JP2015200690A - マイクロレンズ基板、及び電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集光効率を高めることが可能なマイクロレンズ基板、及び電気光学装置を提供する。【解決手段】マイクロレンズの曲面に沿って形成された第１透光性層５１ａと、第１透光性層５１ａを覆い、第１透光性層５１ａとは異なる屈折率を有する第２透光性層５１ｂと、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、マイクロレンズ基板、及び電気光学装置に関する。

上記電気光学装置として、例えば、画素電極をスイッチング制御する素子としてトランジスターを画素ごとに備えたアクティブ駆動方式の液晶装置が知られている。液晶装置は、例えば、直視型ディスプレイやライトバルブなどにおいて用いられる。

このような液晶装置は、例えば、特許文献１に記載のように、光の利用効率を高めるため、液晶装置の各画素に対応する位置に微小なマイクロレンズを設けたマイクロレンズ基板を有する。

マイクロレンズ基板の製造方法は、例えば、基材上にレジスト材料（樹脂材料）を塗布し、樹脂材料をパターニングした後、高温ベークによるリフローを行うことにより凸状の曲面を有したレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクとして基板及びレジストパターンをエッチングすることにより、マイクロレンズの形状を基材に転写したマイクロレンズ基板を形成することができる。

特開平１０−２０６６０５号公報

しかしながら、マイクロレンズの製造過程で、隣り合うマイクロレンズ間にマイクロレンズとして機能しない隙間が生じる場合がある。これにより、マイクロレンズによる集光効率が低下するという課題がある。

本発明の態様は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るマイクロレンズ基板は、レンズの曲面に沿って形成された第１透光性層と、前記第１透光性層を覆い、前記第１透光性層とは異なる屈折率を有する第２透光性層と、を備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、第１透光性層を覆うように屈折率の異なる第２透光性層を配置してレンズの曲面を構成するので、第１透光性層では未完成のレンズの形状を、第２透光性層で補うことが可能となる。よって、正規のレンズの曲面に近いマイクロレンズを提供することができる。更に、第１透光性層と第２透光性層との屈折率を異ならせるので、マイクロレンズによる集光効率を高めることができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロレンズ基板において、前記第１透光性層の上に配置された前記第２透光性層を含むマイクロレンズは、凸型のマイクロレンズであることが好ましい。

本適用例によれば、第１透光性層を覆うように第２透光性層を配置するので、隣り合う凸型のマイクロレンズの間の隙間をなくし、正規のレンズの曲面に近いマイクロレンズを提供することができる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロレンズ基板において、前記第１透光性層の屈折率は、前記第２透光性層の屈折率より大きいことが好ましい。

本適用例によれば、第１透光性層を覆う第２透光性層の屈折率の方が小さいので、凸型のマイクロレンズにおいて、光を集光させることができる。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロレンズ基板において、前記第１透光性層及び前記第２透光性層を含む前記凸型のマイクロレンズと、凹型のマイクロレンズとが対向するように配置されていることが好ましい。

本適用例によれば、凸型のマイクロレンズと凹型のマイクロレンズとが一対になるように配置されたダブルマイクロレンズ構造になっているので、より光を集光させやすくすることができる。

［適用例５］本適用例に係る電気光学装置は、上記に記載のマイクロレンズ基板を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、上記マイクロレンズ基板を備えるので、集光効率を高めることが可能な電気光学装置を提供することができる。

液晶装置の構成を示す概略斜視図。 液晶装置のうちマイクロレンズ基板の構成を示す概略斜視図。 液晶パネルの構成を示す模式平面図。 図３に示す液晶パネルのＨ−Ｈ’線に沿う模式断面図。 液晶パネルの電気的な構成を示す等価回路図。 液晶パネルのうち主に画素の構造を示す模式断面図。 マイクロレンズ基板を備える液晶装置の構造を示す模式断面図。 液晶装置の製造方法を工程順に示すフローチャート。 液晶装置のうちマイクロレンズ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図。 液晶装置のうちマイクロレンズ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図。 液晶装置のうちマイクロレンズ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図。 投射型表示装置の構成を示す概略図。 変形例のマイクロレンズ基板を備えた液晶装置の構成を示す模式断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

本実施形態では、電気光学装置の一例として、薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を画素のスイッチング素子として備えたアクティブマトリックス型の液晶装置を例に挙げて説明する。この液晶装置は、例えば、投射型表示装置（液晶プロジェクター）の光変調素子（液晶ライトバルブ）として好適に用いることができるものである。

＜電気光学装置としての液晶装置、及びマイクロレンズ基板の構成＞
図１は、液晶装置の構成を示す概略斜視図である。図２は、液晶装置のうちマイクロレンズ基板の構成を示す概略斜視図である。以下、液晶装置、及びマイクロレンズ基板の構成を、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態の液晶装置１は、液晶パネル１００と、マイクロレンズ基板５０と、を備えている。液晶パネル１００は、素子基板１０と、素子基板１０の光入射側に配置された、マイクロレンズ基板５０の一部を含む対向基板２０を備えている。

図２に示すように、マイクロレンズ基板５０は、光の入射側に配置される入射側レンズ層４１と、光の出射側に配置される出射側レンズ層４２と、入射側レンズ層４１と出射側レンズ層４２との間に配置されたパス層４３と、入射側レンズ層４１とパス層４３との間に配置された第１マイクロレンズ４４と、パス層４３と出射側レンズ層４２との間に配置された第２マイクロレンズ５１と、を備えている。

第２マイクロレンズ５１は、第１透光性層５１ａと、第１透光性層５１ａと出射側レンズ層４２との間に配置された第２透光性層５１ｂと、によって構成されている。

＜液晶装置を構成する液晶パネルの構成＞
図３は、液晶パネルの構成を示す模式平面図である。図４は、図３に示す液晶パネルのＨ−Ｈ’線に沿う模式断面図である。図５は、液晶パネルの電気的な構成を示す等価回路図である。以下、液晶パネルの構成を、図３〜図５を参照しながら説明する。

図３及び図４に示すように、本実施形態の液晶パネル１００は、対向するように配置された素子基板１０および対向基板２０と、これら一対の基板１０，２０によって挟持された液晶層１５とを有する。素子基板１０を構成する基板としての第１基材１０ａは、例えば、ガラス基板、石英基板などの透明基板が用いられている。

素子基板１０は対向基板２０よりも大きく、両基板１０，２０は、対向基板２０の外周に沿って配置されたシール材１４を介して接合されている。平面視で環状に設けられたシール材１４の内側で、素子基板１０は対向基板２０の間に正または負の誘電異方性を有する液晶が封入されて液晶層１５を構成している。シール材１４は、例えば熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂などの接着剤が採用されている。シール材１４には、一対の基板の間隔を一定に保持するためのスペーサー（図示省略）が混入されている。

シール材１４の内縁より内側には、複数の画素Ｐが配列した表示領域Ｅが設けられている。表示領域Ｅは、表示に寄与する複数の画素Ｐに加えて、複数の画素Ｐを囲むように配置されたダミー画素を含むとしてもよい。また、図３及び図４では図示を省略したが、表示領域Ｅにおいて複数の画素Ｐをそれぞれ平面的に区分する遮光層（ブラックマトリックス：ＢＭ）が対向基板２０に設けられている。

素子基板１０の１辺部に沿ったシール材１４と該１辺部との間に、データ線駆動回路２２が設けられている。また、該１辺部に対向する他の１辺部に沿ったシール材１４と表示領域Ｅとの間に、検査回路２５が設けられている。さらに、該１辺部と直交し互いに対向する他の２辺部に沿ったシール材１４と表示領域Ｅとの間に走査線駆動回路２４が設けられている。該１辺部と対向する他の１辺部に沿ったシール材１４と検査回路２５との間には、２つの走査線駆動回路２４を繋ぐ複数の配線２９が設けられている。

対向基板２０における環状に配置されたシール材１４と表示領域Ｅとの間には、遮光部材としての遮光層１８（見切り部）が設けられている。遮光層１８は、例えば、遮光性の金属あるいは金属酸化物などからなり、遮光層１８の内側が複数の画素Ｐを有する表示領域Ｅとなっている。なお、図３では図示を省略したが、表示領域Ｅにおいても複数の画素Ｐを平面的に区分する遮光層が設けられている。

これらデータ線駆動回路２２、走査線駆動回路２４に繋がる配線は、該１辺部に沿って配列した複数の外部接続用端子３５に接続されている。以降、該１辺部に沿った方向をＸ方向とし、該１辺部と直交し互いに対向する他の２辺部に沿った方向をＹ方向として説明する。

図４に示すように、第１基材１０ａの液晶層１５側の表面には、画素Ｐごとに設けられた透光性の画素電極２７およびスイッチング素子である薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor、以降、「ＴＦＴ３０」と呼称する）と、信号配線と、これらを覆う配向膜２８とが形成されている。

また、ＴＦＴ３０における半導体層に光が入射してスイッチング動作が不安定になることを防ぐ遮光構造が採用されている。本発明における素子基板１０は、少なくとも画素電極２７、ＴＦＴ３０、配向膜２８を含むものである。

対向基板２０の液晶層１５側の表面には、遮光層１８と、これを覆うように成膜された絶縁層３３と、絶縁層３３を覆うように設けられた対向電極３１と、対向電極３１を覆う配向膜３２とが設けられている。本発明における対向基板２０は、少なくとも絶縁層３３、対向電極３１、配向膜３２を含むものである。

遮光層１８は、図３に示すように、表示領域Ｅを取り囲むと共に、平面的に走査線駆動回路２４、検査回路２５と重なる位置に設けられている（図示簡略）。これにより対向基板２０側からこれらの駆動回路を含む周辺回路に入射する光を遮蔽して、周辺回路が光によって誤動作することを防止する役目を果たしている。また、不必要な迷光が表示領域Ｅに入射しないように遮蔽して、表示領域Ｅの表示における高いコントラストを確保している。

絶縁層３３は、例えば酸化シリコンなどの無機材料からなり、光透過性を有して遮光層１８を覆うように設けられている。このような絶縁層３３の形成方法としては、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いて成膜する方法が挙げられる。

対向電極３１は、例えばＩＴＯなどの透明導電膜からなり、絶縁層３３を覆うと共に、図３に示すように対向基板２０の四隅に設けられた上下導通部２６により素子基板１０側の配線に電気的に接続している。

画素電極２７を覆う配向膜２８、および対向電極３１を覆う配向膜３２は、液晶装置１の光学設計に基づいて選定される。例えば、気相成長法を用いてＳｉＯｘ（酸化シリコン）などの無機材料を成膜して、負の誘電異方性を有する液晶分子に対して略垂直配向させた無機配向膜が挙げられる。

このような液晶装置１は透過型であって、電圧が印加されない時の画素Ｐの透過率が電圧印加時の透過率よりも大きいノーマリーホワイトや、電圧が印加されない時の画素Ｐの透過率が電圧印加時の透過率よりも小さいノーマリーブラックモードの光学設計が採用される。光の入射側と射出側とにそれぞれ偏光素子が光学設計に応じて配置されて用いられる。

図５に示すように、液晶パネル１００は、少なくとも表示領域Ｅにおいて互いに絶縁されて直交する複数の走査線３ａおよび複数のデータ線６ａと、共通電位配線としての容量線３ｂとを有する。走査線３ａが延在する方向がＸ方向であり、データ線６ａが延在する方向がＹ方向である。

走査線３ａとデータ線６ａならびに容量線３ｂと、これらの信号線類により区分された領域に、画素電極２７と、ＴＦＴ３０と、容量素子１６とが設けられ、これらが画素Ｐの画素回路を構成している。

走査線３ａはＴＦＴ３０のゲートに電気的に接続され、データ線６ａはＴＦＴ３０のデータ線側ソースドレイン領域（ソース領域）に電気的に接続されている。画素電極２７は、ＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域（ドレイン領域）に電気的に接続されている。

データ線６ａは、データ線駆動回路２２（図３参照）に接続されており、データ線駆動回路２２から供給される画像信号Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｎを画素Ｐに供給する。走査線３ａは、走査線駆動回路２４（図３参照）に接続されており、走査線駆動回路２４から供給される走査信号ＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｍを各画素Ｐに供給する。

データ線駆動回路２２からデータ線６ａに供給される画像信号Ｄ１〜Ｄｎは、この順に線順次で供給してもよく、互いに隣り合う複数のデータ線６ａ同士に対してグループごとに供給してもよい。走査線駆動回路２４は、走査線３ａに対して、走査信号ＳＣ１〜ＳＣｍを所定のタイミングで供給する。

液晶パネル１００は、スイッチング素子であるＴＦＴ３０が走査信号ＳＣ１〜ＳＣｍの入力により一定期間だけオン状態とされることで、データ線６ａから供給される画像信号Ｄ１〜Ｄｎが所定のタイミングで画素電極２７に書き込まれる構成となっている。そして、画素電極２７を介して液晶層１５に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｄ１〜Ｄｎは、画素電極２７と液晶層１５を介して対向配置された対向電極３１との間で一定期間保持される。

保持された画像信号Ｄ１〜Ｄｎがリークするのを防止するため、画素電極２７と対向電極３１との間に形成される液晶容量と並列に容量素子１６が接続されている。容量素子１６は、ＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域と容量線３ｂとの間に設けられている。

＜液晶パネルを構成する画素の構成＞
図６は、液晶パネルのうち主に画素の構造を示す模式断面図である。以下、液晶パネルのうち画素の構造を、図６を参照しながら説明する。なお、図６は、各構成要素の断面的な位置関係を示すものであり、明示可能な尺度で表されている。

図６に示すように、液晶パネル１００は、素子基板１０と、これに対向配置される対向基板２０とを備えている。素子基板１０を構成する第１基材１０ａは、上記したように、例えば、石英基板等によって構成されている。

図６に示すように、第１基材１０ａ上には、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）等の材料を含む下側遮光層３ｃが形成されている。下側遮光層３ｃは、平面的に格子状にパターニングされており、各画素Ｐの開口領域を規定している。なお、下側遮光層３ｃは、導電性を有し、走査線３ａの一部として機能するようにしてもよい。第１基材１０ａ及び下側遮光層３ｃ上には、酸化シリコン等からなる下地絶縁層１１ａが形成されている。

下地絶縁層１１ａ上には、ＴＦＴ３０及び走査線３ａ等が形成されている。ＴＦＴ３０は、例えば、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有しており、ポリシリコン（高純度の多結晶シリコン）等からなる半導体層３０ａと、半導体層３０ａ上に形成されたゲート絶縁層１１ｇと、ゲート絶縁層１１ｇ上に形成されたポリシリコン膜等からなるゲート電極３０ｇとを有する。走査線３ａは、ゲート電極３０ｇとしても機能する。

半導体層３０ａは、例えば、リン（Ｐ）イオン等のＮ型の不純物イオンが注入されることにより、Ｎ型のＴＦＴ３０として形成されている。具体的には、半導体層３０ａは、チャネル領域３０ｃと、データ線側ＬＤＤ領域３０ｓ１と、データ線側ソースドレイン領域３０ｓと、画素電極側ＬＤＤ領域３０ｄ１と、画素電極側ソースドレイン領域３０ｄとを備えている。

チャネル領域３０ｃには、ボロン（Ｂ）イオン等のＰ型の不純物イオンがドープされている。その他の領域（３０ｓ１，３０ｓ，３０ｄ１，３０ｄ）には、リン（Ｐ）イオン等のＮ型の不純物イオンがドープされている。このように、ＴＦＴ３０は、Ｎ型のＴＦＴとして形成されている。

ゲート電極３０ｇ及びゲート絶縁層１１ｇ上には、酸化シリコン等からなる第１層間絶縁層１１ｂが形成されている。第１層間絶縁層１１ｂ上には、容量素子１６が設けられている。具体的には、ＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域３０ｄ及び画素電極２７に電気的に接続された画素電位側容量電極としての第１容量電極１６ａと、固定電位側容量電極としての容量線３ｂ（第２容量電極１６ｂ）の一部とが、誘電体膜１６ｃを介して対向配置されることにより、容量素子１６が形成されている。

誘電体膜１６ｃは、例えば、シリコン窒化膜である。第２容量電極１６ｂ（容量線３ｂ）は、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金属のうち少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド、ポリシリサイド、これらを積層したもの等からなる。或いは、Ａｌ（アルミニウム）膜から形成することも可能である。

第１容量電極１６ａは、例えば、導電性のポリシリコン膜からなり容量素子１６の画素電位側容量電極として機能する。ただし、第１容量電極１６ａは、容量線３ｂと同様に、金属又は合金を含む単一層膜又は多層膜から構成してもよい。第１容量電極１６ａは、画素電位側容量電極としての機能のほか、コンタクトホールＣＮＴ１，ＣＮＴ３，ＣＮＴ４を介して、画素電極２７とＴＦＴ３０の画素電極側ソースドレイン領域３０ｄ（ドレイン領域）とを中継接続する機能を有する。

容量素子１６上には、第２層間絶縁層１１ｃを介してデータ線６ａが形成されている。データ線６ａは、ゲート絶縁層１１ｇ、第１層間絶縁層１１ｂ、誘電体膜１６ｃ、及び第２層間絶縁層１１ｃに開孔されたコンタクトホールＣＮＴ２を介して、半導体層３０ａのデータ線側ソースドレイン領域３０ｓ（ソース領域）に電気的に接続されている。

データ線６ａの上層には、第３層間絶縁層１１ｄを介して画素電極２７が形成されている。第３層間絶縁層１１ｄは、例えば、シリコンの酸化物や窒化物からなり、ＴＦＴ３０が設けられた領域を覆うことによって生じる表面の凸部を平坦化する平坦化処理が施される。平坦化処理の方法としては、例えば化学的機械的研磨処理（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ処理）やスピンコート処理などが挙げられる。第３層間絶縁層１１ｄには、コンタクトホールＣＮＴ４が形成されている。

画素電極２７は、コンタクトホールＣＮＴ４，ＣＮＴ３を介して第１容量電極１６ａに接続されることにより、半導体層３０ａの画素電極側ソースドレイン領域３０ｄ（ドレイン領域）に電気的に接続されている。なお、画素電極２７は、例えば、ＩＴＯ膜等の透明導電性膜から形成されている。

画素電極２７及び隣り合う画素電極２７間の第３層間絶縁層１１ｄ上には、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料を斜方蒸着した配向膜２８が設けられている。配向膜２８上には、シール材１４（図３及び図４参照）により囲まれた空間に液晶等が封入された液晶層１５が設けられている。

一方、第２基材（出射側レンズ層４２）上（液晶層１５側）には、例えば、ＰＳＧ膜（リンをドーピングした酸化シリコン）などからなる絶縁層３３が設けられている。絶縁層３３上には、その全面に渡って対向電極３１が設けられている。対向電極３１上には、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料を斜方蒸着した配向膜３２が設けられている。対向電極３１は、上述の画素電極２７と同様に、例えばＩＴＯ膜等の透明導電性膜からなる。

液晶層１５は、画素電極２７と対向電極３１との間で電界が生じていない状態で配向膜２８，３２によって所定の配向状態をとる。シール材１４は、素子基板１０及び対向基板２０を貼り合わせるための、例えば光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂からなる接着剤であり、素子基板１０と対向基板２０の距離を所定値とするためのグラスファイバー或いはガラスビーズ等のスペーサーが混入されている。

＜電気光学装置としての液晶装置の構成＞
図７は、マイクロレンズ基板を備える液晶装置の構造を示す模式断面図である。以下、マイクロレンズ基板を備える液晶装置の構造を、図７を参照しながら説明する。なお、図７に示す液晶装置は、図４などに示した液晶パネルの詳細な部材を適宜省略して図示している。

図７に示すように、液晶装置１は、液晶パネル１００とマイクロレンズ基板５０とを備えている。本実施形態では、液晶パネル１００のうち対向基板２０の一部は、マイクロレンズ基板５０の出射側レンズ層４２の一部と重複して構成されている。

入射側レンズ層４１には、パス層４３との界面に凹状の第１マイクロレンズ４４が形成されている。複数の第１マイクロレンズ４４は、入射側レンズ層４１においてマトリックス状に配置されている。入射側レンズ層４１は、例えば、石英で構成されている。石英の屈折率（ｎ）は、例えば、１．４６である。

入射側レンズ層４１の凹部４４ａには、透光性層が形成されており、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）が充填されている。酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）の屈折率（ｎ１）は、１．５５〜１．７０程度である。

入射側レンズ層４１及び第１マイクロレンズ４４上（液晶層１５側）には、パス層４３が配置されている。パス層４３は、入射側レンズ層４１と出射側レンズ層４２との距離を調整するために配置されている。パス層４３の材質は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。酸化シリコンの屈折率（ｎ２）は、１．４６〜１．５２程度である。

パス層４３の上（液晶層１５側）には、第２マイクロレンズ５１を構成する第１透光性層５１ａが配置されている。隣り合う第１透光性層５１ａ間には、レンズ形状とならない隙間が存在する場合がある。隙間が存在すると、光の利用効率が低下する。第１透光性層５１ａの材質は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。酸窒化シリコンの屈折率（ｎ３）は、１．５５〜１．７０程度である。

第１透光性層５１ａ及びパス層４３を覆うように、第２マイクロレンズ５１を構成する第２透光性層５１ｂが配置されている。第２透光性層５１ｂは、レンズ形状とならない未完成な第１透光性層５１ａ間の形状を、正規のレンズ形状に形成するために、第１透光性層５１ａを覆うように配置されている。第２透光性層５１ｂの材質は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。酸窒化シリコン（ｎ４）の屈折率は、１．５５〜１．７０程度である。

第２透光性層５１ｂ上（液晶層１５側）には、対向基板２０の一部としても構成される出射側レンズ層４２が配置されている。出射側レンズ層４２の材質は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。酸化シリコンの屈折率（ｎ５）は、１．４６〜１．５２程度である。なお、第１透光性層５１ａの屈折率ｎ３と第２透光性層５１ｂの屈折率ｎ４との関係は、多少添加する成分等を調整して、ｎ４＜ｎ３となることが好ましい。

なお、屈折率ｎ、ｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４、ｎ５の関係は、以下の通りである。
ｎ５＜ｎ４＜ｎ３
ｎ１≠ｎ３
ｎ１＞ｎ２

マイクロレンズ基板５０の光出射側には、上記した液晶パネル１００が配置される。光は、マイクロレンズ基板５０を通過して、液晶パネル１００の対向基板２０側から入射し、素子基板１０側から出射する。

マイクロレンズ基板５０は、その使用時には、２つのマイクロレンズ（第１マイクロレンズ４４及び第２マイクロレンズ５１を含むダブルマイクロレンズ）が、例えば、素子基板１０の各画素Ｐに対応するように配置される。従って、マイクロレンズに入射する入射光は、マイクロレンズの屈折作用により、素子基板１０における各画素Ｐに向けて集光される。

＜液晶装置（マイクロレンズ基板）の製造方法＞
図８は、液晶装置の製造方法を工程順に示すフローチャートである。図９〜図１１は、液晶装置のうちマイクロレンズ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図である。以下、液晶装置の製造方法を、図８〜図１１を参照しながら説明する。

最初に、素子基板１０側の製造方法を説明する。まず、ステップＳ１１では、石英基板などからなる第１基材１０ａ上にＴＦＴ３０などを形成する。具体的には、周知の成膜技術、フォトリソグラフィ技術、及びエッチング技術を用いて形成する。以降、これらが形成された層を回路層（図示せず）と称して簡略化して説明する。

ステップＳ１２では、画素電極２７を形成する。具体的には、ＴＦＴ３０などを含む回路層（図示せず）の上に、周知の成膜技術、フォトリソグラフィ技術、及びエッチング技術を用いて、ＩＴＯなどからなる画素電極２７を形成する。

ステップＳ１３では、画素電極２７を覆うように配向膜２８を形成する。配向膜２８の製造方法としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの無機材料を斜方蒸着する斜方蒸着法が用いられる。

次に、対向基板２０側の製造方法を説明する。まず、ステップＳ２１では、マイクロレンズ基板５０を形成する。具体的には、図９〜図１１を参照しながら説明する。

図９（ａ）に示す工程では、第２基材２０ａ上（液晶層１５側）に酸化膜５３（高温酸化膜、ＨＴＯ：High Temperature Oxide（例えば、７００℃〜１１００℃程度のアニール処理を施した酸化膜））を形成し、酸化膜５３上にポリシリコン膜５４を形成する。酸化膜５３は、例えば、第２基材２０ａよりエッチングレートが早い、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成された酸化シリコンが用いられる。ポリシリコン膜５４は、後にマスクとして用いられる。

図９（ｂ）に示す工程では、ポリシリコン膜５４に開口孔５４ａを形成する。具体的には、図示しないレジストパターンをマスクとして、画素Ｐに対応する位置のポリシリコン膜５４をエッチングして、複数の開口孔５４ａを形成する。開口孔５４ａの大きさは、後のエッチング工程で凹部４４ａを広げることから、画素Ｐの開口領域より小さく形成する。これにより、開口孔５４ａを有するマスク５４ｂが完成する。

ポリシリコン膜からなるマスク５４ｂはエッチングされない条件を用いる。エッチング液は、例えば、フッ酸である。

図９（ｃ）に示す工程では、マスク５４ｂの開口孔５４ａを介して、酸化膜５３及び第２基材２０ａに第１のエッチング処理を施し、酸化膜５３を開孔し、第２基材２０ａに凹部４４ａを形成する。エッチング処理は、ドライエッチング処理（異方性エッチング）である。酸化膜５３の役割として、エッチングレートを調整することにより、第２基材２０ａに形成される凹部４４ａの横幅や深さを変えることができる。

次に、マスク５４ｂを介して、酸化膜５３及び第２基材２０ａに第２のエッチング処理を施す。第２のエッチング処理は、ウエットエッチング処理（等方性エッチング）である。これにより、酸化膜５３の開口孔が広がると共に、第２基材２０ａの凹部４４ａが等方的に広がる。その結果、第２基材２０ａにレンズ形状の凹部４４ａが形成される。

図９（ｄ）に示す工程では、ポリシリコン膜５４からなるマスク５４ｂ及び酸化膜５３を除去する。

図１０（ｅ）に示す工程では、凹部４４ａに透光性層の一例であるレンズ層４４ｂを充填する。レンズ層４４ｂは、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。レンズ層４４ｂの製造方法としては、ＣＶＤ法及びＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨などを用いて形成する。これにより、第１マイクロレンズ４４が完成する。

図１０（ｆ）に示す工程では、第２基材２０ａ及び第１マイクロレンズ４４を覆うようにパス層４３を形成する。パス層４３は、第１マイクロレンズ４４と第２マイクロレンズ５１との距離を確保するために用いられる。言い換えれば、光の集光が可能な距離に調整する。パス層４３は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。パス層４３の製造方法としては、ＣＶＤ法などが挙げられる。

図１０（ｇ）に示す工程では、パス層４３の上に、凸型の第２マイクロレンズ５１を形成するべく前駆体層５１ｃを成膜する。その後、前駆体層５１ｃ上にレジスト膜５１ｅを成膜する。前駆体層５１ｃの材質は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。レジスト膜５１ｅは、例えば、熱変形性のレジストである。

図１０（ｈ）に示す工程では、第２マイクロレンズ５１を形成するためのレジストパターン５１ｅ１を形成する。レジストパターン５１ｅ１を形成する方法は、フォトリソグラフィ技術を用いる。これにより、第１マイクロレンズ４４の平面的な位置に対応して、方形状のレジストパターン５１ｅ１が形成される。

図１１（ｉ）に示す工程では、方形状のレジストパターン５１ｅ１から曲面形状のレジストパターン５１ｅ２に形成する。具体的には、レジストパターン５１ｅ１が熱変形性のレジストから構成されているので、加熱（ベーク）することにより溶融し、表面張力によって略半球状のレジストパターン５１ｅ２にリフローすることができる。加熱温度は、例えば、１００℃〜２５０℃程度である。

図１１（ｊ）に示す工程では、曲面形状のレジストパターン５１ｅ２をマスクとして、酸窒化シリコンにドライエッチング又はウエットエッチング処理を施して、第１透光性層５１ａを形成する。具体的には、図１１（ｉ）に示すように、前駆体層５１ｃ（ＳｉＯＮ）にエッチング処理を施すと、前駆体層５１ｃが食刻され、その厚みが減少する。このとき、一緒にレジストパターン５１ｅ２も食刻される。

このとき、前駆体層５１ｃとレジストパターン５１ｅ２とのエッチングレートが同じになるようにする。これにより、レジストパターン５１ｅ２の形状を、前駆体層５１ｃに転写することが可能となり、第１透光性層５１ａ（マイクロレンズ）を形成することができる。この際、隣り合うマイクロレンズ（第１透光性層５１ａ）間に隙間が生じる場合がある。これにより、光の利用効率が低下する恐れがある。

図１１（ｋ）に示す工程では、第２マイクロレンズ５１の形状が所望の形状になるように形成する。具体的には、第１透光性層５１ａ及びパス層４３を覆うように第２透光性層５１ｂを成膜する。第２透光性層５１ｂの材質は、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。なお、第１透光性層５１ａの屈折率ｎ３と第２透光性層５１ｂの屈折率ｎ４との屈折率は異なる。本実施形態の場合、ｎ４＜ｎ３であることが好ましい。

第２透光性層５１ｂの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。このように、第１透光性層５１ａを覆うように第２透光性層５１ｂを形成して所望のレンズ形状にすることにより、隣り合う第２マイクロレンズ５１間に隙間がなくなる。これにより、光の利用効率を高めることができる。

図１１（ｌ）に示す工程では、第２マイクロレンズ５１を覆うように出射側レンズ層４２を成膜して、マイクロレンズ基板５０を完成させる。出射側レンズ層４２の材質は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。

ステップＳ２２では、マイクロレンズ基板５０の上に、周知の成膜技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、対向電極３１を形成する。具体的には、ＩＴＯなどの透明導電性膜をスパッタし、これをエッチングすることによって形成することができる。

ステップＳ２３では、対向電極３１上に配向膜３２を形成する。配向膜３２の製造方法は、配向膜２８と場合と同様であり、例えば、斜方蒸着法を用いて形成する。以上により、対向基板２０側が完成する。次に、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる方法を説明する。

ステップＳ３１では、素子基板１０上にシール材１４を塗布する。具体的には、素子基板１０と、例えばディスペンサー（吐出装置でも可能）との相対的な位置関係を変化させて、素子基板１０における表示領域Ｅの周縁部に（表示領域Ｅを囲むように）シール材１４を塗布する。

シール材１４としては、例えば、紫外線硬化型エポキシ樹脂が挙げられる。なお、紫外線などの光硬化型樹脂に限定されず、熱硬化型樹脂などを用いるようにしてもよい。また、シール材１４には、例えば、素子基板１０と対向基板２０との間隔（ギャップ或いはセルギャップ）を所定値とするためのスペーサー等のギャップ材が含まれている。

ステップＳ３２では、シール材１４で囲まれた中に液晶を滴下する。詳しくは、シール材１４で囲まれた領域に液晶を滴下する（ＯＤＦ（One Drop Fill）方式）。滴下する方法としては、例えば、インクジェットヘッドなどを用いることができる。また、液晶は、シール材１４によって囲まれた領域（表示領域Ｅ）の中央部に滴下することが望ましい。

ステップＳ３３では、素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる。具体的には、素子基板１０に塗布されたシール材１４を介して素子基板１０と対向基板２０とを貼り合わせる。より具体的には、互いの基板１０，２０の平面的な縦方向や横方向の位置精度を確保しながら行う。以上により、液晶装置１が完成する。

＜電子機器の構成＞
次に、上記液晶装置を備えた投射型表示装置について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、投射型表示装置の構成を示す概略図である。

図１２に示すように、本実施形態の投射型表示装置１０００は、システム光軸Ｌに沿って配置された偏光照明装置１１００と、光分離素子としての２つのダイクロイックミラー１１０４，１１０５と、３つの反射ミラー１１０６，１１０７，１１０８と、５つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５と、３つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム１２０６と、投射レンズ１２０７とを備えている。

偏光照明装置１１００は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット１１０１と、インテグレーターレンズ１１０２と、偏光変換素子１１０３とから概略構成されている。

ダイクロイックミラー１１０４は、偏光照明装置１１００から射出された偏光光束のうち、赤色光（Ｒ）を反射させ、緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）とを透過させる。もう１つのダイクロイックミラー１１０５は、ダイクロイックミラー１１０４を透過した緑色光（Ｇ）を反射させ、青色光（Ｂ）を透過させる。

ダイクロイックミラー１１０４で反射した赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１１０６で反射した後にリレーレンズ１２０５を経由して液晶ライトバルブ１２１０に入射する。ダイクロイックミラー１１０５で反射した緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１２０４を経由して液晶ライトバルブ１２２０に入射する。ダイクロイックミラー１１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３と２つの反射ミラー１１０７，１１０８とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３０に入射する。

液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０は、クロスダイクロイックプリズム１２０６の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０に入射した色光は、映像情報（映像信号）に基づいて変調されクロスダイクロイックプリズム１２０６に向けて射出される。

このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が合成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ１２０７によってスクリーン１３００上に投射され、画像が拡大されて表示される。

液晶ライトバルブ１２１０は、上述した液晶装置１が適用されたものである。液晶装置１は、色光の入射側と射出側とにおいてクロスニコルに配置された一対の偏光素子の間に隙間を置いて配置されている。他の液晶ライトバルブ１２２０，１２３０も同様である。

このような投射型表示装置１０００には、液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０を用いているので、高い信頼性を得ることができる。

なお、液晶装置１が搭載される電子機器としては、投射型表示装置１０００の他、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの受光素子、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スマートフォン、ＥＶＦ（Electrical View Finder）、モバイルミニプロジェクター、電子ブック、携帯電話、モバイルコンピューター、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、ディスプレイ、車載機器、オーディオ機器、露光装置や照明機器など各種電子機器に用いることができる。

以上詳述したように、本実施形態のマイクロレンズ基板５０及び液晶装置１によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）本実施形態のマイクロレンズ基板５０によれば、第１透光性層５１ａを覆うように屈折率の異なる第２透光性層５１ｂを配置してマイクロレンズの曲面を構成するので、第１透光性層５１ａでは未完成なマイクロレンズの形状を、第２透光性層５１ｂで補うことが可能となる。言い換えれば、隣り合う第２マイクロレンズ５１間の隙間をなくすことができる。よって、正規のマイクロレンズの曲面に近い第２マイクロレンズ５１を提供することができる。更に、第１透光性層５１ａと第２透光性層５１ｂとの屈折率を異ならせるので、第２マイクロレンズ５１による集光効率を高めることができる。加えて、狭画素ピッチになった場合、レンズ形状を作りこむことが可能となるので、高精細化を実現することができる。

（２）本実施形態のマイクロレンズ基板５０によれば、第１透光性層５１ａを覆う第２透光性層５１ｂの屈折率の方が小さいので、凸型の第２マイクロレンズ５１において、光を集光させることができる。また、凸型の第２マイクロレンズ５１と凹型の第１マイクロレンズ４４とが一対になるように対向配置されたダブルマイクロレンズ構造になっているので、更なる光利用効率を高めることができる。

（３）本実施形態の液晶装置１によれば、上記マイクロレンズ基板５０を備えるので、集光効率を高めることが可能な液晶装置１を提供することができる。

なお、本発明の態様は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、本発明の態様の技術範囲に含まれるものである。また、以下のような形態で実施することもできる。

（変形例１）
上記したように、マイクロレンズ基板は、対向配置された２つのマイクロレンズ（第１マイクロレンズ４４、第２マイクロレンズ５１）を備えた形態に限定されず、第２マイクロレンズ５１のみを備えた液晶装置であってもよい。図１３は、変形例のマイクロレンズ基板１５０を備えた液晶装置１０１の構成を示す模式断面図である。

変形例のマイクロレンズ基板１５０は、パス層４３上（液晶層１５側）に、第１透光性層５１ａと第２透光性層５１ｂとを有する第２マイクロレンズ５１が配置されている。

これによれば、第１マイクロレンズ４４を有しないものの、第２マイクロレンズ５１の形状が正規の形状に近づけて形成されているので、集光効率が高められる液晶装置１０１を提供することができる。

（変形例２）
上記したように、凸型の第２マイクロレンズ５１を２層にして正規のマイクロレンズの形状に造り込むことに限定されず、例えば、凹型のマイクロレンズを２層にして正規のマイクロレンズの形状に造り込むようにしてもよい。

３ａ…走査線、３ｂ…容量線、３ｃ…下側遮光層、ＣＮＴ１〜ＣＮＴ４…コンタクトホール、６ａ…データ線、１０…素子基板、１０ａ…第１基材、１１ａ…下地絶縁層、１１ｂ…第１層間絶縁層、１１ｃ…第２層間絶縁層、１１ｄ…第３層間絶縁層、１１ｇ…ゲート絶縁層、１４…シール材、１５…液晶層、１６…容量素子、１６ａ…第１容量電極、１６ｂ…第２容量電極、１６ｃ…誘電体膜、１８…遮光層、２０…対向基板、２０ａ…第２基材、２２…データ線駆動回路、２４…走査線駆動回路、２５…検査回路、２６…上下導通部、２７…画素電極、２８，３２…配向膜、２９…配線、３０…ＴＦＴ、３０ａ…半導体層、３０ｃ…チャネル領域、３０ｄ…画素電極側ソースドレイン領域、３０ｄ１…画素電極側ＬＤＤ領域、３０ｇ…ゲート電極、３０ｓ…データ線側ソースドレイン領域、３０ｓ１…データ線側ＬＤＤ領域、３１…対向電極、３３…絶縁層、３５…外部接続用端子、４１…入射側レンズ層、４２…出射側レンズ層、４３…パス層、４４…第１マイクロレンズ、４４ａ…凹部、４４ｂ…レンズ層、５０…マイクロレンズ基板、５１…第２マイクロレンズ、５１ａ…第１透光性層、５１ｂ…第２透光性層、５１ｃ…前駆体層、５１ｅ…レジスト膜、５１ｅ１…レジストパターン、５１ｅ２…レジストパターン、５３…酸化膜、５４…ポリシリコン膜、５４ａ…開口孔、５４ｂ…マスク、１００…液晶パネル、１０１…液晶装置、１５０…マイクロレンズ基板、１０００…投射型表示装置、１１００…偏光照明装置、１１０１…ランプユニット、１１０２…インテグレーターレンズ、１１０３…偏光変換素子、１１０４，１１０５…ダイクロイックミラー、１１０６，１１０７，１１０８…反射ミラー、１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５…リレーレンズ、１２０６…クロスダイクロイックプリズム、１２０７…投射レンズ、１２１０，１２２０，１２３０…液晶ライトバルブ、１３００…スクリーン。

Claims (5)

1. 第１透光性層と、
   前記第１透光性層のレンズ曲面に沿って形成され、前記第１透光性層とは異なる屈折率を有する第２透光性層と、
   を備えたことを特徴とするマイクロレンズ基板。
2. 請求項１に記載のマイクロレンズ基板であって、
   前記第１透光性層の上に配置された前記第２透光性層を含むマイクロレンズは、凸型のマイクロレンズであることを特徴とするマイクロレンズ基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載のマイクロレンズ基板であって、
   前記第１透光性層の屈折率は、前記第２透光性層の屈折率より大きいことを特徴とするマイクロレンズ基板。
4. 請求項２又は請求項３に記載のマイクロレンズ基板であって、
   前記第１透光性層及び前記第２透光性層を含む前記凸型のマイクロレンズと、凹型のマイクロレンズとが対向するように配置されていることを特徴とするマイクロレンズ基板。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマイクロレンズ基板を備えることを特徴とする電気光学装置。

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