(57)【要約】【課題】光の利用効率を高くし、マイクロレンズアレイの製造方法を簡単化し、設備費用の低減を図ることができるマイクロレンズアレイの製造方法および投影形液晶表示装置を提供する。【解決手段】第２レンズ１４の形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１レンズ１２に照射し、透過光を紫外線硬化樹脂層３３に照射するだけの操作で、第１，第２レンズ１２，１４が相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置される。前記平行光を第１レンズ１２に照射することで、広い面積にわたって均一な露光が可能となり、ウエハ単位での露光が可能となる。【選択図】　　　図１
2004117743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマイクロレンズアレイを作製する第１工程と、
感光性材料から成る層を形成する第２工程と、
第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射し、第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光を、感光性材料から成る層に照射して、第２のマイクロレンズアレイを形成する第３工程とを有する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】
感光性材料は感光性樹脂であり、この感光性樹脂から成る層に、前記透過光を照射して感光させることで、第２のマイクロレンズアレイを形成する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】
予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材に、平行光を透過させることによって、前記強度分布が付与される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４】
前記第１工程において、第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ型を用いて、第１のマイクロレンズアレイを作製し、
第２工程の後、第３工程において、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、前記スタンパ型に一体化されて成るマスク部材を介して第１のマイクロレンズアレイに照射し、
第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光を、感光性材料から成る層に照射して、第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
光透過性の板体に、特定の波長の光の透過率を変化させる材料を塗布することによって、マスク部材が形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
第１工程において、スタンパ型を用いて、第１のマイクロレンズアレイを作製した後、
第１のマイクロレンズアレイとスタンパ型とを一体化したまま、第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とする請求項４に記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項７】
厚み方向一端面部に設けられる第１のマイクロレンズアレイと、厚み方向他端面部に設けられ、シリンドリカル形状に形成される第２のマイクロレンズアレイとを有することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項８】
厚み方向一端面部に設けられる第１のマイクロレンズアレイと、
厚み方向他端面部に設けられ、非球面形状に形成される第２のマイクロレンズアレイとを有することを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項９】
請求項１〜６に記載のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【請求項１０】
液晶表示素子と、
液晶表示素子の画素位置に、光源からの光を集光させる請求項７または８に記載のマイクロレンズアレイとを備えることを特徴とする投影形液晶表示装置。
【請求項１１】
光源と、
光源からの白色光束を複数の光束に分割する光束分割手段とをさらに備え、
液晶表示素子は、
前記光束分割手段によって分割された複数の光束を透過させ、これら光束の強度分布を選択的に変化させることを特徴とする請求項１０に記載の投影形液晶表示装置。
【請求項１２】
第１のマイクロレンズアレイを形成するためのスタンパ型であって、
第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ型と、
第２のマイクロレンズアレイを形成するためのマスク部材であって、
予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材とが一体化されて成ることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法および投影形液晶表示装置に関し、たとえば液晶パネルなどを含む映像投影装置などに適用される技術に関する。
【０００２】
本発明において、用語「シリンドリカル形状」とは、部分円筒形状と同義である。
【０００３】
【従来の技術】
液晶表示装置は、直視形と投影形とに大別されている。たとえば、液晶プロジェクターなどにおいては、レンズを用いてスクリーンに表示セルの内容を投影する投影形であって、大画面表示が容易な投影形のものが用いられている。この投影形液晶表示装置は、投影形ブラウン管表示装置と比較すると、色再現範囲が広く、小形、軽量であるため可搬性に優れている。投影形液晶表示装置の光学系は、地磁気の影響を受けないので、投影形液晶表示装置においては、コンバージェンス調整つまり色ずれ補正が不要になる。投影形液晶表示装置は、前述の特長を備えるとともに、直視形のものと比べて大画面化も容易であるので、家庭用映像表示装置の主流になると考えられる。
【０００４】
液晶表示素子を用いたカラーの投影形画像表示方式には、三原色に応じて３枚の液晶表示素子を用いる三板式と、１枚の液晶表示素子を用いる単板式とがある。三板式の画像表示方式の構造は、白色光を赤、緑、青の三原色にそれぞれ分割する光学系と、各色の光束を制御して画像を形成する３枚の液晶表示素子とがそれぞれ独立に設けられ、各色の画像が光学的に重畳されてフルカラー表示される。
【０００５】
単板式の画像表示方式の構造においては、各画素に三原色のカラーフィルタを配置することによって、１枚の液晶表示素子でカラー画像を投影するようになっている。この単板式のものは、使用する液晶表示素子が一枚ですみ、かつ光学系の構造も三板式のものと比べて単純化するので、投影形液晶表示装置の部品点数を削減して製作コストを低減することができるうえ、その小形化を図ることが可能になる。
【０００６】
単板式の液晶表示素子を備えた投影形液晶表示装置であって、カラーフィルタを設けないいわゆるカラーフィルタレスの投影形液晶表示装置（たとえば特許文献１参照）も実用化されている。前記液晶表示素子において、基板の光入射側の一端面部には、第１のマイクロレンズアレイが貼付けられている。基板の光出射側の他端面部には、第２のマイクロレンズアレイが貼付けられている。
【０００７】
図示外の３枚のダイクロイックミラーによって、白色光源からの白色光は、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各色に分割される。分割された各色の光束は、第１のマイクロレンズアレイによって、第２のマイクロレンズアレイの光出射位置近傍に集光させる。第２のマイクロレンズアレイは、入射された複数の光束の主光線を平行化して液晶表示素子から出射させる。これら第１および第２のマイクロレンズアレイは、熱だれ法、イオン交換法、熱転写法、機械加工法などを用いてそれぞれ製造され、製造された第１および第２のマイクロレンズアレイの光軸を位置合わせしつつ基板に貼付けることによって、２層マイクロレンズアレイが製造される。
【０００８】
２層マイクロレンズアレイを製造する製造方法（たとえば、特許文献２参照）も種々提案されている。前記特許文献２に記載の製造方法においては、紫外線照射によって硬化する紫外線硬化樹脂を用いたいわゆる２Ｐ（２Ｐ：Ｐｈｏｔｏ
Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法によって、２層マイクロレンズアレイが成形される。具体的には、テーブルに吸着支持された基板に対し、上下駆動可能な上下駆動機構が設けられている。
【０００９】
この上下駆動機構にスタンパが吸着支持された状態で、これらスタンパと前記基板との間に、紫外線硬化樹脂を供給し、上下駆動機構を駆動させスタンパによって、供給された紫外線硬化樹脂を所望の形状に成形する。その後、紫外線照射によって紫外線硬化樹脂を硬化させ、上下駆動機構によってスタンパを離脱させる。このような樹脂供給、上下駆動機構およびスタンパを用いた成形、紫外線硬化、スタンパの離脱を繰返し実行することによって、２枚の基板間に２層マイクロレンズアレイが成形される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−１８１４８７号公報（第７頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−９８１０２号公報（第８頁、第１３−１６図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述した三板式の従来技術においては、白色光源から放射される光を有効に利用することができ、かつ色の純度も高いが、色分離系と色合成系とが必要であるため、光学系が複雑化し部品点数が多くなる。したがってこの投影形液晶表示装置は、製作コストが高くなるだけでなく、製造方法が複雑化する。
【００１２】
単板式でカラーフィルタを用いた従来技術では、三板式の従来技術と比べて、製作コストの低減および小形化を図ることが可能になるが、カラーフィルタによる光の吸収または反射が起こるので、入射光のたとえば約１／３程度しか利用することができない。したがって、光の利用効率が悪く表示画面が暗くなる。
【００１３】
特開平７−１８１４８７号公報に記載の従来技術では、第２のマイクロレンズアレイを設けることによって、表示画面を明るくすることが可能になるが、第１および第２のマイクロレンズアレイを基板に貼付けるとき、第１のマイクロレンズアレイの微細なレンズパターンの複数のレンズの中心と、対応する第２のマイクロレンズアレイの複数のレンズの中心とが一致するように位置合わせしなければならない。この第１および第２のマイクロレンズアレイの位置合わせは困難であり、高精度の位置決め装置および貼合わせ装置などが必要になるので、設備費用が高くなる。
【００１４】
特開２０００−９８１０２号公報に記載の従来技術では、スタンパを上下駆動機構によって複数回移動させて、第１および第２のマイクロレンズを作製している。前記上下駆動機構は、たとえば真直度の高い直動軸受を有しており、第１および第２のマイクロレンズの位置合わせ精度は、前記直動軸受の真直度によって略決定される。しかし上述したような真直度の高い直動軸受を採用したとしても、前記位置合わせ精度を、必要な仕様である画素ピッチの１０％以内に抑えることは困難である。第１および第２のマイクロレンズの位置合わせ精度が、必要な規定値から外れると、光の利用効率が著しく低下するだけでなく、隣接する画素に光束が不所望に入る。それ故、いわゆる混色が発生し、画質を著しく低下させる。
【００１５】
また第１および第２のマイクロレンズの位置ずれを、最小限に抑えるには、第１のマイクロレンズを成形した後、基板とスタンパとを装置に吸着支持した状態で、第２のマイクロレンズを成形することが必要である。それ故、第１のマイクロレンズの形状と、第２のマイクロレンズの形状とは、必然的に同一形状となる。したがって、設計の自由度が著しく制限され、最適な光の利用効率を得ることができる２層マイクロレンズアレイは、実現不可能となる。このように設計の自由度が著しく制限されるので、前記従来技術を用いて特開平７−１８１４８７号公報に記載の２層マイクロレンズアレイを作製することは、到底不可能である。
【００１６】
また特開２０００−９８１０２号公報に記載の従来技術では、第１のマイクロレンズ、第２のマイクロレンズ、基板の順に屈折率を大きくする必要がある。しかしＵＶ（ＵＶ：Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）樹脂の屈折率の幅に制限があるので、レンズ面で十分な屈折率差が確保できず、短い焦点距離のレンズを作製することができなかった。
【００１７】
しかも２Ｐ法または射出成形法においては、隣接するマイクロレンズ間の垂直壁部を形成することが困難である。たとえ２Ｐ法または射出成形法を用いて、前記垂直壁部を形成できたとしても、離型時に、垂直壁部つまりマイクロレンズ自体を破損してしまうという問題があった。
【００１８】
したがって本発明の目的は、光の利用効率を高くするとともに、マイクロレンズアレイの製造方法を簡単化し、設備費用の低減を図ることができるマイクロレンズアレイの製造方法および投影形液晶表示装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１のマイクロレンズアレイを作製する第１工程と、
感光性材料から成る層を形成する第２工程と、
第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射し、第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光を、感光性材料から成る層に照射して、第２のマイクロレンズアレイを形成する第３工程とを有することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法である。
【００２０】
本発明に従えば、第１工程において、第１のマイクロレンズアレイを作製し、第２工程において、感光性材料から成る層を形成する。その後第３工程において、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射する。この第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光は、第２工程で形成された感光性材料から成る層に照射される。これによって第２のマイクロレンズアレイが形成される。
【００２１】
このように、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射して、透過光を感光性材料から成る層に照射するだけの操作によって、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置される。それ故、第１および第２のマイクロレンズアレイの光学的特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも１つのマイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを、機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。
【００２２】
特に、平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射することで、広い面積に渡って均一な露光が可能となり、ウエハ単位での露光が可能となる。
【００２３】
また本発明は、感光性材料は感光性樹脂であり、この感光性樹脂から成る層に、前記透過光を照射して感光させることで、第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、第３工程において、感光性樹脂から成る層に前記透過光を照射して感光させることで、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００２５】
また本発明は、予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材に、平行光を透過させることによって、前記強度分布が付与されることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、第３工程において、予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材に、平行光を透過させることによって、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布が付与され、所望の第２のマイクロレンズアレイの形状を実現することができる。
【００２７】
また本発明は、前記第１工程において、第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ型を用いて、第１のマイクロレンズアレイを作製し、
第２工程の後、第３工程において、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、前記スタンパ型に一体化されて成るマスク部材を介して第１のマイクロレンズアレイに照射し、
第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光を、感光性材料から成る層に照射して、第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、第１工程において、第１のマイクロレンズアレイを、スタンパ型を用いて作製する。その後、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、スタンパ型に一体化されて成るマスク部材を介して第１のマイクロレンズアレイに照射する。この第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光は、感光性材料から成る層に照射され、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００２９】
また本発明は、光透過性の板体に、特定の波長の光の透過率を変化させる材料を塗布することによって、マスク部材が形成されることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、マスク部材は、光透過性の板体に、特定の波長の光の透過率を変化させる材料を塗布することによって形成される。このマスク部材を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００３１】
また本発明は、第１工程において、スタンパ型を用いて、第１のマイクロレンズアレイを作製した後、
第１のマイクロレンズアレイとスタンパ型とを一体化したまま、第２のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、第１工程において、第１のマイクロレンズアレイをスタンパ型を用いて作製する。その後、第１のマイクロレンズアレイとスタンパ型とを一体化したまま、第２のマイクロレンズアレイを形成する。このように第１のマイクロレンズアレイとスタンパ型とを一体化したまま、換言すれば、スタンパ型を第１のマイクロレンズアレイから離型することなく、第２のマイクロレンズアレイを形成することができるので、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとの高い位置合わせ精度を、安定して確保することができる。
【００３３】
また本発明は、厚み方向一端面部に設けられる第１のマイクロレンズアレイと、厚み方向他端面部に設けられ、シリンドリカル形状に形成される第２のマイクロレンズアレイとを有することを特徴とするマイクロレンズアレイである。
【００３４】
本発明に従えば、厚み方向他端面部に設けられる第２のマイクロレンズアレイは、シリンドリカル形状に形成されるので、光の散乱を回避することが可能となる。前記光の散乱は、光が、第２のマイクロレンズアレイの不所望な位置に入射することに起因して発生する。したがって、マイクロレンズアレイの光学特性を向上することができる。
【００３５】
また本発明は、厚み方向一端面部に設けられる第１のマイクロレンズアレイと、
厚み方向他端面部に設けられ、非球面形状に形成される第２のマイクロレンズアレイとを有することを特徴とするマイクロレンズアレイである。
【００３６】
本発明に従えば、厚み方向他端面部に設けられる第２のマイクロレンズアレイは、非球面形状に形成されるので、第２のマイクロレンズアレイによって発生し得る収差を抑制することができる。したがって光の利用効率の向上を一層図ることが可能となる。
【００３７】
また本発明は、前記マイクロレンズアレイの製造方法にて製造されることを特徴とするマイクロレンズアレイである。
【００３８】
本発明に従えば、マイクロレンズアレイは、前述のマイクロレンズアレイの製造方法にて、簡単に製造することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置を用いることなく、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置される。したがって、前記高い位置合わせ精度を確保しつつ、マイクロレンズアレイの製造方法を簡単化し、設備費用の低減を図ることができる。
【００３９】
また本発明は、液晶表示素子と、
液晶表示素子の画素位置に、光源からの光を集光させる前記マイクロレンズアレイとを備えることを特徴とする投影形液晶表示装置である。
【００４０】
本発明に従えば、液晶表示素子と、この液晶表示素子の画素位置に、光源からの光を集光させる前記マイクロレンズアレイとを備える投影形液晶表示装置を容易に実現することができる。
【００４１】
また本発明は、光源と、
光源からの白色光束を複数の光束に分割する光束分割手段とをさらに備え、
液晶表示素子は、
前記光束分割手段によって分割された複数の光束を透過させ、これら光束の強度分布を選択的に変化させることを特徴とする。
【００４２】
本発明に従えば、光源と、この光源からの白色光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、液晶表示素子と、前記マイクロレンズアレイとを備える投影形液晶表示装置を容易に実現することができる。光源から発せられる白色光束は、光束分割手段によって複数の光束に分割される。これら分割された光束を、液晶表示素子に透過させて、これら光束の強度分布などを選択的に変化させて投影させ、画面表示することができる。
【００４３】
また本発明は、第１のマイクロレンズアレイを形成するためのスタンパ型であって、
第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ型と、
第２のマイクロレンズアレイを形成するためのマスク部材であって、
予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材とが一体化されて成ることを特徴とするマイクロレンズアレイの製造装置である。
【００４４】
本発明に従えば、第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ型を用いて、第１のマイクロレンズアレイを形成することができる。また予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。スタンパ型とマスク部材とは一体化されて成り、それらを一体化したまま、換言すればスタンパ型を離型することなく、第１および第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。したがって第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとの高い位置合わせ精度を、安定して確保することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の投影形液晶表示装置のマイクロレンズアレイを形成する工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。図２は、投影形液晶表示装置４の全体構造を示す模式図である。本実施形態は、たとえば投影形液晶表示装置に、本発明のマイクロレンズアレイを適用した場合の一例を示す。以下の説明は、マイクロレンズアレイ１の製造方法についての説明をも含む。
【００４６】
投影形液晶表示装置としての液晶プロジェクター４は、光源としての白色光源５と、インテグレータ６と、ミラー７と、光束分割手段としての色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと、液晶パネルユニット９と、投影レンズ１０と、スクリーン１１とを有する。白色光源５には、たとえばハロゲンまたは高圧水銀などが用いられている。この白色光源５の発光方向一方には、たとえばフライアイレンズなどのインテグレータ６が配置されている。白色光源５から発せられる光は、インテグレータ６によって光源分布および配向分布が均一化されるようになっている。
【００４７】
インテグレータ６の発光方向一方には、ミラー７が配置されている。ミラー７は、発光方向に平行でかつその光反射方向に垂直な仮想平面に対し、４５度の傾斜角度すなわち光源５から離れるに従って前記光反射方向に傾斜する傾斜角度で配置されている。ミラー７の光反射方向には、３種類の色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ（ダイクロイックミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂともいう）が配置されている。これら色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの光反射方向に、マイクロレンズアレイを含む液晶パネルユニット９、投影レンズ１０、スクリーン１１が順次配置されて設けられている。すなわち液晶パネルユニット９に所定間隔をあけて投影レンズ１０が配置され、投影レンズ１０の光出射方向に、スクリーン１１が配置されている。
【００４８】
３種類の色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、それぞれ異なる角度で配置されている。色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに入射した白色光束は、それぞれ赤、緑、青の三原色に分割され、分割された各光束は、それぞれ異なる角度で、後述する第１のマイクロレンズアレイ１２に入射するように構成されている。色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、それぞれ赤、緑、青の色に対応する各波長域の光を選択的に反射し、他は透過する特性を有する。
【００４９】
これら色分解ミラー８Ｂ，８Ｒ，８Ｇは、ミラー７の光反射方向にこの順序で配置されている。色分解ミラー８Ｒは、ミラー７からの光束が、たとえば約４５度前後の入射角度で入射するように設けられている。この入射角度は、色分解ミラー８Ｇの平面部に直交する垂線に対する角度である。色分解ミラー８Ｒの光源からの光の進行方向前方に配置される色分解ミラー８Ｂは、色分解ミラー８Ｒを含む仮想平面に対し、角度θ傾けて設けられている。色分解ミラー８Ｒの光源からの光の進行方向後方に配置される色分解ミラー８Ｇは、色分解ミラー８Ｒを含む仮想平面に対し、角度θ傾けて設けられている。
【００５０】
前述のように色分解ミラー８Ｇ，８Ｒ，８Ｂを配置すると、緑波長域、赤波長域、青波長域のそれぞれの光束２Ｇ，２Ｒ，２Ｂ（図３に示す）は、第１のマイクロレンズアレイ１２に対して、角度２θずつずれて入射する。特に赤波長域の光束は、第１のマイクロレンズアレイ１２の光出射面部に対して垂直に入射する。
【００５１】
図３は、マイクロレンズアレイ１を含む液晶パネルユニット９を、光束２Ｒの主光線３を含む仮想平面で切断して示す断面図である。液晶パネルユニット９は、主に、マイクロレンズアレイ１（２層マイクロレンズアレイ１と呼ぶ場合もある）と、液晶表示素子１３とを有する。マイクロレンズアレイ１は、第１のマイクロレンズアレイ１２および第２のマイクロレンズアレイ１４で協働して液晶表示素子１３の絵素位置に光束２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを効率良く透過させる作用を有する。特に第２のマイクロレンズアレイ１４は、緑波長域および青波長域の各光束２Ｇ，２Ｂの主光線１５，１６を、赤波長域の光束２Ｒの主光線３と略平行になる方向に角度２θだけ屈折させる作用を与える。
【００５２】
マイクロレンズアレイ１は、保護基板１７と、平坦化層１８と、第１のマイクロレンズアレイ１２（第１のマイクロレンズ１２または単に、第１レンズ１２と呼ぶ場合もある）と、中間基板１９と、第２のマイクロレンズアレイ１４（第２のマイクロレンズ１４または単に、第２レンズ１４と呼ぶ場合もある）と、平坦化層２０と、ブラックマトリックス２１とを有する。光透過性樹脂から成る保護基板１７の一表面部１７ａに、平坦化層１８を介して、第１レンズ１２が形成されている。平坦化層１８は、後述する低屈折率の樹脂を用いて形成され、第１レンズ１２は、後述する高屈折率の樹脂を用いて形成されている。
【００５３】
平坦化層１８の一表面部１８ａと、第１レンズ１２の平坦面部１２ａとは同一面状になるように形成され、これら一表面部１８ａおよび平坦面部１２ａに、中間基板１９が貼付けられている。中間基板１９は、可視光および紫外光の透過効率が良く、かつ熱膨張係数が小さい材料を適用するのが好ましい。具体的には、中間基板１９として、たとえば所定厚さに研磨された石英が適用されている。この中間基板１９の一表面部１９ａには、第２レンズ１４が形成され、さらに第２レンズ１４を介して低屈折率の平坦化層２０（低屈折率層２０ともいう）が形成されている。第２レンズ１４は、第１レンズ１２よりも高屈折率の樹脂を用いて形成されている。低屈折率層２０の一表面部に、一定間隔おきにブラックマトリックス２１が形成されている。
【００５４】
ブラックマトリックス２１に臨む前記マイクロレンズアレイ１の一表面部に、液晶表示素子１３が配設つまり配置して設けられている。液晶表示素子１３は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）などから成る透明電極２２と、液晶層２３と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを含む電極層２４と、基板２５とを備えている。基板２５の一表面部２５ａに電極層２４が付設され、液晶層２３は、透明電極２２と電極層２４との間に介在されている。
【００５５】
図４は、第１レンズ１２の外形形状を示し、第１レンズ１２をレンズ形成面に直角な方向から見た平面図である。図５は、第２レンズ１４の外形形状を示し、第２レンズ１４をレンズ形成面に直角な方向から見た平面図である。図６は、第１レンズと第２レンズのレンズ形成面に直角な方向から見た位置関係を示す説明図である。図７は、第２レンズ１４と、赤、緑、青の各光束に対応する画素との配置関係を示す説明図である。図８は第２レンズ１４の斜視図である。
【００５６】
第１レンズ１２は、凸状に突出する複数の球面レンズ１２ｂを含む。各球面レンズ１２ｂのうち、中間基板１９（図３参照）に臨む外周部２６は、第１レンズ１２をそのレンズ形成面に対して直角方向から見て、正六角形に形成されている。各球面レンズ１２ｂの外周部２６は、隣接する球面レンズ１２ｂの外周部２６にそれぞれ当接され、複数の球面レンズ１２ｂは、前記厚み方向に見て蜂の巣状の稠密構造に配置されている。図３に示す赤の光束２Ｒの主光線３に垂直な仮想平面に関して、外周部２６の１辺を共有しかつ隣接する一対の球面レンズ１２ｂのピッチは、縦ピッチＰ１と定義され、縦ピッチＰ１は、たとえば約３０μｍに設定されている。前記仮想平面に関して、一方の球面レンズ１２ｂの外周部２６の頂部に、外周部２６の１辺を隔てて配置される他方の球面レンズ１２ｂにおいて、これら一方および他方の球面レンズ１２ｂのピッチは、横ピッチＰ２と定義されている。この横ピッチＰ２は、たとえば約４５μｍに設定されている。各球面レンズ１２ｂの曲率半径は、たとえば約１５μｍに設定されている。このように第１レンズ１２の複数の球面レンズ１２ｂは、一定間隔おきに配置されている。
【００５７】
第２レンズ１４は、稠密構造に配置されるとともに、その画素配列がデルタ配列になっている。つまり、各レンズ１４ａは、図３に示すように、配置されている。各レンズ１４ａの主寸法のうち、レンズ１４ａの長辺はＤ１と定義されている。この長辺Ｄ１は、たとえば約４５μｍに設定されている。前記主寸法のうち、レンズ１４ａの短辺はＤ２と定義されている。この短辺Ｄ２は、たとえば約１５μｍに設定されている。前記主寸法のうちレンズ１４ａの厚み方向の寸法は、高さ寸法Ｈ１と定義され、この高さ寸法Ｈ１は、たとえば約２０μｍに設定されている。
【００５８】
以上説明した投影形液晶表示装置４においては、白色光源５から発せられた光は、インテグレータ６を介して光源分布および配向分布が均一化される。その後前記均一化された光は、ミラー７を経由して色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂに入射され、これら色分解ミラー８Ｒ，８Ｇ，８Ｂによって、赤、緑、青の色に対応する各波長域の光が選択的に反射される。その後、緑波長域、赤波長域、青波長域のそれぞれの光束２Ｇ，２Ｒ，２Ｂは、液晶パネルユニット９に入射する。
【００５９】
これら光束２Ｇ，２Ｒ，２Ｂのうち、赤波長域の光束２Ｒは第１レンズ１２で屈折され、収束光として第２レンズ１４に入る。ここで第１レンズ１２の焦点位置は、前記ブラックマトリックス２１の開口部２１Ｒの中心付近となるように設計されており、第２レンズ１４の図示外の主点と、第１レンズ１２の焦点位置とは、かなり近接しているので、第２レンズ１４の影響は小さい。第２レンズ１４を透過した赤波長域の光は、投影レンズ１０によって、スクリーン１１に投影される。
【００６０】
複数の光束２Ｇ，２Ｒ，２Ｂのうち、青波長域の光束２Ｂの主光線１６は、色分解ミラー８Ｂによって、赤波長域の光束２Ｒの主光線３に対し、角度２θ傾斜させて液晶パネルユニット９に入射する。青波長域の光束２Ｂの主光線１６は、第１レンズ１２透過後においても赤波長域の光束２Ｒの主光線３に対し、前記と同じ傾斜角度を保持したまま第２レンズ１４に入射する。この第２レンズ１４によって、青波長域の光は、赤波長域の光束２Ｒの主光線３と略平行な方向に屈折される。このような第１レンズ１２および第２レンズ１４の作用によって、青波長域の光は、ブラックマトリックス２１の開口部２１Ｂの中心付近に集光する。緑波長域の光束２Ｇの主光線１５は、赤波長域の光束２Ｒの主光線３に対し、青波長域の光束２Ｂの主光線１６と対称な関係にある。したがって緑波長域の光は、第１レンズ１２を経由して第２レンズ１４に入射した後、ブラックマトリックス２１の開口部２１Ｇの中心付近に集光する。ブラックマトリックス２１を透過した赤，緑，青各色は、液晶層２３の液晶パネル画素部２８で変調を受け、投影レンズ１０によってスクリーン１１に投影される。
【００６１】
以上説明した投影形液晶表示装置４によれば、液晶パネルユニット９のうち、マイクロレンズアレイ１の第１レンズ１２の集光効果によって、より多くの光がブラックマトリックス２１の開口部および液晶パネル画素部２８を透過し、光の利用効率の向上に寄与する。したがって光の利用効率が向上し、表示画面を明るくすることが可能となる。また緑および青の色の主光線１５，１６は、色分解ミラー８Ｇ，８Ｂによって赤の色の主光線３に対し、前記角度２θを保持している。これら緑および青の色の主光線１５，１６を、マイクロレンズアレイ１のうち第２レンズ１４によって、赤の色の主光線３に略平行に補正することによって、液晶パネルユニット９を透過後の光束の拡がり角が抑制される。
【００６２】
このような第２レンズ１４の光束拡がり角抑制効果によって、投影レンズ１０の「けられ」に起因する光の損失を、未然に防止することができる。したがって第１レンズ１２および第２レンズ１４の相乗効果によって、光の利用効率を、前記公報に記載の従来技術と比べて格段に向上させることができる。前記第２レンズ１４の光束拡がり角抑制効果によって、第１レンズ１２の球面レンズ１２ｂの焦点距離をたとえば約１／２以下に小さく設定することができる。
【００６３】
したがって光源５から発せられる光線であって、完全平行化されていない多くの光線を、ブラックマトリックス２１の開口部を透過させることができる。このように光の利用効率の向上を図る設計変更を、自由に行うことが可能となる。換言すれば、マイクロレンズアレイ１の設計の自由度は従来技術と比べて著しく広がるので、最適な光の利用効率を図ることができるマイクロレンズアレイ１を得ることが可能となる。
【００６４】
ここで、第１レンズの焦点距離と第２レンズ出射後の光束の広がりについて説明する。従来の１層型のマイクロレンズアレイのＮＡをＮＡ１、焦点距離をｆ１、液晶の絵素ピッチをｐとすると、液晶パネルを出射して、投影レンズに入射する光束の広がり角（半角）αは、第１レンズのＮＡ分と各絵素に入射する主光線の傾き角の合計で決まり、
α＝ｓｉｎ−１（ｐ／ｆ１）＋ｔａｎ−１（ｐ／ｆ１）
と書ける。
【００６５】
一方、２層型のマイクロレンズアレイの場合、各絵素に入射する傾き角は、０度に近いので、液晶パネルを出射して、投影レンズに入射する光束の広がり角（半角）α‘は、第１レンズの焦点距離をｆ２とすると、
α‘＝ｓｉｎ−１（ｐ／ｆ２）
ここで、α＝α‘とすると、ｆ２＝ｆ１／２　となる。
（角度βが小さい領域では、ｓｉｎβ≒ｔａｎβ）
【００６６】
図９は、マイクロレンズアレイの製造方法を示すフローチャートである。ここでＳｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）はステップを示す。図１０は、マイクロレンズアレイを製造する工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイの断面図である。図１１は、図１０の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイの断面図である。図１２は、図１１の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイの断面図である。
【００６７】
図９のステップＳ１および図１０に示すように、第１レンズ１２は、第１レンズ１２の形状と対応するスタンパ型２９を用いて作製される。スタンパ型２９の屈折率は、第１レンズ１２を形成する紫外線硬化樹脂の屈折率よりも高く、たとえば屈折率約２．０７に設定されている。スタンパ型２９の厚み方向一端面部には、第１レンズ１２の形状と対応する形状に形成されるスタンパ部である複数の凹部２９ａが形成されている。具体的には、凹部２９ａを略鉛直方向上方に向けてスタンパ型２９が保持され、第１レンズ１２は作製される。図１０（ａ）に示すように、スタンパ型２９の厚み方向他端面部には、このスタンパ型２９に一体化されて成るマスク部材３０が配設つまり配置して設けられている。このマスク部材３０とスタンパ型２９との位置関係については後述する。後述するマスク部材３０は、第２レンズ１４（図１１および図１２参照）を形成するための部材であって、予め設定される光の透過率の分布を有する。
【００６８】
図１０（ｂ）に示すように、スタンパ型２９の複数の凹部２９ａおよびスタンパ型２９の厚み方向一端面部に、第１の紫外線硬化樹脂層３１を前記一端面部に略平行に盛付ける。次に図１０（ｃ）に示すように、この盛付けられた紫外線硬化樹脂層３１およびスタンパ型２９に、中間基板１９を適当な加圧力で押付ける。このようにスタンパ型２９と中間基板１９との間を、適当な圧力で加圧することによって、複数の凹部２９ａ以外の部分に盛付けられた紫外線硬化樹脂すなわち余分な紫外線硬化樹脂を除去することができる。前記中間基板１９を一定時間押付けた後、中間基板１９の厚み方向一方から、所望の形状に成形された紫外線硬化樹脂層３１に対し、紫外線３２を照射する。これによって前記紫外線硬化樹脂層３１を硬化させて第１レンズ１２を作製する。この紫外線硬化樹脂は、屈折率の高いものが用いられている。本実施形態においては、たとえば屈折率約１．５９の紫外線硬化樹脂が用いられている。
【００６９】
次に、図９のステップＳ２および図１０（ｄ）に示すように、スタンパ型２９に臨む中間基板１９の厚み方向一端面部に対し、その背面側の厚み方向他端面部１９ａに、感光性材料である感光性樹脂を塗布する。この感光性樹脂としての紫外線硬化樹脂層３３も、前記紫外線硬化樹脂層３１と同様に、屈折率の高いものを用いることが望ましい。具体的に本実施形態においては、前記紫外線硬化樹脂は、たとえば屈折率約１．５９のものが用いられている。なお中間基板１９の厚み方向他端面部１９ａに、紫外線硬化樹脂を塗布する際、前記他端面部１９ａに対し紫外線硬化樹脂層３３が略均一にかつ必要厚さ以上塗布されるように、図示外の塗布装置の樹脂吐出口の数、位置、樹脂量を適正にする必要がある。換言すれば、前記樹脂吐出口の数、位置、樹脂量を適正にすることによって、中間基板１９の厚み方向他端面部１９ａに対し、紫外線硬化樹脂層３３を略均一にかつ必要厚さ以上塗布することが可能となる。
【００７０】
次に、図９のステップＳ３および図１１（ａ）に示すように、マスク部材３０の厚み方向一方から、第１レンズ１２を介して第２の紫外線硬化樹脂層３３に対し、紫外線３４を照射する。マスク部材３０を透過した紫外光は、第２レンズ１４に対応する強度分布を有する平行光に相当する。つまりマスク部材３０を透過させた紫外光を、第１レンズ１２に入射させる。スタンパ型２９の屈折率が、第１レンズ１２を形成する紫外線硬化樹脂の屈折率よりも高く設定されているので、第１レンズ１２を透過する紫外光は、第１レンズ１２の各球面レンズ１２ｂと各凹部２９ａとの境界部３５でレンズ効果を受ける。したがって平行光である紫外光は、境界部３５から発散光束となる。
【００７１】
この発散光束によって、第２の紫外線硬化樹脂層３３に、第２レンズ１４の形状を反映した光量分布を生じる。光量に応じて紫外線硬化樹脂の硬化硬さが変化するので、第２レンズ１４を形成することができる。本実施形態において、平行光である紫外光を境界部３５で発散光束としたのは、第１レンズ１２の投影面よりも第２レンズ１４の投影面が大きいためであり、第１レンズ１２を透過する露光用紫外光を、拡大して第２レンズ形成面に投影する必要があったためである。
【００７２】
その後、図１１（ｂ）に示すように、有機溶剤などを用いて不必要な紫外線硬化樹脂を、中間基板１９から除去する。図１１（ｃ）に示すように、中間基板１９および第１レンズ１２を、スタンパ型２９から離型する。次に図１２（ａ）に示すように、中間基板１９および第１レンズ１２の一表面部に、平坦化層１８を介して保護基板１７を接合する。平坦化層１８は低屈折率の紫外線硬化樹脂から成り、具体的にこの平坦化層１８は、たとえば約１．４１の屈折率のものが用いられている。したがって第１レンズ１２は、正の屈折率を有するレンズとして作用する。
【００７３】
さらに図１２（ｂ）に示すように、中間基板１９および第２レンズ１４の一表面部に、紫外線硬化樹脂を塗布し硬化させた後、この紫外線硬化樹脂の一表面部を平坦化研磨することで、低屈折率層２０を形成する。この低屈折率層２０も、平坦化層１８と同様に低屈折率の紫外線硬化樹脂から成る。具体的にこの低屈折率層２０は、たとえば約１．４１の屈折率のものが用いられている。その後、低屈折率層２０の表面にブラックマトリクス（図示せず）、ＩＴＯ（図示せず）、配向層（図示せず）を形成し、液晶パネルユニットの片側基板を形成する。
【００７４】
図１３は、１ウエハに４行３列合計１２チップ分を露光可能なマスク部材３０を、厚み方向一方に見て示す平面図である。図１４は、各チップ内の透過率分布パターンを示す図１３の拡大平面図である。図１５は、図１４のＸ−Ｘ線方向における透過率分布を示す図である。図１６は、図１５の透過率分布を示すマスク部材を用いた場合において、第２レンズ形成領域における光強度分布を示す図である。本実施形態においては、図８に示すような第２レンズ１４の形状に対して、前記マスク部材３０は、以下のような強度分布である透過率分布を有するマスク部材を用いている。
【００７５】
すなわち図１４のＸ−Ｘ線方向における透過率分布は、図１５に示すように、図８のレンズ１４ａの厚み方向および長辺Ｄ１に直交する方向からレンズ１４ａを見た台形と相似形の台形状Ｌ１を成す。また図１４のＹ−Ｙ線方向における透過率分布は、Ｙ−Ｙ線方向に関して一様となる。また図１５に示す透過率分布は、第１レンズ１２によって拡大される。したがって図１６に示すように、第２レンズ形成領域において、稠密なレンズ形状に等しく連続した台形状Ｌ２の強度分布が形成される。これによって第２レンズ１４は、図１１に示すように、紫外線硬化樹脂層３３において所望形状に形成される。第２レンズ１４の形状は、この光強度に対する紫外線硬化樹脂の硬化厚さの関係によって決まる。
【００７６】
図１７は、第２レンズをシリンドリカル形状とした場合の前記Ｘ−Ｘ線方向における透過率分布を示す図である。図１８は、第２レンズを非球面形状とした場合のＸ−Ｘ線方向における透過率分布を示す図である。図１９は、第２レンズを、非球面形状とした場合のＹ−Ｙ線方向における透過率分布を示す図である。第２レンズを形成するためのマスク部材の透過率分布は、一般的には上述したように、作製する第２レンズ形状の相似形になる。
【００７７】
ただし、露光に使用する波長の透過率および硬化光強度に対する紫外線硬化樹脂の硬化厚さによって、前記透過率分布は適正化される。このように第２レンズ１４の形状は、この光強度に対する紫外線硬化樹脂の硬化厚さの関係によって決まる。特に、紫外線硬化樹脂の光強度と硬化厚さとの関係が、単純な比例関係でない場合つまり１次関数で表されない場合には、マスク部材の透過率分布は、作製する第２レンズ形状の相似形にはならない。
【００７８】
マスク部材３０は、光透過性の板体としての石英基板に、特定の波長の光の透過率を変化させる材料を塗布することによって形成される。具体的には石英基板の一表面部に、電子ビームで感光する銀系の材料を塗布することによって、マスク部材３０が形成される。このマスク部材３０は、電子ビームのドーズ量によって黒に着色して、可視光から紫外光に至るまでの透過率を変更することができる。マスク部材は、前記構成に限定されるものではない。たとえば石英基板の代わりに、紫外光を透過可能な基板またはシート材を用意しておき、前記基板またはシート材の一表面部に、顔料、染料、またはその他の材料を、吹き付けまたは塗布などの方法を用いて形成し、透過率を変化させるようにしたものでもよい。前記材料は、特定の波長の光を吸収または反射するものである。
【００７９】
光の透過率は次のように設計する。すなわち本実施形態のように、光感光性樹脂として紫外線硬化樹脂を用いる場合、レンズ厚さを厚くしたい位置では、光量が大きくなるように透過率を設定し、レンズ厚さを薄くしたい位置では、光量が小さくなるように透過率を設定する。また第２レンズ１４の所望のレンズ形状に対してスタンパ型２９と第１レンズ１２による拡大および縮小効果を考慮する。具体的に本実施形態においては、第１レンズの平坦面部１２ａの外形寸法よりも、第２レンズ１４の長辺Ｄ１が大きい形状になっているので、マスク部材３０の強度分布形状を、第１レンズ１２により拡大して、第２レンズ形成領域に投影する方法が望ましい。スタンパ型２９の材料は、第１レンズ１２を形成する紫外線硬化樹脂の屈折率より高い屈折率のものを用いる。
【００８０】
前記スタンパ型２９の材料としては、たとえば村田製作所製の高屈折率透光セラミックがある。前記高屈折率透光セラミックは、屈折率が約２．０７でかつ紫外線透過率が約５０％のものが用いられている。これによって、第１レンズ１２と各凹部２９ａとの境界部３５は、凹レンズの作用を奏する。したがって第２レンズ１４を形成する際、スタンパ型２９およびマスク部材３０に入射した平行光は、マスク部材３０の強度分布形状に基づいて強度分布を付与され、前記境界部３５で発散光束となる。この発散光束が紫外線硬化樹脂層３３に照射されることによって、強度分布に対応した紫外線硬化樹脂の硬化厚さを得ることができるので、レンズ形状に形成することができる。
【００８１】
ここで図４〜７に示すように、第１および第２レンズ１２，１４は稠密構造であり、かつ、第１レンズ１２はレンズ形成面に直角方向から見て正六角形に形成されるとともに、第２レンズ１４はその厚み方向に見て長方形に形成されているので、第１レンズ１２を透過した光で、第２レンズ１４を形成するには、第１レンズ１２でもって像を拡大して投影する必要がある。仮に第１レンズ１２を透過した光が等倍であれば、第１レンズ１２のレンズ１２ｂと、第２レンズ１４のレンズ１４ａとを一対一に対応させることができない。仮に第１レンズ１２を透過した光が縮小光であれば、第２レンズ１４を稠密構造にすることができない。したがって各レンズ１２ｂと各凹部２９ａとの境界部３５では、負の屈折力を有するような構成にされ、この境界部３５に平行光として入射した光束を、発散させるようになっている。
【００８２】
図２０は、スタンパ型２９とマスク部材３０との位置関係を示し、これらを厚み方向から見た説明図である。マスク部材３０において光を透過させるための複数の開口部３０ａは、前記厚み方向に見て長方形状にそれぞれ開口されている。各開口部３０ａは、スタンパ型２９の各凹部２９ａの配設位置に一対一に対応して配置され、前記厚み方向から見て各開口部３０ａの中央部と、各凹部の中心部とは略一致するように配置されている。本実施形態において、前記用語「略一致」は「一致」を含む。
【００８３】
このスタンパ型２９とマスク部材３０との位置合わせは、高精度で行う必要がある。本実施形態において、スタンパ型２９とマスク部材３０との位置合わせ精度は、累積誤差を含めてたとえば約１μｍ以下に設定されている。先ずスタンパ型２９を作製する際に、図示外のアライメントマークを形成する。このアライメントマークは、第１レンズ１２のレンズ形状に対応した複数の凹部２９ａに対して、相対的に位置検出可能なマークである。
【００８４】
その後スタンパ型２９の一表面部と、マスク部材３０の一表面部とを貼合わせる。このとき図示外の電子ビーム描画装置を用いて、前記アライメントマークを検出し、検出されたアライメントマークを基準に描画することによって、スタンパ型２９とマスク部材３０との位置合わせ精度を、累積誤差を含めて約１μｍ以下に抑えることができる。このように、マイクロレンズアレイ１を作製する工程前の準備工程においては、高精度な位置合わせをする必要があるが、実際にマイクロレンズアレイ１を作製する工程においては、このような高精度な位置合わせをすることなく、上述したように２層マイクロレンズアレイ１を簡単に形成することができる。換言すれば、スタンパ型２９とマスク部材３０とを貼り合わせて一体化した後は、この一体品を用いて、複数のマイクロレンズアレイ１を繰り返し形成することができるので、マイクロレンズアレイ１の大量生産を容易に実現することが可能となる。
【００８５】
以上説明したように、第１レンズ１２の球面レンズ１２ｂの焦点距離を小さく設定したうえ、マイクロレンズアレイ１を２層構成としたことによって、たとえば同一サイズの液晶基板において、約２倍の光の利用効率を達成できるとともに、第１レンズ１２と第２レンズ１４との位置合わせ精度が約１μｍ以下と高精度化を図ることができるので、画面むらもなく色再現性も良好な投影形液晶表示装置を得ることができる。
【００８６】
またマイクロレンズアレイ１の製造方法によれば、第２レンズ１４の形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１レンズ１２に照射して、透過光を紫外線硬化樹脂層３３に照射するだけの操作によって、第１レンズ１２および第２レンズ１４が相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置される。それ故、第１および第２レンズ１２，１４の光学的特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも一つのマイクロレンズアレイ１を製造する毎に、第１レンズ１２と第２レンズ１４とを、機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。また第１レンズ１２に対応して第２レンズ１４の位置が必然的に決まり、２層の第１および第２レンズ１２，１４を高精度に配置できるので、光の利用効率が高く、輝度むら、混色のない高品質な投影形液晶表示装置を簡単に得ることが可能となる。特に、平行光を第１レンズ１２に照射することで、広い面積すなわちマイクロレンズアレイ１全体にわたって均一な露光が可能となり、ウエハ単位での露光が可能となる。換言すれば、前記平行光ではなく発散光または収束光を、第１レンズ１２に照射すると、第１レンズ１２と、発散光または収束光の光軸との位置によって、光線角度が異なる。それ故、マイクロレンズアレイ全体にわたって均一な露光ができなくなる。
【００８７】
図２１は、シリンドリカル形状に形成される第２レンズ１４Ａの斜視図である。図２１に示すように、第２レンズ１４Ａはシリンドリカル形状にしてもよい。第２レンズ１４Ａは、レンズ１４ｂの短辺Ｄ３に平行な軸線回りに部分円筒形状に形成され、かつ、レンズ１４ｂの厚み方向一方に稠密に形成されている。このように第２レンズ１４Ａがシリンドリカル形状に形成されるので、光の散乱を回避することが可能となる。前記光の散乱は、光が、第２レンズ１４の不所望な位置（たとえば角部）に入射することに起因して発生する。したがってシリンドリカル形状に形成される第２レンズ１４Ａを用いることによって、マイクロレンズアレイ１（図３参照）の光学特性を向上することができる。
【００８８】
図２２は非球面形状に形成される第２レンズ１４Ｂの斜視図である。このように第２レンズ１４Ｂが非球面形状に形成されることによって、第２レンズ１４によって発生し得る収差を抑制することができる。したがって光の利用効率の向上を一層図ることが可能となる。
【００８９】
図２３は、本発明の別実施形態のマイクロレンズアレイ１Ａ（図２５参照）を製造する工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイ１Ａを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。図２４は、図２３の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。図２５は、図２４の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。別実施形態において、前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９０】
第１レンズ３６は、第１レンズ３６の形状と対応するスタンパ型２９Ａを用いて作製される。図２３（ａ）に示すように、複数の凹部２９ａが略鉛直方向上方に向けてスタンパ型２９Ａが保持される。次に図２３（ｂ）に示すように、スタンパ型２９Ａの複数の凹部２９ａおよびスタンパ型２９Ａの厚み方向一端面部に、第１の紫外線硬化樹脂層３１を前記一端面部に盛付ける。次に図２３（ｃ）に示すように、この盛付けられた紫外線硬化樹脂層３１およびスタンパ型２９Ａに、中間基板１９を適当な加圧力で押付ける。このようにスタンパ型２９Ａと中間基板１９との間を、適当な圧力で加圧することによって、スタンパ型２９Ａと中間基板１９との間の余分な紫外線硬化樹脂を除去することができる。
【００９１】
前記中間基板１９を一定時間押付けた後、中間基板１９の厚み方向一方から、所望の形状に成形された紫外線硬化樹脂層３１に対し、紫外線３２を照射する。これによって前記紫外線硬化樹脂層３１を硬化させて第１レンズ３６を作製する。この紫外線硬化樹脂は、屈折率の高いものが用いられている。別実施形態においては、たとえば屈折率１．５９の紫外線硬化樹脂が用いられている。
【００９２】
その後図２３（ｄ）に示すように、スタンパ型２９Ａと中間基板１９との位置関係を保持した状態で、中間基板１９の一表面部１９ａに紫外線硬化樹脂を塗布する。前記一表面部１９ａは、第１レンズ３６に臨む中間基板１９の一表面部の背面側の一表面部１９ａである。前記紫外線硬化樹脂は、屈折率の高いものが用いられている。この別実施形態においては、たとえば第１レンズ３６を作製する際に用いた紫外線硬化樹脂と同じ屈折率１．５９のものが用いられている。なお中間基板１９の一表面部１９ａに、紫外線硬化樹脂を塗布する際、前記一表面部１９ａに対し紫外線硬化樹脂層３７が略均一にかつ必要厚さ以上塗布されるように、図示外の塗布装置の樹脂吐出口の数、位置、樹脂量を適正にする必要がある。換言すれば、前記樹脂吐出口の数、位置、樹脂量を適正にすることによって、中間基板１９の一表面部１９ａに対し、紫外線硬化樹脂層３７を略均一にかつ必要厚さ以上塗布することが可能となる。
【００９３】
次に、塗布された紫外線硬化樹脂層３７の一表面部３７ａに、ネガレジスト３８を塗布する。その後、図２４（ａ）に示すように、マスク部材３０Ａの厚み方向一方から、平行な紫外線３９を照射する。マスク部材３０Ａを透過した紫外光３９は、このマスク部材３０Ａによって光量分布が生じる。さらに、スタンパ型２９Ａの屈折率を、第１レンズ３６を形成する紫外線硬化樹脂の前記屈折率よりも高くたとえば約２．０７とすることによって、第１レンズ３６を透過する紫外光３９は、第１レンズ３６の各球面レンズ３６ａと各凹部２９ａとの境界部４０でレンズ効果を受ける。したがって平行光である紫外光は、境界部４０から発散光束となる。
【００９４】
この発散光束によって、第２の紫外線硬化樹脂層３７に、第２レンズ４１（図２５参照）の形状を反映した光量分布を生じる。その光量に応じてネガレジスト３８の露光厚さが変化するので、第２レンズ４１の相似形４２を形成することができる。このときマスク部材３０Ａの透過率は、図１４のＸ−Ｘ線方向に関して、図１８に示す透過率分布を有する。またマスク部材３０Ａの透過率は、図１４のＹ−Ｙ線方向に関して、図１９に示す透過率分布を有する。このような透過率分布を有するマスク部材３０Ａによって形成される第２レンズ４１は、図２２に示すような非球面形状に形成される。
【００９５】
このような第２レンズ４１を用いることによって、第１レンズ３６で残存する収差を、適正に補正することができる。したがって光の利用効率が向上し、混色の影響も小さい良好な特性を有するマイクロレンズアレイ１Ａ（図５参照）を実現することができる。この別実施形態のマイクロレンズアレイ１Ａの製造方法において、第２レンズ４１の形状に関しては制約を受けない。第２レンズ４１を、台形状、シリンドリカル形状、球面形状、前記非球面形状など種々の形状に形成することができるので、より光学特性に優れ、かつ、信頼性の高いレンズ形状を選択することができる。本別実施形態において、平行光である紫外光３９を境界部４０で発散光束としたのは、第１レンズ３６の投影面よりも第２レンズ４１の投影面が大きいためであり、第１レンズ３６を透過する露光用紫外光３９を、拡大して第２レンズ形成面に投影する必要があったためである。
【００９６】
その後、図２４（ｂ）に示すように、中間基板１９および第１レンズ３６をスタンパ型２９Ａから離型する。次に図２４（ｃ）に示すように、たとえば現像液を用いて、不必要なネガレジスト３８を除去し、図２５（ａ）に示すように、ネガレジスト形成面部３８ａをドライエッチングによってエッチングする。これによって第２の紫外線硬化樹脂層３８に、ネガレジスト形状を転写することができる。前記ドライエッチングの際には、ネガレジスト３８に対する第２の紫外線硬化樹脂のエッチング速度の選択比を上げることで、ネガレジスト３８の露光形状を高さ方向に拡大した形状とすることが可能で、より厚いレンズ形状にも対応することが可能となる。次に、図２５（ｂ）に示すように、第１レンズ３６の一表面部３６ｂに、平坦化層４３を介して保護基板１７を接合する。
【００９７】
前記平坦化層４３は低屈折率の紫外線硬化樹脂から成り、具体的にこの平坦化層４３は、たとえば約１．４１の屈折率のものが用いられている。したがって第１レンズ３６は、正の屈折率を有するレンズとして作用する。さらに図２５（ｃ）に示すように、第２レンズ４１の一表面部に、紫外線硬化樹脂を塗布し硬化させた後、この紫外線硬化樹脂の一表面部を平坦化研磨することで低屈折率層４４を形成する。この低屈折率層４４も、平坦化層４３と同様に低屈折率の紫外線硬化樹脂から成る。具体的にこの低屈折率層４４は、たとえば約１．４１の屈折率のものが用いられている。その後、低屈折率層４４の一表面部に、ブラックマトリックス２１を介して液晶表示素子１３が貼付けられる。
【００９８】
本実施形態においては、２層構成のマイクロレンズアレイを液晶パネルユニットに適用した例を示したが、本発明の実施の他の形態として、たとえば３層以上のマイクロレンズアレイを液晶パネルユニットに適用することも可能である。この場合には、収差を防止することが可能となり、液晶パネルユニットの光学特性を格段に向上することが可能となる。
【００９９】
本実施形態のスタンパ型の代わりに、以下のような方法でスタンパ型を作製することも可能である．第１の方法として、たとえば光透過性の基板の一表面部にレジストを塗布し、電子ビーム露光を行い、第１レンズの転写形状にレジスト形状を加工し、リアクティブイオンエッチング（略称ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチングによって、前記レジスト形状を光透過性の基板に転写してスタンパ型を形成してもよい。この場合、電子ビーム用レジストとその他のレジストとを多層構造とし、前記ドライエッチングの際に、レジストに対する基板の選択比を上げることで、より深いレンズ形状を作製することが可能である。
【０１００】
第２の方法として、第１レンズに対応する透過率分布マスクを用いて、基板の一表面部に塗布したレジストを、レンズ形状と相似形に露光してもよい。この露光後、ＲＩＥなどのドライエッチングによって、レジスト形状を基板に転写してスタンパ型を形成してもよい。第１レンズに対応する小片に露光したレジストを、熱だれによって球面または非球面に変形させ、その後エッチングによって形状を転写する方法（リフロー法とも呼ばれる）を用いることも可能である。第１レンズに対応する小穴が形成されたマスク層を形成し、ウェットエッチングによって球面状に加工する方法を用いることも可能である。ウェットエッチングによって球面状の凹部を形成する方法においては、マスク層の小穴の径を変えることによって、非球面形状のレンズを作製することも可能となる。
【０１０１】
本実施形態においては、中間基板および第２レンズの一表面部に、紫外線硬化樹脂を塗布し硬化させた後、この紫外線硬化樹脂の一表面部を平坦化研磨しているが、中間基板および第２レンズの一表面部に、平坦化層を付加してもよい。この場合には、平坦化研磨を省略することができるので、マイクロレンズアレイの製造方法を一層簡単化することができる。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【０１０２】
本実施例においては、第１レンズの露光又は硬化を行った後、第２レンズの露光又は硬化を行っているが、スタンパ型と第１レンズ部との位置関係が変わらなければ、第２レンズの露光又は硬化のための紫外線照射と同時に、又はその後に第１レンズの露光又は硬化を行ってもよく、この場合は、第２レンズを形成するための感光性材料を前もって塗布しておくことが可能となり、工程の簡略化ができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射して、透過光を感光性材料から成る層に照射するだけの操作によって、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置される。それ故、第１および第２のマイクロレンズアレイの光学的特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも１つのマイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとを、機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。
【０１０４】
特に、平行光を、第１のマイクロレンズアレイに照射することで、広い面積にわたって均一な露光が可能となり、ウエハ単位での露光が可能となる。
【０１０５】
また本発明によれば、第３工程において、感光性樹脂から成る層に前記透過光を照射して感光させることで、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【０１０６】
また本発明によれば、第３工程において、予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材に、平行光を透過させることによって、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布が付与され、所望の第２のマイクロレンズアレイの形状を実現することができる。
【０１０７】
また本発明によれば、第１工程において、第１のマイクロレンズアレイを、スタンパ型を用いて作製する。その後、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布を有する平行光を、スタンパ型に一体化されて成るマスク部材を介して第１のマイクロレンズアレイに照射する。この第１のマイクロレンズアレイを透過した透過光は、感光性材料から成る層に照射され、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【０１０８】
また本発明によれば、マスク部材は、光透過性の板体に、特定の波長の光の透過率を変化させる材料を塗布することによって形成される。このマスク部材を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。
【０１０９】
また本発明によれば、第１工程において、第１のマイクロレンズアレイをスタンパ型を用いて作製する。その後、第１のマイクロレンズアレイとスタンパ型とを一体化したまま、第２のマイクロレンズアレイを形成する。このように第１のマイクロレンズアレイとスタンパ型とを一体化したまま、換言すれば、スタンパ型を第１のマイクロレンズアレイから離型することなく、第２のマイクロレンズアレイを形成することができるので、第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとの高い位置合わせ精度を、安定して確保することができる。
【０１１０】
また本発明によれば、厚み方向他端面部に設けられる第２のマイクロレンズアレイは、シリンドリカル形状に形成されるので、光の散乱を回避することが可能となる。したがって、マイクロレンズアレイの光学特性を向上することができる。
【０１１１】
また本発明によれば、厚み方向他端面部に設けられる第２のマイクロレンズアレイは、非球面形状に形成されるので、第２のマイクロレンズアレイによって発生し得る収差を抑制することができる。したがって光の利用効率の向上を一層図ることが可能となる。
【０１１２】
また本発明によれば、マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイの製造方法にて簡単に製造することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置を用いることなく、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置される。したがって、前記高い位置合わせ精度を確保しつつ、マイクロレンズアレイの製造方法を簡単化し、設備費用の低減を図ることができる。
【０１１３】
また本発明によれば、液晶表示素子と、この液晶表示素子の画素位置に、光源からの光を集光させる前記マイクロレンズアレイとを備える投影形液晶表示装置を容易に実現することができる。
【０１１４】
また本発明によれば、光源と、この光源からの白色光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、液晶表示素子と、前記マイクロレンズアレイとを備える投影形液晶表示装置を容易に実現することができる。光源から発せられる白色光束は、光束分割手段によって複数の光束に分割される。これら分割された光束を、液晶表示素子に透過させて、これら光束の強度分布などを選択的に変化させて投影させ、画面表示することができる。
【０１１５】
また本発明によれば、第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ型を用いて、第１のマイクロレンズアレイを形成することができる。また予め設定される光の透過率の分布を有するマスク部材を用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。スタンパ型とマスク部材とは一体化されて成り、それらを一体化したまま、第１および第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。したがって第１のマイクロレンズアレイと第２のマイクロレンズアレイとの高い位置合わせ精度を、安定して確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の投影形液晶表示装置のマイクロレンズアレイを形成する工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図２】投影形液晶表示装置４の全体構造を示す模式図である。
【図３】マイクロレンズアレイ１を含む液晶パネルユニット９を、光束２Ｒの主光線３を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図４】第１レンズ１２の外形形状を示し、第１レンズ１２をレンズ形成面に直角な方向から見た平面図である。
【図５】第２レンズ１４の外形形状を示し、第２レンズ１４をレンズ形成面に直角な方向から見た平面図である。
【図６】第１レンズと第２レンズのレンズ形成面に直角な方向から見た位置関係を示す説明図である。
【図７】第２レンズ１４と、赤、緑、青の各光束に対応する画素との配置関係を示す説明図である。
【図８】第２レンズ１４の斜視図である。
【図９】マイクロレンズアレイの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】マイクロレンズアレイを製造する工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイ１の断面図である。
【図１１】図１０の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイの断面図である。
【図１２】図１１の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズレイの断面図である。
【図１３】１ウエハに４行３列合計１２チップ分を露光可能なマスク部材３０を、厚み方向一方に見て示す平面図である。
【図１４】各チップ内の透過率分布パターンを示す図１３の要部拡大平面図である。
【図１５】図１４のＸ−Ｘ線方向における透過率分布を示す図である。
【図１６】図１５の透過率分布を示すマスク部材を用いた場合において、第２レンズ形成領域における光強度分布を示す図である。
【図１７】第２レンズをシリンドリカル形状とした場合の前記Ｘ−Ｘ線方向における透過率分布を示す図である。
【図１８】第２レンズを非球面形状とした場合のＸ−Ｘ線方向における透過率分布を示す図である。
【図１９】第２レンズを非球面形状とした場合のＹ−Ｙ線方向における透過率分布を示す図である。
【図２０】スタンパ型２９とマスク部材３０との位置関係を示し、これらを厚み方向から見た説明図である。
【図２１】シリンドリカル形状に形成される第２レンズ１４Ａの斜視図である。
【図２２】非球面形状に形成される第２レンズ１４Ｂの斜視図である。
【図２３】本発明の別実施形態のマイクロレンズアレイを製造する工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図２４】図２３の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図２５】図２４の工程からさらに進展した工程を段階的に示し、マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【符号の説明】
１　マイクロレンズアレイ
４　投影形液晶表示装置
５　白色光源
８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ　色分解ミラー
９　液晶パネルユニット
１２　第１レンズ
１３　液晶表示素子
１４　第２レンズ
２９　スタンパ型
２９ａ　凹部
３０　マスク部材
３１　第１の紫外線硬化樹脂層
３３　第２の紫外線硬化樹脂層
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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