(57)【要約】 【課題】  マイクロレンズに対して正確な位置に遮光膜を形成することができる遮光膜付きマイクロレンズ基板の製造方法を提供する。【解決手段】  マイクロレンズ５０６，５０７が形成されるレンズ形成基板１４８を形成し、そのレンズ形成基板１４８の厚み方向他方側１０３に感光性材料からなる遮光膜パターニング用レジスト層４３を形成する。次にそのレンズ形成基板１４８の厚み方向一方側１０１から紫外線を照射し、マイクロレンズ５０６，５０７を透過させた処理光２０１を遮光膜パターニング用レジスト層４３に照射して、遮光膜パターニング用レジスト層４３の状態を部分的に変化させ、その変化状態に応じてブラックマトリクス４０を形成する。これによってマイクロレンズ５０６，５０７のレンズ光軸と、ブラックマトリクス４０に形成される開口１４０との中心を一致させることができ、マイクロレンズ５０６，５０７とブラックマトリクス４０との位置合わせが不要となるとともに、ブラックマトリクス４０をずれなく正確に形成することができる。【選択図】      図１
2005070666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光領域が形成される遮光膜を有するマイクロレンズ基板の製造方法であって、
基板の厚み方向一方側にマイクロレンズを形成するレンズ形成工程と、
基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、
基板の厚み方向一方側から処理光をマイクロレンズに透過させて、感光性樹脂層に処理光を照射して感光性樹脂層の状態を部分的に変化させ、その変化状態に応じて遮光膜を形成する遮光膜形成工程とを含むことを特徴とするマイクロレンズ基板の製造方法。
【請求項２】
前記感光性樹脂層形成工程は、感光性材料としてネガ型レジスト材料を用い、
前記遮光膜形成工程は、基板の厚み方向一方側から処理光をマイクロレンズに透過させて、感光性樹脂層に処理光を照射して感光性樹脂層を露光する露光段階と、
感光性樹脂層のうち処理光によって露光した露光部分以外を除去する現像段階と、
感光性樹脂層を含む基板の厚み方向他方側に遮光性材料から成る被加工膜を形成する被加工膜形成段階と、
感光性樹脂層の露光部分とともにその感光性樹脂層に付着した被加工膜を除去し、残余の被加工膜を遮光膜として形成するエッチング段階とを有することを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
【請求項３】
光源から表示光がマイクロレンズ基板に透過することで、画像表示に用いられるマイクロレンズ基板を製造する製造方法であって、
前記遮光膜形成工程では、画像表示にあたってマイクロレンズを透過する表示光に対応する処理光がマイクロレンズを透過するように、処理光または基板のいずれかを調整する調整段階をさらに有することを特徴とする請求項１または２記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
【請求項４】
前記調整段階では、処理光がマイクロレンズに入射する処理光入射角度が、前記表示光がマイクロレンズに入射する表示光入射角度とほぼ等しくなるように、基板を処理光に対して相対的に傾斜させることを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
【請求項５】
前記調整段階では、光学部品によって光源で発生される発生光を調整して、前記表示光に対応する処理光を生成することを特徴とする請求項３記載のマイクロレンズ基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法によって製造されるマイクロレンズ基板と、
マイクロレンズ基板に隙間を空けて対向する対向基板と、
マイクロレンズ基板と対向基板との間に介在される液晶層とを含むことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】
白色光源と、
白色光源から発生する白色光を互いに異なる波長域を有する複数の光に分光する分光手段と、
請求項６記載の液晶表示素子であって、分光手段によって分光される複数の光が透過し、それらの光を変調する液晶表示素子と、
液晶表示素子によって変調された複数の光を投影する投影手段とを備えることを特徴とする投影型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過可能な透光領域が形成される遮光膜を有するマイクロレンズ基板の製造方法およびその製造方法によって製造されるマイクロレンズ基板を備える液晶表示素子および液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の投影型液晶表示装置として、２層構造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の液晶表示装置が開示される（特許文献１参照）。この装置では、カラーフィルタを用いないので光の利用効率を向上することができる。
【０００３】
投影型液晶表示装置の一部を構成するマイクロレンズ基板は、各レンズに対応した開口が形成される遮光膜、いわゆるブラックマトリクスが設けられる。従来技術では、マイクロレンズとブラックマトリクスとがそれぞれ別々に重ね合わされる。具体的には、マイクロレンズが形成される基板上に、クロム膜を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングを行って、マイクロレンズアレイの各レンズに対応する開口が形成されるブラックマトリクスを形成する。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８１４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロレンズ基板にブラックマトリクスを設ける場合、マイクロレンズアレイの各レンズのレンズ光軸と、ブラックマトリクスに形成される開口の中心とを一致させる必要がある。この場合、マイクロレンズとブラックマトリクスとの相対位置を縦方向、横方向および角度について位置合わせを行う必要がある。
【０００６】
マイクロレンズは微細であるので、マイクロレンズとブラックマトリクスとの位置合わせは、ミクロンオーダーの精度が要求される。したがってマイクロレンズとブラックマトリクスの位置合わせを厳密に行う必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。またマイクロレンズ基板の厚み方向に複数層のマイクロレンズが形成される場合には、さらに厳密な位置合わせが要求される。
【０００７】
したがって本発明の目的は、マイクロレンズに対して正確な位置に遮光膜を形成することができるマイクロレンズ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、透光領域が形成される遮光膜を有するマイクロレンズ基板の製造方法であって、
基板の厚み方向一方側にマイクロレンズを形成するレンズ形成工程と、
基板の厚み方向他方側に感光性材料から成る感光性樹脂層を形成する感光性樹脂層形成工程と、
基板の厚み方向一方側から処理光をマイクロレンズに透過させて、感光性樹脂層に処理光を照射して感光性樹脂層の状態を部分的に変化させ、その変化状態に応じて遮光膜を形成する遮光膜形成工程とを含むことを特徴とするマイクロレンズ基板の製造方法である。
【０００９】
本発明に従えば、基板の厚み方向一方側にマイクロレンズが形成され、基板の厚み方向他方側に感光性樹脂層が形成される。この状態で、処理光をマイクロレンズに透過させる。マイクロレンズを透過した処理光は、感光性樹脂層に照射される。感光性樹脂層のうち処理光が照射された部分は、光が照射されない部分に比べてその状態が変化する。この感光性樹脂層の部分的変化に応じて遮光膜を形成することで、遮光膜とマイクロレンズとの位置合わせを不要として、マイクロレンズに対応した位置に遮光膜を形成することができる。
【００１０】
また本発明は、前記感光性樹脂層形成工程は、感光性材料としてネガ型レジスト材料を用い、
前記遮光膜形成工程は、基板の厚み方向一方側から処理光をマイクロレンズに透過させて、感光性樹脂層に処理光を照射して感光性樹脂層を露光する露光段階と、
感光性樹脂層のうち処理光によって露光した露光部分以外を除去する現像段階と、
感光性樹脂層を含む基板の厚み方向他方側に遮光性材料から成る被加工膜を形成する被加工膜形成段階と、
感光性樹脂層の露光部分とともにその感光性樹脂層に付着した被加工膜を除去し、残余の被加工膜を遮光膜として形成するエッチング段階とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、ネガ型レジスト材料を用いて基板の厚み方向他方側に感光性樹脂層を形成し、マイクロレンズを透過した処理光を感光性樹脂層に照射する。次に露光段階および現像段階を経ることによって、感光性樹脂層のうちの処理光が照射された露光部分を残して、感光性樹脂層のうちの処理光が照射されない非露光部分を除去する。次に被加工膜形成段階で、感光性樹脂層を含む基板の厚み方向他方側に被加工膜を形成する。これによって被加工膜は、基板のうち処理光が照射されない非露光部分の表面部と、感光性樹脂層のうち露光部分の表面部とに形成される。そして感光性樹脂層の露光部分を除去することによって、感光性樹脂層に付着した被加工膜を除去することができ、残余の被加工膜によって、基板のうち処理光が照射される照射領域に開口が形成される遮光膜を形成する。
【００１２】
また本発明は、光源から表示光がマイクロレンズ基板に透過することで、画像表示に用いられるマイクロレンズ基板を製造する製造方法であって、
前記遮光膜形成工程では、画像表示にあたってマイクロレンズを透過する表示光に対応する処理光がマイクロレンズを透過するように、処理光または基板のいずれかを調整する調整段階をさらに有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、画像表示にあたってマイクロレンズを透過する表示光に対応する処理光をマイクロレンズに透過させ、その透過した処理光を感光性樹脂層に照射する。たとえばマイクロレンズに照射される表示光が平行光である場合、マイクロレンズに照射される処理光もまた平行光に調整される。またたとえば処理光がマイクロレンズに入射する入射角度は、表示光がマイクロレンズに入射する入射角度と等しく調整される。
【００１４】
また本発明は、前記調整段階では、処理光がマイクロレンズに入射する処理光入射角度が、前記表示光がマイクロレンズに入射する表示光入射角度と等しくなるように、基板を処理光に対して相対的に傾斜させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、基板を処理光に対して相対的に傾斜させることで、処理光がマイクロレンズに入射する入射角度を、表示光がマイクロレンズに入射する入射角度と等しく調整する。そして調整した後、処理光をマイクロレンズに照射する。
【００１６】
また本発明は、前記調整段階では、光学部品によって光源で発生される発生光を調整して、前記表示光に対応する処理光を生成することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、光学部品によって処理光を表示光に対応するように調整した後、処理光をマイクロレンズに照射する。たとえば光学部品は、開口を有するマスク、コリメートレンズとによって実現される。この場合、マスクは、コリメートレンズの焦点位置に配置され、光源からマスクを通過した光がコリメートレンズを透過することで、処理光を予め定める入射角度でマイクロレンズに照射することができる。
【００１８】
また本発明は、前記製造方法によって製造されるマイクロレンズ基板と、
マイクロレンズ基板に隙間を空けて対向する対向基板と、
マイクロレンズ基板と対向基板との間に介在される液晶層とを含むことを特徴とする液晶表示素子である。
【００１９】
また本発明は、白色光源と、
白色光源から発生する白色光を互いに異なる波長域を有する複数の光に分光する分光手段と、
前記液晶表示素子であって、分光手段によって分光される複数の光が透過し、それらの光を変調する液晶表示素子と、
液晶表示素子によって変調された複数の光を投影する投影手段とを備えることを特徴とする投影型液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、マイクロレンズを透過した処理光を用いて、遮光膜の形成位置を決定することで、マイクロレンズの光軸と、遮光膜に形成される透光領域との中心を一致させることができる。このようにして遮光膜を形成することによって、マイクロレンズと遮光膜との位置合わせが不要となるとともに、マイクロレンズに対して遮光膜の透光領域をずれなく正確に形成することができる。
【００２１】
これによって従来技術のように別々に形成した遮光膜とマイクロレンズとを重ね合わせる必要がなくなり、重ねあわせに費やす時間を短縮化することができる。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】
また本発明によれば、感光性樹脂層とは別に被加工膜を形成し、被加工膜を用いて遮光膜を形成する。これによって感光性樹脂層とは別の材料で遮光膜を形成することができ、遮光膜の選択肢を広げることができる。感光性樹脂層によって遮光膜を形成する場合には、遮光膜を薄くしたうえで遮光率を向上することが困難であるが、感光性樹脂層と別体にすることによって、薄い膜厚と十分な遮光率を有する遮光膜を容易に形成することができる。
【００２３】
たとえば遮光膜は、クロム膜によって実現することができる。クロム膜を用いることで、感光性樹脂層に黒色着色剤を含有して遮光膜を形成する場合に比べて、遮光膜の十分な薄膜化と遮光性とを得ることができる。
【００２４】
また本発明によれば、画像表示に用いられる表示光に対応するような処理光をマイクロレンズに照射することによって、マイクロレンズを透過した表示光の断面形状と遮光膜に形成される透光領域の断面形状とを一致させることができ、透光領域をより正確に形成することができる。
【００２５】
また本発明によれば、基板を処理光に対して相対的に傾斜させて処理光の入射角度を調整した後、処理光をマイクロレンズに照射する。これによって表示光の入射角度と同じ入射角度で処理光をマイクロレンズに照射することができ、表示光に対応した遮光膜をより精度よく形成することができる。
【００２６】
また本発明によれば、光学部品によって処理光を表示光に対応するように調整した後、処理光をマイクロレンズに照射する。これによって表示光の入射角度と同じ入射角度で処理光をマイクロレンズに照射することができ、表示光に対応した遮光膜をより精度よく形成することができる。
【００２７】
また本発明によれば、前述した製造方法で製造されるマイクロレンズ基板を有する液晶表示素子および投影型液晶表示装置を形成することによって、マイクロレンズの光軸と遮光膜の透光領域との位置を正確に位置合わせされる液晶表示素子および投影型液晶表示装置を形成することができる。
【００２８】
これによって光の利用効率を向上することができ、表示画面を明るくすることができる。またマイクロレンズ基板から不所望に光が漏れることを防ぎ、表示画面を鮮明に表示することができる。さらに上述したようにマイクロレンズ基板を安価に製造することができるので、それを備える液晶表示素子および投影型液晶表示装置もまた安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の実施の一形態であるマイクロレンズ基板の製造手順を示すフローチャートである。図２は、本発明の実施の一形態である単板式の投影型液晶表示装置の主要な構成を示す断面図である。本実施の形態の投影型液晶表示装置１（以下液晶表示装置１と称する）は、光源２からの光を液晶表示素子２０に透過させることによって、スクリーン１１に画像を表示する。
【００３０】
液晶表示素子２０は、マイクロレンズ基板１２を有する。マイクロレンズ基板１２は、マイクロレンズアレイ６，７と、支持基板２１，２４と、ブラックマトリクス４０とを有する。マイクロレンズアレイ６，７には、微小なマイクロレンズが複数形成されて構成される。支持基板２１，２４は、マイクロレンズアレイ６，７を支持して透光性を有する。具体的には、支持基板２１，２４は、マイクロレンズアレイ６，７が接着される。ブラックマトリクス４０は、マイクロレンズ６，７の光軸と同軸の開口１４０が形成される遮光膜である。
【００３１】
図２に示すように、液晶表示装置１は、白色光源２と、分光手段５と、液晶表示素子２０と、投影手段１４１とを含む。分光手段５は、白色光源２から発生する白色光Ｗを互いに異なる波長域を有する複数の光Ｇ，Ｒ，Ｂに分光する。また液晶表示素子２０は、分光手段５によって分光される複数の光Ｇ，Ｒ，Ｂを変調して透過させる。投影手段１４１は、液晶表示素子２０によって変調された複数の光をスクリーン１１に投影する。また液晶表示装置１は、映像信号生成手段１４４を有してもよい。映像信号生成手段１４４は、表示すべき画像に応じた映像信号を生成し、生成した映像信号を液晶表示素子２０に与える。
【００３２】
具体的には、液晶表示装置１は、白色光源２の光照射方向一方側に球面鏡３が設けられる。球面鏡３は、その曲率半径の中心が、白色光源２における発光部の中心と一致するように配置される。白色光源２の光照射方向他方側にはコンデンサレンズ４が設けられる。コンデンサレンズ４は、その焦点が白色光源２の発光部の中心と一致するように配置される。このような配置によって、白色光源２から発生する白色光Ｗは、直接または球面鏡３に反射してコンデンサレンズ４に入射し、コンデンサレンズ４から略平行光束となる白色平行光が出射する。
【００３３】
なお、白色光源２から平行光を得る平行光生成手段としては、このような構成に限らず、たとえば回転放物面鏡を用いる方法、回転楕円面鏡とインテグレータを使用する方法などが適宜選択されてもよい。
【００３４】
コンデンサレンズ４を挟んで、白色光源３と反対側には、３種のダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂがそれぞれ異なる角度で配置される。各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂは、分光手段５となる。ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂは、それぞれ緑、赤、青の色に対応する各波長域の光を選択的に反射し、残余の波長域の光が透過する特性を有する。
【００３５】
各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂは、緑色の波長域の光を反射する第１ダイクロイックミラー５Ｇ、赤色の波長域の光を反射する第２ダイクロイックミラー５Ｒ、青色の波長域の光を反射する第３ダイクロイックミラー５Ｂの順で、コンデンサレンズ４から遠ざかるとともに、この順にコンデンサレンズ４から出射する白色平行光の光軸の延長線上に配置される。以下、Ｇ，Ｒ，Ｂは、それぞれ、緑、赤、青の各色の光を表わす。
【００３６】
３つのダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂの中で、白色光源２に一番近くに設けられる第１ダイクロイックミラー５Ｇは、白色光源２からの白色平行光が、その反射面に対してたとえば３０°前後で入射するように設けられる。その他の第２および第３ダイクロイックミラー５Ｒ，５Ｂは、第１ダイクロイックミラー５Ｇに対してそれぞれ平行な状態から、液晶表示素子２０の入射面に平行でかつ、白色光源２と平行に伸びる軸を角変位軸として、すなわち図２において紙面に垂直な方向の軸を角変位軸として、予め定められる傾斜角度φずつ順次傾けて配置される。
【００３７】
また、傾斜角度φは、液晶表示素子２０の絵素配列ピッチＰおよび液晶表示素子２０に設けられた第１マイクロレンズアレイ６の焦点距離ｆを用いて、Ｐ＝ｆ×ｔａｎφを満足するように設定される。このような各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂの配置によって緑波長域、赤波長域、青波長域のそれぞれの光Ｇ，Ｒ，Ｂが、第１マイクロレンズアレイ６に対してそれぞれ角度２φずれて入射する。
【００３８】
白色光源２からダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂに向かって白色光Ｗを照射すると、ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂが各々異なる波長域の光をそれぞれ反射することにより、白色光が三原色の光Ｇ，Ｒ，Ｂにそれぞれ分光される。各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂは、３つのダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂが配置された角度に応じて、各々異なる角度で、液晶表示素子２０に入射する。入射した各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子２０によって形成すべき画像に対応する画素毎にそれぞれ個別に変調される。変調された光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子２０を透過して、投影手段１４１に向けて出射する。
【００３９】
このようにダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって白色平行光が分光された光Ｇ，Ｒ，Ｂが液晶表示素子２０に入射するので、液晶表示素子２０はカラーフィルタを必要としない。これによって液晶表示装置１の光利用効率を高くすることができる。
【００４０】
液晶表示装置１は、液晶表示素子２０の光出射側１０１に、投影手段１４１としてフィールドレンズ９と投影レンズ１０とが設けられる。さらに投影レンズ１０の光出射側１０１には、スクリーン１１が設けられる。フィールドレンズ９の焦点位置は、フィールドレンズ９と投影レンズ１０と間の位置に設定される。これによって液晶表示素子２０から出射して、変調された各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂは、フィールドレンズ９によって投影レンズ１０が設けられる位置に収束され、この投影レンズ１０によってスクリーン１１に投影される。このようにしてスクリーン１１にカラー画像が表示される。なお、フィールドレンズ９を用いずに、液晶表示素子２０によって変調される各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂが、投影レンズ１０に直接入射するような構成とすることも可能である。
【００４１】
図３は、液晶表示素子を拡大して示す断面図である。液晶表示素子２０は、対向基板８とマイクロレンズ基板１２と有する。対向基板８とマイクロレンズ基板１２とは、スペーサ２９を介して貼り合わされる。また対向基板８とマイクロレンズ基板１２との間には液晶分子が封入される液晶層３０が形成される。
【００４２】
対向基板８およびマイクロレンズ基板１２は、透光性を有する。これによって液晶表示素子２０は、各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって分光される光Ｇ，Ｒ，Ｂが液晶表示素子２０の光入射側１００から光出射側１０１に透過可能となる。たとえば対向基板８は、ガラス基板によって実現される。
【００４３】
マイクロレンズ基板１２は、液晶層３０に対して、光入射側１００に配置される。また対向基板８は、液晶層３０に対して光出射側１０１に配置される。対向基板８の光入射側１００の表面部には、液晶層内の液晶分子を相変化させるための信号電極２８が形成される。またマイクロレンズ基板１２の光出射側１０１の表面部には、ブラックマトリクス４０と、信号電極２８に対して直交する走査電極（図示せず）が設けられる。信号電極２８および走査電極は、透光性を有する透明電極によって形成される。たとえば透明電極は、インジウムスズ酸化物（Indium Tin Oxide，略称ＩＴＯ）によって実現される。
【００４４】
マイクロレンズ基板１２には、第１マイクロレンズアレイ６と、第２マイクロレンズアレイ７と、第１支持基板２１と、第２支持基板２４と、ブラックマトリクス４０とを含んで構成される。なお、第１マイクロレンズアレイ６は、第２マイクロレンズアレイ６よりも光入射側１００に設けられる。また第１支持基板２１および第２支持基板２４は、透光性を有し、第１マイクロレンズアレイ６を挟んで配置される。
【００４５】
言い換えると、第１支持基板２１は、第１マイクロレンズアレイ６よりも光入射側１００に配置され、第２支持基板２４は、第１マイクロレンズアレイ６よりも光出射側１０１に配置される。第１支持基板２１および第２支持基板２４は、無機誘電体からなり、少なくとも可視光および紫外光を透光する。また第２支持基板２４の光出射側１０１には、第２マイクロレンズアレイ７が配置される。
【００４６】
第１マイクロレンズアレイ６は、屈折率の異なる第１樹脂層２２と第２樹脂層２３とによって実現される。第１マイクロレンズアレイ６は、第１樹脂層２２および第２樹脂層２３の界面に凹凸形状のレンズパターンが複数形成されることによって、第１マイクロレンズアレイ６として機能する。第１マイクロレンズアレイ６を形成する２つの樹脂層２２，２３のうち、光入射側１００の樹脂層２２の界面部分が光入射側１００に没入して凹所を形成し、光出射側１０１の樹脂層２３の界面部分が光入射側１００の樹脂層２２の凹所に充填されて第１マイクロレンズ５０６が実現される。この場合には、光出射側１０１の樹脂層２３には、光入射側１００の樹脂層２２の屈折率よりも高いものを用いるのが好ましい。
【００４７】
第２マイクロレンズアレイ７は、屈折率の異なる第３樹脂層２５と第４樹脂層２６とによって実現される。第２マイクロレンズアレイ７は、第３樹脂層２５および第４樹脂層２６の界面に凹凸形状のレンズパターンが複数形成されることによって、第２マイクロレンズアレイ７として機能する。第２マイクロレンズアレイ７を形成する２つの樹脂層２５，２６のうち、光入射側１００の樹脂層２５の界面部分が光出射側１０１に没入して凹所を形成し、光出射側１０１の樹脂層２６の界面部分が光入射側１００の樹脂層２５の凹所に充填されて第２マイクロレンズ５０７が実現される。この場合には、光入射側１００の樹脂層２５には、光出射側１０１の樹脂層２６の屈折率よりも高いものを用いるのが好ましい。
【００４８】
なお、各マイクロレンズアレイ６，７のレンズパターンは、球面レンズ状、六角レンズ状、あるいはかまぼこ形レンズ状でもよい。特に、第２マイクロレンズアレイ７のレンズパターンは、台形プリズム形状であってもよい。これら各マイクロレンズアレイ６，７は、上述したように第２支持基板２４によって形成される中間ガラス層２４を両側から挟む。
【００４９】
第１マイクロレンズアレイ６を構成する各レンズ５０６のレンズ光軸と、第２マイクロレンズアレイ７を構成する各レンズ５０７のレンズ光軸は互いに平行となるように形成される。また第１マイクロレンズアレイ６と第２マイクロレンズアレイ７の対向する各レンズ５０６，５０７のレンズ光軸は互いに一致する。このような構成とすることで、第１マイクロレンズアレイ６を基準として、第２マイクロレンズアレイ７を作製するにあたって、フォトリソ工程を用いることができるため、精度の良い位置合わせを行うことが可能である。これによって第１マイクロレンズアレイ６と第２マイクロレンズアレイ７との位置合わせ精度を±１μｍ以内にすることができる。
【００５０】
予め定める画像を表示する場合、映像信号生成手段１４４によって、その画像における各画素に対応した映像信号が信号電極２８ごとに与えられる。映像信号によって各信号電極２８がそれぞれ個別に駆動することで、各信号電極２８に対応する領域の液晶層が部分的に相変化する。
【００５１】
また液晶表示素子２０は、構成要素として、走査電極、画素電極、偏光板および配向膜を備えてもよい。なお、図３においては、走査電極、偏光板、配向膜などを簡略化のため省略し、それらの説明についても省略する。
【００５２】
図３には、分光手段５である各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって分光された光Ｇ，Ｒ，Ｂを、破線、一点鎖線、実線でそれぞれ示し、第２マイクロレンズ７を透過したそれらの光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７を２点差線で示す。各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって分光された光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子２０に入射すると、第１支持基板２１を透過し、第１マイクロレンズアレイ６に入射する。第１マイクロレンズアレイ６に入射した光Ｇ，Ｒ，Ｂは、第１マイクロレンズアレイ６によって集光され、第２支持基板２４を透過して第２マイクロレンズアレイ７に入射する。
【００５３】
第２マイクロレンズアレイ７に入射した各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、第２マイクロレンズアレイ７によって互いの主光線１４５，１４６，１４７が略平行となるように屈折される。また書く光Ｇ，Ｒ，Ｂは、各色にそれぞれに対応した信号電極２８によって駆動される液晶層領域に分配照射される。そして各光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶層３０に入射する。
【００５４】
このとき信号電極２８によって表示すべき画像に対応するように、各信号電極２８の駆動状態が変化する。そして液晶層３０は、各信号電極２８の駆動状態に応じて各信号電極２８に対応する部分が相変化する。これによって液晶層３０を透過する各光Ｇ，Ｒ，Ｂの強度が変調される。変調された光Ｇ，Ｒ，Ｂは、対向基板８を透過することで液晶表示素子２０から出射する。
【００５５】
上述するマイクロレンズ基板１２の構成では、第１および第２マイクロレンズ５０６，５０７が光進行方向に並ぶ。比較例として第１マイクロレンズ５０６のみを配置した構成では、分光される各光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７は、液晶表示素子２０を出射した後も、互いに２φの角度をもって伝搬してしまう。この場合、これらの各光Ｇ，Ｒ，Ｂを全て捕捉し投影するためには、大口径の投影レンズ１０が必要になる。
【００５６】
これに対して本実施例では、さらに第２マイクロレンズ５０７が設けらることによって、分光される各光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７のそれぞれの拡がりを小さくすることができる。また、第１マイクロレンズ５０６の焦点距離は、この第２マイクロレンズ５０７の出射側近傍に、第１マイクロレンズ５０６から出射された光の焦点が位置するよう設定されている。
【００５７】
このように配置された第２マイクロレンズ５０７を有する第２マイクロレンズアレイ７は、フィールドレンズ９と同様の機能を果たし、各光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７を互いに平行化する。これによって各主光線１４５，１４６，１４７の出射方向を液晶表示素子２０の出射面に対して垂直にし、液晶表示素子２０からの出射光の拡がり角を小さくすることができる。したがって小口径の投影レンズ１０を用いた場合でも、全光を有効に利用することができる。これによって光利用効率が高く、ホワイトバランスのよいカラー画像を得ることが可能になるとともに、コストアップの原因となっていた高価な大口径の投影レンズ１０を用いなくてもよくなることから、投影型液晶表示装置全体としてのコストアップを回避することが可能となる。
【００５８】
マイクロレンズ基板１２は、図１に示す手順に従って製造される。まず、ステップＳ０でマイクロレンズ基板１２を製造するための準備が完了すると、ステップＳ１に進み、マイクロレンズ基板１２の製造が開始される。
【００５９】
ステップＳ１では、第１および第２マイクロレンズアレイ６，７を形成するレンズ形成工程を行う。本実施の形態では、レンズ形成工程は、まずステップａとなる第１レンズ形成段階で、第１マイクロレンズアレイ６を形成する。次にステップｂとなる第２レンズ形成段階で、第２マイクロレンズアレイ７を形成する。このようなレンズ形成工程を経ることによって、各マイクロレンズアレイ６，７を有するレンズ形成基板１４８を形成する。
【００６０】
ステップＳ２では、ブラックマトリクス４０を形成するブラックマトリクス形成工程を行う。ブラックマトリクス工程は、ステップＳ１で形成される各マイクロレンズ５０６，５０７を用いて、ブラックマトリクス４０の配置パターンを決定する。そしてブラックマトリクス４０を形成すると、ステップＳ３に進み、マイクロレンズ基板１２の製造を完了する。
【００６１】
図４は、マイクロレンズ基板の製造手順のうち、第１および第２マイクロレンズの形成手順を説明するための断面図である。以下、液晶表示素子２０として実現された場合に、光入射側１００となる側を厚み方向一方側１０２とし、光出射側１０１となる側を厚み方向他方側１０３として説明する。
【００６２】
図１に示すステップＳ１のレンズ形成工程を開始すると、ステップａの第１レンズ形成段階を開始する。まず前述した第１支持基板２１を準備すると、第１支持基板２１の厚み方向他方側１０３の表面部に低屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第１樹脂層２２を形成する。第１支持基板２１は、たとえば無機誘電体基板である石英基板によって実現される。次に、図４（１）に示すように、第１樹脂層２２に厚み方向他方側１０３からスタンパ５１を押し付ける。
【００６３】
スタンパ５１が第１樹脂層２２に接触する接触面には、第１マイクロレンズ５０６のパターンと合致する反転パターンが形成される。このスタンパ５１を第１支持基板２１に向かって十分に押し付けて、スタンパ５１と第１支持基板２１の間に第１樹脂層２２を押し広げて、そのままの状態を保持する。
【００６４】
次に、厚み方向一方側１０２から第１支持基板２１を透過させて、第１樹脂層２２に紫外線を照射する。たとえば紫外線は、紫外線ランプによって発生可能である。第１樹脂層２２は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。これによって第１樹脂層２２にスタンパ５１の反転パターンが転写成形される。硬化後、スタンパ５１を第１樹脂層２２から離型する。
【００６５】
次に、硬化された第１樹脂層２２の厚み方向他方側１０３の表面部に、高屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第１樹脂層２２の凹所を埋めて第２樹脂層２３を形成する。さらに第２樹脂層２３の厚み方向他方側１０３に、第２支持基板２４を貼り付ける。第２支持基板２４は、第１マイクロレンズアレイ６と第２マイクロレンズアレイ７との間に挟まれる無機誘電体中間層となるべき基板であって、石英薄板ガラスによって実現される。
【００６６】
次に、第２支持基板２４を第１支持基板２１に向かって十分に押し付け、厚み方向他方側１０３から第２支持基板２４を透過させて、第２樹脂層２３に紫外線を照射する。第２樹脂層２３は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。この第２樹脂層２３は、第２支持基板２４を接着する接着層の役割も果たす。なお、第１樹脂層２２および第２樹脂層２３は透光性を有し、その屈折率は、たとえば、第１樹脂層２２は１．４１、第２樹脂層２３は１．５６のものを用いる。
【００６７】
また、所望の厚みより第２支持基板２４が厚い場合は、研磨を行うことにより必要な厚みにまで削る工程を加えても良い。
【００６８】
このようにして、第１樹脂層２２および第２樹脂層２３を形成することによって、第１マイクロレンズアレイ６を形成することができ、第１レンズ形成段階を完了する。第１レンズ形成段階が完了すると、図１に示すステップＳ１のレンズ形成工程のうち、ステップｂの第２レンズ形成段階を開始する。
【００６９】
まず、図４（２）に示すように、第２支持基板２４の厚み方向他方側１０３の表面部に、高屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第３樹脂層２５を形成する。次に厚み方向他方側１０３側から第３樹脂層２５に紫外線を照射する。第３樹脂層２５は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。なお紫外線照射前または照射後に第３樹脂層２５の厚み方向他方側１０３の面の平坦化処理を行うことが好ましい。
【００７０】
平坦化処理の方法は２つある。第１の方法は、第３樹脂層２５が未硬化の状態で、厚み方向他方側１０３の面から、予め離型処理を施した石英平面板を押え付け、紫外線を照射して第３樹脂層２５を硬化させる方法である。これによって硬化後、石英平面板を分離すると、厚み方向他方側の面が平滑な第３樹脂層２５が得られる。第２の方法は、第３樹脂層２５を硬化後、研磨処理を行って、第３樹脂層２５の表面を平滑化する方法である。
【００７１】
次に、図４（３）に示すように、第３樹脂層２５の厚み方向他方側１０３の表面部にネガ型レジスト材料を塗布して、レンズパターニング用レジスト層４２を形成する。本実施の形態では、レンズパターニング用レジスト層４２の膜厚は、３０μｍに設定される。このレンズパターニング用レジスト層４２に対して、厚み方向一方側１０２から第１マイクロレンズ６を通して紫外線を照射し、レンズパターニング用レジスト層４２の露光を行う。この露光工程の詳細については後述する。露光工程では、光軸に垂直な方向の強度分布または入射角度を変更した紫外光をレンズパターニング用レジスト層４２に照射することで、レンズパターニング用レジスト層４２で３次元的なレンズ形状１５０を形成することを目的としている。具体的には、レンズパターニング用レジスト層４２に照射される処理光の強度分布に応じて、レンズパターニング用レジスト層４２の感光量を部分的に異ならせ、レンズパターニング用レジスト層４２の現像後の残膜量を部分的に変化させて３次元的な形状に形成する。
【００７２】
このように紫外線の強度分布および入射角度を調整することによって、現像後のレンズパターニング用レジスト層４２に所望の形状を形成することができる。本実施の形態では、第２マイクロレンズアレイ７に対応するレンズ形状となるように、厚み方向一方側１０２からレンズパターニング用レジスト層４２に処理光となる紫外線を照射する。
【００７３】
これによって露光後、現像処理を行うと、図４（４）に示すように、レンズパターニング用レジスト層４２に第２マイクロレンズアレイ７に対応するレンズ形状１５０が刻まれる。この後、ポストベーク処理を行う。
【００７４】
次に、図４（５）に示すように、ドライエッチングを行って、レンズパターニング用レジスト層４２に刻まれたレンズパターンの形状を第３樹脂層２５に転写する。ドライエッチングの方法としては、反応性イオンエッチング、イオンミリングなどの方法がある。この時、エッチング条件によって、レンズパターニング用レジスト層４２に刻まれたレンズ形状１５０の厚みを拡大したレンズ形状１５５を第３樹脂層２５に形成することができる。
【００７５】
たとえばレンズパターニング用レジスト層４２と第３樹脂層２５のエッチング選択比が１：２となるようなエッチング条件を選択すると、レンズパターニング用レジスト層４２において厚み１０μｍのレンズ形状１５０は、第３樹脂層２５においては厚み２０μｍのレンズ形状１５５に拡大される。レンズパターニング用レジスト層４２に刻むレンズ形状１５０は、このようにエッチング選択比も考慮して決定する。
【００７６】
次に、図４（６）に示すように、レンズ形状１５５が形成された第３樹脂層２５の厚み方向他方側１０３の表面部に、低屈折率紫外線硬化樹脂を塗布して、第３樹脂層２５に形成される凹所を埋めて第４樹脂層２６を形成する。次に、厚み方向他方側１０３から第４樹脂層２６に紫外線を照射する。第４樹脂層２６は、紫外線硬化樹脂からなるので、紫外線が照射されると硬化反応を起こして硬化する。
【００７７】
紫外線照射前または照射後に第４樹脂層２６の厚み方向他方側表面の平坦化処理を行うことが好ましい。平坦化処理の方法としては、前述した方法と同様の２つの方法で行うことができる。
【００７８】
なお、第３樹脂層２５および第４樹脂層２６は透光性を有し、その屈折率は、たとえば第３樹脂層は１．５６、第４樹脂層は１．４１である。
【００７９】
このようにして第３樹脂層２５および第４樹脂層２６を形成することによって、第２マイクロレンズアレイ７を形成することができ、第２レンズ形成段階を完了する。
【００８０】
第１および第２レンズ形成段階を完了することで、第１および第２マイクロレンズアレイ６，７が形成されるレンズ形成基板１４８を形成することができる。レンズ形成基板１４８を形成すると、ブラックマトリクス４０を形成するブラックマトリクス形成工程を開始する。
【００８１】
図５は、マイクロレンズ基板の製造手順のうち、ブラックマトリクスの形成手順を説明するための断面図である。以下、液晶表示素子２０として実現された場合に、光入射側１００となる側を厚み方向一方側１０２とし、光出射側１０１となる側を厚み方向他方側１０３とする。
【００８２】
図１に示すステップＳ２のブラックマトリクス形成工程のうち、まずステップｃの感光性樹脂層形成段階を開始する。感光性樹脂層形成段階では、図５（１）に示すように、第３樹脂層２６の厚み方向他方側１０３の表面部にネガ型レジスト材料をスピンコートによって塗布し、ブラックマトリクスパターニング用レジスト層４３（以下遮光膜パターニング用レジスト層４３と称する）を形成する。本実施の形態では、遮光膜パターニング用レジスト層４３の膜厚は、数μｍに設定される。このように感光膜形成段階を終えると、ステップｄに進み、露光段階を開始する。
【００８３】
露光段階では、図５（２）に示すように、厚み方向一方側１０２からレンズ形成基板１４８を透過させて、遮光膜パターニング用レジスト層４３に紫外線を遮光膜形成用処理光２０１として照射する。露光段階の詳細については後述するが、露光段階によって、遮光膜パターニング用レジスト層４３のうち、ブラックマトリクス４０の開口１４０が形成されるべき部分が感光する。露光段階を終えると、ステップｅに進み、現像段階を開始する。
【００８４】
現像段階では、図５（２）に示すように、遮光膜パターニング用レジスト層４３のうち、感光した感光部分１６０を残して、遮光膜パターニング用レジスト層４３の残余の部分を溶解除去する。さらに現像後、ポストベーク処理を行う。現像段階を終えると、ステップｆに進み、被加工膜形成段階を開始する。
【００８５】
被加工膜形成段階では、図５（３）に示すように、遮光膜パターニング用レジスト層４３および第４樹脂層２６の厚み方向他方側１０３の表面部に遮光材料からなる被加工膜２７を形成する。具体的には、遮光膜パターニング用レジスト層４３の厚み方向他方側１０３の表面部に第１被加工膜２７ａが形成され、第４樹脂層２６の厚み方向他方側の１０３の表面部に第２被加工膜２７ｂが形成される。このうち第２被加工膜２７ｂが次段階のエッチング段階を経て開口１４０を有する遮光膜となり、いわゆるブラックマトリクス４０を形成する。
【００８６】
本実施例では、被加工膜形成段階では、遮光膜２７としてクロム膜を蒸着によって０．１μｍ以上でかつ０．４μｍ以下の膜厚範囲で形成する。なお、本実施例では、遮光膜２７としてクロム膜を用いたが、もちろん、遮光膜としては、光を遮光する材料ならば特に限定されず、アルミ膜等の他の金属膜でも差し支えないし、樹脂膜などでもよい。なお、本実施例では、遮光膜を蒸着により付与したが、たとえば、スパッタリング法等の他の気相成膜法によっても好適に遮光膜を形成することができる。もちろん、遮光膜を、たとえば、メッキのような気相成膜法以外の方法で形成してもよい。このように遮光膜形成段階を終えると、ステップｇに進み、エッチング段階を開始する。
【００８７】
エッチング段階では、図５（４）に示すように、エッチングによって遮光膜パターニング用レジスト層４３を剥離する。これによって遮光膜パターニング用レジスト層４３とともに遮光膜パターニング用レジスト層４３の感光部に付与される第１被加工膜２７ａも除去される。これによって図５（４）に示すような開口１４０が形成されるブラックマトリクス４０を得ることができる。
【００８８】
言い換えると、第１および第２マイクロレンズ５０６，５０７を用いてブラックマトリクス４０の配置パターンを決定後、リフトオフ法によって遮光膜２７に開口１４０を形成することで、ブラックマトリクス４０を形成する。
【００８９】
エッチング段階の後、厚み方向他方側１０３の表面部に、透明電極膜などを形成することによって、ブラックマトリクス付きマイクロレンズ基板１２を製造することができる。さらにマイクロレンズ基板１２と対向基板８とをスペーサ２９を挟んで貼り合わせ、その隙間に液晶３０を注入することによって、図３に示す液晶表示素子２０を製造することができる。
【００９０】
図６は、第２マイクロレンズアレイの露光方法の原理を説明するための断面図である。第２マイクロレンズ５０７のレンズパターンを形成するためのレンズパターニング用レジスト層４２の露光法の原理について、図６を参照して説明する。
【００９１】
実施の形態の液晶表示素子２０では、光利用効率向上のために、第１マイクロレンズ５０６のレンズの焦点はブラックマトリクス４０の面にほぼ位置するように設計される。また第１マイクロレンズ５０６と第２マイクロレンズ５０７とは可及的に離れて配置され、第２マイクロレンズ５０７はブラックマトリクス４０の近傍に形成される。またマイクロレンズ基板１２の製造手順においては、第３樹脂層２５の厚み方向他方側１０３の面は、第１マイクロレンズ５０６の焦点面にほぼ位置する。
【００９２】
したがって第３樹脂層２５の厚み方向他方側１０３の面にレンズパターニング用レジスト層４２を塗布すると、第１マイクロレンズ５０６を通して紫外光平行光を照射したとき、平行光は第１マイクロレンズ５０６によって、レンズパターニング用レジスト層４２で一点に集光され、この集光スポットによってレンズパターニング用レジスト層４２が部分的に露光する。
【００９３】
第１マイクロレンズ５０６のレンズ光軸２００に対する紫外光平行光の入射角度である処理光入射角度をθｃ、第１マイクロレンズアレイの焦点距離をｆ、レンズ光軸２００と焦点面が交わる位置から集光スポットまでの間隔をｒとおくと、その間隔ｒは次式で表わされる。
ｒ＝ｆ×ｔａｎ θｃ
ここでｔａｎは、三角関数のうちの正接関数を表わす。したがって処理光入射角度θｃを変化させることで、レンズ光軸２００に対して集光スポットの位置を変えることができる。
【００９４】
たとえば図６において、処理光入射角度がθｃｉである第１紫外光平行光４５を入射すると、３個のマイクロレンズ４６ａ，４６ｂ，４６ｃによって、第１紫外線平行光４５は、それぞれマイクロレンズ４６ａ，４６ｂ，４６ｃに対応するレンズパターニング用レジスト層４２の各部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃに集光され、この部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃのレンズパターニング用レジスト層４２が露光される。
【００９５】
またたとえば入射角度をθｃｊに変えた第２紫外線平行光４８を入射すると、３個のマイクロレンズ４６ａ，４６ｂ，４６ｃによって、第２紫外線平行光４８は、それぞれマイクロレンズ４６ａ，４６ｂ，４６ｃに対応するレンズパターニング用レジスト層４２の各部分４９ａ，４９ｂ，４９ｃに集光され、この部分のレンズパターニング用レジスト層４２が露光される。
【００９６】
なお、上述したように、第１紫外線平行光４５が入射される場合の露光部分４７ａ，４７ｂ，４７ｃと、第２紫外線平行光４８が入射される場合の露光部分４９ａ，４９ｂ，４９ｃとは、その位置が異なる。
【００９７】
レンズパターニング用レジスト層４２の材料にネガ型レジスト材料を用いた場合、強く露光される部分はレンズパターニング用レジスト層４２が厚く残り、弱く露光される部分ではレンズパターニング用レジスト層４２は薄くなる。紫外光平行光の入射角度θｃと露光時間あるいは照射光強度を制御することで、レンズパターニング用レジスト層４２の所望の部分で、所望の露光量の露光を行うことができ、この工程の繰り返しで所望のパターンにレンズパターニング用レジスト層４２を露光することができる。
【００９８】
第１マイクロレンズアレイ全体を均一な光強度で照射できる紫外光平行光を処理光として用いると、その照射領域内において、第１マイクロレンズアレイ６の各レンズ５０６の直下での露光が行われるので、形状の揃った第２マイクロレンズ５０７を有する第２マイクロレンズアレイ７を形成することができる。
【００９９】
図７は、レンズパターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置の構成を簡略化して示す断面図である。露光装置３００は、処理光光源５１と、球面鏡５２と、コリメートレンズ５３と、強度補正フィルタ５４と、マイクロレンズ基板１２を変位可能に支持するステージ３０２と、制御手段３０１とを備える。
【０１００】
処理光光源５１は、超高圧水銀ランプ５１によって実現され、波長３６５ｎｍの光、いわゆるｉ線の紫外線を発生させる。球面鏡５２は、処理光光源５１の光照射方向一方側に設けられ、その曲率半径の中心が、処理光光源５１における発光部の中心と一致するように配置される。コリメートレンズ５３は、処理光光源５１の光照射方向他方側に配置される。このような配置によって、処理光光源５１から発生する処理光である紫外線は、直接または球面鏡５２に反射して、コリメートレンズ５３に入射し、コリメートレンズ５３から略平行光束となる平行光として出射する。処理光光源５１から平行光を得る平行光生成手段としては、このような構成に限らず、他の構成によって実現されてもよい。
【０１０１】
強度補正フィルタ５４は、コリメートレンズ５３から出射した紫外線平行光が入射する。強度補正フィルタ５４は、予め定める紫外線透過分布を持たせたフィルタであり、透過後の光が光軸に垂直な方向に均一な光強度分布を持つように透過率分布が設計されている。強度補正フィルタ５４から出射した紫外線平行光は、レンズ形成基板１４８となるべき露光前レンズ形成基板１４９に入射する。露光前レンズ形成基板１４９は、図４（３）に示す状態の基板であり、第１支持基板２１、第１マイクロレンズアレイ６、第２支持基板２４、第３樹脂層２５およびレンズパターニング用レジスト層４２が形成される。
【０１０２】
ステージ３０２は、露光前レンズ形成基板１４９を搭載可能に設けられ、露光前レンズ形成基板１４９の入射面の法線と紫外光平行光光軸との傾きを変化可能に構成される。制御手段３０１は、ステージ３０２を制御して、露光前レンズ基板１４９を変位させる。
【０１０３】
本実施例では、紫外光平行光光軸を固定しておき、ステージ３０２を用いて露光前レンズ形成基板１４９を、紫外線光光軸と平行に延びる第１軸Ｚに垂直な第２軸Ｘまわりと、第１光軸Ｚと第２軸Ｘに垂直な第３軸Ｙまわりとについて角変位させる。制御手段３０１が、ステージ３０２を制御して、紫外線平行光の入射角度、入射角度毎の露光時間を制御することで、レンズパターニング用レジスト層４２が予め定める所望のパターン形状となるように、レンズパターニング用レジスト層４２を露光させることができる。なお、ここでは入射角毎の露光時間の制御について説明したが、露光時間を制御する替わりに、照射光強度の制御を行ってもよい。
【０１０４】
図８は、遮光膜パターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置の構成を簡略化して示す断面図である。遮光膜パターニング用レジスト層４３の露光は、図７に示す露光装置３００を用いて実現することができる。したがって遮光膜用のレジスト層４３の露光を行うための露光装置３００は、図７に示すレンズパターニング用レジスト層４２の露光を行うための露光装置３００と同様の構成であるので、具体的な説明を省略する。
【０１０５】
なお、遮光膜パターニング用レジスト層４３の露光の場合には、ステージ３０２は、マイクロレンズ基板１２となるべき露光前マイクロレンズ基板１５１を変位自在に保持する。露光前マイクロレンズ基板１５１は、図５（１）に示す状態の基板であり、第１支持基板２１、第１マイクロレンズアレイ６、第２支持基板２４、第２マイクロレンズアレイ７、遮光膜パターニング用レジスト層４３が形成される。
【０１０６】
本実施の形態では、図２に示すように、画像表示にあたって白色光源２からの光Ｗが各ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって３つに分光された平行光Ｇ，Ｒ，Ｂが液晶表示素子２０に与えられる。この場合、３つの分光Ｇ，Ｒ，Ｂは、液晶表示素子２０の入射面に対して表示光入射角度θｂｉ，θｂｊ，θｂｋで、液晶表示素子２０にそれぞれ入射する。この場合についての遮光膜パターニング用レジスト層４３の露光について説明する。
【０１０７】
図９〜図１１は、遮光膜パターニング用レジスト層の露光を説明するための断面図である。制御手段３０１は、３つの分光Ｇ、Ｒ、Ｂが液晶表示素子２０に入射する表示入射角度θｂｉ、θｂｊ、θｂｋに合わせて、露光前マイクロレンズ基板１５１を角変位させる。
【０１０８】
まず、図９に示すように、ステージ３０２を制御し、処理光が露光前マイクロレンズ基板１５１に入射する処理光入射角度θａｉが、３つのうちの第１の光Ｇがマイクロレンズ基板１２に入射する表示光入射角度θｂｉとほぼ等しくなるように調整し、処理光を照射し、この状態でさらに処理光入射角度θａｉを小刻みに制御し、遮光膜パターニング用レジスト層４３の必要な領域に対して第一の露光を行う。
【０１０９】
第１の露光が完了すると、図１０に示すように、ステージ３０２を制御し、処理光が露光前マイクロレンズ基板１５１に入射する処理光入射角度θａｊが、３つのうちの第２の光Ｒがマイクロレンズ基板１２に入射する表示光入射角度θｂｊとほぼ等しくなるように調整し、処理光を照射し、この状態でさらに処理光入射角度θａｊを小刻みに制御し、遮光膜パターニング用レジスト層４３の必要な領域に対して第２の露光を行う。
【０１１０】
第２の露光が完了すると、図１１に示すように、ステージ３０２を制御し、処理光が露光前マイクロレンズ基板１５１に入射する処理光入射角度θａｋが、３つのうちの第３の光Ｂがマイクロレンズ基板１２に入射する表示光入射角度θｂｋとほぼ等しくなるように調整し、処理光を照射し、この状態でさらに処理光入射角度θａｋを小刻みに制御し、遮光膜パターニング用レジスト層４３の必要な領域に対して第３の露光を行う。
【０１１１】
このように本実施の形態では、露光段階の前に調整段階を有する。調整段階では、画像表示にあたって液晶表示素子２０に透過する表示光に対応する入射角度で、処理光が露光前マイクロレンズ基板１５１に入射するように、露光前マイクロレンズ基板１５１を処理光の光軸に対して変位させる。また他の実施の形態として、露光前マイクロレンズ基板１５１をステージ３０２に固定して、処理光の入射角度を調整してもよい。
【０１１２】
図１２は、第１〜第３の露光を終えた遮光膜パターニング用レジスト層の状態を示す断面図である。図１２には、処理光が照射されて露光した露光部分１５４を、塗りつぶして表示する。上述したように第１〜第３の露光を行うことによって、第２マイクロレンズ５０７に対して、入射する処理光の数に対応する露光部分１５４が形成される。このように複数回、遮光膜パターニング用レジスト層４３を露光することによって、画像表示にあたって照射される全ての分光Ｇ，Ｒ，Ｂの表示用入射角度に応じた露光部分１５４が形成される。
【０１１３】
以上のように本実施の形態のマイクロレンズ基板１２の製造方法によれば、第１マイクロレンズ５０６を透過した処理光を用いて、第２マイクロレンズ５０７のパターニングを行う。さらに第１マイクロレンズ５０６および第２マイクロレンズ５０７を透過した処理光を用いてブラックマトリクス４０のパターニングを行う。
【０１１４】
言い換えると、露光前マイクロレンズ基板１５１の厚み方向一方側から処理光を第１および第２マイクロレンズ５０６，５０７に透過させて、遮光膜パターニング用レジスト層４３である感光性樹脂層に、処理光を照射して遮光膜パターニング用レジスト層４３の状態を部分的に変化させ、その変化状態に応じたブラックマトリクスを形成する。これによって第１マイクロレンズ５０６と第２マイクロレンズ５０７の位置ずれと、ブラックマトリクス４０に形成される各開口１４０の位置ずれを大幅に抑制できる。
【０１１５】
本発明の実施の形態の場合、第１マイクロレンズ５０６と第２マイクロレンズ５０７の光軸ずれおよびブラックマトリクス４０の開口１４０の位置ずれは、マイクロレンズ基板面の法線と処理光の光軸との傾きによって引き起こされる。たとえば第１マイクロレンズ５０６の焦点距離が１００μｍの場合、第１マイクロレンズ５０６の光軸と処理光の光軸との傾きを０．５°以内に保つことで、第１マイクロレンズと第２マイクロレンズ５０７の光軸ずれを０．９μｍ以下に抑えることができる。またブラックマトリクス４０の開口１４０の位置ずれを０．９μｍ以下に抑えることができる。第１マイクロレンズ５０６と第２マイクロレンズ５０７との光軸の傾きを０．５°以内に保つことは、容易に実現可能である。したがって本発明のマイクロレンズ作製方法では、各レンズの光軸ずれおよびブラックマトリクスの４０の開口１４０の位置ずれを小さく抑えることができる。
【０１１６】
また本実施の形態によれば、第１マイクロレンズ５０６を用いて、第２マイクロレンズ５０７のレンズ形状パターニングおよびブラックマトリクス４０の開口１４０のパターニングを行うことができるので、２層のレンズアレイ６，７の光軸合わせとブラックマトリクス４０の開口１４０の位置合わせを不要とすることができる。さらにフォトマスクを用いることなくブラックマトリクス４０を形成することができ、フォトマスクの作成時間および作製コストをなくすことができる。これによってマイクロレンズ基板１２を簡単にかつ安価に製造することができる。
【０１１７】
これによって従来技術のように別々に形成したブラックマトリクスとマイクロレンズとを重ね合わせる必要がなくなり、重ねあわせに費やす時間を短縮化することができる。また高精度の位置決め装置および張合せ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。
【０１１８】
また本発明では、第１マイクロレンズアレイ６と第２マイクロレンズアレイ７とを従来技術と同様の方法を用いてレンズ形成基板１４８を形成した後、第１および第２マイクロレンズアレイ６，７を透過した処理光によって、ブラックマトリクス４０を形成してもよい。しかしながら第１マイクロレンズアレイ６を透過した処理光を用いて、第２マイクロレンズ５０７を形成し、さらに第１および第２マイクロレンズ５０６，５０７を透過した処理光を用いて、ブラックマトリクス４０を形成したほうが、第１マイクロレンズ５０６と第２マイクロレンズ５０７との光軸のずれを小さくすることができ、結果的にブラックマトリクス４０を精度よく形成することができる。
【０１１９】
また本実施の形態では、ブラックマトリクス４０の形成工程において、レンズ形成基板１４８の厚み方向他方側１０３にネガ型レジスト材料から成る遮光膜パターニング用レジスト層４３を形成した後、遮光膜パターニング用レジスト層４３にレンズ形成基板１４８の厚み方向一方側１０２から、処理光を照射してレジストパターンを形成し、形成されたレジストパターンをマスクとして、リフトオフ法によりブラックマトリクス４０を形成する。これによって、遮光膜の十分な薄膜化と遮光性とを得ることができる。
【０１２０】
なお、黒色着色剤を含有する感光性樹脂層をパターニングして直接ブラックマトリクス４０を形成してもよい。この感光性樹脂層がネガ型の場合は、露光領域は前述のものとは異なるパターンとなる。すなわち、液晶表示素子２０のブラックマトリクス４０の開口となる領域以外の領域に処理光を照射して感光させる。この方法では、遮光性を十分に確保できないが、工程は簡単となる。
【０１２１】
さらにブラックマトリクスの形成工程において、第１マイクロレンズ５０６に照射する処理光を、処理光の光軸に垂直な方向に均一な強度分布を有する平行光とし、処理光の光軸に対して露光前マイクロレンズ基板１５１を傾斜させながら、遮光膜パターニング用レジスト層４３を露光して、ブラックマトリクス４０のパターニングを行う。これによって第２マイクロレンズ５０６を透過した表示光の断面形状と、ブラックマトリクス４０の開口１４０の断面形状とを一致させることができ、開口１４０の形状をより正確に形成することができる。
【０１２２】
ブラックマトリクス４０の開口１４０の形状を正確に形成することによって、画像表示される画像のコントラストを向上することができる。また開口率を大きくすることができ、表示画面を明るくすることができる。
【０１２３】
また本発明の実施の一形態によれば、投影型液晶表示装置１に上述したマイクロレンズ基板１２を有する液晶表示素子２０を用いる。投影型液晶表示装置１は、投影型ブラウン管表示装置と比較すると、色再現範囲が広い、小型・軽量であるため持ち運びしやすい、地磁気に影響されないのでコンバージェンス調整が不要など優れた特徴を持っており、大画面化も容易である。
【０１２４】
液晶表示素子２０を用いたカラーの投影型液晶表示装置１には、三原色に応じて液晶表示素子を三枚用いる三板式と、一枚のみを用いる単板式とがある。本発明の実施の一形態である液晶表示装置１は、単板式である。単板式は、液晶表示素子２０を一枚のみ用いる構成であり、モザイク状、ストライプ状等の三原色カラーフィルタパターンを備えた液晶表示素子２０を投影光学系によって投影するもので、使用する液晶表示素子２０が一枚ですみ、かつ光学系の構成も三板式に比べて単純になるので、低コスト、小型の投影型システムに適する。
【０１２５】
さらに液晶表示装置１は、ダイクロイックミラー５Ｇ，５Ｒ，５Ｂによって、白色光源２からの白色光を緑、赤、青の各色Ｇ，Ｒ，Ｂに分割し、液晶表示素子２０の光源側に配置されるマイクロレンズアレイ６、７にそれぞれ異なった角度で入射させるものである。このように２層構成のマイクロレンズアレイ６，７を用いたカラーフィルタレスの単板式液晶表示装置によって実現されるので、光の利用効率が向上するだけでなく、マイクロレンズアレイ透過後の各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７が略平行になる。これによって投影レンズ１０に達するまでの各色の光Ｇ，Ｒ，Ｂの主光線１４５，１４６，１４７の拡がり小さくすることができ、投影レンズ１０でのケラレによる光量低下を無くして、極めて明るい画像を提供することができる。
【０１２６】
さらに上述したような製造方法でマイクロレンズ基板１２を安価に製造することができるので、上述したマイクロレンズ基板１２を備える液晶表示素子２０および液晶表示装置１を安価に製造することができる。
【０１２７】
図１３は、本発明の他の実施の形態であるレンズパターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置を簡略化して示す断面図である。露光装置４０１は、処理光光源５１と、曲面鏡６１と、グレースケールマスク６２と、コリメートレンズ６３と、制御手段４０１とを備える。処理光光源５１については、図７に示す処理光光源５１と同様であるので説明を省略する。
【０１２８】
曲面鏡６１は、処理光光源５１の光照射方向一方側に設けられる。グレースケールマスク６２は、処理光光源５１の光照射方向他方側に設けられる。グレースケールマスク６２は、光の透過率を自由に制御できるマスクで、任意の光強度分布に調整可能である。コリメートレンズ６３は、グレースケールマスク６２から出射した光を受け、その光を平行光に屈折させてマイクロレンズ基板１２に向かって出射させる。グレースケールマスク６２により所望の光強度分布に調整し、レンズパターニング用レジスト層４２が予め定める所望のパターン形状となるようにレンズパターニング用レジスト層４２を露光させることができる。
【０１２９】
処理光光源５１から発生した光は、直接または曲面鏡６１に反射されてグレースケールマスク６２に入射する。グレースケールマスク６２は目的とするレンズ形状に応じた光の強度となるように、グレースケールマスク６２を透過する光の強度を調整する。グレースケールマスク６２を透過した処理光は、コリメートレンズ６３と第１マイクロレンズアレイ６の各レンズ５０６によって、第１マイクロレンズアレイ６の焦点面に結像し、各第１マイクロレンズ５０６に対向する部分の遮光膜パターニング用レジスト層４３が露光される。このようにグレースケールマスク６２で形成された光強度分布の像が、第１マイクロレンズアレイ６の各レンズ５０６の焦点面に形成されるので、グレースケールマスク６２の透過率分布の制御を行うことにより、所望の形状のレジストパターンを得ることができる。
【０１３０】
図１４は、本発明の他の実施の形態である遮光膜パターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置の構成を簡略化して示す断面図である。図１５は、遮光膜パターニング用レジスト層を形成するためのフォトマスクを示す断面図である。遮光膜パターニング用レジスト層４３の露光を行うための露光装置４００は、図１３に示すレンズパターニング用レジスト層４２の露光を行うための露光装置４００のうち、グレースケールマスク６２のかわりに通常のフォトマスク７１を用いることによって実現される。フォトマスク７１以外の構成については、図１３に示す露光装置４００と同様であるので、具体的な説明を省略する。フォトマスク７１は、遮光性を有し、分光される光の数に応じた開口が形成される。画像表示にあたって、３つの分光Ｇ，Ｒ，Ｂが液晶表示装置に入射する場合、フォトマスク７１には、３個の矩形状の第１〜第３開口７２ａ，７２ｂ，７２ｃが形成される。
【０１３１】
図１４に示すように、フォトマスク７１の第１開口７２ａを透過した光７３ａは、コリメートレンズ６３と、第１マイクロレンズアレイ６、第２マイクロレンズアレイ７の各レンズ５０６，５０７によって、第１マイクロレンズ５０６と第２マイクロレンズ５０７の合成焦点面に結像する。この合成焦点面は遮光膜パターニング用レジスト層４３内もしくは遮光膜パターニング用レジスト層４３の近傍に配置される。したがって第１開口７２ａのマスクパターンの縮小像が露光光学系、すなわちコリメートレンズ６３、各マイクロレンズ５０６，５０７によって遮光膜パターニング用レジスト層４３に投影され、その縮小像に従って遮光膜パターニング用レジスト層４３が露光される。
【０１３２】
第２開口７２ｂおよび第３開口７２ｃについても、同様にその縮小像が遮光膜パターニング用レジスト層４３に投影される。このような各開口７２ａ，７２ｂ，７２ｃによる遮光膜パターニング用レジスト層４３の露光は、レンズアレイ６，７の各レンズ５０６，５０７ごとに行われる。
【０１３３】
たとえば、コリメートレンズ６３の焦点距離と、第１マイクロレンズアレイ６および第２マイクロレンズアレイ７のレンズの合成焦点距離との比が１０００：１である場合、フォトマスク７１の３個の開口パターンの１／１０００の像が、レンズアレイの各レンズの合成焦点面に各レンズの光軸を中心に形成される。この縮小像に応じて遮光膜パターニング用レジスト層４３が露光される。なお、マスクによって分光される処理光が基板の入射面に入射する処理光入射角度θａｉ，θａｊ，θａｋは、前述と同様に、図３に示す表示光入射角度θｂｉ，θｂｊ，θｂｋとそれぞれ等しくなるように調整されることが好ましい。
【０１３４】
ブラックマトリクス４０の形成工程において、第１マイクロレンズ５０６に照射される処理光が、処理光光源５１とフォトマスク７１とコリメートレンズ６３とによって生成される。具体的には、フォトマスク７１がコリメートレンズ６３の焦点位置に配置されることによって、処理光光源５１から出射された処理光が、フォトマスク７１、コリメートレンズ６３を透過して、露光前マイクロレンズ基板１５１に入射する。これによってブラックマトリクス４０を形成するためのパターンを遮光膜パターニング用レジスト層４３に露光させることができる。この場合も、図８に示す露光装置３００と同様の効果を得ることができる。また本実施の形態では、フォトマスク７１、コリメートレンズ６３を用いたが、他の光学部品を用いてもよい。
【０１３５】
このように光源から発する光を光学部品によって、各表示光と同じ方向から露光前マイクロレンズ基板１５１に入射する複数の光束を生成し、それらの各光束を各処理光として用いて、遮光膜パターニング用レジスト層４３を露光することによって、図８に示す露光装置３００のように露光前マイクロレンズ基板１５１を変位させる必要がないので、より簡単な構成で露光装置を実現することができる。
【０１３６】
上述した本発明の実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内で構成を変更してもよい。たとえば本実施の形態では、マイクロレンズ基板１２は、２層のマイクロレンズアレイ６，７を有して構成されるが、マイクロレンズ基板１２が有するマイクロレンズアレイは、１つでも３つ以上であってもよい。
【０１３７】
また第１マイクロレンズアレイ６については、たとえば感光性樹脂として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（Photo-Polymerization）法によって成形したが、他の方法によって形成してもよい。たとえばリフロー法を用いて第１マイクロレンズアレイ６を形成してもよい。リフロー法は、まず、基板の厚み方向一方側の表面部に、円柱状のレジストを形成し、このレジストを高温ベークによって熱だれさせて、半球面状に変形させる。次に、エッチングによって基板に半球面状のレジストを転写してマイクロレンズを形成する。他のマイクロレンズを生成する方法としては、等方性ウェットエッチングによって基板に球面状凹部を形成し、その凹部を高屈曲率部材で埋める方法、およびインクジェットヘッドによって基板に紫外線硬化樹脂を滴下後、硬化させてマイクロレンズ基板を形成する方法などがある。
【０１３８】
また本発明では、ブラックマトリクス４０に開口１４０が形成されたが、開口に換えて光を透光可能な透光領域が形成されてもよい。またマイクロレンズ基板は、液晶表示素子に用いられるものとしたが、液晶表示素子以外に用いられてもよい。またマイクロレンズ基板を有する液晶表示素子は、カラーフィルタを有してもよい。この場合、ブラックマトリクス４０を形成したのと同様にして、マイクロレンズアレイを用いて、カラーフィルタのパターニングを行ってもよい。このように遮光膜以外にカラーフィルタなどの透光膜を有するマイクロレンズ基板の製造方法にも、本発明を用いることができる。この場合、透光膜および遮光膜は、予め定められる規則に従って各マイクロレンズに対応した位置に形成されるレンズ位置対応形成体となる。上述したようにレンズ位置対応形成体は、マイクロレンズを透過した光を用いて形成され、ブラックマトリクス以外であってもよい。
【０１３９】
カラーフィルタまたマイクロレンズ基板を備える液晶表示装置は、投影型液晶表示装置だけでなく、反射型またはバックライト付き透過型液晶表示装置であってもよい。また液晶表示装置は、複数の液晶表示素子を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の実施の一形態であるマイクロレンズ基板の製造手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の一形態である単板式の投影型液晶表示装置の主要な構成を示す断面図である。
【図３】液晶表示素子を拡大して示す断面図である。
【図４】マイクロレンズ基板の製造手順のうち、第１および第２マイクロレンズの形成手順を説明するための断面図である。
【図５】マイクロレンズ基板の製造手順のうち、ブラックマトリクスの形成手順を説明するための断面図である。
【図６】第２マイクロレンズアレイの露光方法の原理を説明するための断面図である。
【図７】レンズパターニング用レジスト層４２の露光を行うための露光装置の構成を簡略化して示す断面図である。
【図８】遮光膜パターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置の構成を簡略化して示す断面図である。
【図９】遮光膜パターニング用レジスト層の露光を説明するための断面図である。
【図１０】遮光膜パターニング用レジスト層の露光を説明するための断面図である。
【図１１】遮光膜パターニング用レジスト層の露光を説明するための断面図である。
【図１２】第１〜第３の露光を終えた遮光膜パターニング用レジスト層の状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の実施である形態のレンズパターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置を簡略化して示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施である形態の遮光膜パターニング用レジスト層の露光を行うための露光装置の構成を簡略化して示す断面図である。
【図１５】遮光膜パターニング用レジスト層を形成するためのフォトマスクを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１  液晶表示装置
５Ｇ，５Ｒ，５Ｂ  ダイクロイックミラー
６  第１マイクロレンズアレイ
７  第２マイクロレンズアレイ
１０  投影レンズ
１２  マイクロレンズ基板
２０  液晶表示素子
４０  ブラックマトリクス
４２  レンズパターニング用レジスト層
４３  遮光膜パターニング用レジスト層
５１  超高圧水銀ランプ
６２、７１  マスク
５３、６３  コリメートレンズ
２２  第１樹脂層
２３  第２樹脂層
２５  第３樹脂層
２６  第４樹脂層
２７  被加工膜
１０２  厚み方向一方側
１０３  厚み方向他方側
１６１  透光領域
２０１  遮光膜形成用処理光
５０６  第１マイクロレンズ
５０７  第２マイクロレンズ
Ｇ，Ｒ，Ｂ  表示光
θａ  処理光入射角度
θｂ  表示光入射角度
【図１】
2005070666.tif 000003
【図２】
2005070666.tif 000004
【図３】
2005070666.tif 000005
【図４】
2005070666.tif 000006
【図５】
2005070666.tif 000007
【図６】
2005070666.tif 000008
【図７】
2005070666.tif 000009
【図８】
2005070666.tif 000010
【図９】
2005070666.tif 000011
【図１０】
2005070666.tif 000012
【図１１】
2005070666.tif 000013
【図１２】
2005070666.tif 000014
【図１３】
2005070666.tif 000015
【図１４】
2005070666.tif 000016
【図１５】
2005070666.tif 000017