JP5095342B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に係り、特にバックライトの光利用効率を向上した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は小型、薄型に出来ることから様々な領域に用途が拡大している。液晶表示装置は自発光ではないために、バックライトが必要である。すなわち、液晶表示装置は画像を形成する液晶表示パネルとバックライトとから形成されている。

液晶表示パネルは液晶セル６０と液晶セル６０の上下に貼り付けられた偏光板によって形成されている。従来の液晶表示パネルは、画素電極や画素電極への信号を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等が形成されたＴＦＴ基板と、カラー画像を形成するためのカラーフィルタ等が形成された対向基板と、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板の間に挟持された液晶層によって形成されている。

従来の液晶表示装置では、カラーフィルタはサブ画素毎に赤、緑、青のカラーフィルタが形成される。本明細書では、サブ画素は赤画素、緑画素、青画素の３種類があり、この３個のサブ画素によって画素が形成されるものと定義する。そして、赤画素においては、バックライトのうち、赤スペクトルの光のみを透過し、他のスペクトルの光はカラーフィルタによって吸収される。また、緑画素においては、緑スペクトルの光のみを透過し、他のスペクトルの光はカラーフィルタによって吸収される。青画素においても同様である。したがって、従来の液晶表示装置ではバックライトの利用効率が悪かった。

「特許文献１」には、カラーフィルタによってバックライトの利用効率が低下する現象を防止するために、カラーフィルタを用いないでカラー画像を形成する液晶表示装置が開示されている。すなわち、バックライトと液晶表示パネルの間にマイクロレンズアレイおよびダイクロイックマイクロミラーアレイを設置する。そして、バックライトからの光を、先ずマイクロレンズアレイによって画素毎に収束し、ダイクロイックマイクロミラーアレイによって光を赤、緑、青のスペクトルに分解し、このスペクトルに分解された光を各サブ画素に供給することによってカラー画像を形成する。したがって、「特許文献１」に記載の技術は、バックライトの利用効率を従来の３倍に向上することができるという利点を有する。

特開平８−５４６２３号公報

図２３は「特許文献１」に記載の技術の概略である。図２３において、バックライトからの光はマイクロレンズアレイ１０の外凸レンズ１１によって、画素毎に収束される。収束された光は内凹レンズ１２によって平行光に変換される。平行光の幅はほぼサブ画素の幅に等しい。

この平行光は赤光反射ダイクロイックミラー２１によって赤光Ｒが横方向に反射され、緑光Ｇと青光Ｂは透過する。反射した赤光Ｒはさらに赤光反射ダイクロイックミラー２１によって反射して赤画素に入射する。赤光反射ダイクロイックミラー２１を透過した青光Ｂと緑光Ｇは青光反射ダイクロイックミラー２２によってさらに分解され、各々、青画素と緑画素に入射する。したがって、光が光学系によって吸収されることが無い。

図２３は原理図である。図２４は「特許文献１」に開示されているダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法である。先ず、透明樹脂を図２４（ａ）のように、加工してマイクロミラー樹脂２５とする。マイクロミラー樹脂２５の片側に干渉膜２６を蒸着する。干渉膜２６はマイクロミラー樹脂２５の法線方向からθ傾けて蒸着する。θは２２．５度である。このように干渉膜２６を２２．５度傾けて蒸着するのは、図２４における斜面に形成された干渉膜２６と下面に形成された干渉膜２６１との膜厚を合わせるためである。このようにして形成されたマイクロミラー樹脂２５の凹部にさらに樹脂を充填してダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。

図２５はこのようにして形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ２０をマイクロレンズアレイ１０と液晶セル６０の間に設置した状態を示す断面図である。図２６は図２５の構成の動作を示す図である。図２６において、バックライからの光は外凸レンズ１１によって収束され、内凹レンズ１２によって平行光に変換さる。そして、赤光透過ダイクロイックミラー２３によって、赤光Ｒが分離され、さらに青光反射ダイクロイックミラー２２によって青光Ｂが分離される。図２４のようなダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法では、マイクロミラー樹脂２５の下面に干渉膜２６１が形成されるが、この干渉膜２６１は図２５および図２６では赤光透過ダイクロイックミラー２３となっている。赤光透過ダイクロイックミラー２３は赤光Ｒを透過させなければならない。このために、図２４に示すように、干渉膜２６を斜めに蒸着することによって膜厚を制御している。

図２７はダイクロイックミラーに光が角度を持って入射した場合と垂直に入射した場合とてダイクロイックミラーの透過率がどのように変化するかを示す図である。図２７（ａ）は光がダイクロイックミラーに４５度の角度で入射した場合の模式図である。液晶表示装置ではＳ偏光のみが使用される。Ｓ偏光とは電磁波の振動方向が紙面に垂直の場合である。

図２７（ｂ）は同じ膜厚の干渉膜２６に対して、光が４５度で入射した場合と直角に入射した場合の透過率特性である。同じ膜厚であっても、光の入射各によって光が干渉する実質的な膜厚は光の入射角度によって異なる。これによってダイクロイックミラーによって光を分離することができる。たとえば、図２６において、青光反射ダイクロイックミラー２２と赤光透過ダイクロイックミラー２３は同時に蒸着された干渉膜２６であるが、光の入射角度が異なるために、青光反射ダイクロイックミラー２２と赤光透過ダイクロイックミラー２３という異なる作用を持つことが出来る。

以上説明した「特許文献１」に記載の技術は、次のような問題点がある。すなわち、バックライトからの光を外凸レンズ１１と内凹レンズ１２によって平行光線とするが、この平行光線の作り方が問題である。特に内凹レンズ１２は小さいので、精度よく製作することが難しい。マイクロレンズアレイ１０は樹脂をプレスすること等によって形成する。このような場合、凹レンズを形成するためには成形するための金型を雄金型とする必要があるが、マイクロレンズを形成するような場合は、雌金型よりも雄金型の方が難しい。したがって、形成されるマイクロレンズの精度も悪くなる。

「特許文献１」の他の問題は、マイクロレンズアレイ１０、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０、液晶表示パネルの位置あわせ精度を正確に行わなければならない点である。たとえば、従来技術のように、液晶表示パネルの対向基板５０にカラーフィルタが形成されている場合は、ＴＦＴ基板３０と対向基板５０との２つの部品の位置合わせのみを行えばよかった。しかし、「特許文献１」に記載の液晶表示装置では３つの部品の位置合わせを行わなければならず、位置ずれの問題を引き起こしやすい。３つの部品の位置合わせが正確でないと色純度が劣化する。

本発明は以上のような問題点を解決するものであり、その対策として次のような手段をとる。すなわち、第１の課題に対しては、マイクロレンズアレイに対し、バックライト光が入射する面には外凸レンズを形成し、ダイクロイックマイクロミラーアレイが形成される面についても内凸レンズを形成する。本構成のようなマイクロレンズアレイでは凸レンズのほうが精度良く形成できる。

さらに、マイクロレンズアレイの内部で、外凸レンズの焦点面の付近には遮光膜を形成する。そして、この遮光膜に対して外凸レンズの焦点付近には光通過孔を形成する。このような構成とすることによって、ダイクロイックマイクロミラーアレイにより平行度の優れた光を供給することが出来、ダイクロイックマイクロミラーアレイによるスペクトル分割をより正確に行うことが出来る。

第２の課題に題しては、ダイクロイックマイクロミラーアレイを第１のダイクロイックマイクロミラーと第２のダイクロイックマイクロミラーでくの字型に形成し、このようなダイクロイックマイクロミラーアレイを法線方向から見た場合、くの字形の先端とくの字の後端が一致すように構成することを特徴とする。この構成によって、マイクロレンズアレイとダイクロイックマイクロミラーアレイの位置がずれても、バックライトからのすべての光はダイクロイックマイクロミラーアレイを通過することになって、赤光、緑光、青光に分解することが出来る。

本発明のマイクロレンズアレイによれば、バックライトからの光を精度良く平行光に変えてダイクロイックマイクロミラーアレイに放射するので、ダイクロイックマイクロミラーアレイにおける赤光、緑光、青光へ分解を精度よく行うことが出来る。したがって、色純度のよい画像を得ることが出来る。

また、本発明のダイクロイックマイクロミラーアレイを使用することによって、マイクロレンズアレイとダイクロイックマイクロミラーアレイの位置合わせに誤差が生じても、色純度が劣化することを防止することが出来る。また、本発明のダイクロイックマイクロミラーアレイは膜厚をコントロールするための斜め蒸着は不要となるので、ダイクロイックマイクロミラーアレイの生産性を上げることが出来る。

本発明によれば、カラーフィルタを使用せずに、カラー画像を表示することができるので、バックライトの光の利用効率を３倍に上げることが出来る。したがって、光の利用効率の良い液晶表示装置を実現することが出来る。

実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。

実施例１は本発明における第１の課題、すなわち、マイクロレンズアレイ１０からダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に精度の良い平行光を供給するための構成を与えるものである。図１は本実施例の動作を説明する断面図である。図１において、マイクロレンズアレイ１０、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０、液晶セル６０が積層されている。なお、液晶表示装置には偏光板が使用されるが、図１では省略されている。偏光板は図１のマイクロレンズアレイ１０の外側に設置しても良いし、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０と液晶セル６０の間に設置しても良い。

マイクロレンズアレイ１０は外凸レンズ１１と内凸レンズ１３によって構成されている。本実施例では内側に凸レンズが形成されていることが従来例と大きく異なる点である。図１において、バックライトからマイクロレンズアレイ１０に白色光Ｗが外凸レンズ１１入射する。当然白色光Ｗは赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂのスペクトルを含んだものである。白色光Ｗは外凸レンズ１１によって収束される。本実施例の外凸レンズ１１はレンズ強度の強いものであり、外凸レンズ１１によって収束した光は内凸レンズ１３に入射する前に焦点を結ぶ。

本実施例ではマイクロレンズアレイ１０の外凸レンズ１１の焦点面付近に遮光膜１６を形成し、この遮光膜１６に対して、外凸レンズ１１のい焦点付近に光通過孔を形成する。この光通過孔はスリット１５でもよい。本明細書は光通過孔としてスリット１５という用語を用いる。すなわち、本実施例では外凸レンズ１１の焦点付近にスリット１５を形成する。このスリット１５によって、周辺光はカットされる。したがって、内凸レンズ１３へ入射する光は内凸レンズ１３において、平行光成分を形成する光以外はカットされる。これによって、内凸レンズ１３を通過した光は精度の良い平行光となる。

本実施例ではスリット１５を入れることによって内凸レンズ１３において、非常に精度の良い平行光を形成しているが、スリット１５を入れない場合でも従来例よりも精度の良い平行光を得ることが出来る。すなわち、マイクロレンズアレイ１０を金型を用いてプレスによって形成する場合、凸レンズであれば、金型に溝を形成するだけなので、精度の良い型を容易に形成することが出来る。一方、凹レンズを形成する場合は、金型に凸部を形成する必要があるので、単なる溝を形成する場合に比較して困難である。内凸レンズ１３あるいは、内凹レンズ１２はサイズが小さいために、型の作り易さがレンズ精度に大きく影響する。

図１において、内凸レンズ１３を出た光は赤光反射ダイクロイックミラー２１によって、赤光Ｒのみ反射されて横方向に向かい、緑光Ｇと青光Ｂは透過する。赤光Ｒは横方向に存在する、赤光反射ダイクロイックミラー２１によて再び反射されて液晶セル６０に入射する。

一方、赤光反射ダイクロイックミラー２１を透過した緑光Ｇおよび青光Ｂのうち、青光Ｂは青光反射ダイクロイックミラー２２によって反射され、右方向に存在する青光反射ダイクロイックミラー２２によって再び反射されて液晶セル６０に入射する。緑光Ｇは直進し、青光反射ダイクロイックミラー２２を透過して液晶セル６０に入射する。

液晶セル６０は、ＴＦＴ基板３０と対向基板５０および、ＴＦＴ基板３０と対向基板５０の間に挟持された液晶層４０によって構成される。赤光Ｒが入射する部分の液晶セル６０には赤画素を形成する画素電極、ＴＦＴ、対向電極等が形成されている。同様に、緑光Ｇが入射する部分の液晶セル６０には緑画素が形成されており、青光Ｂが入射する部分には液晶セル６０の青画素が形成されている。

図２は本実施例の断面模式図である。図２において、マイクロレンズアレイ１０の外凸レンズ１１の焦点面付近には遮光膜１６が形成され、外凸レンズ１１に焦点付近にはスリット１５が形成されている。この遮光膜１６は、たとえば、次のようにして形成することが出来る。すなわち、マイクロレンズアレイ１０を上層と下層に分けて形成する。上層は外凸レンズ１１が形成されるが、上層の、外凸レンズ１１が形成されるのと反対側の面に印刷によってスリット１５部を残して遮光膜１６を印刷する。その後、マイクロレンズアレイ１０の内凸レンズ１３が形成された下層を上層と接合する。

ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は「特許文献１」と同様な構成となっている。すなわち、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の赤画素に対応する部分には赤光透過ダイクロイックミラー２３が形成されている。この赤光透過ダイクロイックミラー２３はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造工程の要請から、形成されることは「本発明の課題」の項で述べたとおりである。ただし、本マイクロレンズアレイ１０においては、赤光透過ダイクロイックミラー２３の干渉膜２６の厚さがコントロールされるために、赤光Ｒの損失はほとんど無い。

以上のように、本実施例においては、カラーフィルタを用いずにカラー画像を形成することが出来るので、バックライトの光利用効率をカラーフィルタを用いる場合に比して３倍以上に向上させることが出来る。さらに、マイクロレンズアレイ１０の内側に凸レンズを用いることによって精度の良い平行光を形成することが出来る。また、外凸レンズ１１の焦点付近にスリット１５を形成することによってさらに精度の良い平行光を形成することが出来る。

本実施例は、本発明の第２の課題を解決するものである。図３は本発明の第２の実施例を示す断面模式図である。図３において、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０と液晶セル６０が積層されている。マイクロレンズアレイ１０の外側には凸レンズが形成されている。また、マイクロレンズアレイ１０の内側には凹レンズが形成されている。マイクロレンズアレイ１０の下側には、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が形成されているが、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の構成は実施例１の場合に比して単純である。

本実施例のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は上層には赤光反射ダイクロイックミラー２１が４５度の角度で平行に形成されている。ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の下層にはダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が上層とは逆方向に４５度で平行に形成されている。上層のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は赤光Ｒを反射して緑光Ｇと青光Ｂを透過する。また、下層のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は緑光Ｇおよび赤光Ｒを透過して、青光Ｂを反射する。

本実施例のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は、実施例１と異なり、赤光透過ダイクロイックミラー２３が存在しないために、赤光透過ダイクロイックミラー２３のために、干渉膜２６を制御する必要が無く、したがって、斜め蒸着をする必要が無い。これは量産性を非常に向上させる。

ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の下には液晶セル６０が設置されている。液晶セル６０の赤光Ｒが入射する部分には赤画素が形成され、緑光が入射する部分には緑画素が形成され、青光が入射する部分には青画素が形成されていることは実施例１と同様である。

図４は本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法である。図４（ａ）において、まず、鋸歯状に溝の形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ金型２８にＵＶ硬化樹脂を導入し、これをミラー基板２７に転写する。ミラー基板２７は後で剥離するので材料は何でもよいが、ＵＶ硬化樹脂をＵＶ（紫外線）で照射するのでガラス等、透明な材料がよい。

図４（ｂ）において、ＵＶで硬化したマイクロミラー樹脂２５に対して若干斜め方向から干渉膜２６を蒸着する。この場合、干渉膜２６を斜めから蒸着する理由はマイクロミラー樹脂２５の垂直部分に蒸着膜を被着させないためであり、実施例１の場合のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の場合と異なり、膜厚の制御のための斜め蒸着ではないので、角度の設定は実施例１の場合に比してラフでよい。

干渉膜２６を蒸着後、図５（ａ）に示すように、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の凹部にマイクロミラー樹脂２５を流しこみ、平行平板フィルムとする。その後、図５（ｂ）に示すように、形成された平行平板フィルムの上に、ダイクロイックマイクロミラーアレイ金型２８によってＵＶ硬化樹脂を鋸歯状に転写する。

さらに、図６（ａ）に示すように、鋸歯上のマイクロミラー樹脂２５の傾斜部のみに被着するように、干渉膜２６を斜め方向から蒸着する。この場合も、斜め蒸着は鋸歯状のマイクロミラー樹脂２５の垂直部に被着しないようにすればよいので、斜め蒸着の角度は実施例１の場合の斜め蒸着の角度に比してラフでよい。その後、図６（ｂ）に示すように、蒸着膜が形成された面にマイクロミラー樹脂２５を流し込み、平行平板のダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。このようにして形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は構成が単純であり、その分高精度に形成することが出来る。

本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０はその配置の仕方によっては、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０との位置ずれがあった場合でも色純度の劣化を防止できるという特徴を有する。図７は本実施例の動作を示す断面図である。図７において、マイクロレンズアレイ１０を通過した平行光は赤光反射ダイクロイックミラー２１と青光反射ダイクロイックミラー２２によって３色の光に分離され、液晶セル６０に入射する。図７はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置合わせが完全な場合である。

図８はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置がずれた場合の例である。図８においては、くの字形に形成されたダイクロイックミラーとダイクロイックミラーとの間に隙間ｄが存在している。この部分に入射する光はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の作用を受けないため、白色光Ｗのまま、たとえば、液晶セル６０に形成された緑画素に入射する。そうすると色純度を劣化させる。

このような、場合であっても、液晶セル６０の対向基板５０にカラーフィルタを形成しておけば、色純度の劣化は防止することが出来る。この場合、カラーフィルタはわずかな白色光Ｗの緑成分以外を吸収するだけなので、カラーフィルタによる光利用効率の低下はわずかなもので済む。

一方、本実施例におけるマイクロレンズアレイ１０の位置を適切な配置とすることによって、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置合わせにずれが生じた場合も、色純度の劣化を防止することが出来る。図９はその構成を示す。

図９は、くの字形に形成された干渉膜２６と干渉膜２６の間の隙間が無い場合である。この様子を図９の点線で示す。すなわち、図８に示すｄがゼロの場合である。以後この構成を稠密構造という。言い換えれば、図９の状態は、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を平面でみた場合、すなわち、液晶表示装置の法線方向から見た場合、赤光反射ダイクロイックミラー２１の上端が、隣の赤光反射ダイクロイックミラー２１の下端と一致しているということである。

この場合の動作を図１０〜図１３に示す。図１０はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の位置ずれが無い場合である。図１０において、赤光反射ダイクロイックミラー２１と青光反射ダイクロイックミラー２２によって、マイクロレンズアレイ１０を出射した白色光Ｗは、赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂに分離されて液晶セル６０に入射する。

図１１はマイクロレンズアレイ１０を出射した平行光のエッジと赤光反射ダイクロイックミラー２１のエッジがｇ１だけずれた場合である。この場合、ｇ１だけずれた分の平行光は、隣の赤光反射ダイクロイックミラー２１によって反射され、ずれていない部分の赤光Ｒの主要部分と同様に、液晶セル６０の赤画素に入射する。したがって、色純度の劣化は無い。

図１２はマイクロレンズアレイ１０を出射した平行光のエッジと赤光反射ダイクロイックミラー２１のエッジがさらにずれて、平行光の幅の半分程度のｇ１だけずれた場合である。この場合も、図１２に示すように、ずれた半分の光は隣の赤光反射ダイクロイックミラー２１によって反射され、結局、液晶セル６０の赤画素に入射する。

したがって、本実施例によれば、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０がずれた場合であっても色純度は劣化しない。本実施例では、マイクロレンズアレイ１０と液晶セル６０の位置合わせを正確に行えばよいことになる。これは量産性に対して大きな利点である。

以上の例では、くの字形の干渉膜２６の距離、すなわち、図８におけるｄがゼロであるとして説明した。しかし、完全な稠密構造を達成することは難しい。つまり、図８のｄを完全にゼロにすることは困難である。図８のｄをどの程度まで、許容できるかを評価すると次のとおりである。すなわち、干渉膜２６は２０層から４０層の蒸着膜で形成されている。この干渉膜２６の膜厚は層数によっても異なるが、３μｍ程度である。したがって、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０のずれが３μｍ程度であれば、色純度の劣化は無い。さらに、５ミクロン程度のずれが生じた場合でも色純度の劣化は、人間の目にはほとんど認識できない。

図１３は、図１２のように、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の合わせが大きくずれた上、さらに、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の上層に形成される赤光反射ダイクロイックミラー２１と下層に形成される青光反射ダイクロイックミラー２２の位置がずれた場合の動作を示す。この場合も、図１３に示すように、隣に存在する赤光反射ダイクロイックミラー２１あるいは青光反射ダイクロイックミラー２２と補完しあうことによって、色純度の劣化を防止することが出来る。

このように、本実施例によるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を用いることによって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０とマイクロレンズアレイ１０の位置合わせの裕度が向上するばかりでなく、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０自体の製造裕度を向上させることが出来る。

図１４〜図１６は本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法の他の形態である。図１４（ａ）において、ＵＶ硬化樹脂をダイクロイックマイクロミラーアレイ金型２８によってミラー基板２７上に転写することは図４（ａ）と同様である。図１４（ｂ）は、このように鋸歯状に形成されたマイクロミラー樹脂２５の傾斜部に干渉膜２６をイオンスパッタリングによって形成する例である。

イオンスパッタリングはイオン化した薄膜材料を電界で加速して直進性をよくしたスパッタリング方法である。イオンスパッタリングを用いれば、斜め蒸着を用いずに、ミラー基板２７に対して垂直方向からスパッタリングをすることができるので、量産性の観点からは非常に有利である。

このようにして、図１５（ａ）に示すように、鋸歯状のマイクロミラー樹脂２５の傾斜部に干渉膜２６が形成されたダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の１部が形成される。その後、鋸歯状部の凹部にマイクロミラー樹脂２５を流し込み、ＵＶによって硬化させ、平行平板状のフィルムが形成される。

このフィルムの上に、さらに、図１５（ｂ）に示すように上層用の鋸歯状のマイクロミラー樹脂２５を形成し、図１６（ａ）に示すように、イオンスパッタリングによってマイクロミラー樹脂２５の傾斜部に干渉膜２６を形成する。その後、図１６（ｂ）に示すように、凹部に樹脂を流し込んでＵＶ硬化することによって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。本実施形態でのダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は斜め蒸着を必要としないために、量産性に優れている。

図１７は本発明の第３の実施例を示す概略断面図である。図１７において、液晶セル６０の上に、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０、マイクロレンズアレイ１０が順に積層されている。マイクロレンズアレイ１０では外凸レンズ１１と内凹レンズ１２によって平行光が形成されることは実施例２と同様である。

実施例２と本実施例が異なる点は、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の形状である。図１７において、上層に形成された赤光反射ダイクロイックミラー２１と下層に形成された青光反射ダイクロイックミラー２２とは樹脂層によってｈ２だけ隔てられている。赤光反射ダイクロイックミラー２１と青光反射ダイクロイックミラー２２の間に樹脂層が存在していても、光の進路が変わるわけではない。

本実施例の特徴はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０をプレスによって形成できる点である。図１８は本実施例におけるダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の製造方法である。図１８（ａ）において、マイクロミラー樹脂２５はプレスによって形成される。すなわち、もともとは平行平板であったマイクロミラー樹脂２５を上下からプレスすることによって、上下に鋸歯状の凹部を形成する。その後、イオンスパッタリング等によって傾斜部に干渉膜２６を被着させる。

さらに、干渉膜２６を覆ってマイクロミラー樹脂２５の上下の凹部に樹脂を流しこみ、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が完成する。図１８（ａ）に示すように、本実施例ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は、鋸歯状部と中央部に分かれている。鋸歯部の高さｈ１あるいはｈ３は８０μｍ、中央部の高さｈ２は４０μｍである。したがって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０全部の厚さは２００ミクロン程度であり、中央部が形成されても液晶表示装置全体の厚さに対してはほとんど影響は無い。

以上のように、本実施例によれば、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の上下の面をプレスによって１度に形成するので、高い量産性を持って、かつ、精度良く形成することが出来る。

実施例２と実施例３はマイクロレンズアレイ１０として、外凸レンズ１１と内凹レンズ１２の組み合わせによって平行光をダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に入射している。実施例２および実施例３で使用したダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を、実施例１で説明した、外凸レンズ１１と内凹レンズ１２によって形成されたマイクロレンズアレイ１０と組み合わせることが出来ることは勿論である。

図１９は本実施例の一形態である。図１９において、液晶セル６０の上にダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が設置され、さらにその上にマイクロレンズアレイ１０が設置されている。マイクロレンズアレイ１０は外凸レンズ１１と内凸レンズ１３によって構成されている。実施例１で説明したように、マイクロレンズアレイ１０内の外凸レンズ１１の焦点位置付近にスリット１５を設置することによってマイクロレンズアレイ１０から出射する平行光の精度をさらに向上させることが出来る。

マイクロレンズアレイ１０を出射した平行光はダイクロイックマイクロミラーアレイ２０によって赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂに分解され、それぞれ、液晶セル６０の赤画素、緑画素、青画素に入射する。図１９においては、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０は稠密構造になっていない。すなわち、図１９に示すように、２個のくの字形の干渉膜２６の間ｄはゼロではない。

図２０は図１９の断面模式図に示す液晶表示装置の動作を示す図である。図１９はバックライトからの光がマイクロレンズアレイ１０を通過して平行光となり、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０によって赤光Ｒ、緑光Ｇ、青光Ｂに分解されて液晶セル６０に入射する様子を示している。

図２０はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０の合わせ精度が完全な場合である。したがって、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が稠密構造になっていなくとも色純度は劣化していない。一方、本実施例で使用しているマイクロレンズアレイ１０は実施例１で説明したように、平行光の精度を上げることが出来る。したがって、マイクロレンズアレイ１０から、より細い平行光を出射することが出来る。

より細い平行光を使用できれば、その分、合わせ精度に対する裕度を大きくすることが出来る。そして、外凸レンズ１１の焦点付近にスリット１５を形成すれば、さらに精度のよい平行光を形成することが出来、その分、さらい合わせ精度に対する裕度を上げることが出来る。

図２１はマイクロレンズアレイ１０に実施例１と同様な構成、すなわち、外凸レンズ１１と内凸レンズ１３を用いた場合で、かつダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を稠密構造とした場合である。図２１はマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０にずれが無い場合であるが、実施例２で説明したように、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０が稠密構造をとれば、マイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に合わせずれが生じても、色純度の劣化を防止できる。

図２２はマイクロレンズアレイ１０に実施例１のレンズ構成、すなわち、外凸レンズ１１と内凸レンズ１３を使用した場合で、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に実施例３の構成を使用した場合である。この場合は、ダイクロイックマイクロミラーアレイ２０を精度よく、かつ、高い量産性を持って生産することが出来る。この場合もダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に稠密構造を用いることによってマイクロレンズアレイ１０とダイクロイックマイクロミラーアレイ２０に位置ずれが生じても液晶表示装置の色純度の劣化を防止することが出来る。

実施例１の動作説明図である。 実施例１の概略断面図である。 実施例２の概略断面図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの製造工程図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの製造工程図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの製造工程図である。 実施例２の動作説明図である。 実施例２で合わせずれが生じた場合の説明図である。 実施例２の他の形態の概略断面図である。 実施例２の他の形態の動作図である。 実施例２の他の形態で合わせずれがある場合の図である。 実施例２の他の形態でより大きな合わせずれがある場合の図である。 実施例２のさらに他の形態で合わせずれがある場合の図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの他の製造工程図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの他の製造工程図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの他の製造工程図である。 実施例３の概略断面図である。 実施例ダイクロイックマイクロミラーアレイの製造工程である。 実施例３の概略断面図である。 実施例３の動作説明図である。 実施例３の他の形態の概略断面図である。 実施例３のさらに他の形態の概略断面図である。 従来技術の原理説明図である。 従来技術のダイクロイックマイクロミラーアレイの製造工程図である。 従来技術の概略断面図である。 従来技術の動作説明図である。 ダイクロイックマイクロミラーアレイの動作説明図である。

符号の説明

１０…マイクロレンズアレイ、 １１…外凸レンズ、 １２…内凹レンズ、 １３…内凸レンズ、 １５…スリット、 １６…遮光膜、 ２０…ダイクロイックマイクロミラーアレイ、 ２１…赤光反射ダイクロイックミラー、 ２２…青光反射ダイクロイックミラー、 ２３…赤光透過ダイクロイックミラー、 ２５…マイクロミラー樹脂、 ２６…干渉膜、 ２７…ミラー基板、 ２８…ダイクロイックマイクロミラーアレイ金型、 ６０…液晶セル、 Ｒ…赤光、 Ｇ…緑光、 Ｂ…青光、 Ｗ…白色光。

Claims (7)

1. 赤画素、緑画素、青画素がマトリクス状に形成された液晶セルと、ダイクロイックマイクロミラーアレイと、マイクロレンズアレイが積層され、背面にバックライトを有する液晶表示装置であって、
   前記マイクロレンズアレイはバックライトからの光が入射する外凸レンズと前記ダイクロイックマイクロミラーアレイ側に形成された内凸レンズから形成され、
   前記ダイクロイックミラーは第１のダイクロイックマイクロミラーを有する第１の層と、第２のダイクロイックマイクロミラーを有する第２の層から構成され、
   前記バックライトからの光は前記ダイクロイックマイクロミラーアレイによって、赤光、緑光、青光に分解され、前記赤光、前記緑光、前記青光は前記液晶セルの赤画素、緑画素、青画素に各々入射することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記マイクロレンズアレイは内部に遮光層を有し、前記外凸レンズの焦点付近に前記遮光膜の通過孔を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１のダイクロイックマイクロミラーは第１の光を反射し、第２の光および第３の光を透過し、前記第２のダイクロイックマイクロミラーは前記第２の光を透過し、前記第３の光を反射することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記第１の光は赤光であり、前記第２の光は緑光であり、前記第３の光は青光であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１のダイクロイックマイクロミラーは第１の光を反射し、第２の光および第３の光を透過し、前記第２のダイクロイックマイクロミラーは前記第２の光を透過し、前記第３の光を反射し、かつ、前記第１の光を透過することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１の光は赤光であり、前記第２の光は緑光であり、前記第３の光は青光であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. ダイクロイックマイクロミラーアレイと、マイクロレンズアレイが積層された光学装置であって、
   前記マイクロレンズアレイは外光が入射する外凸レンズと前記ダイクロイックマイクロミラーアレイ側に形成された内凸レンズから形成され、
   前記マイクロレンズアレイは内部に遮光層を有し、前記外凸レンズの焦点付近に前記遮光膜の通過孔を有し、
   前記ダイクロイックミラーは第１のダイクロイックマイクロミラーを有する第１の層と、第２のダイクロイックマイクロミラーを有する第２の層から構成され、
   前記外光は前記ダイクロイックマイクロミラーアレイによって、赤光、緑光、青光に分解されることを特徴とする光学装置。

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