JP2004021209A

JP2004021209A - Microlens array, liquid crystal panel, projection type display device and manufacture method of microlens array

Info

Publication number: JP2004021209A
Application number: JP2002180164A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyamae; 宮前　章; Kenji Matsumoto; 松本　健司
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP4171877B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microlens array suitable for a transmission type liquid crystal panel and making the transmissivity of incident light higher. <P>SOLUTION: In the microlens array where a plurality of microlenses (202c) are two-dimensionally arrayed, each microlens is a convex lens constituted so that the outermost periphery of a lens base part may be an almost square corresponding to the shape of a pixel on a light condensing object or the shape of the window (202ew) of a light shielding film (202e), and the convex lens is formed so that the radius of curvature of a curved surface in the diagonal direction of the square passing the center of the lens may be larger than the radius of curvature of a curved surface in the side direction of the square passing the center of the lens, whereby it has lens shape improved in the synthetic efficiency of transmitted light. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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、これを用いる液晶パネル及び投射型表示装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投射型表示装置（プロジェクタ）などに使用される透過型の光空間変調器として、駆動回路に高温ポリシリコンＴＦＴなどを使用した液晶パネルが使用されている。液晶パネルには、透過効率を向上させる目的で各画素に一つずつマイクロレンズを配するようにしたマイクロレンズアレイが使用されたものがある。例えば、特開平９−１２７４９６号公報には球面収差がゼロとなる非球面形状のマイクロレンズを使用する提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型表示装置の投射レンズの入射側開口数ＮＡと、投射レンズへの入射光束の入射分布を考えると、液晶パネルに非球面レンズを使用しても、なお、透過光にロスが発生している。
【０００４】
よって、本発明は、透過型液晶パネルに好適な、より入射光の透過効率を高めたマイクロレンズアレイを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、透過効率を高めた液晶パネルを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、透過効率を高めた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成するため本発明のマイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズが二次元に配列されたマイクロレンズアレイにおいて、各マイクロレンズは、レンズ基部の最外周を略四角形とした凸レンズであり、上記凸レンズは、そのレンズの中心を通る上記四角形の対角方向における曲面の曲率半径を該レンズ中心を通る上記四角形の辺方向における曲面の曲率半径よりも大きくなるように形成してなる非球面形状を有する。
【０００８】
かかる構成とすることによって、外形四角形のマイクロレンズを配列することでレンズ相互間に隙間のない状態で対象体を覆い、入射光を効率よく集光することが可能となる。また、レンズの相対的に幅広の対角方向と相対的に幅狭い辺方向とで焦点位置を別々に設定することでレンズ特性を複合的にし、総合の透過効率を向上させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明のマイクロレンズアレイは、複数のマイクロレンズが二次元に配列されたマイクロレンズアレイにおいて、各マイクロレンズは、レンズ基部の最外周を略四角形とした凸レンズであり、上記凸レンズは、そのレンズの中心を通る上記四角形の対角方向における曲面によるレンズの焦点距離を該レンズ中心を通る上記四角形の辺方向における曲面によるレンズの焦点距離よりも長くなるように形成してなる。
【００１０】
かかる構成とすることによっても、外形四角形のマイクロレンズを配列することでレンズ相互間に隙間のない状態で対象体を覆い、入射光を効率よく集光することが可能となる。また、レンズの相対的に幅広の対角方向と相対的に幅狭い辺方向とで焦点位置を別々に設定することでレンズ特性を複合的にし、総合の透過効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
好ましくは、上記凸レンズのレンズ中心を通る上記対角方向から上記辺方向に至る領域の曲面は、上記対角方向における曲率半径から上記辺方向における曲率半径まで連続的に曲率半径を変化させてなる曲面である。
【００１２】
本発明の液晶パネルは、光の透過率を印加信号に応じて変えて通過光の光量を変調する電気光学層と、上記電気光学層を間に介して二次元に配列された複数の画素電極によって該電気光学層を駆動する一対の透明基板と、各画素電極部分を四角形に開口すると共に他を遮光する遮光膜と、各々のレンズが上記遮光膜の開口形状に対応して外周が四角形に形成され、該四角形の対角方向における曲率半径がその辺方向における曲率半径よりも大きくなるように形成された非球面形状であるマイクロレンズアレイと、を含む。
【００１３】
かかる構成とすることによって透過効率の良い液晶パネルを得ることが可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記遮光膜の開口部が各マイクロレンズの上記辺方向における焦点位置よりもマイクロレンズ側に位置するように形成されている。それにより、遮光膜の遮光部によって阻止される入射光線を減少する。
【００１５】
本発明の投射型表示装置は、透過型液晶パネルを使用して光束を面変調して画像を形成する投射型表示装置において、上記液晶パネルによって面変調された光束をスクリーンに投影する投射レンズと、上記液晶パネルに設けられて、各画素部分を四角形に開口し、他を遮光する遮光膜と、各々のレンズが上記遮光膜の開口部に入射光を集光するマイクロレンズアレイと、を含み、各マイクロレンズはレンズ基部の最外周を上記遮光膜の開口部に対応して略四角形とした凸レンズであり、上記凸レンズは、そのレンズの中心を通る上記四角形の対角方向における曲面の形状を上記投射レンズの開口数及び上記遮光膜の対角方向の開口部による光線の遮断特性に基づいて定められ、該レンズ中心を通る上記四角形の辺方向における曲面の形状を上記投射レンズの開口数及び前記遮光膜の辺方向の開口部による光線の遮断特性に基づいて定められる。
【００１６】
かかる構成とすることによって入射光線の透過効率の改善された投射型表示装置を得ることが可能となる。
【００１７】
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、面変調された光束を投射レンズによってスクリーンに投影する投射型表示装置に用いられる透過型液晶パネルに使用されるマイクロレンズアレイの製造方法において、上記透過型液晶パネルに、画素部分を四角形に開口し、他を遮光する遮光膜と、上記四角形の開口部内に入射光を集光する、レンズ基部の外周が四角形のマイクロレンズとを模擬的に配置する過程と、上記マイクロレンズの形状、上記遮光膜の開口の形状、上記マイクロレンズと上記遮光膜間の距離、及び上記投射レンズの開口数に基づいて透過効率のシミュレーションを行って、上記マイクロレンズの中心位置を通る対角方向における曲面形状を決定する過程と、上記マイクロレンズの形状、上記遮光膜の開口の形状、上記マイクロレンズと上記遮光膜間の距離、及び上記投射レンズの開口数とに基づいて透過効率のシミュレーションを行って、上記マイクロレンズの中心位置を通る辺方向における曲面形状を決定する過程と、を含む。
【００１８】
かかる構成によって、上述した改良されたマイクロレンズアレイを作製することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１３は、投射型表示装置の一例を示している。同図において、例えば、メタルハライドランプの光源１１から出射した光線１２は、回転放物面鏡１３によって反射されて放物面鏡１３の開口方向に放射される。この光線１２は光インテグレータ１４によって平行な光線束となり、三色を分解する、Ｒダイクロイックミラー１５、Ｇダイクロイックミラー１６、Ｂダイクロイックミラー１７に入射する。
【００２１】
Ｒダイクロイックミラー１５は、光線１２の赤成分（赤光線）１２Ｒを反射して他を通過させる。Ｇダイクロイックミラー１６は、光線１２の緑成分（緑光線）１２Ｇを反射して他を通過させる。Ｂダイクロイックミラー１７は、光線１２の青成分（青光線）１２Ｂを反射する。
【００２２】
赤光線１２Ｒは、反射ミラー１８、コンデンサーレンズ１９を経て液晶パネル２０に入射する。液晶パネル２０は各フレームの各画素の赤成分の画像情報によって駆動され、各フレーム毎に各画素の透過率を設定することによって入射光１２Ｒの光束を面変調する。変調されたＲ光線はダイクロイックプリズム２１を経て投射レンズ２２に入射する。
【００２３】
緑光線１２Ｇは、コンデンサーレンズ２３を経て液晶パネル２４に入射する。液晶パネル２４は各フレームの各画素の青成分の画像情報によって駆動され、各フレーム毎に各画素の透過率を設定することによって入射光１２Ｇの光束を面変調する。変調されたＧ光線はダイクロイックプリズム２１を経て投射レンズ２２に入射する。
【００２４】
青光線１２Ｂは、反射ミラー２５、コンデンサーレンズ２６を経て液晶パネル２７に入射する。液晶パネル２７は各フレームの各画素の青成分の画像情報によって駆動され、各フレーム毎に各画素の透過率を設定することによって入射光１２Ｂの光束を面変調する。変調されたＢ光線はダイクロイックプリズム２１を経て投射レンズ２２に入射する。
【００２５】
投射レンズ２２は、ダイクロイックプリズム２１によって合成された赤光線１２Ｒ、緑光線１２Ｇ、青光線１２Ｂによるカラー画像を図示しないスクリーンに投影する。投射レンズ２２に入射した光線のうち、その光軸に平行に入射した光線は投射レンズ２２を通過するが、該光軸に対して斜めに入射した光線の中には投射レンズ２２を通過できないものも生じる。この限界は、投射レンズの開口数に関係する。
【００２６】
図１４は、上述した液晶パネル２０、２４及び２７の構成例を示している。各液晶パネルは同様に構成されるので、液晶パネル２０について説明する。
【００２７】
液晶パネル２０は、例えば、ガラス基板にマトリクス状に配置された透明な画素電極群と、各画素電極を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）群とを含むＴＦＴ基板２０１と、透明な共通電極を含む共通電極基板２０２と、両基板間に封止されて画素電極と共通電極間の印加電圧によって当該画素部分の入射光の透過率を設定する液晶材料（電気光学材料）２０３とを含んでいる。共通電極基板２０２は、例えば、ガラス基板２０２ａ、接着層２０２ｂ、マイクロレンズアレイ２０２ｃ、ガラス基板２０２ｄ、遮光膜（ブラックマトリクス）２０２ｅ、透明な共通電極膜２０２ｆを含んでいる。遮光膜２０２ｅは、画素部分を開口しその周囲を遮光することによって、ＴＦＴ基板２０１の画素電極の周囲に存在するＴＦＴが投光光源１１の強い光に直接曝されることを防止する。マイクロレンズアレイ２０２ｃは、この遮光膜２０２ｅによる光線のロスを減らすべく液晶パネル２０への入射光を遮光膜２０２ｅの開口部に導く。
【００２８】
図１５は、遮光膜２０２ｅとマイクロレンズ２０２ｃとの配置関係を説明する説明図である。図中に斜線領域で示される遮光膜２０２ｅは、マトリクス状に配列されたその開口部２０２ｅｗが入射光が通過する画素部分となっている。四角形の各画素に対応して外周囲が四角形のマイクロレンズ２０２ｃが形成されている。
【００２９】
液晶パネル２０に入射した光線は、この遮光膜２０２ｅによってその一部の通過が阻止され、上述した投射レンズ２２によってもその一部の通過が阻止される。
【００３０】
本実施例では、マイクロレンズを画素の形（例えば、四角形）とすることによって入射光線のロスを減少する。また、このマイクロレンズの対角方向（例えば、四角形の対角線方向）の焦点距離をＸ及びＹ方向（例えば、四角形の辺方向）の焦点距離よりも長くすることによって、遮光膜２０２ｅ及び投射レンズ２２による光線のカットによるロス（けられ）を減少する。
【００３１】
図１６は、本発明の実施例によるマイクロレンズアレイの形状を説明する説明図である。同図（ａ）は、マイクロレンズとして球面の凸レンズを使用した例を示しており、レンズのＸ、Ｙ及び対角方向における焦点位置が同じとなっている。同図（ｂ）は、本発明の実施例のマイクロレンズアレイの例を示しており、レンズのＸ及びＹ方向における焦点位置と、対角方向における焦点位置とが異なっている非球面レンズとなっている。対角方向における焦点距離は、Ｘ及びＹ方向における焦点距離も長くなるように形成されている。これにより、入射光線の遮光膜２０２ｅ及び投射レンズ２２の開口数ＮＡによる「けられ」を可及的に軽減している。
【００３２】
図１乃至図４は、実施例の構造のマイクロレンズの透過率のシミュレーション結果を説明するものである。
【００３３】
シミュレーションの条件は、画素ピッチ：１４×１４μｍ、遮光膜の窓の形状：８．５×８．５μｍ、投射レンズの入射側開口数ＮＡ：０．２８（Ｆ１．７）、樹脂の屈折率：１．６１／１．４１、レンズ・遮光膜間距離：５０μｍ、光の入射角分布：±１０度以内で三角分布、とした。上記レンズ・遮光膜間距離は、予備実験とシミュレーションによって略最適な位置を決定した。
【００３４】
実施例のレンズの非球面形状は、例えば、６次までの多項式表現で以下のようにした。
【００３５】
・Ｘ及びＹ方向（焦点距離５５μｍ）
ｙ１＝２．３２ｒ^６×１０^−７＋７．０３ｒ^４×１０^−５＋６．６４ｒ^２×１０^−２
　・対角方向（焦点距離７０μｍ）
ｙ２＝２．７６ｒ^６×１０^−８＋３．９３ｒ^４×１０^−５＋５．１８ｒ^２×１０^−２
　・両方向の中間部
ｙ＝ｋｙ１＋（１−ｋ）ｙ２
ｋ＝ｓｉｎ^２（２θ）
ここで、ｒ：半径、ｙ，ｙ１，ｙ２：高さ、θ：レンズ上での位置（任意の点Ｐとレンズ中心Ｏとを結ぶＯＰとＸ軸とのなす角度）である。
【００３６】
液晶パネルへの入射光の透過効率を減少するのは、前述したように、第１に、遮光膜２０２ｅの「けられ」による透過光量の減少、第２に、投射レンズ２２の入射側ＮＡに限界があり、ある角度よりも大きい角度で斜めに入射した光は、投射レンズ２２を透過することができず、ロスとなってしまう、という二つの要因である。
【００３７】
上記シミュレーションでは、球面収差が０となるような非球面レンズの焦点距離を変えてＸ又はＹ方向と対角方向の透過光量を計算した。計算は光線追跡ソフトを使用して、透過本数をカウントした。
【００３８】
図１は、実施例のマイクロレンズの対角方向における入射光の透過率対焦点距離依存性を示すグラフである。図２は、Ｘ及びＹ方向における入射光の透過率対焦点距離依存特性を示すグラフである。
【００３９】
透過率の焦点距離依存性に関し、図中の「効率ＢＭ」で示される曲線は、入射光線が遮光膜２０２ｅによって阻止されずに透過する効率を示している。「効率ＮＡ」で示される曲線は、投射レンズの入射側ＮＡに阻止されずに透過する効率である。焦点距離が短いときは、遮光膜２０２ｅに阻止される光量は少ないが開口数ＮＡに阻止される（あるいは「けられ」る）光量が多く、焦点距離が長くなると開口数ＮＡによって阻止される光量が減少する代わりに遮光膜によって阻止される光量が増加する。この２つを掛け合わせた全効率はある焦点距離でピーク（最適値）をもった形となっている。このピークは、対角方向では焦点距離７０μｍに、Ｘ及びＹ方向では５５μｍに生じた。
【００４０】
図３は、対角方向の光線追跡状態を示す説明図、図４は、Ｘ及びＹ方向の光線追跡状態を示す説明図である。
【００４１】
図３及び図４では、光軸と平行に入射した光線と、光軸と＋７度の角度で入射した光線とを代表例として示している。また、図中、右下の斜線は投射レンズ２２の開口数ＮＡによるけられの限界角である。遮光膜はレンズから５０μｍの距離に配置した。両図共に、効率が最大となる焦点距離（７０μｍ、５５μｍ）での状態を示した。
【００４２】
図３に示す対角方向では、四角形のマイクロレンズはＸ及びＹ方向に比べてレンズ径が１．４１倍と大きく、レンズの周辺に入射した光が大きく屈折するため、開口数ＮＡによってけられる割合が大きくなる。そこで、最適値は比較的に焦点距離が長くなる方向にシフトしている。
【００４３】
逆に、Ｘ及びＹ方向では、対角方向に比べて遮光膜２０２ｅの窓の間隔が狭いので焦点位置を遮光膜２０２ｅの比較的近くに、すなわち、焦点距離を短くして焦点を絞ったほうが全効率は高くなる傾向にある。焦点距離を短くしても、レンズ径が小さいのでＮＡによるけられが発生しにくい。
【００４４】
上記シミュレーション例では、最適な焦点距離は、対角方向７０μｍ、ＸＹ方向５５μｍとなった。
【００４５】
従って、シミュレーション例では、対角方向の焦点距離が７０μｍ、ＸＹ方向の焦点距離が５５μｍの非球面断面を持つ形状を連続的につなげた形状が最も効率の良いマイクロレンズ形状といえる。この例を図５に等高線表示で示している。
【００４６】
次に、マイクロレンズアレイの製造方法について説明する。
【００４７】
図６は、マイクロレンズアレイの原盤の製造工程を説明する工程図である。まず、図６（ａ）に示すように、石英ガラスの原盤３０１にフォトレジスト３０２を７μｍの厚さに塗布し、レーザによってスキャニング露光を行う。この際に、同図に示すように、レンズの形状に応じたレーザの露光パワーの制御を行う。
【００４８】
図６（ｂ）に示すように、このフォトレジスト３０２を現像すると、フォトレジスト３０２にマイクロレンズアレイのパターンが現れる。例えば、マイクロレンズアレイのレンズ配列ピッチは１４μｍ、深さは約７μｍである。
【００４９】
図６（ｃ）に示すように、この微細パターンが記録された原盤３０１に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施し、フォトレジスト３０２の微細パターンの形状を原盤３０１に転写し、図６（ｃ）に示す、ガラス型を製作する。エッチングガスとしては、例えば、ＣＨＦを使用することができる。
【００５０】
図７は、上述したガラス型を用いて液晶パネルにマイクロレンズを製作する工程を示している。同図において図１４と対応する部分には同一符号を付している。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示すように、石英のガラス基板２０２ｄに屈折率１．６１の紫外線硬化樹脂２０２ｃをスピンコート法などによって約１０μｍの厚さに塗布する。
【００５２】
図７（ｂ）に示すように、このガラス基板２０２ｄに真空雰囲気中で上述したガラス型３０１を押し当てる。紫外線を照射して樹脂２０２ｃを硬化させた後、ガラス型３０１を剥離すると、図７（ｄ）に示すように、ガラス基板２０２ｄにマイクロレンズアレイ２０２ｃが形成される。
【００５３】
その後、図７（ｄ）に示すように、屈折率１．４１の低屈折率樹脂を接着層２０２ｂとして第２のガラス基板２０２ａを張り合わせる。そして、第１のガラス基板２０２ａを３５μｍの厚みまで研磨する。レンズからの厚みは５０μｍとなる。
【００５４】
次に、この基板２０２ｄに遮光膜２０２ｅを形成する。この後、更に透明電極膜（ＩＴＯ）２０２ｆを形成し、共通電極基板２０２を形成する（図１４参照）。このようにして形成した、マイクロレンズアレイを含む共通電極基板２０２をＴＦＴ基板２０１と張り合わせ、液晶２０３を封止して液晶パネルを作製する。
【００５５】
上述した製造工程においては、マイクロレンズアレイを型を用いて作製している。マイクロレンズは、パターニングしたレジスト膜を加熱してリフロー（溶融）させ、表面張力によって凸レンズ状に形成することも可能である。
【００５６】
しかしながら、リフロー品は溶融したレンズ同士が繋がらないようにするため、図８に示すように、隣接したマイクロレンズ相互間に隙間が必要になる。このため、マイクロレンズの外周囲の高さは、ガラス面と等しくなり、一定である。このため、対角方向とＸ及びＹ方向の断面形状を独立に制御することはできない。また、表面張力を利用して作製するため、面形状は、最も、エネルギの低い状態（最も表面積の小さい状態）に収束するため、断面は、基本的に円形に非常に近い状態となる。リフロー品のレンズ形状制御は、元のレジスト膜の厚みに略依存し、この量が作製されるマイクロレンズの高さ及び面形状を決定する。
【００５７】
図９は、リフロー品によるマイクロレンズと本発明のマイクロレンズの断面の比較を示している。対角方向は、周辺での曲率に違いが生じる。また、Ｘ及びＹ方向は特に曲率の違いが大きく生じる。実施例のマイクロレンズは周辺部で底付きしていない（レンズの基板が残っている）。
・球面レンズ、非球面レンズと（収差０）との相違について
図１０は、参考のために示す、上記実施例においてマイクロレンズを球面レンズとした場合における光線追跡結果を示す説明図である。
【００５８】
マイクロレンズの球面半径は、９．５μｍである。収差が大きく、遮光膜のけられ成分も多いことが判る。
【００５９】
参考例の効率のシミュレーション結果を図１１に示す。球面半径９μｍがピークで７９％の効率である。これから、球面収差を除いた非球面にすると、図１２に示すように、９０％まで効率が向上するが、本発明では、図１及び図２に示したように、９２〜９５％までの効率の向上が見込まれる。
【００６０】
このように、本発明の実施例によれば、四角形の画素（遮光膜の窓形状）に対応して凸型マイクロレンズの基部の外形を四角形状として対角方向における当該窓内への入射光量を増加させ、このマイクロレンズの対角方向における焦点距離が該マイクロレンズのＸ及びＹ方向（四角形の辺方向）における焦点距離よりも長くなるようにして投射レンズの入射側開口数に起因する入射光線のけられを減少したので、透過効率の良いマイクロレンズアレイが得られる。
【００６１】
また、このマイクロレンズアレイを使用することによって透過効率の良い液晶パネルが得られる。この液晶パネルを使用すると、透過効率の良い投射型表示装置が得られる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマイクロレンズは外周を四角形状とし、このレンズの対角方向における焦点距離をそのＸ及びＹ方向における焦点距離よりも長くなるように別途に形成しているため、遮光膜のより広い対角方向の開口幅を活用して取り込み光量を増すと共に、対角方向における遮光膜の開口部と投射レンズの開口数による光線の損失を減少する条件に沿うように焦点位置を設定してより高い光透過効率の液晶をパネルを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例のマイクロレンズの対角方向における透過率対焦点距離特性を説明するグラフである。
【図２】図２は、実施例のマイクロレンズのＸ及びＹ方向における透過率対焦点距離特性を説明するグラフである。
【図３】図３は、実施例のマイクロレンズの対角方向における光線の軌跡を説明する説明図である。
【図４】図４は、実施例のマイクロレンズのＸ及びＹ方向における光線の軌跡を説明する説明図である。
【図５】図５は、実施例のマイクロレンズの形状を等高線で示す説明図である。
【図６】図６は、マイクロレンズを作成する型を製作する工程を説明する工程図である。
【図７】図７は、マイクロレンズアレイを使用した液晶パネルの製作工程を説明する工程図である。
【図８】図８は、マイクロレンズをレジストのリフローによって作製する例を説明する説明図である。
【図９】図９は、実施例のマイクロレンズとリフローによって作製したマイクロレンズとの形状の相違を説明するグラフである。
【図１０】図１０は、リフローによって作製したマイクロレンズの対角方向における光線の軌跡例を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、リフローによって作製したマイクロレンズの透過効率を説明するグラフである。
【図１２】図１２は、ＸＹ方向及び対角方向を共に同じ焦点距離の非球面レンズとした場合のマイクロレンズ透過効率を説明するグラフである。
【図１３】図１３は、投射型表示装置の例を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、マイクロレンズアレイを使用した液晶パネルの例を説明する説明図である。
【図１５】図１５は、遮光膜（ブラックマトリクス）とマイクロレンズとの位置関係を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、球面状のマイクロレンズアレイとレンズ基部の外周囲が四角形の非球面マイクロレンズとを説明する説明図である。
【符号の説明】
２０、２４、２７　液晶パネル
２０２ｃ　マイクロレンズアレイ
２０２ｅ　遮光膜（ブラックマトリクス）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microlens array, a liquid crystal panel using the same, and an improvement in a projection display device.
[0002]
[Prior art]
As a transmission type spatial light modulator used in a projection type display device (projector) or the like, a liquid crystal panel using a high-temperature polysilicon TFT or the like in a drive circuit is used. Some liquid crystal panels use a microlens array in which one microlens is arranged for each pixel in order to improve transmission efficiency. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-127496 proposes to use an aspherical microlens having zero spherical aberration.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, considering the numerical aperture NA of the projection lens of the projection type display device and the incidence distribution of the incident light beam on the projection lens, even if an aspherical lens is used for the liquid crystal panel, loss still occurs in the transmitted light. are doing.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a microlens array suitable for a transmissive liquid crystal panel and having higher transmission efficiency of incident light.
[0005]
Another object of the present invention is to provide a liquid crystal panel with improved transmission efficiency.
[0006]
It is another object of the present invention to provide a projection display device with improved transmission efficiency.
[0007]
[Means to solve the problem]
In order to achieve the above object, the microlens array of the present invention is a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged, wherein each microlens is a convex lens having the outermost periphery of a lens base substantially in a square shape, The convex lens has an aspheric shape formed such that the radius of curvature of the curved surface in the diagonal direction of the rectangle passing through the center of the lens is larger than the radius of curvature of the curved surface in the side direction of the rectangle passing through the center of the lens. Have.
[0008]
With this configuration, by arranging square-shaped microlenses, the target object is covered with no gap between the lenses, and the incident light can be efficiently collected. In addition, by separately setting the focal position in the relatively wide diagonal direction and the relatively narrow side direction of the lens, it is possible to make the lens characteristics complex and improve the overall transmission efficiency. .
[0009]
Further, the microlens array of the present invention, in a microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged, each microlens is a convex lens having a substantially square outermost periphery of a lens base, and the convex lens is The focal length of the lens by the curved surface in the diagonal direction of the rectangle passing through the center of the lens is formed to be longer than the focal length of the lens by the curved surface in the side direction of the rectangle passing through the center of the lens.
[0010]
Even with such a configuration, it is possible to cover the target object with no gap between the lenses by arranging square microlenses having an outer shape, and to efficiently collect incident light. In addition, by separately setting the focal position in the relatively wide diagonal direction and the relatively narrow side direction of the lens, it is possible to make the lens characteristics complex and improve the overall transmission efficiency. .
[0011]
Preferably, the curved surface of the region extending from the diagonal direction passing through the lens center of the convex lens to the side direction has a curvature radius continuously changed from the radius of curvature in the diagonal direction to the radius of curvature in the side direction. It is a curved surface.
[0012]
The liquid crystal panel of the present invention has an electro-optic layer that modulates the amount of passing light by changing the light transmittance according to an applied signal, and a plurality of pixel electrodes that are two-dimensionally arranged with the electro-optic layer interposed therebetween. A pair of transparent substrates for driving the electro-optic layer, a light-shielding film that opens each pixel electrode portion in a rectangular shape and shields the other, and each lens has a square outer periphery corresponding to the opening shape of the light-shielding film. And an aspherical microlens array formed so that the radius of curvature in the diagonal direction of the square is larger than the radius of curvature in the side direction.
[0013]
With this configuration, it is possible to obtain a liquid crystal panel with good transmission efficiency.
[0014]
Preferably, the opening of the light shielding film is formed so as to be located closer to the microlens than the focal position in the side direction of each microlens. Thus, the amount of incident light blocked by the light-shielding portion of the light-shielding film is reduced.
[0015]
A projection display device of the present invention is a projection display device that forms an image by surface-modulating a light beam using a transmission-type liquid crystal panel, and a projection lens that projects a light beam surface-modulated by the liquid crystal panel onto a screen. A light-blocking film provided on the liquid crystal panel and opening each pixel portion in a rectangular shape and blocking the others, and a micro-lens array in which each lens condenses incident light into an opening of the light-blocking film. Each microlens is a convex lens whose outermost periphery of a lens base is substantially square corresponding to the opening of the light-shielding film, and the convex lens has a curved surface shape in a diagonal direction of the square passing through the center of the lens. Determined based on the numerical aperture of the projection lens and the light blocking characteristics of the diagonal openings of the light-shielding film, the shape of the curved surface in the side direction of the rectangle passing through the center of the lens is upward. It is determined based on the cutoff characteristics of the light by-side direction of the opening of the aperture and the light-shielding film of the projection lens.
[0016]
With this configuration, it is possible to obtain a projection display device with improved transmission efficiency of incident light.
[0017]
The method of manufacturing a microlens array according to the present invention is the method of manufacturing a microlens array used in a transmission type liquid crystal panel used in a projection type display device that projects a surface-modulated light beam onto a screen by a projection lens. A process of simulating a liquid crystal panel, in which a pixel portion is opened in a rectangular shape and a light-shielding film that blocks the other light and a microlens whose outer periphery of a lens base is a rectangular shape that condenses incident light in the rectangular opening. And a simulation of the transmission efficiency based on the shape of the microlens, the shape of the opening of the light-shielding film, the distance between the microlens and the light-shielding film, and the numerical aperture of the projection lens, and the center of the microlens Determining the shape of the curved surface in the diagonal direction passing through the position, the shape of the microlens, the shape of the opening of the light shielding film, Kurorenzu the distance between the light shielding film, and performing a simulation of transmission efficiency on the basis of the numerical aperture of the projection lens, including the steps of determining a curved shape in a side direction passing through the center position of the microlens.
[0018]
With such a configuration, it is possible to manufacture the improved microlens array described above.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 13 illustrates an example of a projection display device. In FIG. 1, for example, a light beam 12 emitted from a light source 11 of a metal halide lamp is reflected by a rotating parabolic mirror 13 and emitted in the opening direction of the parabolic mirror 13. The light beam 12 is converted into a parallel light beam by the optical integrator 14 and is incident on an R dichroic mirror 15, a G dichroic mirror 16, and a B dichroic mirror 17, which separate the three colors.
[0021]
The R dichroic mirror 15 reflects the red component (red light) 12R of the light beam 12 and passes the other. The G dichroic mirror 16 reflects the green component (green light) 12G of the light beam 12 and passes the other. The B dichroic mirror 17 reflects the blue component (blue ray) 12B of the light ray 12.
[0022]
The red light 12R enters the liquid crystal panel 20 via the reflection mirror 18 and the condenser lens 19. The liquid crystal panel 20 is driven by the image information of the red component of each pixel in each frame, and modulates the luminous flux of the incident light 12R by setting the transmittance of each pixel for each frame. The modulated R ray enters the projection lens 22 via the dichroic prism 21.
[0023]
The green light beam 12G enters the liquid crystal panel 24 via the condenser lens 23. The liquid crystal panel 24 is driven by the image information of the blue component of each pixel in each frame, and modulates the luminous flux of the incident light 12G by setting the transmittance of each pixel for each frame. The modulated G light beam enters the projection lens 22 via the dichroic prism 21.
[0024]
The blue light 12B enters the liquid crystal panel 27 via the reflection mirror 25 and the condenser lens 26. The liquid crystal panel 27 is driven by the blue component image information of each pixel of each frame, and sets the transmittance of each pixel for each frame to modulate the light flux of the incident light 12B. The modulated B light beam enters the projection lens 22 via the dichroic prism 21.
[0025]
The projection lens 22 projects a color image formed by the red light 12R, the green light 12G, and the blue light 12B synthesized by the dichroic prism 21 onto a screen (not shown). Of the light rays incident on the projection lens 22, the light rays incident parallel to the optical axis pass through the projection lens 22, but the light rays incident obliquely with respect to the optical axis cannot pass through the projection lens 22. Also occurs. This limit is related to the numerical aperture of the projection lens.
[0026]
FIG. 14 shows a configuration example of the above-described liquid crystal panels 20, 24, and 27. Since each liquid crystal panel has the same configuration, the liquid crystal panel 20 will be described.
[0027]
The liquid crystal panel 20 includes, for example, a TFT substrate 201 including a transparent pixel electrode group arranged in a matrix on a glass substrate, a thin film transistor (TFT) group for driving each pixel electrode, and a common electrode including a transparent common electrode. It includes a substrate 202 and a liquid crystal material (electro-optical material) 203 which is sealed between the two substrates and sets the transmittance of incident light at the pixel portion by an applied voltage between the pixel electrode and the common electrode. The common electrode substrate 202 includes, for example, a glass substrate 202a, an adhesive layer 202b, a microlens array 202c, a glass substrate 202d, a light-shielding film (black matrix) 202e, and a transparent common electrode film 202f. The light-shielding film 202e opens the pixel portion and shields the periphery thereof from light, thereby preventing the TFT existing around the pixel electrode of the TFT substrate 201 from being directly exposed to the strong light of the light projecting light source 11. The microlens array 202c guides the light incident on the liquid crystal panel 20 to the opening of the light-shielding film 202e so as to reduce the light loss due to the light-shielding film 202e.
[0028]
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an arrangement relationship between the light shielding film 202e and the microlenses 202c. In the light-shielding film 202e indicated by a hatched area in the drawing, the openings 202ew arranged in a matrix form are pixel portions through which incident light passes. A micro lens 202c having a rectangular outer periphery is formed corresponding to each rectangular pixel.
[0029]
The light beam entering the liquid crystal panel 20 is partially blocked by the light-shielding film 202e, and partially blocked by the projection lens 22 described above.
[0030]
In the present embodiment, the loss of the incident light is reduced by forming the micro lens in the shape of a pixel (for example, a square). Further, by making the focal length of the microlens in the diagonal direction (for example, the diagonal direction of the rectangle) longer than the focal length in the X and Y directions (for example, the side direction of the rectangle), the light shielding film 202e and the projection lens 22 are formed. To reduce the loss of light caused by the light.
[0031]
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating the shape of the microlens array according to the embodiment of the present invention. FIG. 1A shows an example in which a spherical convex lens is used as a micro lens, and the X, Y, and diagonal focal positions of the lens are the same. FIG. 2B shows an example of the microlens array according to the embodiment of the present invention, which is an aspherical lens in which the focal position in the X and Y directions of the lens and the focal position in the diagonal direction are different. ing. The focal length in the diagonal direction is formed such that the focal lengths in the X and Y directions are also longer. As a result, "shaking" due to the numerical aperture NA of the light blocking film 202e and the projection lens 22 of the incident light is reduced as much as possible.
[0032]
FIGS. 1 to 4 illustrate simulation results of the transmittance of the microlens having the structure of the embodiment.
[0033]
The simulation conditions were as follows: pixel pitch: 14 × 14 μm, window shape of the light-shielding film: 8.5 × 8.5 μm, entrance-side numerical aperture NA of the projection lens: 0.28 (F1.7), refractive index of resin: 1.61 / 1.41, distance between lens and light-shielding film: 50 μm, light incident angle distribution: triangular distribution within ± 10 degrees. The distance between the lens and the light-shielding film was determined to be a substantially optimum position by preliminary experiments and simulations.
[0034]
The aspherical shape of the lens of the embodiment is, for example, as follows in a polynomial expression up to the sixth order.
[0035]
・ X and Y directions (focal length 55 μm)
y1 = 2.32r ⁶ × 10 ⁻⁷ + 7.03r ⁴ × 10 ⁻⁵ + 6.64r ² × 10 ⁻²
・ Diagonal direction (focal length 70μm)
y2 = 2.76r ⁶ × 10 ⁻⁸ + 3.93r ⁴ × 10 ⁻⁵ + 5.18r ² × 10 ⁻²
・ Intermediate part y = ky1 + (1-k) y2 in both directions
k = sin ² (2θ)
Here, r: radius, y, y1, y2: height, θ: position on the lens (the angle between OP connecting the arbitrary point P and the lens center O and the X axis).
[0036]
As described above, the transmission efficiency of the incident light to the liquid crystal panel is reduced, as described above, firstly, by decreasing the amount of transmitted light due to the “blurring” of the light-shielding film 202e. There are limitations, and two factors are that light obliquely incident at an angle larger than a certain angle cannot pass through the projection lens 22, resulting in loss.
[0037]
In the above simulation, the amount of transmitted light in the X or Y direction and the diagonal direction was calculated by changing the focal length of the aspherical lens such that the spherical aberration became zero. For the calculation, the number of transmission lines was counted using ray tracing software.
[0038]
FIG. 1 is a graph showing the dependence of incident light on the diagonal direction versus focal length of the microlens of the example. FIG. 2 is a graph showing the dependence of incident light transmittance on focal length in the X and Y directions.
[0039]
Regarding the focal length dependence of the transmittance, a curve indicated by “efficiency BM” in the figure indicates the efficiency with which the incident light is transmitted without being blocked by the light shielding film 202e. A curve indicated by “efficiency NA” is an efficiency that is transmitted without being blocked by the incident side NA of the projection lens. When the focal length is short, the amount of light blocked by the light-shielding film 202e is small, but the amount of light blocked (or "cut") by the numerical aperture NA is large, and when the focal length is long, the amount of light blocked by the numerical aperture NA is large. Instead, the amount of light blocked by the light shielding film increases. The total efficiency obtained by multiplying the two has a peak (optimum value) at a certain focal length. This peak occurred at a focal length of 70 μm in the diagonal direction and at 55 μm in the X and Y directions.
[0040]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a ray tracing state in the diagonal direction, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a ray tracing state in the X and Y directions.
[0041]
FIGS. 3 and 4 show, as typical examples, a light beam incident parallel to the optical axis and a light beam incident at an angle of +7 degrees with the optical axis. In the drawing, the oblique line at the lower right is the limit angle of shaking due to the numerical aperture NA of the projection lens 22. The light shielding film was arranged at a distance of 50 μm from the lens. Both figures show the state at the focal length (70 μm, 55 μm) at which the efficiency becomes maximum.
[0042]
In the diagonal direction shown in FIG. 3, the square microlens has a lens diameter 1.41 times as large as that in the X and Y directions, and light incident on the periphery of the lens is greatly refracted. The ratio increases. Therefore, the optimum value is shifted in a direction in which the focal length becomes relatively long.
[0043]
Conversely, in the X and Y directions, the distance between the windows of the light-shielding film 202e is smaller than that in the diagonal direction. Therefore, it is better to set the focal point relatively close to the light-shielding film 202e, that is, to narrow the focal length by shortening the focal length. Overall efficiency tends to be higher. Even if the focal length is shortened, the lens diameter is small, so that it is unlikely that the lens is shaken by the NA.
[0044]
In the above simulation example, the optimum focal length was 70 μm in the diagonal direction and 55 μm in the XY directions.
[0045]
Therefore, in the simulation example, a shape obtained by continuously connecting shapes having an aspherical cross section with a focal length in the diagonal direction of 70 μm and a focal length in the XY direction of 55 μm can be said to be the most efficient microlens shape. This example is shown in contour lines in FIG.
[0046]
Next, a method for manufacturing the microlens array will be described.
[0047]
FIG. 6 is a process chart for explaining a manufacturing process of the master of the microlens array. First, as shown in FIG. 6A, a photoresist 302 is applied to a quartz glass master 301 to a thickness of 7 μm, and scanning exposure is performed by laser. At this time, as shown in the figure, the exposure power of the laser is controlled according to the shape of the lens.
[0048]
As shown in FIG. 6B, when the photoresist 302 is developed, a pattern of a microlens array appears on the photoresist 302. For example, the lens array pitch of the microlens array is 14 μm, and the depth is about 7 μm.
[0049]
As shown in FIG. 6C, the master 301 on which the fine pattern is recorded is subjected to reactive ion etching (RIE), and the shape of the fine pattern of the photoresist 302 is transferred to the master 301. The glass mold shown in (1) is manufactured. As the etching gas, for example, CHF can be used.
[0050]
FIG. 7 shows a process of manufacturing a microlens on a liquid crystal panel using the above-described glass mold. In this figure, parts corresponding to those in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals.
[0051]
First, as shown in FIG. 7A, an ultraviolet curing resin 202c having a refractive index of 1.61 is applied to a quartz glass substrate 202d to a thickness of about 10 μm by spin coating or the like.
[0052]
As shown in FIG. 7B, the above-described glass mold 301 is pressed against the glass substrate 202d in a vacuum atmosphere. After the resin 202c is cured by irradiating ultraviolet rays, the glass mold 301 is peeled off, and as shown in FIG. 7D, a microlens array 202c is formed on the glass substrate 202d.
[0053]
After that, as shown in FIG. 7D, a second glass substrate 202a is bonded with a low refractive index resin having a refractive index of 1.41 as an adhesive layer 202b. Then, the first glass substrate 202a is polished to a thickness of 35 μm. The thickness from the lens is 50 μm.
[0054]
Next, a light shielding film 202e is formed on the substrate 202d. Thereafter, a transparent electrode film (ITO) 202f is further formed, and a common electrode substrate 202 is formed (see FIG. 14). The common electrode substrate 202 including the microlens array formed as described above is bonded to the TFT substrate 201, and the liquid crystal 203 is sealed to manufacture a liquid crystal panel.
[0055]
In the above-described manufacturing process, a microlens array is manufactured using a mold. The microlens can also be formed into a convex lens shape by surface tension by heating and reflowing (melting) the patterned resist film.
[0056]
However, in order to prevent the melted lenses from being connected to each other in the reflow product, a gap is required between adjacent microlenses as shown in FIG. For this reason, the height of the outer periphery of the microlens is equal to the glass surface and is constant. Therefore, the cross-sectional shapes in the diagonal direction and the X and Y directions cannot be controlled independently. In addition, since the surface shape is produced using surface tension, the surface shape converges to the state with the lowest energy (the state with the smallest surface area), so that the cross section is basically very circular. The control of the lens shape of the reflow product substantially depends on the thickness of the original resist film, and this amount determines the height and surface shape of the microlens to be manufactured.
[0057]
FIG. 9 shows a comparison of the cross section of the microlens of the reflow product and the microlens of the present invention. In the diagonal direction, there is a difference in curvature around the periphery. In addition, a large difference in curvature occurs particularly in the X and Y directions. The microlens of the embodiment is not bottomed at the peripheral portion (the lens substrate remains).
-Difference between spherical lens and aspherical lens and (aberration 0) FIG. 10 is an explanatory diagram for reference, showing a ray tracing result when the micro lens is a spherical lens in the above embodiment.
[0058]
The spherical radius of the micro lens is 9.5 μm. It can be seen that the aberration is large and the shading component of the light shielding film is large.
[0059]
FIG. 11 shows a simulation result of the efficiency of the reference example. The efficiency is 79% at the peak when the spherical radius is 9 μm. From this, when the spherical surface is removed from the aspherical surface, the efficiency is improved up to 90% as shown in FIG. 12, but in the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the efficiency is increased up to 92 to 95%. Is expected to improve.
[0060]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the outer shape of the base of the convex microlens is set to a square shape corresponding to the square pixel (the window shape of the light shielding film), and the amount of light incident on the window in the diagonal direction. And the focal length in the diagonal direction of the microlens is made longer than the focal length in the X and Y directions (side directions of the rectangle) of the microlens, so that the incidence caused by the entrance-side numerical aperture of the projection lens is increased. Since the blurring of the light beam is reduced, a microlens array having good transmission efficiency can be obtained.
[0061]
In addition, a liquid crystal panel having good transmission efficiency can be obtained by using this microlens array. When this liquid crystal panel is used, a projection display device with good transmission efficiency can be obtained.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, the outer periphery of the microlens of the present invention has a square shape, and the focal length in the diagonal direction of this lens is separately formed so as to be longer than the focal length in the X and Y directions. Focus position so as to increase the amount of captured light by utilizing the wider diagonal opening width of the light-shielding film and to reduce light loss due to the numerical aperture of the projection lens and the opening of the light-shielding film in the diagonal direction. , It is possible to manufacture a liquid crystal panel having higher light transmission efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph illustrating transmittance versus focal length characteristics in diagonal directions of a microlens according to an example.
FIG. 2 is a graph illustrating transmittance versus focal length characteristics in the X and Y directions of the microlens of the example.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a trajectory of a light beam in a diagonal direction of the microlens according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the trajectories of light rays in the X and Y directions of the microlens according to the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the shape of the microlens of the embodiment by contour lines.
FIG. 6 is a process diagram illustrating a process of manufacturing a mold for forming a microlens.
FIG. 7 is a process diagram illustrating a process of manufacturing a liquid crystal panel using a microlens array.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of manufacturing a microlens by reflowing a resist.
FIG. 9 is a graph illustrating a difference in shape between the microlens of the example and the microlens manufactured by reflow.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a trajectory of a light beam in a diagonal direction of a microlens manufactured by reflow.
FIG. 11 is a graph illustrating transmission efficiency of a microlens manufactured by reflow.
FIG. 12 is a graph illustrating a microlens transmission efficiency when an aspheric lens having the same focal length in both the XY direction and the diagonal direction is used.
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a projection display device.
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an example of a liquid crystal panel using a microlens array.
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a positional relationship between a light-shielding film (black matrix) and a microlens.
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating a spherical microlens array and an aspherical microlens having a square outer periphery of a lens base.
[Explanation of symbols]
20, 24, 27 Liquid crystal panel 202c Micro lens array 202e Light shielding film (black matrix)

Claims

複数のマイクロレンズが二次元に配列されたマイクロレンズアレイであって、各マイクロレンズは、レンズ基部の最外周を略四角形とした凸レンズであり、前記凸レンズは、そのレンズの中心を通る前記四角形の対角方向における曲面の曲率半径を該レンズ中心を通る前記四角形の辺方向における曲面の曲率半径よりも大きくなるように形成してなる非球面形状を有する、マイクロレンズアレイ。A microlens array in which a plurality of microlenses is two-dimensionally arranged, each microlens is a convex lens having a substantially square outermost periphery of a lens base, and the convex lens has a rectangular shape passing through the center of the lens. A microlens array having an aspherical shape formed such that a radius of curvature of a curved surface in a diagonal direction is larger than a radius of curvature of a curved surface in a side direction of the rectangle passing through the center of the lens.

複数のマイクロレンズが二次元に配列されたマイクロレンズアレイであって、各マイクロレンズは、レンズ基部の最外周を略四角形とした凸レンズであり、前記凸レンズは、そのレンズの中心を通る前記四角形の対角方向における曲面によるレンズの焦点距離を該レンズ中心を通る前記四角形の辺方向における曲面によるレンズの焦点距離よりも長くなるように形成してなる、マイクロレンズアレイ。A microlens array in which a plurality of microlenses is two-dimensionally arranged, each microlens is a convex lens having a substantially square outermost periphery of a lens base, and the convex lens has a rectangular shape passing through the center of the lens. A microlens array formed so that a focal length of a lens by a curved surface in a diagonal direction is longer than a focal length of a lens by a curved surface in a side direction of the rectangle passing through the center of the lens.

前記凸レンズのレンズ中心を通る前記対角方向から前記辺方向に至る領域の曲面は、前記対角方向における曲率半径から前記辺方向における曲率半径まで連続的に曲率半径を変化させてなる曲面である、請求項１又は２に記載のマイクロレンズアレイ。The curved surface in the region extending from the diagonal direction passing through the lens center of the convex lens to the side direction is a curved surface obtained by continuously changing the radius of curvature from the radius of curvature in the diagonal direction to the radius of curvature in the side direction. The microlens array according to claim 1.

光の透過率を印加信号に応じて変えて通過光の光量を変調する電気光学層と、前記電気光学層を間に介して二次元に配列された複数の画素電極によって該電気光学層を駆動する一対の透明基板と、
各画素電極部分を四角形に開口すると共に他を遮光する遮光膜と、
各々のレンズが前記遮光膜の開口形状に対応して外周が四角形に形成され、該四角形の対角方向における曲率半径がその辺方向における曲率半径よりも大きくなるように形成された非球面形状であるマイクロレンズアレイと、
を含む液晶パネル。An electro-optic layer that modulates the amount of passing light by changing the light transmittance according to an applied signal, and the electro-optic layer is driven by a plurality of two-dimensionally arranged pixel electrodes with the electro-optic layer interposed therebetween. A pair of transparent substrates,
A light-shielding film that opens each pixel electrode portion in a rectangular shape and shields the others,
Each lens has an aspherical shape in which the outer periphery is formed in a square shape corresponding to the opening shape of the light shielding film, and the radius of curvature in the diagonal direction of the square is larger than the radius of curvature in the side direction. A microlens array,
Including liquid crystal panel.

前記遮光膜の開口部が各マイクロレンズの前記辺方向における焦点位置よりもマイクロレンズ側に位置するように形成されている、請求項４記載の液晶パネル。The liquid crystal panel according to claim 4, wherein the opening of the light-shielding film is formed so as to be located closer to the microlens than a focal position of each microlens in the side direction.

透過型液晶パネルを使用して光束を面変調して画像を形成する投射型表示装置であって、
前記液晶パネルによって面変調された光束をスクリーンに投影する投射レンズと、
前記液晶パネルに設けられて、各画素部分を四角形に開口し、他を遮光する遮光膜と、
各々のレンズが前記遮光膜の開口部に入射光を集光するマイクロレンズアレイと、を含み、
各マイクロレンズはレンズ基部の最外周を前記遮光膜の開口部に対応して略四角形とした凸レンズであり、
前記凸レンズは、そのレンズの中心を通る前記四角形の対角方向における曲面の形状を前記投射レンズの開口数及び前記遮光膜の対角方向の開口部による光線の遮断特性に基づいて定められ、該レンズ中心を通る前記四角形の辺方向における曲面の形状を前記投射レンズの開口数及び前記遮光膜の辺方向の開口部による光線の遮断特性に基づいて定められる、投射型表示装置。A projection display apparatus that forms an image by surface modulating a light beam using a transmission type liquid crystal panel,
A projection lens that projects a light beam surface-modulated by the liquid crystal panel onto a screen,
A light-shielding film provided on the liquid crystal panel, opening each pixel portion in a rectangular shape, and shielding the other light;
A microlens array in which each lens focuses incident light on the opening of the light-shielding film,
Each microlens is a convex lens having the outermost periphery of the lens base substantially square in correspondence with the opening of the light shielding film,
The convex lens, the shape of the curved surface in the diagonal direction of the square passing through the center of the lens is determined based on the numerical aperture of the projection lens and the light blocking characteristics of the diagonal opening of the light shielding film, A projection display device, wherein a shape of a curved surface in a side direction of the rectangle passing through a lens center is determined based on a numerical aperture of the projection lens and a light blocking characteristic of a side opening of the light shielding film in a side direction.

面変調された光束を投射レンズによってスクリーンに投影する投射型表示装置に用いられる透過型液晶パネルに使用されるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記透過型液晶パネルに、画素部分を四角形に開口し、他を遮光する遮光膜と、前記四角形の開口部内に入射光を集光する、レンズ基部の外周が四角形のマイクロレンズとを模擬的に配置する過程と、
前記マイクロレンズの形状、前記遮光膜の開口の形状、前記マイクロレンズと前記遮光膜間の距離、及び前記投射レンズの開口数に基づいて透過効率のシミュレーションを行って、前記マイクロレンズの中心位置を通る対角方向における曲面形状を決定する過程と、
前記マイクロレンズの形状、前記遮光膜の開口の形状、前記マイクロレンズと前記遮光膜間の距離、及び前記投射レンズの開口数とに基づいて透過効率のシミュレーションを行って、前記マイクロレンズの中心位置を通る辺方向における曲面形状を決定する過程と、
を含むマイクロレンズアレイの製造方法。A method of manufacturing a microlens array used in a transmission type liquid crystal panel used in a projection display device that projects a surface-modulated light beam onto a screen by a projection lens,
In the transmissive liquid crystal panel, a pixel portion is opened in a rectangular shape, and a light-shielding film that shields the others and a microlens whose outer periphery of a lens base is a square shape that collects incident light in the rectangular opening are simulated. The process of placing,
Simulation of the transmission efficiency based on the shape of the microlens, the shape of the opening of the light-shielding film, the distance between the microlens and the light-shielding film, and the numerical aperture of the projection lens to determine the center position of the microlens Determining a curved surface shape in a diagonal direction passing through;
Simulation of transmission efficiency is performed based on the shape of the micro lens, the shape of the opening of the light shielding film, the distance between the micro lens and the light shielding film, and the numerical aperture of the projection lens, and the center position of the micro lens Determining a curved surface shape in a side direction passing through;
A method for manufacturing a microlens array comprising: