JP2006330143A - Micro-lens, spatial optical modulation device and image display apparatus - Google Patents

Micro-lens, spatial optical modulation device and image display apparatus Download PDF

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Kazuhisa Mizusako
和久 水迫
Kinya Ozawa
欣也 小澤
Shunji Uejima
俊司 上島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro-lens capable of obtaining a high contrast image by being used in combination with a spatial optical modulation device, to provide the spatial optical modulation device using the micro-lens, and to provide an image display apparatus. <P>SOLUTION: The micro-lens 211 is used for the spatial optical modulation device, and has a first face 211a having a curvature and a nearly flat second face 211b. The first face 211a has a vertex C disposed at a position other than positions on the normal N of the second face 211b which passes through the central position O of the second face 211b. The first face 211a has such a shape that light is caused to travel in a specific direction corresponding to the property of changing the oriented states of liquid crystal molecules in a liquid crystal layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロレンズ、空間光変調装置及び画像表示装置、特に、液晶型の空間光変調装置に用いられるマイクロレンズの技術に関する。   The present invention relates to a microlens, a spatial light modulation device, and an image display device, and more particularly to a technique of a microlens used in a liquid crystal type spatial light modulation device.

空間光変調装置、特に液晶型の空間光変調装置では、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（以下適宜、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と称す）、薄膜ダイオード等の各種電子素子が形成されている。このため、各画素において、実際に表示に寄与する光が透過又は反射する領域は、各種配線や電子素子等の存在により限定される。ここで、各画素の開口率は、各画素について、実際に表示に寄与する光が透過又は反射する領域（即ち、各画素の開口領域）の、全領域に対する比率であって、例えば７０％程度である。空間光変調装置で有効に変調されるのは、各画素の開口率に応じた光量の光である。   In a spatial light modulation device, particularly a liquid crystal type spatial light modulation device, various wiring such as a data line, a scanning line, a capacitance line, a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT (Thin Film Transistor) as appropriate), Various electronic elements such as thin film diodes are formed. For this reason, in each pixel, the region where light that actually contributes to display is transmitted or reflected is limited by the presence of various wirings, electronic elements, and the like. Here, the aperture ratio of each pixel is the ratio of the area where light that actually contributes to display is transmitted or reflected for each pixel (that is, the aperture area of each pixel) to the entire area, for example, about 70%. It is. What is effectively modulated by the spatial light modulator is light of a light amount corresponding to the aperture ratio of each pixel.

そこで従来、各画素に対応する複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを対向基板に形成する技術が導入されている。マイクロレンズは、各画素において、開口領域の周辺の上述の配線等が存在している非開口領域に向かって進行する光を、各画素単位で集光させる機能を有する。マイクロレンズで集光された光は、空間光変調装置の液晶層を透過するときに、画素に相当する開口領域内に導かれる。ここで、マイクロレンズからの光を効率良く開口領域へ入射させるために、マイクロレンズによる集光スポットの形状を開口領域の形状に合わせることが提案されている。マイクロレンズによる集光スポットの形状を開口領域の形状に合わせることにより、高い効率で光を利用でき、高輝度な画像を得ることができる。マイクロレンズによる集光スポットの形状を開口領域の形状に合わせるための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。   Therefore, conventionally, a technique for forming a microlens array having a plurality of microlenses corresponding to each pixel on a counter substrate has been introduced. The microlens has a function of condensing, in each pixel, light that travels toward a non-opening region where the above-described wirings and the like around the opening region exist in each pixel. When the light collected by the microlens is transmitted through the liquid crystal layer of the spatial light modulator, the light is guided into an opening region corresponding to the pixel. Here, in order to make the light from the microlens enter the aperture region efficiently, it has been proposed to match the shape of the focused spot by the microlens with the shape of the aperture region. By matching the shape of the focused spot by the microlens with the shape of the aperture region, light can be used with high efficiency and a high-luminance image can be obtained. For example, Patent Document 1 proposes a technique for matching the shape of the focused spot by the microlens with the shape of the aperture region.

特開平５−３３３３２８号公報JP-A-5-333328

液晶型空間光変調装置は、液晶分子の配向状態を印加電圧に応じて変化させることで、液晶層を透過する光を変調する。液晶分子の配向状態を画像信号に応じて正確に変化させることが可能であれば、高品質な画像を得ることが可能である。しかしながら、液晶層は、隣の画素に対して印加される電圧の影響、液晶分子のプレチルト角、ブラックマトリックスの形状等の要因によって、液晶分子の配向状態が乱れる部分を生じる場合がある。液晶分子の配向状態が乱れた部分では、画像信号に応じて正確に光を変調することが困難であることから、コントラストの低下を引き起こしてしまう。このように、従来の技術では、開口領域に対して高い効率で光を供給することが可能であっても、高いコントラストの画像を得ることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、空間光変調装置と組み合わせて用いることにより、高効率で高いコントラストの画像を得ることが可能なマイクロレンズ、そのマイクロレンズを用いる空間光変調装置、及び画像表示装置を提供することを目的とする。   The liquid crystal spatial light modulator modulates light transmitted through the liquid crystal layer by changing the alignment state of the liquid crystal molecules according to the applied voltage. If the alignment state of the liquid crystal molecules can be accurately changed according to the image signal, a high quality image can be obtained. However, the liquid crystal layer may have a portion in which the alignment state of the liquid crystal molecules is disturbed due to the influence of the voltage applied to the adjacent pixel, the pretilt angle of the liquid crystal molecules, the shape of the black matrix, and the like. In a portion where the alignment state of the liquid crystal molecules is disturbed, it is difficult to accurately modulate light according to the image signal, which causes a decrease in contrast. As described above, the conventional technology has a problem that it is difficult to obtain a high-contrast image even if light can be supplied to the aperture region with high efficiency. The present invention has been made in view of the above-described problems. A microlens capable of obtaining a high-efficiency and high-contrast image when used in combination with a spatial light modulator, and spatial light using the microlens. It is an object to provide a modulation device and an image display device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、空間光変調装置に用いられるマイクロレンズであって、曲率を有する第１面と、略平坦な第２面と、を有し、第１面は、第２面の略中心を通る法線上の位置以外の位置に頂点を有することを特徴とするマイクロレンズを提供することができる。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, a microlens used in a spatial light modulation device includes a first surface having a curvature and a second surface that is substantially flat. And the first surface has a vertex at a position other than the position on the normal line passing through the approximate center of the second surface.

液晶層は、画素に相当する各開口領域において、隣の画素に対して印加される電圧の影響、液晶分子のプレチルト角、ブラックマトリックスの形状等によって液晶分子の配向状態が悪化するような部分を生じる場合がある。このとき、通常、画像信号に応じて良好な配向状態を示す部分は、開口領域の中心位置からいずれかの方向へシフトした位置に生じている。本発明のマイクロレンズは、第２面の略中心を通る法線上の位置以外の位置に設けられた頂点を有する。ここで、マイクロレンズの頂点とは、基準面に平行かつ第１面に接する平面と、第１面との接点である。マイクロレンズは、第２面の略中心を通る法線上の位置以外の位置に頂点を設けることにより、例えば、マイクロレンズの法線に略平行に進行する光を、液晶分子の配向状態が良好な部分へ屈折させるように偏心させた形状とすることができる。マイクロレンズを用いて液晶分子の配向状態が良好な部分へ光線角度の小さい光を進行させることで、画像信号に応じた正確な変調により、高コントラストな画像を形成することが可能となる。光線角度とは、光軸となす角度を指す。これにより、空間光変調装置と組み合わせて用いることにより、高いコントラストの画像を得ることが可能なマイクロレンズを得られる。液晶層において液晶分子の配向状態が悪化する部分は、各開口領域に対して同様なパターンで生じる。このため、いずれも形状が略同一であるマイクロレンズを用いることで、マイクロレンズアレイを容易に形成することも可能である。   The liquid crystal layer has a portion where the alignment state of the liquid crystal molecules deteriorates due to the influence of the voltage applied to the adjacent pixel, the pretilt angle of the liquid crystal molecules, the shape of the black matrix, etc. in each opening region corresponding to the pixel. May occur. At this time, normally, a portion showing a good alignment state according to the image signal is generated at a position shifted in any direction from the center position of the opening region. The microlens of the present invention has a vertex provided at a position other than the position on the normal passing through the approximate center of the second surface. Here, the apex of the microlens is a contact point between the first surface and a plane parallel to the reference surface and in contact with the first surface. The microlens is provided with an apex at a position other than the position on the normal line passing through the approximate center of the second surface. The shape can be decentered so as to be refracted into the part. By using a microlens to advance light having a small light beam angle to a portion where the alignment state of liquid crystal molecules is good, a high-contrast image can be formed by accurate modulation according to an image signal. The ray angle refers to the angle formed with the optical axis. Thereby, by using in combination with the spatial light modulation device, a microlens capable of obtaining a high contrast image can be obtained. The portion where the alignment state of the liquid crystal molecules deteriorates in the liquid crystal layer occurs in the same pattern for each opening region. For this reason, it is possible to easily form a microlens array by using microlenses having substantially the same shape.

また、本発明の好ましい態様によれば、液晶層を備える空間光変調装置に用いられるマイクロレンズであって、第１面は、液晶分子の配向状態を変化させる液晶層の特性に応じた所定の方向へ光を進行させるような形状を有することが望ましい。液晶層は、各開口領域に対応する部分において各画素に対する信号以外の何らかの要因により、液晶分子が規則正しく配向する領域が画素中心からいずれかの方向へシフトした部分に生じるような特性を示す場合がある。マイクロレンズは、かかる液晶層の特性に応じて、液晶分子が良好な配向状態を示す部分の方向へ光を進行させる形状とすることができる。液晶分子が良好な配向状態を示す部分へ光線角度の小さい光を進行させることにより、画像信号に応じた高コントラストな画像を表示することが可能となる。これにより、高コントラストな画像を得るためのマイクロレンズを得られる。   According to a preferred aspect of the present invention, there is provided a microlens used in a spatial light modulation device including a liquid crystal layer, wherein the first surface has a predetermined characteristic corresponding to the characteristics of the liquid crystal layer that changes the alignment state of the liquid crystal molecules. It is desirable to have a shape that allows light to travel in the direction. The liquid crystal layer may exhibit characteristics such that the region where the liquid crystal molecules are regularly aligned is shifted in any direction from the pixel center due to some factor other than the signal for each pixel in the portion corresponding to each opening region. is there. The microlens can have a shape in which light travels in the direction of the portion where the liquid crystal molecules exhibit a good alignment state in accordance with the characteristics of the liquid crystal layer. By advancing light with a small light beam angle to the portion where the liquid crystal molecules show a good alignment state, it becomes possible to display a high-contrast image corresponding to the image signal. Thereby, a microlens for obtaining a high-contrast image can be obtained.

また、本発明の好ましい態様によれば、第１面は、第１の方向における曲率が、第１の方向に略直交する第２の方向における曲率とは異なることが望ましい。空間光変調装置、特に液晶型の空間光変調装置において、変調部である液晶層へ入射光を通過させる開口領域の形状は、一般に、長方形形状をなしている。本発明のマイクロレンズを液晶型の空間光変調装置に適用する場合に、開口領域の長辺方向を第１の方向、開口領域の短辺方向を第２の方向としてマイクロレンズを配置する。この場合、第１の方向における曲率が、第１の方向に略直交する第２の方向における曲率より小さい第１面を設けることにより、マイクロレンズからの光を効率良く開口領域へ入射させることができる。これにより、高い効率で光を利用することを可能にするマイクロレンズを得られる。   According to a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the curvature of the first surface in the first direction is different from the curvature in the second direction substantially orthogonal to the first direction. In a spatial light modulation device, in particular, a liquid crystal type spatial light modulation device, the shape of an opening region that allows incident light to pass through a liquid crystal layer serving as a modulation unit is generally rectangular. When the microlens of the present invention is applied to a liquid crystal type spatial light modulator, the microlens is arranged with the long side direction of the opening region as the first direction and the short side direction of the opening region as the second direction. In this case, by providing a first surface whose curvature in the first direction is smaller than the curvature in the second direction substantially orthogonal to the first direction, light from the microlens can be efficiently incident on the aperture region. it can. Thereby, the microlens which makes it possible to use light with high efficiency can be obtained.

また、本発明の好ましい態様としては、第１面は、第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方について、第１面上において光が入射する位置が頂点から離れた位置であるほど第１面から近い位置に集光されるような収差を発生させる形状を有することが望ましい。マイクロレンズは、第１面上において光が入射する位置が頂点から離れた位置であるほど第１面から近い位置に集光させることにより、頂点から離れた光を効率良く開口領域へ導き、光を効率良く利用することができる。また、頂点に近い位置の光については、過度な集光を行うこと無く開口領域へ入射させることとなる。このため、開口領域中に集光スポットを形成する場合に比較して、光線角度が小さい光を多くし、画像のコントラストを向上させることができる。さらに、開口領域中に光を分散させることにより、液晶や配向膜等の劣化を軽減することができる。これにより、高い効率で光を利用するとともに、高コントラストな画像が得られ、かつ空間光変調装置の信頼性を高めさせることが可能なマイクロレンズを得られる。   Moreover, as a preferable aspect of the present invention, the first surface is such that at least one of the first direction and the second direction is such that the position where light is incident on the first surface is farther from the vertex. It is desirable to have a shape that generates aberrations that are condensed at a position close to the surface. The microlens condenses light away from the apex to the aperture region efficiently by condensing the light incident on the first surface closer to the first surface as the position away from the apex is greater. Can be used efficiently. In addition, light at a position close to the apex is incident on the aperture region without excessive condensing. For this reason, compared with the case where a condensing spot is formed in the aperture region, it is possible to increase the light having a small light beam angle and improve the contrast of the image. Furthermore, by dispersing light in the opening region, deterioration of the liquid crystal, the alignment film, and the like can be reduced. As a result, it is possible to obtain a microlens that can use light with high efficiency, obtain a high-contrast image, and improve the reliability of the spatial light modulator.

さらに、本発明によれば、入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、入射光を変調部へ入射させる開口部と、開口部の周囲に設けられた遮光部と、曲率を有する第１面と、略平坦な第２面と、を備え、入射光を開口部の方向へ進行させるマイクロレンズと、を有し、第１面は、第２面の略中心を通る法線上の位置以外の位置に設けられた頂点を有し、第１の方向における曲率が、第１の方向に略直交する第２の方向における曲率より小さく、開口部は、第１の方向に長辺、及び第２の方向に短辺を備える矩形形状を有することを特徴とする空間光変調装置を提供することができる。マイクロレンズは、第２面の略中心を通る法線上の位置以外の位置に頂点を設けることにより、例えば、マイクロレンズの法線に略平行に進行する光を、液晶分子の配向状態が良好な部分へ屈折させるように偏心させた形状とすることができる。マイクロレンズを用いて液晶分子の配向状態が良好な部分へ光を進行させることにより、画像信号に応じて正確に変調された光により、高コントラストな画像を形成することが可能となる。また、第１の方向における曲率が、第１の方向に略直交する第２の方向における曲率より小さい第１面を設けることにより、マイクロレンズからの光を効率良く開口領域へ入射させることができる。これにより、高い効率で光を利用するとともに、高コントラストな画像を得ることが可能な空間光変調装置を得られる。   Further, according to the present invention, the modulation unit that modulates incident light in accordance with the image signal, the opening that allows the incident light to enter the modulation unit, the light shielding unit that is provided around the opening, and the first curvature having the curvature. A microlens that includes one surface and a substantially flat second surface, and advances incident light in the direction of the opening, and the first surface is located on a normal line that passes through the approximate center of the second surface. The curvature in the first direction is smaller than the curvature in the second direction substantially orthogonal to the first direction, the opening has a long side in the first direction, and A spatial light modulation device having a rectangular shape with a short side in the second direction can be provided. The microlens is provided with an apex at a position other than the position on the normal line passing through the approximate center of the second surface. The shape can be decentered so as to be refracted into the part. By using a microlens to advance light to a portion where the alignment state of liquid crystal molecules is favorable, it is possible to form a high-contrast image with light that is accurately modulated according to an image signal. Further, by providing the first surface whose curvature in the first direction is smaller than the curvature in the second direction substantially orthogonal to the first direction, the light from the microlens can be efficiently incident on the aperture region. . As a result, it is possible to obtain a spatial light modulation device that can use light with high efficiency and obtain a high-contrast image.

また、本発明の好ましい態様としては、変調部は、液晶層を有し、第１面は、液晶分子の配向状態を変化させる液晶層の特性に応じた所定の方向へ光を屈折させるような形状を有することが望ましい。液晶層は、各開口領域に対応する部分において各画素に対する信号以外の何らかの要因により、液晶分子が規則正しく配向する領域が画素中心からいずれかの方向へシフトした部分に生じるような特性を示す場合がある。マイクロレンズは、かかる液晶層の特性に応じて、液晶分子が良好な配向状態を示す部分の方向へ光を進行させる形状とすることができる。液晶分子が良好な配向状態を示す部分へ光線角度の小さい光を進行させることにより、画像信号に応じた高コントラストな画像を表示することが可能となる。これにより、高コントラストな画像を得ることが可能な空間光変調装置を得られる。   As a preferred embodiment of the present invention, the modulation section has a liquid crystal layer, and the first surface refracts light in a predetermined direction according to the characteristics of the liquid crystal layer that changes the alignment state of the liquid crystal molecules. It is desirable to have a shape. The liquid crystal layer may exhibit characteristics such that the region where the liquid crystal molecules are regularly aligned is shifted in any direction from the pixel center due to some factor other than the signal for each pixel in the portion corresponding to each opening region. is there. The microlens can have a shape in which light travels in the direction of the portion where the liquid crystal molecules exhibit a good alignment state in accordance with the characteristics of the liquid crystal layer. By advancing light with a small light beam angle to the portion where the liquid crystal molecules show a good alignment state, it becomes possible to display a high-contrast image corresponding to the image signal. Thereby, a spatial light modulation device capable of obtaining a high-contrast image can be obtained.

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、空間光変調装置は、上記の空間光変調装置であることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の空間光変調装置を備えることにより、高い効率で光を利用するとともに、高コントラストな画像を得ることが可能である。これにより、明るく高コントラストな画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。   Furthermore, according to the present invention, the light source unit that supplies light and the spatial light modulation device that modulates light from the light source unit according to an image signal are provided, and the spatial light modulation device includes the spatial light modulation described above. It is possible to provide an image display device characterized by being a device. By providing the spatial light modulation device described above, it is possible to use light with high efficiency and obtain a high-contrast image. Thereby, an image display device capable of displaying a bright and high-contrast image can be obtained.

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を示す。プロジェクタ１００は、観察者側に設けられたスクリーン１１６に光を供給し、スクリーン１１６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１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（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１０４は、光源部１０１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１０５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１０６Ｒに入射する。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a projector 100 that is an image display apparatus according to an embodiment of the present invention. The projector 100 is a so-called front projection type projector that supplies light to a screen 116 provided on the viewer side and observes an image by observing light reflected by the screen 116. The light source unit 101 has red light (hereinafter referred to as “R light”) as the first color light, green light (hereinafter referred to as “G light”) as the second color light, and blue light (hereinafter referred to as “G light”). Hereinafter, it is an ultra-high pressure mercury lamp that supplies light including “B light”. The integrator 104 makes the illuminance distribution of the light from the light source unit 101 uniform. The light whose illuminance distribution is made uniform is converted into polarized light having a specific vibration direction, for example, s-polarized light by the polarization conversion element 105. The light converted into the s-polarized light is incident on the R light transmitting dichroic mirror 106R constituting the color separation optical system.

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒ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１０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０７に入射する。反射ミラー１０７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、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。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、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。   The R light transmitting dichroic mirror 106R transmits R light and reflects G light and B light. The R light transmitted through the R light transmitting dichroic mirror 106R is incident on the reflection mirror 107. The reflection mirror 107 bends the optical path of the R light by 90 degrees. The R light whose optical path is bent enters the spatial light modulator for first color light 110R that modulates the R light as the first color light according to the image signal. The spatial light modulator for first color light 110R is a transmissive liquid crystal display device that modulates R light according to an image signal. Since the polarization direction of the light does not change even if it passes through the dichroic mirror, the R light incident on the first color light spatial light modulator 110R remains as s-polarized light.

第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、λ／２位相差板１２３Ｒ、硝子板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶パネル１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。液晶パネル１２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ／２位相差板１２３Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板１２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板１２１Ｒ及びλ／２位相差板１２３Ｒが発熱により歪んでしまう事態を回避できる。なお、図１において、第２偏光板１２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル１２０Ｒの出射面や、クロスダイクロイックプリズム１１２の入射面に接する状態で配置しても良い。   The first color light spatial light modulator 110R includes a λ / 2 phase difference plate 123R, a glass plate 124R, a first polarizing plate 121R, a liquid crystal panel 120R, and a second polarizing plate 122R. The detailed configuration of the liquid crystal panel 120R will be described later. The λ / 2 phase difference plate 123R and the first polarizing plate 121R are arranged in contact with a translucent glass plate 124R that does not change the polarization direction. Thereby, the situation where the 1st polarizing plate 121R and (lambda) / 2 phase difference plate 123R are distorted by heat_generation | fever can be avoided. In FIG. 1, the second polarizing plate 122R is provided independently. However, the second polarizing plate 122R may be disposed in contact with the exit surface of the liquid crystal panel 120R or the entrance surface of the cross dichroic prism 112.

第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板１２３Ｒ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１２４Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒ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１２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板１２２Ｒから出射される。このようにして、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ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１１２に入射する。   The s-polarized light incident on the first color light spatial light modulator 110R is converted into p-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 123R. The R light converted into p-polarized light passes through the glass plate 124R and the first polarizing plate 121R as it is, and enters the liquid crystal panel 120R. The p-polarized light incident on the liquid crystal panel 120R is converted into s-polarized light by modulation according to the image signal. The R light converted into s-polarized light by the modulation of the liquid crystal panel 120R is emitted from the second polarizing plate 122R. In this way, the R light modulated by the first color light spatial light modulator 110R is incident on the cross dichroic prism 112 which is a color synthesis optical system.

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒ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１０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇ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１０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。液晶パネル１２０Ｇの詳細に関しては後述する。   The G light and B light reflected by the R light transmitting dichroic mirror 106R have their optical paths bent 90 degrees. The G light and the B light whose optical paths are bent enter the B light transmitting dichroic mirror 106G. The B light transmitting dichroic mirror 106G reflects the G light and transmits the B light. The G light reflected by the B light transmitting dichroic mirror 106G is incident on the second color light spatial light modulator 110G that modulates the G light, which is the second color light, according to the image signal. The spatial light modulator for second color light 110G is a transmissive liquid crystal display device that modulates G light according to an image signal. The second color light spatial light modulator 110G includes a liquid crystal panel 120G, a first polarizing plate 121G, and a second polarizing plate 122G. Details of the liquid crystal panel 120G will be described later.

第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板１２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｇに入射する。液晶パネル１２０Ｇ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１２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板１２２Ｇから出射される。このようにして、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ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１１２に入射する。   The G light incident on the second color light spatial light modulator 110G is converted into s-polarized light. The s-polarized light incident on the second color light spatial light modulator 110G passes through the first polarizing plate 121G as it is and enters the liquid crystal panel 120G. The s-polarized light incident on the liquid crystal panel 120G is converted into p-polarized light by modulation according to the image signal. The G light converted into p-polarized light by the modulation of the liquid crystal panel 120G is emitted from the second polarizing plate 122G. Thus, the G light modulated by the second color light spatial light modulator 110G enters the cross dichroic prism 112, which is a color synthesis optical system.

Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０８と、２枚の反射ミラー１０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１０８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１０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、λ／２位相差板１２３Ｂ、硝子板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶パネル１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。   The B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 106G passes through the two relay lenses 108 and the two reflection mirrors 107, and the third light that modulates the B light as the third color light in accordance with the image signal. The light enters the color light spatial light modulator 110B. The spatial light modulator for third color light 110B is a transmissive liquid crystal display device that modulates B light according to an image signal. The reason why the B light passes through the relay lens 108 is that the optical path length of the B light is longer than the optical path lengths of the R light and the G light. By using the relay lens 108, it is possible to guide the B light transmitted through the B light transmitting dichroic mirror 106G directly to the third color light spatial light modulator 110B. The third color light spatial light modulator 110B includes a λ / 2 phase difference plate 123B, a glass plate 124B, a first polarizing plate 121B, a liquid crystal panel 120B, and a second polarizing plate 122B. Since the configuration of the spatial light modulator for third color light 110B is the same as the configuration of the spatial light modulator for first color light 110R described above, detailed description thereof is omitted.

第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板１２３Ｂ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１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｂに入射する。液晶パネル１２０Ｂ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１２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板１２２Ｂから出射される。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂ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１１２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１０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇとは、光源部１０１から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。   The B light incident on the spatial light modulator for third color light 110B is converted into s-polarized light. The s-polarized light incident on the third color light spatial light modulator 110B is converted into p-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 123B. The B light converted into p-polarized light passes through the glass plate 124B and the first polarizing plate 121B as it is, and enters the liquid crystal panel 120B. The p-polarized light incident on the liquid crystal panel 120B is converted into s-polarized light by modulation according to the image signal. The B light converted into s-polarized light by the modulation of the liquid crystal panel 120B is emitted from the second polarizing plate 122B. The B light modulated by the third color light spatial light modulator 110B is incident on the cross dichroic prism 112 which is a color synthesis optical system. As described above, the R light transmissive dichroic mirror 106R and the B light transmissive dichroic mirror 106G constituting the color separation optical system convert the light supplied from the light source unit 101 into R light that is first color light and second light. The light is separated into certain G light and B light which is the third color light.

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂ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１１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂ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１１２は、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写光学系１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１１６に投写する。これにより、スクリーン１１６上にフルカラー画像を表示することができる。   The cross dichroic prism 112, which is a color synthesis optical system, is configured by arranging two dichroic films 112a and 112b perpendicularly to an X shape. The dichroic film 112a reflects B light and transmits G light. The dichroic film 112b reflects R light and transmits G light. As described above, the cross dichroic prism 112 has the R light and G light modulated by the first color light spatial light modulation device 110R, the second color light spatial light modulation device 110G, and the third color light spatial light modulation device 110B, respectively. And B light. The projection optical system 114 projects the light combined by the cross dichroic prism 112 onto the screen 116. As a result, a full color image can be displayed on the screen 116.

なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１１２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、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１１２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１１２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１１２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１１２ａ、１１２ｂ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１１２ａ、１１２ｂ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１１２ａ、１１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。   As described above, the light incident on the cross dichroic prism 112 from the first color light spatial light modulator 110R and the third color light spatial light modulator 110B is set to be s-polarized light. The light incident on the cross dichroic prism 112 from the second color light spatial light modulator 110G is set to be p-polarized light. In this way, by changing the polarization direction of the light incident on the cross dichroic prism 112, the light emitted from the spatial light modulators for the respective color lights in the cross dichroic prism 112 can be effectively combined. The dichroic films 112a and 112b are usually excellent in the reflection characteristics of s-polarized light. For this reason, R light and B light reflected by the dichroic films 112a and 112b are s-polarized light, and G light transmitted through the dichroic films 112a and 112b is p-polarized light.

図２は、液晶パネル１２０Ｒの要部断面構成を示す。図１で説明したプロジェクタ１００は、３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂを備えている。これら３つの液晶パネル１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ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１２０Ｒを代表例として以後の説明を行う。光源部１０１からのＲ光は、図２の上側から液晶パネル１２０Ｒに入射し、下側からスクリーン１１６の方向へ出射する。防塵硝子である入射側防塵硝子２００の入射側には、接着層２０１を介してカバー硝子２０２が固着されている。カバー硝子２０２の出射側には、ブラックマトリックス部２０３ａ及び対向電極２０４が形成されている。   FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a main part of the liquid crystal panel 120R. The projector 100 described in FIG. 1 includes three liquid crystal panels 120R, 120G, and 120B. These three liquid crystal panels 120R, 120G, and 120B differ only in the wavelength region of light to be modulated, and have the same basic configuration. For this reason, the following description will be given using the liquid crystal panel 120R as a representative example. The R light from the light source unit 101 enters the liquid crystal panel 120R from the upper side in FIG. 2 and exits from the lower side toward the screen 116. A cover glass 202 is fixed to the incident side of the incident-side dust-proof glass 200 that is a dust-proof glass through an adhesive layer 201. On the emission side of the cover glass 202, a black matrix portion 203a and a counter electrode 204 are formed.

出射側防塵硝子２０８の入射側には、接着層２０７、液晶を配向させるための配向膜２０６ｃ、及び、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や透明電極２０６ａを有するＴＦＴ基板２０６が形成されている。入射側防塵硝子２００及び出射側防塵硝子２０８は、対向電極２０４とＴＦＴ基板２０６とを対向させるようにして貼り合わされている。対向電極２０４とＴＦＴ基板２０６との間には、液晶層２０５が封入されている。液晶層２０５は、入射光であるＲ光を画像信号に応じて変調する変調部である。液晶層２０５の入射側には、ブラックマトリックス部２０３ａが形成されている。   On the incident side of the emission-side dust-proof glass 208, an adhesive layer 207, an alignment film 206c for aligning liquid crystals, and a TFT substrate 206 having TFTs (thin film transistors) and transparent electrodes 206a are formed. The incident side dustproof glass 200 and the emission side dustproof glass 208 are bonded together so that the counter electrode 204 and the TFT substrate 206 face each other. A liquid crystal layer 205 is sealed between the counter electrode 204 and the TFT substrate 206. The liquid crystal layer 205 is a modulation unit that modulates R light, which is incident light, according to an image signal. On the incident side of the liquid crystal layer 205, a black matrix portion 203a is formed.

入射側防塵硝子２００には、マイクロレンズアレイ２１０が形成されている。マイクロレンズアレイ２１０は、ＸＹ平面である基準面２００ｂ上にアレイ状に配列されたマイクロレンズ２１１を有する。マイクロレンズ２１１は、入射光であるＲ光を開口部２０３ｂの方向へ屈折させる。マイクロレンズ２１１は、入射側へ向けて設けられた第１面２１１ａと、出射側へ向けて設けられた第２面２１１ｂとを有する。第１面２１１ａは、曲率を有する曲面である。第２面２１１ｂは、基準面２００ｂに略平行な平坦面である。   A microlens array 210 is formed on the incident-side dustproof glass 200. The microlens array 210 includes microlenses 211 arranged in an array on a reference plane 200b that is an XY plane. The microlens 211 refracts R light, which is incident light, in the direction of the opening 203b. The microlens 211 has a first surface 211a provided toward the incident side and a second surface 211b provided toward the emission side. The first surface 211a is a curved surface having a curvature. The second surface 211b is a flat surface that is substantially parallel to the reference surface 200b.

液晶パネル１２０Ｒは、マイクロレンズ２１１を配置する基準面２００ｂと、光軸であるＺ軸とが略直交するように配置されている。なお、図１で示した構成では、第１偏光板１２１Ｒ、第２偏光板１２２Ｒを、液晶パネル１２０Ｒに対して別体に設けている。これに代えて、入射側防塵硝子２００と対向電極２０４との間、出射側防塵硝子２０８とＴＦＴ基板２０６との間などにも偏光板を設けることとしても良い。さらに、マイクロレンズアレイ２１０は、第１偏光板１２１Ｒに形成してもよい。   The liquid crystal panel 120R is disposed such that the reference surface 200b on which the microlens 211 is disposed and the Z axis that is the optical axis are substantially orthogonal. In the configuration shown in FIG. 1, the first polarizing plate 121R and the second polarizing plate 122R are provided separately from the liquid crystal panel 120R. Instead, a polarizing plate may be provided between the incident-side dust-proof glass 200 and the counter electrode 204, between the emission-side dust-proof glass 208 and the TFT substrate 206, or the like. Further, the microlens array 210 may be formed on the first polarizing plate 121R.

図３は、マイクロレンズ２１１のＸＺ断面構成を示す。第１面２１１ａは、マイクロレンズ２１１の中心線Ｎ上の位置以外の位置に設けられた頂点Ｃを有する。中心線Ｎは、第２面２１１ｂの中心位置Ｏを通る、第２面２１１ｂの法線である。マイクロレンズ２１１の頂点Ｃとは、基準面２００ｂに平行かつ第１面２１１ａに接する平面Ｓと、第１面２１１ａとの接点である。本実施例において、頂点Ｃは、中心線ＮからマイナスＸ方向へシフトした位置に設けられている。   FIG. 3 shows an XZ cross-sectional configuration of the microlens 211. The first surface 211 a has a vertex C provided at a position other than the position on the center line N of the microlens 211. The center line N is a normal line of the second surface 211b passing through the center position O of the second surface 211b. The vertex C of the microlens 211 is a contact point between the first surface 211a and the plane S parallel to the reference surface 200b and in contact with the first surface 211a. In the present embodiment, the vertex C is provided at a position shifted from the center line N in the minus X direction.

図４は、本実施例のマイクロレンズ２１１との比較として、中心線Ｎ上の位置に頂点Ｃが設けられた第１面４１１ａを有するマイクロレンズ４１１のＸＺ断面構成を示す。マイクロレンズ４１１は、中心線Ｎに関して略回転対称な形状を有する。これに対して、本実施例のマイクロレンズ２１１は、中心線Ｎに関して非回転対称である。マイクロレンズ２１１は、マイクロレンズ４１１の形状を基に、頂点ＣをマイナスＸ方向へ移動させるように偏心させた形状を有する。   FIG. 4 shows an XZ cross-sectional configuration of a microlens 411 having a first surface 411a provided with a vertex C at a position on the center line N as a comparison with the microlens 211 of the present embodiment. The microlens 411 has a substantially rotationally symmetric shape with respect to the center line N. On the other hand, the microlens 211 of this embodiment is non-rotational symmetric with respect to the center line N. Based on the shape of the microlens 411, the microlens 211 has a shape that is eccentric so as to move the vertex C in the minus X direction.

図５は、マイクロレンズ２１１側から見た液晶分子の配向状態の例を示すものである。ここでは、画素ピッチ１４μｍ、プレチルト角３度、印加電圧５ＶのＴＮ型液晶について、液晶の配向状態を、全黒を表示するための信号が入力されたときの黒さの度合いで示している。図５に示す１画素に相当する領域のうち、ハッチングを施した部分は、黒浮きが発生しにくく、沈んだ黒を表示可能な領域である。白抜きを施した部分は、黒浮きが発生し易く、黒がやや白っぽく表示されてしまう領域である。ハッチング部分と白抜き部分との間のトーンを施した部分は、黒浮きの発生をある程度抑えることが可能な領域である。液晶分子の配向状態が良好であるほど、光源からの光の漏れが少なく沈んだ黒を表示することが可能である。コントラストは全黒に対する全白の明るさによって決定されるため、高コントラストな画像を得るには、沈んだ黒を表示可能な領域である、液晶の配向状態が良好な領域に光線角度の小さい光を入射させる必要がある。光線角度とは、光軸となす角度を指す。   FIG. 5 shows an example of the alignment state of the liquid crystal molecules viewed from the microlens 211 side. Here, for a TN liquid crystal having a pixel pitch of 14 μm, a pretilt angle of 3 degrees, and an applied voltage of 5 V, the alignment state of the liquid crystal is indicated by the degree of blackness when a signal for displaying all black is input. In the area corresponding to one pixel shown in FIG. 5, the hatched part is an area where black floating is unlikely to occur and sunken black can be displayed. The whitened portion is an area where black float is likely to occur and black is displayed slightly whitish. A portion provided with a tone between the hatched portion and the white portion is a region where occurrence of black floating can be suppressed to some extent. The better the alignment state of the liquid crystal molecules, the smaller the leakage of light from the light source, and the more sunk black can be displayed. Since the contrast is determined by the brightness of all white with respect to all black, in order to obtain a high contrast image, light with a small light beam angle is in an area where the liquid crystal is well aligned, which is an area where sunken black can be displayed. Must be incident. The ray angle refers to the angle formed with the optical axis.

図５より、沈んだ黒を表示可能な領域の中心位置は、画素の中心位置からシフトした位置であることがわかる。画素の中心位置からシフトした位置に液晶の配向状態が良好な領域が生じるのは、隣の画素に対して印加される電圧の影響や、液晶分子のプレチルト角、ブラックマトリックスの形状の影響等により液晶分子の配向状態が乱される部分が生じるためと考えられる。本発明において、液晶層の特性とは、上述した通り、液晶分子の配向状態が良好な領域が、画素の中心位置からいずれかの方向にシフトしていることを示す。また、所定の方向とは、画素の中心位置から、液晶分子の配向状態が良好な領域の中心位置への方向を指す。   From FIG. 5, it can be seen that the center position of the area capable of displaying sunken black is a position shifted from the center position of the pixel. The region where the alignment state of the liquid crystal is favorable at the position shifted from the center position of the pixel is caused by the influence of the voltage applied to the adjacent pixel, the pretilt angle of the liquid crystal molecule, the shape of the black matrix, etc. This is thought to be due to the occurrence of a portion where the alignment state of the liquid crystal molecules is disturbed. In the present invention, the characteristic of the liquid crystal layer indicates that the region where the alignment state of the liquid crystal molecules is favorable is shifted in any direction from the center position of the pixel as described above. Further, the predetermined direction refers to a direction from the center position of the pixel to the center position of a region where the alignment state of liquid crystal molecules is favorable.

図６は、マイクロレンズ２１１の構成と、液晶分子の配向状態を変化させる液晶層２０５の特性との関係を説明するものである。マイクロレンズ２１１の頂点Ｃは、中心線ＮからマイナスＸ方向へシフトした位置に設けられている。このため、マイクロレンズ２１１の第１面２１１ａに入射した光は、中心線Ｎ上の位置からプラスＸ方向へシフトした位置に集光されるような屈折作用を受ける。従って、マイクロレンズ２１１は、領域５０１のうちプラスＸ側の部分である領域ＡＲ１へ効率良く光を進行させる。マイクロレンズ２１１を用いて液晶分子の配向状態が良好な領域ＡＲ１へ光線角度の小さい光を進行させることで、画像信号に応じた正確な変調により、高コントラストな画像を形成することが可能となる。   FIG. 6 illustrates the relationship between the configuration of the microlens 211 and the characteristics of the liquid crystal layer 205 that changes the alignment state of the liquid crystal molecules. The apex C of the microlens 211 is provided at a position shifted from the center line N in the minus X direction. For this reason, the light incident on the first surface 211a of the microlens 211 is refracted so as to be condensed at a position shifted in the plus X direction from the position on the center line N. Therefore, the microlens 211 efficiently advances light to the area AR1 that is the plus X side portion of the area 501. By using the microlens 211 to advance light having a small ray angle to the area AR1 in which the alignment state of liquid crystal molecules is good, it becomes possible to form a high-contrast image by accurate modulation according to the image signal. .

図７は、ブラックマトリックス部２０３ａ及び開口部２０３ｂを入射側から見た平面構成を示す。開口部２０３ｂは、入射光を、変調部である液晶層２０５へ入射させる。ブラックマトリックス部２０３ａは、開口部２０３ｂの周囲に設けられた遮光部である。開口部２０３ｂを透過するＲ光は、対向電極２０４、液晶層２０５、ＴＦＴ基板２０６を透過する。Ｒ光は、液晶層２０５における画像信号に応じた変調により、偏光状態が変換される。開口部２０３ｂは、投写された画像における画素を形成する。画素のピッチＷに対して、開口部２０３ｂは、第１の方向であるＸ方向に長辺ｍ、及び第２の方向であるＹ方向に短辺ｎを備える矩形形状を有する。   FIG. 7 shows a planar configuration of the black matrix portion 203a and the opening 203b as viewed from the incident side. The opening 203b allows incident light to enter the liquid crystal layer 205 serving as a modulation unit. The black matrix portion 203a is a light shielding portion provided around the opening 203b. The R light that passes through the opening 203b passes through the counter electrode 204, the liquid crystal layer 205, and the TFT substrate 206. The polarization state of the R light is converted by modulation according to the image signal in the liquid crystal layer 205. The opening 203b forms a pixel in the projected image. With respect to the pixel pitch W, the opening 203b has a rectangular shape having a long side m in the X direction, which is the first direction, and a short side n in the Y direction, which is the second direction.

図８及び図９は、マイクロレンズ２１１から開口部２０３ｂへ入射する光の振る舞いを説明するものである。このうち、図８は、中心線Ｎに略平行に進行する光の振る舞いを、頂点Ｃを含むＸＺ断面を用いて説明するものである。図９は、中心線Ｎに略平行に進行する光の振る舞いを、頂点Ｃを含むＹＺ断面を用いて説明するものである。ここではマイクロレンズ２１１、開口部２０３ｂ及びブラックマトリックス部２０３ａのみを図示することとし、他の構成を省略している。マイクロレンズ２１１は、中心線Ｎが開口部２０３ｂの中心位置を通過するように配置されている。   8 and 9 illustrate the behavior of light incident from the microlens 211 to the opening 203b. Among these, FIG. 8 illustrates the behavior of light traveling substantially parallel to the center line N using an XZ cross section including the vertex C. FIG. FIG. 9 illustrates the behavior of light traveling substantially parallel to the center line N, using a YZ cross section including the vertex C. FIG. Here, only the microlens 211, the opening 203b, and the black matrix portion 203a are illustrated, and other configurations are omitted. The micro lens 211 is arranged so that the center line N passes through the center position of the opening 203b.

図８に示すように、ＸＺ平面において、マイクロレンズ２１１は、中心線Ｎに略平行な光を、基準面２００ｂから距離ｆａの位置Ｐａに集光させる。ＹＺ平面において、マイクロレンズ２１１は、図９に示すように、頂点Ｃから距離ｃの位置を通過する光を、基準面２００ｂから距離ｆｃの位置Ｐｃに集光させる。また、マイクロレンズ２１１は、頂点Ｃから距離ｄの位置を通過する光を、基準面２００ｂから距離ｆｄの位置Ｐｄに集光させる。   As shown in FIG. 8, in the XZ plane, the microlens 211 collects light substantially parallel to the center line N at a position Pa at a distance fa from the reference plane 200b. In the YZ plane, as shown in FIG. 9, the microlens 211 condenses the light passing through the position c from the vertex C to the position Pc from the reference plane 200b to the distance fc. Further, the microlens 211 collects the light passing through the position of the distance d from the vertex C to the position Pd of the distance fd from the reference surface 200b.

第１面２１１ａは、図７に示す開口部２０３ｂの矩形形状が第１の方向であるｘ方向に長辺、第２の方向であるｙ方向に短辺を有することから第１の方向であるＸ方向における曲率が、第１の方向に略直交する第２の方向であるＹ方向における曲率より小さいような形状を有する。このため、Ｘ方向の曲率に応じて光が集光する位置Ｐａと基準面２００ｂとの距離ｆａは、Ｙ方向の曲率に応じて光が集光する位置Ｐｃ、Ｐｄと基準面２００ｂとの距離ｆｃ、ｆｄよりも長い。   The first surface 211a is in the first direction because the rectangular shape of the opening 203b shown in FIG. 7 has a long side in the x direction, which is the first direction, and a short side in the y direction, which is the second direction. It has a shape such that the curvature in the X direction is smaller than the curvature in the Y direction, which is the second direction substantially orthogonal to the first direction. Therefore, the distance fa between the position Pa where light is collected according to the curvature in the X direction and the reference plane 200b is the distance between the positions Pc, Pd where light is collected according to the curvature in the Y direction and the reference plane 200b. longer than fc and fd.

本実施例において、マイクロレンズ２１１の第１面２１１ａは、第１の方向であるＸ方向における曲率が、第１の方向に略直交する第２の方向であるＹ方向における曲率より小さい。第１の方向であるＸ方向における曲率を、第１の方向に略直交する第２の方向であるＹ方向における曲率より小さくすることにより、マイクロレンズ２１１は、図７に示した長方形形状の開口部２０３ｂへ効率良く光を入射させることができる。マイクロレンズ２１１を用いて開口部２０３ｂへ効率良く光を入射させることにより、ブラックマトリックス部２０３ａで吸収されてしまう光を低減することもできる。   In the present embodiment, the first surface 211a of the micro lens 211 has a curvature in the X direction, which is the first direction, smaller than a curvature in the Y direction, which is the second direction substantially orthogonal to the first direction. By making the curvature in the X direction, which is the first direction, smaller than the curvature in the Y direction, which is the second direction substantially orthogonal to the first direction, the microlens 211 has the rectangular opening shown in FIG. Light can be efficiently incident on the portion 203b. By making light efficiently enter the opening 203b using the microlens 211, light absorbed by the black matrix portion 203a can be reduced.

さらに、図９に示すように、マイクロレンズ２１１は、距離ｃ＜距離ｄであるとき、距離ｆｃ＞距離ｆｄが成立する。第１面２１１ａは、第２の方向であるＹ方向について、第１面２１１ａ上において光が入射する位置が頂点Ｃから離れた位置であるほど第１面２１１ａから近い位置に集光させるような収差を発生させる形状を有する。マイクロレンズ２１１は、Ｙ方向において、頂点Ｃから離れた位置ほど大きい曲率を有する。   Furthermore, as shown in FIG. 9, when the distance c <distance d, the distance fc> distance fd is established for the microlens 211. The first surface 211a is condensed in a position closer to the first surface 211a as the position where light is incident on the first surface 211a is away from the vertex C in the Y direction which is the second direction. It has a shape that generates aberrations. The microlens 211 has a curvature that is larger as it is farther from the vertex C in the Y direction.

図１０は、頂点Ｃから離れた位置ほど大きい曲率を有することによる効果を説明するものである。例えば、Ｙ方向における曲率が略一定である第１面５１１ａを用いて光を屈折させる場合、第１面５１１ａのうち頂点Ｃから離れた位置に入射する光Ｌを、中心線Ｎ上の点Ｐｄ’に集光させるとする。これに対して、本実施例のマイクロレンズ２１１の第１面２１１ａは、第１面５１１ａの場合と同じ位置に入射する光Ｌを、点Ｐｄ’よりマイクロレンズ２１１に近い点Ｐｄに集光させる。   FIG. 10 explains the effect of having a larger curvature at a position farther from the vertex C. FIG. For example, when light is refracted using the first surface 511a having a substantially constant curvature in the Y direction, the light L incident on the first surface 511a away from the vertex C is changed to a point Pd on the center line N. Let's focus on. In contrast, the first surface 211a of the microlens 211 of the present embodiment condenses the light L incident on the same position as that of the first surface 511a at a point Pd closer to the microlens 211 than the point Pd ′. .

マイクロレンズ２１１は、頂点Ｃから離れた位置へ入射する光ほど第１面２１１ａから近い位置に集光させることにより、頂点Ｃから離れた位置へ入射する光を効率良く開口部２０３ｂへ導く。頂点Ｃから離れた位置へ入射する光を効率良く開口部２０３ｂへ導くことにより、光を効率良く利用することができる。また、頂点Ｃに近い位置へ入射する光については、過度な集光を行うこと無く開口部２０３ｂへ入射させることとなる。このため、開口部２０３ｂ上の一点に光を集光させる場合に比較して、光線角度が小さい光を多くし、画像のコントラストを向上させることができる。さらに、開口部２０３ｂにおいて光を分散させることにより、液晶層２０５や配向膜２０６ｃ等の劣化を軽減することができる。以上により、高い効率で光を利用するとともに、高コントラストな画像が得られ、かつ信頼性が高い構成とすることができるという効果を奏する。   The microlens 211 efficiently guides the light incident on the position away from the vertex C to the opening 203b by condensing the light entering the position away from the vertex C closer to the first surface 211a. By efficiently guiding the light incident on the position away from the vertex C to the opening 203b, the light can be used efficiently. Further, the light incident on the position close to the vertex C is incident on the opening 203b without excessive condensing. For this reason, compared with the case where light is condensed on one point on the opening 203b, it is possible to increase the light having a small ray angle and improve the contrast of the image. Further, by dispersing light in the opening 203b, deterioration of the liquid crystal layer 205, the alignment film 206c, and the like can be reduced. As described above, it is possible to use light with high efficiency, to obtain a high-contrast image, and to have a highly reliable configuration.

図１１は、本実施例のマイクロレンズ２１１の二次元方向における設計モデルを示す。マイクロレンズ２１１は、いわゆるｘｙ多項式非球面形状を有する。図１１において、曲線ｇｘは、Ｙ＝０でのＸＺ断面における第１面２１１ａの形状を表し、Ｚ＝Ａ０＋Ａ１ｘ＋Ａ２ｘ2＋Ａ３ｘ3と表すことができる（但し、Ａ０＝０．１４９２７、Ａ１＝０．２３２２１、Ａ２＝０．０７８２、Ａ３＝−０．００４７４。単位はいずれもμｍ。）。曲線ｇｙは、Ｘ＝０でのＹＺ断面における第１面２１１ａの形状を表し、Ｚ＝Ｂ２ｘ2＋Ｂ４ｘ4と表すことができる（但し、Ｂ２＝０．０８２２４、Ｂ４＝０．０００５。単位はいずれもμｍ。）。図１１に示すグラフの縦軸は、Ｚ軸方向の位置を、頂点Ｃの位置をゼロとして表すものである。また、横軸は、曲線ｇｘについてはＸ軸方向の位置、曲線ｇｙについてはＹ軸方向の位置を、中心位置Ｏをゼロとして表すものである。図１２は、本実施例のマイクロレンズ２１１の三次元方向における設計モデルを示す。図１１及び図１２に示す形状のマイクロレンズ２１１を用いることにより、高い効率で光を利用するとともに、高コントラストな画像が得られ、かつ信頼性が高い構成とすることができる。 FIG. 11 shows a design model in the two-dimensional direction of the microlens 211 of the present embodiment. The microlens 211 has a so-called xy polynomial aspherical shape. In FIG. 11, a curve gx represents the shape of the first surface 211a in the XZ cross section at Y = 0, and can be expressed as Z = A0 + A1x + A2x 2 + A3x 3 (where A0 = 0.149927, A1 = 0.23221). A2 = 0.0782, A3 = −0.00474. The unit is μm.). The curve gy represents the shape of the first surface 211a in the YZ cross section at X = 0, and can be expressed as Z = B2x 2 + B4x 4 (B2 = 0.08224, B4 = 0.0005. Any unit) Is also μm.). The vertical axis of the graph shown in FIG. 11 represents the position in the Z-axis direction with the position of the vertex C being zero. The horizontal axis represents the position in the X-axis direction for the curve gx, the position in the Y-axis direction for the curve gy, and the center position O as zero. FIG. 12 shows a design model in the three-dimensional direction of the microlens 211 of the present embodiment. By using the microlens 211 having the shape shown in FIGS. 11 and 12, light can be used with high efficiency, a high-contrast image can be obtained, and high reliability can be obtained.

マイクロレンズアレイ２１０は、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いることにより形成することができる。フォトリソグラフィの手順としては、まず、光反応性の感光材料であるレジストを基板に塗布し、露光、現像することでレジストにパターンを形成する。レジストにパターンを形成した後エッチング等を施すことで、レジストのパターンを基板に形成する。レジストに所望のパターンを形成する方法としては、例えば、光透過率に変化を持たせたグレイスケールマスクを介してレジストを露光する技術を用いることができる。   The microlens array 210 can be formed by using, for example, a photolithography technique. As a photolithography procedure, first, a resist, which is a photoreactive photosensitive material, is applied to a substrate, exposed to light, and developed to form a pattern on the resist. A resist pattern is formed on the substrate by forming a pattern on the resist and then performing etching or the like. As a method of forming a desired pattern on the resist, for example, a technique of exposing the resist through a gray scale mask in which the light transmittance is changed can be used.

グレイスケールマスクは、光透過率を異ならせることで階調を得るマスクであって、例えば、ＨＥＢＳマスクやクロムマスクに微小開口面積分布を持たせたマスクが挙げられる。また、基板へのパターン形成には、クロムマスクと熱酸化膜をマスクとして使用し、ウェットエッチングによる加工を実施しても良い。マイクロレンズアレイ２１０は、かかる手法により母型を形成し、母型の形状の他の部材である樹脂部材等に転写することによって製造することとしても良い。母型の形状の転写を用いることで、マイクロレンズアレイ２１０の量産性を高めることができる。さらに、母型の作成には、機械加工を用いることとしても良い。   The gray scale mask is a mask that obtains gradation by changing the light transmittance, and includes, for example, a mask in which a HEBS mask or a chrome mask has a fine aperture area distribution. Further, for pattern formation on the substrate, a chromium mask and a thermal oxide film may be used as a mask, and processing by wet etching may be performed. The microlens array 210 may be manufactured by forming a mother die by such a method and transferring it to a resin member or the like which is another member of the shape of the mother die. By using the transfer of the matrix shape, the mass productivity of the microlens array 210 can be improved. Furthermore, machining may be used to create the mother die.

なお、マイクロレンズ２１１は、中心線ＮからマイナスＸ方向へシフトした位置に頂点Ｃを設ける構成に限られない。マイクロレンズ２１１は、液晶分子の配向状態を変化させる液晶層２０５の特性に応じて、マイナスＸ方向のみならずＸＹ面上のいずれかの方向へシフトした位置に頂点Ｃを設けることができる。また、第１面２１１ａは、第２の方向について、第１面２１１ａ上において光が入射する位置が頂点Ｃから離れた位置であるほど第１面２１１ａから近い位置に集光させるような収差を発生させる形状である場合に限られない。第１の方向及び第２の方向の少なくとも一方について収差を発生させる形状であれば、高い効率で光を利用するとともに、高コントラストな画像が得られ、かつ信頼性が高い構成とすることが可能である。   The microlens 211 is not limited to the configuration in which the vertex C is provided at a position shifted from the center line N in the minus X direction. The microlens 211 can be provided with a vertex C at a position shifted not only in the minus X direction but also in any direction on the XY plane in accordance with the characteristics of the liquid crystal layer 205 that changes the alignment state of the liquid crystal molecules. In addition, the first surface 211a has such an aberration that the light is focused on a position closer to the first surface 211a as the position where the light is incident on the first surface 211a is farther from the vertex C in the second direction. The shape is not limited to the shape to be generated. A shape that generates aberration in at least one of the first direction and the second direction can use light with high efficiency, obtain a high-contrast image, and have a highly reliable configuration. It is.

本実施例のプロジェクタ１００は、光源部１０１を超高圧水銀ランプとする構成に限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い。また、３つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板式のプロジェクタに限らず、例えば、１つの透過型液晶表示装置を設けたプロジェクタや、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタとしても良い。さらに、本発明の画像表示装置は、フロント投写型のプロジェクタ１００に限らず、スクリーンの一方の面にレーザ光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。   The projector 100 according to the present embodiment is not limited to the configuration in which the light source unit 101 is an ultrahigh pressure mercury lamp. For example, a solid light emitting element such as a light emitting diode element (LED) may be used. Further, the projector is not limited to a so-called three-plate projector provided with three transmissive liquid crystal display devices, but may be a projector provided with one transmissive liquid crystal display device or a projector using a reflective liquid crystal display device, for example. Furthermore, the image display apparatus according to the present invention is not limited to the front projection type projector 100, and an image can be viewed by supplying laser light to one surface of the screen and observing light emitted from the other surface of the screen. A so-called rear projector may be used.

以上のように、本発明に係るマイクロレンズは、プロジェクタに設けられる液晶型空間光変調装置に用いる場合に適している。   As described above, the microlens according to the present invention is suitable for use in a liquid crystal spatial light modulator provided in a projector.

本発明の実施例に係るプロジェクタの概略構成を示す図。1 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to an embodiment of the invention. 液晶パネルの要部断面構成を示す図。The figure which shows the principal part cross-section structure of a liquid crystal panel. マイクロレンズのＸＺ断面構成を示す図。The figure which shows the XZ cross-sectional structure of a micro lens. 中心線上の位置に頂点が設けられたマイクロレンズの構成を説明する図。The figure explaining the structure of the micro lens by which the vertex was provided in the position on a centerline. 液晶分子の配向状態を変化させる液晶層の特性について説明する図。The figure explaining the characteristic of the liquid-crystal layer which changes the orientation state of a liquid crystal molecule. マイクロレンズの構成と液晶層の特性との関係を説明する図。6A and 6B illustrate a relationship between a structure of a microlens and characteristics of a liquid crystal layer. ブラックマトリックス部及び開口部を入射側から見た平面構成を示す図。The figure which shows the plane structure which looked at the black matrix part and the opening part from the incident side. マイクロレンズから開口部へ入射する光の振る舞いを説明する図。The figure explaining the behavior of the light which injects into an opening part from a micro lens. マイクロレンズから開口部へ入射する光の振る舞いを説明する図。The figure explaining the behavior of the light which injects into an opening part from a micro lens. 頂点から離れた位置ほど大きい曲率を有することの効果を説明する図。The figure explaining the effect of having a curvature that is so large that it is far from the vertex. 二次元方向におけるマイクロレンズの設計モデルを示す図。The figure which shows the design model of the micro lens in a two-dimensional direction. 三次元方向におけるマイクロレンズの設計モデルを示す図。The figure which shows the design model of the microlens in a three-dimensional direction.

符号の説明Explanation of symbols

１００ プロジェクタ、１０１ 光源部、１０４ インテグレータ、１０５ 偏光変換素子、１０６Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０６Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０７ 反射ミラー、１０８ リレーレンズ、１１０Ｒ 第１色光用空間光変調装置、１１０Ｇ 第２色光用空間光変調装置、１１０Ｂ 第３色光用空間光変調装置、１１２ クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂ ダイクロイック膜、１１４ 投写光学系、１１６ スクリーン、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ 液晶パネル、１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂ 第１偏光板、１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂ 第２偏光板、１２３Ｒ、１２３Ｂ λ／２位相差板、１２４Ｒ、１２４Ｂ 硝子板、２００ 入射側防塵硝子、２００ｂ 基準面、２０１ 接着層、２０２ カバー硝子、２０３ａ ブラックマトリックス部、２０３ｂ 開口部、２０４ 対向電極、２０５ 液晶層、２０６ 基板、２０６ａ 透明電極、２０６ｃ 配向膜、２０７ 接着層、２０８ 出射側防塵硝子、２１０ マイクロレンズアレイ、２１１ マイクロレンズ、２１１ａ 第１面、２１１ｂ 第２面、Ｃ 頂点、Ｏ 中心位置、Ｓ 平面、４１１ マイクロレンズ、４１１ａ 第１面、５０１ 領域、ＡＲ１ 領域、５１１ａ 第１面   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Projector, 101 Light source part, 104 Integrator, 105 Polarization conversion element, 106R R light transmission dichroic mirror, 106GB B light transmission dichroic mirror, 107 Reflection mirror, 108 Relay lens, 110R Spatial light modulation device for 1st color light, 110G 2nd Spatial light modulator for color light, 110B spatial light modulator for third color light, 112 cross dichroic prism, 112a, 112b dichroic film, 114 projection optical system, 116 screen, 120R, 120G, 120B liquid crystal panel, 121R, 121G, 121B first 1 polarizing plate, 122R, 122G, 122B second polarizing plate, 123R, 123B λ / 2 phase difference plate, 124R, 124B glass plate, 200 incident side dustproof glass, 200b reference surface, 201 adhesive layer, 20 Cover glass, 203a Black matrix part, 203b Opening, 204 Counter electrode, 205 Liquid crystal layer, 206 Substrate, 206a Transparent electrode, 206c Alignment film, 207 Adhesive layer, 208 Output side dustproof glass, 210 Micro lens array, 211 Micro lens, 211a first surface, 211b second surface, C apex, O center position, S plane, 411 microlens, 411a first surface, 501 region, AR1 region, 511a first surface

Claims (7)

空間光変調装置に用いられるマイクロレンズであって、
曲率を有する第１面と、略平坦な第２面と、を有し、
前記第１面は、前記第２面の中心位置を通る前記第２面の法線上の位置以外の位置に設けられた頂点を有することを特徴とするマイクロレンズ。 A microlens used in a spatial light modulator,
A first surface having a curvature and a substantially flat second surface;
The micro lens according to claim 1, wherein the first surface has a vertex provided at a position other than a position on a normal line of the second surface passing through a center position of the second surface. 液晶層を備える前記空間光変調装置に用いられるマイクロレンズであって、
前記第１面は、液晶分子の配向状態を変化させる前記液晶層の特性に応じた所定の方向へ光を進行させるような形状を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズ。 A microlens used in the spatial light modulator including a liquid crystal layer,
2. The microlens according to claim 1, wherein the first surface has a shape that allows light to travel in a predetermined direction according to characteristics of the liquid crystal layer that changes an alignment state of liquid crystal molecules. 3. 前記第１面は、第１の方向における曲率が、前記第１の方向に略直交する第２の方向における曲率とは異なることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズ。   3. The microlens according to claim 1, wherein the first surface has a curvature in a first direction different from a curvature in a second direction substantially orthogonal to the first direction. 前記第１面は、前記第１の方向及び前記第２の方向の少なくとも一方について、前記第１面上において光が入射する位置が前記頂点から離れた位置であるほど前記第１面から近い位置に集光させるような収差を発生させる形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロレンズ。   The first surface is closer to the first surface as the position where light is incident on the first surface is at a distance from the apex in at least one of the first direction and the second direction. The microlens according to claim 1, wherein the microlens has a shape that generates an aberration that causes light to be condensed. 入射光を画像信号に応じて変調する変調部と、
前記入射光を前記変調部へ入射させる開口部と、前記開口部の周囲に設けられた遮光部と、
曲率を有する第１面と、略平坦な第２面と、を備え、前記入射光を前記開口部の方向へ進行させるマイクロレンズと、を有し、
前記第１面は、前記第２面の略中心を通る法線上の位置以外の位置に設けられた頂点を有し、第１の方向における曲率が、前記第１の方向に略直交する第２の方向における曲率より小さく、
前記開口部は、前記第１の方向に長辺、及び前記第２の方向に短辺を備える矩形形状を有することを特徴とする空間光変調装置。 A modulator that modulates incident light according to an image signal;
An opening for allowing the incident light to enter the modulation section; and a light shielding section provided around the opening;
A first lens having a curvature and a second surface that is substantially flat, and a microlens that advances the incident light in the direction of the opening,
The first surface has an apex provided at a position other than a position on a normal line passing through the approximate center of the second surface, and a curvature in the first direction is substantially perpendicular to the first direction. Smaller than the curvature in the direction of
The spatial light modulation device, wherein the opening has a rectangular shape having a long side in the first direction and a short side in the second direction. 前記変調部は、液晶層を有し、
前記第１面は、液晶分子の配向状態を変化させる前記液晶層の特性に応じた所定の方向へ光を進行させるような形状を有することを特徴とする請求項５に記載の空間光変調装置。 The modulator has a liquid crystal layer,
6. The spatial light modulator according to claim 5, wherein the first surface has a shape that allows light to travel in a predetermined direction in accordance with characteristics of the liquid crystal layer that changes an alignment state of liquid crystal molecules. . 光を供給する光源部と、
前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、
前記空間光変調装置は、請求項５又は６に記載の空間光変調装置であることを特徴とする画像表示装置。 A light source unit for supplying light;
A spatial light modulation device that modulates light from the light source unit according to an image signal,
7. The image display device according to claim 5, wherein the spatial light modulator is the spatial light modulator according to claim 5.
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