Ｐと、該Ｃ，Ｐに基づいてマイクロレンズ３３の形状を最適化した場合の集光効率との間には密接な相関があり、比Ｃ／Ｐを所定の範囲に設計することで、最も高い集光効率が得られるものとなる。例えば、図４について見ると、比Ｃ／Ｐが０．５以下の範囲では、マイクロレンズ３３が図５（ａ）の構成をとることにより、レンズ中央部に斜め入射した光が投射レンズでケラレてしまい、光量損失が大きな状態になっていると考えられる。一方、比Ｃ／Ｐが３以上の範囲では、マイクロレンズ３３が図５（ｂ）の構成をとることにより、レンズ外周部で大きく屈折された光が投射レンズによってケラレてしまい、光量損失が大きな状態になっていると考えられる。他方、比Ｃ／Ｐが０．５＜Ｃ／Ｐ＜３の範囲では、レンズ中央部及びレンズ外周部における光の屈折角がバランスのとれた状態となっており、その結果、光量損失が最も小さい状態になっていると考えられる。
【実施例２】
【００３７】
図６は、図４のシミュレーション結果に基づいて作製した液晶パネルにおける集光効率の実測値である。この実施例では、図４のパネル１，２，３，６について、それぞれＣ／Ｐを変えた８つのパネルを作製し、各パネルにおける集光効率の実測値と図４のシミュレーション結果とを比較している。図６中、白丸等で示したドットが実測値であり、点線等で示した線が図４のシミュレーション結果である。
【００３８】
図６に示すように、シミュレーション結果と実際の結果はほぼ一致しており、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の範囲において最も集光効率が高く、かつ安定した特性が得られることがわかる。この結果から、シミュレーションだけでなく実験面でも上記範囲が有効であることが明らかになった。
【００３９】
［液晶パネル−２］
次に、図７〜図９を用いて、本発明の第２の実施の形態の液晶パネルを説明する。
図７は、本実施形態の液晶パネルの要部斜視構成を示す模式図である。この液晶パネルの基本構成は第１実施形態と同様であり、異なる点はマイクロレンズの代わりにマイクロプリズム５３を集光手段（集光素子）として用いた点のみである。したがって、第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図７に示すように、防塵硝子である入射側防塵プレート３１の出射側には、マイクロプリズムアレイ基板５２が設けられている。マイクロプリズムアレイ基板５２は接着剤層３４によって対向基板３６に接着されている。マイクロプリズムアレイ基板５２の対向基板３６側の面には凹面部が形成されており、この凹面部に配置された接着剤層３４によって、屈折光学素子であるマイクロプリズム５３が形成されている。
【００４１】
一のマイクロプリズム５３は、一つの開口領域ＡＰに対応して設けられている。各マイクロプリズム５３は、光源１１から入射された光を対応する開口領域ＡＰ内に集光する集光手段として機能する。液晶パネル２５Ｒの全体では、複数の開口領域ＡＰに対応して複数のマイクロプリズム５３がマトリクス状に配列されている。そして、これらマトリクス状に配列された複数のマイクロプリズム５３によってマイクロプリズムアレイが構成されている。
【００４２】
図８は、マイクロプリズム５３の斜視構成を示す図である。
マイクロプリズム５３は、例えば略正方形の底面を有する四角錐形状を有する。このため、マイクロプリズム５３は、斜面部ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４からなる４つの屈折面を有する。これらの屈折面は、光軸ＡＸに平行な面で切った断面が光軸ＡＸに対して一定の角度で傾斜した傾斜面として構成される。
【００４３】
次に、図９に基づいて、マイクロプリズム５３の構成と作用を説明する。
図９は、液晶パネルの入射側防塵透明プレート３１から液晶層３９までの概略構成を示す図である。
【００４４】
略平行光束の入射光は、マイクロプリズムアレイ基板５２と接着剤層５４との界面で屈折する。ここで、マイクロプリズム５３の斜面部ＬＢ１、ＬＢ２、ＬＢ３、ＬＢ４は、対向基板３６の基板面に対して傾斜角θで形成されている。例えば、斜面部ＬＢ１に入射する光線ＬＢＲは、斜面ＬＢ１の屈折作用により、開口領域ＡＰを通過し、かつ液晶層３９に入射角αで斜入射する。なお、マイクロプリズム５３の形状（すなわち屈折面である凹面部の形状）、マイクロプリズムアレイ基板５２の屈折率、及び接着剤層５４の屈折率は、屈折光が開口領域ＡＰを効率良く通過できるように適宜設定する。
【００４５】
ここで、マイクロプリズム５３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃは画素ピッチＰに応じて適切な値に設計される。具体的には、画素の対角方向の長さをＰとし、マイクロプリズム５３の後面（すなわち光軸ＡＸにおいてマイクロプリズム５３の最も光入射側の部分）からブラックマトリックスＢＭの光軸ＡＸ上の点までの距離をＣとしたときに、ＰとＣとの比Ｃ／Ｐが、０．５＜Ｃ／Ｐ＜３、より好ましくは、１＜Ｃ／Ｐ＜２．５の関係を満たすように構成されている。この理由は、実施例１で説明したのと同じ理由である。すなわち、マイクロプリズムは、光を反射（全反射）することによりブラックマトリックスＢＭの開口領域ＡＰに導く点を除いて、マイクロレンズ３３と同様の作用効果を有する。このため、マイクロプリズム５３を用いた場合にも、比Ｃ／Ｐと、該Ｃ，Ｐに基づいてマイクロレンズ３３の形状を最適化した場合の集光効率との間には密接な相関があると考えられるからである。したがって、マイクロプリズム５３の設置位置は、マイクロプリズム５３とブラックマトリックスＢＭとの距離Ｃと、画素の対角方向の長さＰとの比Ｃ／Ｐに基づいて最適化が可能であり、その最適範囲は、マイクロレンズ３３を設置する場合に準じて定めることができる。こうすることで、特に高精細化が進む液晶装置において集光効率の高い明るい表示が可能となる。
【００４６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態では、集光素子の断面形状として、前記光軸に平行な面で切った断面が前記光軸に対して所定の角度で傾斜した傾斜面からなる場合と（第１実施形態）、前記光軸に平行な面で切った断面が曲面からなる場合（第２実施形態）の２種類の場合を示した。しかし、集光素子の形状は必ずしもこれに限定されず、これら２つの形状を組み合わせた形状の集光素子を用いることもできる。
また、上記実施形態では、本発明を透過型の空間光変調装置に適用したが、本発明は反射型の空間光変調装置やミラー型の空間光変調装置に転用可能であり、さらに空間変調装置のほか撮像装置等に転用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】プロジェクタの一例を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の液晶装置の一画素の構成を示す部分斜視図である。
【図３】集光素子の構成及び作用を説明するための断面模式図である。
【図４】集光効率とＣ／Ｐとの関係を示すシミュレーション結果である。
【図５】集光効率とＣ／Ｐとの関係を説明する説明図である。
【図６】集光効率の実測値を示す実験データである。
【図７】第２実施形態の液晶装置の一画素の構成を示す部分斜視図である。
【図８】集光素子の構成を説明するための斜視図である。
【図９】集光素子の作用を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…プロジェクタ、２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…空間光変調装置（液晶装置）、３３…マイクロレンズ（集光素子）、３９…液晶層、５３…マイクロプリズム（集光素子）、ＡＰ…開口領域（遮光膜の開口部）、Ａ…光軸とブラックマトリックスの開口面との交点、ＡＸ…光軸、Ｂ…光軸上において集光素子の点Ａから最も遠い点、ＢＭ…ブラックマトリックス（遮光膜）、Ｃ…ＡＢ間の距離、Ｐ…画素の対角方向の長さ
【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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