(57)【要約】【課題】安価に、所望の形状を容易に得ることができる微小光学素子の製造方法を提供すること。【解決手段】第２の形状１０７を縮小して略相似する第１の形状１０４を基板１０１上のレジスト層１０３に形成する第１形状形成工程と、第１の形状１０４の大きさを第２の形状１０７になるまで拡大する形状拡大工程とを含むことを特徴とする。第２の形状１０７として、例えば変曲点を有する非球面形状を挙げられる。本発明によれば、このような複雑な形状の非球面を有する微小光学素子、例えばマイクロレンズ素子を製造できる。また、このマイクロレンズ素子は、例えば、液晶パネルなどの空間光変調装置の光利用効率を向上させるために用いることができる。【選択図】        図１−２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の形状を縮小して略相似する第１の形状を基板上のレジスト層に形成する第１形状形成工程と、
前記第１の形状の大きさを前記第２の形状になるまで拡大する形状拡大工程とを含むことを特徴とする微小光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記形状拡大工程は、ドライエッチング工程と、ウエットエッチング工程とからなることを特徴とする請求項１に記載の微小光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板上に少なくともレジスト層を形成するレジスト層形成工程をさらに含み、
前記ドライエッチング工程は、前記第１の形状が形成されているレジスト層をエッチングすることにより、前記第１の形状と略同等の大きさの形状を前記基板に形成し、
前記ウエットエッチング工程は、前記基板に形成された前記形状を前記第２の形状になるまで拡大することを特徴とする請求項１又は２に記載の微小光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の形状が形成されている前記基板に光学的透明樹脂を充填する樹脂充填工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の微小光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２の形状が形成されている前記基板を型として、他の部材に前記第２の形状を転写する型転写工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の微小光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小光学素子の製造方法、特に入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置に好適な微小光学素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタにおいては、明るい投写像を得るために光の利用効率を向上させることが必要となる。このため、プロジェクタが備える空間光変調装置、特に液晶型の空間光変調装置において、例えばマイクロレンズアレイを用いている。マイクロレンズアレイは、光源部からの照明光を、効率よく空間光変調装置の各画素へ集光する。近年、さらに光の利用効率を向上させるために、マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ素子は非球面等の複雑な形状を有することが多くなってきている。所望の形状のマイクロレンズ素子を製造するためには、基板をドライエッチングする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照)。また、基板をウエットエッチングしてマイクロレンズ素子を製造する方法も考えられる。
【０００３】
【特許文献１】特表２０００−５３０５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、まず、レジスト層に所望の非球面形状を形成する。その後、ドライエッチング法を用いて非球面形状をガラス基板に転写する。ドライエッチング法では、複雑な形状を形成できるという利点がある。しかしながら、最終的に得られるマイクロレンズ素子の表面に微細な凹凸が生じてしまう。このような凹凸形状は散乱光を生じてしまうので問題である。また、ドライエッチング法では、チャンバ内に残渣がたまってしまう。この残渣を取り除くためのクリーニングには、酸素やアルゴン等の雰囲気中でプラズマを発生させた上で排気する必要がある。このため、残渣のクリーニングには、多大なランニングコストを要してしまうので問題である。
【０００５】
また、ウエットエッチング法により所望の非球面形状を得る方法では、まずガラス基板に、エッチング・レートの異なる層を形成しておく。そして、表面に開口部をパターニングして、ウエットエッチングを行う。ウェットエッチング法では、安価にマイクロレンズ素子を製造できるという利点がある。しかしながら、ウェットエッチング法では、制御できるパラメータ（エッチング・レート）が少ないため、製造できる形状の自由度が少ない。このため、例えば、変曲点を有するような複雑な形状の非球面形状を正確に製造することが困難であるため問題である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価に、所望の形状を容易に得ることができる微小光学素子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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第２の形状を縮小して略相似する第１の形状を基板上のレジスト層に形成する第１形状形成工程と、第１の形状の大きさを第２の形状になるまで拡大する形状拡大工程とを含むことを特徴とする微小光学素子の製造方法を提供できる。本発明では、まず、基板上のレジスト層に、最終的に所望する第２の形状を縮小した相似形状を形成する。このため、最初に形成する第１の形状は、最終的に得られる第２の形状に比較して小さくて良い。従って、第２の形状が、例えば変曲点を有する複雑な非球面形状のときでも、小さな領域に容易に第１の形状を形成できる。そして、形状拡大工程により、第１の形状を第２の形状へ拡大する。このため、微小光学素子が複雑な形状のときでも、安価に、所望の形状を容易に得ることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、形状拡大工程は、ドライエッチング工程と、ウエットエッチング工程とからなることが望ましい。ドライエッチング工程では、第１の形状と略１対１の比率の形状を形成できる。そして、ウエットエッチング工程では、ドライエッチング工程で得られた形状を、最終的な第２の形状にまで拡大する。ドライエッチング工程では、形成された形状に微小な凹凸形状、例えば数十ｎｍの凹凸形状を生じてしまう。そして、ウエットエッチング工程では、このような微小な凹凸形状を平滑化できる。このため、表面が滑らかで散乱光が低減された微小光学素子を得ることができる。また、ウエットエッチング工程では、基板をエッチャントに浸漬するだけで良い。このため、安価に大量に微小光学素子を製造できる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、基板上に少なくともレジスト層を形成するレジスト層形成工程をさらに含み、ドライエッチング工程は、第１の形状が形成されているレジスト層をエッチングすることにより、第１の形状と略同等の大きさの形状を基板に形成し、ウエットエッチング工程は、基板に形成された形状を第２の形状になるまで拡大することが望ましい。レジスト層には、例えば、レーザ描画法、電子線ビーム描画法、グレースケールリソグラフィ法、面積諧調リソグラフィ法等により、第１の形状を形成する。これらの方法では、正確に所望の複雑な形状を形成できる。また、第１の形状は、第２の形状に比較して面積が小さい。このため、これらの方法を用いたときでも、短時間に第１の形状を形成できる。これにより、第２の形状が複雑な形状のときでも、正確かつ容易に第１の形状を作成できる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の形状が形成されている基板に光学的透明樹脂を充填する樹脂充填工程をさらに含むことが望ましい。これにより、最終的に得られる第２の形状と、光学的透明樹脂との界面で光を屈折させる微小光学素子を容易に得られる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、第２の形状が形成されている基板を型として、他の部材に第２の形状を転写する型転写工程をさらに含むことが望ましい。これにより、型転写を用いて、第２の形状と凹凸が反転している形状が形成された他の部材を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る光学素子の製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１−１〜図１−６は、本発明の実施例１に係る微小光学素子の製造方法の手順を示す。微小光学素子として、変曲点を有する非球面を製造する場合について説明する。図１−１において、石英や硝子等からなる基板１０１上に保護膜となるマスク１０２をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリングにより形成する。マスク１０２は、Ｃｒ又はＳｉ、例えばポリＳｉ等で構成する。続いて、レジスト層形成工程において、マスク１０２上にレジスト層１０３を塗布する。レジスト層１０３は、例えば、クラリアント社のＡＺ４６２０、ＡＺＰ４９０２（商品名）や、シプレイ社のＳ９００（商品名）を用いることができる。
【００１４】
図１−２に示す第１形状形成工程において、最終的に所望する第２の形状１０７（図１−５）を縮小して略相似する第１の形状１０４を基板１０１上のレジスト層１０３に形成する。最初に形成する第１の形状１０４は、最終的に得られる第２の形状１０７に比較して小さくて良い。従って、第２の形状１０７が、例えば変曲点を有する複雑な非球面形状のときでも、小さな領域に容易に第１の形状１０４を形成できる。レジスト層１０３には、例えば、レーザ描画法、電子線ビーム描画法、グレースケールリソグラフィ法、面積諧調リソグラフィ法等により、第１の形状１０４を形成する。第１の形状１０４は、第２の形状１０７に比較して面積が小さいため、これらの方法を用いたときでも、短時間に第１の形状１０４を形成できる。これにより、第２の形状１０７が複雑な形状のときでも、正確かつ容易に第１の形状１０４を作成できる。
【００１５】
図１−３に示すドライエッチング工程において、第１の形状１０４が形成されているレジスト層１０３をドライエッチングする。これにより、第１の形状１０４と略等倍の形状１０５を基板１０１に形成する。ドライエッチングは、例えば、ＲＩＥ・ＩＣＰ法を用いる。反応ガスには、Ａｒ、Ｃ4Ｆ8、ＸｅＦ2の混合ガスを用いる。Ａｒは、物理的な原子衝突による形状エッチングに作用する。Ｃ4Ｆ8は、硝子等の基板１０１の反応エッチングに作用する。ＸｅＦ2は、ポリＳｉからなるマスク１０２の反応エッチングに作用する。このような混合ガスは、エッチングの開始から、Ａｒ、ＸｅＦ2、Ｃ4Ｆ8の順番にそれぞれ作用する。そして、各ガスを供給する比率も、Ａｒ、ＸｅＦ2、Ｃ4Ｆ8の順番にそれぞれ変えることが望ましい。例えば、以下のステップ１、ステップ２、ステップ３の順に示す条件でＲＩＥ法を行う。
（ステップ１）０．６６５Ｐａ、ＲＦパワー５００Ｗ、Ａｒ：ＸｅＦ2：Ｃ4Ｆ8＝１：１：１０、２分間
（ステップ２）２．５Ｐａ、ＲＦパワー５００Ｗ、Ａｒ：ＸｅＦ2：Ｃ4Ｆ8＝１：５：１０、３分間
（ステップ３）６．５Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗ、Ａｒ：ＸｅＦ2：Ｃ4Ｆ8＝１：０：５０、８分間
【００１６】
これにより、図１−３に示すように、レジスト層１０３に形成された第１の形状１０４と略等倍の形状１０５を基板１０１へ形成できる。好ましくは、混合ガスにさらにＯ2を付加することが望ましい。これにより、形成された面の表面に残渣が付着することを低減できる。また、ドライエッチング工程では、後述するウエットエッチング工程のためのマスク１０２の開口部１０２ａが形成される。このようなドライエッチング工程では、従来技術に比較して工程処理時間を低減できる。
【００１７】
図１−４に示すウエットエッチング工程において、ドライエッチング工程で得られた形状１０５を、最終的な第２の形状１０７にまで拡大する。ウエットエッチングの条件は、例えば５％フッ酸溶液に弗化アンモニウム溶液３０％を添加した溶液に基板１０１を３０分間浸漬、揺動させせる。これにより、略等倍の形状１０５は、略等方的にエッチングが進行し、その形状が拡大される。弗化アンモニウムは、フッ酸エッチャントの劣化を抑制する機能を有する。これにより、均一なエッチングレートを得られる。また、エチング槽内の温度は、２０°Ｃ±１°Ｃの範囲内で、温度の均一化を図ることが望ましい。これにより、エッチングされる面内のエッチング速度を合わせて、基板１０１内を均一な形状に作りこむことができる。
【００１８】
ドライエッチング工程では、プラズマによる反応アシストの影響により、加工表面に微小な凹凸形状、例えば数十ｎｍの凹凸形状を生じてしまう。加工表面の凹凸形状は、レンズ表面における散乱光を生ずる。散乱光により、光の利用効率が低下してしまう。ウエットエッチング工程では、このような微小な凹凸を平滑化できる。このため、加工表面が滑らかで散乱光が低減された微小光学素子を得ることができる。さらに好ましくは、エッチャントに界面活性剤を３％添加することで、加工表面の平滑性をさらに向上できる。また、ウエットエッチング工程では、基板をエッチャントに浸漬するだけで良い。このため、安価に大量に微小光学素子を製造できる。また、微小光学素子が変曲点を有する複雑な形状のときでも、第１の形状１０４を拡大するだけなので、安価に、大量に所望の形状を容易に得ることができる。なお、上述したドライエッチング工程と、ウエットエッチング工程とで形状拡大工程を形成する。
【００１９】
図１−６に示す樹脂充填工程において、第２の形状１０７が形成されている基板１０１に光学的透明樹脂１０８を充填する。第２の形状１０７と、光学的透明樹脂１０８との界面で光を屈折させる微小光学素子を容易に得られる。この微小光学素子は、高効率、高コントラスト高耐光性という機能を有する。そして、製造された微小光学素子をマイクロレンズ素子として、光学的透明樹脂１０８上にＴＦＴ基板等を形成する。これにより、複数のマイクロレンズ素子からなるマイクロレンズアレイを備える空間光変調装置を構成できる。このような空間光変調装置の詳細は図３を用いて後述する。
【００２０】
また、加工された基板１０１を対向させて、両基板１０１の間に光学的透明樹脂を充填することもできる。これにより、両凸形状の非球面レンズを得ることができる。
【００２１】
さらに、加工された基板１０１にマイクロレンズ素子を形成する代わりに、第２の形状１０７が形成されている基板１０１を型として、他の部材に第２の形状１０７を転写する型転写工程をさらに含んでも良い。これにより、型転写を用いて、第２の形状１０７とは凹凸が反転した形状が形成された他の部材を容易に得ることができる。
【００２２】
次に、このような型転写の工程について図２−１〜図２−４に基づいて説明する。図２−１において、前駆体である転写部材１５１は、低粘性の液状物質であることが好ましい。このような物質は、常温、常圧あるいはその近傍下においても、基板１０１の表面の形状を転写することが容易である。液状の物質としては、エネルギーの付与により硬化可能な物質であることが好ましい。このような物質を用いると、転写部材１５１を固化して微小光学素子１６０とするタイミングを制御しやすくなるため、生産性や精度の向上が容易となり、また、堅牢な微小光学素子１６０が得られ易い。
【００２３】
また、他の部材である転写部材１５１として可塑性を有する物質を使用することができる。また、転写部材１５１は、固化してからその上に形成される構造を支持できる強度を有するものであれば特に限定されるものではないが、樹脂を使用することができる。樹脂は、エネルギー硬化性を有するもの、あるいは可塑性を有するものが容易に得られるので好適である。
【００２４】
エネルギー硬化性を有する樹脂としては、光及び熱の少なくともいずれかー方の付与により硬化可能であることが望ましい。光や熱の利用は、汎用の露光装置、ベイク炉やホットプレート等の加熱装置を利用することができ、省設備コスト化を図ることが可能である。
【００２５】
このようなエネルギー硬化性を有する樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ポリイミド系樹脂等が利用できる。特に、アクリル系樹脂は、市販品の様々な前駆体や感光剤（光重合開始剤）を利用することで、光の照射で短時間に硬化するものが容易に得られるため好適である。
【００２６】
光硬化性のアクリル系樹脂の基本組成の具体例としては、プレポリマーまたはオリゴマー、モノマー、光重合開始剤があげられる。
【００２７】
プレポリマーまたはオリゴマーとしては、例えば、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、ポリエーテルアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類等のアクリレート類、エポキシメタクリレート類、ウレタンメタクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等が利用できる。
【００２８】
モノマーとしては、例えば、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、カルビトールアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、１，３−ブタンジオールアクリレート等の単官能性モノマー、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールジアクリレート等の二官能性モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の多官能性モノマーが利用できる。
【００２９】
光重合開始剤としては、例えば、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン等のアセトフェノン類、α−ヒドロキシイソブチルフェノン、ｐ−イソプロピル−α−ヒドロキシイソブチルフェノン等のブチルフェノン類、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、α，α−ジクロル−４−フェノキシアセトフェノン等のハロゲン化アセトフェノン類、ベンゾフェノン、Ｎ，Ｎ−テトラエチル−４，４−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン類、ベンジル、ベンジルジメチルケタール等のベンジル類、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル等のベンゾイン類、１−フェニル−１，２−プロパンジオン−２−（ｏ−エトキシカルボニル）オキシム等のオキシム類、２−メチルチオキサントン、２−クロロチオキサントン等のキサントン類、ミヒラーケトン、ベンジルメチルケタール等のラジカル発生化合物が利用できる。
【００３０】
なお、必要に応じて、酸素による硬化阻害を防止する目的でアミン類等の化合物を添加したり、塗布を容易にする目的で溶剤成分を添加してもよい。溶剤成分としては、特に限定されるものではなく、種々の有機溶剤、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メトキシメチルプロピオネート、エトキシエチルプロピオネート、エチルラクテート、エチルピルビネート、メチルアミルケトン等が利用可能である。
【００３１】
これらの物質を用いることは、基板１０１をシリコン又は石英で形成した場合に、この基板１０１からの離型性が良好であるため好適である。
【００３２】
また、可塑性を有する樹脂としては、例えば、ポリカーボネート系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、アモルファスポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性を有する樹脂が利用できる。
【００３３】
そして、図２−２に示すように、上述の基板１０１を用意する。基板１０１には、凹部に第２の形状１０７が形成されている。第２の形状１０７と転写部材１５１とを密着させる。なお、転写部材１５１を第２基板１５０のほぼ中央部に塊状にして設けておき、第２基板１５０及び基板１０１で転写部材１５１を押し広げてもよい。こうすることで、転写部材１５１と、第２基板１５０及び基板１０１の少なくとも一方と、の間の気泡が外に逃がされて気泡が残りにくくなる。
【００３４】
転写部材１５１は、基板１０上に載せる代わりに、基板１０１に載せるか、第２基板１５０及び基板１０１の両方に載せてもよい。また、第２基板１５０及び基板１０１のいずれか一方、または、両方に、予め転写部材１５１を所定領域まで塗り拡げてもよい。また、必要に応じて、第２基板１５０と基板１０１とを転写部材１５１を介して密着させる際に、第２基板１５０及び基板１０１の少なくともいずれか一方を介して転写部材１５１を加圧しても良い。加圧することで、転写部材１５１が所定領域まで塗れ拡がる時間を短縮できることで作業性が向上し、かつ、基板１０１の凹部である第２の形状１０７の間への充填が確実となる。
【００３５】
転写部材１５１を介して基板１０１と第２基板１５０を密着させることで、転写部材１５１には、基板１０１の凹部である第２の形状１０７を有する面に対応する形状が転写される。つまり、転写部材１５１に、複数の凹部の反転形状である微小光学素子１６０と、凹部である第２の形状１０７の周囲に形成された平坦面１５２に対応する平坦面１５３と、が形成される。
【００３６】
続いて、図２−２に示すように、転写部材１５１を固化させる。例えば、転写部材１５１が光硬化性の物質を含む場合には、光１５５を転写部材１５１に照射する。その場合には、基板１０１が光透過性を有することが好ましく、基板１０１を通して光１５５を照射することができる。あるいは、軟化点温度以上に加温した可塑化した樹脂を転写部材１５１として使用する場合には、冷却することにより固化させることができる。
【００３７】
次に、図２−３に示すように、微小光学素子１６０から基板１０１を剥離する。ここで、基板１０１を剥離するときの離型性を向上させる手順について説明する。微小光学素子１６０の表面に低密着性層を形成する。低密着性層は、転写部材１５１をはじく材料で形成される。例えば、転写部材１５１が親水性であれば、シリコン等の疎水性材料で低密着性層を形成する。転写部材１５１が疎水性であれば、金属やＳｉＯ2等の親水性材料で低密着性層を形成する。あるいは、フッ素（原子（Ｆ）を有する化合物）コーティングにより低密着性層を形成すれば、転写部材１５１が親水性及び疎水性のいずれであってもはじくようになる。例えば、基板１０１がシリコン系の材料で形成されている場合には、フッ素原子を有するシランカップリング剤で表面処理を行うことで、フッ素コーティングを行うことができる。また、基板１０１は、図２−４に示すように、ＨＭＤＳ（クラリアントジャパン社のポジ型レジスト密着助剤の商品名）の雰囲気１６１中に３０分以上放置しておく。その後、型転写を行うことで離型性が向上する。
【実施例２】
【００３８】
図３−１〜図３−３は、実施例２に係る微小光学素子の製造方法の手順を示す。本実施例では、変曲点を有さない非球面を形成する手順を示す。本実施例は、マスクを用いていない点が上記実施例１と異なる。まず、レジスト層形成工程において、石英や硝子からなる基板１１１上にレジスト層１１３を形成する。そして、図３−１に示すように、レジスト層１１３に、グレースケールリソグラフィ法により所望の非球面形状と略相似で縮小された第１の形状１１４を形成する。グレースケールリソグラフィ法としては、面積階調マスクや感光性硝子を用いたグレースケールマスクを用いることができる。
【００３９】
図３−２に示すドライエッチング工程において、フッ酸系ガスであるＣ4Ｆ8やＳＦ6を用いてＲＩＥ法により基板１１１に第１の形状１１４と略等倍の形状１１５を転写する。形状１１５には、実施例１で述べたように、ドライエッチング工程の影響により、加工表面に凹凸形状が生じている。
【００４０】
図３−３に示すウエットエッチング工程において、基板１１１をフッ酸溶液（ＨＦ３％）と、界面活性剤５％溶液槽に３分間、浸漬して揺動する。これにより、形状１１５が拡大して第２の形状１１７を得ることができる。また、凹凸形状も平滑化される。本実施例では、変曲点を有さない非球面を形成するために、ドライエッチング工程からウエットエッチング工程までの過程において等方的にエッチングが進行すれば良い。このため、実施例１とは異なりマスクを必要としない。
【００４１】
（空間光変調装置）
次に、図４に基づいて、上記実施例により得られた微小光学素子であるマイクロレンズ素子２０３を備える空間光変調装置である液晶パネル５２０Ｒについて説明する。液晶パネル５２０Ｒは、画像信号に応じて入射光を変調して射出する。液晶パネル５２０Ｒは、複数の開口領域ＡＰが略直交する格子状に配置されている。画素開口部である開口領域ＡＰは、遮光機能を有するブラックマトリックス２０５に形成されている矩形の開口部である。開口領域ＡＰは一つの画素に対応する。図４では、液晶パネル５２０Ｒの複数の開口領域ＡＰのうち一の開口領域ＡＰの部分のみを示す。他の開口領域に対応する液晶パネル５２０Ｒの構成は図４に示す構成と同一なので重複する説明は省略する。不図示の超高圧水銀ランプからの赤色光（以下、「Ｒ光」という。）は、図４の左側から液晶パネル５２０Ｒに入射し、右側から不図示のスクリーンの方向へ射出する。入射側防塵透明プレート２０１の内側（射出側）には、マイクロレンズアレイ基板２０２と光学的に透明な接着剤層２０４とでレンズ部であるマイクロレンズ素子２０３が形成されている。マイクロレンズ素子２０３の詳しい構成と作用については、後述する。一のマイクロレンズ素子２０３は対応する一の開口領域ＡＰに対応して設けられている。液晶パネル５２０Ｒの全体について見ると、複数のマイクロレンズ素子２０３が複数の開口領域ＡＰに対応して平面上に配列されて屈折光学部であるマイクロレンズアレイを構成する。
【００４２】
マイクロレンズ素子２０３の内側（射出側）には、ＩＴＯ膜からなる透明電極２０７等を有する対向基板２０６が形成されている。また、対向基板２０６と透明電極２０７との間には、遮光部であるブラックマトリックス２０５が形成されている。ブラックマトリックス２０５には、上述したように画素に対応する矩形の開口領域ＡＰが設けられている。さらに、透明電極２０７の射出側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜２０８が設けられている。配向膜２０８は、例えばポリイミド膜の透明な有機膜からなる。
【００４３】
また、射出側防塵透明プレート２１３の内側（入射側）にはＴＦＴ基板２１２が形成されている。ＴＦＴ基板２１２の内側には、透明電極やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）形成層２１１が設けられている。ＴＦＴ形成層２１１のさらに内側（入射側）には配向膜２１０が設けられている。配向膜２０８のラビング方向と、配向膜２１０のラビング方向とは略直交するように配置されている。そして、対向基板２０６とＴＦＴ基板２１２とを対向させて、入射側防塵透明プレート２０１と射出側防塵透明プレート２１３とを貼り合わせる。対向基板２０６とＴＦＴ基板２１２との間には、画像表示のための液晶層２０９が封入されている。
【００４４】
ここで、上記実施例により製造された光学的に透明なマイクロレンズアレイ基板２０２と、光学的に透明な接着剤層２０４とで、レンズ部であるマイクロレンズ素子２０３を構成する。略平行光束である入射光は、マイクロレンズアレイ基板２０２と接着剤層２０４との界面で屈折する。マイクロレンズ素子は、正方形形状の開口領域ＡＰに対して、例えば４分割された非球面サブレンズから構成される。各非球面レンズは、変曲点を有する形状である。このとき、４つの非球面サブレンズは、それぞれ輪帯状部ごとに焦点位置を制御して設計されている。そして、４つの各非球面サブレンズを配列したときに、光軸ＡＸを中心として合成された合成輪帯状部が形成される。以下、合成された合成輪帯状部を、単に略輪帯状部又は輪帯状部という。
【００４５】
４つの各非球面サブレンズは、それぞれ輪帯状部が最適化された焦点位置を有するように設計されている。そして、４つの非球面サブレンズを合成したマイクロレンズ素子２０３は、光軸ＡＸを中心とする複数の略輪帯状部Ｒ１、Ｒ２ごとに異なる複数の焦点位置を有する１つの非球面レンズとして機能する。このような非球面を加工することにより、例えば、超高圧水銀ランプからの照明光は、効率良く開口領域ＡＰを通過でき、開口領域ＡＰでけられてしまう光量を低減できる。この結果、高い効率で光を利用できる。さらに、液晶層２０９近傍において、光線の分布密度を略均一にできる。この結果、液晶層２０９近傍での光エネルギーの局所的な集中を低減できため、配向膜２０８、２１０の劣化を低減できる。従って、長寿命な液晶パネル５２０Ｒを得ることができる。
【００４６】
上述した実施例によれば、このような複雑な形状のマイクロレンズ素子２０３であっても、正確かつ容易に製造できる。そして、マイクロレンズ素子２０３を備える空間光変調装置は、高効率、高コントラスト、高耐光性を実現できる。
【００４７】
（プロジェクタ）
次に、上述の空間光変調装置である液晶パネル５２０Ｒを備えるプロジェクタの概略構成を説明する。図５において、光源部である超高圧水銀ランプ５０１は、第１色光であるＲ光、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。インテグレータ５０４は、超高圧水銀ランプ５０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子５０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒに入射する。以下、Ｒ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー５０７に入射する。反射ミラー５０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置５１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置５１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第１色光用空間光変調装置５１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００４８】
第１色光用空間光変調装置５１０Ｒは、λ/２位相差板５２３Ｒ、ガラス板５２４Ｒ、第１偏光板５２１Ｒ、液晶パネル５２０Ｒ、及び第２偏光板５２２Ｒを有する。液晶パネル５２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ/２位相差板５２３Ｒ及び第１偏光板５２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板５２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板５２１Ｒ及びλ/２位相差板５２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図５において、第２偏光板５２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル５２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム５１２の入射面に接する状態で配置しても良い。
【００４９】
第１色光用空間光変調装置５１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板５２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、ガラス板５２４Ｒ及び第１偏光板５２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル５２０Ｒに入射する。液晶パネル５２０Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル５２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板５２２Ｒから射出される。このようにして、第１色光用空間光変調装置５１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２に入射する。
【００５０】
次に、Ｇ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置５１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置５１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置５１０Ｇは、液晶パネル５２０Ｇ、第１偏光板５２１Ｇ及び第２偏光板５２２Ｇを有する。液晶パネル５２０Ｇの詳細に関しては後述する。
【００５１】
第２色光用空間光変調装置５１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置５１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板５２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル５２０Ｇに入射する。液晶パネル５２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル５２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板５２２Ｇから射出される。このようにして、第２色光用空間光変調装置５１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２に入射する。
【００５２】
次に、Ｂ光について説明する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ５０８と、２枚の反射ミラー５０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置５１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置５１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【００５３】
なお、Ｂ光にリレーレンズ５０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ５０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置５１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置５１０Ｂは、λ/２位相差板５２３Ｂ、ガラス板５２４Ｂ、第１偏光板５２１Ｂ、液晶パネル５２０Ｂ、及び第２偏光板５２２Ｂを有する。なお、第３色光用空間光変調装置５１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置５１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
第３色光用空間光変調装置５１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置５１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板５２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板５２４Ｂ及び第１偏光板５２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル５２０Ｂに入射する。液晶パネル５２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル５２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板５２２Ｂから射出される。第３色光用空間光変調装置５１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー５０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー５０６Ｇとは、超高圧水銀ランプ５０1から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。
【００５５】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５１２は、２つのダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜５１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜５１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム５１２は、第１色光用空間光変調装置５１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置５１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置５１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ５１４は、クロスダイクロイックプリズム５１２で合成された光をスクリーン５１６に投写する。これにより、スクリーン５１６上でフルカラー画像を得ることができる。
【００５６】
なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置５１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置５１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム５１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、第２色光用空間光変調装置５１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム５１２に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム５１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム５１２において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜５１２ａ、５１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００５７】
本プロジェク５００は、上述した実施例により製造される所望の形状のマイクロレンズ素子２０３を備える空間光変調装置５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂを有している。このため、プロジェクタ５００は、安価で、高効率、高コントラスト、高耐光性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１−１】実施例１の微小光学素子の製造方法を説明する図。
【図１−２】実施例１の微小光学素子の製造方法を説明する他の図。
【図１−３】実施例１の微小光学素子の製造方法を説明するさらに他の図。
【図１−４】実施例１の微小光学素子の製造方法を説明する別の図。
【図１−５】実施例１の微小光学素子の製造方法を説明するさらに別の図。
【図１−６】実施例１の微小光学素子の製造方法を説明する図。
【図２−１】型転写を説明する図。
【図２−２】型転写を説明する他の図。
【図２−３】型転写を説明するさらに他の図。
【図２−４】型転写を説明する別の図。
【図３−１】実施例２の微小光学素子の製造方法を説明する図。
【図３−２】実施例２の微小光学素子の製造方法を説明する他の図。
【図３−３】実施例２の微小光学素子の製造方法を説明するさらに他の図。
【図４】微小光学素子を備える空間光変調装置の概略構成図。
【図５】空間光変調装置を備えるプロジェクタの概略構成図。
【符号の説明】
【００５９】
１０１  基板、１０２  マスク、１０２ａ  開口部、１０３  レジスト層、１０４  第１の形状、１０５  略等倍の形状、１０７  第２の形状、１０８  光学的透明樹脂、１１１  基板、１１３  レジスト層、１１４  第１の形状、１１５  略等倍の形状、１１７  第２の形状、５２０Ｒ  液晶パネル、１５０  第２基板、１５１  転写部材、１５２  平坦面、１５３  平坦面、１５５  光、１６０  微小光学素子、１６１  雰囲気、２０１  入射側防塵透明プレート、２０２  マイクロレンズアレイ基板、２０３  マイクロレンズ素子、２０４  接着剤層、２０５  ブラックマトリックス、２０６  対向基板、２０７  透明電極、２０８  配向膜、２０９  液晶層、２１０  配向膜、２１１  形成層、２１２  基板、２１３  射出側防塵透明プレート、５０1  超高圧水銀ランプ、５０４  インテグレータ、５０５  偏光変換素子、５０６Ｒ  Ｒ光透過ダイクロイックミラー、５０６Ｇ  Ｇ光透過ダイクロイックミラー、５０７  反射ミラー、５０８  リレーレンズ、５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂ  各色光用空間光変調装置、５１２  クロスダイクロイックプリズム、５１２ａ  ダイクロイック膜、５１２ｂ  ダイクロイック膜、５１４  投写レンズ、５１６  スクリーン、５２０Ｒ、５２０Ｇ、５２０Ｂ  液晶パネル、５２１Ｒ、５２１Ｇ、５２１Ｂ  第１偏光板、５２２Ｒ、５２２Ｇ、５２２Ｂ  第２偏光板、５２３Ｒ、５２３Ｂ  位相差板、５２４Ｒ、５２４Ｂ  ガラス板、ＡＸ  光軸
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図１−６】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５】
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