(57)【要約】【課題】常時高温の使用環境下にあっても、高密度画像の表示を実現する集光性能に優れたガラス製のマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイの製造方法。【解決手段】基板表面の一方の面側に前記マイクロレンズに対応する複数の凹部を形成する凹部形成工程と、レンズ材料の粉末を主材として混練されたペースト状のレンズ基材を、前記凹部が形成された凹部付き基板の前記凹部に充填する、レンズ基材充填工程と、充填された前記レンズ基材をガラス化させる焼成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。【選択図】図４
2011059156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイの製造方法であって、
基板表面の一方の面側に前記マイクロレンズに対応する複数の凹部を形成する凹部形成工程と、
レンズ材料の粉末を主材として混練されたペースト状のレンズ基材を、前記凹部が形成された凹部付き基板の前記凹部に充填する、レンズ基材充填工程と、
充填された前記レンズ基材をガラス化させる焼成工程と、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】
前記レンズ基材は
（Ａ）ガラス主材：４５重量％以上７５重量％以下
（Ｂ）バインダー：ガラス主材Ａの１重量％以上１０重量％以下
（Ｃ）溶剤：（Ａ＋Ｂ）の残量
を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記（Ａ）ガラス主材は粒径１０ｎｍ以上１０μｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１、２に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記レンズ基材充填工程は、
スクリーン印刷により前記レンズ基材が充填される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記レンズ基材充填工程は、
前記レンズ基材を、平滑面を有する基板の前記平滑面に塗布し、前記溶剤を蒸散させてグリーンシートに形成するグリーンシート成型工程と、
前記グリーンシートを前記凹部付き基板の前記凹部へ押圧し充填する押圧工程と、を含む、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
前記凹部付き基板が石英ガラスであって、
前記ガラス主材Ａは、
酸化ケイ素（ａ）：３５〜７０重量％
酸化ホウ素（ｂ）：１０〜２５重量％
金属酸化物（ｃ）：８〜５０重量％
を主成分とし、
（ａ）＋（ｂ）≧５０重量％
である、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の前記金属酸化物（ｃ）が、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化錫、酸化チタン、酸化鉛、酸化ガドリウム、酸化ランタン、酸化ストロンチウム、酸化アンチモン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化リン、酸化砒素の単体、もしくは２種以上を含む、
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８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法により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その方法により製造された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）。
【０００４】
しかし、特許文献１にかかる方法では、マイクロレンズ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基板を得るのが困難であった。特に、２Ｐ法で用いられる光硬化性樹脂は、短波長の光による樹脂材料の劣化等が生じやすいため、十分な耐光性が得られない場合がある。また、光硬化性樹脂で構成された樹脂層と、カバーガラスと、凹部付き基板との３つの部材を用いてマイクロレンズ基板を形成することから、熱膨張率の違いによって歪み等が生じやすく、その結果、光学特性等の特性の低下が生じる可能性がある。例えば、カバーガラスの位置合わせ等の工程が必要であり、製造工程が煩雑であった。また、最適な光路長を出すためにカバーガラスの研磨を行った場合、研磨による汚れ等が生じるため、過度の洗浄工程も必要となるが、このような洗浄を行うことによって、樹脂層を構成する樹脂材料の劣化等が生じる可能性があった。その結果、品質が低下し、歩留まり低下が生じる可能性があった。
【０００５】
また、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も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、特許文献２にかかる方法であっても、レンズ基材をガラス転移点（Ｔｇ）を超えて加熱し、圧力によりマイクロレンズが形成される基板凹部に圧接する方法であるため、基板の凹部形状部に確実にレンズ基材が充填するためにはＴｇを大きく超えた加熱温度にしなければならないこと。圧接圧力による損傷の危険性があることなどから、マイクロレンズに用いられるガラス材料にはレンズ基板よりＴｇはより低温であり、なお且つ線膨張係数の差を所定の値より縮めることが求められる。この要件を満たすために、より高屈折率を求められるレンズ材料であるにも拘わらず、レンズ機能を果たすための最低限の屈折率しか実現できないものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、上述の従来技術であっても、投射型表示装置に装備される液晶パネルなどでは、常時高温の使用環境下にあっても、近年の高密度画像の表示を実現する集光性能に優れたガラス製のマイクロレンズを備えるマイクロレンズアレイの新たな製造方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。
【００１０】
〔適用例１〕
本適用例のマイクロレンズアレイの製造方法は、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイの製造方法であって、基板表面の一方の面側に前記マイクロレンズに対応する複数の凹部を形成する凹部形成工程と、レンズ材料の粉末を主材として混練されたペースト状のレンズ基材を、前記凹部が形成された凹部付き基板の前記凹部に充填する、レンズ基材充填工程と、充填された前記レンズ基材をガラス化させる焼成工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本適用例のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、マイクロレンズに耐久性に優れ、高屈折率のガラス材料を適用することができる。さらに、ペースト状とすることで、高い流動性を付与できるので、凹部付き基板の凹部に均一且つ微細な凹部であっても確実なレンズ材料の充填ができる。また、焼成工程は多数個のマイクロレンズアレイを投入でき、いわゆるバッチ処理により焼成できる。従って、高い生産性を実現できる。
【００１２】
〔適用例２〕
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記レンズ基材は
（Ａ）ガラス主材：４５重量％以上７５重量％以下
（Ｂ）バインダー：ガラス主材Ａの１重量％以上１０重量％以下
（Ｃ）溶剤：（Ａ＋Ｂ）の残量
を含むことを特徴とする。
【００１３】
〔適用例３〕
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記（Ａ）ガラス主材は粒径１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法によれば、レンズ基材に適度な流動性を付与し、凹部付き基板の凹部へのガラス材料の充填性を良好にすることが可能となる。
【００１５】
〔適用例４〕
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記レンズ基材充填工程は、スクリーン印刷により前記レンズ基材が充填されることを特徴とする。
【００１６】
この適用例によれば、凹部付き基板の凹部形成位置に対して正確にレンズ基材となるガラスペーストを充填できる。特に凹部付き基板をウエハー上に複数個形成して製造する方法であっては、個々の凹部付き基板の凹部形成位置に正確にレンズ基材が充填でき、凹部が形成されていない部分にはレンズ基材を供給しないことができる。従って、レンズ基材のガラスペーストに無駄が発生しないため、製造コスト低減を図ることができる。
【００１７】
〔適用例５〕
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記レンズ基材充填工程は、前記レンズ基材を、平滑面を有する基板の前記平滑面に塗布し、前記溶剤を蒸散させてグリーンシートに形成するグリーンシート成型工程と、前記グリーンシートを前記凹部付き基板の前記凹部へ押圧し充填する押圧工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
この適用例によれば、押圧・充填されたグリーンシートの外表面部は、グリーンシート形成用の基板の平滑面を転写し形成されるため、平滑面を有している。そのため、レンズ基材（グリーンシート）焼成後も、マイクロレンズの外表面部は平滑面が維持される。従って、焼成後の平坦化や厚みだしといった研磨による後加工を必要としないため製造コストの削減を図ることができる。
【００１９】
〔適用例６〕
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記凹部付き基板が石英ガラスであって、前記ガラス主材Ａは、
酸化ケイ素（ａ）：３５〜７０重量％
酸化ホウ素（ｂ）：１０〜２５重量％
金属酸化物（ｃ）：８〜５０重量％
を主成分とし、
（ａ）＋（ｂ）≧５０重量％
であることを特徴とする。
【００２０】
〔適用例７〕
上述の適用例のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記金属酸化物（ｃ）が、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化錫、酸化チタン、酸化鉛、酸化ガドリウム、酸化ランタン、酸化ストロンチウム、酸化アンチモン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化リン、酸化砒素の単体、もしくは２種以上を含むことを特徴とする。
【００２１】
これらの適用例によれば、石英ガラスの凹部付き基板に対して、高い屈折率を有しなお且つ線膨張係数の絶対値の差が少なく、高温度域でマイクロレンズアレイを使用しても、熱膨張差によるクラックや割れなどの不良の発生を抑制することができる。
【００２２】
〔適用例８〕
上述の適用例によって製造されたマイクロレンズアレイである。
この適用例によれば、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である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態におけるマイクロレンズアレイを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図。
【図２】第１実施形態における製造工程を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態における凹部付き基板製造工程を示す。
【図４】第１実施形態におけるレンズ基材充填工程を示す。
【図５】第１実施形態におけるレンズ基材焼成の加熱パターン図。
【図６】第２実施形態における製造工程を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態におけるレンズ基材充填工程を示す。
【図８】本願発明を利用した投射型表示装置の光学系の模式図を示す。
【図９】本願発明を利用した液晶パネルの概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明にかかる一実施形態である、マイクロレンズアレイの概略図を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＬ−Ｌ’断面図である。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１２ａを備えた凹部付き基板１２にマイクロレンズ基材を固着しマイクロレンズ１１を形成している。マイクロレンズ１１の材料は凹部付き基板１２の材料に対して高屈折率材を使うことにより、図１（ｂ）における凹部付き基板１２側の外部Ｑから入射される光を、マイクロレンズ１１側の外部に出射する際に屈折によりＰ方向に集光する機能を持つ。
【００２５】
図２は本実施形態の製造フローチャートを示す。
〔レンズ基材調整工程〕
マイクロレンズ１１となる材料を調整する。材料は、微粒子状のレンズ用ガラス主材と、ガラス主材を繋ぐための主に樹脂成分からなるバインダーと、可塑剤と、溶剤とを混合しペースト状に調整する（Ｓ１０１）。各材料の配合は後述するレンズ基材充填工程（Ｓ１０３）における充填手段（方法）によって、好適な配合割合を決定する。この場合、
（Ａ）ガラス主材：４５重量％以上７５重量％以下
（Ｂ）バインダー：ガラス主材Ａの１重量％以上１０重量％以下
（Ｃ）溶剤：（Ａ＋Ｂ）の残量
の範囲で決定される。好ましくは、ガラス主材が６５重量％、バインダーが３重量％、残量を溶剤として調整された材料である。なお、高い流動性を必要とする充填方法であれば、ガラス主材は少なくする。流動性を必要としない充填方法であれば、ガラス主材を多くすれば良い。
【００２６】
ガラス主材は後述の凹部付き基板の材料に対して高屈折率であり、線膨張係数の絶対値の差が少ないものであれば限定されない。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から選択される。凹部付き基板の材料が石英ガラスである場合、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がガラス主材として好ましい。
【００２７】
また、ガラス主材の粒径は、流動性を確保するため１０μｍ以下であることが好ましい。しかし粒径をより微細化することは、製品製造上は好ましいが、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、製造コストは大幅に上昇し、また粒径の均一化もより困難となってくる。従って、微粒子製造の制限からも１０ｎｍ以上の粒径であることが好ましい。
【００２８】
バインダーは樹脂成分であれば特に限定はされないが、ガラス材微粒子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物で無ければならない。例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、セルロース系樹脂等が好適に使用できる。
【００２９】
溶剤としては、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挙げられる。ペースト材料には好ましくは、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使用しても良い。溶剤は、後述のレンズ基材充填工程における充填方法によって、許容される揮発時間から好適な材料、組合せが選択されるが、本実施形態では高沸点タイプの溶剤を使用することが好ましい。
【００３０】
上述の材料を混合する装置は限定されないが、均一且つ短時間に混合物を得られる方法として三本ロールミル装置、ボールミル装置を使用することが好ましい。ボールミル装置を使用する場合には、使用するミル用ボールはガラス質のボールは使用しない。すなわち、ミル用ボールから削られたガラス質が不純物として混合されてしまうため、品質維持が難しくなる。例えば、ジルコニアセラミックスなどの硬質材料をミル用ボールとしてボールミル装置に投入することが好ましい。
【００３１】
〔凹部付き基板製造工程〕
上述のレンズ基材調整工程（Ｓ１０１）とは別に凹部付き基板の準備を行う（凹部付き基板製造工程：Ｓ１０２）。凹部付き基板の製造は図３に示す方法により製造される。
【００３２】
＜マスク形成用膜形成工程＞
まず凹部付き基板を製造する。図３に凹部付き基板の製造方法の一例を示す。図３（ａ）に示すように、まず均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化したガラス基板２０を用意し、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。従って、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に比べて小さくなるように構成されることが好ましい。
【００３３】
このことから、マスク形成用膜２１の材料は、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、樹脂等が挙げられる。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の形成方法は特に限定されないが、例えば蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などが膜材料により最適なものが選択される。また膜厚に関しても０．０１〜０．２μｍ程度に設定され、初期孔の形成条件ならびにエッチング条件によって好適な厚みが設定されるものである。
【００３４】
＜初期孔形成工程＞
マスク形成用膜２１がガラス基板２０の表面に形成された後、図３（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を対応するマイクロレンズ形成位置に形成する。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。
【００３５】
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、サンドブラストなどのブラスト処理などが適用される。本実施形態では位置精度が高く維持でき、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、レーザー光照射を初期孔２２の形成に適用した。
【００３６】
＜エッチング工程＞
次に図３（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。エッチング方法は特に限定はされないが、例えばウエットエッチング、ドライエッチングなどが挙げられる。本実施形態ではウエットエッチングにより凹部２４を形成した。エッチング液として限定されるものではないが、本実施形態ではフッ酸（フッ化水素）を含むフッ酸系エッチング液を用いた。フッ酸系エッチング液を用いることで、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。
【００３７】
初期孔２２が形成されたマスク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３（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り食刻され凹部２４が形成される。エッチングの時間などを制御し徐々にガラス基板２０を食刻し、図３（ｄ）に示す所定深さの凹部２４が形成される。
【００３８】
＜マスク除去工程＞
次にマスク２３をエッチング等により除去し、図３（ｅ）に示すように、多数の凹部２４を有する凹部付き基板２５が得られる。
【００３９】
〔レンズ基材充填工程〕
図４は、上述のレンズ基材調整工程（Ｓ１０１）にて準備されたレンズ基材を、凹部付き基板製造工程（Ｓ１０２）にて準備された凹部付き基板２５の凹部２４に充填する（Ｓ１０３）工程を示す。図４（ａ）は凹部２４形成面側から見た平面で、凹部形状の一部を描画し他は省略してある。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図を示す。
【００４０】
凹部付き基板製造工程（Ｓ１０２）にて製造された凹部付き基板２５を必要があれば、洗浄・乾燥などの準備をしておく。次にスクリーン印刷法によりレンズ基材を凹部付き基板２５の凹部２４に充填する。まず、スクリーン印刷版３０を載置する。このとき、スクリーン印刷版３０には凹部２４に対応する位置へのレンズ基材３１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は、レンズ基材３１の流動性や、凹部付き基板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しても良い。また印刷装置については限定されるものではない。
【００４１】
載置されたスクリーン印刷版３０にレンズ基材３１を投入し、スキージ３２によりレンズ基材３１を摺動させ凹部付き基板２５の凹部２４にレンズ基材３１を充填し、図４（ｄ）に示すようなレンズ基材が充填された焼成前マイクロレンズアレイ３３となる。
【００４２】
〔焼成工程〕
焼成前マイクロレンズアレイ３３を３０分間程度、１００℃〜２００℃の雰囲気乾燥炉を用いて乾燥させる。乾燥させた焼成前マイクロレンズアレイ３３を電気炉などの加熱装置により、図５に示す加熱パターンによって焼成する（Ｓ１０４）。焼成温度Ｔoはレンズ基材中のガラス主材のガラス軟化点より高い温度であり、バインダーや溶剤を蒸散させる予備加熱温度Ｔbはガラス軟化点より低温で実施される。Ｔoおよび焼成時間、Ｔbおよび予備加熱時間はレンズ基材成分によって最適に決定される。Ｔbは脱バインダーを目的に実施され４００℃〜５００℃の温度で、３０分〜６０分程度実施される。Ｔoはガラス主材によって決定されるが、レンズ基板を石英ガラスとした場合には、レンズ基板に対して熱ストレスを与えない温度範囲として１０００℃以下であることが好ましい。より好ましくは８５０℃〜９５０℃の範囲とし、３０分〜６０分間の焼成時間である。なお、加熱装置は電気炉に限定はされないが、レンズ基材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なければならない。
【００４３】
焼成工程（Ｓ１０４）にて焼成され、マイクロレンズアレイ１０が完成する。なお、焼成工程（Ｓ１０４）の後、必要な場合には「平面研磨」「外形状ダイシング（切断）」などの工程を実施しても良い。平面研磨として、マイクロレンズ外表面が所定の鏡面性、平坦度、傷などに不具合が見つかった場合に、ポリッシュ研磨を行っても良い。また外形状ダイシングは、ウエハーを用いて複数個のマイクロレンズアレイ１０を製造する製造ラインにおいては、焼成工程（Ｓ１０４）まではウエハー形態により製造されるため、個々のマイクロレンズアレイ１０に切り分ける工程が必要となる。これを外形状ダイシングと言う。また、マイクロレンズアレイ１０のマイクロレンズ形成範囲以外が不要であれば、その不要部を削除するのもダイシングにて行うことが一般的である。
【００４４】
（第２実施形態）
図６は第２実施形態のフローチャートを示す。本実施形態におけるレンズ基材調整工程（Ｓ２０１）、凹部付き基板製造工程（Ｓ２０３）は第１実施形態におけるレンズ基材調整工程（Ｓ１０１）、凹部付き基板製造工程（Ｓ１０２）と同じであるため、以下での説明は省略する。
【００４５】
〔レンズ基材シート製造工程〕
図７（ａ）に示すように、レンズ基材調整工程（Ｓ２０１）で調整・製造されたペースト状のレンズ基材を、少なくともどちらか一方の面が平滑面であるフィルム５０の、前記平滑面上にペースト状のレンズ基材５１を均一の厚みに塗布する。本実施形態はフィルム５０を使用し、基材にＰＥＴ材を用い、剥離作用を持つＳｉＯ2が表面に成膜されたフィルムが好適に使用できる。また、少なくとも１面が平滑な鏡面を有する基板であって、その表面に剥離処理を施したものであれば好適に使用できる。例えばステンレス板、銅板、アルミ板などの金属板、樹脂製の基板、ガラス製の基板などで、基板表面に剥離作用を持たせるフッ化物をＣＶＤなどで成膜したものも好適に実施可能である。
【００４６】
レンズ基材５１塗布後、自然乾燥もしくは恒温槽に入れて溶剤成分を除去し、シート状の固形物とする。いわゆるグリーンシートが形成される。グリーンシートはある程度の固形物としての強度を有し、取扱時における変形や凹み等が起りにくく、製造工程中の取扱性の高い形態である。また、事前に準備、保存（貯蔵）が可能であり、都度レンズ基材調整を必要としないことで、量産の生産量に対して柔軟な対応が可能になる点で効果の高い製造方法である。
【００４７】
〔レンズ基材充填工程〕
図７（ｂ）のように、上述のレンズ基材調整工程（Ｓ２０１）で準備されたレンズ基材５１（グリーンシート）を、同じく予め凹部付き基板製造工程（Ｓ２０３）で製造された凹部付き基板２５の凹部２４側に載置する。この時、フィルム５０に貼付された状態でも、フィルム５０を剥離した状態でも、どちらの形態で載置しても良い。
【００４８】
次に図７（ｃ）に示すように、レンズ基材５１を図示しない押圧装置（プレス機）の押圧装置５２により図矢印方向に押圧し、凹部付き基板２５の凹部２４にレンズ基材５１を充填する（Ｓ２０４）。この時、レンズ基材５１に熱を加えることにより、基材の流動性が高まり充填されやすく、凹部２４に確実にレンズ基材５１を充填することができる。
【００４９】
〔焼成工程〕
上述の工程により、図７（ｄ）に示すように、焼成前マイクロレンズアレイ３３が完成し、焼成工程（Ｓ２０５）を実行し、マイクロレンズアレイ１０が完成する。
【実施例】
【００５０】
（第１実施例）
以下のように、複数の凹部を備えたマイクロレンズ用凹部付き基板を製造し、このマイクロレンズ用凹部付き基板を用いてマイクロレンズ基板を製造した。
〔凹部付き基板の形成工程〕
まず、ガラス基板として、厚さ２ｍｍの石英ガラス基板（ガラス転移点：１０６０℃、屈折率：１．４６）を用意した。この石英ガラス基板を、８５℃に加熱した洗浄液（８０％硫酸＋２０％過酸化水素水）に浸漬して洗浄を行い、その表面を清浄化した。
【００５１】
次に、この石英ガラス基板上に、スパッタリング法にて、厚さ０．０３μｍのＣｒ膜を形成した。すなわち、石英ガラス基板の表面に、Ｃｒ膜のマスクおよび裏面保護膜を形成した。次に、マスクに対してレーザー加工を行い、多数の初期孔を形成した（図３（ｂ）参照）。
【００５２】
なお、レーザー加工は、ＹＡＧレーザーを用いて、エネルギー強度１ｍＷ、ビーム径３μｍ、照射時間６０×１０−９秒という条件で行った。形成された初期孔の平均径は、５μｍであった。次に、石英ガラス基板にウエットエッチングを施し、石英ガラス基板上に多数の凹部を形成した（図３（ｄ）参照）。このウエットエッチングのエッチング時間は、７２分に設定し、エッチング液には、フッ酸系のエッチング液を用いた。
【００５３】
次に、ＣＦガスによるドライエッチングを行い、マスクおよび裏面保護層を除去した。これにより、石英ガラス基板上に、多数の凹部が規則的に配列した凹部付き基板を得た。なお、形成された凹部の平均径は１５μｍ、曲率半径は７．５μｍであった。また、隣接するマイクロレンズ用凹部同士の間隔（凹部同士の中心間平均距離）は１５μｍであった。
【００５４】
〔レンズ基材調整工程〕
次にレンズ材料としてのガラス材料を調整する。本実施例では以下のような配合でレンズ材料を調整したが、特にこれに限定されるものではない。
Ａ）ガラス主材：ガラス配合比（重量％）
酸化ケイ素（ＳｉＯ2）：６８．０％
酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）：２２．０％
酸化ナトリウム、酸化カリウム：０．５％
酸化ビスマス：９．５％
Ｂ）バインダー
ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）：ガラス主材の５重量％
Ｃ）溶剤
エタノール：主材重量に対して  ０．２ｃｃ／ｇ
ターピネオール：主材重量に対して  ０．５ｃｃ／ｇ
【００５５】
以上の材料を蓋付きの樹脂製ボトルにガラス主材重量の３倍程度のジルコニアボール（直径Φ４ｍｍ）とともに入れ、ボールミル装置にかけて一定時間混合させガラスペーストを作製した。
【００５６】
〔レンズ基材充填工程〕
調整、混合されたガラスペーストを先に作製した凹部付き基板の凹部形成部に対してスクリーン印刷法により、ガラスペーストを塗布した。スクリーン印刷に用いた、スクリーン版はメッシュ＃２５０のベタパターンのものを用い、スクリーン印刷条件として、ガラスペーストが焼成後に凹部付き基板の上面から１０μｍ程度厚くなる条件で、ワークギャップ、印刷圧力などの調整を行い、塗布した。
【００５７】
この塗布された焼成前マイクロレンズアレイを約１２０℃の雰囲気乾燥炉（大気雰囲気）で約３０分ほど乾燥させた。これによりガラスペーストは、完全に固化した状態になった。次に、このガラス基材を電気炉内で本焼成し、レンズ材料であるガラス材料をガラス化させる作業に移る。この時の電気炉はマッフル式の電気炉をもちいた。電気炉での昇温シーケンスは、図５に示すようなシーケンスで、昇温１は室温から５００℃まで毎分５℃の上昇で上げ、５００℃で約１時間程度温度保持を行い予備加熱とした。次に昇温２として、毎分１０℃の上昇で約８５０℃まで上げた。この温度で約３０分程度維持し焼成した。ガラス材料は溶融し完全にガラス化し透明な状態となった。その後、炉内で自然冷却（徐冷）させたが、強制的に取り出し冷却することも可能である。
【００５８】
この温度シーケンスは、ガラス材料およびバインダー材料に対して決定するもので、限定されるものではないが、特にＴbはバインダーの脱脂温度に対してプラス３０〜５０℃程度に設定し、Ｔoはガラス材料であるガラス軟化点温度に対してプラス５０〜１００℃に設定する。本実施例で使用したガラス材料の軟化点温度は約７８０℃であった。
【００５９】
次にこのレンズ付きガラス基材を液晶パネルの対向基板として用いるためにレンズ面表面の平坦化を、ポリッシュ研磨を用いて行った。これにより平均面粗度Ｒａ＝１００ｎｍ以下の面を作りこみ、マイクロレンズアレイが完成した。この時に使用した研磨剤は酸化セリウムを主にしたものを使用した。
【００６０】
こうして得られたマイクロレンズアレイを液晶パネルの対向基板として必要な工程を経て、ＴＦＴ基板と液晶を合わせてパネルとして組み立てた。
【００６１】
（第２実施例）
第１実施例と凹部付基板の形成工程が同じであるため、ここでの説明は省略する。
〔レンズ基材調整工程〕
レンズ材料としてのガラス材料を調整する。本実施例では以下のような配合でレンズ材料を調整したが、特にこれに限定されるものではない。
Ａ）ガラス主材：ガラス配合比（重量％）
酸化ケイ素（ＳｉＯ2）：４７．０％
酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）：１５．０％
酸化ナトリウム、酸化カリウム：０．５％
酸化ゲルマニウム：３７．５％
Ｂ）バインダー
ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）：ガラス主材の５重量％
Ｃ）溶剤
エタノール：主材重量に対して  ０．２ｃｃ／ｇ
ターピネオール：主材重量に対して  ０．５ｃｃ／ｇ
【００６２】
〔レンズ基材充填工程〕
以上の材料を第１実施例と同様の方法により得られたガラスペーストを、凹部付き基板に充填した。充填方法は第１実施例と同じスクリーン印刷により実施した。得られた焼成前マイクロレンズアレイを第１実施例と同じ条件で予備加熱まで行い、その後昇温２として、毎分１０℃の上昇で約９５０℃まで上げた。この温度で約３０分程度維持し焼成した。ガラス材料は溶融し完全にガラス化し透明な状態となった。その後、炉内で自然冷却（徐冷）させたが、強制的に取り出し冷却することも可能である。なお、本実施例で使用したガラス材料の軟化点温度は約８７０℃であった。
【００６３】
こうして得られたマイクロレンズアレイを液晶パネルの対向基板として必要な工程を経て、ＴＦＴ基板と液晶を合わせてパネルとして組み立てた。
【００６４】
（第３実施例）
第１実施例と凹部付基板の形成工程が同じであるため、ここでの説明は省略する。
〔レンズ基材調整工程〕
レンズ材料としてのガラス材料を調整する。本実施例では以下のような配合でレンズ材料を調整したが、特にこれに限定されるものではない。
Ａ）ガラス主材：ガラス配合比（重量％）
酸化ケイ素（ＳｉＯ2）：４８．０％
酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）：１５．５％
酸化ナトリウム、酸化カリウム：０．５％
酸化ビスマス：１０．０％
酸化ゲルマニウム：２６．０％
Ｂ）バインダー
ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）：ガラス主材の５重量％
Ｃ）溶剤
エタノール：主材重量に対して  ０．２ｃｃ／ｇ
ターピネオール：主材重量に対して  ０．５ｃｃ／ｇ
【００６５】
〔レンズ基材充填工程〕
以上の材料を第１実施例と同様の方法により得られたガラスペーストを、凹部付き基板に充填した。充填方法は第１実施例と同じスクリーン印刷により実施した。得られた焼成前マイクロレンズアレイを第１実施例と同じ条件で予備加熱まで行い、その後昇温２として、毎分１０℃の上昇で約９５０℃まで上げた。この温度で約３０分程度維持し焼成した。ガラス材料は溶融し完全にガラス化し透明な状態となった。その後、炉内で自然冷却（徐冷）させたが、強制的に取り出し冷却することも可能である。なお、本実施例で使用したガラス材料の軟化点温度は約８５０℃であった。
【００６６】
こうして得られたマイクロレンズアレイを液晶パネルの対向基板として必要な工程を経て、ＴＦＴ基板と液晶を合わせてパネルとして組み立てた。
【００６７】
（第４実施例）
第１実施例と凹部付基板の形成工程が同じであるため、ここでの説明は省略する。
〔レンズ基材調整工程〕
レンズ材料としてのガラス材料を調整する。本実施例では以下のような配合でレンズ材料を調整したが、特にこれに限定されるものではない。
Ａ）ガラス主材：ガラス配合比（重量％）
酸化ケイ素（ＳｉＯ2）：４７．０％
酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）：１５．０％
酸化ナトリウム、酸化カリウム：０．５％
酸化ゲルマニウム：３７．５％
Ｂ）バインダー
ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）：ガラス主材の５重量％
Ｃ）溶剤
エタノール：ガラス主材重量に対して  ０．２ｃｃ／ｇ
ターピネオール：ガラス主材重量に対して  ０．５ｃｃ／ｇ
Ｄ）可塑剤
アジピン酸：ガラス主材重量の３重量％
【００６８】
以上の材料を蓋付きの樹脂製ボトルにガラス主材重量の３倍程度のジルコニアボール（直径Φ４ｍｍ）とともに入れ、ボールミル装置にかけて一定時間混合させガラスペーストを作製した。
【００６９】
得られたガラスペーストを、予め表面にＳｉＯ2を成膜したＰＥＴフィルムの片面上に、スクリーン印刷方式にて厚み２５μｍのシート状に印刷塗布した。本実施例では、スクリーン印刷方式でシートを形成したが、アプリケーターもしくはバーコーターなどを使用することも可能である。
【００７０】
ＰＥＴフィルムに印刷されたガラスペーストを自然乾燥させ、溶剤成分をある程度除去し半固形物、いわゆるグリーンシート（以下、グリーンシートという）がＰＥＴフィルム上に形成された。
【００７１】
〔レンズ基材充填工程〕
グリーンシート面を凹部付き基板の凹部形成部に対向するように載置し、加熱ホットプレートを有したプレス装置のプレート上に設置した。プレート温度を約１００℃に設定し、１ＫＮの圧力でレンズ基材にＰＥＴフィルム側からグリーンシートを圧入した。この時の圧入時間は約３０秒とし、その後、圧力開放を行いグリーンシートが圧入された凹部付き基板、すなわち焼成前マイクロレンズアレイを装置から取り出した。
【００７２】
取り出した焼成前マイクロレンズアレイのグリーンシート部に付着しているＰＥＴフィルムを剥がし、焼成前マイクロレンズアレイを電気炉に投入し、焼成（溶融）工程に入る。
【００７３】
電気炉での昇温シーケンスは、図５に示すようなシーケンスで、昇温１は室温から５００℃まで毎分５℃の上昇で上げ、５００℃で約１時間程度温度保持を行い予備加熱とした。次に昇温２として、毎分１０℃の上昇で約９５０℃まで上げた。この温度で約３０分程度維持し焼成した。ガラス材料は溶融し完全にガラス化し透明な状態となった。その後、炉内で自然冷却（徐冷）させたが、強制的に取り出し冷却することも可能である。本実施例で使用したガラス材料の軟化点温度は約８５０℃であった。
【００７４】
こうして得られたマイクロレンズアレイを液晶パネルの対向基板として必要な工程を経て、ＴＦＴ基板と液晶を合わせてパネルとして組み立てた。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
上述の実施形態により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は一般的に「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。
【００７６】
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により反射されダイクロイックミラー６５によって、青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）とは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により整形され赤色用の液晶ライトバルブ６８へ向かう。
【００７７】
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）のうち、緑色光（Ｇ）はダイクロイックミラー６９で反射され集光レンズ７０により整形され、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、整形され青色用の液晶ライトバルブ７７に入射される。
【００７８】
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。
【００７９】
上述の液晶ライトバルブ６８、７１、７７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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。この時、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を維持できるものである。
【符号の説明】
【００８２】
２４…凹部、２５…凹部付き基板、３０…スクリーン印刷版、３１…レンズ基材、３２…スキージ、３３…焼成前マイクロレンズアレイ。
【図１】
2011059156.tif 000003
【図２】
2011059156.tif 000004
【図３】
2011059156.tif 000005
【図４】
2011059156.tif 000006
【図５】
2011059156.tif 000007
【図６】
2011059156.tif 000008
【図７】
2011059156.tif 000009
【図８】
2011059156.tif 000010
【図９】
2011059156.tif 000011