(57)【要約】【課題】  段面視形状がより滑らかなレンズ等を提供すること。【解決手段】  粒子状の乳剤を含む乳剤層３２を基板３１の主面上に備え、乳剤層３２に光透過率の変化に対応する複数のパターンが形成されたグレイスケールマスクを用意する。乳剤の平均粒子サイズは１００ｎｍ以下である。また、複数のパターンそれぞれは、内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する。このグレイスケールマスクを利用してレンズアレイ基板２を製造する。【選択図】  図５
2008250192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状の乳剤を含む乳剤層を基板の主面上に備え、当該乳剤層に光透過率の変化に対応するパターンが形成されたグレイスケールマスクであって、
前記乳剤の平均粒子サイズは１００ｎｍ以下であることを特徴とするグレイスケールマスク。
【請求項２】
前記乳剤は、ハロゲン化銀であることを特徴とする請求項１記載のグレイスケールマスク。
【請求項３】
前記乳剤層は、ほぼ一定の厚みで前記基板の主面上に形成されることを特徴とする請求項１記載のグレイスケールマスク。
【請求項４】
前記乳剤層には、光透過率の変化に対応する複数の前記パターンが形成されることを特徴とする請求項１記載のグレイスケールマスク。
【請求項５】
前記パターンは、内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化することを特徴とする請求項１記載のグレイスケールマスク。
【請求項６】
前記パターンは、上面視形状が多角形のパターンであって、中心から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化することを特徴とする請求項１記載のグレイスケールマスク。
【請求項７】
前記パターンは、前記乳剤層にマトリクス状に配置されることを特徴とする請求項４又は請求項６記載のグレイスケールマスク。
【請求項８】
前記パターンは、中心から外側に１６段階以上の異なる光透過率を有することを特徴とする請求項６記載のグレイスケールマスク。
【請求項９】
前記パターンは、中心から外側に光透過率が実質的に一定の割合で増加又は減少することを特徴とする請求項６記載のグレイスケールマスク。
【請求項１０】
強度又は照射時間が変調されたレーザ光が前記乳剤層に順次照射されることで前記パターンは形成されることを特徴とする請求項１記載のグレイスケールマスク。
【請求項１１】
平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の粒子状の乳剤を含む乳剤層が主面上に形成された基板を用意し、
強度又は照射時間が変調されたレーザ光を前記基板に順次照射し、
光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有するパターンを前記乳剤層に形成する、
グレイスケールマスクの製造方法。
【請求項１２】
内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有する前記パターンを前記乳剤層に形成することを特徴とする請求項１１記載のグレイスケールマスクの製造方法。
【請求項１３】
光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有する複数の前記パターンを前記乳剤層に形成することを特徴とする請求項１１記載のグレイスケールマスクの製造方法。
【請求項１４】
前記乳剤層に集光される前記レーザ光のスポット径は、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１１記載のグレイスケールマスクの製造方法。
【請求項１５】
１６段階以上に強度が変調されたレーザ光を前記基板に順次照射することを特徴とする請求項１１記載のグレイスケールマスクの製造方法。
【請求項１６】
平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の粒子状の乳剤を含む乳剤層が主面上に形成された第１基板を用意し、
強度又は照射時間が変調されたレーザ光を前記第１基板に順次照射し、
内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有する複数のパターンを前記乳剤層に形成し、
前記第１基板の前記乳剤層に形成された複数の前記パターンを介して、第２基板上に形成されたレジスト層に露光光を照射し、
前記第２基板上の前記レジスト層の未改質部分を除去し、
前記第２基板上に複数のレンズを形成する、レンズアレイ基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項５記載のグレイスケールマスクを用いて、第２基板上に形成されたレジスト層に露光光を照射し、
前記第２基板上の前記レジスト層の未改質部分を除去し、
前記第２基板上に複数のレンズを形成する、レンズアレイ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グレイスケールマスク、グレイスケールマスクの製造方法、及びレンズアレイ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の普及に伴い、液晶表示装置に関する技術の進展が著しい。これに伴い、液晶表示装置に使用される個々の部品にも、高い性能が要求されている。
【０００３】
液晶表示装置は、レンズアレイ基板（マイクロレンズアレイ基板）を利用して、光源（バックライト等）からの光を各画素に集光させ、高輝度化を図っている。この場合、レンズアレイ基板のレンズを精度良く作成する必要がある。
【０００４】
レンズアレイ基板の作成に関しては、様々な技術が開発されている（特許文献２乃至６参照）。以下、特許文献１記載のレンズアレイ基板の製造方法について説明する。
【０００５】
特許文献１では、光透過率の変化に対応したパターンを有するグレイスケールマスクを作成する。そして、このグレイスケールマスクを利用して、レンズアレイ基板を作成する。
【０００６】
グレイスケールマスクは、強度変調したレーザ光を乾板に照射することで製造される。そして、グレイスケールマスクの濃淡模様を介して強度変調された露光光を基板上のレジスト層に照射し、現像処理を施し、レジスト層の未変質部分を除去し、レンズアレイ基板は製造される。
【特許文献１】特開２００６−３２３３２８号公報
【特許文献２】特開平８−１６６５０２号公報
【特許文献３】特開２００３−２９４９１２号公報
【特許文献４】特開２００４−２５２３７６号公報
【特許文献５】特表２００２−５２５６５２号公報
【特許文献６】特表昭６０−５０１９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように液晶表示装置の高性能化を実現するためには、レンズアレイ基板の個々のレンズを高精度に製造する必要がある。特許文献１記載のようにレンズアレイ基板を製造する場合、レジスト層の未改質部分の除去時に、レジスト層の改質部分も僅かに除去される。従って、形成されるレンズの形状(レンズの断面視形状)は滑らかになる。また、その後の平坦化処理によっても滑らかになる。しかし、このような処理のみでレンズの形状を滑らかにするだけでは不十分である。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、断面視形状がより滑らかなレンズ等を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるグレイスケールマスクは、粒子状の乳剤を含む乳剤層を基板の主面上に備え、当該乳剤層に光透過率の変化に対応するパターンが形成されたグレイスケールマスクであって、前記乳剤の平均粒子サイズは１００ｎｍ以下である。
【００１０】
前記乳剤は、ハロゲン化銀である、と良い。
【００１１】
前記乳剤層は、ほぼ一定の厚みで前記基板の主面上に形成される、と良い。
【００１２】
前記乳剤層には、光透過率の変化に対応する複数の前記パターンが形成される、と良い。
【００１３】
前記パターンは、内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する、と良い。
【００１４】
前記パターンは、上面視形状が多角形のパターンであって、中心から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する、と良い。
【００１５】
前記パターンは、前記乳剤層にマトリクス状に配置される、と良い。
【００１６】
前記パターンは、中心から外側に１６段階以上の異なる光透過率を有する、と良い。
【００１７】
前記パターンは、中心から外側に光透過率が実質的に一定の割合で増加又は減少する、と良い。
【００１８】
強度又は照射時間が変調されたレーザ光が前記乳剤層に順次照射されることで前記パターンは形成される、と良い。
【００１９】
本発明にかかるグレイスケールマスクの製造方法は、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の粒子状の乳剤を含む乳剤層が主面上に形成された基板を用意し、強度又は照射時間が変調されたレーザ光を前記基板に順次照射し、光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有するパターンを前記乳剤層に形成する。
【００２０】
内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有する前記パターンを前記乳剤層に形成する、と良い。
【００２１】
光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有する複数の前記パターンを前記乳剤層に形成する、と良い。
【００２２】
前記乳剤層に集光される前記レーザ光のスポット径は、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲に設定される、と良い。
【００２３】
１６段階以上に強度が変調されたレーザ光を前記基板に順次照射する、と良い。
【００２４】
本発明にかかるレンズアレイ基板の製造方法は、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の粒子状の乳剤を含む乳剤層が主面上に形成された第１基板を用意し、強度又は照射時間が変調されたレーザ光を前記第１基板に順次照射し、内側から外側に光透過率が段階的又は連続的に変化する部分を有する複数のパターンを前記乳剤層に形成し、前記第１基板の前記乳剤層に形成された複数の前記パターンを介して、第２基板上に形成されたレジスト層に露光光を照射し、前記第２基板上の前記レジスト層の未改質部分を除去し、前記第２基板上に複数のレンズを形成する。
【００２５】
本発明にかかるレンズアレイ基板の製造方法は、上述のグレイスケールマスクを用いて、第２基板上に形成されたレジスト層に露光光を照射し、前記第２基板上の前記レジスト層の未改質部分を除去し、前記第２基板上に複数のレンズを形成する。
【発明の効果】
【００２６】
断面視形状がより滑らかなレンズ等を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。
【００２８】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態について、以下、図１乃至図１０を用いて説明する。  図１に、液晶表示装置の概略的な構成を説明するための説明図を示す。図２に、レンズアレイ基板を平面視した構成を説明するための模式図を示す。図３に、透明電極層６の画素領域の概略的な構成を説明するための模式図を示す。図４に、レンズの機能を説明するための説明図を示す。図５、図６に、グレイスケールマスクの製造工程を説明するための説明図を示す。図７に、乳剤の平均粒子サイズが異なる各条件で、露光量の変化に対する光透過率の変化を説明するための説明図を示す。図８に、乳剤の平均粒子サイズが露光条件に与える影響について説明するための説明図を示す。図９に、グレイスケールマスクの構成を示す模式図を示す。図１０に、レンズアレイ基板の製造工程を説明するための説明図を示す。図１１に、レンズの表面粗さと乳剤の平均粒子サイズとの関係を説明するための説明図を示す。図１２に、乳剤の平均粒子サイズごとのレンズの表面粗さの違いを説明するための説明図を示す。
【００２９】
図１に、液晶表示装置５０を示す。液晶表示装置５０は、いわゆる半透過型の液晶表示装置である。
【００３０】
液晶表示装置５０は、偏光板１、レンズアレイ基板２（透明基板３、レンズ４）、リム５、透明電極層６、配向膜７、液晶層８、配向膜９、透明電極層１０、フィルタ層１１、透明基板１２、偏光板１３、をこの順で備える。
【００３１】
偏光板１は、特定の偏光成分の光を透過させる光学部材である。偏光板１３も、偏光板１と同様に、特定の偏光成分の光を透過させる光学部材ある。偏光板１を通過する光の振動方向と偏光板１３を通過する光の振動方向とは直交関係にある。
【００３２】
レンズアレイ基板２は、透明基板３、複数のレンズ４を有する。透明基板３は、透明基板１２と共に、透明電極層６〜フィルタ層１１を機械的に保持する。レンズ４は、バックライト（不図示）からの光を、透明電極層６の開口部２０（図３参照）に集光させる。なお、透明基板３、１２は、板状の部材（ガラス、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等）であって、可視光領域の光(バックライトからの光等)に透明である。レンズ４は、フォトレジスト（感光性樹脂材料）からなる。レンズ４のレンズ作用によって、バックライトからの光の利用効率は高められ、液晶表示装置５０の高輝度化を図ることができる。
【００３３】
透明基板３上には、リム５も配置される。リム５の厚みは、レンズ４の厚みに応じて設定される。リム５は、レンズアレイ基板２上に配置される偏光板１を保持する。
【００３４】
図２に、レンズアレイ基板２を平面視した模式図を示す。図２に示すように、複数のレンズ４は、透明基板３の主面上に隙間なくマトリクス状に配置される。なお、レンズ４間に隙間が生じないように、レンズ４の上面視形状は多角形（六角形）に設定されている。また、リム５は、透明基板３の主面の縁側の部分に配置される。リム５の内側には、複数のレンズ４が配置される。
【００３５】
図１に示すように、透明電極層６は、複数のＴＦＴ(Thin Film Transistor)素子１５を有する。透明電極層６は、導電性薄膜（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）から形成される。透明電極層６は、透明電極層１０と共に、液晶層８に電界を印加する。液晶層８の液晶の配向状態は、電界が印加されることで制御される。液晶の配向状態が制御されることによって、バックライトからの光の透過、不透過が制御される。
【００３６】
配向膜７、配向膜９は、液晶層８を挟持するように配置される。配向膜７、配向膜９は、液晶分子を所定の方向に揃える。配向膜７、配向膜９は、高分子材料であるポリイミド（Polyimide）等の有機薄膜で形成される。
【００３７】
フィルタ層１１は、画素ごとに、赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ）のフィルタを有する。また、フィルタ層１１は、遮光膜１４を画素間に有する。遮光膜１４は、画素間の光のクロストークを防止する。
【００３８】
図３に、透明電極層６の画素領域ＰＸの概略的な構成を示す。図３に示すように、透明電極層６の画素領域ＰＸは、開口部２０、反射部２１を有する。また、画素領域ＰＸ間には配線２２が形成される。なお、ここでは、ＴＦＴ素子１５は図示されていない。レンズ４で集光されたバックライトからの光は、開口部２０を通過する。開口部２０の周囲の反射部２１は、透明基板１２側から入射する光を反射する。反射部２１を設けることにより、外来光を液晶表示装置の光源として活用する。
【００３９】
図４に、レンズ４の機能について説明するための説明図を示す。図４（ａ）に、透明基板３上にレンズ４を設けない場合を示す。図４（ｂ）に、透明基板３上にレンズ４を設けた場合を示す。
【００４０】
図４（ａ）に示すようにレンズ４を設けない場合、バックライトからの光の一部は開口部２０を通過して前方に進行することができるが、その他の光は反射部２１に妨げられ前方に進行することができない。
【００４１】
他方、図４（ｂ）に示すようにレンズ４を設ける場合、バックライトからの光の大部分は開口部２０を通過して前方に進行することができる。すなわち、レンズ４を配置することによって、バックライトからの光の利用効率を格段に高めることができる。
【００４２】
ここで、図５乃至図１０を参照して、レンズアレイ基板２の製造方法について説明する。本実施形態にかかるレンズアレイ基板２は、透明基板３上に複数のレンズ４を形成することにより製造される。複数のレンズ４は、グレイスケールマスクを用いたリソグラフィー技術を活用して製造される。従って、ここでは、まず、グレイスケールマスクの製造方法について説明した後、レンズアレイ基板２の製造方法について説明する。
【００４３】
図５、図６を用いて、グレイスケールマスクの製造方法について説明する。
【００４４】
図５に示すように、レーザ照射装置４５を利用して、乾板３０にレーザ光を大気中で照射する。
【００４５】
乾板３０は、透明基板３１、乳剤層３２を有する。乾板３０は、通常の薄膜形成技術を活用して、透明基板３１の上面に乳剤層３２が塗布されることで形成される。なお、乳剤層３２は、多数の粒子状の乳剤（例えば、リスプレート乳剤、ハイレゾプレート乳剤）を含む。なお、ここでは、乳剤は、ハロゲン化銀(塩化銀(AgCl)、臭化銀(AgBr)、ヨウ化銀(AgI)等)を成分とする。
【００４６】
図５に示すように、乾板３０の上面（主面）は、行を規定する仮想線Ｌｈ１〜Ｌｈｘ、列を規定する仮想線Ｌｖ１〜Ｌｖｘによって、２次元状の単位区分Ｄ１１〜Ｄｘｘが設定されている。換言すると、乾板３０の主面は、２次元状の単位区分Ｄ１１〜Ｄｘｘに分割されている。レーザ照射装置４５から乾板３０に照射されるレーザ光のスポット径は、各単位区分Ｄ１１〜Ｄｘｘの面積に応じて設定される。尚、レーザ光のスポット径は、０．１μｍ〜１．０μｍに設定すると良い。そして、単位区分ごとにレーザ光の強度を変調することによって、グレイスケールマスクは製造される。なお、図５に示した単位区分は、説明の便宜上、簡略化されている。
【００４７】
例えば、次のように乾板３０にレーザ光を照射する。まず１行目の単位区分にレーザ光を照射する。すなわち、紙面に向かって、乾板３０を右から左に移動させ、単位区分Ｄ１１〜Ｄ１ｘにレーザ光を順次照射する。このとき、形成されるべきパターン（濃淡模様）に応じて、単位区分Ｄ１１〜Ｄ１ｘには、強度が変調されたレーザ光が順次照射される。次に、２行目の単位区分にレーザ光を照射する。すなわち、紙面に向かって、乾板３０を右から左に移動させ、単位区分Ｄ２１〜Ｄ２ｘにレーザ光を順次照射する。上述と同様に、形成されるべきパターンに応じて、単位区分Ｄ２１〜Ｄ２ｘには、強度が変調されたレーザ光が順次照射される。３行目以降も同様に各行の単位区分にレーザ光を順次照射する。
【００４８】
照射対象とする単位区分を変更するたびに、照射されるレーザ光の強度は変調される。これにより、単位区分ごとのレーザ光の露光量（照射量）を適宜設定することができる。なお、レーザ光の露光時間を変調することで、単位区分ごとのレーザ光の露光量を設定することも可能である。
【００４９】
ここで、レーザ照射装置４５について説明する。図５に示すように、レーザ照射装置４５は、レーザ発振器４０、減衰フィルタ４１、反射ミラー４２、光学系４３、対物レンズ４４を有する。
【００５０】
レーザ発振器４０は、固体レーザ装置であって、レーザ媒質（YAG(Yttrium Aluminum Garnet)）がドープされたロッド、励起光源、共振ミラー、波長変換素子、Ｑスイッチ素子（電気光学結晶）を有する。なお、励起光源は、フラッシュランプ、又は半導体レーザである。レーザ発振器４０から出力されるレーザ光の波長は、５１４ｎｍである。
【００５１】
減衰フィルタ４１は、複数のＮＤ（Neutral Density）フィルタから構成される。通常、レーザ発振器４０から出力されるレーザ光の強度は必要以上に強い。従って、乾板３０の乳剤層３２の改質の程度を制御可能とするため、レーザ光の強度を減衰させる。
【００５２】
光学系４３は、各種の光学系を用いて、レーザ光のビーム形状を整形したり、ビームに強度を変調させたり、或いはビームスキャンの実行等をする。対物レンズ４４は、光学系４３からの光を乾板３０に集光する。
【００５３】
レーザ照射装置４５は、レーザ発振器４０から出射され、減衰フィルタ４１、反射ミラー４２、光学系４３、対物レンズ４４をこの順で通過したレーザ光を乾板３０に照射する。
【００５４】
次に、図６を参照して、グレイスケールマスクの製造方法について具体的に説明する。
【００５５】
図６（ａ）に示すように、まず透明基板３１を用意する。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に模式的に示すように、通常の薄膜形成技術を活用して、透明基板３１上に乳剤層３２を形成する。このようにして、透明基板３１上に乳剤層３２が形成された乾板３０を用意する。
【００５７】
次に、図６（ｃ）に模式的に示すように、図５で説明したようにレーザ光（波長：５１４ｎｍ）を乳剤層３２に照射する。なお、ここでは説明の便宜上、レーザ光の強度変調数を７段階としているが、最終的に形成されるレンズの断面視形状をより滑らかにする場合には、レーザ光の強度変調数を１６段階以上に設定すると良い。より好ましくは、レーザ光の強度変調数を、１６〜２５６段階に設定すると良い。そして、透明基板３１上の乳剤層３２に、現像液、定着液を施す。  
【００５８】
このようにして、図６（ｄ）に示すように、光透過率の変化に対応する複数のパターン（濃淡模様）を有するグレイスケールマスク３３を得る。
【００５９】
本実施形態においては、乳剤層３２に含まれる粒子状の乳剤は、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下である。このような条件で製造されたグレイスケールマスクを用いてレンズアレイ基板を製造すると、最終的に形成されるレンズのレンズ形状が格段に改善されたレンズアレイ基板を実現することができる。
【００６０】
ここで、図７、８を参照して、乳剤の平均粒子サイズが異なる３つの条件ごとに、露光量の変化に対して乳剤層３２の光透過率がどのように変化するのか説明する。
【００６１】
ここでは、乳剤の平均粒子サイズ８０ｎｍ、１５０ｎｍ、２５０ｎｍの３つの条件について説明する。
【００６２】
なお、光透過率は、乳剤層自体の厚みによって変化する。ここでは、上述の条件で、乳剤層の厚みを一定としていない。従って、図７では、各条件で光透過率の変化が始まる露光量は、各条件の乳剤層の厚みに応じたものとなっている。
【００６３】
図７から明らかなように、平均粒子サイズが小さいほど、露光量の変化に対する光透過率の変化の度合いは小さくなる。換言すると、平均粒子サイズが小さいほど、露光量の変化に対する光透過率の変化の度合いは鈍感になる。
【００６４】
尚、図７に示すように、露光量の変化に対する光透過率の変化の度合いが最も大きい場合は、平均粒子サイズ＝２５０ｎｍの場合である。露光量の変化に対する光透過率の変化の度合いが最も小さい場合は、平均粒子サイズ＝８０ｎｍの場合である。
【００６５】
図８を用いて、さらに説明を補足する。
【００６６】
図８（ａ）に模式的に示すように、平均粒子サイズ＝２５０ｎｍの場合、露光量の変動量に対する光透過率の変動量は大きい。従って、強度変調したレーザ光を乾板３０に照射する場合、レーザ強度が意図したレーザ強度からずれると、光透過率は意図した光透過率から大きくずれてしまう。また、範囲Ｒ１に対応する範囲でレーザ光の強度を変調する必要がある。
【００６７】
図８（ｂ）に模式的に示すように、平均粒子サイズ＝１５０ｎｍの場合、露光量の変動量に対する光透過率の変動量は大きい。従って、強度変調したレーザ光を乾板３０に照射する場合、レーザ強度が意図したレーザ強度からずれると、光透過率は意図した光透過率から大きくずれてしまう。また、範囲Ｒ２に対応する範囲でレーザ光の強度を変調する必要がある。
【００６８】
図９（ｃ）に模式的に示すように、平均粒子サイズ＝８０ｎｍの場合、露光量の変動量に対する光透過率の変動量は小さい。従って、強度変調したレーザ光を乾板３０に照射する場合、レーザ強度が意図したレーザ強度からずれたとしても、光透過率は意図した光透過率から大きくずれることは抑制される。また、範囲Ｒ３に対応する範囲でレーザ光の強度を変調すればよいため、レーザ光の強度の変調数を増加させることもできる。
【００６９】
上述の説明から明らかなように、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の乳剤を使用することによって、露光量の変化に対する光透過率の変化を鈍感にすることができる。これによって、露光条件（レーザ照射条件）の変動によって、光透過率が意図した値から大きく変動することが抑制される。なお、乳剤の平均粒子サイズの下限は、３０ｎｍであると良い。
【００７０】
後述の説明からも明らかになるが、レンズアレイ基板のレンズのレンズ形状は、パターンの光透過率に対応して設定される。露光条件の変動によって光透過率が意図した光透過率から変動すると、最終的に形成されるレンズのレンズ形状が悪化してしまう。換言すると、設計どおりのレンズ形状を実現できない。本実施形態では、この点にかんがみて、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の乳剤を使用し、露光条件の変動が光透過率の変動に影響する程度を緩和する。そして、最終的に製造されるレンズアレイ基板のレンズのレンズ形状を改善する。
【００７１】
また、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の乳剤を使用することで、レーザ光の強度を変調できる範囲を広く設定することもできる。レーザ光の強度変調数を増加させ、パターンの光透過率の変化をよりスムーズなものとし、最終的に製造されるレンズのレンズ形状をさらに改善することもできる。但し、変調数の増加に伴って、グレイスケールマスクの製造時間が長時間化する点は留意する必要がある。
【００７２】
ここで、図９に、グレイスケールマスク３３の構成を説明するための模式図を示す。図９（ａ）に、グレイスケールマスク３３を上面視した構成を模式的に示す。図９（ｂ）に、Ｘ６ｂ−Ｘ６ｂ間のグレイスケールマスク３３の構成を模式的に示す。
【００７３】
図９（ａ）に示すように、グレイスケールマスク３３は、複数のパターンを有する。パターンは、多角形（六角形）状で、マトリクス状に隙間なく形成されている。パターンは、その内側からその外側に光透過率が段階的に低くなる。パターンの上面視形状は、製造されるべきレンズ４の上面視形状と等しい。なお、図面上、濃い部分ほど光透過率が低く、薄い部分ほど光透過率は高い。
【００７４】
図９（ｂ）に示すように、乳剤層３２に形成されるパターンは、ｘ軸方向（乳剤層の厚み方向に直交する方向）で光透過率が変化する。乳剤層３２に形成されるパターンは、ｚ軸方向（乳剤層３２の厚み方向）で光透過率は変化しない。
【００７５】
図１０を参照して、グレイスケールマスク３３を用いて、レンズアレイ基板を製造する方法について説明する。
【００７６】
まず、図１０（ａ）に示すように、露光対象物上にグレイスケールマスク３３を用意する。露光対象物は、透明基板３上にレジスト層４ａが形成された部材である。
【００７７】
次に、図１０（ｂ）に示すように、グレイスケールマスク３３を介して、露光光（紫外線）を照射する。
【００７８】
このとき、グレイスケールマスク３３のパターンによって、レジスト層４ａに入射される露光光の光量は調整される。すなわち、パターンの光透過率が高い部分（淡い部分）に対応するレジスト層４ａの部分は、パターンの光透過率が低い部分（濃い部分）に対応するレジスト層４ａの部分よりも単位時間当たりの露光量が多い。単位時間当たりの露光量が多いほど、レジスト層４ａが改質される程度は大きい。従って、パターンの光透過率が高い部分（淡い部分）に対応するレジスト層４ａの部分は、パターンの光透過率が低い部分（濃い部分）に対応するレジスト層４ａの部分よりもレジスト層４ａの厚み方向の反応量は多い。グレイスケールマスク３３のパターンにおける光透過率の変化は、レジスト層４ａの反応深度に変換される。
【００７９】
レジスト層４ａは、ネガ型のレジストである。従って、パターンの光透過率が高い部分（淡い部分）に対応するレジスト層４ａの部分はレンズの肉厚部分となる。他方、グレイスケールマスクのパターンの光透過率が低い部分（濃い部分）に対応するレジスト層４ａの部分はレンズの肉薄部分となる。
【００８０】
露光後、レジスト層４ａの未改質部分を所定の薬液を使用して除去する。また、所定の溶剤（３％のアセトン水溶液）を使用して、形成されたレンズの表面を平坦化（スムージング）する。
【００８１】
これらの処理によって、図１０（ｃ）に示すように、複数のレンズ４が透明基板３上に形成される。
【００８２】
ここで、平均粒子サイズが１００ｎｍ以下の乳剤を使用した場合、最終的に形成されるレンズの形状がより滑らかになることを、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００８３】
図１１に、スムージング後のレンズの表面粗さと乳剤の平均粒子サイズとの関係を示す。図１１に示すように、乳剤の平均粒子サイズが１００ｎｍ以下では、最終的に形成されたレンズの表面粗さは十分に低くなる。なお、レンズの表面状態は、ＡＦＭ(Atomic Force Microscope)(原子間力顕微鏡)を用いることにより測定できる。なお、ここでは、表面粗さは、中心線平均粗さＲａで定義した。
【００８４】
また、図１２に、最終的に得られたレンズを平面的に写した画像を示す。図１２に示すように、平均粒子サイズが小さくなるほど、最終的に形成されるレンズのレンズ形状は滑らかになる。
【００８５】
なお、図１２では、濃い部分ほどレンズの肉厚は薄くなり、淡い部分ほどレンズの肉厚は厚くなる。
【００８６】
図１２（ａ）の場合（平均粒子サイズ＝２５０ｎｍ）、形成されるべきレンズ形状に対応して、内側から外側にスムーズに濃さの度合いが変化していなく、レンズ表面が粗れていることが分かる。
【００８７】
図１２（ｂ）の場合（平均粒子サイズ＝１５０ｎｍ）、図１２（ａ）と比較して多少改善されているものの、形成されるべきレンズ形状に対応して、内側から外側にスムーズに濃さの度合いが変化していなく、レンズ表面が粗れていることが分かる。
【００８８】
図１２（ｃ）の場合（平均粒子サイズ＝８０ｎｍ）、形成されるべきレンズ形状に対応して、内側から外側にスムーズに濃さの度合いが変化しており、レンズ表面が粗れていないことが分かる。
【００８９】
このように本実施形態では、乳剤の平均粒子サイズを１００ｎｍ以下とし、露光条件の変動によって最終的に形成されるレンズ形状に粗れが生じることを抑制する。換言すると、乳剤の平均粒子サイズを１００ｎｍ以下とし、最終的に形成されるレンズ形状をより滑らかなものとする。これにより、高精度なレンズアレイ基板を実現でき、液晶表示装置におけるバックライト光の光利用効率をさらに高めることができる。
【００９０】
本発明の技術的範囲は、上述の実施の形態に限定されない。レンズアレイ基板は、液晶表示装置以外の他の様々な光学デバイスに活用することができる。乳剤の具体的な種類は問わない。最終的に形成されるレンズは、凸レンズに限らず、断面視形状が三角形状のレンズであっても良い。すなわち、レンズの具体的な形状は任意である。また、個々のレンズごとに異なるレンズ形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】液晶表示装置の概略的な構成を説明するための説明図である。
【図２】レンズアレイ基板を平面視した構成を説明するための模式図である。
【図３】透明電極層６の画素領域の概略的な構成を説明するための模式図である。
【図４】レンズの機能を説明するための説明図である。
【図５】グレイスケールマスクの製造工程を説明するための説明図である。
【図６】グレイスケールマスクの製造工程を説明するための説明図である。
【図７】乳剤の平均粒子サイズが異なる各条件で、露光量の変化に対する光透過率の変化を説明するための説明図である。
【図８】乳剤の平均粒子サイズが露光条件に与える影響について説明するための説明図である。
【図９】グレイスケールマスクの上面構成及び断面構成を示す模式図である。
【図１０】レンズアレイ基板の製造工程を説明するための説明図である。
【図１１】レンズの表面粗さと乳剤の平均粒子サイズとの関係を説明するための説明図である。
【図１２】乳剤の平均粒子サイズごとのレンズの表面粗さの違いを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００９２】
３１    透明基板
３２  乳剤層
３３    グレイスケールマスク
１    偏光板
２    レンズアレイ基板
３    透明基板
４ａ    レジスト層
４    レンズ
５    リム
６    透明電極層
７    配向膜
８    液晶層
９    配向膜
１０    透明電極層
１１    フィルタ層
１２    透明基板
１３    偏光板
１４    遮光膜
１５    ＴＦＴ素子
１６    スペーサ
２０    開口部
２１    反射部
２２    配線
４０    レーザ発振器
４１    減衰フィルタ
４２    反射ミラー
４３    光学系
４４    対物レンズ
４５    レーザ照射装置
５０    液晶表示装置
【図１】
2008250192.tif 000003
【図２】
2008250192.tif 000004
【図３】
2008250192.tif 000005
【図４】
2008250192.tif 000006
【図５】
2008250192.tif 000007
【図６】
2008250192.tif 000008
【図７】
2008250192.tif 000009
【図８】
2008250192.tif 000010
【図９】
2008250192.tif 000011
【図１０】
2008250192.tif 000012
【図１１】
2008250192.tif 000013
【図１２】
2008250192.tif 000014