(57)【要約】【課題】  透明基板とマイクロレンズアレイ等の光学機能部の熱膨張係数の差によって生ずる複屈折やクラックの発生を抑制し、高い光学性能を有する光学部品及びマイクロレンズアレイ基板並びにそれら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基板は、透明基板１と、この透明基板１上に形成され、マイクロレンズアレイ２を備えている。マイクロレンズアレイ２を構成するマイクロレンズ２１は、高融点ガラスパウダー２１２と低融点ガラスパウダー２１３により形成されている。高融点ガラスパウダー２１２の熱膨張係数をα１、低融点ガラスパウダー２１３の熱膨張係数をα２、透明基板１の熱膨張係数をαｂとしたとき、α１＜αｂ＜α２の関係が成り立つことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、当該透明基板上に形成され、第１のガラス成分と第２のガラス成分を含む光学機能部を備えた光学部品において、
前記第１のガラス成分の熱膨張係数をα１、第２のガラス成分の熱膨張係数をα２、前記透明基板の熱膨張係数をαｂとしたとき、α１＜αｂ＜α２の関係が成り立つことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記第１のガラス成分と前記第２のガラス成分の屈折率は略等しいことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】
前記第１のガラス成分の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項４】
透明基板と、当該透明基板上に形成され、第１のガラス成分と第２のガラス成分を含む複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板において、
前記第１のガラス成分の熱膨張係数をα１、第２のガラス成分の熱膨張係数をα２、前記透明基板の熱膨張係数をαｂとしたとき、α１＜αｂ＜α２の関係が成り立つことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
【請求項５】
前記第１のガラス成分と前記第２のガラス成分の屈折率は略等しいことを特徴とする請求項４記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項６】
隣接するマイクロレンズはガラス材料により連成されていることを特徴とする請求項４記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項７】
前記透明基板は、液晶表示装置において電極が形成される透明基板であることを特徴とする請求項４記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項８】
３０×１０−７（／℃）＜αｂ＜５０×１０−７（／℃）、５×１０−７（／℃）＜α１＜３０×１０−７（／℃）、５０×１０−７（／℃）＜α２＜１５０×１０−７（／℃）であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項９】
前記第１のガラス成分の軟化点をＴ１、前記第２のガラス成分の軟化点をＴ２としたとき、Ｔ１−Ｔ２＞２５℃であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項１０】
前記第１のガラス成分は、その軟化点をＴ１としたとき、Ｔ１＞７００℃のセラミックスガラス若しくは石英ガラスであることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項１１】
前記第２のガラス成分は、当該第２のガラス成分の軟化点をＴ２としたとき４００℃＜Ｔ２＜６７５℃であることを特徴とする請求項７又は１０記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項１２】
前記第１のガラス成分の重量比率は、前記第２のガラス成分に対して５％以上３０％以下であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項１３】
前記第１のガラス成分の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７記載のマイクロレンズアレイ基板。
【請求項１４】
透明基板と、当該透明基板上に形成された光学機能部を備えた光学部品の製造方法において、
前記透明基板上に、当該透明基板よりも熱膨張率が低い第１のガラスパウダーと、前記透明基板よりも熱膨張率が高い第２のガラスパウダーを含み、光学機能を生じさせる形状の光学機能形成層を形成するステップと、
前記光学機能形成層を焼成することによって光学機能部を形成するステップとを備えた光学部品の製造方法。
【請求項１５】
前記光学機能形成層の形成ステップは、
前記透明基板上に前記第１のガラスパウダー、前記第２のガラスパウダーと感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストを塗布するステップと、
前記塗布後の感光性ガラスペーストをグレイスケールを介して露光し、現像することによって光学機能を生じさせる形状を形成するステップとを有することを特徴とする請求項１４記載の光学部品の製造方法。
【請求項１６】
透明基板と、当該透明基板上に形成され、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板の製造方法であって、
前記透明基板上に、当該透明基板よりも熱膨張率が低い第１のガラスパウダーと、前記透明基板よりも熱膨張率が高い第２のガラスパウダーを含み、多数のマイクロレンズ形状が形成されたレンズ形成層を形成するステップと、
前記レンズ形成層を焼成することによってマイクロレンズを形成するステップとを備えたマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【請求項１７】
前記レンズ形成層の形成ステップは、
前記透明基板上に前記第１のガラスパウダー、前記第２のガラスパウダーと感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストを塗布するステップと、
前記塗布後の感光性ガラスペーストをグレイスケールを介して露光し、現像することによってマイクロレンズ形状を形成するステップとを有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロレンズアレイ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品及びマイクロレンズアレイ基板並びにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置において、高輝度化及び高視野角化を達成するためにマイクロレンズアレイを用いた技術が提案されている。この技術によれば、透明基板の背面側にマイクロレンズアレイを形成することによって、バックライト光を透明基板に形成されたＴＦＴ素子やブラックマトリクスを避けるように集光させることができ、光の利用効率を高め、高輝度化を達成することが可能となる。
【０００３】
特許文献１には、ガラス基板上に、ガラスよりなるマイクロレンズアレイを形成する方法が開示されている。特許文献１に記載された方法では、ガラス粉末と感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストの膜を基板上に形成し、露光・現像・熱処理を行うことによってマイクロレンズアレイを形成している。
【特許文献１】特開平８−１６６５０２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に記載された製造方法により透明基板上にマイクロレンズアレイの形成した場合に、透明基板とマイクロレンズアレイとの間の熱膨張係数差に基づいて様々な問題が発生することがわかった。図７は、透明基板上にマイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズアレイ基板の一部断面図である。透明基板１上には複数のマイクロレンズ２１を有するマイクロレンズアレイ２が形成されている。この例では隣接するマイクロレンズ２１は、連成部２２によって連成されている。
【０００５】
かかるマイクロレンズアレイ２は、ガラスパウダーが含有された感光性ガラスペーストを感光し、現像した後、焼成することによって透明基板１上に形成されるが、ガラスパウダーと透明基板１との間に熱膨張係数の差があると、焼成後のマイクロレンズアレイ２と透明基板１との間に応力が残留する。実験では、ガラスパウダーに７０×１０−７（／℃）の材料を、透明基板１に３８×１０−７（／℃）の材料をそれぞれ用いた。この熱膨張係数差によって残留する応力によって、マイクロレンズアレイ２に複屈折が発生し、その偏光特性が劣化した。複屈折はマイクロレンズアレイ２を透過する光に悪影響を与えることになるが、特にこのマイクロレンズアレイ基板は液晶表示装置に用いられ、偏光光が入射するので、複屈折により偏光光の偏光方向が回転することになり、表示品質を悪化させるという問題が発生した。さらに、この複屈折は、マイクロレンズアレイ２の全体に亘って一様に生じるものであれば対策も施しやすいが、偏在するものであるため、対策は容易ではない。
【０００６】
さらに、熱膨張係数の差によって発生する応力によってマイクロレンズ２１間においてマイクロレンズアレイ２にクラックが発生することもあった。それに留まらず、ガラス製の透明基板１の表面に剥がれが生じることもあった。特に、硬質ガラス製の透明基板を用いた場合に、表面の剥がれが顕著であった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、透明基板とマイクロレンズアレイ等の光学機能部の熱膨張係数の差によって生ずる複屈折やクラックの発生を抑制し、高い光学性能を有する光学部品及びマイクロレンズアレイ基板並びにそれら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】
【０００８】
本発明にかかる光学部品は、透明基板と、当該透明基板上に形成され、第１のガラス成分と第２のガラス成分を含む光学機能部を備えた光学部品において、前記第１のガラス成分の熱膨張係数をα１、第２のガラス成分の熱膨張係数をα２、前記透明基板の熱膨張係数をαｂとしたとき、α１＜αｂ＜α２の関係が成り立つことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、前記第１のガラス成分と前記第２のガラス成分の屈折率は略等しいことが好ましい。また、前記第１のガラス成分の平均粒子径が５０ｎｍ以下であるとよい。
【００１０】
本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板は、透明基板と、当該透明基板上に形成され、第１のガラス成分と第２のガラス成分を含む複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板において、前記第１のガラス成分の熱膨張係数をα１、第２のガラス成分の熱膨張係数をα２、前記透明基板の熱膨張係数をαｂとしたとき、α１＜αｂ＜α２の関係が成り立つことを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、前記第１のガラス成分と前記第２のガラス成分の屈折率は略等しいことが好ましい。また、隣接するマイクロレンズはガラス材料により連成されている構成において、より効果が顕著である。好適な実施の形態において、透明基板は、液晶表示装置において電極が形成される透明基板である。
【００１２】
好適な実施の形態にかかるマイクロレンズアレイ基板は、３０×１０−７（／℃）＜αｂ＜５０×１０−７（／℃）、５×１０−７（／℃）＜α１＜３０×１０−７（／℃）、５０×１０−７（／℃）＜α２＜１５０×１０−７（／℃）である。また、前記第１のガラス成分の軟化点をＴ１、前記第２のガラス成分の軟化点をＴ２としたとき、Ｔ１−Ｔ２＞２５℃であることが望ましい。さらに、前記第１のガラス成分は、その軟化点をＴ１としたとき、Ｔ１＞７００℃のセラミックスガラス若しくは石英ガラスであることが望ましい。また、前記第２のガラス成分は、当該第２のガラス成分の軟化点をＴ２としたとき４００℃＜Ｔ２＜６７５℃であることが好ましい。また、前記第１のガラス成分の重量比率は、前記第２のガラス成分に対して５％以上３０％以下であることが望ましい。さらに、第１のガラス成分の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明にかかる光学部品の製造方法は、透明基板と、当該透明基板上に形成された光学機能部を備えた光学部品の製造方法において、前記透明基板上に、当該透明基板よりも熱膨張率が低い第１のガラスパウダーと、前記透明基板よりも熱膨張率が高い第２のガラスパウダーを含み、光学機能を生じさせる形状の光学機能形成層を形成するステップと、前記光学機能形成層を焼成することによって光学機能部を形成するステップとを備えたものである。
【００１４】
ここで、前記光学機能形成層の形成ステップは、前記透明基板上に前記第１のガラスパウダー、前記第２のガラスパウダーと感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストを塗布するステップと、前記塗布後の感光性ガラスペーストをグレイスケールを介して露光し、現像することによって光学機能を生じさせる形状を形成するステップとを有することが好ましい。
【００１５】
本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、透明基板と、当該透明基板上に形成され、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズアレイ基板の製造方法であって、前記透明基板上に、当該透明基板よりも熱膨張率が低い第１のガラスパウダーと、前記透明基板よりも熱膨張率が高い第２のガラスパウダーを含み、多数のマイクロレンズ形状が形成されたレンズ形成層を形成するステップと、前記レンズ形成層を焼成することによってマイクロレンズを形成するステップとを備えたものである。
【００１６】
ここで、前記レンズ形成層の形成ステップは、前記透明基板上に前記第１のガラスパウダー、前記第２のガラスパウダーと感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストを塗布するステップと、前記塗布後の感光性ガラスペーストをグレイスケールを介して露光し、現像することによってマイクロレンズ形状を形成するステップとを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、透明基板とマイクロレンズアレイ等の光学機能部の熱膨張係数の差によって生ずる複屈折やクラックの発生を抑制し、高い光学性能を有する光学部品及びマイクロレンズアレイ基板並びにそれら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】
【００１８】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。また、説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、本明細書でいうマイクロレンズとは、凸や凹形状の通常のレンズのみならず、シリンドリカルレンズ、フレネルレンズ、プリズムを含む概念であり、マイクロレンズアレイとはこれらの集合体をいう。さらに、マイクロレンズアレイ基板とは、マイクロレンズアレイが形成された基板をいう。
【００１９】
発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１にかかる光学部品は、マイクロレンズアレイ基板であり、透明基板上に光学機能部としてマイクロレンズアレイが形成されている。
【００２０】
まず、図１を用いて本発明の実施の形態１にかかるマイクロレンズアレイ基板について説明する。図１は当該マイクロレンズアレイ基板の一部断面図であり、一つのマイクロレンズ部分のみが開示されている。図１（ａ）は焼成前の状態を、図１（ｂ）は焼成後の状態を示す。マイクロレンズアレイ基板は、後に詳述するが、液晶表示装置の画素に対応する数だけマイクロレンズが形成されている。
【００２１】
透明基板１上にマイクロレンズアレイ２が形成されている。マイクロレンズアレイ２は、多数のマイクロレンズを有する。この例におけるマイクロレンズアレイ２では、隣接するマイクロレンズ２１の間が連成されており、各マイクロレンズ同士がマイクロレンズアレイ基板の全体に亘って一体的に形成されている。
【００２２】
本発明の実施の形態１にかかる透明基板１は、液晶表示装置において用いられ、ＴＦＴ等のスイッチング素子や電極が表面に形成されるガラス基板である。このガラス基板は、ガラス中にアルカリ金属酸化物が含有されていると、熱処理時に成膜された半導体物質中にアルカリイオンが拡散し、膜特性の劣化を招くため、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないことが好ましい。また、フォトエッチング工程において使用される種々の酸、アルカリ等の薬品によって劣化しないような耐薬品性を有することが望ましい。さらに、成膜等の液晶製造工程でガラス基板が熱収縮してパターンずれを起こさないように、高い歪点、具体的には、６００℃以上の歪点を有することが望ましい。さらにまた、ガラス中に基板として好ましくない溶融欠陥が発生しないよう溶融性に優れていることが好ましい。また、表面に形成されるマイクロレンズアレイ２やスイッチング素子や電極等の材料の熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有することが望ましい。透明基板１の熱膨張係数αｂは使用されるガラス材料によって異なるが、例えば、３０×１０−７（／℃）＜αｂ＜５０×１０−７（／℃）である。
【００２３】
図１（ａ）に示される焼成前のマイクロレンズアレイ基板は、後にその製造工程については詳述するが、透明基板１上に２種類のガラスパウダー（ガラス粉末）と感光性樹脂（レジスト）からなる感光性ガラスペーストの膜を形成し、露光・現像を行うことによって形成されている。この例における、マイクロレンズ２１は、感光性樹脂２１１、高融点ガラスパウダー２１２、低融点ガラスパウダー２１３を主成分としている。感光性ガラスペーストに含まれるガラスの体積パーセントは、３０〜５０％が好ましい。また、ガラスパウダーと感光性樹脂は、屈折率をほぼ等しくすることが望ましい。
【００２４】
感光性ガラスペーストを作成するためには、まず、ガラスブロックを粉砕し、１０μｍ以下に微粒子化する。その後、シラン処理を行い、ガラス粉末と感光性樹脂を混錬し、ガラス粉末を感光性樹脂中に分散させる。これにより感光性ガラスペーストを作成できる。
【００２５】
感光性樹脂は、紫外線硬化性樹脂が好ましい。感光性樹脂として、有機溶媒、アルカリ溶液、水のいずれかで現像できることが好ましい。紫外線硬化性樹脂としては、少なくとも側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体と光反応性化合物を含むものであることが好ましい。側鎖にカルボキシル基とエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体は、ポリマーバインダー成分であり、不飽和カルボン酸とエチレン性不飽和化合物を共重合させて形成したアクリル系共重合体にエチレン性不飽和基を側鎖に付加させることによって製造できる。
【００２６】
不飽和カルボン酸は、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸およびこれらの酸無水物などである。エチレン性不飽和化合物は、例えば、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート等である。側鎖のエチレン不飽和基としてはビニル基、アリル基、アクリル基のようなものがある。
【００２７】
グリシジル基を有するエチレン性不飽和化合物としては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アリルグリシジルエーテルなどが挙げられる。感光性ガラスペーストに含まれる感光性樹脂には、ポリマーバインダー成分として上記のアクリル系共重合体以外の感光性ポリマーや非感光性ポリマーを併用することもできる。
【００２８】
感光性ポリマーとしては、光不溶化型のものと光可溶化型のものがあり、光不溶化型のものとしては、１分子に不飽和基などを１つ以上有する官能性モノマーやオリゴマーを適当なポリマーバインダーと混合したもの、芳香族ジアゾ化合物、芳香族アジド化合物、有機ハロゲン化合物などの感光性化合物を適当なポリマーバインダーに混合したもの、既存の高分子に感光性の基をペンダントすることにより得られる感光性高分子あるいはそれを改質したもの、ジアゾ系アミンとホルムアルデヒドとの縮合物などのいわゆるジアゾ樹脂などが挙げられる。また光可溶化型のものとして、ジアゾ化合物の無機塩や有機酸とのコンプレックス、キノンジアジド類などを適当なポリマーバインダーと混合したもの、キノンジアゾ類を適当なポリマーバインダーと結合させた、例えばフェノール、ノボラック樹脂のナフトキノン−１，２−ジアジド−５−スルホン酸エステルなどが挙げられる。
【００２９】
非感光性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、メタクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステル重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、α−メチルスチレン重合体などが挙げられる。
【００３０】
光反応性化合物としては、公知の光反応性を有する炭素−炭素不飽和結合を含有するモノマー、オリゴマーを用いることができる。例えば、光反応性化合物には、アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシトリエチレングリコールアクリレートなどがある。またオリゴマーの代表例としてはポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレートなどが挙げられる。
【００３１】
紫外線硬化性樹脂に使用される光重合開始剤には、例えば、ベンゾフェノン、ｏ−ベンゾイル安息香酸メチル、４，４−ビス（ジメチルアミン）ベンゾフェノン、４，４−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン、４，４−ジクロロベンゾフェノンなどの還元剤の組み合わせなどがある。
【００３２】
感光性樹脂として、ネガ型フォトレジストとポジ型フォトレジストのいずれも用いることができるが、ポジ型フォトレジストと比較すると、ネガ型フォトレジストの方が多角形からなるレンズを形成する上で好適である。ポジ型フォトレジストを使用した場合には、高温でリフローすると、多角形状の角部が丸くなり、その多角形状を維持することができないという問題がある。但し、多角形レンズであっても高精度である必要がない場合や円形レンズの場合には、ポジ型フォトレジストであってもよい。
【００３３】
高融点ガラスパウダー２１２には、熱膨張係数が透明基板１及び低融点ガラスパウダー２１３よりも低い材料が用いられ、好ましくは、熱膨張係数α１が５×１０−７＜α１＜３０×１０−７（／℃）の材料が用いられる。高融点ガラスパウダー２１２は、その軟化点をＴ１としたとき、Ｔ１＞７００℃のセラミックスガラス若しくは石英ガラスを用いることが望ましい。例えば、高融点ガラスパウダー２１２の材料として、熱膨張係数が６×１０−７（／℃）、屈折率が１．４６の石英ガラスを用いることができる。
【００３４】
低融点ガラスパウダー２１３には、熱膨張係数が透明基板１及び高融点ガラスパウダー２１２よりも高い材料が用いられ、好ましくは、熱膨張係数α２が５０×１０−７（／℃）＜α２＜１５０×１０−７（／℃）の材料が用いられる。低融点ガラスパウダー２１３は、当該低融点ガラスパウダー２１３の軟化点をＴ２としたとき４００℃＜Ｔ２＜６７５℃である材料を用いることが好ましい。
【００３５】
高融点ガラスパウダー２１２と低融点ガラスパウダー２１３の屈折率は略等しいことが好ましい。両者の界面における屈折率差による散乱、屈折によって生ずる光利用効率の低下を防止することができるからである。また、高融点ガラスパウダー２１２の軟化点をＴ１、低融点ガラスパウダー２１３の軟化点をＴ２としたとき、Ｔ１−Ｔ２＞２５℃であることが望ましい。高融点ガラスパウダー２１２の重量比率は、低融点ガラスパウダー２１３に対して５％以上３０％以下であることが望ましい。
【００３６】
図１（ｂ）は、焼成後のマイクロレンズアレイ基板の一部断面を示すものである。焼成により、マイクロレンズ２１に含まれる合成樹脂２１１は焼失し、低融点ガラスパウダー２１３は溶融し、低融点ガラスマトリックス２１４となる。高融点ガラスパウダー２１２は、溶融せずに粒状に残る。焼成工程を減ると、マイクロレンズ２１は全体として収縮し、例えば、マイクロレンズ２１の高さは焼成工程前の４０％程度となる。さらに、焼成工程の後に、Ｂ−フッ酸処理を行うことによってレンズ表面を平滑化（スムージング化）することが好ましい。高融点ガラスパウダー２１２が耐フッ酸性の低い石英ガラスである場合には、Ｂ−フッ酸処理によって、レンズ表面に凹凸を生じさせる原因となる高融点ガラスパウダー２１２を溶融させることができ、スムージング化が可能となる。
【００３７】
本実施の形態にかかるマイクロレンズアレイ２において、隣接するレンズ２１間は、このレンズを形成するガラス材によって連成されている。そして、ガラス材で連成されたレンズ間の境界部における、透明基板１の上面からの厚みδ（焼成後の厚み）は、０．１μｍ≦δ≦２００μｍであることが望ましい。さらに好ましい範囲は、０．５μｍ≦δ≦５０μｍであり、より好ましい範囲は１μｍ≦δ≦１０μｍである。
【００３８】
以上説明したように、高融点ガラスパウダー２１２の熱膨張係数α１、低融点ガラスパウダー２１３の熱膨張係数α２、透明基板１の熱膨張係数αｂは、α１＜αｂ＜α２の関係を有する。図２に、高融点ガラスパウダー２１２の熱膨張係数α１、低融点ガラスパウダー２１３の熱膨張係数α２、透明基板１の熱膨張係数αｂの関係を示す。本発明の実施の形態によれば、マイクロレンズ２１を、透明基板１よりも熱膨張係数が低い高融点ガラスパウダー２１２と熱膨張係数が高い低融点ガラスパウダー２１３によって形成することにより、当該透明基板１と近似する熱膨張係数に調整することができる。具体的には、透明基板１０２の熱膨張係数をα１とし、マイクロレンズアレイ２の熱膨張係数をα２としたとき、（α１−α２）／α１の絶対値が０．５以下であることが好ましい。即ち、α１に対するα１とα２の差の割合が５０％以下であることが望ましい。調整されたマイクロレンズ２１と透明基板１は、ほぼ同じ熱膨張係数を有するため、熱膨張係数の差によって発生する応力を低減することができ、これに伴う、複屈折及びクラックの発生を抑制することができる。α１に対するα１とα２の差の割合は、より好ましくは、３０％以下であれば、より偏光特性が向上する。
【００３９】
続いて、本発明の実施の形態１にかかるマイクロレンズアレイ基板の製造方法について説明する。本発明の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ基板の製造工程は、レーザ描画を用いて乾板上にマスクパターンを描画し、マスターグレイスケールマスクを作成する工程、マスターグレイスケールマスクを介してエマルジョンプレートを露光し、マザーグレイスケールマスクを作成する工程、マザーグレイスケールマスクを介して透明基板上に塗布した感光性ガラスペーストを露光し、マイクロレンズアレイを形成する工程を備えている。なお、マスターグレイスケールマスクのみでもマイクロレンズアレイを形成することも可能だが、マザーグレイスケールマスクを用いることにより、大面積かつ多数個取りが可能となる。本発明は、マザーグレイスケールマスクを介して透明基板上に塗布した感光性ガラスペーストを露光し、マイクロレンズアレイを形成する工程に特徴を有するので、図３を用いて以下に詳述する。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示されるように、ガラス製の透明基板１を用意する。次に、図３（ｂ）に示されるように、この透明基板１の片面の全域に亘って、感光性樹脂２１１、高融点ガラスパウダー２１２、低融点ガラスパウダー２１３を主成分とする感光性ガラスペーストを塗布し、成膜することによって、レンズ形成層（光学機能形成層）２１ａを形成する。なお、感光性ガラスペースト中の感光性樹脂２１１にはネガ型フォトレジストを用いている。塗布方法には、スピンコートやスリットコートがある。
【００４１】
次に、図３（ｃ）に示されるように、レンズ形成層２１ａを形成した面の反対側に、グレイスケールマスク３を配置し、露光する。グレイスケールマスク３側から照射された露光光は、グレイスケールマスク３のレンズ形成用領域によって強度変調が加えられる。詳細には、レンズ形成用領域の中心部を最大として同心円状に露光強度が減少するように、強度変調が加えられる。グレイスケールマスク３のレンズ形成用領域によって強度変調の加えられた露光光によって、レンズ形成層２１ａは、レンズ形状に硬化する。図３（ｄ）に示されるように、レンズ形成層２１ａの露光が完了した後、レンズ形成層２１ａを現像することによって未硬化部分を除去する。
【００４２】
さらに、感光性樹脂２１１及び低融点ガラスパウダー２１３の軟化温度以上の温度で熱処理（焼成）を行い、マイクロレンズ２１を形成する（図３（ｅ））。この焼成工程により、感光性樹脂２１１は焼失し、低融点ガラスパウダー２１３は溶融して低融点ガラスマトリックスとなる。
【００４３】
図３に示す製造方法では、感光性ガラスペースト中の感光性樹脂にネガ型フォトレジストを用いたが、図４に示されるように、感光部分が分解し溶剤に対する溶解性が向上する、ポジ型フォトレジストを用いることもできる。
【００４４】
まず、図４（ａ）に示されるように、ガラス製の透明基板１を用意する。次に、図４（ｂ）に示されるように、この透明基板１の片面の全域に亘って、感光性ガラスペーストを塗布し、成膜することによって、レンズ形成層２１ａを形成する。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示されるように、レンズ形成層２１ａの上方に、グレイスケールマスク３を配置し、露光する。グレイスケールマスク３側から照射された露光光は、グレイスケールマスク３のレンズ形成用領域によって強度変調が加えられる。詳細には、レンズ形成用領域の中心部を最小として同心円状に露光強度が増加するように、強度変調が加えられる。グレイスケールマスク３のレンズ形成用領域によって強度変調の加えられた露光光によって、レンズ形成層２１ａは、レンズ形状以外の部分が現像液により分解される。
【００４６】
図４（ｄ）に示されるように、レンズ形成層２１ａの露光が完了した後、レンズ形成層２１ａを現像することによって未硬化部分を除去する。レンズ形成層２１では、隣接するレンズ形状の間に連成部が形成されている。さらに、ガラスの軟化温度以上の温度で熱処理（焼成）を行い、マイクロレンズ２１を形成した（図４（ｅ））。
【００４７】
発明の実施の形態２．
図５を用いて本発明の実施の形態２にかかるマイクロレンズアレイ基板について説明する。図５は当該マイクロレンズアレイ基板の一部断面図であり、一つのマイクロレンズ部分のみが開示されている。図５（ａ）は焼成前の状態を、図５（ｂ）は焼成後の状態を示す。
【００４８】
本発明の実施の形態２にかかる透明基板１は、発明の実施の形態１にかかる透明基板と同じであるため説明を省略する。
【００４９】
図５（ａ）に示される焼成前のマイクロレンズアレイ基板は、透明基板１上に２種類のガラスパウダーと感光性樹脂からなる感光性ガラスペーストの膜を形成し、露光・現像を行うことによって形成されている。この例では、マイクロレンズ２１には、いわゆるナノ粒子の高融点ガラスパウダーが分散した感光性樹脂２１５、低融点ガラスパウダー２１３を主成分としている。感光性ガラスペーストに含まれるガラスの体積パーセントは、３０〜５０％が好ましい。また、ガラスパウダーと感光性樹脂は、屈折率をほぼ等しくすることが望ましい。
【００５０】
感光性樹脂は、発明の実施の形態１において説明したものと同じであるため説明を省略する。
【００５１】
感光性樹脂２１５に分散した高融点ガラスパウダーには、熱膨張係数が透明基板１及び低融点ガラスパウダー２１３よりも低い材料が用いられ、好ましくは、熱膨張係数α１が５×１０−７＜α１＜３０×１０−７（／℃）の材料が用いられる。高融点ガラスパウダーとして、高屈折率のＴａ２Ｏ５を用いることができる。ここで、Ｔａ２Ｏ５の熱膨張係数は８（／℃）、屈折率は２．２０である。本発明の実施の形態２における高融点ガラスパウダーは、いわゆるナノ粒子であり、その平均粒子径が５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下である。発明の実施の形態１において高融点ガラスパウダーと低融点ガラスパウダーは、界面における屈折率差による散乱、屈折によって生ずる光利用効率の低下を防止するために屈折率が近似するものを用いたが、発明の実施の形態２における高融点ガラスパウダーは粒径が極めて小さいため、光により認識されないため、低融点ガラスパウダーと屈折率が大幅に異なる材料を用いることができる。このため、高融点ガラスパウダーとしてＴａ２Ｏ５のような高屈折率材料を用いることができ、高屈折率のマイクロレンズを製造することができる。マイクロレンズを高屈折率化することによって、レンズ高さを低くすることができるので、スペースが限られている機器に用いる場合に適している。特に、高屈折率のマイクロレンズは、開口数が高く、焦点距離を短くすることができるので、透明基板１の厚さが薄い場合であってもＴＦＴ素子や反射電極間の開口部に光を効率的に集めることができ、光利用効率を高めることができる。
【００５２】
低融点ガラスパウダー２１３には、熱膨張係数が透明基板１及び高融点ガラスパウダー２１２よりも高い材料が用いられ、好ましくは、熱膨張係数α２が５０×１０−７（／℃）＜α２＜１５０×１０−７（／℃）の材料が用いられる。低融点ガラスパウダー２１３は、当該低融点ガラスパウダー２１３の軟化点をＴ２としたとき４００℃＜Ｔ２＜６７５℃（例えば、約６００℃）である材料を用いることが好ましい。
【００５３】
高融点ガラスパウダーの軟化点をＴ１、低融点ガラスパウダー２１３の軟化点をＴ２としたとき、Ｔ１−Ｔ２＞２５℃であることが望ましい。高融点ガラスパウダーの重量比率は、低融点ガラスパウダー２１３に対して５％以上３０％以下であることが望ましい。
【００５４】
図５（ｂ）は、焼成後のマイクロレンズアレイ基板の一部断面を示すものである。焼成により、マイクロレンズ２１に含まれる合成樹脂２１１は焼失し、低融点ガラスパウダー２１３は溶融する。高融点ガラスパウダーは、溶融せずに粒状に残るが、上述のようにその粒子径は極めて小さいため、レンズ表面はほぼ平滑である。従って、Ｂ−フッ酸処理等のスムージング化を行う必要がなく、製造工程を簡略化できる。焼成工程を経ると、マイクロレンズ２１は全体として収縮し、例えば、マイクロレンズ２１の高さが焼成工程前の４０％程度となる。本実施の形態にかかるマイクロレンズアレイ２において、隣接するレンズ２１間は、このレンズを形成するガラス材によって連成されている。
【００５５】
本発明の実施の形態２によれば、マイクロレンズ２１を、透明基板１よりも熱膨張係数が低い高融点ガラスパウダーと熱膨張係数が高い低融点ガラスパウダー２１３によって形成することにより、当該透明基板１と近似する熱膨張係数に調整することができる。従って、マイクロレンズ２１と透明基板１は、ほぼ同じ熱膨張係数を有するため、熱膨張係数の差によって発生する応力を低減することができ、これに伴う、複屈折及びクラックの発生を抑制することができる。
【００５６】
さらに、本発明の実施の形態２においては、高融点ガラスパウダーとして平均粒子径が５０ｎｍ以下のナノ粒子を用いたので、マイクロレンズ２１を高屈折率化することができる。
【００５７】
その他の実施の形態．
上述の実施の形態におけるマイクロレンズは、高融点ガラスパウダーと低融点ガラスパウダーの２種類のガラスパウダーにより形成したが、これに限らず、３種類以上のガラスパウダーにより形成してもよい。
【００５８】
マイクロレンズアレイ基板の適用例．
本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイ基板は、液晶表示装置に搭載可能である。図６はマイクロレンズアレイ基板を搭載した液晶表示装置の断面図を示す図である。この液晶表示装置は、いわゆる半透過型液晶表示装置である。図６において液晶表示装置は、液晶パネル１００、マイクロレンズアレイ２００を備えている。液晶パネル１００では、２枚の透明基板１０１、１０２の間に液晶層１０３が挟持されている。
【００５９】
カラーフィルタ層１０４と液晶層１０３の間には、透明電極１０６及び配向膜１０７が順次積層形成されている。液晶パネル１００の背面側に配置されている透明基板１０２にはＴＦＴ素子１０８が形成され、更に透明電極１０６、配向膜１０７が積層形成される。ＴＦＴ素子１０８側の透明電極１０６上には画素電極１６１及び配線１６２が形成されており、画素電極１６１は開口部１６１ａ及び反射部１６１ｂを有する。開口部１６１ａは液晶パネル１００に対して透明基板１０２側から入射する光の通り道となる。反射部１６１ｂは透明基板１０１側から入射する光を反射する反射板の役割を果たす。
【００６０】
透明基板１０２の背面側にはマイクロレンズアレイ２００が設けられている。マイクロレンズアレイ２００はリム２０１及びマイクロレンズ２０２を有する。マイクロレンズアレイ２００は、バックライトからの光を開口部１６１ａに集光させるため、光の利用効率を高めることができ、輝度を高めることができる。例えば、半透過型の場合には光利用効率を約３倍向上させることができた。透過型の場合には光利用効率を約２倍向上させることができた。偏光板１０９は、入射光に対して特定の偏光成分のみを透過させる機能を有する光学部材であって、２枚の透明基板１０１、１０２の両側表面に貼り付けられる。スペーサ１１０は、透明基板１０１、１０２間の液晶層１０３の高さを制御する樹脂粒子で、透明基板１０１、１０２間の全範囲に亘り、複数個散在される。
【００６１】
本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイ基板は、液晶表示装置に限らず、他の用途においても用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板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基板における各部材の熱膨張係数を比較するためのグラフである。
【図３】本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図４】本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す図である。
【図５】本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板の一部断面図である。
【図６】本発明にかかるマイクロレンズアレイ基板を搭載した液晶表示装置の断面図である。
【図７】従来の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  透明基板
２  マイクロレンズアレイ
２１  マイクロレンズ
２１１  感光性樹脂
２１２  高融点ガラスパウダー
２１３  低融点ガラスパウダー
【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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