JP2007264066A - Optical element, liquid crystal display device and liquid crystal projector equipped with same, and method of forming antireflection layer - Google Patents

Optical element, liquid crystal display device and liquid crystal projector equipped with same, and method of forming antireflection layer Download PDF

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謙一 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display device which shows the improved contrast of an image by preventing the occurrence of stray light on interfaces of microlenses. <P>SOLUTION: The microlenses 40 which converge incident light for each pixel are formed on an MLA substrate 31. A common electrode 43 for applying voltage to a liquid crystal layer 33 and a black matrix 42 are formed on a counter substrate 32. A junction layer 47 is provided between the MLA substrate 31 and counter substrate 32. Particulate layers 51 are provided on surfaces of the microlenses 40 and an incident-side surface of the counter substrate 31 by applying particulates onto the surfaces. The particulate layers 51 operate as antireflection bodies preventing interface reflection due to refractive index differences on the interface between the MLA substrate 31 and junction surface 47 and the interface between the junction layer 47 and counter substrate 32 to prevent a decrease in contrast caused by stray light. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のレンズ部を有するレンズアレイとレンズ部に対向する基板とを備えた光学素子、及びこれを備えた液晶表示装置並びに液晶プロジェクタ、反射防止層の形成方法に関する。   The present invention relates to an optical element including a lens array having a plurality of lens portions and a substrate facing the lens portions, a liquid crystal display device including the same, a liquid crystal projector, and a method for forming an antireflection layer.

ＴＦＴ（Thin Film Transistor）−ＬＣＤは、液晶層の１画素の領域に印加される電圧のオン／オフをトランジスタにより制御するため、各画素のオン／オフの切り換えが速く、正確であることから、画質の高さが要求されるディスプレイに広く利用されている。ＴＦＴ−ＬＣＤは、ＴＦＴアレイ及びその配線パターンと、透明な画素電極とが形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板の画素電極に対応した共通電極が形成された対向基板とを備えている。   Since the TFT (Thin Film Transistor) -LCD controls the on / off of the voltage applied to the area of one pixel of the liquid crystal layer by the transistor, the on / off switching of each pixel is fast and accurate. Widely used in displays that require high image quality. The TFT-LCD includes a TFT substrate on which a TFT array and its wiring pattern and a transparent pixel electrode are formed, and a counter substrate on which a common electrode corresponding to the pixel electrode of the TFT substrate is formed.

ＴＦＴ基板と対向基板は、例えば透明なガラス基板からなり、ＴＦＴ基板は投映レンズ側に配置され、対向基板は光源側に配置される。対向基板には、ＴＦＴに強い光が照射されることで誤作動を起こすことがないように、ＴＦＴを遮光するための井桁状の遮光層からなるブラックマトリクスが形成されている。また、ブラックマトリクスによる光の損失を防ぐために、対向基板にはマイクロレンズアレイが設けられ、光源からの光を画素ごとに集光し、ブラックマトリクスの開口部を光が通過するようにしている。
特開２００４−２５２４７５号公報 The TFT substrate and the counter substrate are made of, for example, a transparent glass substrate, the TFT substrate is disposed on the projection lens side, and the counter substrate is disposed on the light source side. The counter substrate is formed with a black matrix composed of a cross-shaped light shielding layer for shielding the TFT so as not to cause a malfunction by irradiating the TFT with strong light. Further, in order to prevent light loss due to the black matrix, a microlens array is provided on the counter substrate, and the light from the light source is condensed for each pixel so that the light passes through the opening of the black matrix.
JP 2004-252475 A

しかしながら、マイクロレンズの集光作用を得るためには、高屈折材料からなるマイクロレンズに隣接して、低屈折材料又は空気からなる低屈折率層を設ける必要がある。屈折率差の大きい２つの層の界面では、入射光の一部が界面反射を起こして迷光となり、表示される画像のコントラストを低下させる要因となる。   However, in order to obtain the condensing effect of the microlens, it is necessary to provide a low refractive index layer made of a low refractive material or air adjacent to the microlens made of a high refractive material. At the interface between two layers having a large refractive index difference, part of the incident light causes interface reflection to become stray light, which causes a reduction in the contrast of the displayed image.

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、マイクロレンズの界面で生じる迷光を抑制し、画像のコントラストを向上させるための光学素子及びこれを備えた液晶表示装置並びに液晶プロジェクタと、反射防止層の形成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described problems, an optical element for suppressing stray light generated at the interface of the microlens and improving the contrast of an image, a liquid crystal display device and a liquid crystal projector including the optical element, An object is to provide a method for forming an antireflection layer.

上記目的を達成するために、本発明は、入射光の光路を制御する複数のレンズ部を有するレンズアレイと、前記レンズ部を透過した光が入射し、前記レンズ部に対向する位置に設けられた対向基板とを備えた光学素子であって、前記複数のレンズ部と前記対向基板との間に微小三次元構造体からなる反射防止層が設けられていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a lens array having a plurality of lens portions for controlling the optical path of incident light, and a position where light transmitted through the lens portions enters and faces the lens portions. An optical element comprising a counter substrate, wherein an antireflection layer made of a micro three-dimensional structure is provided between the plurality of lens portions and the counter substrate.

前記微小三次元構造体は、モスアイ構造体であることを特徴とする。   The minute three-dimensional structure is a moth-eye structure.

前記モスアイ構造体は、微粒子凝集体から形成されていることを特徴とする。   The moth-eye structure is formed from a fine particle aggregate.

前記反射防止層と前記対向基板との間に、対向基板と同じ屈折率を有する保護層を介在させたことを特徴とする。   A protective layer having the same refractive index as that of the counter substrate is interposed between the antireflection layer and the counter substrate.

本発明の液晶表示装置は、上記光学素子を有し、前記対向基板は、電圧を印加するための透明な複数の画素電極が形成された基板であり、前記レンズ部は前記画素電極に入射光を集光することを特徴とする。   The liquid crystal display device of the present invention includes the above-described optical element, the counter substrate is a substrate on which a plurality of transparent pixel electrodes for applying a voltage are formed, and the lens unit receives incident light on the pixel electrodes. The light is condensed.

本発明の液晶プロジェクタは、上記液晶表示装置を備えたことを特徴とする。   A liquid crystal projector according to the present invention includes the above liquid crystal display device.

本発明の反射防止層の形成方法は、溶媒中に微粒子を分散させた塗料を光学素子の表面に塗布し、溶媒を蒸散させる事で微粒子を凝集させ、前記光学素子の表面にモスアイ構造体からなる反射防止層を形成することを特徴とする。   In the method for forming an antireflection layer of the present invention, a coating material in which fine particles are dispersed in a solvent is applied to the surface of the optical element, and the fine particles are aggregated by evaporating the solvent. From the moth-eye structure on the surface of the optical element. An antireflection layer is formed.

本発明によれば、マイクロレンズが形成される高屈折率体と対向基板として用いられる低屈折率体との間に反射防止層が設けられているから、屈折率差に起因する迷光の発生が抑えられ、表示する画像のコントラストを向上させる液晶表示装置を実現することができる。また、モスアイ構造層を反射防止層とすることにより、表面に凹凸を形成した金型を使用したモールディング、微粒子を分散吸着させる処理等により反射防止処理がなされたマイクロレンズを容易に得ることができる。例えば無機材料の多層薄膜からなる反射防止膜を形成するよりも、大面積に適用できる低コストの反射防止処理が可能であり、特に画面サイズの大きい直視型の液晶表示装置では単位面積あたりのコストをより低くできる。   According to the present invention, since the antireflection layer is provided between the high refractive index body on which the microlens is formed and the low refractive index body used as the counter substrate, stray light is generated due to the refractive index difference. A liquid crystal display device that is suppressed and improves the contrast of the displayed image can be realized. In addition, by using the moth-eye structure layer as an antireflection layer, it is possible to easily obtain a microlens that has been subjected to antireflection treatment by molding using a mold having irregularities on the surface, treatment for dispersing and adsorbing fine particles, and the like. . For example, low-cost anti-reflection treatment that can be applied to a large area is possible rather than forming an anti-reflection film composed of a multilayer thin film of inorganic material. Can be lower.

図１において、本発明を適用した液晶プロジェクタ１０は、透過型の三枚の液晶表示パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを備え、フルカラーの画像を投映することが可能である。光源１２から出射された光は、紫外線及び赤外線をカットするフィルタ１３を透過することにより赤色光、緑色光、青色光を含む白色光となる。ガラスロッド１４は、光源１２のリフレクタとして用いられる楕円面鏡の焦点近傍に端面が位置しており、光源１２からの光はガラスロッド１４に入射する。   In FIG. 1, a liquid crystal projector 10 to which the present invention is applied includes three transmissive liquid crystal display panels 11R, 11G, and 11B, and can project full-color images. The light emitted from the light source 12 passes through the filter 13 that cuts ultraviolet rays and infrared rays, and becomes white light including red light, green light, and blue light. The glass rod 14 has an end face located near the focal point of an elliptical mirror used as a reflector of the light source 12, and light from the light source 12 enters the glass rod 14.

ガラスロッド１４を透過した光は他方の端面から出射する。その近傍には、リレーレンズ１５が設けられている。ガラスロッド１４を出射した白色光は、リレーレンズ１５及びその先のコリメートレンズ１６により平行光となって、ミラー１７に入射する。ミラー１７を反射した白色光は、赤色光を透過するダイクロイックミラー１８Ｒで２光束に分けられ、透過した赤色光はミラー１９で反射して液晶表示パネル１１Ｒを背面側から照明する。   The light transmitted through the glass rod 14 is emitted from the other end face. A relay lens 15 is provided in the vicinity thereof. The white light emitted from the glass rod 14 becomes parallel light by the relay lens 15 and the collimating lens 16 ahead of the relay lens 15 and enters the mirror 17. The white light reflected by the mirror 17 is divided into two light beams by a dichroic mirror 18R that transmits red light, and the transmitted red light is reflected by the mirror 19 to illuminate the liquid crystal display panel 11R from the back side.

ダイクロイックミラー１８Ｒを反射した緑色光と青色光は、緑色光を反射するダイクロイックミラー１８Ｇで更に２光束に分割される。ダイクロイックミラー１８Ｇを反射した緑色光は、液晶表示パネル１１Ｇを背面側から照明する。ダイクロイックミラー１８Ｇを透過した青色光は、ミラー１８Ｂ、ミラー２０を反射し、液晶表示パネル１１Ｂを背面側から照明する。   The green light and the blue light reflected by the dichroic mirror 18R are further divided into two light beams by the dichroic mirror 18G that reflects the green light. The green light reflected from the dichroic mirror 18G illuminates the liquid crystal display panel 11G from the back side. The blue light transmitted through the dichroic mirror 18G reflects the mirror 18B and the mirror 20, and illuminates the liquid crystal display panel 11B from the back side.

液晶表示パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、フルカラー画像を形成するために、赤色光、緑色光、青色光によって各色のグレースケール画像をそれぞれ形成する。合成プリズム２４は、液晶表示パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから等距離の位置に設けられている。光源１２からの照明光は、液晶表示パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを透過することにより画像情報が付与された画像光に変調され、ダイクロイック面２４ａ及び２４ｂが設けられた合成プリズム２４において三色の画像光が合成される。合成された画像光は、投映レンズ２５によりスクリーン上で結像され、フルカラー画像を形成する。   The liquid crystal display panels 11R, 11G, and 11B each form a gray scale image of each color with red light, green light, and blue light in order to form a full color image. The combining prism 24 is provided at a position equidistant from the liquid crystal display panels 11R, 11G, and 11B. Illumination light from the light source 12 is modulated into image light to which image information is given by passing through the liquid crystal display panels 11R, 11G, and 11B, and the three-color image is formed in the synthesis prism 24 provided with the dichroic surfaces 24a and 24b. Light is synthesized. The combined image light is imaged on the screen by the projection lens 25 to form a full color image.

図２において、液晶表示パネル１１Ｒは、光源側より順に、入射側偏光板３０と、ＭＬＡ基板３１と、対向基板３２と、液晶層３３と、ＴＦＴ基板３４と、出射側偏光板３５とが一体に設けられている。入射側偏光板３０と出射側偏光板３５は、その吸収軸が互いに直交したクロスニコルで配置されている。入射側偏光板３０は、入射光を直線偏光にする偏光子として作用し、出射側偏光板３５は、液晶表示パネル１１Ｒの内部を通過した直線偏光を検光する検光子として作用する。なお、液晶表示パネル１１Ｇ，１１Ｂも同様の構成である。   In FIG. 2, the liquid crystal display panel 11R includes an incident side polarizing plate 30, an MLA substrate 31, a counter substrate 32, a liquid crystal layer 33, a TFT substrate 34, and an output side polarizing plate 35 in order from the light source side. Is provided. The incident side polarizing plate 30 and the outgoing side polarizing plate 35 are arranged in crossed Nicols whose absorption axes are orthogonal to each other. The incident side polarizing plate 30 functions as a polarizer that converts incident light into linearly polarized light, and the output side polarizing plate 35 functions as an analyzer that detects linearly polarized light that has passed through the liquid crystal display panel 11R. The liquid crystal display panels 11G and 11B have the same configuration.

ＭＬＡ基板３１は、１画素に対応して約１０μｍのピッチで複数のマイクロレンズ４０がマトリクス状に配列されたマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）が設けられている。ＭＬＡ基板３１は、その入射側の面に液晶層３３により生じる位相差を補償する位相差補償層４１が設けられている。対向基板３２は、その出射側の面にブラックマトリクス４２と透明な共通電極４３とが設けられている。ブラックマトリクス４２は、例えばクロム膜からなる遮光層である。   The MLA substrate 31 is provided with a microlens array (MLA) in which a plurality of microlenses 40 are arranged in a matrix at a pitch of about 10 μm corresponding to one pixel. The MLA substrate 31 is provided with a phase difference compensation layer 41 for compensating for a phase difference caused by the liquid crystal layer 33 on the incident side surface. The counter substrate 32 is provided with a black matrix 42 and a transparent common electrode 43 on the surface on the emission side. The black matrix 42 is a light shielding layer made of, for example, a chromium film.

ＴＦＴ基板３４には、入射側の面に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４４と画素電極４５とをマトリクス状に配置したＴＦＴ回路パターン４６が形成されている。ブラックマトリクス４２は、薄膜トランジスタ４４を入射光から遮り、薄膜トランジスタ４４に入射光が当たることによって誤作動が起きることを防止する。ブラックマトリクス４２は対向基板３２に、ＴＦＴ回路パターン４６はＴＦＴ基板３４にそれぞれ井桁状に形成されている。   A TFT circuit pattern 46 in which thin film transistors (TFTs) 44 and pixel electrodes 45 are arranged in a matrix is formed on the incident side of the TFT substrate 34. The black matrix 42 blocks the thin film transistor 44 from incident light, and prevents malfunction due to incident light on the thin film transistor 44. The black matrix 42 is formed on the counter substrate 32 and the TFT circuit pattern 46 is formed on the TFT substrate 34 in a grid pattern.

マイクロレンズ４０と位相差補償層４１との間には、ＭＬＡ基板３１と対向基板３２とを接合する接合層４７が設けられている。接合層４７は、ＭＬＡ基板３１及び対向基板３２よりも屈折率が低い。マイクロレンズ４０は、低屈折率の接合層４７に向かって凸の曲面が形成された正の屈折力のレンズとして作用し、入射側からの光を集光する。集光された入射光は、ブラックマトリックス４２の開口部に位置する共通電極４３を透過し、液晶層３３に達する。   A bonding layer 47 that bonds the MLA substrate 31 and the counter substrate 32 is provided between the microlens 40 and the phase difference compensation layer 41. The bonding layer 47 has a refractive index lower than that of the MLA substrate 31 and the counter substrate 32. The microlens 40 acts as a lens having a positive refractive power in which a convex curved surface is formed toward the bonding layer 47 having a low refractive index, and condenses light from the incident side. The condensed incident light passes through the common electrode 43 located at the opening of the black matrix 42 and reaches the liquid crystal layer 33.

薄膜トランジスタ４４は、オンしたときに画素電極４５と共通電極４３との間に電圧を印加し、液晶層３３の１画素に相当する領域に電場を発生させる。液晶層３３の液晶分子は、発生した電場によりその配向方向を変化させる。なお、液晶層３３と共通電極４３との間、液晶層３３と画素電極４５との間には、電圧無印加状態における液晶層３３の液晶分子を所定の方向に配向させるための配向膜（図示なし）がそれぞれ設けられている。   When the thin film transistor 44 is turned on, a voltage is applied between the pixel electrode 45 and the common electrode 43 to generate an electric field in a region corresponding to one pixel of the liquid crystal layer 33. The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 33 change the alignment direction by the generated electric field. An alignment film (not shown) for aligning liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 33 in a predetermined direction between the liquid crystal layer 33 and the common electrode 43 and between the liquid crystal layer 33 and the pixel electrode 45. None).

液晶層３３は、対向基板３２とＴＦＴ基板３４との間に、電圧無印加状態で液晶分子が基板面と平行を保ちながら９０度ねじれて配向した、周知のＴＮモード液晶層からなる。電圧無印加状態のＴＮモード液晶層は、入射側偏光板３０を通過した直線偏光に対し、偏光面を９０度ねじり、出射側偏光板３５を通過させて白表示状態となる。また、電圧が十分に印加された状態では、液晶分子が基板面に略垂直に配向するので、入射側偏光板３０を通った直線偏光がその偏光面を変えずに液晶層３３を通り抜け、出射側偏光板３５に到達して黒表示状態となる。   The liquid crystal layer 33 is formed of a well-known TN mode liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are twisted and aligned 90 degrees while keeping a parallel to the substrate surface between the counter substrate 32 and the TFT substrate 34 while no voltage is applied. The TN mode liquid crystal layer in a state where no voltage is applied turns the polarization plane by 90 degrees with respect to the linearly polarized light that has passed through the incident-side polarizing plate 30, and passes through the outgoing-side polarizing plate 35 to be in a white display state. Further, in a state where the voltage is sufficiently applied, the liquid crystal molecules are aligned substantially perpendicular to the substrate surface, so that the linearly polarized light passing through the incident side polarizing plate 30 passes through the liquid crystal layer 33 without changing its polarization plane, and is emitted. It reaches the side polarizing plate 35 and enters a black display state.

位相差補償層４１は、円盤状の分子構造を有するディスコティック液晶化合物を重合したディスコティック液晶層からなる。ディスコティック液晶層は、その上層側と下層側との間で配向方向が厚み方向に連続的に変化したハイブリッド配向をとった状態で固定化されている。白表示状態のＴＮモード液晶層は、その中央部の液晶分子が垂直方向に配向するが、基板面付近の液晶分子はチルト角が平面内で変化したハイブリッド配向をとるため、ハイブリッド配向したディスコティック液晶層によりＴＮモード液晶層の位相差を補償することができる。   The retardation compensation layer 41 is composed of a discotic liquid crystal layer obtained by polymerizing a discotic liquid crystal compound having a disc-like molecular structure. The discotic liquid crystal layer is fixed in a state of hybrid alignment in which the alignment direction is continuously changed in the thickness direction between the upper layer side and the lower layer side. In the white display TN mode liquid crystal layer, the liquid crystal molecules in the center are aligned in the vertical direction, but the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrate surface take a hybrid alignment in which the tilt angle changes in the plane. The phase difference of the TN mode liquid crystal layer can be compensated by the liquid crystal layer.

図３（ａ）において、ＭＬＡ基板３１のマイクロレンズ４０が形成されている表面と、対向基板３２の入射側の表面とには、例えばシリカナノ粒子からなる微粒子５０が凝集して層状にされた微粒子層５１が設けられている。微粒子層５１は、その膜厚が例えば１００ｎｍないし５μｍである。微粒子５０はその粒径が可視光の波長よりも小さく、例えば０．１ないし５ｎｍである。微粒子層５１は、可視光の波長と同程度か、可視光の波長よりも小さい高さの微小な凹凸を有している。また、凹凸の間隔も可視光の波長と同程度であるかこれよりも小さい間隔である。微粒子層５１は、反射防止効果が得られるモスアイ構造体の一種として考えることができる。なお、凹凸の高低差は、微粒子層５１の膜厚と同等でも良いが、製造適性とのバランスを考慮すると可視光の波長以下であることが好ましい。また、透過光として複数種類の可視光線が用いられる場合は、短波長側の光線の波長を考慮して設計される。   In FIG. 3A, fine particles 50 made of, for example, silica nanoparticles are agglomerated on the surface of the MLA substrate 31 where the microlenses 40 are formed and the incident-side surface of the counter substrate 32. A layer 51 is provided. The fine particle layer 51 has a film thickness of, for example, 100 nm to 5 μm. The particle 50 has a particle size smaller than the wavelength of visible light, for example, 0.1 to 5 nm. The fine particle layer 51 has minute unevenness having a height that is approximately the same as the wavelength of visible light or smaller than the wavelength of visible light. Further, the interval between the irregularities is the same as or smaller than the wavelength of visible light. The fine particle layer 51 can be considered as a kind of moth-eye structure that provides an antireflection effect. The height difference of the unevenness may be equal to the film thickness of the fine particle layer 51, but is preferably equal to or less than the wavelength of visible light in consideration of the balance with manufacturing suitability. In addition, when a plurality of types of visible light are used as transmitted light, the light is designed in consideration of the wavelength of light on the short wavelength side.

微粒子層５１は、例えば、微粒子５０を液体中に分散させた塗布液をマイクロレンズ４０の表面に塗布し、液体成分を蒸散させた時に残留する微粒子５０が凝集することによって形成される。微粒子５０を含有する塗布液を用いて微粒子層５１を付与する場合、高価な設備が必要ない。また、塗布液の塗布後に溶媒を蒸散させる過程で凝集体による凹凸を生成できるから、微粒子層５１を生成する面が平面であるか曲面であるかを問わず、容易に微粒子層５１を生成できる点で好ましい。微粒子層５１は、ＭＬＡ基板３１と接合層４７との屈折率差を有する界面と、接合層４７と対向基板３２との屈折率差を有する界面とでそれぞれ界面反射が起きることを防止する。   The fine particle layer 51 is formed, for example, by applying a coating liquid in which the fine particles 50 are dispersed in a liquid to the surface of the microlens 40 and aggregating the fine particles 50 remaining when the liquid component is evaporated. When the fine particle layer 51 is applied using a coating liquid containing the fine particles 50, expensive equipment is not necessary. In addition, since irregularities due to aggregates can be generated in the process of evaporating the solvent after application of the coating liquid, the fine particle layer 51 can be easily generated regardless of whether the surface on which the fine particle layer 51 is generated is a flat surface or a curved surface. This is preferable. The fine particle layer 51 prevents interface reflection from occurring at an interface having a refractive index difference between the MLA substrate 31 and the bonding layer 47 and an interface having a refractive index difference between the bonding layer 47 and the counter substrate 32.

微粒子層５１は、粒径が０．１ないし５ｎｍの微粒子が表面に均一に分布しているのではなく、塗布液の溶媒が蒸散する過程で微粒子同士が凝集を生じる形態を保持した不均一な凝集体を形成している。この不均一な凝集体の包絡面としての表面は、微粒子の粒径と比較してはるかに大きい１０ないし２００ｎｍの可視光の波長より小さい凹凸構造を形成する。また、凝集体は、微粒子が密に充填したものではなく、内部に空隙を含んだ４０％ないし７０％の低い充填率の構造体である。   The fine particle layer 51 is not a uniform distribution of fine particles having a particle size of 0.1 to 5 nm on the surface, but a non-uniform state in which the fine particles are aggregated in the process of evaporation of the solvent of the coating solution. Aggregates are formed. The surface of the non-uniform aggregate as an enveloping surface forms a concavo-convex structure smaller than the wavelength of visible light of 10 to 200 nm, which is much larger than the particle size of the fine particles. Aggregates are not densely packed with fine particles, but are structures having a low filling rate of 40% to 70% including voids inside.

ＭＬＡ基板３１と対向基板３２を接着剤で接着した時、モスアイ構造の空隙に接着剤が充填される場合と充填されず空隙のまま残る場合がある。空隙のまま残る場合、接合層４７は微粒子層５１の表面形状であるモスアイ構造に接着剤が沿って追随した形で形成され、接着剤と微粒子層の間の界面の屈折率は連続になり反射防止作用が効果的に発揮される。接着剤が空隙に含浸した場合における微粒子層５１の屈折率は、微粒子の材料の屈折率と接着剤の材料の屈折率の存在比率に依存する中間の屈折率となる。一般に、２つの材料の界面の反射率は、その界面に２つの材料の中間の屈折率の膜を介在させる事により抑制できることが知られており、さらにその界面の形状がモスアイ構造であれば反射防止効果が向上する。すなわち、ＭＬＡ基板３１のマイクロレンズ４０が形成されている表面と、対向基板３２の入射側の表面の反射率が効果的に抑制されることになる。   When the MLA substrate 31 and the counter substrate 32 are bonded with an adhesive, the gap in the moth-eye structure may be filled with the adhesive or the gap may remain without being filled. When the void remains, the bonding layer 47 is formed in a shape in which the adhesive follows the moth-eye structure which is the surface shape of the fine particle layer 51, and the refractive index at the interface between the adhesive and the fine particle layer becomes continuous and is reflected. Preventive action is exhibited effectively. When the adhesive is impregnated in the gap, the refractive index of the fine particle layer 51 is an intermediate refractive index that depends on the ratio of the refractive index of the fine particle material and the refractive index of the adhesive material. In general, it is known that the reflectivity at the interface between two materials can be suppressed by interposing a film having an intermediate refractive index between the two materials at the interface, and if the shape of the interface is a moth-eye structure, it is reflected. The prevention effect is improved. That is, the reflectance of the surface of the MLA substrate 31 on which the microlenses 40 are formed and the surface on the incident side of the counter substrate 32 are effectively suppressed.

ただし、微粒子層５１の材料の屈折率と空隙率は、対向基板３２の材料の屈折率と接着剤の屈折率を考慮して最適な組合せを選択する必要がある。この際、微粒子層５１が接着剤と接する面はモスアイ構造の反射防止作用により微粒子層５１の材料の屈折率と空隙率の影響は殆ど無いが、対向基板３２と微粒子層５１の界面は、実効的な屈折率が可能な限り接近しているのが好ましい。このため、微粒子材料の屈折率と空隙率は適切に選択されることが好ましい。また、他の手段として、微粒子５０の材料として、ＳｉＯ２やＴｉＯ２など屈折率の異なる材料を準備し、その混合比を最適化する手段も採用できる。 However, it is necessary to select an optimal combination of the refractive index and the porosity of the material of the fine particle layer 51 in consideration of the refractive index of the material of the counter substrate 32 and the refractive index of the adhesive. At this time, the surface of the fine particle layer 51 in contact with the adhesive is hardly affected by the refractive index and the porosity of the material of the fine particle layer 51 due to the antireflection effect of the moth-eye structure, but the interface between the counter substrate 32 and the fine particle layer 51 is effective. Preferably, the refractive indices are as close as possible. For this reason, it is preferable that the refractive index and the porosity of the fine particle material are appropriately selected. In addition, as another means, it is possible to prepare a material having a different refractive index such as SiO 2 or TiO 2 as the material of the fine particles 50 and optimize the mixing ratio.

なお、微粒子５０の凝集体である微粒子層５１の強度が低いことが問題になる場合、接合層４７はこれを補完するための保護層として作用する。微粒子層５１の強度は、これを構成する微粒子５０の材質や粒径、結着させる接着剤の種類、溶媒の種類や蒸散速度等の凝集条件によってその強度に差が生じる。保護層として作用する接合層４７は、一方が凹凸構造と隙間なく接触し、他方が対向基板３２に接するように設けられ、対向基板３２に加わる応力が凹凸構造の頂点に集中する事を防ぎ、凹凸構造を安定して維持させる。保護層となる接合層４７の材質としては、対向基板３２との界面での反射や屈折を抑えるために対向基板３２と同等な屈折率を有する素材を用いることが好ましい。接合層４７は、凹凸構造を破壊しないものであれば重合性組成物を硬化させることや、樹脂のモールディング等の既知の方法により作製できる。   Note that when the strength of the fine particle layer 51, which is an aggregate of the fine particles 50, becomes a problem, the bonding layer 47 functions as a protective layer for complementing this. The strength of the fine particle layer 51 varies depending on the material and particle size of the fine particles 50 constituting the fine particle layer 51, the type of adhesive to be bound, the type of solvent, the agglomeration conditions such as the evaporation rate, and the like. The bonding layer 47 that acts as a protective layer is provided so that one side is in contact with the concavo-convex structure without a gap and the other is in contact with the counter substrate 32, and stress applied to the counter substrate 32 is prevented from being concentrated on the apex of the concavo-convex structure, The uneven structure is stably maintained. As a material for the bonding layer 47 serving as a protective layer, it is preferable to use a material having a refractive index equivalent to that of the counter substrate 32 in order to suppress reflection and refraction at the interface with the counter substrate 32. The bonding layer 47 can be produced by a known method such as curing of the polymerizable composition or resin molding as long as it does not destroy the uneven structure.

図３（ｂ）に示すように、ＭＬＡ基板３１と接合層４７の界面、及び接合層４７と対向基板３２の界面に微粒子層５１が存在しない場合、各界面で入射光の一部が界面反射を起こし、これらが迷光となって液晶表示パネル１１Ｒの内部を透過することになる。迷光は様々な角度で液晶層３３を透過し、位相差補償層４１によって適切な位相差補償がなされない楕円偏光となって出射側偏光板３５を通過する。また、入射側偏光板３０と出射側偏光板３５を通過するときの光線の角度が変化する。この結果、出射側偏光板３５による光の遮断率が低下し、黒表示の精度が劣化したコントラストの低い画像を形成してしまうことになる。   As shown in FIG. 3B, when the fine particle layer 51 does not exist at the interface between the MLA substrate 31 and the bonding layer 47 and the interface between the bonding layer 47 and the counter substrate 32, a part of the incident light is reflected at each interface. This causes stray light to pass through the liquid crystal display panel 11R. The stray light passes through the liquid crystal layer 33 at various angles and passes through the output-side polarizing plate 35 as elliptically polarized light that is not appropriately compensated for the phase difference by the phase difference compensation layer 41. Further, the angle of the light beam when passing through the incident side polarizing plate 30 and the outgoing side polarizing plate 35 changes. As a result, the light blocking rate by the output side polarizing plate 35 is reduced, and an image with low contrast in which the accuracy of black display is deteriorated is formed.

一方、図３（ａ）に示す本発明では、微粒子層５１によるモスアイ構造によって迷光が生じず、位相差補償層４１による位相差補償が適切になされ、入射側偏光板３０と出射側偏光板３５との間で光線の角度がほぼ保たれる。すなわち、出射側偏光板３５による光の遮断率が高められ、黒表示の精度が高められた良好なコントラストを示す画像を形成できることになる。   On the other hand, in the present invention shown in FIG. 3A, stray light is not generated by the moth-eye structure by the fine particle layer 51, and the phase difference compensation by the phase difference compensation layer 41 is appropriately performed. The angle of the light beam is almost maintained between That is, it is possible to form an image showing a good contrast in which the light blocking rate by the emission side polarizing plate 35 is increased and the accuracy of black display is increased.

なお、上記実施形態では、反射防止体として微粒子層５１が設けられているが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、マイクロレンズ４０を形成するための金型の表面に、可視光の波長より小さい周期の凹凸構造を予め形成し、マイクロレンズ４０のモールディングと同時にその表面に凹凸構造が形成されるようにしてもよい。同様に、対向基板３２の表面に凹凸構造を形成してもよい。また、微粒子塗布又はモールディングによるモスアイ凹凸構造以外にも、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜を積層した多層薄膜による反射防止膜を用いてもよい。   In the above embodiment, the fine particle layer 51 is provided as the antireflection body. However, the present invention is not limited to this. For example, visible light is formed on the surface of the mold for forming the microlens 40. It is also possible to form a concavo-convex structure with a period smaller than the wavelength of the prepreg in advance and form the concavo-convex structure on the surface of the microlens 40 simultaneously with the molding. Similarly, an uneven structure may be formed on the surface of the counter substrate 32. In addition to the moth-eye concavo-convex structure formed by applying fine particles or molding, an antireflection film made of a multilayer thin film in which a thin film having a high refractive index and a thin film having a low refractive index are laminated may be used.

上記実施形態では、屈折率の高いガラス板からなるＭＬＡ基板３１及び対向基板３２の間の空隙を比較的屈折率の低い合成樹脂等の接合層４７で満たし、ＭＬＡ基板３１と対向基板３２を一体としているが、接合層４７を設けずに空気層としてもよい。また、マイクロレンズ４０と接合層４７以外に高屈折率層と低屈折率層の界面が存在する場合には、その界面に反射防止体を設けてもよい。また、凹面を形成した固体の低屈折率層の表面に反射防止体を設け、反射防止体が設けられた低屈折率層にマイクロレンズ４０の材料を積層させ、マイクロレンズ４０を形成してもよい。   In the above embodiment, the gap between the MLA substrate 31 made of a glass plate having a high refractive index and the counter substrate 32 is filled with the bonding layer 47 such as a synthetic resin having a relatively low refractive index, and the MLA substrate 31 and the counter substrate 32 are integrated. However, an air layer may be used without providing the bonding layer 47. In addition, when there is an interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in addition to the microlens 40 and the bonding layer 47, an antireflection body may be provided at the interface. Alternatively, a microlens 40 may be formed by providing an antireflection body on the surface of a solid low refractive index layer having a concave surface and laminating the material of the microlens 40 on the low refractive index layer provided with the antireflection body. Good.

本発明は、液晶プロジェクタに設けられる液晶表示装置の他に、直視型の液晶ディスプレイに適用することもできる。また、本発明をマイクロレンズアレイとカラーフィルタを備えたカラー液晶表示装置に適用することもできる。ＴＮモードと異なるＶＡモード液晶層等の他の動作モードの液晶層を備えた液晶表示装置に本発明を適用することもできる。   The present invention can be applied to a direct-view type liquid crystal display in addition to a liquid crystal display device provided in a liquid crystal projector. The present invention can also be applied to a color liquid crystal display device provided with a microlens array and a color filter. The present invention can also be applied to a liquid crystal display device including a liquid crystal layer of another operation mode such as a VA mode liquid crystal layer different from the TN mode.

液晶プロジェクタの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a liquid crystal projector. 液晶表示パネルの断面図である。It is sectional drawing of a liquid crystal display panel. マイクロレンズの拡大図である。It is an enlarged view of a micro lens.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 液晶プロジェクタ
１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ 液晶表示パネル
３１ ＭＬＡ基板
３２ 対向基板
３３ 液晶層
３４ ＴＦＴ基板
４０ マイクロレンズ
４７ 接合層
５０ 微粒子
５１ 微粒子層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Liquid crystal projector 11R, 11G, 11B Liquid crystal display panel 31 MLA substrate 32 Opposite substrate 33 Liquid crystal layer 34 TFT substrate 40 Microlens 47 Bonding layer 50 Fine particle 51 Fine particle layer

Claims (7)

入射光の光路を制御する複数のレンズ部を有するレンズアレイと、前記レンズ部を透過した光が入射し、前記レンズ部に対向する位置に設けられた対向基板とを備えた光学素子であって、
前記複数のレンズ部と前記対向基板との間に微小三次元構造体からなる反射防止層が設けられていることを特徴とする光学素子。 An optical element comprising: a lens array having a plurality of lens units that control the optical path of incident light; and a counter substrate that is provided at a position facing the lens unit where light transmitted through the lens unit is incident. ,
An optical element, wherein an antireflection layer made of a micro three-dimensional structure is provided between the plurality of lens portions and the counter substrate. 前記微小三次元構造体はモスアイ構造体であることを特徴とする請求項１記載の光学素子。   2. The optical element according to claim 1, wherein the minute three-dimensional structure is a moth-eye structure. 前記モスアイ構造体は微粒子凝集体であることを特徴とする請求項２記載の光学素子。   The optical element according to claim 2, wherein the moth-eye structure is a fine particle aggregate. 前記反射防止層と前記対向基板との間に、対向基板と同じ屈折率を有する保護層を介在させたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光学素子。   4. The optical element according to claim 1, wherein a protective layer having the same refractive index as that of the counter substrate is interposed between the antireflection layer and the counter substrate. 請求項１ないし４のいずれかに記載の光学素子を有し、
前記対向基板は、電圧を印加するための透明な複数の画素電極が形成された基板であり、前記レンズ部は前記画素電極に入射光を集光することを特徴とする液晶表示装置。 The optical element according to any one of claims 1 to 4,
The counter substrate is a substrate on which a plurality of transparent pixel electrodes for applying a voltage are formed, and the lens unit condenses incident light on the pixel electrodes. 請求項５に記載の液晶表示装置を備えたことを特徴とする液晶プロジェクタ。   A liquid crystal projector comprising the liquid crystal display device according to claim 5. 溶媒中に微粒子を分散させた塗料を光学素子の表面に塗布し、溶媒を蒸散させる事で微粒子を凝集させ、前記光学素子の表面にモスアイ構造体からなる反射防止層を形成することを特徴とする反射防止層の形成方法。   A coating material in which fine particles are dispersed in a solvent is applied to the surface of the optical element, the fine particles are aggregated by evaporating the solvent, and an antireflection layer comprising a moth-eye structure is formed on the surface of the optical element. A method for forming an antireflection layer.
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