(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた機械特性や光学特性を有する基板の使用を可能にするとともに、クラックや反りの発生を抑制することで使用するレンズ材料の選択自由度を高めた、マイクロレンズアレイの製造方法を提供する。【解決手段】マイクロレンズアレイ基板１２のレンズ状凹部１２ａに、無機レンズ材料を湿式法で充填する工程と、無機レンズ材料を焼成して少なくともレンズ状凹部１２ａ内を埋めるレンズ層１３を形成する工程と、レンズ層１３を平坦化する工程と、平坦化後のレンズ層１３上に気相成膜法によって光路長調整膜１４を形成する工程と、を含むマイクロレンズアレイ１０の製造方法。【選択図】図１
2014089228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ状凹部を形成したマイクロレンズアレイ基板の前記レンズ状凹部に、無機レンズ材料を湿式法で充填する工程と、 前記無機レンズ材料を焼成して少なくとも前記レンズ状凹部内を埋めるレンズ層を形成する工程と、 前記レンズ層を平坦化する工程と、 平坦化後のレンズ層上に気相成膜法によって光路長調整膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
前記無機レンズ材料を湿式法で充填する工程では、前記マイクロレンズアレイ基板より屈折率の高い第１の無機レンズ材料を前記レンズ状凹部に湿式法で充填し、続いて前記第１の無機レンズ材料を焼成して第１レンズ層を形成し、その後前記第１の無機レンズ材料より屈折率の高い第２の無機レンズ材料を前記レンズ状凹部内の前記第１レンズ層上に湿式法で充填することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記第２の無機レンズ材料が焼成されて形成される第２レンズ層の熱膨張係数は、前記第１レンズ層の熱膨張係数より小さいことを特徴とする請求項２記載
のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記光路長調整膜の熱膨張係数は、前記レンズ層の熱膨張係数より小さい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アレイの製造方法。
【請求項５】
前記平坦化する工程では、少なくともマイクロレンズアレイ基板の一部を露出させるまで前記レンズ層を平坦化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法およびマイクロレンズアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン上に画像を投影する表示装置として、投射型表示装置が知られている。  このような投射型表示装置では、その画像形成に主として液晶パネル（液晶光シャッター）が用いられている。この液晶パネルは、例えば、各画素を制御する薄膜トランジスター（ＴＦＴ）と画素電極とを有する液晶駆動基板（ＴＦＴ基板）と、ブラックマトリックスや共通電極等を有する液晶パネル用対向基板とが、液晶層を介して接合された構成となっている。このような構成の液晶パネル（ＴＦＴ液晶パネル）では、液晶パネル用対向基板の画素となる部分以外のところにブラックマトリックスが形成されているため、液晶パネルを透過する光の領域は制限される。このため、光の透過率が下がる。  
【０００３】
かかる光の透過率を高めるべく、液晶パネル用対向基板には、各画素に対応する位置に多数の微小なマイクロレンズが設けられたものが知られている。これにより、液晶パネル用対向基板を透過する光は、ブラックマトリックスに形成された開口に集光され、光の透過率が高まる。このようなマイクロレンズを形成する方法として、例えば、複数のマイクロレンズ形成用凹部を有する凹部付き基板に、未硬化の光硬化性樹脂を供給し、平滑な透明基板（カバーガラス）を接合し、押圧・密着させ、その後、樹脂を硬化させる方法、いわゆる２Ｐ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。  しかし、特許文献１にかかる方法では、マイクロレンズアレイ基板の形成に樹脂材料を用いるため、十分な耐久性を有するマイクロレンズアレイ基板を得るのが困難であった。  
【０００４】
これに対し、マイクロレンズの光学特性と耐久性に優れるガラス材料を、マイクロレンズ材料として使用するマイクロレンズアレイの製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この製造方法では、レンズ基材をそのガラス転移点（Ｔｇ）より高い温度で加熱し、圧力によってマイクロレンズが形成される基板凹部に圧接することで、該凹部内にレンズ基材（ララス材料）を充填するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９２３６５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１３２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、液晶パネルなどの特性向上に伴い、マイクロレンズアレイ基板についてもその機械特性や光学特性の向上が求められている。このような特性を従来の一般的なガラス基板に比べて高めたものとして、近年、耐熱性が高く、透過率も高いといった優れた特性を有する石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などが提供されている。  
【０００７】
しかしながら、このような石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などは熱膨張係数（線膨張係数：α）が低く（例えば石英ガラスでは［α＝５．５×１０−７／℃］）、したがってこれら基板を用いてその凹部内にレンズ基材（ガラス材料）を充填し、マイクロレンズを形成しようとした場合、使用できるレンズ基材が著しく制限されてしまう。すなわち、基板とレンズ基材との間で熱膨張係数差が大きいと、製造工程や使用形態で熱負荷がかかった際に前記熱膨張係数差に起因してマイクロレンズアレイにクラックが発生したり、大きな反りが生じることがある。  
【０００８】
ところが、レンズ基材としては高屈折率、高透過性が要求されるものの、これらの性能を満足し、かつ熱膨張係数が低い（石英ガラス基板やネオセラムガラス基板の熱膨張係数に近い）レンズ材料は現在のところ提供されていない。  したがって、前記したようにクラックが発生したり大きな反りが生じるおそれがあるため、マイクロレンズアレイ基板としては、石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などの熱膨張係数が低い基板を用いることが難しいのが現状である。  
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、優れた機械特性や光学特性を有する基板の使用を可能にするとともに、クラックや反りの発生を抑制することで使用するレンズ材料の選択自由度を高めた、マイクロレンズアレイの製造方法と、この製造方法によって得られるマイクロレンズアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、レンズ状凹部を形成したマイクロレンズアレイ基板の前記レンズ状凹部に、無機レンズ材料を湿式法で充填する工程と、 前記無機レンズ材料を焼成して少なくとも前記レンズ状凹部内を埋めるレンズ層を形成する工程と、 前記レンズ層を平坦化する工程と、 平坦化後のレンズ層上に気相成膜法によって光路長調整膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。  
【００１１】
このマイクロレンズアレイの製造方法によれば、レンズ状凹部内にレンズ層を形成する工程と、レンズ層上に光路長調整膜を形成する工程とを別にしているので、レンズ層を形成する無機レンズ材料と光路長調整膜の形成材料とを別にすることができる。  ここで、基板の凹部内にレンズ材料を埋め込んでマイクロレンズを形成した場合、基板とマイクロレンズとの熱膨張係数差による影響は、特に基板やマイクロレンズの厚さ方向にきいてくる。すなわち、厚さが厚いほど影響が大きくなり、前述したクラックや反りの発生が起こり易くなる。  
【００１２】
本発明では、レンズ層と光路長調整膜とを別に形成しているので、特にレンズ層については、レンズ層と光路長調整膜とを一体に形成する場合に比べ、その厚さを充分に薄くすることができる。すなわち、レンズ層の厚さを薄くできるため、このレンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差が大きくなっても、レンズ層の厚さを薄くした分、熱膨張係数差による影響を少なくすることができる。一方、光路長調整膜については、レンズとしての機能はほとんど必要なく、単に焦点が最適位置になるようにその厚さが設計通りになっていればよいため、屈折率については例えばマイクロレンズアレイ基板と同程度にしてもよい。したがって、その材質についての選択自由度が高まる。  そこで、本発明によれば、特にレンズ層を薄く形成し、これによってレンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響を少なくしてクラックや反りの発生を抑制することができるため、熱膨張係数が小さい石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などを用いた場合にも、これら基板に比べて比較的熱膨張係数が大きいレンズ材料を使用してレンズ層を形成することができる。すなわち、高屈折率、高透過性のレンズ材料を適宜選択して用いることができ、したがって使用するレンズ材料の選択自由度を高めることができる。  
【００１３】
また、無機レンズ材料の充填を埋め込み性が良い湿式法で行うので、その後の焼成工程を含めて、比較的短時間でレンズ層を形成することができ、したがって生産性を高めることができる。  さらに、光路長調整膜を、下地の形状を反映し易い気相成膜法によって形成するので、得られる光路長調整膜は、下地である平坦化処理後のレンズ層（マイクロレンズアレイ基板を含む）の平坦面を反映して平坦な膜となる。したがって、この光路長調整膜に対しては、平坦化処理工程を省略することができる。  
【００１４】
また、前記マイクロレンズアレイの製造方法において、前記無機レンズ材料を湿式法で充填する工程では、前記マイクロレンズアレイ基板より屈折率の高い第１の無機レンズ材料を前記レンズ状凹部に湿式法で充填し、続いて前記第１の無機レンズ材料を焼成して第１レンズ層を形成し、その後前記第１の無機レンズ材料より屈折率の高い第２の無機レンズ材料を前記レンズ状凹部内の前記第１レンズ層上に湿式法で充填することが好ましい。  このようにすれば、第１レンズ層の厚さ、さらに第２の無機レンズ材料から得られる第２レンズ層の厚さを、それぞれレンズ層全体の厚さに対して薄く形成することができるため、第１レンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響、および第２レンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響をそれぞれ少なくすることができ、したがってクラックや反りの発生を抑制することができる。  また、屈折率の異なる無機レンズ材料を組み合わせることで、得られるレンズ層のレンズ特性を高めることができる。  
【００１５】
また、前記マイクロレンズアレイの製造方法において、前記第２の無機レンズ材料が焼成されて形成される第２レンズ層の熱膨張係数は、前記第１レンズ層の熱膨張係数より小さいことが好ましい。  このようにすれば、熱膨張係数が相対的に小さいマイクロレンズアレイ基板と第２レンズ層とによって熱膨張係数が相対的に大きい第１レンズ層が挟持されるため、熱負荷がかかった際にも第１レンズ層は両側から押さえ込まれることにより、クラックや反りの発生が抑制される。  
【００１６】
また、前記マイクロレンズアレイの製造方法において、前記光路長調整膜の熱膨張係数は、前記レンズ層の熱膨張係数より小さいことが好ましい。  このようにすれば、熱膨張係数が相対的に小さいマイクロレンズアレイ基板と光路長調整膜とによって熱膨張係数が相対的に大きいレンズ層が挟持されるため、熱負荷がかかった際にもレンズ層は両側から押さえ込まれることにより、クラックや反りの発生が抑制される。  
【００１７】
前記平坦化する工程では、少なくともマイクロレンズアレイ基板の一部を露出させるまで前記レンズ層を平坦化することが好ましい。  このようにすれば、レンズ層の厚さを薄くしてレンズ層とマイクロレンズアレイ基板との間の熱膨張係数差による影響をより少なくすることができる。また、レンズ状凹部内に形成されるマイクロレンズを互いに連続させることなく個々に独立させることができ、したがって応力の伝達を防止してクラックの発生を抑制することができる。  
【００１８】
本発明のマイクロレンズアレイは、前記製造方法によって製造されたことを特徴とする。  このマイクロレンズアレイによれば、高い光学特性を有し、さらに耐久性にも優れたものとなる。したがって、特に長時間の高温環境におかれる投射型表示装置の液晶ライトバルブに使用される液晶パネルに好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）、（ｂ）は第１実施形態のマイクロレンズアレイを示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は凹部を有する基板の製造工程を示す側断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）はレンズ基材充填工程を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はマイクロレンズアレイの製造工程説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は第２実施形態のマイクロレンズアレイを示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はマイクロレンズアレイの製造工程説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はマイクロレンズアレイの製造工程説明図である。
【図８】本発明を利用した投射型表示装置の光学系の模式図である。
【図９】本発明を利用した液晶パネルの概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。  
【００２１】
（第１実施形態）  図１（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかるマイクロレンズアレイの第１実施形態の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。図１（ａ）、（ｂ）において符号１０はマイクロレンズアレイであり、このマイクロレンズアレイ１０は、複数のマイクロレンズ１１に対応する複数の凹部（レンズ状凹部）１２ａを形成した基板（マイクロレンズアレイ基板）１２に、図１（ｂ）に示すようにレンズ材料を固着して前記マイクロレンズ１１を形成し、これら複数のマイクロレンズ１１からなるマイクロレンズ層１３を形成するとともに、さらにマイクロレンズ層１３および基板１２上に、光路長調整膜１４を形成したものである。  
【００２２】
基板１２としては、本実施形態では耐熱性が高く、透過率も高い石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などが用いられている。  マイクロレンズ１１は、基板１２より充分に屈折率が高く、かつ、高透過率（高透光性）のガラス材料によって形成されている。  光路長調整膜１４は、例えばＳｉＯ２などの高透過率（高透光性）の材料によって形成されたもので、屈折率については例えば基板１２と同程度となっている。  
【００２３】
このような構成によってマイクロレンズアレイ１０は、基板１２側の外部Ｑから入射される光を、マイクロレンズ１１によって光路長調整膜１４側に出射する際に屈折させ、さらに光路長調整膜１４で焦点が最適位置になるように調整することにより、Ｐ方向において設計通りの位置で集光させるように機能する。  
【００２４】
次に、本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法の第１実施形態を説明する。〔無機レンズ材料調製工程〕  まず、マイクロレンズ１１を湿式法で形成するべく、マイクロレンズ１１を形成するための無機レンズ材料の分散液を調製する。材料としては、例えば微粒子状のガラスフリット（無機レンズ材料）と、ガラスフリットを繋ぐための主に樹脂成分からなるバインダーと、分散媒とが用いられる。なお、これら主材料以外にも、必要に応じて例えば可塑剤などを添加してもよい。そして、これらを混合してペースト状に調整することにより、無機レンズ材料の分散液が得られる。なお、この無機レンズ材料の分散液中には、無機レンズ材料であるガラスフリット以外に有機材料であるバインダーや分散媒が含まれるものの、後述するようにバインダーや分散媒は焼成工程によって蒸散し消失するため、前記分散液は最終的にガラスフリットからなる無機成分（無機レンズ材料）のみとなる。  
【００２５】
ガラスフリットとしては、特に限定されることはないものの、これから得られるマイクロレンズ１１の屈折率が、基板１２の屈折率に比べて少なくとも０．１以上高いもの、すなわち屈折率差が０．１以上となる材料が用いられる。また、熱膨張係数に関しては、大きく制限されることなく、種々のものが使用可能である。すなわち、基板１２として石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などの熱膨張係数が比較的小さいものを用いているものの、本実施形態では従来と異なり、基板１２と形成するマイクロレンズ１１との間の熱膨張係数差を過度に小さくする必要がなく、ある程度の熱膨張係数差を許容できるため、例えば熱膨張係数αが３０×１０−７／℃程度やこれ以上のものでも使用可能となる。  
【００２６】
このようなガラスフリットとしては、例えばソーダガラス、結晶性ガラス、クラウンガラス、カリウムガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスと酸化ビスマスを主成分としたビスマス系ガラス、ホウケイ酸ガラスと酸化ゲルマニウムを主成分とした酸化ゲルマニウム系ガラス等の、各ガラスフリットを用いることもできる。本実施形態では、例えば熱膨張係数αが３０×１０−７／℃程度のホウケイ酸ガラスフリットが好適に用いられる。このホウケイ酸ガラスフリットは、酸化ケイ素と酸化ホウ素との混合物を焼成してガラス化した後、粉末化されたものであり、市販されているものを用いることができる。  
【００２７】
ガラスフリットの粒径については、流動性を確保するため、１０μｍ以下であることが好ましい。一方、粒径をより微細化することは、製品製造上は好ましいものの、ガラス微粒子の製造上からは、装置コストや長い製造工程を経なければならないなど、コストが大幅に上昇し、また粒径の均一化もより困難となる。したがって、微粒子製造の制限から、１０ｎｍ以上の粒径であることが好ましい。  
【００２８】
バインダーとしては、樹脂成分であれば特に限定はされないものの、ガラスフリットを繋ぎ止める性能に加え、後述の焼成工程において確実に蒸散される性質を有する必要がある。このようなバインダーとしては、例えば、セルロース系樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等が好適に用いられ、本実施形態ではセルロース系樹脂が用いられる。  
【００２９】
分散媒としては、低沸点タイプのエタノール、アセトン、中沸点タイプのブタノール、トルエン、高沸点タイプのイソホロン、ターピネオールなどが使用可能である。ただし、後述するように無機レンズ材料をペースト状に調製する必要上、この分散媒についてもペースト材料として好適なものを用いるのが好ましく、したがって高沸点タイプの溶剤などを単体、もしくは複数種を混合して用いるのが好ましい。本実施形態では、ペースト材料として好適なターピネオールを、分散媒として用いる。このターピネオールを用いることで、後述する無機レンズ材料の分散液の充填をスクリーン印刷（スキージ印刷）で容易に行うことができるようになる。  
【００３０】
このような材料を用いて分散液を調製するには、まず、分散媒にバインダー樹脂を加えたものをボールミル装置に入れ、充分な時間（例えば一昼夜）をかけて混合する。これにより、バインダー樹脂を分散媒に溶解させる。続いて、この溶液中にガラスフリットを投入し、引き続き三本ロールミル装置で混合することにより、ガラスフリットを分散させてなる分散液、すなわち無機レンズ材料の分散液を調製する。このようにして調製された分散液は、バインダー樹脂を溶解し、さらにガラスフリットを分散させていることで粘度が高くなり、ペースト状となっている。なお、ガラスフリットを分散させる処理については、数分から数十分程度行うことにより、ガラスフリットを充分均一に分散させることができる。  
【００３１】
分散媒、バインダー樹脂、ガラスフリットの各配合量については、バインダー樹脂を分散媒で良好に溶解させることができ、かつ、ガラスフリットを分散させた状態で所望の粘度、すなわち後述するスクリーン印刷に適した粘度となるように設定しておく。  
【００３２】
〔基板製造工程〕  前述の無機レンズ材料調製工程とは別に、凹部１２ａを有する基板１２を形成する。図２（ａ）〜（ｅ）に、凹部１２ａを有する基板の製造方法の一例を示す。  
【００３３】
＜マスク形成用膜形成工程＞  図２（ａ）に示すように、まず、均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化した石英ガラス基板あるいはネオセラムガラス基板からなるガラス基板２０を用意し、このガラス基板２０の表面にマスク形成用膜２１を形成する。このマスク形成用膜２１は、後の工程において開口部（初期孔）が形成されることにより、マスクとして機能するものである。後述するが、マスク形成用膜２１はレーザー照射により初期孔２２が形成され、続いてエッチングにより初期孔２２よりガラス基板２０へ凹部を形成する。したがって、マスク形成用膜２１は、エッチングに対する耐性を有するものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜２１のエッチングレートはガラス基板２０に比べて充分に小さくなっていることが好ましい。  
【００３４】
このことから、マスク形成用膜２１の材料としては、例えばＣｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属、もしくはこれらから選択される２種以上を含む合金、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の酸化物（金属酸化物）、シリコン、樹脂等が用いられる。また、ＣｕとＡｕ、あるいは酸化ＣｒとＣｒのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。マスク形成用膜２１の形成方法としては、特に限定されることなく、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などから膜材料に最適な方法が適宜選択され、用いられる。また、膜厚については、初期孔の形成条件ならびにエッチング条件によって適宜に設定されるものの、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度に形成するのが好ましい。  
【００３５】
＜初期孔形成工程＞  マスク形成用膜２１をガラス基板２０の表面に形成した後、図２（ｂ）に示すようにマスク形成用膜２１に、後述するエッチングの際のマスク開口となる初期孔２２を、マイクロレンズ形成位置と対応する位置に形成する。これにより、所定の開口パターンを有するマスク２３が得られる。  
【００３６】
初期孔２２の形成方法としては、レーザー光照射、エッチング処理などが採用される。特に、位置精度を高く維持でき、隣接する初期孔２２同士の間隔を正確に制御することが可能となるため、レーザー光照射が好適に採用される。  
【００３７】
＜エッチング工程＞  次に、図２（ｃ）に示すように、マスク２３に形成された初期孔２２を通じてエッチングによりガラス基板２０に凹部２４を形成する。本実施形態では、ウエットエッチングによって凹部２４を形成する。エッチング液としては、特に限定されないものの、本実施形態では基板としてガラス基板２０を用いているため、フッ酸（フッ化水素）を含むフッ酸系エッチング液が用いられる。フッ酸系エッチング液を用いることにより、ガラス基板２０をより選択的に食刻することができ、凹部２４を好適に形成することができる。  
【００３８】
初期孔２２を形成したマスク２３で被覆されたガラス基板２０に対してエッチングを施すことにより、図２（ｃ）に示すようにガラス基板２０は、マスク２３に形成された初期孔２２、すなわちマスク材が存在しない部分よりエッチング液によって食刻され、凹部２４が形成される。エッチングの時間などを制御して徐々にガラス基板２０を食刻することにより、図２（ｄ）に示すように所定深さの凹部２４を形成することができる。なお、この凹部２４については、形成するマイクロレンズ１１の厚さを薄くするべく、その深さをなるべく浅くするのが好ましい。したがって、本実施形態では凹部２４を、半球状で、その深さが該半球の半径程度となるように形成する。  
【００３９】
＜マスク除去工程＞  その後、マスク２３をエッチング等により除去することにより、図２（ｅ）に示すように多数の凹部２４を有する基板２５、すなわち図１（ａ）、（ｂ）に示した基板（マイクロレンズアレイ基板）１２を得る。  
【００４０】
〔無機レンズ材料充填工程〕  次に、この基板製造工程で得られた基板２５（マイクロレンズアレイ基板１２）の凹部２４（レンズ状凹部１２ａ）内に、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように前述の無機レンズ材料調製工程で得られたペースト状の無機レンズ材料（無機レンズ材料の分散液）を充填する。すなわち、無機レンズ材料を凹部２４に湿式法で充填する。このように湿式法を採用するのは、湿式法は埋め込み性がよく、したがって凹部２４内に選択的に無機レンズ材料を充填できるため、充填に要する時間を比較的短くすることができるからである。  なお、図３（ａ）は凹部２４形成面側から見た基板２５を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、図３（ｃ）、図３（ｄ）は無機レンズ材料の充填処理の説明図である。  
【００４１】
まず、基板製造工程にて製造した、図３（ａ）、（ｂ）に示す凹部２４を有する基板２５に、必要に応じて洗浄・乾燥などの前処理を施しておく。  次に、前記ペースト状の無機レンズ
材料を、湿式法であるスクリーン印刷法によって基板２５の凹部２４内に充填する。まず、図３（ｃ）に示すように基板２５上に、そのレンズ形成領域にアライメントさせて金属製のスクリーン印刷版（メタルマスク）３０を配置する。  
【００４２】
スクリーン印刷版３０には、凹部２４に対応する位置への無機レンズ材料３１の充填量に応じてメッシュパターン３０ａが形成されている。このメッシュパターン３０ａは、ペースト状の無機レンズ材料３１の流動性（粘性）や、基板２５の凹部２４の深さ大きさによって決定されるものであるが、最も簡便なパターンとしては、レンズ形成範囲全面に刷り込ませる、いわゆるベタパターンを形成するものであってもよい。このようなスクリーン印刷版３０としては、無機レンズ材料３１の固形分濃度によってその厚さが設定されるが、マスク洗浄などに対する耐久性を確保するため、例えば２５μｍ以上、好ましくは５０μｍ程度の厚さのものを用いる。  
【００４３】
このようにしてスクリーン印刷版３０を配置した後、このスクリーン印刷版３０上に前記無機レンズ材料３１を配し、続いてスキージ３２によって無機レンズ材料３１をならす。これにより、ペースト状の無機レンズ材料３１を押圧して基板２５の凹部２４内およびその上に、無機レンズ材料３１を充填配置することができる。  
【００４４】
ここで、充填配置する無機レンズ材料３１の量、すなわちその厚さについては、凹部２４内に確実に充填され、かつ、後工程である平坦化工程において平坦化のための研磨代が１〜５μｍ程度に納まる範囲とされる。  このように凹部２４内に無機レンズ材料３１を充填することにより、図３（ｄ）に示すように、無機レンズ材料３１が充填されてなる焼成前のマイクロレンズアレイ基板３３が得られる。  
【００４５】
なお、ここでは無機レンズ材料を凹部２４内に充填するための湿式法としてスクリーン印刷法を用いたが、凹部２４内に無機レンズ材料を良好に充填できれば、スクリーン印刷法以外の他の湿式法を採用することもできる。例えば、無機レンズ材料の分散液の粘度を調整することにより、スピンコート法やディスペンサ法を採用することもできる。  
【００４６】
〔レンズ層形成工程〕  次に、図３（ｄ）に示した焼成前のマイクロレンズアレイ基板３３を加熱焼成する。すなわち、この焼成工程では、凹部２４に充填した無機レンズ材料３１を加熱し焼成し、図１（ａ）、（ｂ）に示したマイクロレンズ１１を形成する。その際、本実施形態では、無機レンズ材料３１の分散液中の前記ガラスフリットの軟化点より高い温度、例えばガラスフリットの軟化点温度より５０℃〜１００℃程度高い温度で加熱焼成する。  
【００４７】
具体的には、まず、焼成前マイクロレンズアレイ基板３３を３０分間程度、１００℃〜２００℃の雰囲気乾燥炉を用いて乾燥する。次に、乾燥させた焼成前マイクロレンズアレイ基板３３を電気炉などの焼成炉によって焼成する。焼成シーケンスとしては、バインダー樹脂が蒸散する温度、すなわち脱バインダー温度まで１０℃／分の昇温速度で加熱温度を上げていく。本実施形態では、脱バインダー温度を４５０℃〜５００℃程度としている。そして、この脱バインダー温度に所定時間維持し、バインダー樹脂を確実に蒸散させる。  
【００４８】
このようにして脱バインダー処理を行った後、ガラスフリットの軟化点より高い温度まで、１０℃／分の昇温速度で加熱温度を上げていく。そして、この加熱温度（焼成温度）で１５分〜６０分程度維持し、ガラスフリットを軟化させてガラス化する。例えば、ガラスフリットとしてホウケイ酸ガラスフリットを用いた場合、その軟化点温度は７８０℃であるため、加熱温度を８５０℃まで上げていく。  
【００４９】
その後、自然冷却によってマイクロレンズアレイ基板を常温にまで戻す。これにより、凹部１２ａ（凹部２４）内にマイクロレンズ１１を形成したマイクロレンズ層１３が得られる。  なお、焼成炉としては電気炉に限定はされないものの、無機レンズ材料３１への影響を排除するため、活性ガスや煤などの不純物を発生しない装置で焼成を行う必要がある。  
【００５０】
〔平坦化工程〕  このようにして得られたマイクロレンズ層１３は、凹部２４と反対の側の面が前記スキージ３２によってならされ、さらに焼成された面であるため、充分な平坦面とはなっていない。そこで、図４（ａ）に示すようにこのマイクロレンズ層１３を平坦化する。平坦化処理としては、ポリッシュ研磨法やＣＭＰ法（化学機械研磨法）などが好適に用いられる。  
【００５１】
その際、図４（ｂ）に示すように、少なくとも基板２５（基板１２）の一部を露出させるまで、マイクロレンズ層１３を平坦化する。すなわち、凹部２４、２４間の基板面が露出するように、平坦化を行う。これにより、得られるマイクロレンズ層１３の最終的な厚さを充分に薄くすることができる。また、凹部２４（凹部１２ａ）内に形成されるマイクロレンズ１１を、互いに連続させることなく個々に独立させることができる。なお、図４（ａ）は、図４（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。  
【００５２】
〔光路長調整膜形成工程〕  次いで、平坦化工程後のマイクロレンズ層１３上に、図４（ｃ）に示すように気相成膜法によって光路長調整膜１４を形成する。気相成膜法としては、化学気相成長法（ＣＶＤ法）や、蒸着法やスパッタ法などの物理気相成長法（ＰＶＤ法）が採用される。これら気相成膜法のうち、化学気相成長法は得られる膜密度が高く、光学膜の形成法として一般的である。また、蒸着法は成膜レートが高く、スパッタ法は成膜装置が比較的シンプルであり安価であるといった利点がある。したがって、これら各成膜法の利点等から適宜に成膜法を選択し、光路長調整膜１４を形成する。これにより、図１（ａ）、（ｂ）に示したマイクロレンズアレイ１０が得られる。  
【００５３】
本実施形態では、特に膜密度が高く、光学膜として高特性の膜が得られることから、プラズＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等のＣＶＤ法が好適に採用される。また、形成する光路長調整膜１４、すなわちＣＶＤ膜としては、前記マイクロレンズ層１３の熱膨張係数より小さい熱膨張係数の膜とするのが好ましい。このようなＣＶＤ膜としては、ＳｉＯ２膜が好適に用いられる。ＳｉＯ２膜の熱膨張係数（線膨張係数α）は、成膜材料や成膜条件によっても異なるものの、概ね１０×１０−７／℃程度であり、マイクロレンズ層１３の熱膨張係数（ホウケイ酸ガラスの３０×１０−７／℃程度）に比べ、充分に小さいものとなる。  
【００５４】
光路長調整膜１４の厚さについては、特に限定されることなく、予め設定された厚さとされる。すなわち、光路長調整膜１４は、レンズとしての機能はほとんど必要なく、単に焦点が最適位置になるように、光路長を調整するだけの膜だからである。したがって、この光路長調整膜１４については、屈折率についても特に高屈折率が要求されることはなく、例えばマイクロレンズアレイ基板２５と同程度であってもよい。  
【００５５】
このようにして得られた光路長調整膜１４は、下地の形状を反映し易い気相成膜法によって形成されているので、下地である平坦化処理後のレンズ層１３、および露出した基板２５によって形成される平坦面を反映して平坦な膜となる。したがって、この光路長調整膜１４に対しては、平坦化処理工程を省略することができ、そのまま図１（ａ）、（ｂ）に示したマイクロレンズアレイ１０とすることができる。  
【００５６】
本実施形態のマイクロレンズアレイ１０の製造方法にあっては、凹部２４内にマイクロレンズ層１３を形成する工程と、マイクロレンズ層１３上に光路長調整膜１４を形成する工程とを別にしているので、マイクロレンズ層１３を形成する無機レンズ材料と光路長調整膜の形成材料とを別にすることができる。したがって、マイクロレンズ層１３と光路長調整膜１４とを一体に形成する場合に比べ、マイクロレンズ層１３のみの厚さを充分に薄くすることができる。  
【００５７】
そして、マイクロレンズ層１３の厚さを薄くできるため、このマイクロレンズ層１３と基板（マイクロレンズアレイ基板）２５との間の熱膨張係数差が大きくなっても、マイクロレンズ層１３の厚さを薄くした分、熱膨張係数差による影響を少なくすることができる。 よって、本実施形態では、特にマイクロレンズ層１３を薄く形成し、これによってマイクロレンズ層１３と基板２５との間の熱膨張係数差による影響を少なくしてクラックや反りの発生を抑制することができるため、基板２５として熱膨張係数が小さい石英ガラス基板やネオセラムガラス基板などを用いているにもかかわらず、これら基板に比べて比較的熱膨張係数が大きい無機レンズ材料を使用してマイクロレンズ層１３を形成することができる。すなわち、高屈折率、高透過性のレンズ材料を適宜選択して用いることができ、したがって使用するレンズ材料の選択自由度を高めることができる。また、高屈折率、高透過性のレンズ材料を用いることができるため、光学特性に優れたマイクロレンズ１１を有するマイクロレンズアレイ１０を製造することができる。  
【００５８】
また、無機レンズ材料の充填を埋め込み性が良い湿式法で行うので、その後の焼成工程を含めて、比較的短時間でマイクロレンズ層１３を形成することができ、したがって生産性を高めることができる。特に、湿式法としてスクリーン印刷法を採用しているので、例えばＣＶＤ法等の気相成膜法で行う場合に比べて、製造コストを大幅に低減することができる。  さらに、光路長調整膜１４を、下地の形状を反映し易い気相成膜法によって形成するので、得られる光路長調整膜１４は、下地である平坦化処理後のマイクロレンズ層１３や基板２５の平坦面を反映して平坦な膜となる。したがって、この光路長調整膜１４に対しては、平坦化処理工程を省略することができる。  
【００５９】
また、前記平坦化工程では、少なくとも基板２５（基板１２）の一部を露出させるまで、マイクロレンズ層１３を平坦化するので、マイクロレンズ層１３の厚さを薄くしてマイクロレンズ層１３と基板２５との間の熱膨張係数差による影響をより少なくすることができる。また、凹部２４（凹部１２ａ）内に形成されるマイクロレンズ１１を互いに連続させることなく個々に独立させることができるため、これらマイクロレンズ１１間での応力の伝達を防止し、クラックの発生を抑制することができる。  
【００６０】
また、光路長調整膜１４の熱膨張係数を、マイクロレンズ層１３の熱膨張係数より小さくしているので、熱膨張係数が相対的に小さい基板２５と光路長調整膜１４とによって熱膨張係数が相対的に大きいマイクロレンズ層１３を挟持するため、熱負荷がかかった際にもマイクロレンズ層１３を上下両側から押さえ込むことができ、これによってマイクロレンズ層１３やその周辺にクラックが発生したり、マイクロレンズアレイ１０に反りが発生するのを抑制することができる。  
【００６１】
本実施形態のマイクロレンズアレイ１０にあっては、高屈折性、高透光性を有し、さらに耐久性にも優れたものとなる。したがって、特に長時間の高温環境におかれる投射型表示装置の液晶ライトバルブに使用される液晶パネルに好適なものとなる。  
【００６２】
（第２実施形態）  図５（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかるマイクロレンズアレイの第２実施形態の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図である。図５（ａ）、（ｂ）において符号４０はマイクロレンズアレイである。このマイクロレンズアレイ４０が、図１（ａ）、（ｂ）に示したマイクロレンズアレイ１０と主に異なるところは、マイクロレンズ４１が、図５（ｂ）に示すように第１レンズ層４２と第２レンズ層４３との積層構造となっている点である。  
【００６３】
すなわち、このマイクロレンズアレイ４０は、複数のマイクロレンズ４１に対応する複数の凹部（レンズ状凹部）１２ａを形成した基板（マイクロレンズアレイ基板）１２に、第１レンズ層４２と第２レンズ層４３とが積層されてなるマイクロレンズ４１を形成し、これら複数のマイクロレンズ４１からなるマイクロレンズ層４４
を形成するとともに、マイクロレンズ層４４および基板１２上に、光路長調整膜１４を形成したものである。  
【００６４】
本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法の第２実施形態として、このような構成からなるマイクロレンズアレイ４０の製造方法を説明する。  まず、マイクロレンズ４１を湿式法で形成するべく、第１レンズ層４２を形成するための第１の無機レンズ材料の分散液と、第２レンズ層４３を形成するための第２の無機レンズ材料の分散液とをそれぞれ調製する。  
【００６５】
材料としては、第１の無機レンズ材料の分散液、第２の無機レンズ材料の分散液のいずれも、第１実施形態で調製した無機レンズ材料の分散液と同様のものが用いられる。ただし、本実施形態では、得られる第１レンズ層４２の屈折率が基板１２（マイクロレンズアレイ基板）の屈折率より高くなり、さらに第２レンズ層４３の屈折率が第１レンズ層４２の屈折率より高くなるように、第１の無機レンズ材料（ガラスフリット）、第２の無機レンズ材料（ガラスフリット）をそれぞれ選択する。  
【００６６】
すなわち、第１の無機レンズ材料（ガラスフリット）としては、最終的に第１レンズ層４２になるものとして、その屈折率がマイクロレンズアレイ基板１３の屈折率より高いものが用いられる。また、第２の無機レンズ材料（ガラスフリット）としては、最終的に第２レンズ層４３になるものとして、その屈折率が第１レンズ層４２、つまり第１の無機レンズ材料（ガラスフリット）の屈折率より高いものが用いられる。  
【００６７】
また、これら第１レンズ層４２、第２レンズ層４３については、第２レンズ層４３の熱膨張係数が、第１レンズ層４２の熱膨張係数より小さくなるのが好ましい。したがって、これら第１レンズ層４２、第２レンズ層４３を形成するガラスフリットについては、前記の屈折率の条件に加えて、熱膨張率についても前記条件を満足するものが好適に用いられる。すなわち、第２レンズ層４３用のガラスフリットとして、その熱膨張係数が、第１レンズ層４２用のガラスフリットの熱膨張係数より小さいものが好適に用いられる。  
【００６８】
なお、第１レンズ層４２用のガラスフリットについては、第１実施形態と同様、その熱膨張係数が、基板１２（基板２５）より大きい熱膨張係数のものが使用可能である。また、第２レンズ層４３用のガラスフリットについても、その熱膨張係数が、基板１２（基板２５）より大きい熱膨張係数のものが使用可能である  このようなガラスフリットとして具体的には、第１実施形態において挙げたガラスフリットのうち、前記屈折率、熱膨張係数の各条件を共に満たすものが適宜選択され、用いられる。  
【００６９】
第１の無機レンズ材料用のガラスフリット、第２の無機レンズ材料用のガラスフリットをそれぞれ選択した後、それぞれを第１実施形態と同様にしてペースト状の分散液に調製し、第１の無機レンズ材料の分散液、第２の無機レンズ材料の分散液をそれぞれ形成する。  そして、このようにして得られた各無機レンズ材料の分散液を、第１実施形態と同様の湿式法、すなわち図３（ａ）〜（ｄ）に示したスクリーン印刷法により、基板２５の凹部２４内に充填する。  
【００７０】
その際、まず、第１の無機レンズ材料の分散液の充填量（塗布量）を調整し、基板２５の凹部２４内を全て満たすことなく、その一部（半分より少し多い程度）を満たすように充填する。続いて、この第１の無機レンズ材料を第１実施形態と同様の条件で焼成する。これにより、図６（ａ）に示すように凹部２４内に第１レンズ層４２を形成する。  
【００７１】
次いで、凹部２４内の第１レンズ層４２上に、第２の無機レンズ材料を充填する。そして、この第２の無機レンズ材料を第１実施形態と同様の条件で焼成する。これにより、図６（ｂ）に示すように凹部２４内の第１レンズ層４２上に第２レンズ層４３を形成する。このようにして形成された第１レンズ層４２および第２レンズ層４３は、積層されたことで入射した光を二度屈折させることができるようになる。すなわち、これら第１レンズ層４２および第２レンズ層４３によって形成されたマイクロレンズ４１は、二度屈折させる機能を有することにより、高屈折性のものとなる。  
【００７２】
その後、第１実施形態と同様にして図６（ｃ）に示すようにマイクロレンズ４１の平坦化工程を行い、さらに図６（ｄ）に示すように光路長調整膜１４を気相成膜法（ＣＶＤ法）で形成することにより、図５に示したマイクロレンズアレイ４０が得られる。  なお、第１レンズ層４２の厚さと第２レンズ層４３の厚さについては、特に図６（ａ）〜（ｄ）に示した形態に限定されることなく、各レンズ材料（ガラスフリット）の種類や最終的に得られる液晶パネルの設計などに応じて適宜に決定される。例えば、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように第１レンズ層４２の厚さを薄くし、第２レンズ層４３の厚さを厚くするようにしてもよい。このような厚さの調整は、各レンズ材料を充填（塗布）する際の量を調整することで容易に行うことができる。  
【００７３】
本実施形態のマイクロレンズアレイ４０の製造方法にあっては、第１レンズ層４２の厚さ、第２レンズ層４３の厚さを、それぞれマイクロレンズレンズ層４４全体の厚さに対して薄く形成することができるため、第１レンズ層４２と基板１２との間の熱膨張係数差による影響、および第２レンズ層４３と基板１２との間の熱膨張係数差による影響をそれぞれ少なくすることができ、したがってクラックや反りの発生を抑制することができる。  また、屈折率の異なる無機レンズ材料（ガラスフリット）を組み合わせることで、得られるマイクロレンズレンズ層４４のレンズ特性を高めることができる。  さらに、光学的にレンズ中央部付近の屈折を少なくし、外周部付近の屈折を大きくすることで、中央部に効率良く集光することができる。  
【００７４】
また、第２レンズ層４３の熱膨張係数が、第１レンズ層４２の熱膨張係数より小さくなるように構成しているので、熱膨張係数が相対的に小さい基板１２（マイクロレンズアレイ基板）と第２レンズ層４３とによって熱膨張係数が相対的に大きい第１レンズ層４２が挟持されるため、熱負荷がかかった際にも第１レンズ層は両側から押さえ込まれることにより、クラックや反りの発生が抑制される。  また、第２レンズ層４３に比べて熱膨張係数が小さい第１レンズ層４２を、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように第２レンズ層４３に比べて薄く形成すれば、第１レンズ層４２と基板１２との間の熱膨張係数差による影響をさらに少なくすることができ、クラックや反りの発生を抑制することができる。  
【００７５】
また、本実施形態のマイクロレンズアレイにあっても、投射型表示装置の液晶ライトバルブに使用される液晶パネルに好適なものとなる。  なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。  
【００７６】
［使用例］  前記実施形態によって得られるマイクロレンズアレイは、投射型表示装置における液晶ライトバルブとして使用される液晶パネルの、対向基板として好適に使用される。  図８に投射型表示装置概念図を示す。本例の投射型表示装置６０は、一般に「液晶プロジェクター」と呼ばれ、光源６１から出射された白色光（白色光束）は、インテグレーターレンズ６２、６３を通過し、白色光の光強度（輝度分布）が均一化される。  
【００７７】
インテグレーターレンズ６２、６３を通過した白色光は、ミラー６４によって反射され、さらにダイクロイックミラー６５によって青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）とが反射され、ダイクロイックミラー６９に向かう。赤色光（Ｒ）はダイクロイックミラー６５を通過し、ミラー６６で反射され集光レンズ６７で集光されて赤色用の液晶ライトバルブ６８へ向かう。  
【００７８】
ダイクロイックミラー６９に向かった青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）とのうち、緑色光（Ｇ）はダイクロイックミラー６９で反射され、さらに集光レンズ７０で集光されて緑色用の液晶ライトバルブ７１に入射する。また、青色光（Ｂ）はダイクロイックミラー６９を通過し、集光レンズ７２、ミラー７３、集光レンズ７４、ミラー７５、集光レンズ７６を通過、集光されて、青色用の液晶ライトバルブ７７に入射する。  
【００７９】
液晶ライトバルブ６８、７１、７７は、それぞれの色の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御し、それぞれの色の画像を形成させる。この形成されたそれぞれの色の画像をダイクロイックプリズム７８に入射し、ダイクロイックプリズム７８で合成され、投射レンズ７９を通してスクリーン８０へ画像が投射される。  
【００８０】
前記の液晶ライトバルブ６８、７１、７７としては、図９に示すＴＦＴ液晶パネル９０が用いられている。ＴＦＴ液晶パネル９０は、ＴＦＴ基板（液晶駆動基板）９１と、ＴＦＴ基板９１に接合された液晶パネル用対向基板９２と、ＴＦＴ基板９１と液晶パネル用対向基板９２との空隙に封入された液晶よりなる液晶層９３とを有している。  
【００８１】
ＴＦＴ基板９１は、液晶層９３の液晶を駆動するための基板であり、ガラス基板９１ａと、ガラス基板９１ａに設けられた多数の画素電極９１ｂと、画素電極９１ｂの近傍に設けられ、各画素電極９１ｂに対応する多数の薄膜トランジスター（ＴＦＴ）９１ｃとを有している。このＴＦＴ液晶パネル９０では、液晶パネル用対向基板９２の透明電極膜（共通電極）９２ａと、ＴＦＴ基板９１の画素電極９１ｂとが対向するように、ＴＦＴ基板９１と液晶パネル用対向基板９２とが、一定距離離間して接合されている。  
【００８２】
この液晶パネル用対向基板９２に、本願発明のマイクロレンズアレイ９２ｂが適用されている。マイクロレンズアレイ９２ｂ側から入射した入射光Ｐは、マイクロレンズ９２ｃを通過する際に集光され、マイクロレンズアレイ９２ｂ上に形成されたブラックマトリックス９２ｄの開口部９２ｅより液晶層９３を通過しＴＦＴ基板９１より出射される。このとき、マイクロレンズアレイ９２ｂは入射光の光量を極力減衰させることなく出射させる作用を有しており、わずかな変形でも、所定の焦点距離あるいは焦点位置を維持することが困難となってしまう。しかし、図８における光源６１の光を受け非常に高温環境におかれ、線膨張により変形が発生しやすいデバイスでありながら、本願発明のマイクロレンズアレイを適用することで、安定した品質が維持されるようになっている。
【符号の説明】
【００８３】
１０…マイクロレンズアレイ、１１…マイクロレンズ、１２ａ…凹部（レンズ状凹部）、１２…基板（マイクロレンズアレイ基板）、１３…マイクロレンズ層（レンズ層）、１４…光路長調整膜、２０…ガラス基板、２４…凹部、２５…基板（マイクロレンズアレイ基板）、３０…スクリーン印刷版、３１…無機レンズ材料、３２…スキージ、３３…焼成前のマイクロレンズアレイ基板、４０…マイクロレンズアレイ、４１…マイクロレンズ、４２…第１レンズ層、４３…第２レンズ層、４４…マイクロレンズ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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