(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のレンズを有する第一のマイクロレンズアレイを、無機誘電体からなる基板の一表面に形成する工程と、
前記基板の他表面に、感光性樹脂を塗布して、感光性樹脂からなる層を形成する工程と、
感光性樹脂からなる層に対して、第一のマイクロレンズアレイを通して光を照射して露光を行い、感光性樹脂からなる層に対する露光量の分布を制御して、レンズパターンのパターニングを行う工程と、
レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層を基にして、複数個のレンズを有する第二のマイクロレンズアレイを形成する工程と、を有することを特徴とするマイクロレンズ基板の作製方法。
【請求項２】
前記第一のマイクロレンズアレイの焦点面は、感光性樹脂からなる層付近に位置してい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作製方法。
【請求項３】
前記感光性樹脂は、ネガレジストであり、
前記第二のマイクロレンズアレイを形成する工程では、レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層側からエッチングを行って、レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層に刻まれたパターンの形状を前記基板に転写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作製方法。
【請求項４】
前記感光性樹脂からなる層を形成する工程は、
前記基板の他表面に、第一の感光性樹脂を塗布して、第一の感光性樹脂からなる層を形成して、第一の感光性樹脂からなる層を硬化させる工程と、
第一の感光性樹脂からなる層に、第二の感光性樹脂としてネガレジストを塗布して、第二の感光性樹脂からなる層を形成する工程と、を有し、
前記レンズパターンのパターニングを行う工程では、第二の感光性樹脂からなる層に対して、第一のマイクロレンズアレイを通して光を照射してレンズパターンのパターニングを行い、
前記第二のマイクロレンズアレイを形成する工程では、エッチングにより、レンズパターンがパターニングされた第二の感光性樹脂からなる層に刻まれたパターンの形状を第一の感光性樹脂からなる層に転写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作製方法。
【請求項５】
前記感光性樹脂は、紫外線硬化樹脂であり、
前記レンズパターンのパターニングを行う工程では、感光性樹脂からなる層に対して、第一のマイクロレンズアレイを通して紫外光を照射して、感光性樹脂からなる層を部分的に硬化させ、
前記第二のマイクロレンズアレイを形成する工程では、有機溶剤により、レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層から、未硬化部分を除去して、第二のマイクロレンズアレイを形成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作製方法。
【請求項６】
前記第二のマイクロレンズアレイを形成するために、第一のマイクロレンズアレイに照射される光は平行光であり、前記平行光に均一な強度分布を持たせ、前記平行光軸に対してマイクロレンズ基板を傾斜させながら第二のマイクロレンズアレイのレンズパターンをパターニングすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のマイクロレンズ基板の作製方法。
【請求項７】
前記第二のマイクロレンズアレイを形成するために、透過率を連続的に変調させた透過率変調マスクを用いて照射光に強度分布をもたせ、コリメートレンズと第一のマイクロレンズアレイで結像系を形成し、強度分布をもたせた照射光の像を第二のマイクロレンズアレイの作製面に形成し、その像を利用して第二のマイクロレンズアレイのレンズパターンをパターニングすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のマイクロレンズ基板の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２層構造のマイクロレンズアレイを備えたマイクロレンズ基板の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投影型液晶表示装置は、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ことから、今後家庭用映像表示装置の主流になると考えられる。
【０００３】
液晶表示素子を用いたカラーの投影型画像表示方式には、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。前者の三板式は、白色光をＲ・Ｇ・Ｂの三原色にそれぞれ分割する光学系と、各色光を制御して画像を形成する三枚の液晶表示素子とをそれぞれ独立に備えており、各色の画像を光学的に重畳してフルカラー表示を行うものである。
【０００４】
この三板式の構成では、白色光源から放射される光を有効に利用でき、かつ色の純度も高いという利点があるが、上述のように色分離系と色合成系が必要なため、光学系が繁雑で部品点数が多くなってしまい、低コスト化及び小型化が困難である。
【０００５】
これに対して単板式は、液晶表示素子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している。
【０００６】
しかし、単板式の場合にはカラーフィルタによる光の吸収または反射が起こるため、入射光の約１／３しか利用できず、このような欠点を解決するため、特開平７−１８１４８７号公報において、２層構成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液晶表示装置が開示されている。
【０００７】
この装置を図１を用いて説明すると、扇形に配置された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Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に分割し、液晶表示素子２０の光源側に配置されてい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。第１のマイクロレンズアレイ６を通過した各光束は、第２のマイクロレンズアレイ７により、ダイクロイックミラー５Ｇ、５Ｒ、５Ｂで分割されたＲ、Ｇ、Ｂの主光線がほぼ平行になるように屈折され、それぞれに対応した色信号が独立して印加される信号電極により駆動される液晶部位に分配照射される。この装置では、吸収型のカラーフィルタを用いないので、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主光線がほぼ平行になるため、投影レンズ１０に達するまでの各色の主光線の拡がり小さく、投影レンズ１０でのケラレによる光量低下が無いため、極めて明るい画像を提供することができる。この公報に記載されている２層構成のマイクロレンズアレイは、一枚のガラス基板の両側にそれぞれマイクロレンズアレイを接合して形成されている。
【０００８】
また２層構成のマイクロレンズアレイの作製法としては、特開平９−９０３３６号公報に開示されているものもある。この２層構成のマイクロレンズアレイは、第一、第二のマイクロレンズアレイを別々に作製し、第一のマイクロレンズアレイのレンズ形成面と第二のマイクロレンズアレイの研磨面を接合して作製したものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２層のマイクロレンズアレイを有する従来のマイクロレンズ基板では、上記のようにガラス基板の両面にマイクロレンズアレイを形成する、あるいは２枚のマイクロレンズ基板を貼り合せて作製していたので、以下に述べるような理由から、光軸合せが難しく、製造コストが高くつくという問題があった。
【００１０】
２層のマイクロレンズを有するマイクロレンズ基板では、２枚のマイクロレンズアレイの光軸合せの工程が必要となり、レンズの光学特性を確保するためには、２枚のレンズアレイの縦方向、横方向及び角度（回転方向）を全て一致させなければならない。しかし、レンズパターンが微細であるため、この光軸合せは±１μｍの精度が要求され、２層構造のマイクロレンズ基板の製造を極めて困難なものにしていた。
【００１１】
また、２層のマイクロレンズアレイの間に中間層が入ることも、光軸合せが困難となる要因の一つとなっていた。すなわち、２層のレンズパターンの間にギャップがあるため、２層の位置決め用のアライメントマークの双方に同時にピントを合わせて観察することができなかった。各層毎に別個のアライメントマーク観察系を組み、光軸合せを行うことは可能であるが、その場合、アライメントマーク観察系の光軸合せも厳密に行う必要があり、位置決め装置のコストアップの原因となっていた。
【００１２】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第一のマイクロレンズアレイを利用して第二のマイクロレンズアレイのレンズ形状のパターニングを行うことで、光軸合せを簡単化し、製造工程を簡略化することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個のレンズを有する第一のマイクロレンズアレイを、無機誘電体からなる基板の一表面に形成する工程と、
前記基板の他表面に、感光性樹脂を塗布して、感光性樹脂からなる層を形成する工程と、
感光性樹脂からなる層に対して、第一のマイクロレンズアレイを通して光を照射して露光を行い、感光性樹脂からなる層に対する露光量の分布を制御して、レンズパターンのパターニングを行う工程と、
レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層を基にして、複数個のレンズを有する第二のマイクロレンズアレイを形成する工程と、を有することを特徴とするマイクロレンズ基板の作製方法である。
【００１９】
また本発明は、前記第一のマイクロレンズアレイの焦点面は、感光性樹脂からなる層付近に位置していることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記感光性樹脂は、ネガレジストであり、
前記第二のマイクロレンズアレイを形成する工程では、レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層側からエッチングを行って、レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層に刻まれたパターンの形状を前記基板に転写することを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記感光性樹脂からなる層を形成する工程は、
前記基板の他表面に、第一の感光性樹脂を塗布して、第一の感光性樹脂からなる層を形成して、第一の感光性樹脂からなる層を硬化させる工程と、
第一の感光性樹脂からなる層に、第二の感光性樹脂としてネガレジストを塗布して、第二の感光性樹脂からなる層を形成する工程と、を有し、
前記レンズパターンのパターニングを行う工程では、第二の感光性樹脂からなる層に対して、第一のマイクロレンズアレイを通して光を照射してレンズパターンのパターニングを行い、
前記第二のマイクロレンズアレイを形成する工程では、エッチングにより、レンズパターンがパターニングされた第二の感光性樹脂からなる層に刻まれたパターンの形状を第一の感光性樹脂からなる層に転写することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記感光性樹脂は、紫外線硬化樹脂であり、
前記レンズパターンのパターニングを行う工程では、感光性樹脂からなる層に対して、第一のマイクロレンズアレイを通して紫外光を照射して、感光性樹脂からなる層を部分的に硬化させ、
前記第二のマイクロレンズアレイを形成する工程では、有機溶剤により、レンズパターンがパターニングされた感光性樹脂からなる層から、未硬化部分を除去して、第二のマイクロレンズアレイを形成することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記第二のマイクロレンズアレイを形成するために、第一のマイクロレンズアレイに照射される光は平行光であり、前記平行光に均一な強度分布を持たせ、前記平行光軸に対してマイクロレンズ基板を傾斜させながら第二のマイクロレンズアレイのレンズパターンをパターニングすることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記第二のマイクロレンズアレイを形成するために、透過率を連続的に変調させた透過率変調マスクを用いて照射光に強度分布をもたせ、コリメートレンズと第一のマイクロレンズアレイで結像系を形成し、強度分布をもたせた照射光の像を第二のマイクロレンズアレイの作製面に形成し、その像を利用して第二のマイクロレンズアレイのレンズパターンをパターニングすることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を基に説明する。
【００２７】
図１は本発明の投影型液晶表示装置の全体の構造を示す断面図、図２は透過型液晶表示装置に用いられている本発明のマイクロレンズ基板及び液晶表示素子を示す断面図である。
【００２８】
図１に示した投影型液晶表示装置１は、白色光源２の背面に球面鏡３が設けられており、球面鏡３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ている。白色光源２の前面にはコンデンサレンズ４が設けられており、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ている。このような配置により、コンデンサレンズ４からは略平行な白色光束が得られる。白色光源２から平行光束を得る手段としては、上記の構成に限らず、例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等が適宜選択される。
【００２９】
コンデンサレンズ４の前方には、３種のダイクロイックミラー５Ｇ、５Ｒ、５Ｂ（光束分割手段）がそれぞれ異なる角度で配置されている。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、他は透過する特性を有し、この順に光軸上に配置されている。以下、G、R、Bは、それぞれ、緑、赤、青の各色を表すものとする。
【００３０】
３枚のダイクロイックミラー５Ｇ、５Ｒ、５Ｂの中で、白色光源２に一番近い所に設けられたダイクロイックミラー５Ｇは、白色光源２からの光束が例えば３０°前後で入射するように設けられている。その他のダイクロイックミラー５Ｒ、５Ｂは、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、図１において紙面に垂直な方向の軸を回転軸として、角度φずつ順次傾けて配置されている。この相対的な角度φは、液晶表示素子２０の絵素配列ピッチP及び液晶表示素子２０に設けられた第一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。このような配置により緑波長域、赤波長域、青波長域のそれぞれの光束が、マイクロレンズアレイ６に対してそれぞれ角度２φずつずれて入射する。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束をそれぞれ反射することにより、白色光が三原色に分割される。各色の光束Ｇ、Ｒ、Ｂは、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、上述のように各々異なる角度で、第一のマイクロレンズアレイ６に入射する。この第一のマイクロレンズアレイ６からの光は、第二のマイクロレンズアレイ７を介して、各色に対応する信号電極（後述する）に集光され、それに対応した映像信号でそれぞれ駆動すると、各色の光束はその信号に応じて強度が変調される。変調後の光束は、フィールドレンズ９及び投影レンズ１０を通過した後、スクリーン１１に投影され、このスクリーン１１上でカラー画像表示が行われる。
【００３１】
液晶表示素子２０の光出射方向の前方には、投影手段としてのフィールドレンズ９及び投影レンズ１０が設けられており、さらに、この投影レンズ１０の前方には、スクリーン１１が設けられている。フィールドレンズ９の焦点距離は、フィールドレンズ９及び投影レンズ１０間の距離に設定されており、液晶表示素子２０から出射された各色の光束は、フィールドレンズ９によって投影レンズ１０が設けられた位置に収束され、この投影レンズ１０によりスクリーン１１に投影される。尚、フィールドレンズ９を用いずに、液晶表示素子２０から直接投影レンズ１０に光を入射するような構成とすることも可能である。
【００３２】
ここで用いる液晶表示素子２０について図２を用いて詳細に説明する。ガラス基板８とマイクロレンズ基板１２とを有しており、ガラス基板８とマイクロレンズ基板１２との間に液晶層２９が封入されている。光出射側に位置するガラス基板８のマイクロレンズ側には、液晶層２９を相変化させるための信号電極２７が形成されている。また、光入射側に位置するマイクロレンズ基板１２の液晶素子側には、信号電極と直交する走査電極が設けられている。信号電極２７及び走査電極は、透明電極（ＩＴＯ）によって形成されている。
【００３３】
マイクロレンズ基板１２には、２層のマイクロレンズアレイ６、７が設けられている。ここで、第一のマイクロレンズアレイは、無機誘電体からなる可視光あるいは紫外光に対して略透明である基板に挟まれて形成されている。また、屈折率の異なる透明樹脂層２２と２３の界面はレンズパターン形状に成形されており、この界面によって第一のマイクロレンズアレイ６が形成される。ここで樹脂層２３には、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。
【００３４】
また、屈折率の異なる中間ガラス２４と透明樹脂層２５の界面もレンズパターン形状に刻まれており、この界面によって第二のマイクロレンズアレイ７が形成される。ここで樹脂層２５には、中間ガラス２４の屈折率よりも高いもの選ぶ。ここで、マイクロレンズアレイ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、第二のマイクロレンズアレイのレンズパターンは、台形プリズムでもよい。第一のマイクロレンズアレイ６を構成する各レンズの光軸と、第二のマイクロレンズアレイ７を構成する各レンズの光軸は互いに平行になっており、マイクロレンズアレイ６、７の対向する各レンズの光軸は互いに一致するようになっている。
【００３５】
このような構成とすることで、第一マイクロレンズアレイを基準として、第二マイクロレンズアレイを作製する際に、フォトリソ工程を用いることができるため、精度の良い位置あわせを行うことが可能で、±１μｍ以内の位置あわせ精度が確保できる。例えば、第一レンズアレイ基板２１にプラスチック樹脂を用いた場合は、基準となる第一レンズアレイの形状および平面度が確保できないため、第一レンズアレイ形状を基準として作製する第二レンズアレイの形状精度が確保できない。そのため、上記に示したように、第一レンズアレイ基板を、無機誘電体基板で挟んだ構成とする必要がある。
【００３６】
また、無機誘電体を用いる理由として、熱膨張が小さく、強度も高く、また研磨により高い平坦性が得られ、研磨された無機誘電体中間層の上に第二マイクロレンズアレイを形成することによって、第二マイクロレンズアレイ面の平坦性は高く保たれる。
【００３７】
また、無機誘電体基板と無機誘電体中間層を同じ部材とすると、熱膨張により引き起こされる第一マイクロレンズアレイと第二マイクロレンズアレイの各層のレンズ間隔ずれも生じなくなり、理想的な構造となる。
【００３８】
この液晶表示素子２０では、ダイクロイックミラー５Ｇ、５Ｒ、５Ｂによって白色光束を分光しているので、カラーフィルタは必要なく、光利用効率が高くなる。また、各色ごとに対応する映像信号が信号電極２７に印加される。
【００３９】
なお、図２においては、液晶表示素子２０の構成要素である走査電極、偏光板、配向膜等を簡略化のため省略している。
【００４０】
以上に説明したように、１つのマイクロレンズを配置した構成では、投影型液晶表示素子２０を出射した後も２φの角度をもって伝搬してしまうため、これら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。
【００４１】
しかしながら、本実施例では、出射光の拡がりを小さくするため、図２に示すように、上記した第二のマイクロレンズアレイ７が設けられている。また、第一のマイクロレンズアレイ６の焦点距離は、この第二のマイクロレンズアレイの出射側近傍に第一のマイクロレンズアレイ６から出射された光束の焦点が位置するよう設定されている。
【００４２】
このように配置された第二の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、各光束の主光線を互いに平行化することにより、その出射方向を液晶表示素子２０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。
【００４３】
したがって、小口径の投影レンズ１０を用いた場合でも、全光束を有効に利用することができる。
【００４４】
これにより、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共に、コストアップの原因となっていた高価な大口径のレンズ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になる。
【００４５】
次に、本発明のマイクロレンズ基板の作製方法について、具体的に説明する。
【００４６】
（第一の実施例）
図３に、２層マイクロレンズ基板の各製造工程における各断面図を示す。
【００４７】
第一のマイクロレンズアレイについては、感光性樹脂として紫外線照射により硬化する紫外線硬化樹脂を用いた、いわゆる２Ｐ（Photo-Polymerization）法により成形する。
【００４８】
まず、図３（ａ）に示すように、無機誘電体基板である石英基板２１上に低屈折率紫外線硬化樹脂２２を塗布し、その上にスタンパ４１を降下させる。このスタンパ４１の下面には第一のマイクロレンズパターンと合致する反転パターンが形成されている。このスタンパ４１を石英基板２１に十分に押し付けて、スタンパ４１と石英基板２１の間に紫外線硬化樹脂２２を押し広げて、そのままの状態を保持し、石英基板２１を通して紫外線硬化樹脂２２に紫外線ランプ等によって紫外線を照射する。
【００４９】
紫外線を照射された紫外線硬化樹脂２２は、硬化反応を起こして硬化するので、紫外線硬化樹脂２２にスタンパ４１の反転パターンが転写成形される。硬化後、スタンパ４１を上昇させて、紫外線硬化樹脂２２とスタンパ４１を分離する。
【００５０】
次に、図３（ｂ）に示すように、硬化された低屈折率紫外線硬化樹脂２２の上に、高屈折率紫外線硬化樹脂２３を塗布し、低屈折率紫外線硬化樹脂２２の凹部を埋める。さらにその上に、第一マイクロレンズアレイ６と第二マイクロレンズアレイ７の無機誘電体中間層となる石英薄板ガラス２４を貼り付ける。
【００５１】
石英薄板ガラス２４を石英基板２１に十分に押し付け、石英薄板ガラス２４を通して紫外線を照射し、高屈折率紫外線硬化樹脂２３を硬化させる。この樹脂は石英薄板ガラス２４の接着層の役割も果たす。ここで、所望の厚みより石英薄板ガラス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。２Ｐ成形による第一マイクロレンズアレイ厚を装置側で管理できる場合は、研磨工程を省くことが可能である。
【００５２】
次に、図３（ｃ）に示すように、中間層ガラス２４上にネガレジスト４２を塗布する。このレジスト層４２に対して、第一のマイクロレンズ６を通して紫外線を照射し、露光を行う。この露光工程の詳細については後述する。
【００５３】
この露光は、強度分布をもたせた紫外光をレジスト層４２に照射し、レジスト層４２で３次元的な構造物を形成することを目的としている。すなわち、紫外光の強度分布に応じて、各地点でのレジスト層４２の感光量が異なるため、現像後の残膜量も各地点で異なる。このことを利用すれば、照射光の強度分布を調整することにより、レジスト層４２で所望の形状を形成することができる。
【００５４】
露光後、現像処理を行うと、図３（ｄ）に示すように、レジスト層４２に第二マイクロレンズアレイのレンズパターンが形成される。この後、ポストベーク処理を行う。
【００５５】
次に、図３（ｅ）に示すように、ドライエッチングを行って、レジスト層４２に刻まれたレンズパターンの形状を中間層ガラス２４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、イオンミリング等の方法がある。この時、エッチング条件によって、レジスト層４２に刻まれたレンズパターンの厚みを拡大することができる。例えば、レジストと石英ガラス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、レジスト層４２において厚み１０μｍのレンズパターンは、中間層ガラス２４においては厚み２０μｍのレンズパターンに拡大される。レジスト層４２に刻むレンズパターンの形状は、このエッチング選択比も考慮して決定する。
【００５６】
次に、図３（ｆ）に示すように、高屈折率の紫外線硬化樹脂２５を塗布し、中間層ガラス２４の凹部を埋める。その後、紫外光を照射し、高屈折率紫外線硬化樹脂２５を硬化させる。この時、高屈折率紫外線硬化樹脂２５上面の平坦化処理も行う。平坦化処理の方法は２つある。第一の方法は、高屈折率紫外線硬化樹脂層２５が未硬化の状態で、上面から、あらかじめ離型処理を施した石英平面板を押え付け、紫外線を照射して高屈折率紫外線硬化樹脂２５を硬化させるというものである。硬化後、石英平面板を分離すると、上面が平滑な高屈折率紫外線硬化樹脂層２５が得られる。第二の方法は、高屈折率紫外線硬化樹脂２５を硬化後、研磨処理を行って、高屈折率紫外線硬化樹脂２５表面を平滑化するというものである。
【００５７】
以上の工程によって、第一マイクロレンズアレイ６の上面に第二マイクロレンズアレイ７が形成されたマイクロレンズ基板１２が完成する。
【００５８】
さらにこの上に、ブラックマトリクス２６、透明電極膜を形成し、マイクロレンズ基板１２とＴＦＴ基板８とをスペーサ２８を挟んで貼り合せ、その隙間に液晶２９を注入すれば、図２に示すような液晶表示素子２０が完成する。
【００５９】
次に、第二マイクロレンズアレイのレンズパターンを形成するためのレジスト層の露光法の原理について、図４を用いて説明する。本発明の投影型液晶表示装置１では、光利用効率向上のため、第一マイクロレンズアレイ６のレンズの焦点はブラックマトリクス２６の面にほぼ位置するように設計されている。
【００６０】
また第二マイクロレンズアレイ６と第一マイクロレンズアレイ７はできるだけ距離をおいて配置され、第二マイクロレンズアレイ７はブラックマトリクス２６の近傍に形成される。前述の作製工程においては、中間層ガラス貼り付け工程時の中間層ガラス２４の上面は、第一マイクロレンズアレイ６の焦点面にほぼ位置する。ここにレジスト層を塗布すると、第一マイクロレンズアレイ６を通して紫外光平行光を照射したとき、平行光は第一のマイクロレンズアレイによって、レジスト層で一点に集光され、この集光スポットによってレジスト層が露光される。
【００６１】
紫外光平行光の入射角度をθi、第一マイクロレンズアレイの焦点距離をｆ、レンズ光軸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
ｒ＝ｆ×ｔａｎθi
で表され、紫外光平行光の入射角度θiを変化させることで、集光スポットの位置を変えることができる。
【００６２】
例えば図４において、入射角度がθiである紫外光平行光４５を入射すると、３個のマイクロレンズ４６ａ、４６ｂ、４６ｃによって、光束４５はそれぞれ４７ａ、４７ｂ、４７ｃの地点に集光され、この地点のレジスト層４２が露光される。次に、入射角度をθjに変えて平行光光束４８を入射すると、３個のマイクロレンズ４６ａ、４６ｂ、４６ｃによって、光束４８はそれぞれ、４９ａ、４９ｂ、４９ｃの地点に集光され、この地点のレジスト層４２が露光される。レジスト層４２の材料にネガレジストを用いた場合、強く露光された地点ではレジスト層４２が厚く残り、弱く露光された地点ではレジスト層４２は薄くなる。紫外光平行光の入射角度θiと露光時間（あるいは照射光強度）を制御することで、所望の地点で、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ジスト層を露光する。
【００６３】
第一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露光光として用いると、その照射領域内において、第一マイクロレンズアレイの各々のレンズの直下で上記の露光が行われるため、形状の揃った第二マイクロレンズアレイが形成することができる。
【００６４】
次に上記の露光工程を行うための露光光学系について説明する。図５は第一の露光光学系の構成を示した図である。５１は露光光の光源となる超高圧水銀ランプである。超高圧水銀ランプ５１から出射されたｉ線（波長３６５ｎｍ）の紫外光は球面ミラー５２とコリメートレンズ５３によって平行光に変換され、さらに強度補正フィルタ５４を介して、マイクロレンズ基板２０に導かれる。
【００６５】
強度補正フィルタ５４は透過率分布をもたせたフィルタであり、透過後の光束が均一な光強度分布をもつよう、透過率分布が設計されている。従って、均一な光強度分布をもった紫外光平行光がマイクロレンズ基板を照射する。
【００６６】
マイクロレンズ基板２０は２軸回転の回転ステージ（図示しない）に搭載されており、この回転ステージの回転角の制御によって、マイクロレンズ基板法線と紫外光平行光光軸との傾きを自在に変化させることができる。この実施例では、紫外光平行光光軸を固定しておき、マイクロレンズ基板２０側をＸ軸及びＹ軸について回転させることにより、第一マイクロレンズアレイ６に対する紫外光平行光の入射角度を変化させ、その入射角度と、各入射角度における露光時間（あるいは照射光強度）を制御しながら露光を行うことで、レジスト層に所望のパターン形状の形成を行うことができる。
【００６７】
図６は、露光光学系の第二の構成を示した図である。５１は露光光の光源となる超高圧水銀ランプである。超高圧水銀ランプ５１から出射された光は曲面ミラー６１によって反射され、グレースケールマスク６２を照明する。グレースケールマスク６２は任意の透過率分布をもたせたマスクであり、このグレースケールマスク６２によって所望の光強度分布をもった光束を作りだすことができる。
【００６８】
グレースケールマスク６２を透過した光は、コリメートレンズ６３と第一マイクロレンズアレイ６の各レンズによって、第一マイクロレンズアレイ６の焦点面に結像し、各レンズの直下のレジスト層４２が露光される。すなわち、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、第一マイクロレンズアレイ６の各レンズの焦点面に形成されるため、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が得られる。
【００６９】
本発明のマイクロレンズ基板の作製方法では、第一マイクロレンズアレイを介して第二マイクロレンズアレイのパターニングを行うので、第一マイクロレンズアレイと第二マイクロレンズアレイの各レンズの位置ずれを大幅に抑制することができる。第一マイクロレンズアレイと第二マイクロレンズアレイの各レンズの光軸ずれは、マイクロレンズアレイ基板面法線と露光光光軸の傾きにより引き起こされるが、第一マイクロレンズの焦点距離が１００μｍの場合、光軸傾き０．５°内で、レンズ間光軸ずれは０．９μｍ以下と小さく抑えられる。光軸傾き０．５°以下は容易に実現可能な数字であり、本発明の作製法では、レンズ間光軸ずれを小さく抑えることができる。
【００７０】
また、第一マイクロレンズアレイと第二マイクロレンズアレイを別々に作製する方法では、各マイクロレンズアレイの作製時の作製条件の変動等により、第一マイクロレンズアレイ面のレンズ間隔と第二マイクロレンズアレイ面のレンズ間隔がずれてしまう場合があるが、本発明の作製法では、第一マイクロレンズアレイを基準にして第二マイクロレンズアレイが形成されるため、各層のレンズ間隔がずれるということが生じないという効果もある。
【００７１】
さらに、本発明のマイクロレンズ基板では、２枚の無機誘電体基板を用いて第一マイクロレンズアレイを挟んだ構成としている。無機誘電体基板は熱膨張が小さく、強度も高く、また研磨により高い平坦性が得られるため、研磨された無機誘電体中間層の上に第二マイクロレンズアレイを形成することによって、第二マイクロレンズアレイ面の平坦性は高く保たれる。またガラス層は部材内部の均質性も高いため、エッチングにより形成された凹部形状のバラツキも小さく抑えられ、エッチングの再現性もよい。基板とガラス中間層を同じ部材とすると、熱膨張により引き起こされる第一マイクロレンズアレイと第二マイクロレンズアレイの各層のレンズ間隔ずれも生じない。
【００７２】
（第二の実施例）
本発明の２層マイクロレンズアレイ基板の第二の製造方法について図７を用いて説明する。ここで、図７はマイクロレンズ基板の各製造工程における断面図である。
【００７３】
無機誘電体の中間層２４を形成する工程までは、第一の実施例と同じ工程であるため説明を省略する。中間層ガラス２４形成後、図７（ａ）に示すように、第二マイクロレンズアレイの構成部材となる高屈折率紫外線硬化樹脂７１を塗布し、樹脂層７１の側から紫外線を照射し、樹脂層７１を硬化させる。樹脂層７１の平坦化処理も行う。
【００７４】
次に、図７（ｂ）に示すように、樹脂層７１の上にネガレジスト７２を塗布する。このレジスト層７２に対して、第一の実施例と同様に、第一のマイクロレンズ６を通して紫外線を照射し、露光を行う。本実施例では、各レンズの光軸中心の露光量が多くなるよう、露光光の強度分布は調整する。
【００７５】
露光後、現像処理を行うと、図７（ｃ）に示すように、レジスト層７２に、光軸中心の厚みが厚くなった形状のレンズパターンが形成される。この後、ポストベーク処理を行う。
【００７６】
次に、図７（ｄ）に示すように、ドライエッチングを行って、レジスト層７２に刻まれたレンズパターンの形状を高屈折率紫外線硬化樹脂層７１に転写する。このとき、第一の実施例と同様、樹脂及びレジストの材料を適宜選択し、ドライエッチングの選択比を決定する。
【００７７】
次に、図７（ｅ）に示すように、低屈折率の紫外線硬化樹脂７３を塗布し、高屈折率紫外線硬化樹脂７１の凹部を埋める。この後、紫外光を照射して低屈折率紫外線硬化樹脂７３を硬化させ、平坦化処理を行って、マイクロレンズ基板７０が完成する。
【００７８】
本実施例のマイクロレンズ基板の作製方法では、マイクロレンズの各レンズの光軸中心の露光量が多くなるよう、露光光の強度分布を与えることができる。一般的に、レンズの光軸中心から離れた箇所では収差が大きくなるため、あらかじめ集光特性の劣化を予測して、露光光の強度分布を設定する必要がある。
【００７９】
第一の実施例の作製方法では、収差が大きい箇所を中心に露光を行うので、特にこの強度分布の設計を工夫しなければならなかった。しかし、第二の実施例の作製方法では、レンズの光軸に近い領域の露光を中心に行うので、集光特性の劣化が小さく、露光光の強度分布に従ったレンズ形状が容易に得られる。このため、露光光の強度分布の設計が容易であり、レンズ形状の制御もしやすいという利点を有する。
【００８０】
（第三の実施例）
本発明の２層マイクロレンズアレイ基板の第三の製造方法について、図８を用いて説明する。図８はマイクロレンズ基板の各製造工程における断面図である。
【００８１】
中間層ガラス２４形成までは、第一の実施例と同じ工程であるため説明を省略する。中間層ガラス２４形成後、図８（ａ）に示すように、第二マイクロレンズアレイの構成部材となる高屈折率紫外線硬化樹脂８１を塗布する。
【００８２】
次に、先に説明した露光光学系を用いて、第一のマイクロレンズアレイ６を通して、紫外線を紫外線硬化樹脂層８１に照射し、樹脂層８１を硬化させる。樹脂層８１の硬化部の厚みは紫外光の強度分布に応じて変化するので、紫外光の強度分布を調整することにより、所望の形状の樹脂層が得られる。
【００８３】
露光後、マイクロレンズ基板を有機溶媒に浸けると、未硬化部は除去され、図８（ｂ）に示すように、紫外線硬化樹脂層８１に第二マイクロレンズアレイのレンズパターンが形成される。この後、紫外線硬化樹脂層８１側から紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂層８１を完全に硬化させる。
【００８４】
次に図８（ｃ）に示すように、低屈折率の紫外線硬化樹脂８２を塗布し、高屈折率紫外線硬化樹脂８１の凹部を埋める。この後、紫外光を照射して低屈折率紫外線硬化樹脂８２を硬化させ、平坦化処理を行って、マイクロレンズ基板８０が完成する。
【００８５】
本実施例では、レジスト層の形状転写を行うためのドライエッチングの工程が不要となるため、製造工程を簡略化でき、生産コストをより低減することができる。
【００８６】
第二、第三の実施例で示した製造方法では、第一の実施例で記載した第一の露光光学系の構成あるいは第二の露光光学系の構成のいずれを使用しても良く、作製するマイクロレンズの形状や精度などにより、適宜決定される。
【００８７】
また、本発明の実施例で第二のマイクロレンズアレイは液晶層側として説明を行ったが、第二のマイクロレンズアレイを基に第一のレンズアレイを作成することも可能である。
【００８８】
さらに、本発明のマイクロレンズ基板の作製方法すなわち、第一のマイクロレンズアレイを基に第二のマイクロレンズアレイ形状を形成する作製方法に関して、実施例では２つの無機誘電体の間に、第一のマイクロレンズアレイを挟んだ形状を基に説明を行ったが、無機誘電体基板の両面にマイクロレンズアレイを形成した従来の２層マイクロレンズアレイにも適応可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第一のマイクロレンズアレイを用いて第二のマイクロレンズアレイのレンズ形状のレンズパターンをパターニングすることができるので、二層のレンズアレイの光軸合せが不要であり、かつ各層のレンズ間隔のずれも生じないため、高精度の二層構造のマイクロレンズ基板が得られ、マイクロレンズ基板の生産コストを低減することができる。
【００９０】
また、第一マイクロレンズアレイと第二マイクロレンズアレイはそれぞれ熱膨張の小さい無機誘電体基板上に形成されるため、熱によるレンズ間隔ずれといった問題も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロレンズ基板を備えた投影型液晶表示装置の概略の構成を示す模式図である。
【図２】本発明のマイクロレンズ基板を備えた液晶表示素子の断面図である。
【図３】本発明のマイクロレンズ基板の作製方法の第一の実施例を示す工程断面図である。
【図４】本発明のマイクロレンズ基板の作製方法における、第二マイクロレンズアレイのパターニング方法の原理について説明する断面図である。
【図５】本発明のマイクロレンズ基板の作製方法において用いる露光光学系の構成図である。
【図６】本発明のマイクロレンズ基板の作製方法において用いる露光光学系の別の例の構成図である。
【図７】本発明のマイクロレンズ基板の作製方法の第二の実施例を示す工程断面図である。
【図８】本発明のマイクロレンズ基板の作製方法の第三の実施例を示す工程断面図である。
【符号の説明】
２  白色光源
５Ｇ、５Ｒ、５Ｂ  ダイクロイックミラー
６  第一マイクロレンズアレイ
７  第二マイクロレンズアレイ
１０  投影レンズ
１２  マイクロレンズアレイ基板
２０  液晶表示素子
４２  レジスト層
５１  超高圧水銀ランプ
６２  グレースケールマスク
５３、６３  コリメートレンズ
７１、８１  高屈折率紫外線硬化樹脂
７３、８２  低屈折率紫外線硬化樹脂
【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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