(57)【要約】【課題】ガラスなどからなる担体層を不要としつつ面精度及び平坦性に優れ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】先ずパタニング工程を行ない、透明な基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。次に平坦化工程を行ない、マイクロレンズ面の凹凸を第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。更に接合工程を行ない、平坦化された第二光学樹脂層６に対し、あらかじめ透明な保護膜３が形成された担体層４を接合する。最後に除去工程を行ない、担体層４を除去して第二光学樹脂層６の上に保護膜３のみを残す。【選択図】　　　図１
2004012941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、
該マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層を形成する平坦化工程と、
平坦化された該第二光学樹脂層に対し、あらかじめ透明な保護膜が形成された担体層を接合する接合工程と、
該担体層を除去して該第二光学樹脂層の上に該保護膜のみを残す除去工程とを行なう
マイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項２】
所定の間隙を介して該第一光学樹脂層と該担体層とを接合し、さらに該間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して前記平坦化工程と接合工程を互いに連関して行なう請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項３】
前記平坦化工程は、該第一光学樹脂層の表面に液状の樹脂をスピンコートして該マイクロレンズ面を埋め且つ表面を平坦化する請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項４】
前記平坦化工程は、該第一光学樹脂層の表面に樹脂を供給して該マイクロレンズ面を埋めた後、該樹脂の表面を平面状のスタンパで押圧して平坦化を行なう請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項５】
前記保護膜は、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ａ−ＤＬＣ又はＡｌ２Ｏ３で形成する請求項１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項６】
透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、
第二の屈折率を有する樹脂で該マイクロレンズ面の凹凸を埋める充填工程と、該埋められた樹脂の表面を平坦化して第二光学樹脂層を形成する平坦化工程とからなるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記平坦化工程はスピンコーテイングにより該埋められた樹脂の表面を平坦化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７】
透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、
第二の屈折率を有する樹脂で該マイクロレンズ面の凹凸を埋める充填工程と、該埋められた樹脂の表面を平坦化して第二光学樹脂層を形成する平坦化工程とからなるマイクロレンズアレイの製造方法であって、
前記平坦化工程はフラットスタンピングにより該埋められた樹脂の表面を平坦化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８】
第一の担体の上に配された光学樹脂層の表面に二次元的に配された第一のマイクロレンズ面を形成する第一パタニング工程と、
該第一のマイクロレンズ面の凹凸を該光学樹脂層とは異なる屈折率の光学樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第一のマイクロレンズアレイを作成する第一平坦化工程と、
第二の担体の上に配された光学樹脂層の表面に二次元的に配された第二のマイクロレンズ面を形成する第二パタニング工程と、
該第二のマイクロレンズ面の凹凸を該光学樹脂層とは異なる屈折率の光学樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二のマイクロレンズアレイを作成する第二平坦化工程と、
第一のマイクロレンズ面と第二のマイクロレンズ面とを互いに整合させた状態で第一のマイクロレンズアレイの平坦化された表面と第二のマイクロレンズアレイの平坦化された表面とを接合して両マイクロレンズアレイを一体化する接合工程とからなる
二重構造のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項９】
少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板と、少くとも対向電極が形成された対向基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、少くとも対向基板には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている液晶表示素子において、
前記マイクロレンズアレイは、該対向基板に接合した裏面と平坦化された表面とを有しており、
該平坦化された表面に保護膜を介して該対向電極が形成されていることを特徴事項とする液晶表示素子。
【請求項１０】
前記マイクロレンズアレイは、あらかじめ担体上に形成された保護膜を該マイクロレンズアレイの平坦化された表面に接着した後、該担体を除去して該保護膜を露出し、さらに該露出した保護膜の上に対向電極を形成したことを特徴とする請求項９記載の液晶表示素子。
【請求項１１】
前記保護膜は、Ａｌ２Ｏ３，ａ−ＤＬＣ，ＴｉＯ２，ＴｉＮ又はＳｉからなることを特徴とする請求項９記載の液晶表示素子。
【請求項１２】
前記マイクロレンズアレイは二重構造を有し、該液晶層から遠い側にあって集光レンズとして機能する第一のマイクロレンズと、該液晶層に近い側にあって略フィールドレンズとして機能する第二のマイクロレンズとからなり、
該第二のマイクロレンズの主点と該液晶層との間の距離が１０μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項９記載の液晶表示素子。
【請求項１３】
少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板と、少くとも対向電極が形成された対向基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、少くとも駆動基板には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている液晶表示素子において、
前記マイクロレンズアレイは、第一の屈折率を有し二次元的に配されたマイクロレンズ面が形成された第一光学樹脂層と、第二の屈折率を有し該マイクロレンズ面の凹凸を埋めるとともに表面が平坦化された第二光学樹脂層とからなる積層構造を有し、
前記マイクロレンズアレイは、該平坦化された第二光学樹脂層の表面を介して該駆動基板の裏面に接合していることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１４】
前記マイクロレンズアレイは、所定の間隙を介して該第一光学樹脂層とあらかじめ保護膜が形成された担体層とを接合し、さらに該間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して該第二光学樹脂層を形成し、その後該担体層を除去して該保護膜を露出させ該第二光学樹脂層の平坦化された表面とすることを特徴とする請求項１３記載の液晶表示素子。
【請求項１５】
前記マイクロレンズアレイは、該第一光学樹脂層のマイクロレンズ面を樹脂で埋めた後平面を有するスタンパで押圧して該第二光学樹脂層の表面を平坦化することを特徴とする請求項１３記載の液晶表示素子。
【請求項１６】
該駆動基板に配されたマイクロレンズアレイと整合する様に、該対向基板にもマイクロレンズアレイが配されており、一方が集光レンズとして機能し他方が略フィールドレンズとして機能することを特徴とする請求項１３記載の液晶表示素子。
【請求項１７】
前記駆動基板は、裏面側から研磨されて薄厚化されており、該マイクロレンズアレイの平坦化された第二光学樹脂層の表面は、該研磨された駆動基板の裏面に接合していることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１８】
光を発する光源と、入射した光を光学的に変調する機能を有した液晶表示素子と、該液晶表示素子によって変調された光を投射する投射レンズとを備えた投射装置であって、
前記液晶表示素子は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板と、少くとも対向電極が形成された対向基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、少くとも対向基板には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれており、
前記マイクロレンズアレイは、該対向基板に接合した裏面と平坦化された表面とを有し、
該平坦化された表面に保護膜を介して該対向電極が形成されていることを特徴とする投射装置。
【請求項１９】
光を発する光源と、入射した光を光学的に変調する機能を有した液晶表示素子と、該液晶表示素子によって変調された光を投射する投射レンズとを備えた投射装置であって、
前記液晶表示素子は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板と、少くとも対向電極が形成された対向基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、少くとも駆動基板には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれており、
前記マイクロレンズアレイは、第一の屈折率を有し二次元的に配されたマイクロレンズ面が形成された第一光学樹脂層と、第二の屈折率を有し該マイクロレンズ面の凹凸を埋めるとともに表面が平坦化された第二光学樹脂層とからなる積層構造を有し、
前記マイクロレンズアレイは、該平坦化された第二光学樹脂層の表面を介して該駆動基板の裏面に接合していることを特徴とする投射装置。
【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に関する。又、マイクロレンズアレイを組み込んだ液晶表示素子に関する。加えて、係る液晶表示素子をライトバルブに用いた投射装置（プロジェクタ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＣＤ（液晶表示素子）、ＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）、ＬＣＯＳ（ＬＣ・ＯＮ・ＳＩＬＩＣＯＮ）などのライトバルブを用いたプロジェクタの開発が盛んに行なわれている。プロジェクタには分類方法によって色々な種類がある。機能面及び形態面からは、パーソナルコンピュータのモニタ表示を主体としたデータ・プロジェクタ、ホーム・シアター用などＡＶ主体のフロント・プロジェクタ又はリア・プロジェクタ、ＴＶ用途などのリア・プロジェクタがある。又、使用するライトバルブの枚数によって１〜３板式に分けられる。さらにライトバルブは透過型と反射型の両方がある。
【０００３】
今後プロジェクタは一層の高輝度化が進展すると考えられる。高輝度化に関しては、第一に光学系の改善が期待されるところである。例えば、使用する光源ランプの高輝度化、アークランプを用いた場合の短アーク長化（点光源化）及び部材の最適化が、小型化とともに進展するであろう。第二には、キー・デバイスであるライトバルブの高開口率化が求められる。これについては、基本的に画素単位での素子の微細化及び高開口率化が求められることになるが、特に電気光学媒体として液晶を用いた場合、単純な素子の微細化だけでは画素の高開口率化を達成することはできない。連続体である液晶の場合、リバースチルトドメインからの光漏れ防止の為、又液晶を駆動する薄膜トランジスタの光リーク防止の為、遮光用のブラックマトリクスの面積がある程度必要となり、その分画素の開口率が犠牲となってしまう。
【０００４】
液晶表示素子では、従来からマイクロレンズアレイを搭載することにより、光源光の利用効率の向上や高輝度化を図ってきており、例えば特開２０００−２０６８９４にマイクロレンズを組み込んだ平面表示装置が開示されている。従来の液晶プロジェクタ用途向けの高精細液晶表示素子（液晶パネル）に組み込まれるマイクロレンズアレイは、石英基板あるいはネオセラム基板など各種ガラス基板（以下、本明細書ではマイクロレンズアレイのガラス基板をカバーガラスと呼ぶ場合がある）を用いて作成される。具体的には、ウエットエッチング法又はドライエッチング法あるいは２Ｐ法（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ法）などによりマイクロレンズアレイを形成する方法が実用化されているが、いずれの方法においてもマイクロレンズアレイを形成する領域は透明樹脂が用いられる。この透明樹脂を支持するカバーガラスの厚みは研削あるいは研磨で制御し、その上に必要に応じて表示デバイス用の透明導電膜（ＩＴＯ膜など）を形成している。
【０００５】
図１６を参照して、ウエットエッチング法を用いた従来のマイクロレンズアレイの製造方法を簡単に説明する。まず（Ａ）に示す様に、石英基板を洗浄した後、レジストを塗布し、露光現像して、画素に合わせたパタニングを行なう。続いて（Ｂ）に示すように、レジストを介して石英基板の等方性エッチングを行ない、球面形状のレンズ面Ｒを形成する。なお、レジストの代わりに耐薬品性に優れた金属又はポリシリコンやアモルファスシリコン膜などをマスク材に用いることもできる。エッチング液としてはＨＦ系あるいはＢＨＦ系を用いることができる。続いて（Ｃ）に示す様に、石英基板の表面にカバーガラスを貼り合わせ、両者の間隙に屈折率の異なる透明樹脂を充填する。樹脂の充填は真空注入で行なうことができる。あるいは、スピンコート法やスプレイ法を用いても良い。ウェットエッチングで球面加工されたレンズ面Ｒに樹脂を充填し、ＵＶ光照射あるいは加熱処理して、樹脂を完全硬化させる。エポキシ系、アクリル系、シリコン系、フッ素系などの樹脂が用いられるが、いずれも紫外線照射処理あるいは加熱処理で硬化固体化される。これにより、各画素に対応したマイクロレンズが作成される。最後に（Ｄ）に示す様に、カバーガラスを研磨した後、その表面にＩＴＯなどの透明電極を形成し、対向基板とする。この後図示しないが、画素電極や薄膜トランジスタが形成された駆動基板と対向基板を貼り合わせ、両者の間隙に液晶を注入して、アクティブマトリクス型の液晶表示素子が完成する
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これからのマイクロレンズアレイは、高輝度化と同時に高精細化にも対応しなければならない。例えば、液晶表示素子のパネルサイズが小さくなると、これに比例して画素サイズが微細化するので、マイクロレンズ自身も配列ピッチが小さくなる。これに伴い、カバーガラスも薄くする必要が生じてくる。従来、カバーガラスは研磨や研削により薄型化していたが、加工上の限界があり、設計上必要な均一性及び平坦性を確保することが困難になっている。平面精度や平坦性が悪化すると、液晶表示素子に組み込む際機械的なストレスが生じ、解決すべき課題となっている。又、パネルの高精細化に伴い、例えばカバーガラスを３０μｍ以下に薄くしようとすると、マイクロレンズを構成する光学樹脂の硬化収縮もしくは熱膨張率の差によるストレスで、カバーガラスのうねりや反りが起こってくる為、解決すべき課題となっている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明はカバーガラス（ガラス基板）を不要としつつ面精度及び平坦性に優れたマイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。又、平坦化技術を利用して、二枚のマイクロレンズアレイを接合したいわゆるデュアルマイクロレンズアレイ（ダブルマイクロレンズアレイとも呼ぶ）の製造方法を提供することを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。すなわち、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、該マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層を形成する平坦化工程と、平坦化された該第二光学樹脂層に対し、あらかじめ透明な保護膜が形成された担体層を接合する接合工程と、該担体層を除去して該第二光学樹脂層の上に該保護膜のみを残す除去工程とを行なう。好ましくは、所定の間隙を介して該第一光学樹脂層と該担体層とを接合し、さらに該間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して前記平坦化工程と接合工程を互いに連関して行なう。或いは、前記平坦化工程は、該第一光学樹脂層の表面に液状の樹脂をスピンコートして該マイクロレンズ面を埋め且つ表面を平坦化する。或いは、前記平坦化工程は、該第一光学樹脂層の表面に樹脂を供給して該マイクロレンズ面を埋めた後、該樹脂の表面を平面状のスタンパで押圧して平坦化を行なう。好ましくは、前記保護膜は、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ａ−ＤＬＣ又はＡｌ２Ｏ３で形成する。
【０００８】
又、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、第二の屈折率を有する樹脂で該マイクロレンズ面の凹凸を埋める充填工程と、該埋められた樹脂の表面を平坦化して第二光学樹脂層を形成する平坦化工程とからなり、前記平坦化工程はスピンコーテイングにより該埋められた樹脂の表面を平坦化することを特徴とする。
【０００９】
又、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、透明な基板の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成するパタニング工程と、第二の屈折率を有する樹脂で該マイクロレンズ面の凹凸を埋める充填工程と、該埋められた樹脂の表面を平坦化して第二光学樹脂層を形成する平坦化工程とからなるマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記平坦化工程はフラットスタンピングにより該埋められた樹脂の表面を平坦化することを特徴とする。
【００１０】
又、本発明に係る二重構造のマイクロレンズアレイの製造方法は、第一の担体の上に配された光学樹脂層の表面に二次元的に配された第一のマイクロレンズ面を形成する第一パタニング工程と、該第一のマイクロレンズ面の凹凸を該光学樹脂層とは異なる屈折率の光学樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第一のマイクロレンズアレイを作成する第一平坦化工程と、第二の担体の上に配された光学樹脂層の表面に二次元的に配された第二のマイクロレンズ面を形成する第二パタニング工程と、該第二のマイクロレンズ面の凹凸を該光学樹脂層とは異なる屈折率の光学樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二のマイクロレンズアレイを作成する第二平坦化工程と、第一のマイクロレンズ面と第二のマイクロレンズ面とを互いに整合させた状態で第一のマイクロレンズアレイの平坦化された表面と第二のマイクロレンズアレイの平坦化された表面とを接合して両マイクロレンズアレイを一体化する接合工程とからなる。
【００１１】
本発明は、上述したマイクロレンズアレイを組み込んだ液晶表示素子を包含している。すなわち、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板と、少くとも対向電極が形成された対向基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、少くとも対向基板には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている液晶表示素子において、前記マイクロレンズアレイは、該対向基板に接合した裏面と平坦化された表面とを有しており、該平坦化された表面に保護膜を介して該対向電極が形成されていることを特徴とする。好ましくは、前記マイクロレンズアレイは、あらかじめ担体上に形成された保護膜を該マイクロレンズアレイの平坦化された表面に接着した後、該担体を除去して該保護膜を露出し、さらに該露出した保護膜の上に対向電極を形成する。又、前記保護膜は、Ａｌ２Ｏ３，ａ−ＤＬＣ，ＴｉＯ２，ＴｉＮ又はＳｉからなる。場合により、前記マイクロレンズアレイは二重構造を有し、該液晶層から遠い側にあって集光レンズとして機能する第一のマイクロレンズと、該液晶層に近い側にあって略フィールドレンズとして機能する第二のマイクロレンズとからなり、該第二のマイクロレンズの主点と該液晶層との間の距離が１０μｍ以下に設定されている。なお、第二のマイクロレンズの焦点距離が両マイクロレンズ間距離と一致するとき、フィールドレンズとしての機能は１００％になる。しかし、第二のマイクロレンズの焦点距離と両マイクロレンズ間距離との差が１０％程度なら、第二のマイクロレンズは実用上充分にフィールドレンズとして作用する。
【００１２】
又本発明は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板と、少くとも対向電極が形成された対向基板と、所定の間隙を介して該画素電極と該対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有し、少くとも駆動基板には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている液晶表示素子において、前記マイクロレンズアレイは、第一の屈折率を有し二次元的に配されたマイクロレンズ面が形成された第一光学樹脂層と、第二の屈折率を有し該マイクロレンズ面の凹凸を埋めるとともに表面が平坦化された第二光学樹脂層とからなる積層構造を有し、前記マイクロレンズアレイは、該平坦化された第二光学樹脂層の表面を介して該駆動基板の裏面に接合していることを特徴とする。好ましくは、前記マイクロレンズアレイは、所定の間隙を介して該第一光学樹脂層とあらかじめ保護膜が形成された担体層とを接合し、さらに該間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して該第二光学樹脂層を形成し、その後該担体層を除去して該保護膜を露出させ該第二光学樹脂層の平坦化された表面とする。又、前記マイクロレンズアレイは、該第一光学樹脂層のマイクロレンズ面を樹脂で埋めた後平面を有するスタンパで押圧して該第二光学樹脂層の表面を平坦化する。又、該駆動基板に配されたマイクロレンズアレイと整合する様に、該対向基板にもマイクロレンズアレイが配されており、一方が集光レンズとして機能し他方が略フィールドレンズとして機能する。又、前記駆動基板は、裏面側から研磨されて薄厚化されており、該マイクロレンズアレイの平坦化された第二光学樹脂層の表面は、該研磨された駆動基板の裏面に接合している。
【００１３】
本発明によれば、エッチング法、フラットスタンピング法、スピンコーティング法などを用いてマイクロレンズアレイの表面を平坦化し、以ってガラス基板（カバーガラス）の使用を不必要なものとしている。これにより、マイクロレンズアレイの薄型化が可能である。又、マイクロレンズアレイの表面を平坦化したことで、液晶表示素子に組み込んで一体化する際、機械的なストレスを除くことが可能である。更には、エッチング法、フラットスタンピング法、スピンコーティング法などの平坦化技術を適用して二枚のマイクロレンズアレイを精度よく接合可能となり、いわゆるデュアルマイクロレンズアレイを安定的に製造することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。まず（１）に示す様にパタニング工程を行なう。すなわち、透明なガラスなどからなる基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。本実施形態では、低屈折率のＵＶ樹脂からなる第一光学樹脂層２をあらかじめガラス基板１に形成した後、マイクロレンズのＮｉ電鋳原盤を用いてスタンピングし、マイクロレンズ面を第一光学樹脂層２に転写する。その後ガラス基板１の裏側からＵＶ照射を行ない、ＵＶ樹脂からなる第一光学樹脂層２を硬化し、転写されたマイクロレンズ面を固定する。
【００１５】
続いて（２）に示す様に、あらかじめ透明な保護膜３が形成された担体層４をガラス基板１側にシール材５を介して接合する。担体層４はカバーガラスからなり、その一面に予め形成された保護膜３はカバーガラスの研磨ストッパとして機能するものである。担体層４とガラス基板１を接合するシール材５は、担体層４の外周に沿って塗布された樹脂からなり、直径が２〜３μｍのガラスファイバをスペーサとして包含している。外周に沿ってシール材５が塗布された担体層４をガラス基板１に接着して内部空間を形成する。
【００１６】
続いて（３）に示す様に、第一光学樹脂層２と保護膜３とで挟まれた空間に、第二の屈折率を有する液状の樹脂を充填した後、硬化してマイクロレンズを完成する。本実施形態では、第一光学樹脂層２と保護膜３との間に真空注入で高屈折率樹脂を充填し、これを加熱硬化している。あるいは、紫外線硬化型の樹脂を充填した後紫外線を照射して硬化してもよい。この様に、第一光学樹脂層２の表面に形成されたマイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。互いに屈折率が異なる第一光学樹脂層２と第二光学樹脂層６との積層によりマイクロレンズが構成される。本実施形態では、ガラス基板１と担体層４との間に設けた間隙に樹脂を充填することで、第二光学樹脂層６の表面を自動的に平坦化している。
【００１７】
最後に（４）に示す様に、保護膜３をストッパとして、担体層（カバーガラス）４を研削もしくは研磨により除去して、第二光学樹脂層６の上に保護膜３のみを残す。
【００１８】
以上説明した様に、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法は、まず初めにパタニング工程を行ない、透明な基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。続いて平坦化工程を行ない、マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面を平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。更に接合工程を行ない、平坦化された第二光学樹脂層６に対し、あらかじめ透明な保護膜３が形成された担体層４を接合する。最後に除去工程を行ない、担体層４を除去して第二光学樹脂層６の上に保護膜４のみを残す。係る一連の工程により、カバーガラスを含まないマイクロレンズアレイを作成することができる。しかもマイクロレンズアレイの表面は平坦化されており、その上に透明な保護膜３が形成されている。尚、本実施形態では、所定の間隙を介して第一光学樹脂層２と担体層４とを接合し、更にこの間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して、平坦化工程と接合工程を互いに連関して行なっている。ストッパとして用いる保護膜３は、ＳｉＯ２，ＳｉＮ２，ａ−ＤＬＣ又はＡｌ２Ｏ３などの絶縁膜を用いることができる。尚ａ−ＤＬＣは、非晶質ダイヤモンド様炭素である。
【００１９】
図２は本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の他の実施形態を示す工程図であり、スタンパ法を用いている。まず（１）に示す様に、あらかじめガラス基板１の表面に形成された第一光学樹脂層２に、Ｎｉ電鋳原盤を押圧して、マイクロレンズ面を転写する。先の実施形態と同様に、第一光学樹脂層２は低屈折率のＵＶ樹脂からなる。この後ガラス基板１の裏側から３６５ｎｍ付近の波長のＵＶ光を３０００ｍＪのエネルギーで照射し、ＵＶ樹脂を硬化する。
【００２０】
続いて（２）に示す様に、マイクロレンズ面の凹凸を、第二の屈折率を有する樹脂で埋め且つその表面をフラットスタンパＦＳで平坦化して第二光学樹脂層６を形成する。本実施形態では、高屈折率のＵＶ樹脂を滴下してマイクロレンズ面の凹凸を埋めた後、フラットスタンパＦＳで押圧し、表面を平坦化している。この状態でＵＶ照射を行ない第二光学樹脂層６の平坦化された表面を固定する。尚、液状の樹脂を滴下する代わりに、スピンコーティングで供給してもよい。
【００２１】
この後（３）に示す様に、平坦化された第二光学樹脂層６の表面にＳｉＯ２又はＳｉＮｘからなる保護膜３をＣＶＤもしくはスパッタリングなどにより成膜する。更にその表面に、ＩＴＯなどからなる透明電極７を形成する。場合によっては（３）の工程に代えて、（３’）に示す工程を行なってもよい。すなわち、平坦化された第二光学樹脂層３の上に薄いカバーガラス４を接着し、更にその上に透明電極７を形成する。（３）に示した保護膜３に代えて（３’）ではカバーガラス４を用いている。必要に応じ、カバーガラス４は研磨もしくは研削により厚みを薄くすることができる。この様にしてマイクロレンズアレイと透明電極を一体化した液晶表示素子用の基板を作ることができる。その際、マイクロレンズアレイの表面は平坦化されている為、液晶表示素子に組み込んだ場合でも不必要なストレスが生じない。特に（３）に示した工程を採用すれば、カバーガラスを必要としないマイクロレンズアレイを作ることができるのでコスト低減効果が得られる。
【００２２】
図３は、本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の別の実施形態の要部を示す工程図である。本実施形態では、スピンコート法を用いてマイクロレンズアレイの表面の平坦化を行なっている。まず（１）に示す様に、透明なガラス基板１の上に配された第一の屈折率を有する第一光学樹脂層２の表面に、二次元的に配された複数のマイクロレンズ面を形成する。個々のマイクロレンズ面の深さは７μｍ程度である。ここで一回目のスピンコーティングを行ない、粘度が１００ｃｐｓ程度の樹脂を５００〜１０００ｒｐｍの速度で塗布する。この結果、マイクロレンズ面の底部に第二光学樹脂層６が形成される。
【００２３】
続いて（２）に示す様に二回目のスピンコーティングを行ない、同じく粘度が１００ｃｐｓ程度の液状樹脂を５００〜１０００ｒｐｍの速度で重ね塗りする。更に（３）に示す様に、三回目のスピンコーティングを行ない、液状樹脂を同じく５００〜１０００ｒｐｍの回転速度の遠心力を利用してマイクロレンズ面の凹部に塗布する。この様にスピンコーティングを三回繰り返すことで、マイクロレンズ面はほぼ第二光学樹脂層６で埋めることができる。
【００２４】
最後に（４）に示す様に四回目のスピンコーティングを行ない、マイクロレンズ面を完全に埋めるとともにその表面を平坦にする。この時のスピンコーターの回転速度は３０００〜５０００ｒｐｍであり、表面を滑らかにすることができる。なお、スピンコーティングに代えてスプレイ法を用いても良い。この場合、溶媒を用いて数１０ｃｐｓの粘度とし、数１０μｍの粒径にしてスプレイする。表面張力でフラットになるように塗布、乾燥を繰り返す。無溶媒の場合は粘度の低い樹脂を用いる。
【００２５】
上述した単純なマイクロレンズアレイの他、集光レンズとして機能するマイクロレンズアレイとフィールドレンズとして機能するマイクロレンズアレイを積層したデュアルマイクロレンズアレイが開発されている。デュアルマイクロレンズアレイはシングルマイクロレンズアレイに比べ光の利用効率を改善することができる。通常の三板式液晶プロジェクタでは、マイクロレンズアレイに入射する光源光の発散角は１０度前後のものが多い。マイクロレンズアレイを使用すると、液晶パネルの出射側の光発散角が大きくなるので、必要以上に入射光の発散角を大きくしても投影レンズでけられてしまい、逆に光利用効率は低くなる。又、液晶パネルに入射される光の発散角の増大に伴うコントラスト低下防止の点から入射角をある程度制限している。これに対してデュアルマイクロレンズアレイ構造を用いると、入射光の方向に対し、第二レンズ（フィールドレンズ）をその焦点距離だけ第一レンズ（集光レンズ）から離して配置するので（フィールド型配置）パネル出射光の発散角がデュアルマイクロレンズアレイのレンズパワーによる発散角によって制御され、投影レンズでのけられが少なくなり、光利用効率が急激に上昇する。
【００２６】
デュアルマイクロレンズアレイ（ＤＭＬ）は、液晶パネルに対する配置構造に関し二種類に分かれている。一般に、アクティブマトリクス型の液晶パネルは薄膜トランジスタなどのスイッチング素子や画素電極などが形成された駆動基板と、対向電極が形成された対向基板とを接合し、両者の間に液晶を保持した積層構造となっている。第一の種類は、ＤＭＬを対向基板側に配置した構造である。第二の種類は、ＤＭＬのうち片方のマイクロレンズアレイを対向基板側に配し、もう片方のマイクロレンズアレイを駆動基板側に配し、両者の間に液晶を介在させた構造である。これらのＤＭＬは、当然画素の高精細化にも対応しなければならない。パネルサイズが小さくなると、それに比例して画素サイズが小さくなるので、相似的に個々のマイクロレンズの配列ピッチが小さくなる。それに伴い、マイクロレンズの短焦点化が必要になるとともに、カバーガラスも薄型化する必要が生じる。このうち、マイクロレンズの短焦点化は比較的容易であるが、カバーガラスの厚みの薄型化は、シングルマイクロレンズアレイの場合に比べ更に一層困難な課題が生じる。ＤＭＬ構造においては、基本的にはシングルマイクロレンズアレイ（ＳＭＬ）を二枚形成し、これを貼り合わせて作成する。その際、各ＳＭＬの形成においては、高精細化に対応する為、カバーガラスや光学樹脂の厚みなどの制御を通常のＳＭＬ以上に厳密に管理する必要がある。
【００２７】
図４を参照して、対向基板側にＤＭＬを形成した場合の基本的な構成並びに解決すべき課題を示す。図示する様に、液晶表示素子（液晶パネル）は駆動基板１０と対向基板２０をシール材３１で互いに接合し、両者の間隙に液晶３０を封入した積層構造を有している。駆動基板１０はガラス基材１１を用いて構成されており、その表面には薄膜トランジスタなどのスイッチング素子や画素電極を含む画素１２がマトリクス状に集積形成されている。個々の画素１２は格子状のブラックマトリクス１３によって区画されている。
【００２８】
対向基板２０にはデュアルマイクロレンズアレイＤＭＬや対向電極（図示省略）などが形成されている。ＤＭＬはガラス基板２１とカバーガラス２２との間に保持されており、低屈折率樹脂２３、高屈折率樹脂２４、低屈折率樹脂２５を重ねた積層構造である。低屈折率樹脂としてはフッ素系、シリコン系、アクリル系の樹脂がある。高屈折率樹脂としては、アクリル系、エポキシ系、チオウレタン系がある。低屈折率樹脂層２３と高屈折率樹脂層２４の界面に第１ＭＬ（集光レンズ）が形成され、高屈折率樹脂層２４と低屈折率樹脂層２５との間に第２ＭＬ（フィールドレンズ）が形成されている。
【００２９】
画素の高精細化に伴って、画素ピッチが狭くなると、第２ＭＬの主点とカバーガラス２２の表面間距離▲１▼、第１ＭＬの主点と第２ＭＬの主点との間の距離▲２▼、第１ＭＬと第２ＭＬのアライメント精度▲３▼の制御や精度向上が重要になる。これらのパラメータ▲１▼，▲２▼及び▲３▼はＤＭＬの光集光率を決定する。このうち、第１ＭＬ主点と第２ＭＬ主点との間の距離▲２▼は、フィールド型ＤＭＬの作用そのものを実現する上で、厳密に制御することが必要である。
【００３０】
図５は、パラメータ▲１▼（第２ＭＬ主点とカバーガラス表面との間の距離）に対する光集光率の依存性を表わすグラフである。尚、この光集光率は画素の実効開口率で表わしてある。グラフから明らかな様に、パラメータ▲２▼が概ね５μｍ以内であると集光効率が上がる。最低でも、パラメータ▲２▼を１０μｍ以内に抑えることが好ましい。この為、第２ＭＬのカバーガラス２２は非常に薄く形成する必要がある。尚図５のグラフは二本のカーブを含んでいるが、それぞれＤＭＬのパラメータを変えたものであるが、いずれにしてもパラメータ▲２▼は１０μｍ以内に抑えることが好ましい。尚、図５のグラフは、画素ピッチが１８μｍ□で光源光の入射発散角が１０度の場合のデータである。
【００３１】
図６は、本発明に係る液晶表示素子の実施形態を示す模式的な工程図である。本液晶表示素子は、デュアルマイクロレンズアレイを対向基板側に形成している。まず（１）に示す様に、第１ＭＬ基板２１の上にスタンピング法でマイクロレンズ面が形成された低屈折率樹脂２３を配する。同様に、第２ＭＬ基板２２の上にもスタンプ法でマイクロレンズ面が形成された低屈折率樹脂２５を配する。尚第２ＭＬ基板２２と低屈折率樹脂層２５との間には研磨ストッパとなる保護膜２６があらかじめ形成されている。この保護膜２６は、Ａｌ２Ｏ３やａ−ＤＬＣ膜からなり、後工程で第２ＭＬ基板２２を研磨する際のストッパとして機能し、研磨の均一性を確保するものである。Ａｌ２Ｏ３やａ−ＤＬＣ膜は透明で約１００ｎｍ以上成膜すれば、有効なストッパとなる。このストッパ機能を有する保護膜２６はスパッタ法もしくはＰＥＣＶＤ法で成膜することができる。ストッパ層は必ずしも透明である必要はない。例えば、ａ−Ｓｉなどを１μｍ程度の厚みで成膜してもよい。各低屈折率樹脂層２３，２５に形成されたマイクロレンズ面の形状は画素ピッチに合わせて最高集光効率が得られる様に、曲率半径や非球面定数を決めてある非球面形状（楕円体あるいは双曲面体）を有する。
【００３２】
次に（２）に示す様に、第１ＭＬ基板２１又は第２ＭＬ基板２２の一方に、エポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂からなるシール材２７を外周に沿って塗布し、両基板のアライメントマークを基準に重ね合わせる。シール材２７を構成するエポキシ樹脂あるいはアクリル樹脂はＵＶ硬化型もしくはＵＶ硬化と熱硬化を組み合わせたものである。シール材２７を構成する樹脂の中には、あらかじめ第１ＭＬの主点と第２ＭＬの主点との間の距離が第２ＭＬの焦点距離と一致する様に、ガラスファイバやプラスティックビーズ等のスペーサを重量比が１〜５％で混入しておく。例えば、１８μｍピッチの画素の場合、第１ＭＬの焦点距離は空気換算で約６５μｍ、第２ＭＬのレンズ焦点距離は同じく空気換算で約４０μｍ、非球面定数は共にＫ＝−１．３程度（低屈折率樹脂の屈折率は１．４１〜１．４５、高屈折率樹脂の屈折率は１．６０〜１．６６）である。この場合、第１ＭＬの主点と第２ＭＬの主点間距離は、フィールド配置の条件を満たす為に空気換算で約４０μｍ程度となる。従って、後工程で充填する高屈折率樹脂の屈折率が１．６０の場合、実厚で４０／１．６＝２５μｍ程度のギャップ寸法となる様にシール材２７の厚みを決定する。具体的には、シール材２７に混入するプラスティックビーズの粒径を２５μｍ−（Ｄ１＋Ｄ２）程度とすればよい。実際には、樹脂の押圧時のへこみを考慮する必要がある。
【００３３】
続いて（３）に示す様に、シール材２７を介して互いに接合した第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に真空注入で高屈折率樹脂２４を真空注入し、デュアルマイクロレンズアレイを形成する。尚、画素が１４μｍピッチの例では、第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２のアライメント精度は±１．０μｍ以内に収めることが好ましい。第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に充填された高屈折率樹脂２４は、加熱処理により硬化される。ＵＶ硬化型の樹脂を用いた場合には紫外線照射を行なって硬化する。場合によっては、液状のまま第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に保持してもよい。
【００３４】
続いて（４）に示す様に、ストッパとして機能する保護膜２６に到達するまで、第２ＭＬ基板２２を研磨もしくは研削し除去する。第２ＭＬ基板２２の研磨は、例えばＣｅ２Ｏ３などを用いたＣＭＰ法などで行なうことができる。又保護膜２６としてａ−Ｓｉ膜を用いた場合、研磨によりストッパが表面に露出してから更にシリカなどで研磨し、ａ−Ｓｉ膜を取り除くことも可能である。この様にして、対向基板側にＤＭＬを形成した構造が得られる。保護膜をストッパとした研磨を行なうことで第２ＭＬ基板（カバーガラス）を完全に除去することが可能になるとともに、研磨の均一性が増し光利用効率や画質が向上する。
【００３５】
最後に（５）に示す様に、研磨で露出した保護膜２６の表面に対向電極２８を形成して、ＤＭＬを一体化した対向基板２０とする。この対向基板２０に対しシール材３１を介して駆動基板１０を接合し、両者の間隙に液晶３０を封入すると、液晶表示素子が完成する。駆動基板１０の表面にはあらかじめ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子と画素電極が集積形成されている。
【００３６】
以上説明した様に、本発明に係る液晶表示素子は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板１０と、少くとも対向電極２８が形成された対向基板２０と、所定の間隙を介して画素電極と対向電極２８とが互いに対面する様に接合した両基板１０，２０の間に配された液晶層３０とからなるパネル構造を有する。少くとも対向基板２０には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている。特徴事項として、このマイクロレンズアレイは実質的に対向基板２０を構成する第１ＭＬ基板２１に接合した裏面と平坦化された表面とを有している。平坦化された表面には保護膜２６を介して対向電極２８が形成されている。マイクロレンズアレイは、あらかじめ担体（第２ＭＬ基板２２）上に形成された保護膜２６をマイクロレンズアレイの平坦化された表面に接着した後、担体（第２ＭＬ基板２２）を除去して保護膜２６を露出し、更に露出した保護膜２６上に対向電極２８を形成したものである。前述した様に、この保護膜２６は、Ａｌ２Ｏ３，ａ−ＤＬＣ，ＴｉＯ２，ＳｉＮ又はＳｉなどで形成することができる。本実施形態では、このマイクロレンズアレイは二重構造のデュアルマイクロレンズアレイであり、液晶層３０から遠い側にあって集光レンズとして機能する第一のマイクロレンズと、液晶層３０に近い側にあって略フィールドレンズとして機能する第二のマイクロレンズとで構成されている。第二のマイクロレンズの主点と液晶層３０との間の距離が１０μｍ以下に設定されている。
【００３７】
図７は、液晶表示素子の参考例を示す製造工程図である。図６に示した本発明に係る液晶表示素子と対応する部分には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。異なる点は、第２ＭＬ基板（カバーガラス）２２と低屈折率樹脂２５との間に研磨ストッパとして機能する保護膜が介在していないことである。図示する様に工程（１）で第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２を対向配置し、工程（２）でシール材２７により第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２を接合する。工程（３）で互いに接合された第１ＭＬ基板２１と第２ＭＬ基板２２との間に高屈折率樹脂２４を充填し、デュアルマイクロレンズアレイを形成する。
【００３８】
続いて工程（４）で、第２ＭＬ基板（カバーガラス）２２を研削もしくは研磨する。前述した様に、カバーガラスの厚みを１０μｍ程度まで薄くすれば、第２ＭＬの主点と液晶層に接するカバーガラスの表面との間の距離を空気換算で概ね５μｍ以下に設定することができる。しかしながら、何らストッパを用いることなく１０μｍ程度まで研磨しようとすると、あまりに薄い為（４’）に示す様に斜めに研磨されてしまうことが多い。あるいは、研磨工程途中でクラックが入り破損し易い。この様に研磨されてしまうと集光効率のばらつきを生じたり、ガラスと樹脂の境界が映像投射時に映り込んでしまい、著しく画質を低下させてしまう。この後工程（５）で研磨された第２ＭＬ基板２２の表面にＩＴＯなどからなる対向電極（図示省略）を形成した後、駆動基板１０と接合し、両者の間に液晶３０を封入する。第２ＭＬ基板２２の厚みが均一に研磨されていない状態で液晶パネルを作成すると、カバーガラス２２と低屈折率樹脂層２５との間の境界が映像投影時に映り込んでしまい、著しく画質を低下させる恐れがある。
【００３９】
図８は、本発明に係る液晶表示素子の製造過程を示す工程図である。本実施形態も、対向基板側にＤＭＬを一体化した構造となっている。本実施形態は、図１に示したシングルマイクロレンズアレイ（ＳＭＬ）の製造方法をデュアルマイクロレンズアレイ（ＤＭＬ）の製造方法に応用したものである。まず（１）に示す様に、第一の担体２１の上に配された光学樹脂層２３ａの表面に二次元的に配された第一のマイクロレンズ面を形成する。更にこの第一のマイクロレンズ面の凹凸を光学樹脂層２３ａとは異なる屈折率の光学樹脂２３で埋め且つその表面を平坦化して第一のマイクロレンズアレイを作成する。本実施形態の場合、マイクロレンズ面の凹凸を埋める光学樹脂２３は１．４程度の低屈折率である。光学樹脂２３の表面は前述したフラットスタンパ法あるいはスピンコート法又はスプレイ法で平坦化することができる。同様に、第二の担体２２の上に配された光学樹脂層２５ａの表面に二次元的に配された第二のマイクロレンズ面を形成する。この第二のマイクロレンズ面の凹凸を光学樹脂層２５ａとは異なる屈折率の光学樹脂２５で埋め且つその表面を平坦化して第二のマイクロレンズアレイを作成する。この光学樹脂２５も屈折率が１．４程度である。マイクロレンズ面の凹凸を埋めた光学樹脂２５の表面は前述したスタンパ法あるいはスピンコーティング法により平坦化されている。尚、下地の光学樹脂層２５ａと担体２２との間にはあらかじめ研磨ストッパとして機能する保護膜２６が形成されている。
【００４０】
工程（２）に進み、担体２１，２２のいずれか一方の外周に沿ってシール材２７を塗布し、アライメントマークを基準にして両者を位置合わせし重ね合わせる。シール材２７の厚みは１０μｍ以下となる様に、高精度ファイバープラスチックなどのスペーサを混入しておく。続いて工程（３）に進み、第一のマイクロレンズ面と第二のマイクロレンズ面とが互いに整合された状態で、第一のマイクロレンズアレイの平坦化された表面と第二のマイクロレンズアレイの平坦化された表面とを接合して両マイクロレンズアレイを一体化する。この結果、担体２１と担体２２との間にシール材２７の厚みに相当する空隙が形成される。
【００４１】
この後工程（４）に進み、シール材２７の厚みによって規定された空隙に屈折率が１．６程度の液状の高屈折率樹脂２４を注入する。更に加熱して高屈折率樹脂２４を硬化し、デュアルマイクロレンズアレイを完成させる。尚、空隙に注入された高屈折率樹脂２４は非常にゆっくりとしたスピードで硬化し、ストレスが残留しない様にする。更にあらかじめ形成された保護膜２６をストッパとして担体２２を研磨除去し、保護膜２６の表面を露出させる。露出した保護膜２６の表面にＩＴＯなどからなる対向電極を形成し、対向基板２０とする。最後に（５）に示す様に、対向基板２０とあらかじめ作成しておいた駆動基板１０を接合し、両者の間に液晶を封入してパネルの完成となる。
【００４２】
本実施形態では、あらかじめ平坦化されたマイクロレンズアレイを互いに接合することで、精度がよくストレスを含まないデュアルマイクロレンズアレイ構造を得ることができる。
【００４３】
図９は、対向基板側と駆動基板側にそれぞれマイクロレンズアレイを分割配置したＤＭＬ構造の液晶表示素子の一般的な構成を示す参考図である。図示する様に、この液晶表示素子は、駆動基板１０と対向基板２０をシール材３１で接合し、両者の間に液晶３０を保持したパネル構造となっている。対向基板２０は、ガラス基板２１とカバーガラス２２とを用いて構成されており、両者の間に集光レンズとして機能する入射側に配された第１ＭＬが介在している。この第１ＭＬは互いに屈折率が異なる樹脂２３，２４の積層で構成されている。
【００４４】
駆動基板１０は基本的に薄膜トランジスタや画素電極が集積形成されたＴＦＴ基板１１で構成されている。このＴＦＴ基板１１は通常研磨などで薄型化されているとともに、その表面には画素１２が集積形成されている。画素１２は格子状に配されたブラックマトリクス１３によって区画されている。ＴＦＴ基板１１と裏側の補助基板１４との間にフィールドレンズとして機能する第２ＭＬが介在している。この第２ＭＬも互いに屈折率が異なる樹脂層１５，１６で形成されている。
【００４５】
係るＤＭＬ構造の液晶パネルで機能的に重要なパラメータは、研磨後のＴＦＴ基板１１の厚み▲１▼と、第１ＭＬ主点と第２ＭＬ主点との間の距離▲２▼と、第１ＭＬと第２ＭＬのアライメント精度▲３▼である。パラメータ▲２▼は、第１ＭＬ主点と第２ＭＬ主点との間の距離が、第２ＭＬの焦点距離と一致する様にし、いわゆるフィールド配置とする。なお、実際には、両主点間距離と第２ＭＬの主点距離に１０％程度のずれがあっても、第２ＭＬは略フィールドレンズとして作用する。この為に、パラメータ▲１▼は可能な限り薄くする必要があり、研磨後のＴＦＴ基板１１の厚みは１０〜５０μｍ程度である。しかしながら、研磨プロセス中に割れや欠けなどが発生し易い。又、第２ＭＬの製造プロセス中樹脂硬化時の収縮などにより歪やしわなどが発生し易く、解決すべき課題となっている。本発明は、前述した平坦化技術を利用して、係る課題を解決するものである。
【００４６】
尚、液晶プロジェクタの輝度向上を図る為には、対向基板側にＤＭＬを形成する構造よりも、図９に示した駆動基板と対向基板の両方にマイクロレンズアレイを形成する構造が最適である。対向基板側にＤＭＬを形成すると、光は集光されるものの、どうしても駆動基板側の画素部を囲むブラックマトリクスなど非有効領域でけられる。このけられた分が実効開口率の低下につながる。これに対し、図９に示したＤＭＬを両基板に分割配置する構造では、第１ＭＬを短焦点化して可能な限り集光し、これにより大量の光源光がＴＦＴ基板側の画素開口を通過できる。一方第２ＭＬは、ＴＦＴ基板を挟んで第１ＭＬの主点から第２ＭＬの主点がその焦点距離だけ離れてフィールド配置しているので、光発散角を制御でき、投影レンズでの光のけられを防ぐことが可能である。
【００４７】
図１０は本発明に係る液晶表示素子の実施形態を示す製造工程図である。本実施形態では、駆動基板と対向基板のそれぞれにマイクロレンズアレイを形成してＤＭＬ構造を得ている。まず工程（１）で、あらかじめＴＦＴや画素電極が集積形成されたＴＦＴ基板１１を用意する。図では、個々の画素を区画するブラックマトリクス１３のみを表わしてあり、ＴＦＴや画素電極は図示を省略している。
【００４８】
工程（２）に進み、ＴＦＴ基板１１の表面に接着剤４１を介して台ガラス４０を貼り合わせる。接着剤４１としては例えばワックスを用いることができる。更に工程（３）に進み、台ガラス４０により保持した状態で、ＴＦＴ基板１１の裏面を研磨し、厚みを２０μｍ以下にする。
【００４９】
続いて工程（４）に進み、第２ＭＬがあらかじめ形成されたガラス基板１４を用意する。この第２ＭＬは屈折率が互いに異なる樹脂１５，１６を積層した構造を有するとともに、樹脂１６の表面はフラットスタンパあるいはスピンコーティングにより平坦化されている。研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面の外周に沿ってシール材１８を塗布する。シール材１８の厚みは２〜３μｍとする。
【００５０】
工程（５）に進み、ＴＦＴ基板１１側に形成された画素とガラス基板１４側に形成された第２ＭＬとをアライメントした状態で、ＴＦＴ基板１１とガラス基板１４を接合する。接合した両基板の間に透明な接着剤１９を充填して、両者を互いに接合する。平坦化された第２ＭＬの表面を研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合することで、従来問題となっていたストレスを除くことができる。この様にして、工程（５）で、第２ＭＬを一体化した駆動基板１０が得られる。この後、不要となった台ガラス４０を取り除くとともに、ＴＦＴ基板１１の表面に残されたワックスなどの接着剤を剥離する。
【００５１】
最後に工程（６）で、あらかじめ第１ＭＬを一体化した対向基板２０を用意する。この対向基板２０はガラス基板２１とカバーガラス２２との間に互いに屈折率の異なる樹脂２３，２４の積層からなる第１ＭＬを保持した構成となっている。第２ＭＬを一体化した駆動基板１０と第１ＭＬを一体化した対向基板２０を接合し、両者の間に液晶を封入することで、液晶表示素子が完成する。対向基板２０側に内蔵された第１ＭＬは集光レンズとして機能し、駆動基板１０に形成された第２ＭＬはフィールドレンズとして機能する。
【００５２】
以上説明した様に、図１０に示した液晶表示素子は、少くとも画素電極及びこれを駆動するスイッチング素子が形成された駆動基板１０と、少くとも対向電極が形成された対向基板２０と、所定の間隙を介して画素電極と対向電極とが互いに対面する様に接合した両基板１０，２０の間に配された液晶層とからなるパネル構造を有する。少くとも駆動基板１０には各画素電極に対応してマイクロレンズを二次元的に配列したマイクロレンズアレイが組み込まれている。このマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）は、第一の屈折率を有し二次元的に配されたマイクロレンズ面が形成された第一光学樹脂層１５と、第二の屈折率を有しマイクロレンズ面の凹凸を埋めるとともに表面が平坦化された第二光学樹脂層１６とからなる積層構造を有する。このマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）は、平坦化された第二光学樹脂層１６の表面を介してＴＦＴ基板１１の裏面に接合している。このマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）は、第一光学樹脂層１５のマイクロレンズ面を樹脂で埋め込んだ後平面を有するスタンパで押圧して第二光学樹脂層１６の表面を平坦化したものである。場合によっては、スタンパに代えて、研磨技術を利用した平坦化を行なってもよい。すなわち、所定の間隙を介して第一光学樹脂層とあらかじめ保護膜が形成された担体層とを接合し、更にこの間隙に液状の樹脂を充填した後硬化して第二光学樹脂層を形成し、その後平坦化層を除去して保護膜を露出させ第二光学樹脂層の平坦化された表面としてもよい。本実施形態では、駆動基板に配されたマイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）と整合する様に、対向基板２０にもマイクロレンズアレイ（第１ＭＬ）が配されており、一方が集光レンズとして機能し他方がフィールドレンズとして機能する。尚駆動基板１０を構成するＴＦＴ基板１１は、裏面側から研磨されて薄膜化されており、マイクロレンズアレイ（第２ＭＬ）の平坦化された第二光学樹脂層１６の表面は、研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合している。
【００５３】
図１１は、図１０に示した液晶表示素子の完成品状態を示す模式的な断面図である。（Ａ）に示した断面図の部分拡大図を（Ｂ）に示してある。前述した様に、第２ＭＬは薄い接着剤１９を介して研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合している。ここで、特に重要な点はあらかじめ平坦化された第２ＭＬの表面を極薄い接着剤１９で薄型化されたＴＦＴ基板１１の裏面に接合することである。例えば、画素ピッチが１８μｍの０．７インチＳＶＧＡ用ＴＦＴ基板に対しては、第１ＭＬの焦点距離を空気換算で約３５μｍとし且つ第２ＭＬの焦点距離を空気換算で約４２μｍとすると、第１ＭＬの主点と液晶３０の界面との間の距離は空気換算で約２０μｍ、液晶層３０の厚みは空気換算で２μｍ、液晶層３０の界面と第２ＭＬの主点との間の距離は空気換算で約２０μｍとなる。この場合、ＴＦＴ基板１１の厚みは、研磨によって実厚で約２７μｍまで薄くする。尚、空気換算にすると約１８μｍである。この様に薄くなると、従来の様にＴＦＴ基板と接した状態で高屈折率樹脂１６をＵＶ硬化あるいは熱硬化によって固体化すると、ストレスにより歪が発生する。この歪は画質にも悪影響を与える。そこで本発明では、ＴＦＴ基板１１の裏面に第２ＭＬを貼り合わせる際、あらかじめ第２ＭＬの表面を平坦化しておくことで、ストレスの発生を抑制する。
【００５４】
（Ｂ）に示す様に、第２ＭＬを構成する樹脂１６の厚みは、イロハで示す様に厚みが異なっている。仮に樹脂層１６の表面が平坦化されていない状態でＴＦＴ基板１１と接合すると、硬化する際の収縮体積が局所的に異なり、歪を生じ易い。
【００５５】
図１２は、本発明に係る液晶表示素子の更に別の実施形態を示す製造工程図である。本実施形態でも、駆動基板と対向基板の各々にマイクロレンズアレイを一体形成したＤＭＬ構造を作成している。まず（１）に示す様に、液晶パネル５０の完成品を用意する。これは、対向基板２０とＴＦＴ基板１１を接合し、両者の間に液晶３０を保持した積層構造である。対向基板２０は厚みが例えば１．１ｍｍで、あらかじめ第１ＭＬを内蔵している。一方ＴＦＴ基板１１は厚みが０．８ｍｍ〜１．２ｍｍであり、ＴＦＴや画素電極が集積形成されている。
【００５６】
工程（２）に進み、対向基板２０側に、青板ガラスなどからなる治具４０をワックスで貼り合わせる。更に工程（３）に進み、治具４０でパネルを保持した状態で、ＴＦＴ基板１１の裏面を研磨する。研磨後の厚みは１０〜２０μｍ程度となる様に加工する。
【００５７】
工程（４）に進み、研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面側にシール材１８を塗布する。これと同時に、あらかじめ第２ＭＬが形成されたガラス基板１４を用意する。この第２ＭＬは互いに屈折率が異なる光学樹脂１５，１６の積層構造からなる。更に工程（５）に進み、液晶パネル側とガラス基板１４側とで位置合わせを行なった後接着剤１８を介して互いに接合する。これにより、研磨されたＴＦＴ基板１１の裏面に第２ＭＬを一体化したガラス基板１４が接合し、駆動基板１０となる。更に、ＴＦＴ基板１１と平坦化された第２ＭＬの表面との間の間隙に、高屈折率樹脂１９を注入する。最後に工程（６）で、不要となった治具４０を取り外す。以上により、第１ＭＬが形成された対向基板２０と第２ＭＬが内蔵された駆動基板１０を互いに接合し、両者の間に液晶３０を保持したパネルの完成となる。第２ＭＬの表面は平坦化されており且つ樹脂層１９の厚みは液晶層と同程度で極めて薄い。これにより、樹脂硬化時の収縮によるストレスを防止可能である。
【００５８】
図１３は、対向基板と駆動基板の各々にマイクロレンズアレイを形成した液晶表示素子の光学特性を示す模式的な断面図である。集光用のレンズ面を対向基板側に配置するとともに、フィールド機能を有するレンズ面をＴＦＴ基板側に配置した構成となっている。この例に係る液晶パネルは、ＴＦＴ基板５０Ｂと、このＴＦＴ基板５０Ｂの光の入射面側に液晶層４５を介して対向配置された対向基板５０Ａとを備えている。
【００５９】
対向基板５０Ａは、光の入射側から順に、ガラス基板４１と、樹脂層４３Ａと、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａと、薄肉化された対向基板４４Ａとを有している。一方、ＴＦＴ基板５０Ｂは、光の入射側から順に、画素電極４６及びブラックマトリクス４７と、薄肉化されたＴＦＴ基板４４Ｂと、第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂと、樹脂層４３Ｂと、ガラス基板４８とを有している。
【００６０】
第一のマイクロレンズアレイ４２Ａは光学樹脂により構成され、各画素電極４６に対応して二次元的に設けられた複数の第一のマイクロレンズ４２Ｍ−１を有している。各マイクロレンズ４２Ｍ−１は、正のパワーの第一のレンズ面Ｒ１を有し、集光用のレンズとして機能する。本例では、樹脂層４３Ａの屈折率ｎ１、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａの屈折率ｎ２とが、ｎ２＞ｎ１の関係を満たし、第一のレンズ面Ｒ１が、光の入射側（光源側）に凸形状となっている。
【００６１】
第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂも、第一のマイクロレンズアレイ４２Ａと同様に、光学樹脂により構成され、各画素電極４６に対応して二次元的に設けられた複数の第二のマイクロレンズ４２Ｍ−２を有している。各マイクロレンズ４２Ｍ−２は、正のパワーの第二のレンズ面Ｒ２を有し、フィールドレンズとして機能する。すなわち、第二のレンズ面Ｒ２についての焦点位置は、第一のレンズ面Ｒ１（第一のマイクロレンズ４２Ｍ−１）についての主点位置にほぼ一致している（点線光路）。本例では、樹脂層４３Ｂの屈折率ｎ４が第二のマイクロレンズアレイ４２Ｂの屈折率ｎ３に比べ大きくなっており、第二のレンズ面Ｒ２が、光の出射側に凸形状となっている。
【００６２】
本例では、画素開口が２つのマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２の間（２つのレンズ面Ｒ１，Ｒ２の間）に位置するデュアルマイクロレンズ構造となっている。光軸６０上で２つのマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２の合成の焦点位置が、画素開口の付近に位置している（実線光路）。合成の焦点位置と画素開口との位置合わせは、例えばマイクロレンズ４２Ｍ−１，４２Ｍ−２と画素開口との間の厚みを調整することにより制御可能である。本構成は実効開口率が最もよくなるが、従来加工性の難易度は最も高いものとされていた。本発明は、この加工性の難易度を克服して、図示のデュアルマイクロレンズ構造を実現したものである。
【００６３】
図１４は、本発明に係る液晶表示素子の全体的な構成を示す模式的な斜視図である。このパネル構造の液晶表示素子は、小型高精細である点に特徴がある。図示する様に、この液晶パネルは、所定の間隙を介して貼り合わされた駆動基板１０と対向基板２０との間に液晶３０が保持されている。前述した様に、対向基板２０には集光レンズとして機能するマイクロレンズＭＬが形成されている。一方、駆動基板１０にはフィールドレンズとして機能するマイクロレンズＭＬが一体化されている。
【００６４】
駆動基板１０の内表面には互いに直交する走査線１０４と信号線１０５が設けられている。各交点には画素電極１０６と画素スイッチを構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）がマトリクス状に配列されている。さらに、図示しないが駆動基板１０の内表面にはラビング処理を施された配向膜も形成されている。一方、対向基板２０の内表面には対向電極１１２が形成されている。図示しないが、対向電極１１２の内表面も同様にラビング処理を施された配向膜が設けられている。
【００６５】
互いに接着された駆動基板１０と対向基板２０の外側には各々偏光板１１０，１１１が隙間をあけて配されている。走査線１０４を介してＴＦＴを選択し、信号線１０５を介して画素電極１０６に信号を書き込む。画素電極１０６と対向電極１１２の間に電圧が印加され液晶３０が立ち上がる。これを一対のクロスニコル配置された偏光板１１０，１１１により白色入射光の透過量変化として取り出し所望の画像表示を行なう。この表示画面を拡大投射光学系により前方に投射してスクリーンに映し出せばプロジェクタになる。その際、本発明では集光レンズとフィールドレンズを組み合わせたデュアルマイクロレンズ構造を採用しているので、光源光の利用効率が改善され、輝度の高い画面を得ることができる。
【００６６】
図１５は、図１４に示した液晶パネルを組み込んだ投射装置を示す模式図である。この図に示した投射装置は、透過型の液晶パネルを３枚用いてカラー画像表示を行ういわゆる３板方式のものである。各液晶パネルは本発明に従ってマイクロレンズアレイが組み込まれている。この投射型液晶表示装置は、光を発する光源２１１と、一対の第１、第２マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３と、マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３の間に設けられ、光路（光軸２１０）を第２マルチレンズアレイインテグレータ２１３側に略９０度曲げるように配置された全反射ミラー２１４とを備えている。マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３には、それぞれ複数のマイクロレンズ２１２Ｍ，２１３Ｍが２次元的に配列されている。マルチレンズアレイインテグレータ２１２，２１３は、光の照度分布を均一化させるためのものであり、入射した光を複数の小光束に分割する機能を有している。
【００６７】
光源２１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光、青色光および緑色光を含んだ白色光を発するようになっている。この光源２１１は、白色光を発する発光体（図示せず）と、発光体から発せられた光を反射、集光する凹面鏡とを含んで構成されている。発光体としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプ等が使用される。凹面鏡は、集光効率が良い形状であることが望ましく、例えば回転楕円面鏡や回転放物面鏡等の回転対称な面形状となっている。
【００６８】
この投射型液晶表示装置は、また、第２マルチレンズアレイインテグレータ２１３の光の出射側に、ＰＳ合成素子２１５と、コンデンサレンズ２１６と、ダイクロイックミラー２１７とを順番に備えている。ダイクロイックミラー２１７は、入射した光を、例えば赤色光ＬＲと、その他の色光とに分離する機能を有している。
【００６９】
ＰＳ合成素子２１５には、第２マルチレンズアレイインテグレータ２１３における隣り合うマイクロレンズ間に対応する位置に、複数の１／２波長板２１５Ａが設けられている。ＰＳ合成素子２１５は、入射した光Ｌ０を２種類（Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分）の偏光光Ｌ１，Ｌ２に分離する機能を有している。ＰＳ合成素子２１５は、また、分離された２つの偏光光Ｌ１，Ｌ２のうち、一方の偏光光Ｌ２を、その偏光方向（例えばＰ偏光）を保ったままＰＳ合成素子２１５から出射し、他方の偏光光Ｌ１（例えばＳ偏光成分）を、１／２波長板２１５Ａの作用により、他の偏光成分（例えばＰ偏光成分）に変換して出射する機能を有している。
【００７０】
この投射型液晶表示装置は、また、ダイクロイックミラー２１７によって分離された赤色光ＬＲの光路に沿って、全反射ミラー２１８と、フィールドレンズ２２４Ｒと、液晶パネル２２５Ｒとを順番に備えている。全反射ミラー２１８は、ダイクロイックミラー２１７によって分離された赤色光ＬＲを、液晶パネル２２５Ｒに向けて反射するようになっている。液晶パネル２２５Ｒは、フィールドレンズ２２４Ｒを介して入射した赤色光ＬＲを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を有している。
【００７１】
この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイクロイックミラー２１７によって分離された他の色光の光路に沿って、ダイクロイックミラー２１９を備えている。ダイクロイックミラー２１９は、入射した光を、例えば緑色光と青色光とに分離する機能を有している。
【００７２】
この投射型液晶表示装置は、また、ダイクロイックミラー２１９によって分離された緑色光ＬＧの光路に沿って、フィールドレンズ２２４Ｇと、液晶パネル２２５Ｇとを順番に備えている。液晶パネル２２５Ｇは、フィールドレンズ２２４Ｇを介して入射した緑色光ＬＧを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を有している。
【００７３】
この投射型液晶表示装置は、さらに、ダイクロイックミラー２１９によって分離された青色光ＬＢの光路に沿って、リレーレンズ２２０と、全反射ミラー２２１と、リレーレンズ２２２と、全反射ミラー２２３と、フィールドレンズ２２４Ｂと、液晶パネル２２５Ｂとを順番に備えている。全反射ミラー２２１は、リレーレンズ２２０を介して入射した青色光ＬＢを、全反射ミラー２２３に向けて反射するようになっている。全反射ミラー２２３は、全反射ミラー２２１によって反射され、リレーレンズ２２２を介して入射した青色光ＬＢを、液晶パネル２２５Ｂに向けて反射するようになっている。液晶パネル２２５Ｂは、全反射ミラー２２３によって反射され、フィールドレンズ２２４Ｂを介して入射した青色光ＬＢを、画像信号に応じて空間的に変調する機能を有している。
【００７４】
この投射型液晶表示装置は、また、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路が交わる位置に、３つの色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢを合成する機能を有したクロスプリズム２２６を備えている。この投射型液晶表示装置は、また、クロスプリズム２２６から出射された合成光を、スクリーン２２８に向けて投射するための投射レンズ２２７を備えている。クロスプリズム２２６は、３つの入射面２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｂと、一つの出射面２２６Ｔとを有している。入射面２２６Ｒには、液晶パネル２２５Ｒから出射された赤色光ＬＲが入射するようになっている。入射面２２６Ｇには、液晶パネル２２５Ｇから出射された緑色光ＬＧが入射するようになっている。入射面２２６Ｂには、液晶パネル２２５Ｂから出射された青色光ＬＢが入射するようになっている。クロスプリズム２２６は、入射面２２６Ｒ，２２６Ｇ，２２６Ｇに入射した３つの色光を合成して出射面２２６Ｔから出射する。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、シングルマイクロレンズアレイ（ＳＭＬ）やデュアルマイクロレンズアレイ（ＤＭＬ）などで、従来必要とされていたカバーガラスを省くことが可能になり、マイクロレンズアレイの薄型化に貢献できる。又、マイクロレンズアレイの表面を平坦化して液晶パネルに実装することで、機械的ストレスを低減化することが可能である。以上により、高効率で高精度のマイクロレンズアレイを製造でき、歩留りの改善や性能向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明に係るマイクロレンズアレイの製造方法の要部を示す工程図である。
【図４】デュアルマイクロレンズアレイの参考例を示す模式的な断面図である。
【図５】図４に示したマイクロレンズアレイの光学特性を示すグラフである。
【図６】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図７】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図８】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図９】従来の液晶表示素子の参考例を示す模式的な部分断面図である。
【図１０】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図１１】図１０に示した液晶表示素子の拡大図である。
【図１２】本発明に係る液晶表示素子を示す製造工程図である。
【図１３】本発明に係る液晶表示素子の光学特性を示す模式図である。
【図１４】本発明に係る液晶表示素子の全体的な構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係る投射装置の一例を示す模式図である。
【図１６】従来のマイクロレンズアレイの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１・・・ガラス基板、２・・・第一光学樹脂層、３・・・保護膜、４・・・担体層、５・・・シール材、６・・・第二光学樹脂層、７・・・透明電極、１０・・・駆動基板、１１・・・ＴＦＴ基板、１２・・・画素、１３・・・ブラックマトリクス、２０・・・対向基板、２１・・・ガラス基板、２２・・・カバーガラス、２３・・・光学樹脂層、２４・・・光学樹脂層、２５・・・光学樹脂層、３０・・・液晶、３１・・・シール材
【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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