(57)【要約】 【課題】  光学系を簡単化し、装置の製作コストの低減を図ることができるマイクロレンズアレイの露光装置を提供する。【解決手段】  光学素子１２において、出射角度に対して所定の光強度を有する光束へと変換される。これによって、予め形成された第１マイクロレンズアレイに入射する光束の角度に対して所定の強度が付与される。【選択図】      図１
2005148404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平行な光束を発する光源と、
光源から入射される略平行な光束を、出射角度に応じた光強度の光束に変換する光学素子とを備え、
光源から発せられる略平行な光束を、光学素子および予め形成された第１マイクロレンズアレイを介して、第２マイクロレンズアレイを形成するための感光性樹脂層に照射して露光するように構成されることを特徴とするマイクロレンズアレイの露光装置。
【請求項２】
光学素子は拡散板であることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの露光装置。
【請求項３】
拡散板は複数の突起部を有することを特徴とする請求項２記載のマイクロレンズアレイの露光装置。
【請求項４】
光学素子は２次以上の次数に回折効率を有する回折格子であることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズアレイの露光装置。
【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露光装置に関し、２層構成のマイクロレンズアレイを具備したたとえば液晶パネル等を含む映像投影装置に適用される技術に関する。
本発明において、「略平行」は「平行」を含む。
【背景技術】
【０００２】
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、地磁気に影響されないのでコンバージェンス調整つまり色ずれ補正が不要になるなど優れた特徴をもっており、大画面化も容易であるので、今後家庭用映像表示装置の主流になると考えられる。
【０００３】
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。前者の三板式のものは、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三枚の液晶表示素子とをそれぞれ独立に備えており、各色の画像を光学的に重畳してフルカラー表示するものである。
【０００４】
単板式のものは、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。
【０００５】
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）も開示されている。特許文献１において、２層構成のマイクロレンズアレイを用いたカラーフィルタレスの単板式液晶表示装置が開示されている。これは三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を赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各色に分割し、液晶表示素子の光源側に配置されているマイクロレンズアレイにそれぞれ異なった角度で入射するものである。
【０００６】
２層構成のマイクロレンズアレイのうち、第１のマイクロレンズアレイを通過した各光束は、第２のマイクロレンズアレイによって、前記赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの主光線が略平行になるように屈折され、それぞれに対応した色信号が独立して印加される信号電極によって駆動される液晶部位に分配照射される。
【０００７】
このような２層構成のマイクロレンズアレイにおいては、第２のマイクロレンズは、第１のマイクロレンズとの精密な位置合わせ、および、形状が基板に対して直角な面を成すことが必要である。本件出願人は、このような必要条件を満たす技術を提案している（特許文献２参照）。図１２は、従来のマイクロレンズアレイの露光装置１の構成図である。前記技術に記載される露光方法を用いるために、本件出願人は、図１２に示す露光装置１を提案している（特許文献３参照）。この露光装置１は、マイクロフライアイレンズ２と、透過率分布マスク３と、光を複数の平行光束に光束化し、第１マイクロレンズアレイを介して、感光性樹脂層に導くコリメータレンズ４とを備えている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１８１４８７号公報（第７頁、第１図）
【特許文献２】特願２００２−９３７３７号
【特許文献３】特願２００３−２６６５５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した三板式の従来技術では、白色光源から放射される光を有効に利用でき、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ので、光学系が複雑化し部品点数が多くなる。したがって三板式の従来技術では、低コスト化および小形化が困難である。
【００１０】
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となるが、カラーフィルタによる光の吸収および反射が起こるので、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。
【００１１】
特許文献１の技術では、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光軸と、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光軸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る。特許文献１の技術においては、第１および第２のマイクロレンズの精密な位置合わせ、第２のマイクロレンズの形状を基板に対して直角な面に形成する技術については、何ら開示、示唆されていない。
【００１２】
特許文献２および３の技術では、光学系の部品点数が多く装置自体の小形化を図ることが難しいうえ、特に露光機のレンズなどの光学系の調整が困難で、露光機自体もかなり高価になる。
【００１３】
本発明の目的は、光学系を簡単化し、装置の製作コストの低減を図ることができるマイクロレンズアレイの露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、略平行な光束を発する光源と、
光源から入射される略平行な光束を、出射角度に応じた光強度の光束に変換する光学素子とを備え、
光源から発せられる略平行な光束を、光学素子および予め形成された第１マイクロレンズアレイを介して、第２マイクロレンズアレイを形成するための感光性樹脂層に照射して露光するように構成されることを特徴とするマイクロレンズアレイの露光装置である。
【００１５】
本発明に従えば、光源は略平行な光束を発する。光学素子は、光源から入射される略平行な光束を、出射角度に応じた光強度の光束に変換する。つまり光源から発せられる略平行な光束は、光学素子に入射し、この光学素子において、出射角度に対して所定の光強度を有する光束へと変換される。これによって、予め形成された第１マイクロレンズアレイに入射する光束の角度に対して所定の強度が付与される。この第１マイクロレンズアレイで、光束が屈折、集光されて感光性樹脂層に導かれ、高精度に該感光性樹脂層が露光される。これによって第２マイクロレンズアレイが形成される。
【００１６】
また本発明は、光学素子は拡散板であることを特徴とする。
本発明に従えば、拡散板によって、略平行な光束を出射角度に応じた光強度の光束に変換し得る光学素子を実現することができる。
【００１７】
また本発明は、拡散板は複数の突起部を有することを特徴とする。
本発明に従えば、複数の突起部の形状および寸法によって、略平行な光束を、出射角度に応じた光強度の光束に変換することができる。換言すれば、従来のように複数の光学系を調整することなく、予め形成される複数の突起部によって、出射角度に応じた光強度の光束に容易に変換することができる。
【００１８】
また本発明は、光学素子は２次以上の次数に回折効率を有する回折格子であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、２次以上の次数に回折効率を有する回折格子によって、略平行な光束を出射角度に応じた光強度の光束に変換し得る光学素子を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光源から発せられる略平行な光束は、光学素子に入射し、この光学素子において、出射角度に対して所定の光強度を有する光束へと変換される。これによって、予め形成された第１マイクロレンズアレイに入射する光束の角度に対して所定の強度が付与される。この第１マイクロレンズアレイで、光束が屈折、集光されて感光性樹脂層に導かれ、高精度に該感光性樹脂層が露光される。これによって第２マイクロレンズアレイが形成される。
【００２１】
したがって、従来のように多数の光学部品を位置合わせするという煩雑なアライメント工程を必要とすることなく、簡便にかつ高精度に第２マイクロレンズアレイを形成することができる。その結果、従来のものに比べて、マイクロレンズアレイ全体の光効率が著しく向上するとともに、隣接する画素に光束が入ることに伴う混色の発生が未然に回避され、画質を著しく向上させることが可能となる。
【００２２】
また本発明によれば、拡散板によって、略平行な光束を出射角度に応じた光強度の光束に変換し得る光学素子を実現することができる。
【００２３】
また本発明によれば、拡散板は複数の突起部を有するので、複数の突起部の形状および寸法によって、略平行な光束を、出射角度に応じた光強度の光束に変換することができる。換言すれば、従来のように複数の光学系を調整することなく、予め形成される複数の突起部によって、出射角度に応じた光強度の光束に容易に変換することができる。
【００２４】
また本発明によれば、２次以上の次数に回折効率を有する回折格子によって、略平行な光束を出射角度に応じた光強度の光束に変換し得る光学素子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】
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの露光装置１０の構成図である。マイクロレンズアレイは、２層構成のマイクロレンズアレイと同義である。マイクロレンズアレイの露光装置１０を、単に露光装置１０という場合もある。本実施形態に係る露光装置は、たとえば液晶パネルなどを含む映像投影装置に適用される。ただし映像投影装置だけに限定されるものではない。
【００２６】
露光装置１０は、主に、光源である光源ユニット１１と、光学素子１２と、絞り部材であるマイクロレンズ基板用絞り１３とを有する。本露光装置１０によって露光されるマイクロレンズ基板２１は、マイクロレンズ基板用絞り１３に近接して配置されている。
【００２７】
光源ユニット１１は、マイクロレンズアレイを露光するための光を発するためのものである。光源ユニット１１は、楕円鏡１５、高圧水銀ランプ１６、インテグレータ１７、コンデンサーレンズ１８、および波長選択フィルタ１９を備えている。
【００２８】
楕円鏡１５は、集光機能を有し、高圧水銀ランプ１６から発せられた光を集光するようになっている。インテグレータ１７は、高圧水銀ランプ１６から発せられた光および楕円鏡１５により集光された光の照度分布を均一化するものである。本実施の形態においては、インテグレータ１７としてフライアイレンズが適用される。インテグレータ１７として、このフライアイレンズ１７の代わりにロッドインテグレータを適用してもよい。コンデンサーレンズ１８は、インテグレータ１７を透過した光を平行光化するものである。波長選択フィルタ１９は、コンデンサーレンズ１８を透過した光のうち、特定の波長を持つ光のみを選択して透過するものである。本実施の形態においては、被露光物であるネガレジストの感光波長特性にあわせて、ｉ線つまり３６５ｎｍ付近の波長を持つ光のみを透過するようになっている。前記被露光物が感光性樹脂層に相当する。なお波長選択フィルタ１９は、被露光物の波長特性にあわせて透過波長の異なるものを選択してもよい。
【００２９】
図２は、出射角度に対する光強度分布を示す図である。図３は、本発明の実施形態に係る光学素子１２の断面図である。光学素子１２は、光源ユニット１１を発した均一な強度の平行光束に一定の角度分布を付与し、この光学素子１２を出射する角度によって、所望の強度変調をかけるものである。換言すれば、光学素子１２は、光源ユニット１１から入射される平行な光束を、出射角度であって光学素子１２を含む仮想平面に垂直な方向に対する出射角度に応じた光強度の光束に変換する機能を有する。本実施の形態においては、光学素子１２として拡散板２０が適用される。
【００３０】
図３に示すように、拡散板２０は複数の突起部２０ａを有し、これら突起部２０ａは、四角錐形状のものが二次元配列で周期的に配列されて成る。前記四角錐の大きさおよび周期は、後述する第２マイクロレンズアレイで要求される面性で決まる。具体的に本実施の形態においては、この四角錐の大きさおよび周期は、たとえば１μｍ以下に設定される。前記出射角度に対する光強度分布は、この四角錐の底面の寸法、頂角、および各四角錐間の間隔などで決まる。
【００３１】
マイクロレンズ基板用絞り１３には、たとえば液晶パネルの１チップ分の大きさの長方形開口δが形成されている。１ウエハに複数のチップが搭載されている構成において、１回の露光照射によって１チップ分の露光ができるようにすれば、予め定められた順序に従って１チップ分ずついわゆるステップアンドリピートによって、複数チップを露光することができるようになる。これによって、仮にマイクロレンズアレイ基板の大きな面積にわたって、照射する露光光の均一性を確保することができない場合であっても、高精度のマイクロレンズアレイを高速で製造することができる。ウエハ面積に対して、光源ユニット１１から発する光束の強度分布、および光学素子１２の均一性が十分確保できれば、露光装置１０からマイクロレンズ基板用絞り１３を省略してもよい。
【００３２】
図４は、マイクロレンズアレイ基板２１の断面図である。本実施の形態におけるマイクロレンズアレイの露光装置１０を用いて、２層構造を有するマイクロレンズアレイの製造方法について説明する。先ずマイクロレンズ基板２１の構成について説明する。マイクロレンズ基板２１は、第１基板２２、中間樹脂層２３、第１マイクロレンズアレイ２４、第２基板２５、レンズ層２６、およびネガレジスト２７を有する。
【００３３】
第１および第２基板２２，２５は、たとえば石英または低膨張性のガラス、セラミックなどから成る。中間樹脂層２３は、たとえば低屈折率の紫外線硬化樹脂から成る。第１マイクロレンズアレイ２４は、たとえば高屈折率の紫外線硬化樹脂もしくはエポキシ系樹脂から成る。中間樹脂層２３と第１マイクロレンズアレイ２４との屈折率の差は、たとえば約０．１８となっている。
【００３４】
第１マイクロレンズアレイ２４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）法を用いて形成される。２Ｐ法にて使用する図示外のスタンパは、たとえば石英またはＮｉなどから成り、このスタンパを用いて、形成すべき第１マイクロレンズアレイ２４のレンズ形状に加工される。またスタンパをリフロー、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどの方法により製造してもよく、第１マイクロレンズアレイ２４そのものを２Ｐ法ではなく、これらの方法により形成してもよい。
【００３５】
第１マイクロレンズアレイ２４は集光機能を有し、この集光機能は可視光領域の平均波長たとえばｅ線で最適化されている。マイクロレンズ基板２１の露光時は、ｉ線を用いて露光するが、中間樹脂層２３と第１マイクロレンズアレイ２４との色分散が大きく異ならないため、第１マイクロレンズアレイ２４はｉ線においても十分な集光能力がある。レンズ層２６は、ネガレジスト２７に付与した形状を転写する層であって、高屈折率の樹脂を塗布して形成される。本実施の形態においてレンズ層２６は、たとえば第１マイクロレンズアレイ２４と同じ紫外線硬化樹脂もしくはエポキシ系樹脂を用いて形成される。
【００３６】
ネガレジスト２７は、マイクロレンズ基板２１の第２基板２５の一表面部２５ａにレンズ層２６を介して塗布されている。ネガレジスト２７は、後述するプロセスによって形成する第２マイクロレンズアレイ高さに応じた厚さとなっている。この厚さは、第２マイクロレンズアレイの形成時に行うドライエッチングの際の第２基板２５とネガレジスト２７とのエッチングレートの比、および第２マイクロレンズアレイの高さの双方によって決められる。
【００３７】
図５は、光学素子１２と第１マイクロレンズアレイ２４とを含む光学系の結像関係を示す図であり、図５（ａ）は、光学素子１２の出射角度が０度の光束の結像関係を示す図、図５（ｂ）は、光学素子１２の出射角度がθの光束の結像関係を示す図である。図６は、第２マイクロレンズアレイを形成する方法を説明するための図であり、図６（ａ）は、第２マイクロレンズアレイを形成するための非球面レンズ形状のレンズパターンを形成する状態を示す図、図６（ｂ）は、ネガレジスト膜厚と光強度との関係を示す図である。
【００３８】
マイクロレンズ基板２１を用いて、第２マイクロレンズアレイを形成する方法について、図５および図６に基づいて説明する。図５（ａ）に示すように、光学素子１２の出射角度であって、光学素子１２を含む仮想平面に垂直な方向ｄ１に対する光学素子１２の出射角度θが０度の場合には、次のような集光作用を奏する。すなわち光学素子１２とマイクロレンズ基板２１とは平行に配置されるので、出射角度θが０度の光束は、マイクロレンズ基板２１に入射角０度で入射する。これによって光束は第１マイクロレンズアレイ２４によって、ネガレジスト２７の一表面部において、第１マイクロレンズ２４の光軸と一致する点に集光する。
【００３９】
図５（ｂ）に示すように、光学素子１２の出射角度であって、光学素子１２を含む仮想平面に垂直な方向に対する光学素子１２の出射角度θが０度を除く傾斜角度を有する場合には、次のような集光作用を奏する。すなわち光学素子１２とマイクロレンズ基板２１とは所定間隔をあけて平行に配置される。さらに光学素子１２の出射角度θが傾斜角度を有するので、マイクロレンズ基板２１には、光束が入射角θで入射する。したがって入射光は、第１マイクロレンズアレイ２４によって、ネガレジスト２７の一表面部の点Ｐ１に集光する。この点Ｐ１は、前述の出射角度が０度のときの光束のネガレジスト２７の一表面部における集光点Ｐ０から、前記一表面部に沿った距離ｄｒ分離れた点である。
【００４０】
ネガレジスト２７の一表面部における各集光点Ｐ１と、第１マイクロレンズ２４の光軸との距離ｄｒは、角度θおよび第１マイクロレンズアレイ２４の焦点距離ｆｍにより、次式（１）のように表される。
ｄｒ＝ｆｍ×ｔａｎθ                                            …（１）
【００４１】
つまり距離ｄｒは、ｔａｎθに焦点距離ｆｍを乗算することによって求められる。ここで所望の距離ｄｒに対応する角度θの露光強度を変化させることで、その露光強度に応じた露光膜厚を得ることが可能となる。すなわち図６（ａ）に示すように、第２マイクロレンズアレイ２８を形成するためのパターンとなる非球面レンズ形状のレンズパターンを形成することができる。またネガレジスト膜厚と光強度との間には、図６（ｂ）に示すように、光強度が高くなればなる程ネガレジスト膜厚が厚くなるという関係がある。これによって各点での膜厚が決まる。
【００４２】
図７は、第２マイクロレンズアレイ２８の製造フローを示し、図７Ａ（ａ）は、マイクロレンズ基板２１に、レンズ層２６およびネガレジスト２７を塗布した段階を示す図、図７Ａ（ｂ）は、本露光装置１０によって露光した段階を示す図、図７Ａ（ｃ）は、現像後のレンズパターン２９を示す図、図７Ａ（ｄ）は、レンズ層２６にレンズパターン３０を転写した段階を示す図、図７Ｂ（ｅ）は、レンズパターン３０に高屈折率樹脂３１を埋める段階を示す図、図７Ｂ（ｆ）は、第２マイクロレンズアレイ２８上に平坦化層３２を形成する段階を示す図、図７Ｂ（ｇ）は、平坦化層３２上にブラックマトリクス層３３を形成する段階を示す図である。
【００４３】
ここで第２マイクロレンズアレイ２８の製造フローについて説明する。先ず図７Ａ（ａ）に示すように、前述の第１マイクロレンズアレイ２４および第２基板２５などが予め形成されたマイクロレンズ基板２１の一表面部に、レンズ層２６およびネガレジスト２７をスピンコートによって順次塗布する。レンズ層２６は、高い屈折率の紫外線硬化樹脂もしくはエポキシ系樹脂などの樹脂材料を用いる。そして図７Ａ（ｂ）に示すように、本露光装置１０により露光した後、図７Ａ（ｃ）に示すように、現像して適宜ベーキングなどの処理を行う。
【００４４】
現像後のレンズパターン２９は、光学素子１２の出射角度分布を反映した非球面レンズ形状となっている。これをマスクにしてリアクティブイオンエッチング（略称ＲＩＥ：
Reactive Ion Etching）などの異方性の高い方法でエッチングすることによって、図７Ａ（ｄ）に示すように、レンズ層２６の一表面部にレンズパターン３０を転写させることができる。その後図７Ｂ（ｅ）に示すように、レンズパターン３０に低屈折率樹脂３１を埋めて第２マイクロレンズアレイ２８を形成する。さらに図７Ｂ（ｆ）に示すように、第２マイクロレンズアレイ２８の一表面部に平坦化層３２をスピンコートなどによって形成する。次に図７Ｂ（ｇ）に示すように、平坦化層３２の一表面部にブラックマトリクス層３３を形成する。以上により、本実施の形態に係るマイクロレンズアレイの露光装置１０を用いて、２層構造となっているマイクロレンズアレイを製造することができる。
【００４５】
図８は、マイクロレンズアレイの平面図である。第１マイクロレンズアレイ２４は、図８（ａ）に示すように、六角形のハニカム構造を成している。つまり第１マイクロレンズアレイ２４の各レンズの外周部２４ａは、この第１マイクロレンズアレイ２４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。各レンズの外周部２４ａは、隣接するレンズの外周部２４ａにそれぞれ当接され、複数のレンズは、前記直角方向に見て蜂の巣状の稠密構造に配置されている。第２マイクロレンズアレイ２８は、図８（ｂ）に示すように、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。
【００４６】
第１および第２マイクロレンズアレイ２４，２８の位置関係は、図８（ｃ）に示すように、各画素が前記直角方向に一対一に対応するように配設されている。第２マイクロレンズアレイ２８および絵素の位置関係は、図８（ｄ）に示すように、たとえば青Ｂ、赤Ｒ、緑Ｇと矢符ｄ２で表記する絵素の並び方向に沿って一定の規則性をもって配設されている。また図８（ｂ）に示す第２マイクロレンズアレイ２８の各レンズの対角長ｄｍａｘ．および第１マイクロレンズアレイ２４の焦点距離ｆｍ（図５ｂ参照）によって、光学素子１２から発せられマイクロレンズ基板２１に入射する各平行光束のうちの最大入射角度を次式（２）のように表すことができる。式（２）において、乗算を算術記号「・」で表記し、除算を算術記号「／」で表記している。
最大入射角度＝ｔａｎ−１（ｄｍａｘ．／２・ｆｍ）                …（２）
【００４７】
つまり前記各レンズの対角長ｄｍａｘ．を、焦点距離ｆｍに「２」を乗じた値で除し、さらにその値のアークタンジェントを求めることで、マイクロレンズ基板２１に入射する各平行光束のうちの最大入射角度を求め得る。
【００４８】
図９は、マイクロレンズアレイの製造を説明する図である。マイクロレンズ基板２１を照射する光束の直径Ｄｗは、一括で露光することができる領域を表しており、チップサイズまたはマイクロレンズ基板２１のサイズによって決まる。本実施の形態においては、直径Ｄｗは、たとえば３５ｍｍである。
【００４９】
マイクロレンズ基板２１に入射する光束の最大角度θｉは、第１マイクロレンズアレイ２４の焦点距離ｆｍ（図５（ｂ）参照）および第２マイクロレンズアレイ２８の対角長ｄｍａｘ．（図８（ｂ）参照）における次式（３）によって決められる。式（３）において、除算を算術記号「／」で表記している。
ｄｍａｘ．／２＝ｆｍ×ｔａｎθｉ                                …（３）
【００５０】
つまり対角長ｄｍａｘ．を「２」で除した値は、最大角度θｉのタンジェント値に焦点距離ｆｍを乗じた値と同一となる。本実施の形態においては、たとえば対角長ｄｍａｘ．＝４７．４μｍ、焦点距離ｆｍ＝７０μｍとしているので、式（３）によって最大角度θｉ＝１８．７度となる。
【００５１】
図１０は、本発明の別の実施形態に係る光学素子１２Ａの断面図である。別の実施形態に係る光学素子１２Ａとして拡散板３４が適用される。拡散板３４は複数の突起部３４ａを有し、これら突起部３４ａは、板の厚み方向に突出する円形ドーム状のものが二次元配列で周期的に配設されて成る。前記突起部３４ａの大きさおよび周期は、第２マイクロレンズアレイ２８で要求される面性で決まる。具体的にこの別の実施形態においては、この円形ドーム状の突起部３４ａの大きさおよび周期は、たとえば１μｍ前後に設定される。この別の実施形態に係る光学素子１２Ａによれば、前述の図３に示す四角錐形状の突起部２０ａを有する拡散板２０と同様の効果を奏する。拡散板は、前述の円形ドーム状の突起部３４ａ以外の形状、たとえば、円錐、多角錐、円柱などの突起、もしくは凹みであっても、前記と同様の効果を奏する。
【００５２】
図１１は、回折格子に対する光強度分布を示す図である。光学素子として、２次以上の次数に回折効率を有する回折格子を適用してもよい。具体的に回折格子の回折次数に対して光強度を振り分けることで、光学素子を実現し得る。このときマイクロレンズ基板２１に入射する光束の角度は、離散的になるが、本実施の形態の場合は、たとえば最大入射角１８．７度を１０次回折光までに振り分けて、１．８７度きざみとなる。焦点距離ｆｍ＝７０μｍであるので、第２マイクロレンズアレイ２８の一表面部の間隔は、約２．３μｍとなり、ネガレジスト２７の解像度などを考慮すると、特に問題とはならず、滑らかな曲線が得られる。
【００５３】
以上説明したマイクロレンズアレイの露光装置１０によれば、光源ユニット１１から発せられる略平行な光束は、光学素子１２に入射し、この光学素子１２において、出射角度に対して所定の光強度を有する光束へと変換される。これによって、予め形成された第１マイクロレンズアレイ２４に入射する光束の角度に対して所定の強度が付与される。この第１マイクロレンズアレイ２４で光束が屈折、集光されて感光性樹脂層に相当する被露光物に導かれ、高精度に該被露光物が露光される。これによって第２マイクロレンズアレイ２８が形成される。収差の影響が少なく、加工にも適した形状であるため、光効率が高く、製造の容易なマイクロレンズアレイが得られる。
【００５４】
したがって、従来のように多数の光学部品を位置合わせするという煩雑なアライメント工程を必要とすることなく、簡便にかつ高精度に第２マイクロレンズアレイ２８を形成することができる。その結果、従来のものに比べて、マイクロレンズアレイ全体の光効率が著しく向上するとともに、隣接する画素に光束が入ることに伴う混色の発生が未然に回避され、画質を著しく向上させることが可能となる。
【００５５】
また拡散板２０によって、略平行な光束を出射角度に応じた光強度の光束に変換し得る光学素子１２を実現することができる。拡散板２０は、複数の突起部２０ａを有し、これら複数の突起部２０ａの形状および寸法によって、略平行な光束を、出射角度に応じた光強度の光束に変換することができる。換言すれば、従来のように複数の光学系を調整することなく、予め形成される複数の突起部によって、出射角度に応じた光強度の光束に容易に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの露光装置１０の構成図である。
【図２】出射角度に対する光強度分布を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学素子１２の断面図である。
【図４】マイクロレンズアレイ基板２１の断面図である。
【図５】光学素子１２と第１マイクロレンズアレイ２４とを含む光学系の結像関係を示す図であり、図５（ａ）は、光学素子１２の出射角度が０度の光束の結像関係を示す図、図５（ｂ）は、光学素子１２の出射角度がθの光束の結像関係を示す図である。
【図６】第２マイクロレンズアレイを形成する方法を説明するための図であり、図６（ａ）は、第２マイクロレンズアレイを形成するための非球面レンズ形状のレンズパターンを形成する状態を示す図、図６（ｂ）は、ネガレジスト膜厚と光強度との関係を示す図である。
【図７Ａ】第２マイクロレンズアレイ２８の製造フローを示し、図７Ａ（ａ）は、マイクロレンズ基板２１に、レンズ層２６およびネガレジスト２７を塗布した段階を示す図、図７Ａ（ｂ）は、本露光装置１０によって露光した段階を示す図、図７Ａ（ｃ）は、現像後のレンズパターン２９を示す図、図７Ａ（ｄ）は、レンズ層２６にレンズパターン３０を転写した段階を示す図である。
【図７Ｂ】第２マイクロレンズアレイ２８の製造フローを示し、図７Ｂ（ｅ）は、レンズパターン３０に高屈折率樹脂３１を埋める段階を示す図、図７Ｂ（ｆ）は、第２マイクロレンズアレイ２８上に平坦化層３２を形成する段階を示す図、図７Ｂ（ｇ）は、平坦化層３２上にブラックマトリクス層３３を形成する段階を示す図である。
【図８】マイクロレンズアレイの平面図である。
【図９】マイクロレンズアレイの製造を説明する図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係る光学素子１２Ａの断面図である。
【図１１】回折格子に対する光強度分布を示す図である。
【図１２】従来のマイクロレンズアレイの露光装置１の構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  露光装置
１１  光源ユニット
１２  光学素子
２０  拡散板
２０ａ  突起部
２４  第１マイクロレンズアレイ
２８  第２マイクロレンズアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005148404.tif 000005
【図４】
2005148404.tif 000006
【図５】
2005148404.tif 000007
【図６】
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【図７Ａ】
2005148404.tif 000009
【図７Ｂ】
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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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