(57)【要約】【課題】  液晶表示装置において隣接する他の部材との適合性が高く、厚さを薄くすることが可能なマイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明にかかるマイクロレンズアレイ１３は、液晶表示装置の画素に対応した複数のマイクロレンズ１３１を備え、液晶表示装置において用いられる。そして、マイクロレンズアレイ１３の厚さは２μｍ以上２００μｍ以下であり、個々のマイクロレンズ１３１の直径が１０μｍ以上６００μｍ以下である。また、マイクロレンズアレイ１３１における最も大きい屈折率と最も小さい屈折率の差が０．００１以上０．２以下である。さらに、マイクロレンズアレイ１３は、ポリシラン等の光分解性材質により構成された屈折率分布型マイクロレンズアレイである。【選択図】  図５
2005266370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成された屈折率分布型マイクロレンズであって、レンズ厚Z0が0.005P＜Z0＜0.23P（ただし、Pはレンズを通る光の蛇行周期）であることを特徴とする屈折率分布型マイクロレンズ。
【請求項２】
マイクロレンズの厚み方向の屈折率は略一定であることを特徴とする請求項１記載の屈折率分布型マイクロレンズ。
【請求項３】
前記屈折率分布型マイクロレンズは光分解性材質からなることを特徴とする請求項１又は２記載の屈折率分布型マイクロレンズ。
【請求項４】
前記光分解性材質はポリシランであることを特徴とする請求項３記載の屈折率分布型マイクロレンズ。
【請求項５】
屈折率分布型マイクロレンズをアレイ化し、液晶パネル基板のバックライト側、もしくは表示側に取り付けたことを特徴とする液晶パネル用屈折率分布型マイクロレンズアレイであって、レンズ厚Z0が0.005P＜Z0＜0.20P（ただし、Pはレンズを通る光の蛇行周期）であることを特徴とする液晶表示パネル用マイクロレンズアレイ。
【請求項６】
前記屈折率分布型マイクロレンズのレンズ径が10μｍ以上、800μm以下であることを特徴とする請求項５記載の液晶表示パネル用マイクロレンズアレイ。
【請求項７】
マイクロレンズの厚み方向の屈折率は略一定であることを特徴とする請求項５又は６記載の液晶表示パネル用マイクロレンズアレイ。
【請求項８】
前記屈折率分布型マイクロレンズは光分解性材質からなることを特徴とする請求項５乃至７いずれかに記載の液晶表示パネル用マイクロレンズアレイ。
【請求項９】
前記光分解性材質はポリシランであることを特徴とする請求項８記載の液晶表示パネル用マイクロレンズアレイ。
【請求項１０】
前記屈折率分布型マイクロレンズアレイは、透明基板上に形成された屈折率分布型レンズであって、前記透明基板とレンズが接触する面と対向するレンズ面が光学基材または空気と接していることを特徴とする請求項５乃至請求項９いずれかに記載の液晶表示パネル用マイクロレンズアレイ。
【請求項１１】
レンズ厚Z0が０．００５Ｐ＜Z0＜０．２０P（但し、Ｐはレンズを通る光の蛇行周期）である屈折率分布型レンズを基材上にあらかじめ形成し、液晶表示パネル用基板にそのレンズ面を接着した後に、前記基材を除去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１２】
前記基材が１００００Ｎ／ｍｍ２を有するフィルムであることを特徴とする請求項１１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記基材がアラミドフィルムであることを特徴とする請求項１１記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１４】
透明性基板に対して塩化銀を塗布するステップと、前記塩化銀が塗布された透明性基板に対してレーザ描画を実行することによりグレイスケールマスクを製造するステップと、基板に対して光分解性材質を塗布するステップと、光分解性材質が塗布された基板に対して、前記グレイスケールマスクを介して、当該光分解性材質に光分解反応を生じさせる光を照射するステップとを備えたマイクロレンズアレイの製造方法。
【請求項１５】
前記グレイスケールマスクは、４５０ｎｍ以下の階調線分解能であることを特徴とする請求項１３記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置において用いられるマイクロレンズアレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロレンズアレイは、様々な分野において用いられているが、その用途の一つに液晶表示装置の部品がある。液晶表示装置においては、ＴＦＴ素子等のスイッチング素子による遮光を回避し光利用効率を高めるために背面側ガラス基板にマイクロレンズアレイを配置している。
【０００３】
マイクロレンズアレイは、例えば、特許文献１に記載された製造方法により製造される。特許文献１に記載された製造方法においては、まず、成形型となるガラス基板の表面にマスクを介して湿式エッチングを行ない球面状・円筒面上をなす多数の微小凹部を形成している。次にこのガラス基板の表面にマスクを介さずに再度湿式エッチングを行なうことにより多数の微小凹部を稠密状に配列せしめることにより成形型を形成している。そしてかかる成形型を用いてマイクロレンズアレイを構成している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された、従来のマイクロレンズアレイの製造方法には、種々の問題がある。まず、エッチングによる方式では、成膜装置、エッチング装置など製造装置の大型化及びコスト高になるという問題がある。また、仮に大面積のパターニングができてもエッチング領域が広いのでばらつきを抑えることは困難である。あえてエッチング方式で実現しようとすると、まず、エッチング方式で小型液晶パネルサイズの原版を作り、メッキなどで多数の複製原版を作製し、さらにそれらを大型の基板上に、縦横方向に精度良く配置すると共に、角度ずれなく配置する必要がある。さらには、これら大型基板上に配置された小型液晶パネルサイズの原版から大型ガラス基板に光硬化樹脂、熱硬化樹脂などを用いて所定のマイクロレンズアレイを転写する場合も、先の大型基板に配置された個々の小型液晶パネルサイズ原版間に段差、隙間等があると、光硬化樹脂、熱硬化樹脂の塗布が困難なばかりでなく、離型も極めて難しくなる。エッチング方式では、エッチングの影響により所定のアライメントマークを同時に形成することはできない。先にマイクロレンズアレイを形成したのち、アライメントマークを別途形成した場合、レンズを見ながらアライメントマークを形成するため、アライメントマークとレンズ間の精度が落ちることになる。
【特許文献１】特開平１０−３９１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本件出願人は、エッチングによる方式の各課題を解決することを目的として、いわゆる２P法を用いたマイクロレンズアレイの製造方法を提案している（特願２００４−５０７２）。この出願において提案した発明によれば、上述の各課題を解決することができるものの、さらに種々の問題点がある。まず、マイクロレンズアレイのレンズ部分が凸形状を有するため、隣接して設けられる偏光フィルムの収まりが悪くなる。また、レンズ部をガラス基板上に形成するためにガラス基板分厚さが増加せざるを得ない。このとき、マイクロレンズアレイを直接液晶ガラス基板に形成することも可能だが、液晶ガラス基板には、ＴＦＴ素子やＩＴＯを形成する必要性があるため５００℃以上の高温とならざるを得ず、樹脂製のマイクロレンズアレイが溶解してしまう。なお、ＴＦＴ素子を低温ポリシリコンにより形成すれば、かかる問題点を回避することも可能であるが、使用できるＴＦＴ素子の種類を限定することになり、コスト面、性能面で問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、液晶表示装置において隣接する他の部材との適合性が高く、厚さを薄くすることが可能なマイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる屈折率分布型マイクロレンズは、透明基板上に形成された屈折率分布型マイクロレンズであって、レンズ厚Z0が0.005P＜Z0＜0.23P（ただし、Pはレンズを通る光の蛇行周期）であることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、マイクロレンズの厚み方向の屈折率は略一定であることが好ましい。また、前記屈折率分布型マイクロレンズは光分解性材質からなることが望ましく、特に、光分解性材質はポリシランであることが望ましい。
【０００９】
本発明にかかる液晶表示パネル用マイクロレンズアレイは、屈折率分布型マイクロレンズをアレイ化し、液晶パネル基板のバックライト側、もしくは表示側に取り付けたことを特徴とする液晶パネル用屈折率分布型マイクロレンズアレイであって、レンズ厚Z0が0.005P＜Z0＜0.20P（ただし、Pはレンズを通る光の蛇行周期）であることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、前記屈折率分布型マイクロレンズのレンズ径が10μｍ以上、800μm以下であることが望ましい。また、マイクロレンズの厚み方向の屈折率は略一定であることが好ましい。また、前記屈折率分布型マイクロレンズは光分解性材質からなることが望ましく、特に、光分解性材質はポリシランであることが望ましい。
【００１１】
前記マイクロレンズアレイは、透明基板上に形成された屈折率分布型レンズであって、前記透明基板とレンズが接触する面と対向するレンズ面が光学基材または空気と接しているとよい。
【００１２】
本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法は、レンズ厚Z0が０．００５Ｐ＜Z0＜０．２０P（但し、Ｐはレンズを通る光の蛇行周期）である屈折率分布型レンズを基材上にあらかじめ形成し、液晶表示パネル用基板にそのレンズ面を接着した後に、前記基材を除去することを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、前記基材が１００００Ｎ／ｍｍ２を有するフィルムであることが望ましい。また、前記基材がアラミドフィルムであってもよい。
【００１４】
本発明にかかる他のマイクロレンズアレイの製造方法は、透明性基板に対して塩化銀を塗布するステップと、前記塩化銀が塗布された透明性基板に対してレーザ描画を実行することによりグレイスケールマスクを製造するステップと、基板に対して光分解性材質を塗布するステップと、光分解性材質が塗布された基板に対して、前記グレイスケールマスクを介して、当該光分解性材質に光分解反応を生じさせる光を照射するステップとを備えたものである。
【００１５】
ここで、前記グレイスケールマスクは、４５０ｎｍ以下の階調線分解能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法及びその製造方法によれば、液晶表示装置において隣接する他の部材との適合性が高く、厚さを薄くすることが可能なマイクロレンズアレイ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の実施の形態１．
本発明にかかるマイクロレンズアレイを説明するにあたり、まずは、マイクロレンズアレイが主として利用される液晶表示装置の構成について、マイクロレンズアレイの機能とともに簡単に説明しておく。
【００１８】
図１に液晶表示装置の断面図を示す。この液晶表示装置では、２枚のガラス基板２、１２の間に液晶７が挟持されている。ガラス基板２の前面側（観察者側）には偏光フィルム１が設けられている。ガラス基板２の液晶層７が設けられた側（背面側）にはブラックマトリクス３、カラーフィルタ層４、透明電極５、配向膜６が形成されている。ガラス基板２とガラス基板１２の間には、スペーサ８が設けられている。ガラス基板１２の前面側には、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１１、透明電極１０、配向膜９が形成されている。
【００１９】
図１に示す液晶表示装置においては、ガラス基板１２の背面側にマイクロレンズアレイ１３が形成されている。マイクロレンズアレイ１３は、画素単位でマイクロレンズが設けられている。即ち、画素と同じ数だけ設けられている。例えば、携帯端末用の液晶表示装置の場合には、約２０万個のマイクロレンズ１３１によって一組のマイクロレンズアレイ１３を構成する。ここで、マイクロレンズアレイ１３は、屈折率分布型のマイクロレンズアレイであり、好適には、光分解性材質（光分解性フォトポリマー）であるポリシランにより形成されている。この光分解性ポリマーは、紫外線等の特定波長を有する光を照射すると、含まれているポリマーが分解して重合度が低下する。かかる重合度の低下度合いが照射される光量に応じて変化させることができ、そして、重合度に応じて屈折率が変化するため、光量を変化させれば屈折率を変化させることが可能となる。
【００２０】
また、マイクロレンズアレイ１３は、２Ｐ法により形成されたマイクロレンズアレイとは異なり、表面が平滑、即ちフラットな平面レンズアレイである。従って、隣接して設けられた偏光フィルム１４との適合性が高く、両者を正確に位置決めすることができる。
【００２１】
図２に示されるようにマイクロレンズ１３１は、正六角形からなる領域により形成され、個々のレンズにおいて屈折率分布が調整され、光学レンズを構成している。マイクロレンズアレイ１３は、背面側からの光がＴＦＴ素子１１に当たることがないように屈折させる。これにより、光の利用効率が高められ、高輝度表示が可能となる。
【００２２】
図３にマイクロレンズ１３１の断面図及び屈折率の変化分布を示す。図に示されるように、当該マイクロレンズ１３１は中央部において最も屈折率ｎが高くなるように調整され、外周に近づくにつれて屈折率ｎが低くなっている。
【００２３】
レンズ厚Z0が0.005P＜Z0＜0.23P、好ましくは、0.005P＜Z0＜0.20Pとすることで、バックライト側からの光を液晶パネル基板側へ良好なバックフォーカス（ほぼ液晶基板厚さ程度）で集光させるようにできる。すなわち、レンズ中心から外周へ向かって屈折率を小さくしていくことにより、屈折率分布型レンズを形成し、さらにレンズ厚Z0を上記のような範囲に設定することで、適切なバックフォーカス面での集光、すなわち、液晶パネル基板の厚さと同程度のバックフォーカスで液晶パネル基板側へ光を集光させることができる。
【００２４】
Z0が0.23P以上0.25P以下の範囲になると、バックライトからの光はレンズを通過後、急激に集光し、非常に短いバックフォーカスとなり、液晶パネルへのレンズの効果を得るには、液晶パネル基板の厚さを薄くしなければならず、強度の点で問題が生じる。例えば、Z0=0.23P、レンズ厚Z0=210μｍ、レンズ径100μｍで、バックフォーカス=26μｍ、ガラス基板厚さ=40μｍとなる。また、同じZ0=0.23Pでも、ガラス基板厚さ=380μｍを得ようとすると、レンズ厚さZ０は4.8mmとなり、非常にレンズ厚さが厚くなってしまう。
【００２５】
また、0.25P以上でも適切なバックフォーカス面で焦点を得ることはできるようになるが、レンズ厚が厚くなり、実効的に液晶パネル基板の厚みが厚くなってしまう。また、本屈折率分布型レンズは基板に光分解性材質を塗布して作製されるものであるが、この場合、500μm以上の塗布厚が必要となり、厚みムラなどを生じる要因となったり、果てはレンズ自体の形成が難しくなってくる。
【００２６】
図９にレンズ厚みZ0=0.06Pの場合の光線追跡図を、図１０にレンズ厚みZ0=0.60Pの場合の光線追跡図を示した。この図から明らかなように、Z0=0.06Pの場合はレンズ厚みが薄くて良好なバックフォーカスが得られる。一方、Z0=0.60Pの場合、バックフォーカスは同等の距離が得られるものの、集光特性は悪化し、また、レンズ厚さ自体も10倍となる。なお、この場合の計算は、屈折率分布が理想分布曲線より敢えて外して計算している。
【００２７】
また、0.005P以下ではバックフォーカスが長くなってしまい（例えば、レンズ径50μｍ、屈折率差0.2でZ0=0.004Pで、バックフォーカス=2000μm以上、集光スポットサイズ=50μｍ程度）、良好な集光スポットを得ることができなくなる（例えば、レンズ径50μｍ、屈折率差0.2でZ0=0.004Pで、バックフォーカス=2000μｍ以上、集光スポットサイズ=50μｍ程度）。
【００２８】
液晶パネル用マイクロレンズアレイとしては、レンズ径は10μm以上、800μm以下が望ましい。
【００２９】
図１２に最大屈折率ｎmax=n0=1.70の場合の、各レンズ直径10μｍ〜2000μｍについて、屈折率差を0.01〜0.2の範囲で変化させ、レンズ厚さZ（P）を変化させたときのバックフォーカスの計算結果を示した。ただし、レンズ厚さZ（P）はレンズを通る光の蛇行周期PのN（0.001〜0.25）倍で表記している。
【００３０】
レンズ径10μｍ〜2000μｍ、屈折率差0.01〜0.2において、レンズ厚さZ（P）が、0.005P以上0.23P以下の領域で、バックフォーカスが0.1mm〜2mmとなる領域が存在することがわかる（表中網掛けで表示）。
【００３１】
バックフォーカスが上記の範囲より短くなれば、液晶パネル基板の厚みも薄くする必要があり、強度上の問題が生じる。また、上記の範囲より長くなれば、液晶パネル基板の厚みも厚くする必要があり、液晶パネル本体の厚みが厚くなり、また重量が増えるなどの問題が生じる。
【００３２】
図１１には、最大屈折率ｎmax=n0=1.70の場合の、各レンズ直径10μｍ〜2000μｍについて、屈折率差を0.01〜0.2の範囲で変化させ、レンズ厚さZ（P）を変化させたときの、実レンズ厚さZ0を示した。ただし、レンズ厚さZ（P）はレンズを通る光の蛇行周期PのN（0.001〜0.25）倍で表記している。
【００３３】
レンズ径10μｍ〜2000μｍ、屈折率差0.01〜0.2において、レンズ厚さZ（P）が、0.005P以上0.25P以下の領域で、実レンズ厚さZ0が0.5μm〜500μmとなる領域が存在することがわかる（表中網掛けで表示）。実レンズ厚さZ0が0.5μm以下では、光分解性材質の基板への塗布が困難になる。また、500μｍ以上でもやはり塗布ムラ等が生じやすく、塗布は極めて困難になる。
【００３４】
図１３には、最大屈折率ｎmax=n0=1.70の場合の、光分解性材質の基板への塗布を良好に行うことができ（0.5μm〜500μm）、かつ、液晶パネル基板の厚みに適したバックフォーカス0.1mm〜2mmを得ることができるレンズ厚さZ0の範囲を示した（表中□枠で明示）。この結果、両方を満足できるZ0の値は、0.005P＜Z0＜0.18Pとなり、このとき、レンズ径10μm〜800μmが良好な集光特性を示した。
【００３５】
また、同様にして、最大屈折率ｎmax=n0=1.50の場合の、各値を図１４、図１５を示した。実レンズ厚さZ0は図１２と同様である。
【００３６】
この場合も同様に、0.005P以上0.23P以下の領域で、バックフォーカスが0.1mm〜2mmとなる領域が存在することがわかる（表中網掛けで表示）。
【００３７】
さらに、最適なバックフォーカス値と最適なレンズ厚の両方を満足できるZ0の値は、0.005P＜Z0＜0.20Pとなることがわかる。なお、ここでのレンズ径とは、形成されたレンズの面内での最大長さ、たとえば、四角レンズであれば、対角線長さをいう。
【００３８】
以上述べたように、レンズ径を10μm以上、800μm以下の範囲で、レンズ厚Z0を0.005P＜Z0＜0.23P、好ましくは、0.005P＜Z0＜0.20Pの範囲になるようにレンズ厚さを設定することで、光は発散することなく、焦点を結び、また、レンズ厚を薄くすることが可能となるため、液晶パネル本体の厚みが厚くなることを防ぐことができ、さらには、光分解性材質の塗布厚みを薄くすることができため、安定した生産ができる。本屈折率分布型マイクロレンズアレイを用いれば、良好なバックフォーカス、すなわち最適なガラス基板厚みが使用でき、輝度特性に優れた液晶パネルを提供することができる。
【００３９】
なお、ここで用いた屈折率差は0.01以上0.2以下であるが、UV照射強度、ベーク条件を種々検討してこの範囲の屈折率差を得た。
【００４０】
また、ｎ0=1.4〜1.8の範囲ではZ0に対するバックフォーカス値は今まで述べたように良好な範囲が存在することを確認した。
【００４１】
本屈折率分布型レンズは、レンズ面内方向には屈折率が変化するものの、レンズ厚み方向には屈折率が略一定であるという特徴をもつ。従来、イオン交換法で知られている平面型屈折率分布レンズは、レンズ厚み方向に屈折率が変化するものである。これは、ガラス基板などにあらかじめパターニングしておいて、パターニングの開口部からイオン交換によって屈折率差を生じさせるためである。しかしながら、このような方法では、イオン交換が開口部から拡散によって行われるため、ほぼ等方的な形状しか得られない。したがって、たとえば、液晶素子に対応したような縦：横＝３：１の長方形型のレンズ形状を得ることは難しい。
【００４２】
しかしながら、本方法によれば、レンズ厚方向の屈折率は略一定とし、面内方向のみ屈折率を変化させてレンズを形成するので、上記のような縦：横＝３：１の長方形型のレンズも容易に作製できる。また、本屈折率分布型レンズアレイは、あらかじめ別基板に所定のバックフォーカスを得るように膜厚を設定して塗布し、グレイスケールマスクを用いて前記バックフォーカスとなるレンズ径を一括で形成できる。また、その時の屈折率分布は、たとえば、次式で表されるような屈折率分布を持たせるようにグレイスケールマスクの階調を設定できる。
ｎ(a)=n0{1-(A2a2/2)}
ここで、ａはマイクロレンズ１３１の任意の位置と中心間の距離、Ａは屈折率分布定数、ｎ０は、中央点における屈折率、即ち屈折率の最大値である。
【００４３】
グレイスケールマスクの階調はレーザ直描装置を用いて、透明性基板に塗布した塩化銀にレーザの照射強度を例えば16〜128階調の強度変調を与えることで生成できる。
【００４４】
このとき、グレイスケールマスクは450ナノメートル以下の階調線幅分解能であることが望ましい。グレイスケールマスクを用いたレンズの形成は、一般的に知られているように、例えば、通常のポジ型レジストやネガ型レジストを基板に塗布し、グレイスケールマスクを介して露光し、その後、アルカリ液で現像する方法で形成可能だが、この場合、グレイスケールマスクの分解能はさほど気にしなくてよい。なぜなら、レジストの現像処理において、レジストはアルカリ液によりスムージングされるため、滑らかな形状が出現する。
【００４５】
一方、光分解性材質を用いた場合、露光およびその後の熱処理（例えば200℃30分）でグレイスケールマスクの濃淡に応じた屈折率差を生じることになる。すなわち、アルカリ液による現像処理は行われないため、レンズはグレイスケールマスクの濃淡を忠実に再現することになる。この場合、グレイスケールマスク形成のための塩化銀基板のレーザ描画において、線幅階調分解能が450ナノメートル以上であれば、不連続点が生じるため、液晶パネルのバックライト光源の短波長側で回折を起こし、好ましくない。以上の理由で、グレイスケールマスク作製のための、塩化銀基板のレーザ直描は450ナノメートル以下の線幅階調分解能を持つことが好ましい。
【００４６】
もちろん、この線幅分解能を持たせる方法としては、電子線描画でも可能であるが、この場合、メートルサイズの塩化銀基板の描画は困難であり、大面積で一括露光するというメリットが失われる。
【００４７】
以上の方法で得られた別基板上の屈折率分布型マイクロレンズアレイは、液晶パネル基板へレンズ面を貼りあわせた後、基板を剥がすなどして、除去することができる。
【００４８】
基板は、ガラス基板、透明フィルム基板など、透明性を有するものが好都合である。なぜなら、液晶パネル基板にあらかじめアライメント用のマークを形成しておき、また屈折率分布型マイクロレンズアレイ側にもマイクロレンズアレイ形成時に同時にアライメントマークし、液晶パネル側アライメントマークと位置合わせして貼り付けると、液晶の画素と合わせて屈折率分布型マイクロレンズアレイを貼りあわせることができる。もともと屈折率分布型マイクロレンズアレイは表面が平坦なので、２P法を用いたマイクロレンズアレイのように、あとから屈折率の異なる樹脂をレンズの凹部またはレンズ間の凹部に充填して平坦化する必要はなく、極めて好都合である。
【００４９】
透明フィルム基板は完全な無色透明である必要はなく、アライメントマークが認識できればよい。むしろ、貼りあわせの時、テンションをかけながら行われるので、伸びによるレンズピッチずれを防止するため、弾性率の高いフィルムがよい。少なくとも弾性率10,000N/mm2のフィルムが望ましい。
【００５０】
また、屈折率分布型マイクロレンズアレイは露光後、150℃以上の熱処理を行うが、フィルムの熱収縮が伴うとレンズピッチのずれが生じるので好ましくない。
【００５１】
以上の理由で、透明フィルム基板には、高弾性率（15000N/mm2）で、200℃以下で熱収縮が0.1%以下であるアラミドフィルムが好ましい。
【００５２】
別基板に形成された屈折率分布マイクロレンズアレイが液晶パネル基板と貼りあわせ後、前記別基板を容易に剥がすために、別基板にはあらかじめ離型剤を塗布またはスパッタ・蒸着・CVDなどで形成しておいてもよい。離型剤は表面エネルギーを小さくするフッ素系の素材（パーフロロカーボンなどのフッ素系潤滑剤やテフロン（登録商標）など）や、ニトロセルロースなどでもよい。
【００５３】
以上のように、液晶パネル基板に別基板を介することなく、直接マイクロレンズアレイを形成できるので、液晶パネルを厚くすることなく、マイクロレンズアレイを位置決めしながら液晶パネル基板に形成できる。
【００５４】
続いて、図４を用いて、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法の一例について説明する。図４では工程毎に一部断面図が示されている。
【００５５】
先ず、図４（ａ）に示すように、透明性を有する板状部材であるガラス基板１０１（乾板）上に、スピンコート法、スライダーコート法、ローラーコート法等により塩化銀１０２を塗布する。次に、図４（ｂ）に示すように、レーザ光を塩化銀１０２に照射する。このとき、レーザ装置から照射されるレーザ光の強度に応じて塩化銀１０２の反応が異なることを利用して、マイクロレンズアレイ１３の形状に対応した濃度分布が形成されるように順次レーザ光の強度を調節しながら塩化銀１０２上を走査（スキャン）する。利用可能なレーザとしては、例えば、線幅分解能が０．５μｍのＫｒＦレーザ、ＹＡＧレーザやＨｅＣｄレーザなどがある。ＹＡＧレーザの場合、例えば、２６６ｎｍの波長を有する。これらのレーザは、金属蒸気レーザ、固体レーザであり、連続発振制御が行われる。レーザビームの直径は、約１．５μｍであり、対物レンズにより０．５μｍに絞り込む。レーザ加工を行なう場合、ガラス基板１０１を固定したＸＹテーブルを移動させることによってレーザ光を走査してもよい。この場合、ＸＹテーブルは、例えば干渉制御によって位置決めを行なう。レーザ光の強度は、例えば３２諧調や１２８諧調で調整することができる。レーザ光の強度の調整は、音響光学モジュレータによって行なっても良く、また、レーザ自体のパワー制御によって行なっても良い。このようにして、グレイスケールマスクが形成される。
【００５６】
一方で、図４（ｃ）の下段に示すように、透明性を有する板状部材であるガラス基板１０３上に、スピンコート法、スライダーコート法、ローラーコート法等により光分解性ポリマー１０４を塗布する。光分解性ポリマー１０２は、例えば、ポリシランである。より好ましくは、ネットワーク状ポリシランである。
【００５７】
図４（ｃ）の上段に示すように、グレイスケールマスクを塩化銀１０２部分が下に位置するようにして、ガラス基板１０３の上方に配置する。このような状態で紫外線（ＵＶ）露光する。グレイマスクの塩化銀１０２の濃淡に応じて紫外線の光量が変化して、光分解性ポリマー１０４に照射される。光分解性ポリマー１０４は、照射される紫外線に反応して屈折率が変化し、複数のマイクロレンズ１３１を有するマイクロレンズアレイ１３が形成される（図４（ｄ）参照）。
【００５８】
次に、ガラス基板１２に、透明電極やカラーフィルタ層等の液晶表示用素子を形成する。その後、ガラス基板１２にガラス基板１０３と固定された状態のマイクロレンズアレイ１３を接着する（図５（ａ））。そして、シール工程、液晶封止工程の後、ガラス基板１２０等を切断する。切断後に、ガラス基板１０３を分離する（図５（ｂ）参照）。
【００５９】
以上説明した通り、本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法によれば、グレイスケールを形成するにあたってレーザ装置を用いているため、高精度に形成することができる。また、本発明の実施の形態では、ガラス基板１０３を最終的に分離し、除去しているため、薄型化が図れる。また、マイクロレンズアレイ１３は、平面レンズシートであるため、偏光フィルム１４の収まりが良い。
【００６０】
その他の実施の形態．
図６にマイクロレンズアレイを有する液晶表示装置の別の構成例を示す。図６に示す液晶表示装置では、マイクロレンズアレイ１３は、前面側のガラス基板２の前面に設けられている。このように前面側のガラス基板２の前面にマイクロレンズアレイ１３を設けることによって、視野角を広げることが可能となる。
【００６１】
大画面のテレビ等の液晶表示装置に用いられるようなストライプ状のカラーパターンを用いた液晶に、本発明にかかるマイクロレンズアレイを使用することができる。図７にストライプ状のカラーパターンに対応したレンズ形状を有するマイクロレンズアレイを示す。各マイクロレンズ１３１はカラーパターンに対応して長方形状のレンズであり、その断面は縦、横とも球面形状となっている。この実施の形態では、アスペクト比がほぼ１：３のものを用いるが、異なるアスペクト比のものにも適用可能である。ストライプ状のカラーパターンの形態においても、エッチングによる方法では実現不可能であった底面が長方形状のレンズも形成可能であり、それによって稠密構造であるとともに、光利用効率の極めて高い構造のマイクロレンズアレイを製造することが可能である。
【００６２】
なお、上述の例では、マイクロレンズアレイを液晶表示パネル用として説明したが、これに限らず、光通信用としても使用することができる。
【実施例１】
【００６３】
バックフォーカスを２０００μｍとした場合に、５０μｍから６００μｍまでの２０通りのレンズ直径を有する屈折率分布型マイクロレンズアレイのレンズ厚さと屈折率差の関係を計算機シミュレーションにより求めた。ここで、バックフォーカスは、マイクロレンズの出射面から焦点までの距離であり、この例では、当該出射面から焦点までの間にガラス媒体があることを前提として計算している。図８にシミュレーション結果を示す。いずれの点においてもバックフォーカスを２０００μｍとすることができる。
【実施例２】
【００６４】
光分解性材料であるポリシランには、日本ペイント製「グラシア」（登録商標）を用い、ポリシランを溶解させた有機溶剤を、石英基板上にスピンコータを用い、有機溶剤乾燥後のポリシラン層の厚さが50μmになるように塗布し、その後オーブンで乾燥させ有機溶剤を蒸発させ、厚さ50μmのポリシランの層を形成する。
【００６５】
ポリシラン層の上に、マイクロレンズアレイ用のグレイスケールフォトマスクを塩化銀部分が下になるように密着させて配置し、紫外線露光を行う。
【００６６】
マイクロレンズアレイ用のグレイスケールフォトマスクは、一辺が50μmの正6角形マイクロレンズが稠密に配置されているマイクロレンズアレイを形成するためのフォトマスクである。
【００６７】
マイクロレンズアレイ用のグレイスケールフォトマスクの濃淡は、予め実験調査を行い得た露光量と屈折率変化の関係を基に、レンズ中心位置の屈折率が最大で1.65、そこから距離をなす位置、すなわち正6角形の頂点であり、その距離は100μmで、その位置の屈折率が最も低く1.57になり、中心から離れると共に2次曲線上に乗り低くなるような露光量を達成するように塩化銀の濃淡を作成している。
【００６８】
紫外線露光後、さらに加熱することにより、厚さが50μm、最大屈折率1.65、屈折率差0.08の、一辺が50μmの正6角形稠密マイクロレンズアレイを形成した。
【００６９】
上記の条件の場合、蛇行周期Pは908μmであり、厚さZ=50μmは0.06Pに相当する。
【００７０】
上記の条件の場合、空気中のバックフォーカスを、微分方程式を解くことにより計算した結果は302μmであった。この場合、液晶に利用されるガラスが屈折率1.52のホウケイ酸ガラスの場合、ガラス厚さが450μmの場合に最も効率良く光を利用できた。
【実施例３】
【００７１】
同様に厚さ18μmのポリシラン層を形成し、マイクロレンズを作成する。蛇行周期Pは908μmであり、厚さZ=18μmは0.016Pに相当する。上記の条件の場合、空気中のバックフォーカスを、微分方程式を解くことにより計算した結果は864μmであった。この場合、液晶に利用されるガラスが屈折率1.52のホウケイ酸ガラスの場合、ガラス厚さ1300μmの場合に最も効率良く光を利用でき、その集光スポットサイズは13μmであった。
【００７２】
比較例１．
同様に厚さ４μmのポリシラン層を形成し、マイクロレンズを作成する。蛇行周期Pは908μmであり、厚さZ=４μmは0.004Pに相当する。上記の条件の場合、空気中のバックフォーカスを、微分方程式を解くことにより計算した結果は3905μmであった。この場合、液晶に利用されるガラスが屈折率1.52のホウケイ酸ガラスの場合、光を効率良く利用するためには、ガラス厚さ5900μmが必要であり、その集光スポットサイズは55μmであった。
【００７３】
比較例２．
同様に厚さ210μmのポリシラン層を形成し、マイクロレンズを作製する。蛇行周期Pは908μmであり、厚さZ=210μmは0.23Pに相当する。
【００７４】
上記の条件の場合、空気中のバックフォーカスを、微分方程式を解くことにより計算した結果は26μmであった。この場合、液晶に利用されるガラスが屈折率1.52のホウケイ酸ガラスの場合、光を効率良く利用するためには、ガラス厚さ40μmが必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明にかかるマイクロレンズアレイを有する液晶表示装置の一部断面図である。
【図２】本発明にかかるマイクロレンズアレイの上面図である。
【図３】本発明にかかるマイクロレンズの断面図及び屈折率分布図である。
【図４】本発明にかかる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５】本発明にかかる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６】本発明にかかるマイクロレンズアレイを有する液晶表示装置の一部断面図である。
【図７】本発明にかかるマイクロレンズアレイの製造方法における一工程の様子を示す断面図である。
【図８】本発明にかかるマイクロレンズの実施例にかかるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】マイクロレンズの光線追跡図である。
【図１０】マイクロレンズの光線追跡図である。
【図１１】マイクロレンズのバックフォーカスの計算結果を示す表である。
【図１２】マイクロレンズのレンズ厚さの計算結果を示す表である。
【図１３】マイクロレンズのバックフォーカスの計算結果を示す表である。
【図１４】マイクロレンズのバックフォーカスの計算結果を示す表である。
【図１５】マイクロレンズのバックフォーカスの計算結果を示す表である。
【符号の説明】
【００７６】
１  偏光フィルム
２  ガラス基板
３  ブラックマトリクス
４  カラーフィルタ層
５  透明電極
６  配向膜
７  液晶
８  スペーサ
９  配向膜
１０  透明電極
１１  スイッチング素子
１２  ガラス基板
１３  マイクロレンズアレイ
１３１  マイクロレンズ
１４  偏光フィルム
【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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