(57)【要約】【課題】光利用効率を向上させると共に、空間光変調装置の耐久性を向上させることが可能な光学素子基板、液晶装置及びプロジェクタ並びに光学素子基板の製造方法を提供すること。【解決手段】平面状に配置された複数のマイクロレンズ３６を有し、各マイクロレンズ３６が入射した光をそれぞれの光軸ＡＸに向けて集光するマイクロレンズアレイ基板３１であって、マイクロレンズ３６が、光軸ＡＸに沿って３段重ねられた屈折面５６〜５８を有しており、屈折面５６〜５８は、光軸ＡＸを中心とすると共に入射側に向かうにしたがって光軸ＡＸに近接して配置され、屈折面５６、５７において光軸ＡＸを含む断面の外周の少なくとも一部が曲線であり、屈折面５６〜５８の集光位置がそれぞれ異なる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状に配置された複数の集光素子を有し、該各集光素子が入射した光をそれぞれの光軸に向けて集光する光学素子基板であって、
前記集光素子が、前記光軸に沿って少なくとも３つの集光領域を有し、
前記集光領域は、前記光軸を中心とすると共に前記光の入射側に向かうにしたがって該光軸に近づくように配置され、
前記光軸により近く配置された２つの前記集光領域は、前記光軸を含む断面の外周の少なくとも一部が曲線である屈折面を有しており、
少なくとも１つの前記集光領域の集光位置が、他の集光領域の集光位置と異なることを特徴とする光学素子基板。
【請求項２】
前記集光領域の少なくとも１つの集光位置が、他の集光領域の集光位置と平面視で異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子基板。
【請求項３】
前記複数の集光領域のうち入射側の２つの前記屈折面を形成する前記曲線の曲率半径が、互いに等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子基板。
【請求項４】
前記複数の集光領域のうち少なくとも１つに、集光位置がそれぞれ異なる複数の副集光領域が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子基板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子基板と、
前記複数の集光素子のそれぞれと対応して設けられて画像を構成する複数の画素と、
前記光学素子基板と前記複数の画素の間に設けられた遮光膜とを備えることを特徴とする液晶装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液晶装置を空間光変調装置として備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
上面に開口を有し、断面が少なくとも２段の階段形状の凹部を基板本体に形成する凹部形成工程と、
前記凹部が形成された前記基板本体を、前記凹部の内周面を起点として等方的にエッチングする等方性エッチング工程とを備えることを特徴とする光学素子基板の製造方法。
【請求項８】
前記凹部形成工程が、前記基板本体上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記レジスト層に前記凹部と対応する形状のレジスト凹部を形成するパターニング工程と、
前記レジスト凹部を前記基板本体に転写して前記凹部を形成する転写工程とを備えることを特徴とする請求項７に記載の光学素子基板の製造方法。
【請求項９】
前記基板本体の表面に、該基板本体と前記等方性エッチング工程でのエッチングレートが異なるエッチング変化層が形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の光学素子基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子基板、液晶装置及びプロジェクタ並びに光学素子基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタはホームユースへの用途が拡大している。そのため、プロジェクタの空間光変調装置には、安価、長寿命かつ高い光利用効率で高コントラストな画像が得られることが望まれている。このような空間光変調装置としては、例えば液晶装置が用いられている。液晶装置には、その画像表示領域内に、データ線や走査線、容量線などの各種配線や、薄膜トランジスタや薄膜ダイオードなどの各種電子素子が設けられている。そのため、各画素において、画像表示に寄与する光が透過または反射できる領域は、各種配線や電子素子などの存在によって制限されてしまう。ここで、各画素の開口率は、各画素の領域と画像表示に寄与する光が透過または反射できる領域との比率、すなわち開口領域の面積比率で定義される。一般的に、液晶装置の開口率はほぼ７０％程度である。また、液晶装置をほぼ平行光で照明するときは、全光量のうち各画素の開口率に応じた光量だけ利用でき、利用されない光が光量損失となる。
【０００３】
そこで、光量損失の低減を図るために、対向基板に設けられて液晶装置に入射した光を遮光膜の内側である画素の開口領域に集光させるマイクロレンズなどの集光素子が提供されている（例えば、特許文献１、２参照）。このマイクロレンズは、光源からの照明光を画素単位で開口領域に向けて集光する。そして、マイクロレンズで集光された照明光は、効率よく画素の開口領域を透過することができる。したがって、液晶装置にマイクロレンズを用いることで、遮光膜による光量損失が少なくなり、光利用効率の向上が図れる。
ここで、マイクロレンズとしては、一般に球面レンズや非球面レンズが用いられている。これらのレンズでは、レンズの外縁部に入射した光を画素開口の中央部に向けて出射させるため、レンズの外縁部の屈折角が中心部の屈折角と比較して大きくなっている。
【特許文献１】特開２００５−２８３６２１号公報
【特許文献２】特開平５−１５０１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のマイクロレンズにおいても、以下の課題が残されている。すなわち、液晶の画素の狭ピッチ化に伴って画素のサイズが小さくなっているが、従来のマイクロレンズを用いると、レンズの外縁部に入射した光を大きく屈折させるので、光が遮光膜によって遮光されることで光量損失が大きくなるという問題がある。また、マイクロレンズの集光位置が一箇所であるため、入射した光が画素開口の中央部に集中し、空間光変調装置の耐久性が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、光利用効率を向上させると共に、空間光変調装置の耐久性を向上させることが可能な光学素子基板、液晶装置及びプロジェクタ並びに光学素子基板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】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる光学素子基板は、平面状に配置された複数の集光素子を有し、該各集光素子が入射した光をそれぞれの光軸に向けて集光する光学素子基板であって、前記集光素子が、前記光軸に沿って少なくとも３つの集光領域を有し、前記集光領域は、前記光軸を中心とすると共に前記光の入射側に向かうにしたがって該光軸に近づくように配置され、前記光軸により近く配置された２つの前記集光領域は、前記光軸を含む断面の外周の少なくとも一部が曲線である屈折面を有しており、少なくとも１つの前記集光領域の集光位置が、他の集光領域の集光位置と異なることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、少なくとも１つの集光位置が他と異なる集光領域を３つ以上設けることで、集光素子の外縁近傍に入射した光が過剰に屈折などされることを防止すると共に、光の集光位置が分散する。これにより、光学素子基板の出射側に遮光膜を配置した際の遮光膜による光量損失を低減できる。また、光学素子基板の出射側に設けられた照射対象に集光した光が集中することを避け、この照射対象が劣化することを抑制する。
すなわち、複数の集光領域が光軸を中心として配置されており、それぞれが独立した曲面形状を有しているので、集光領域のそれぞれで各集光領域に入射した光の集光位置を設定することが可能となる。このため、集光素子の外縁部に配置された集光領域は、集光素子の外縁近傍に入射した光を過剰に屈折などさせて光を遮光膜で遮光させることなく、光軸に向けて集光させることができる。したがって、光学素子基板の出射側に遮光膜を配置したときにおける遮光膜による光量損失を低減し、光利用効率が向上する。
また、照射対象の複数箇所に光を集光させるので、光が照射されることによる発熱などが分散されて照射対象における発熱などの影響が小さくなる。これにより、照射対象の長寿命化が図れる。ここで、複数の集光領域による集光位置は、光軸と平行な直線において異なっていても、光軸に垂直な面において異なっていてもよい。
【０００８】
また、本発明にかかる光学素子基板は、前記集光領域の少なくとも１つの集光位置が、他の集光領域の集光位置と平面視で異なることとしてもよい。
この発明では、複数の集光領域のうちの少なくとも１つを他の集光領域と光軸に垂直な面において異ならせることで、照射対象における発熱などの影響を効率よく低減できる。
【０００９】
また、本発明にかかる光学素子基板は、前記複数の集光領域のうち入射側の２つの前記屈折面を形成する前記曲線の曲率半径が、互いに等しいこととしてもよい。
この発明では、入射側の２つの集光領域の屈折面を形成する曲面部の曲率半径を等しくすることで、各集光領域の集光位置をより確実に異ならせることができる。これにより、集光素子に入射した光の集光位置を分散させ、局所的に光が集中することをより確実に防止することが可能となる。
【００１０】
また、本発明にかかる光学素子基板は、前記複数の集光領域のうち少なくとも１つに、集光位置がそれぞれ異なる複数の副集光領域が形成されていることが好ましい。
この発明では、集光領域に副集光領域を形成することで、この集光領域が複数の集光位置を有することになる。これにより、この集光領域に入射した光が複数の集光位置で集光し、局所的に光が集中することがより確実に回避される。
【００１１】
また、本発明にかかる液晶装置は、上記記載の光学素子基板と、前記集光素子のそれぞれと対応して設けられて画像を構成する複数の画素と、該複数の画素の間に設けられた遮光膜とを備えることを特徴とする。
この発明では、上述した光学素子基板を備えているので、遮光膜による光量損失が低減すると共に、集光した光が集中しない状態で照射対象である画素の開口領域に到達する。これにより、光利用効率が向上すると共に液晶装置の耐久性が向上し、液晶装置の長寿命化が図れる。
【００１２】
また、本発明にかかるプロジェクタは、上記記載の液晶装置を空間光変調装置として備えることを特徴とする。
この発明では、上述した液晶装置を備えているので、光利用効率や耐久性を向上させ、液晶装置の長寿命化が図れる。
【００１３】
また、本発明にかかる光学素子基板の製造方法は、上面に開口を有し、断面が少なくとも２段の階段形状の凹部を基板本体に形成する凹部形成工程と、前記凹部が形成された前記基板本体を、前記凹部の内周面を起点として等方的にエッチングする等方性エッチング工程とを備えることを特徴とする。
この発明では、少なくとも２段の階段形状の凹部を基板本体に形成し、この凹部の内周面であって凹部を形成する各段の縁部と凹部の開口縁部とを起点として等方的にエッチングすることで、曲面が容易に形成できる。このため、凹部を少なくとも２段の階段形状とすることで上述した少なくとも３段の集光領域を形成できるので、集光素子を容易に製造することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる光学素子基板の製造方法は、前記凹部形成工程が、前記基板本体上にレジスト層を形成するレジスト層形成工程と、前記レジスト層に前記凹部と対応する形状のレジスト凹部を形成するパターニング工程と、前記レジスト凹部を前記基板本体に転写して前記凹部を形成する転写工程とを備えることが好ましい。
この発明では、レジスト層にレジスト凹部を形成し、これを基板本体に転写することによって凹部を形成するので、例えばＨＥＢＳ（High Energy Beam Sensitive：高エネルギー位相敏感）マスクを用いたグレースケールリソグラフィ技術を用いることなく、容易に凹部を形成することができる。したがって、上述した集光領域を有する集光素子を容易かつ安価に製造することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる光学素子基板の製造方法は、前記基板本体の表面に、該基板本体と前記等方性エッチング工程でのエッチングレートが異なるエッチング変化層が形成されていることとしてもよい。
この発明では、エッチング変化層を設けることで、集光領域の形状を適宜変更することができ、集光素子の設計の自由度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による液晶装置及びプロジェクタ並びに光学素子基板の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
［プロジェクタ］
まず、本実施形態のプロジェクタについて説明する。ここで、図１は、プロジェクタの概略構成図を示している。
プロジェクタ１０は、図１に示すように、観察者側に設けられたスクリーン１１に光を照射し、このスクリーン１１で反射した光を観察する、いわゆる投影型のプロジェクタである。そして、プロジェクタ１０は、光源１２と、ダイクロイックミラー１３、１４と、空間光変調装置（液晶装置）１５〜１７と、導光手段１８と、クロスダイクロイックプリズム１９と、投射光学系２０とを備えている。
【００１８】
光源１２は、赤色光、緑色光及び青色光を含む光を供給する超高圧水銀ランプで構成されている。
ダイクロイックミラー１３は、光源１２からの赤色光を透過させると共に緑色光及び青色光を反射する構成となっている。また、ダイクロイックミラー１４は、ダイクロイックミラー１３で反射された緑色光及び青色光のうち青色光を透過させると共に緑色光を反射する構成となっている。このように、ダイクロイックミラー１３、１４は、光源１２から出射した光を赤色光と緑色光と青色光とに分離する色分離光学系を構成する。
ここで、ダイクロイックミラー１３と光源１２との間には、インテグレータ２１及び偏光変換素子２２が光源１２から順に配置されている。インテグレータ２１は、光源１２から照射された光の照度分布を均一化する構成となっている。また、偏光変換素子２２は、光源１２からの光を例えばＳ偏光のような特定の振動方向を有する偏光にする構成となっている。
【００１９】
空間光変調装置１５は、ダイクロイックミラー１３を透過して反射ミラー２３で反射した赤色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、空間光変調装置１５は、λ／２位相差板１５ａ、第１偏光板１５ｂ、液晶パネル１５ｃ及び第２偏光板１５ｄを備えている。ここで、空間光変調装置１５に入射する赤色光は、ダイクロイックミラー１３を透過しても光の偏光は変化しないことから、Ｓ偏光のままである。
λ／２位相差板１５ａは、空間光変調装置１５に入射したＳ偏光をＰ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１５ｂは、Ｓ偏光を遮断してＰ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１５ｃは、Ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってＳ偏光に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１５ｄは、Ｐ偏光を遮断してＳ偏光を透過させる偏光板である。したがって、空間光変調装置１５は、画像信号に応じて赤色光を変調し、Ｓ偏光の赤色光をクロスダイクロイックプリズム１９に向けて出射する構成となっている。
なお、λ／２位相差板１５ａ及び第１偏光板１５ｂは、偏光を変換させない透光性のガラス板１５ｅに接した状態で配置されている。これにより、λ／２位相差板１５ａ及び第１偏光板１５ｂが発熱によって歪むことを回避できる。
【００２０】
空間光変調装置１６は、ダイクロイックミラー１３で反射した後にダイクロイックミラー１４で反射した緑色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、空間光変調装置１６は、空間光変調装置１５と同様に、第１偏光板１６ｂ、液晶パネル１６ｃ及び第２偏光板１６ｄを備えている。ここで、空間光変調装置１６に入射する緑色光は、ダイクロイックミラー１３、１４で反射されていることから、Ｓ偏光となっている。
第１偏光板１６ｂは、Ｐ偏光を遮断してＳ偏光を透過させる偏光板である。また、液晶パネル１６ｃは、Ｓ偏光を画像信号に応じた変調によってＰ偏光に変換する構成となっている。そして、第２偏光板１６ｄは、Ｓ偏光を遮断してＰ偏光を透過させる偏光板である。したがって、空間光変調装置１６は、画像信号に応じて緑色光を変調し、Ｐ偏光の緑色光をクロスダイクロイックプリズム１９に向けて出射する構成となっている。
【００２１】
空間光変調装置１７は、ダイクロイックミラー１３で反射してダイクロイックミラー１４を透過した後に導光手段１８を経た青色光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶装置である。そして、空間光変調装置１７は、空間光変調装置１５、１６と同様に、λ／２位相差板１７ａ、第１偏光板１７ｂ、液晶パネル１７ｃ及び第２偏光板１７ｄを備えている。ここで、空間光変調装置１７に入射する青色光は、ダイクロイックミラー１３で反射してダイクロイックミラー１４を透過した後に導光手段１８の後述する２つの反射ミラー２５ａ、２５ｂで反射することから、Ｓ偏光となっている。
λ／２位相差板１７ａは、空間光変調装置１７に入射したＳ偏光をＰ偏光に変換する光学素子である。また、第１偏光板１７ｂは、Ｓ偏光を遮断してＰ偏光を透過させる偏光板である。そして、液晶パネル１７ｃは、Ｐ偏光を画像信号に応じた変調によってＳ偏光に変換する構成となっている。さらに、第２偏光板１７ｄは、Ｐ偏光を遮断してＳ偏光を透過させる偏光板である。したがって、空間光変調装置１７は、画像信号に応じて青色光を変調し、Ｓ偏光の青色光をクロスダイクロイックプリズム１９に向けて出射する構成となっている。
なお、λ／２位相差板１７ａ及び第１偏光板１７ｂは、ガラス板１７ｅに接した状態で配置されている。
【００２２】
導光手段１８は、リレーレンズ２４ａ、２４ｂ及び反射ミラー２５ａ、２５ｂを備えている。
リレーレンズ２４ａ、２４ｂは、青色光の光路が長いことによる光損失を防止するために設けられている。ここで、リレーレンズ２４ａは、ダイクロイックミラー１４と反射ミラー２５ａとの間に配置されている。また、リレーレンズ２４ｂは、反射ミラー２５ａ、２５ｂの間に配置されている。
反射ミラー２５ａは、ダイクロイックミラー１４を透過してリレーレンズ２４ａから出射した青色光をリレーレンズ２４ｂに向けて反射するように配置されている。また、反射ミラー２５ｂは、リレーレンズ２４ｂから出射した青色光を空間光変調装置１７に向けて反射するように配置されている。
【００２３】
クロスダイクロイックプリズム１９は、２つのダイクロイック膜１９ａ、１９ｂをＸ字型に直交配置した色合成光学系である。このダイクロイック膜１９ａは青色光を反射して緑色光を透過する膜であり、ダイクロイック膜１９ｂは赤色光を反射して緑色光を透過する膜である。したがって、クロスダイクロイックプリズム１９は、空間光変調装置１５〜１７のそれぞれで変調された赤色光と緑色光と青色光とを合成し、投射光学系２０に向けて出射するように構成されている。
なお、空間光変調装置１５、１７からクロスダイクロイックプリズム１９に入射する光は、Ｓ偏光となっている。また、空間光変調装置１６からクロスダイクロイックプリズム１９に入射する光は、Ｐ偏光となっている。このようにクロスダイクロイックプリズム１９に入射する光の偏光を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１９において各空間光変調装置１５〜１７から出射した光を有効に合成できる。ここで、一般に、ダイクロイック膜１９ａ、１９ｂはＳ偏光の反射特性に優れている。このため、ダイクロイック膜１９ａ、１９ｂで反射される赤色光及び青色光をＳ偏光とし、ダイクロイック膜１９ａ、１９ｂを透過する緑色光をＰ偏光としている。
投射光学系２０は、投影レンズ（図示略）を有しており、クロスダイクロイックプリズム１９で合成された光をスクリーン１１に投射するように構成されている。
【００２４】
［液晶パネル］
次に、本実施形態の液晶パネル１５ｃ〜１７ｃについて説明する。なお、液晶パネル１５ｃ〜１７ｃは、変調する光の波長領域が異なるだけであって、その基本的構成が同一である。したがって、以下、液晶パネル１５ｃを代表例として説明する。ここで、図２は、液晶パネル１５ｃの要部の斜視模式図である。
液晶パネル１５ｃは、図２に示すように、赤色光の入射側から順に配置されたマイクロレンズアレイ基板（光学素子基板）３１及びパネル本体部３２を備えている。そして、液晶パネル１５ｃは、マイクロレンズアレイ基板３１の入射側及びパネル本体部３２の出射側にそれぞれ防塵プレート３３、３４が配置されている。
【００２５】
マイクロレンズアレイ基板３１は、例えばガラスなどの透光性材料で構成されており、パネル本体部３２の後述する対向基板４１に対して接着層３５によって接着固定されている。そして、マイクロレンズアレイ基板３１の上記対向基板４１側の面には凹曲面が形成されており、この凹曲面内に接着層３５を充填することで屈折光学素子であるマイクロレンズ（集光素子）３６が形成されている。また、マイクロレンズアレイ基板３１の入射面には、防塵プレート３３が貼付されている。なお、マイクロレンズアレイ基板３１としては、上述したガラスに限らず、石英やホウ珪酸ガラス、ソーダライムガラス（青板ガラス）、クラウンガラス（白板ガラス）など、他の透光性材料を用いてもよい。
【００２６】
１つのマイクロレンズ３６は、１つの開口領域ＡＰに対応して設けられている。各マイクロレンズ３６は、光源１２から入射した光を対応する開口領域ＡＰ内、すなわち対応する照射対象である画素の中央側に向けて集光する集光素子として機能する。そして、液晶パネル１５ｃ全体では、複数の開口領域ＡＰに対応して複数のマイクロレンズ３６がマトリクス状に配列されている。したがって、これらマトリクス状に配列された複数のマイクロレンズ３６によって、マイクロレンズアレイが構成される。
【００２７】
また、マイクロレンズ３６は、凹曲面において、ほぼ平行光線である入射光をマイクロレンズアレイ基板３１と接着層３５との屈折率差に応じて屈折させ、パネル本体部３２の後述する遮光膜４４の開口領域ＡＰを通過するように集光する構成となっている。このマイクロレンズ３６の形状（すなわち、屈折面である凹曲面の形状）、マイクロレンズアレイ基板３１の屈折率及び接着層３５の屈折率は、屈折光が開口領域ＡＰを効率よく通過できるように適宜設定されている。ここで、マイクロレンズアレイ基板３１の屈折率ｎ１は、接着層３５の屈折率ｎ２よりも小さくなっている。
【００２８】
パネル本体部３２は、互いに対向配置された対向基板４１及びＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板４２と、対向基板４１及びＴＦＴ基板４２の間に配置された液晶層４３とを備えている。
対向基板４１は、例えばガラスなどの透光性材料で構成されており、その出射側の表面には遮光膜４４、透明電極４５及び配向膜４６などが形成されている。
遮光膜４４は、マトリックス状に配置された複数の画素を仕切るように画素の境界領域（画素間）に格子状に設けられている。また、遮光膜４４には、画素に対応する矩形の開口領域ＡＰが形成されている。
透明電極４５は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）膜などの透光性の導電材料によって構成されている。そして、配向膜４６は、例えばポリイミド膜などの透光性の有機膜にラビング処理などの所定の配向処理を施すことで構成されている。
【００２９】
ＴＦＴ基板４２は、対向基板４１と同様に、例えばガラスなどの透光性材料で構成されており、その入射側の表面にＴＦＴ形成層４７及び配向膜４８などが形成されている。また、ＴＦＴ基板４２の出射面には、防塵プレート３４が貼付されている。
ＴＦＴ形成層４７は、ＴＦＴ基板４２上に部分的に形成された非晶質ポリシリコン膜または非晶質ポリシリコン膜を結晶化させたポリシリコン膜から形成されたＴＦＴや、透明電極４５と同様に透光性の導電材料によって構成された透明電極を備えている。
配向膜４８は、配向膜４６と同様に、透光性の有機膜にラビング処理などの所定の配向処理を施すことで構成されている。ここで、配向膜４６、４８は、互いの配向方向がほぼ直交するように形成されている。
液晶層４３は、対向基板４１とＴＦＴ基板４２との間に封入されている。
【００３０】
［マイクロレンズ］
続いて、マイクロレンズ３６の第１の実施形態について説明する。ここで、図３（ａ）はマイクロレンズ３６の平面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）において、マイクロレンズアレイ基板３１の法線方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に垂直な方向をＸ軸方向及びＹ軸方向としている。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ画像を構成する複数の画素５０が平面状に配列する方向と一致している。
【００３１】
マイクロレンズ３６は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光の入射側から順に重ねて配置された第１から第３レンズ部５１〜５３を有する。この第１から第３レンズ部５１〜５３は、それぞれ所定の曲率半径を有する球面または非球面レンズである。
第１レンズ部５１は、図３（ａ）に示すように、光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＹ平面）における断面が円形となっている。また、第１レンズ部５１は、図３（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを含む断面の外周が、入射側の先端部に形成された平面部５６ａと曲面部５６ｂとを有する屈折面５６となっている。そして、この屈折面５６が、第１レンズ部５１における集光領域を形成する。
また、第１レンズ部５１は、屈折面５６に対して平行に入射した光を光軸ＡＸ上の点Ｃ１で集光するように形成されている。
【００３２】
第２レンズ部５２は、図３（ａ）に示すように、ＸＹ平面における断面が円形となっており、第２レンズ部５２の最外周部が矩形状の画素５０の外周部にほぼ内接するように形成されている。また、第２レンズ部５２は、図３（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを含む断面の外周が、曲線である屈折面５７となっている。この屈折面５７は、入射側の一端が第１レンズ部５１の屈折面５６の一端と連続している。そして、この屈折面５７が、第２レンズ部５２における集光領域を形成する。ここで、第２レンズ部５２の屈折面５７を形成する曲線の曲率半径は、第１レンズ部５１の屈折面５６を形成する曲面部５６ｂの曲率半径とほぼ同等となっている。
また、第２レンズ部５２は、屈折面５７に対して平行に入射した光を点Ｃ２、Ｃ３で集光するように形成されており、第１レンズ部５１とは異なる集光位置となっている。
【００３３】
第３レンズ部５３は、図３（ａ）に示すように、その外周部が画素５０の形状に合わせた矩形状となっている。また、第３レンズ部５３は、図３（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを含む断面の外周が、曲線である屈折面５８となっている。この屈折面５８は、入射側の一端が第２レンズ部５２の屈折面５７の一端と連続している。そして、この屈折面５８が、第３レンズ部５３における集光領域を形成する。
また、第３レンズ部５３は、屈折面５８に対して平行に入射した光を点Ｃ４、Ｃ５で集光するように形成されており、第１及び第２レンズ部５１、５２とは異なる集光位置となっている。
また、これら第１から第３レンズ部５１〜５３の屈折面５６〜５８は、光軸ＡＸを中心軸とした球面状またはこれに近似する非球面状となっており、同心状に配置されている。
【００３４】
［マイクロレンズアレイ基板の製造方法］
次に、以上のような構成のマイクロレンズアレイ基板３１の製造方法について説明する。
最初に、凹部形成工程を行う。これは、レジスト層形成工程と、パターニング工程と、転写工程とを備える。
まず、レジスト層形成工程を行う。すなわち、例えばガラスなどの透光性材料で構成された基板本体６１上に、厚さが５μｍ〜２０μｍ程度のレジスト層６２をスピンコート法やスプレーコート法、フィルム接着法などを用いて形成する（図４（ａ））。
【００３５】
そして、パターニング工程を行う。これは、一次から三次感光工程を有する。
最初に、一次感光工程を行う。まず、第１レンズ部５１の平面部５６ａの外周と同様の形状の開口６３ａを有するマスク６３を、レジスト層６２の上に適宜の間隙をあけて配置する。そして、マスク６３上から露光用の光を照射する（図４（ｂ））。ここで、照射する光の強度は、レジスト層６２のうち平面視でマスク６３の開口６３ａと対応する領域がレジスト層６２の厚さ方向にわたって露光される程度となっている。この一次感光工程により、図４（ｂ）に示すように、レジスト層６２のうち平面視でマスク６３の開口６３ａと重なる領域が厚さ方向にわたって露光された円柱状の露光領域６４（図４（ｂ）におけるハッチング領域）が形成される。
【００３６】
次に、二次感光工程を行う。まず、一次感光工程と同様に、第１レンズ部５１の最外周よりも小さいほぼ円形の開口６５ａを有するマスク６５を配置する。そして、マスク６５上から露光用の光を照射する（図４（ｃ））。このとき、照射する光の強度は、レジスト層６２のうち平面視でマスク６５の開口６５ａと対応する領域がレジスト層６２の厚さ方向の途中まで露光される程度となっている。この二次感光工程により、図４（ｃ）に示すように、レジスト層６２のうち平面視でマスク６５の開口６５ａと重なる領域が厚さ方向の途中まで露光されて断面が２段の階段形状を有する露光領域６６（図４（ｃ）におけるハッチング領域）が形成される。
【００３７】
続いて、三次感光工程を行う。まず、一次及び二次感光工程と同様に、第２レンズ部５２の最外周よりも小さいほぼ環状の開口６７ａを有するマスク６７を配置する。ここで、このマスク６７は、二次感光工程において露光される領域を被覆する形状となっている。そして、マスク６７上から露光用の光を照射する（図４（ｄ））。このとき、照射する光の強度は、レジスト層６２のうち平面視でマスク６７の開口６７ａと対応する領域が厚さ方向の途中であって、二次感光工程における露光の深さよりも浅く露光される程度となっている。この三次感光工程により、図４（ｄ）に示すように、レジスト層６２のうち平面視でマスク６７の開口６７ａと対応する領域が厚さ方向の途中まで露光されて断面が３段の階段形状を有する露光領域６８（図４（ｄ）におけるハッチング領域）が形成される。
【００３８】
そして、一次から三次感光工程の後、現像液を用いてレジスト層６２のうち露光された領域を現像して除去する。この現像によってレジスト層６２にレジスト凹部６２ａが形成される（図５（ａ））。このレジスト凹部６２ａは、レジスト層６２の上面に向かうにしたがってその外径が段階的に増大する断面階段形状となっている。
【００３９】
次に、転写工程を行う。すなわち、レジスト凹部６２ａが形成されたレジスト層６２をマスクとして、例えばＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma-Reactive Ion Etching：誘導結合プラズマ−反射型イオンエッチング）法などのドライエッチング法を用いてレジスト凹部６２ａの形状を基板本体６１に転写することで凹部７０を形成する（図５（ｂ））。このとき使用するエッチャントガスとしては、ガラスを化学的にエッチングするＣ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブテン）やＣＨＦ３（トリフルオルメタン）などのフッ化物系ガスが挙げられる。また、Ａｒ（アルゴン）ガスを添加することで、レジスト凹部６２ａの形状の深さを拡大して基板本体６１に転写することができる。
ここで、直進性に優れるドライエッチング法を用いてレジスト層６２をマスクとしたエッチングを行うので、レジスト凹部６２ａの形状と同様の形状を有する凹部７０を基板本体６１に容易に形成することができる。このようにして、基板本体６１に凹部７０を形成する。
【００４０】
この凹部７０は、図５（ｂ）に示すように、レジスト凹部６２ａと同様の形状であって、その断面が３段の階段形状を有しており、基板本体６１の上面に向かうにしたがってその外径が段階的に増大する第１から第３段部７０ａ〜７０ｃからなる。
第１段部７０ａは、凹部７０の最下段に形成されており、その外径が第１レンズ部５１の平面部５６ａとほぼ同等となっている。また、第２段部７０ｂは、第１段部７０ａの上段に形成されており、その外径が第１段部７０ａの外径よりも大きく第２レンズ部５２の最外周よりも小さくなっている。そして、第３段部７０ｃは、第２段部７０ｂの上段に形成されており、その外径が第２段部７０ｂの外径よりも大きく第３レンズ部５３の最外周よりも小さくなっている。
【００４１】
続いて、等方性エッチング工程を行う。すなわち、凹部７０が形成された基板本体６１を、ウェットエッチング法を用いて凹部７０を構成する第１から第３段部７０ａ〜７０ｃの縁部を起点とした等方性エッチングを行う（図５（ｃ））。このとき使用するエッチャントとしては、ガラスをエッチングするＨＦ（フッ酸）水溶液などのフッ化系エッチャントが挙げられる。
【００４２】
ここでは、基板本体６１をエッチャントに浸沈すると、基板本体６１が等方的にエッチングされることから、図５（ｃ）に示すように、凹部７０の第１段部７０ａの外縁（例えば、図５（ｃ）に示す点Ｐ１、Ｐ２）を起点として放射状に基板本体６１をエッチングする。同様に、凹部７０の第２段部７０ｂの外縁（例えば、図５（ｃ）に示す点Ｐ３、Ｐ４）や第３段部７０ｃの外縁（例えば、図５（ｃ）に示す点Ｐ５、Ｐ６）を起点として放射状に基板本体６１をエッチングする。この等方性エッチングによって、図５（ｃ）に示すように、屈折面５６〜５８からなる凹曲面を有するマイクロレンズ３６が形成される。以上のようにして、マイクロレンズアレイ基板３１を製造する。
【００４３】
なお、基板本体６１をエッチャントに浸沈すると、凹部７０の内側面だけではなく基板本体６１の上面からもエッチングされるが、基板本体６１は図５（ｃ）と同様の形状となる。また、等方性エッチングは、上述したエッチャントを用いるウェットエッチング法に限らず、上述と同様に、Ｃ４Ｆ８などをエッチャントガスとして用い、プラズマ密度を下げたドライエッチング法によって行ってもよい。
【００４４】
このようにして製造したマイクロレンズアレイ基板３１の凹曲面に接着剤を充填して接着層３５を形成し、対向基板４１を貼着する。そして、対向基板４１の表面に遮光膜４４、透明電極４５及び配向膜４６などを形成する。その後、表面にＴＦＴ形成層４７及び配向膜４８などが形成されたＴＦＴ基板４２と対向基板４１とで液晶層４３を挟持し、これを封止する。このようにして液晶パネル１５ｃを製造する。
【００４５】
［マイクロレンズの作用］
このようにして製造した液晶パネル１５ｃのマイクロレンズ３６のうち屈折面５６に対して平行に入射した光は、図６（ａ）に示すように、例えば、屈折面５６で屈折されて遮光膜４４の内側の領域（開口領域ＡＰ）の点Ｃ１で集光する。また、屈折面５７に対して平行に入射した光は、図６（ａ）に示すように、例えば、屈折面５７で屈折されて遮光膜４４の内側の領域（開口領域ＡＰ）の点Ｃ２、Ｃ３で集光する。そして、屈折面５８に対して平行に入射した光は、図６（ａ）に示すように、例えば、屈折面５８で屈折されて遮光膜４４の内側の領域（開口領域ＡＰ）の点Ｃ４、Ｃ５で集光する。したがって、マイクロレンズ３６の外縁部である屈折面５８に光が入射しても、大きく屈折させることなく遮光膜４４の内側の領域である開口領域ＡＰで集光させるので、遮光膜４４で遮断されにくくなる。
【００４６】
ここで、液晶層４３に入射する光量分布を、図６（ａ）、（ｂ）に示す。また、従来の球面マイクロレンズアレイを設けた場合の光量分布を、図７（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、屈折面５６によって集光されることで画素５０の中央部における光線強度が大きくなるものの、屈折面５７、５８による集光位置が画素５０の中央部から離間しているため、光線強度が高い領域が画素５０の中央部を中心として同心円状に形成されることになる。
一方、従来の球面マイクロレンズは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、画素５０の中央部に集光させるため、画素５０の中央部における光線強度が大きくなる。また、従来の球面マイクロレンズでは、図７（ａ）に示すように、外縁部に入射した光を大きく屈折させるので、遮光膜４４の内側の領域である開口領域ＡＰを通過することなく遮光膜４４によって遮光される光を多く生じる。このため、従来の球面マイクロレンズを有する空間光変調装置では、十分な表示品質が得られなくなる。
【００４７】
以上のように、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板３１、空間光変調装置１５〜１７及びプロジェクタ１０並びにマイクロレンズアレイ基板３１の製造方法によれば、第１から第３レンズ部５１〜５３を重ねることで、マイクロレンズ３６の外縁近傍である屈折面５８に入射した光が過剰に屈折されることを防止する。このため、マイクロレンズ３６に入射した光を遮光膜４４の内側の領域である開口領域ＡＰで集光することが可能となり、遮光膜４４による光量損失を低減して高い光利用効率が得られる。したがって、画像の十分な表示品質が得られる。
また、各屈折面５６〜５８がそれぞれ異なる集光位置で入射した光を集光するので、画素５０の中央部のみに光が集中することを防止する。これにより、空間光変調装置１５〜１７の耐久性が向上して長寿命化が図れる。
【００４８】
ここで、屈折面５６、５７を形成する曲面部の曲率半径を等しくすることで、各集光領域の集光位置をより確実に異ならせることができる。これにより、マイクロレンズ３６に入射した光の集光位置を分散させ、局所的に光が集中することをより確実に防止できる。
【００４９】
また、本実施形態におけるマイクロレンズアレイ基板３１の製造方法によれば、基板本体６１に形成した凹部７０を起点として等方的にエッチングすることで、屈折面５６〜５８の曲面形状を容易に形成できる。ここで、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト層６２にレジスト凹部６２ａを形成し、これを基板本体６１に転写することで凹部７０を形成しているので、容易に凹部７０を形成することができる。したがって、マイクロレンズアレイ基板３１を容易かつ安価に製造することができる。
なお、本実施形態において、屈折面５６を形成する曲面部５６ｂの曲率半径と屈折面５７の曲率半径とをほぼ等しくしているが、それぞれ異なる曲率半径としてもよい。また、屈折面５６〜５８による集光位置は、光軸ＡＸと平行な直線において異なっていても、光軸に垂直な面において異なっていてもよい。
【００５０】
［マイクロレンズの第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第１の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
本実施形態におけるマイクロレンズ１００と第１の実施形態におけるマイクロレンズ３６との異なる点は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１００の第１レンズ部１０１の屈折面１０２を形成する平面部１０２ａがマイクロレンズ３６の第１レンズ部５１の屈折面５６を形成する平面部５６ａよりも大きい点である。
すなわち、第１から第３レンズ部１０１、５２、５３は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心円状に配置されている。そして、第１レンズ部１０１は、平面部５６ａよりも大きい形状の平面部１０２ａと曲面部１０２ｂとで形成された屈折面１０２を有している。
【００５２】
本実施形態のマイクロレンズ１００を有するマイクロレンズアレイにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を奏する。
なお、本実施形態において、第１レンズ部１０１の屈折面１０２を形成する平面部１０２ａを第１の実施形態における第１レンズ部５１の屈折面５６を形成する平面部５６ａと比較して大きくしているが、平面部５６ａと比較して小さくしてもよく、平面部１０２ａを設けずに曲面部のみで第１レンズ部の屈折面を形成してもよい。
【００５３】
［マイクロレンズの第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第１の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
本実施形態におけるマイクロレンズ１１０と第１の実施形態におけるマイクロレンズ３６との異なる点は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、マイクロレンズ３６の第１から第３レンズ部５１〜５３のＸＹ平面における断面が円形となっているが、本実施形態におけるマイクロレンズ１１０では第１から第３レンズ部１１１〜１１３のＸＹ平面における断面が楕円形となっている点である。
すなわち、第１から第３レンズ部１１１〜１１３は、図９（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心状に配置されており、第２レンズ部１１２の最外周部の長軸が画素５０の外周部とほぼ接するように形成されている。また、第１から第３レンズ部１１１〜１１３は、図９（ｂ）に示すように、それぞれ光軸ＡＸを含む断面の外周が曲線である屈折面１１４〜１１６を有している。
【００５５】
本実施形態のマイクロレンズ１１０を有するマイクロレンズアレイにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を奏する。
なお、本実施形態において、第２レンズ部１１２の最外周部の長軸を画素５０の外周部とほぼ接するように形成しているが、第２レンズ部１１２の最外周部の長軸が画素５０の外周部と接しない形状としてもよい。
【００５６】
［マイクロレンズの第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第１の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
本実施形態におけるマイクロレンズ１２０と第１の実施形態におけるマイクロレンズ３６との異なる点は、マイクロレンズ３６の第１から第３レンズ部５１〜５３のＸＹ平面における断面がそれぞれ円形となっているが、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態におけるマイクロレンズ１２０では第１から第３レンズ部１２１〜１２３のＸＹ平面における断面がそれぞれほぼ矩形となっている点である。
すなわち、第１から第３レンズ部１２１〜１２３は、図１０（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心状に配置されている。また、第１から第３レンズ部１１１〜１１３は、図１０（ｂ）に示すように、それぞれ光軸ＡＸを含む断面の外周が曲線である屈折面１２４〜１２６を有している。
【００５８】
本実施形態のマイクロレンズ１２０を有するマイクロレンズアレイにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を奏する。
なお、本実施形態において、第１から第３レンズ部１２１〜１２３のＸＹ平面における断面をほぼ矩形としているが、矩形に限らず、三角形や五角形など他の多角形であってもよく、多角形に限らず他の形状であってもよい。
【００５９】
［マイクロレンズの第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第１の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
本実施形態におけるマイクロレンズ１３０と第１の実施形態におけるマイクロレンズ３６との異なる点は、マイクロレンズ３６は第１から第３レンズ部５１〜５３を有しているが、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態におけるマイクロレンズ１３０は第１から第５レンズ部１３１〜１３５を有する点である。
すなわち、第１から第５レンズ部１３１〜１３５は、図１１（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心状に配置されており、第４レンズ部１３４の最外周部が画素５０の外周部とほぼ接するように形成されている。また、第１から第５レンズ部１３１〜１３５は、図１１（ｂ）に示すように、それぞれ光軸ＡＸを含む断面の外周が曲線である屈折面１４１〜１４５を有している。
【００６１】
本実施形態のマイクロレンズ１３０を備えるマイクロレンズアレイにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を奏するが、より細かく集光領域を分割することで空間光変調装置の耐久性のさらなる向上が図れる。
なお、本実施形態において、第１から第５レンズ部１３１〜１３５を重ねているが、少なくともレンズ部を３段重ねた形状であればよく、４段や６段以上重ねた形状であってもよい。
【００６２】
［マイクロレンズの第６の実施形態］
次に、第６の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第１の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
本実施形態におけるマイクロレンズ１５０と第１の実施形態におけるマイクロレンズ１５０との異なる点は、マイクロレンズ３６は第３レンズ部５３の屈折面５８が曲線であるが、マイクロレンズ１５０の第３レンズ部１５３が光軸ＡＸを含む平面での断面において光の入射側の外周が直線となっている点である。
すなわち、第１から第３レンズ部１５１〜１５３は、図１２（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心円状に配置されており、第２レンズ部１５２の最外周部が画素５０の外周部とほぼ接するように形成されている。また、第１及び第２レンズ部１５１、１５２は、図１２（ｂ）に示すように、それぞれ光軸ＡＸを含む断面の外周が曲線である屈折面１５４、１５５を有している。そして、第３レンズ部１５３は、光軸ＡＸを含む断面の外周が直線である屈折面１５６を有している。
【００６４】
ここで、このマイクロレンズ１５０を有す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。なお、本実施形態では、図１３（ａ）に示すように、表面に基板本体１６１よりも等方性エッチング工程におけるエッチングレートが速いエッチング容易膜（エッチング変化層）１６２が形成された基板本体１６１を用いてマイクロレンズ１５０を製造する。このエッチング容易膜１６２は、例えば酸化膜やガラスに不純物を添加した材料によって構成されており、基板本体１６１を構成するガラスよりもフッ化系エッチャントに対するエッチングされやすい膜となっている。また、エッチング容易膜１６２は、基板本体１６１上に成膜することによって形成されている。
【００６５】
このような基板本体１６１を用いて、上述した第１の実施形態と同様に、レジスト層形成工程、パターニング工程及び転写工程を行う（図１３（ｂ））。これにより、基板本体１６１に凹部１６３が形成される。この凹部１６３は、図１３（ｂ）に示すように、その断面が２段の階段形状を有しており、基板本体１６１の上面に向かうにしたがってその外径が段階的に増大する第１及び第２段部１６３ａ、１６３ｂからなる。
第１段部１６３ａは、凹部１６３の最下段に形成されており、その一辺が例えば０．８μｍ程度の正方形となっている。また、第２段部１６３ｂは、第１段部１６３ａの上段に形成されており、その外径が第１段部１６３ａよりも大きく第２レンズ部１５２の最外周よりも小さくなっている。
【００６６】
続いて、上述と同様に、等方性エッチング工程を行う。すなわち、凹部１６３が形成された基板本体１６１を、ウェットエッチング法を用いて凹部１６３を起点とした等方性エッチングを行う（図１３（ｃ））。
ここでは、基板本体１６１をエッチャントに浸沈すると、基板本体１６１は、第１段部１６３ａの外縁を起点として放射状にエッチングされる。同様に、基板本体１６１は、第２段部１６３ａの外縁を起点として放射状にエッチングされる。これにより、屈折面１５４、１５５が形成される。
また、エッチング容易膜１６２は、第２段部１６３ｂの縁部を起点としてエッチング容易膜１６２に沿ってエッチングされる。ここで、エッチング容易膜１６２は、基板本体１６１よりも速くエッチングされるので、エッチング容易膜１６２の下面にある基板本体１６１がエッチャントに対して露出する。そして、エッチング容易膜１６２がエッチングされることで露出した基板本体１６１が、露出した部分を起点として放射状にエッチングされる。このようにして、断面がほぼ直線状の曲面である屈折面１５６が形成される。この等方性エッチングによって、屈折面１５４〜１５６からなる凹曲面を有するマイクロレンズ１５０が形成される。以上のようにして、マイクロレンズアレイ基板を製造する。
【００６７】
本実施形態のマイクロレンズ１５０を備えるマイクロレンズアレイにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を奏する。また、本実施形態のマイクロレンズ１５０を有するマイクロレンズアレイ基板の製造方法によれば、基板本体１６１上に基板本体１６１とエッチング速度の異なるエッチング容易膜１６２を形成することで、マイクロレンズ１５０の形状の自由度が向上する。
なお、本実施形態において、第３レンズ部１５３の屈折面１５６が光軸ＡＸを含む断面において直線となっているが、直線に限らず、第１及び第２レンズ部１５１、１５２の屈折面１５４、１５５と比較して十分に大きな曲率半径を有する曲線など、他の形状であってもよい。
また、基板本体１６１の表面に基板本体１６１よりもエッチング速度の速いエッチング容易膜１６２を形成しているが、基板本体１６１とエッチング速度が異なる膜であればよく、基板本体１６１よりもエッチング速度の遅い膜を形成してもよい。
【００６８】
［マイクロレンズの第７の実施形態］
次に、第７の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第１の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
本実施形態におけるマイクロレンズ１７０と第１の実施形態におけるマイクロレンズ３６との異なる点は、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２レンズ部１７２の屈折面１７５が複数の副屈折面１７５ａを有している点である。
すなわち、第１から第３レンズ部１７１〜１７３は、図１４（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心状に配置されており、第２レンズ部１７２の最外周部が画素５０の外周部とほぼ接するように形成されている。また、第１から第３レンズ部１７１〜１７３は、図１４（ｂ）に示すように、それぞれ光軸ＡＸを含む断面の外周が曲線である屈折面１７４〜１７６を有している。ここで、屈折面１７５は、それぞれ共通の曲率半径を有する複数（図１４では８）の副屈折面１７５ａを相互に結合した形状となっており、屈折面１７５が放射状に分割された状態となっている。これら副屈折面１７５ａは、それぞれ独立した集光位置を有するように形成されている。
このような構成のマイクロレンズ１７０を有するマイクロレンズアレイ基板を用いた液晶パネルにおいて、液晶層４３に入射する光量分布を図１５に示す。図１５に示すように、屈折面１７５に入射した光は、副屈折面１７５ａのそれぞれで集光するため、光線強度が高い領域が画素５０の中央部を中心として放射状に分散した状態で形成されることになる。
【００７０】
本実施形態のマイクロレンズ１７０を備えるマイクロレンズアレイにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を奏するが、屈折面１７５が複数の副屈折面１７５ａを有することでこの屈折面１７５が複数の集光位置を有することになる。これにより、屈折面１７５に入射した光の集光位置を分散させて光が局所的に集中することをより確実に回避できる。したがって、液晶パネルの耐久性が向上し、長寿命化が図れる。
なお、本実施形態において、屈折面１７５を８つに分割して副屈折面１７５ａを形成しているが、屈折面１７５の分割数は８に限られない。
【００７１】
［マイクロレンズの第８の実施形態］
次に、第８の実施形態におけるマイクロレンズについて、図面を用いて説明する。なお、本実施形態のマイクロレンズの基本的構成が第７の実施形態におけるマイクロレンズと同様であるため、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
本実施形態におけるマイクロレンズ１８０と第７の実施形態におけるマイクロレンズ１７０との異なる点は、第１から第３レンズ部１８１〜１８３の屈折面１８４〜１８６がそれぞれ副屈折面１８４ａ〜１８６ａを有している点である。
すなわち、第１から第３レンズ部１８１〜１８３は、図１６（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心として同心状に配置されており、第２レンズ部１８２の最外周部が画素５０の外周部とほぼ接するように形成されている。また、第１から第３レンズ部１８１〜１８３は、図１６（ｂ）に示すように、それぞれ光軸ＡＸを含む断面の外周が曲線である屈折面１８４〜１８６を有している。ここで、屈折面１８４は、それぞれ共通の曲率半径を有する複数（図１６では１２）の副屈折面１８４ａを相互に結合した形状となっており、屈折面１８４が放射状に分割された状態となっている。また、屈折面１８５、１８６は、屈折面１８４と同様に、それぞれ共通の曲率半径を有する複数（図１６では１２）の副屈折面１８５ａ、１８６ａをそれぞれ相互に結合した形状となっており、屈折面１８５、１８６が放射状に分割された状態となっている。これら副屈折面１８４ａ、１８５ａ、１８６ａは、それぞれ独立した集光位置を有するように形成されている。
【００７３】
本実施形態のマイクロレンズ１８０においても、上述した第７の実施形態と同様の作用、効果を奏するが、屈折面１８４、１８６にも副屈折面１８４ａ、１８６ａを形成したことで、屈折面１８４〜１８６に入射した光をより分散させるので、液晶パネルの耐久性をより向上させて長寿命化が図れる。
なお、本実施形態においても、上述した第７の実施形態と同様に、各屈折面１８４〜１８６の分割数は１２に限られない。
【００７４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、マイクロレンズは、マイクロレンズの外縁近傍に入射した光が過剰に屈折などされることを防止すると共に光の集光位置が分散する形状であればよく、第１から第８の実施形態におけるマイクロレンズの形状を適宜組み合わせた形状など、他の形状であってもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、マイクロレンズアレイ基板の製造工程において、レジスト層にレジスト凹部を形成してこれを基板本体に転写することで基板本体に凹部を形成しているが、基板本体に直接凹部を形成してもよい。
上記実施形態では、マイクロレンズアレイ基板の製造工程において、レジスト層を露光したレジスト凹部を形成する際、開口マスクを用いたフォトリソグラフィ技術を用いているが、フォトリソグラフィ技術に限らず、ＨＥＢＳマスクを使用したグレースケールリソグラフィ技術を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施形態におけるプロジェクタを示す概略構成図である。
【図２】図１の液晶パネルの一画素の構成を示す斜視図である。
【図３】マイクロレンズの第１の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図４】図２のマイクロレンズアレイ基板の製造工程を示す断面図である。
【図５】同じく、図２のマイクロレンズアレイ基板の製造工程を示す断面図である。
【図６】図３のマイクロレンズの作用及び光線強度分布を示す説明図である。
【図７】従来のマイクロレンズの作用及び光線強度分布を示す説明図である。
【図８】マイクロレンズの第２の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図９】マイクロレンズの第３の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図１０】マイクロレンズの第４の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図１１】マイクロレンズの第５の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図１２】マイクロレンズの第６の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図１３】図１２のマイクロレンズの製造工程を示す断面図である。
【図１４】マイクロレンズの第７の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図１５】図１４のマイクロレンズの光線強度分布を示す説明図である。
【図１６】マイクロレンズの第８の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  プロジェクタ、１５〜１７  空間光変調装置（液晶装置）、３１  マイクロレンズアレイ基板（光学素子基板）、３６、１００、１１０、１２０、１３０、１５０、１７０、１８０  マイクロレンズ（集光素子）、４４  遮光膜、５０  画素、５１、１０１、１１１、１２１、１３１、１５１、１７１、１８１  第１レンズ部、５２、１１２、１２２、１３２、１５２、１７２、１８２  第２レンズ部、５３、１１３、１２３、１３３、１５３、１７３、１８３  第３レンズ部、５６〜５８、１０２、１１４〜１１６、１２４〜１２６、１４１〜１４５、１５４〜１５７、１７４〜１７７、１８４〜１８７  屈折面（集光領域）、６１、１６１  基板本体、６２  レジスト層、６２ａ  レジスト凹部、７０、１６３  凹部、１３４  第４レンズ部、１３５  第５レンズ部、１６２  エッチング容易膜（エッチング変化層）、１７５ａ、１８４ａ〜１８６ａ  副屈折面、ＡＸ  光軸
【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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【図１６】
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