JP4333373B2 - マイクロレンズの製造方法及びマイクロレンズ、並びにこれを備えた電気光学装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶装置等の電気光学装置に用いられるマイクロレンズアレイ板等を構成するマイクロレンズの製造方法、該製造方法により製造されるマイクロレンズ、該マイクロレンズを備えた電気光学装置及び該電気光学装置を具備してなる電子機器の技術分野に関する。

特許文献１から特許文献３に開示されているように、液晶装置等の電気光学装置において、例えば対向基板には、各画素に対応するマイクロレンズが作り込まれたり、このような複数のマイクロレンズが作り込まれたマイクロレンズアレイ板が貼り付けられたりする。このようなマイクロレンズアレイを利用することで、電気光学装置では明るい表示が実現される。更に、各画素においてコントラストを向上させるためには、各マイクロレンズは曲率半径の大きいレンズとして形成されるのが好ましい。

ここで、マイクロレンズの製造は、次のように行われる。即ち、先ず、例えば透明基板上に、マイクロレンズの形成されるレンズ形成領域に対応する領域に複数の開口部が設けられたマスクを形成する。次に、このマスクを介して透明基板をウエットエッチングすることにより、各開口部に対応する凹部を掘る。該凹部は、マイクロレンズのレンズ曲面に対応する形状を有する。その後、マスクを除去してから、各凹部内に高屈折率の透明樹脂を用いて構成される接着剤を充填する。続いて、該接着剤を介して透明基板にカバーガラスを接着させる。

このような製造方法によれば、凹部に充填された接着剤によってマイクロレンズが形成される。曲率半径の大きいマイクロレンズを形成するためには、凹部をより深く掘る必要がある。従って、カバーガラスと透明基板との間に挟持される接着剤の厚さも厚くなってしまい、該接着剤の熱膨張等により電気光学装置において、組み立て精度が悪くなる恐れがある。

接着剤の厚さを薄くするために、上述したマスクをレンズ形成領域のみに形成し、凹部を形成すると共に非レンズ形成領域を削って、該非レンズ形成領域の高さを凹部の縁と同等の高さにする方法が考えられる。

また、特許文献１又は２では、接着剤の厚さを薄くするために、次のような２種類のエッチングを行って、非レンズ形成領域の高さを凹部の縁と同等の高さにする。即ち、マスクを介して透明基板に第１のエッチングを施すことにより、各凹部を初期穴として形成した後、マスクを除去して、更に透明基板に第２のエッチングを施して、各初期穴を掘り進めて、曲率半径の大きいレンズ曲面を形成する。

特開２００１−１９４５０９号公報 特開２０００−２３１００７号公報 特許第３０７１０４５号公報

しかしながら、マスクをレンズ形成領域のみに形成したのでは、エッチングが進行するにつれて、該マスクが剥がれてしまう恐れがある。また、特許文献１及び２に開示されている方法によれば、各凹部の曲率半径は大きくなるものの、第２のエッチングによって初期穴として形成された該凹部の形状が変わってしまう。また、特許文献１によれば、マイクロレンズの４角に対して「柱」と称される、レンズとして機能しない領域が設けられている。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、曲率半径が大きく且つ厚さが薄いマイクロレンズを製造することが可能なマイクロレンズの製造方法、該製造方法により製造されるマイクロレンズ、該マイクロレンズを備えた電気光学装置及び該電気光学装置を具備してなる電子機器を提供することを課題とする。

本発明の第１のマイクロレンズの製造方法は上記課題を解決するために、透明基板の一面におけるレンズ形成領域に、夫々マイクロレンズのレンズ曲面を有する複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部に夫々保護材料を充填して保護膜を形成する工程と、前記一面において前記レンズ形成領域の周辺に位置する非レンズ形成領域を前記保護膜と共に後退させるように、前記一面に対して研磨処理を施す工程と、前記研磨処理により後退させられた保護膜を除去して、前記複数の凹部に夫々、前記透明基板より屈折率の大きい透明な接着剤を充填して前記マイクロレンズを形成する工程と、前記接着剤を介して前記透明基板に透明板状部材を用いて構成されるカバー基板を接着させる工程とを含む。

本発明の第１のマイクロレンズの製造方法によれば、透明基板の一面に対して、例えば複数の凹部に対応する複数の開口部が形成されたマスクを用いて、該複数の開口部を介してエッチングが施されることにより、該一面のレンズ形成領域に複数の凹部が形成される。各凹部は、マイクロレンズの曲率半径に応じたレンズ曲面を有している。マイクロレンズの曲率半径が大きくなればなる程、凹部の底から前記透明基板の一面に至るまでの距離、即ち凹部の深さは深くなる。

保護材料として例えばレジストを用いて構成される保護膜形成後、前記透明基板の一面に対して、研磨処理として例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理が行われる。研磨処理によって、前記透明基板の一面における非レンズ形成領域に加えて前記透明基板の一面に露出した保護膜も研磨されることにより後退し、複数の凹部の縁部が露出する。典型的には、非レンズ形成領域が複数の凹部の縁部の高さまで研磨されると、これと殆ど同時に、平面的に見てマトリクス状に配置された複数の凹部の縁部が格子状に露出することになる。このように、研磨処理によって、前記透明基板の一面における非レンズ形成領域を後退させることによって、各凹部の深さを浅くすることができる。また、保護膜が形成されているため、研磨処理において、各凹部内にごみが付着するのを防止することができる。

尚、各凹部の縁部の平面的な形状は矩形形状であるのが好ましい。このようにすれば、上述したように隣接するマイクロレンズ間に柱（特許文献１参照）が設けられる場合と比較して、各マイクロレンズにおいてレンズとして有効な領域を広くとることが可能となる。この際、例えば上述の如く凹部をウエットエッチングにより形成するのであれば、上下又は左右に隣接する凹部が接触するまでは、凹部の平面的な形状は、ウエットエッチングにより円となる。そして、ウエットエッチングを続ければ、平面的な形状は円が繋がった矩形形状に近付き、更に、斜めに隣接する凹部が接触すると、それ以降は、凹部の平面的な形状は、矩形形状となる。また、いずれの段階においても、凹部の内表面は、球面の一部をなし、エッチングを続ける程に、その球面の曲率半径は大きくなる。

研磨処理後、各凹部内から保護膜を除去して、該凹部内に透明樹脂を用いて構成される接着剤を充填することによりマイクロレンズを形成する。これにより、複数の凹部に夫々、該凹部形成時の形状のレンズ曲面を有し、且つ比較的曲率半径の大きい平凸状のマイクロレンズを形成することができる。

また、マイクロレンズの厚さは研磨処理後の凹部の深さである。即ち、凹部の深さを研磨処理において調整することにより、マイクロレンズの厚さを調整することができる。従って、曲率半径が大きく且つ厚さが薄いマイクロレンズを形成することが可能となる。

また、接着剤を介して透明基板にカバー基板が接着される。上述したようにマイクロレンズの厚さが調整されることにより、透明基板及びカバー基板に挟持される接着剤の厚さも薄くすることができる。

ここで、マイクロレンズの曲率半径を大きくすることによって、収差の少ないレンズを形成することができる。マイクロレンズの曲率半径を変化させると、その焦点距離も変化する。該焦点距離は、好ましくは、カバー基板の厚さを変えることによって調整する。また、該調整に伴い、透明基板の厚さも調整するのが好ましい。

本発明の第１のマイクロレンズの製造方法の一態様では、前記研磨処理を施す工程は、化学的機械研磨処理により行なわれる。

この態様によれば、ＣＭＰ処理を行うことにより、前記透明基板の一面は平坦化される、即ち、各凹部の深さを同等とすることが可能となる。

本発明の第２のマイクロレンズの製造方法は上記課題を解決するために、透明基板の一面におけるレンズ形成領域に、夫々マイクロレンズのレンズ曲面を有する複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部に夫々保護材料を充填して保護膜を形成する工程と、前記一面において少なくとも前記レンズ形成領域の周辺に位置する非レンズ形成領域を後退させるように、前記一面に対してエッチング処理を施す工程と、前記保護膜を除去して、前記複数の凹部に夫々、前記透明基板より屈折率の大きい透明な接着剤を充填して前記マイクロレンズを形成する工程と、前記接着剤を介して前記透明基板に透明板状部材を用いて構成されるカバー基板を接着させる工程とを含む。

本発明の第２のマイクロレンズの製造方法によれば、上述した第１のマイクロレンズの製造方法と同様、曲率半径が大きく且つ厚さが薄いマイクロレンズを形成することが可能となる。

ここで、本発明の第２のマイクロレンズの製造方法では、ウエットエッチング又はドライエッチングにより、前記透明基板の一面における非レンズ形成領域を後退させる。保護材料として、透明基板とエッチングレートがほぼ同等かそれよりも小さい、即ちエッチングされ難い材料を用いる。保護材料と、透明基板とのエッチングレートがほぼ同等であれば、上述の研磨処理と同様、前記透明基板の一面における非レンズ形成領域に加えて前記透明基板の一面に露出した保護膜も後退する。他方、保護材料のエッチングレートが透明基板より小さい場合は、レンズ形成領域内における保護膜を殆ど又は実質的に全くエッチングせずに、非レンズ形成領域を専ら後退させることができる。いずれにせよ、保護膜は、後工程であるマイクロレンズを形成する工程で除去されるので、エッチング処理を施さなくても、その後におけるマイクロレンズを形成する工程に、支障は無い。

従って、本発明の第２のマイクロレンズの製造方法によれば、保護膜によって各凹部を保護することにより、該凹部に形成されたレンズ曲面の形状を変化させることなくエッチングを行って、各凹部の深さを浅くすることができる。また、保護膜が形成されているため、エッチング時に、各凹部内にごみが付着するのを防止することができる。

本発明の第２のマイクロレンズの製造方法の一態様では、前記エッチング処理を施す非レンズ形成領域を後退させる工程は、ウエットエッチング又はドライエッチングにより行われる。

この態様によれば、ウエットエッチング又はドライエッチングを行うことにより、前記透明基板の一面における非レンズ形成領域を後退させることが可能となる。

本発明の第１又は第２のマイクロレンズの製造方法の他の態様では、前記保護膜を形成する工程は、前記各凹部内から該凹部外に連続して形成された前記保護膜のうち、前記各凹部外に形成された部分を除去して、前記各凹部内に形成された部分を残存させる。

この態様によれば、前記透明基板の一面における非レンズ形成領域を、保護膜より露出させておき、前記透明基板の一面に対して研磨処理又はエッチングを施すことにより、各凹部におけるレンズ曲面の形状を変化させることなく、非レンズ形成領域を後退させることができる。

本発明の第１又は第２のマイクロレンズの製造方法の他の態様では、前記研磨処理を施す工程又は前記エッチング処理を施す工程により、前記各凹部の縁部を露出させる。

この態様では、研磨処理又はエッチングにより前記透明基板の一面における非レンズ形成領域を、各凹部の縁部が露出するまで、後退させる。これにより、エッチング又は研磨処理によって前記透明基板の一面を削りすぎて、複数の凹部が全て損なわれてしまう事態を防止することが可能となる。

本発明の第１及び第２のマイクロレンズの製造方法の他の態様では、前記複数の凹部を
形成する工程において、前記各凹部は、球面の一部をなす内表面を有すると共に矩形の平
面形状を有し且つ各辺において他の前記凹部と隣接して形成される。

この態様によれば、上述したように隣接するマイクロレンズ間に柱が設けられる場合と比較して、各マイクロレンズにおいてレンズとして有効な領域を広くとることが可能となる。

本発明の第１及び第２のマイクロレンズの製造方法の他の態様では、前記複数の凹部を
形成する工程は、前記透明基板上に、前記レンズ形成領域に対応する領域に、夫々前記凹
部より平面的なサイズの小さい複数の開口部が設けられたマスクを前記レンズ形成領域か
ら前記非レンズ形成領域に跨って形成する工程と、前記複数の開口部を介して前記透明基
板に対して等方性エッチングを施すことにより、前記複数の凹部を形成する工程と、前記
マスクを除去する工程とを含む。

この態様によれば、前記透明基板の一面に対してマスクを介して等方性エッチングを施すことにより、該一面におけるレンズ形成領域に、複数の凹部が形成される。

マスクにおける複数の開口部は夫々、凹部の平面的なサイズより小さく形成されているため、凹部にレンズ曲面を形成することが可能となる。また、前記透明基板の一面上に、レンズ形成領域から非レンズ形成領域に跨ってマスクは形成されるため、エッチングが進行するにつれて、該マスクが破損される事態を防止することが可能となる。

本発明のマイクロレンズは上記課題を解決するために、上述した本発明の第１及び第２のマイクロレンズの製造方法（但し、その各種態様を含む）によって製造される。

本発明のマイクロレンズにおいて、曲率半径が大きく且つ厚さが薄いマイクロレンズが形成されることにより、各マイクロレンズにおける収差を少なくすることが可能となる。従って、光の利用効率を高めることが可能なマイクロレンズが実現される。

本発明の電気光学装置は上記課題を解決するために、上述した本発明のマイクロレンズと、該マイクロレンズと対向する表示用電極と、該表示用電極に接続された配線又は電子素子とを備える。

本発明の電気光学装置によれば、上述した本発明のマイクロレンズを備えるので、該マイクロレンズにより光の利用効率を高め、各画素における光の透過率及びコントラストを向上させることができる。従って、本発明の電気光学装置では、高品質の画像表示を行うことが可能となる。

また、マイクロレンズを構成する接着剤の厚さを薄くすることができるため、該接着剤の応力や膨張係数の影響を小さくすることが可能となり、当該電気光学装置における組み立て精度を向上させることが可能となる。

尚、このような電気光学装置は、各画素毎に「表示用電極」として配置された島状の画素電極に、走査線、データ線等の配線や薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下適宜、”ＴＦＴ”と称する）、薄膜ダイオード（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ；以下適宜、”ＴＦＤ”と称する）の電子素子が接続されてなるアクティブマトリクス駆動型液晶装置等の電気光学装置として構築される。

本発明の電子機器は上記課題を解決するために、上述した本発明の電気光学装置（但し、その各種態様も含む）を具備する。

本発明の電子機器は、上述した本発明の電気光学装置を具備してなるので、高品質の画像表示を行うことが可能な、投射型表示装置、テレビ、携帯電話、電子手帳、ワードプロセッサ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルなどの各種電子機器を実現できる。また、本発明の電子機器として、例えば電子ペーパなどの電気泳動装置、電子放出装置（Field Emission Display及びConduction Electron-Emitter Display）、これら電気泳動装置、電子放出装置を用いた装置としてDLP（Degital Light Processing）等を実現することも可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。

以下では、本発明の実施の形態について図を参照しつつ説明する。

＜１：第１実施形態＞
本発明のマイクロレンズの製造方法に係る第１実施形態について、図１から図１２を参照して説明する。

＜１−１：マイクロレンズアレイ板＞
先ず、本発明のマイクロレンズの製造方法によって製造可能なマイクロレンズアレイ板について、図１から図３を参照して説明する。

ここに、図１（ａ）は、マイクロレンズアレイ板の概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面の構成を示す概略斜視図である。また、図２（ａ）は、本実施形態のマイクロレンズアレイ板のうち４つのマイクロレンズに係る部分を拡大して示す部分拡大平面図であり、図２（ｂ）は、本実施形態のマイクロレンズアレイ板の部分拡大断面図であり、図２（ｃ）は、本実施形態のマイクロレンズのレンズ面の立体的な形状を概略的に示す拡大斜視図である。更に、図３（ａ）は、本実施形態のマイクロレンズの断面の形状を模式的に示す図であって、図３（ｂ）は、比較例のマイクロレンズの断面の形状を模式的に示す図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のマイクロレンズアレイ板２０は、例えば石英板等からなる透明基板２１０と、該透明基板２１０に後述するように接着剤２３０によって接着された、「カバー基板」であるカバーガラス２００とを備えている。

本実施形態において、マイクロレンズアレイ板２０のレンズ形成領域２０ａには、以下のようにマトリクス状に平面配列された多数のマイクロレンズ５００が形成されている。図１（ｂ）において、透明基板２１０には、マトリクス状に多数の凹状の窪み、即ち凹部が掘られている。各凹部には、カバーガラス２００と透明板部材２１０とを相互に接着する、例えば感光性樹脂材料からなる接着剤が硬化してなる、透明板部材２１０よりも高屈折率の透明な接着層２３０が充填されている。各凹部に充填された接着層２３０によって、マイクロレンズ５００が形成されている。

本実施形態では特に、後述のごとく本発明独自の製造方法により製造されるため、各マイクロレンズ５００は次のような構成となっている。図２（ｂ）に示すように、各マイクロレンズ５００の曲面は、相互に屈折率が異なる透明基板２１０と接着層２３０とにより概ね規定されている。より具体的には、各凹部は、マイクロレンズ５００のレンズ曲面を有している。そして、各マイクロレンズ５００は、凹部によって規定されるレンズ曲面を有する平凸状のレンズとして構築されている。

各マイクロレンズ５００の断面形状について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照してより具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、マイクロレンズ５００のレンズ曲面は、半径Ｒの半球の球面の一部を構成する。従って、マイクロレンズ５００の断面形状は、半球Ｒの半円の弧の一部である曲線及び該曲線の両端を結ぶ直線によって規定される弓形状であり、マイクロレンズ５００の厚さａは半径Ｒより小さい。

このようなマイクロレンズ５００の断面形状を規定する凹部は、後述するように透明基板２１０に対して等方性エッチングを施すことにより形成される。通常、等方性エッチングにより、各凹部の深さを図３（ａ）に示すマイクロレンズ５００の厚さａとして形成しようとする場合、図３（ｂ）に示すように、凹部の深さの値はａとなり、且つ半径ａの半球を構成するレンズ曲面が該凹部に形成される。即ち、本実施形態の製造方法によれば、図３（ｂ）に示す比較例に対して、曲率半径が大きく且つ厚さが薄いマイクロレンズ５００を形成することが可能となる。

次に、各マイクロレンズ５００の平面的な形状について説明する。図２（ａ）に示すように、各マイクロレンズ５００の平面的な形状は好ましくは矩形である。各マイクロレンズ５００の平面的な形状は、凹部の縁部によって規定されている。そして、図２（ａ）に示す一のマイクロレンズ５００が形成される凹部は、他のマイクロレンズ５００が形成された凹部と縁部を共有して隣接する。図２（ｃ）には、レンズ曲面側から見たマイクロレンズ５００の立体的な形状を概略的に示してある。図２（ｃ）において、互いに隣接する４つのマイクロレンズ５００は、互いにレンズ曲面が繋がって形成されている。従って、隣接するマイクロレンズ間に柱が設けられる場合と比較して、各マイクロレンズ５００においてレンズとして有効な領域を広くとることが可能となる。

以上説明したように、各マイクロレンズ５００が比較的曲率半径の大きいレンズとして形成されることにより、該マイクロレンズ５００における収差を低減することが可能となる。

＜１−２：電気光学装置＞
次に、本発明の電気光学装置に係る第１実施形態について、その全体構成を図４及び図５を参照して説明する。ここに、図４は、ＴＦＴアレイ基板をその上に形成された各構成要素と共に対向基板として用いられる上述のマイクロレンズアレイ板側から見た平面図であり、図５は、図４のＨ−Ｈ’断面図である。ここでは、電気光学装置の一例である駆動回路内蔵型のＴＦＴアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例にとる。

図４及び図５において、本実施形態に係る電気光学装置では、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板として用いられるマイクロレンズアレイ板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０との間に液晶層５０が封入されており、ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０とは、画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。

シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。また、シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０との間隔（基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。即ち、本実施形態の電気光学装置は、プロジェクタのライトバルブ用として小型で拡大表示を行うのに適している。

シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、マイクロレンズアレイ板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。

画像表示領域１０ａの周辺に位置する周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。また、走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、前記額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１０ａの両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿い、且つ、前記額縁遮光膜５３に覆われるようにして複数の配線１０５が設けられている。

また、マイクロレンズアレイ板２０の４つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材１０６が配置されている。他方、ＴＦＴアレイ基板１０にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０とマイクロレンズアレイ板２０との間で電気的な導通をとることができる。

図５において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、配向膜が形成されている。他方、詳細な構成については後述するが、マイクロレンズアレイ板２０上には、対向電極２１の他、格子状又はストライプ状の遮光膜２３、更には最上層部分に配向膜が形成されている。また、液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。

なお、図４及び図５に示したＴＦＴアレイ基板１０上には、これらのデータ線駆動回路１０１、走査線駆動回路１０４等に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。

次に、以上の如く構成された電気光学装置における回路構成及び動作について、図６を参照して説明する。図６には、電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路を示してある。

図６において、本実施形態における電気光学装置の画像表示領域１０ａを構成するマトリクス状に形成された複数の画素には、それぞれ、画素電極９ａと当該画素電極９ａをスイッチング制御するためのＴＦＴ３０とが形成されており、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ３０のソースに電気的に接続されている。データ線６ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次に供給しても構わないし、相隣接する複数のデータ線６ａ同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。

また、ＴＦＴ３０のゲートにゲート電極３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線１１ａ及びゲート電極３ａにパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍを、この順に線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、ＴＦＴ３０のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ３０を一定期間だけそのスイッチを閉じることにより、データ線６ａから供給される画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込む。

画素電極９ａを介して電気光学物質の一例としての液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、マイクロレンズアレイ板２０に形成された対向電極２１との間で一定期間保持される。液晶は、印加される電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。ノーマリーホワイトモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加され、全体として電気光学装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光が出射する。

ここで保持された画像信号がリークするのを防ぐために、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０を付加する。この蓄積容量７０は、走査線１１ａに並んで設けられ、固定電位側容量電極を含むとともに定電位に固定された容量電極３００を含んでいる。

上述した電気光学装置に設けられたマイクロレンズアレイ板２０の詳細な構成と、その機能について図７及び図８を参照して説明する。図７は、マイクロレンズアレイ板２０における、遮光膜２３及びマイクロレンズ５００の配置関係を模式的に示す平面図であって、図８は、複数の画素について、図５に示す断面の構成をより詳細に示す図であって、各マイクロレンズ５００の機能について説明するための断面図である。

図８において、マイクロレンズアレイ板２０において、透明基板２１０上に、例えば図７に示すように格子状の平面パターンを有する遮光膜２３が形成される。マイクロレンズアレイ板２０において、遮光膜２３によって非開口領域が規定され、遮光膜２３によって区切られた領域が開口領域７００となる。尚、遮光膜２３をストライプ状に形成し、該遮光膜２３と、ＴＦＴアレイ基板１０側に設けられる容量電極３００やデータ線６ａ等の各種構成要素とによって、非開口領域を規定するようにしてもよい。

各マイクロレンズ５００は各画素に対応するように配置される。より具体的には、図７に示すように、マイクロレンズアレイ板２０において、各画素毎に開口領域７００及び該開口領域７００の周辺に位置する非開口領域を少なくとも部分的に含む領域に矩形状の平面形状を有するマイクロレンズ５００が形成されている。

また、図８において、透明基板２１０上には遮光膜２３を覆うように、透明導電膜からなる対向電極２１が形成されている。更に、図８には図示しない配向膜が対向電極２１上に形成されている。加えて、透明基板２１０上の各開口領域７００にカラーフィルタが形成されてもよい。

他方、図８において、ＴＦＴアレイ基板１０上の各開口領域７００に対応する領域には画素電極９ａが形成されている。また、画素スイッチング用のＴＦＴ３０や、画素電極９ａを駆動するための走査線１１ａやデータ線６ａ等の各種配線並びに蓄積容量７０等の電子素子が、非開口領域に形成されている。このように構成すれば、当該電気光学装置における画素開口率を比較的大きく維持することが可能となる。更に、図８には図示しないが画素電極９ａ上には配向膜が設けられている。

図８において、マイクロレンズアレイ板２０に入射される投射光等の光は、各マイクロレンズ５００によって集光される。尚、図８中、一点鎖線によってマイクロレンズ５００によって集光された光のようすを概略的に示してある。そして、各マイクロレンズ５００によって集光された光は液晶層５０を透過して画素電極９ａに照射され、該画素電極９ａを通過して表示光としてＴＦＴアレイ基板１０より出射される。ここで、マイクロレンズアレイ板２０に入射された光のうち非開口領域に向かう光も、マイクロレンズ５００の集光作用により開口領域７００に入射させることができるため、各画素における実行開口率を高めることができる。また、各マイクロレンズ５００は収差の小さいレンズとすることが可能であるため、光利用効率を向上させることができる。従って、各画素における光の透過率及びコントラストを向上させることができ、その結果、高品質な画像表示を行うことが可能となる。

更に、マイクロレンズ５００を構成する接着層２３０の厚さを薄くすることができるため、該接着層２３０の応力や膨張係数の影響を小さくすることが可能となり、当該電気光学装置における組み立て精度を向上させることが可能となる。

以上説明した本実施形態では、電気光学装置においてデータ線駆動回路１０１や走査線駆動回路１０４をＴＦＴアレイ基板１０の上に設ける代わりに、例えばＴＡＢ（Tape Automated bonding）基板上に実装された駆動用ＬＳＩを、外部回路接続端子１０２に異方性導電フィルムを介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。また、マイクロレンズアレイ板２０の投射光が入射する側及びＴＦＴアレイ基板１０の出射光が出射する側には各々、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＶＡ（Vertically Aligned）モード、ＰＤＬＣ(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード等の動作モードや、ノーマリーホワイトモード／ノーマリーブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の方向で配置される。

尚、上述した電気光学装置では、対向基板として図１から図３に示した如きマイクロレンズアレイ板２０を用いているが、このようなマイクロレンズアレイ板２０を、ＴＦＴアレイ基板１０として利用することも可能である。或いは対向基板として（マイクロレンズアレイ板２０ではなく）単純にガラス基板等に対向電極や配向膜が形成されたものを使用して、ＴＦＴアレイ基板１０側にマイクロレンズアレイ基板２０を取り付けることも可能である。即ち、本発明のマイクロレンズは、ＴＦＴアレイ基板１０側に作り込むこと或いは取り付けることが可能である。

また、図８には、電気光学装置において、各マイクロレンズ５００を凸状に突出した曲面を同図中下側に向けて配置する構成を示してあるが、図９に示すように、各マイクロレンズ５００を凸状に突出した曲面を同図中上側に向けて配置するようにしてもよい。図９は、この場合のマイクロレンズ５００の構成を示す、図８と同様の断面図である。図９において、カバーガラス２００上に遮光膜２３等が、例えば図８と同様に形成される。

＜１−３：マイクロレンズアレイ板の製造方法＞
次に、本実施形態に係るマイクロレンズアレイ板２０の製造方法について、図１０から図１３を参照して説明する。

図１０、並びに図１２及び図１３は、製造プロセスの各工程におけるマイクロレンズアレイ板２０の断面の構成を、順を追って概略的に示す工程図である。

先ず、図１０（ａ）に示すように、透明基板２１０ａ上に、マスク９００として例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によりアモルファスシリコン膜を形成する。マスク９００は耐フッ酸性を有するＣｒ膜、ポリシリコン膜等でも良い。

続いて、図１０（ｂ）に示すように、マスク９００において図１（ｂ）に示す凹部の形成位置に対応する個所に、例えば該マスク９００に対するフォトリソグラフィ法を用いたパターニングにより、複数の開口部９０２を形成する。

ここで、図１１は、マスク９００の平面的な構成を概略敵に示す図であって、レンズ形成領域２０ａと各開口部９０２との配置関係、及び各開口部９０２の形状を説明するための図である。図１１に示すように、マスク９００において、複数の開口部９０２はレンズ形成領域２０ａに対応する領域に形成される。また、各開口部９０２は、平面的に円形状として、且つ該開口部９０２に対応する凹部５００ａより小さいサイズとして形成される。

続いて、図１０（ｃ）において、複数の開口部９０２が形成されたマスク９００を介して、透明基板２１０ａに対して等方性エッチングを施すことにより、複数の凹部５００ａを形成する。より具体的には、該等方性エッチングは、好ましくは、フッ酸系などのエッチャントを用いたウエットエッチングにより行われる。この際、上下又は左右に隣接する凹部５００ａが接触するまでは、凹部５００ａの平面的な形状は円となる。そして、ウエットエッチングを続ければ、平面的な形状は円が繋がった矩形形状に近付き、更に、斜めに隣接する凹部５００ａが接触すると、それ以降は、凹部５００ａの平面的な形状は、矩形形状となる。また、いずれの段階においても、凹部５００ａの内表面は、球面の一部をなし、エッチングを続ける程に、その球面の曲率半径は大きくなる。該曲率半径が大きくなればなる程、凹部５００ａの深さは深くなる。この際、非レンズ形成領域に対してエッチングは行なわれないため、凹部５００ａは、その縁部を含めて、非レンズ形成領域よりも透明基板２１０ａ上における高さが低くなる。即ち、凹部５００ａのエッチングが進むに連れて、レンズ形成領域２０ａの全域が非レンズ形成領域に対して、より低く窪んでいる平面形状が、透明基板２０ａの表面に構築される。従って、仮にこのまま、非レンズ形成領域にカバーガラス２００を貼り付けた場合には、製造されるマイクロレンズアレイ板は、かなり厚いものになってしまう。

尚、例えば時間管理等により等方性エッチングが終了される。マスク９００は、上述したように、レンズ形成領域２０ａから非レンズ形成領域に跨って形成されるため、ウエットエッチングが進行するにつれて、該マスク９００が破損される事態を防止することが可能となる。また、等方性エッチングをドライエッチングにより行うようにしてもよい。

その後、図１０（ｄ）において、マスク層９００をエッチング処理によって除去する。

次に、図１２（ａ）において、保護材料として例えばレジストを用いて構成される保護膜９１０を、各凹部５００ａ内から該凹部５００ａに連続して形成する。これにより、保護膜９１０は、各凹部５００ａに充填された保護材料によってレンズ形成領域２０ａに形成されると共に、該レンズ形成領域２０ａから非レンズ形成領域に跨って形成される。

続いて、図１２（ｂ）において、上述した保護膜９１０のうち、各凹部５００ａ外に形成された部分を除去して、前記各凹部５００ａ内に形成された部分を残存させる。その結果、保護膜９１０より非レンズ形成領域が露出する。

その後、図１２（ｃ）において、透明基板２１０ａに対して、研磨処理として例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理が行われる。研磨処理によって、透明基板２１０ａにおける非レンズ形成領域に加えて保護膜９１０も研磨されることにより後退し、複数の凹部５００ａの縁部が露出する。即ち、非レンズ形成領域が複数の凹部５００ａの縁部の高さまで研磨されると、複数の凹部５００ａの縁部が格子状に露出することになる。このように、研磨処理によって、透明基板２１０ａの一面における非レンズ形成領域を後退させることによって、各凹部５００ａの深さを浅くすることができる。また、保護膜９１０が形成されているため、研磨処理において、各凹部５００ａにおけるレンズ曲面の形状を変化させることなく、非レンズ形成領域を後退させることができ、且つ該凹部５００ａ内にごみが付着するのを防止することができる。

次に、図１３（ａ）において、研磨処理後、各凹部５００ａ内から保護膜９１０を除去し、図１３（ｂ）において、透明基板２１０の表面に熱硬化性の透明な接着剤２３０ａを塗布する。該接着剤２３０ａは、各凹部５００ａ内に充填される。続いて、図１３（ｃ）において、透明基板２１０にカバーガラス２００を押し付けて接着剤２３０ａを硬化させて接着層２３０を形成する。その結果、各凹部５００ａ内に該凹部５００ａ形成時の形状のレンズ曲面を有し、且つ比較的曲率半径の大きい平凸状のマイクロレンズ５００を形成することができる。また特に、図１２（ｂ）〜図１２（ｃ）の工程で非レンズ形成領域の表面高さが低くされているので、接着層２３０の厚さも薄くすることができ、マイクロレンズ５００は厚さの薄いレンズとして形成される。これらの結果、曲率半径が大きいマイクロレンズ５００を備えてなると共に薄型のマイクロレンズアレイ板２０を製造できる。

尚、マイクロレンズ５００の焦点距離は、好ましくは、カバーガラス２００の厚さを変えることによって調整し、該調整に伴い、透明基板２１０の厚さも調整するのが好ましい。

＜２：第２実施形態＞
本発明のマイクロレンズの製造方法に係る第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態において図１２（ｃ）の工程でエッチング処理が行われる点が異なる。よって、該エッチング処理について図１４を参照して説明する。図１４は、図１２（ｃ）と同様に、同図に対応する工程を示す工程図である。尚、図１４において、第１実施形態との共通個所には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１２（ｂ）に示す透明基板２１０ａに対して、ウエットエッチング又はドライエッチングによりエッチング処理を施して、図１４に示すように、非レンズ形成領域を後退させる。保護膜９１０を構成する保護材料として、透明基板２１０ａとエッチングレートがほぼ同等かそれよりも小さい、即ちエッチングされ難い材料を用いる。保護材料と、透明基板２１０ａとのエッチングレートがほぼ同等であれば、上述の研磨処理と同様、透明基板２１０ａにおける非レンズ形成領域に加えて保護膜９１０も後退する。他方、保護材料のエッチングレートが透明基板２１０ａより小さい場合は、レンズ形成領域２０ａ内における保護膜９１０を殆ど又は実質的に全くエッチングせずに、非レンズ形成領域を専ら後退させることができる。

従って、第２実施形態によれば、保護膜９１０によって各凹部５００ａを保護することにより、該凹部５００ａに形成されたレンズ曲面の形状を変化させることなくエッチングを行って、各凹部５００ａの深さを浅くすることができる。また、保護膜９１０が形成されているため、エッチング時に、各凹部５００ａ内にごみが付着するのを防止することができる。

＜３：第３実施形態＞
本発明のマイクロレンズの製造方法に係る第３実施形態について説明する。第３実施形態では、第１実施形態において図１２から図１３を参照して説明した工程が異なる。よって、第１実施形態と異なる点について図１５を参照して説明する。図１５は、図１２又は図１３と同様に、同図に対応する各工程を順を追って概略的に示す工程図である。尚、図１５において、第１実施形態との共通個所には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１５（ａ）において、図１０（ｄ）に示す透明基板２１０ａのうち、非レンズ形成領域を占める部分を、例えばカッティング装置、スクライビング装置等による切断除去又は研磨除去し、レンズ形成領域２０ａを占める他の部分２１０ｄのみを残存させる。従って、第１又は第２実施形態と比較して、より容易に、各凹部５００ａに形成されたレンズ曲面の形状を変化させることなく、該凹部５００ａの深さを浅くすることができる。

その後、図１５（ｂ）において、図１３（ｂ）の工程と同様の手順によって、透明基板２１０ｄの表面に接着剤２３０ａを塗布し、図１５（ｃ）において、図１３（ｃ）の工程と同様の手順によって、接着剤２３０ａを介して透明基板２１０ｄにカバーガラス２００を接着し、接着層２３０を形成する。

よって、第３実施形態によって製造されるマイクロレンズアレイ板は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すマイクロレンズアレイ板２０より非レンズ形成領域を除去してレンズ形成領域２０ａのみを残存させた構成となる。

＜４：電子機器＞
次に、上述した電気光学装置をライトバルブとして用いた電子機器の一例たる投射型カラー表示装置の実施形態について、その全体構成、特に光学的な構成について説明する。ここに、図１６は、投射型カラー表示装置の図式的断面図である。

図１６において、投射型カラー表示装置の一例たる液晶プロジェクタ１１００は、駆動回路がＴＦＴアレイ基板上に搭載された液晶装置を含む液晶モジュールを３個用意し、それぞれＲＧＢ用のライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂとして用いたプロジェクタとして構成されている。液晶プロジェクタ１１００では、メタルハライドランプ等の白色光源のランプユニット１１０２から投射光が発せられると、３枚のミラー１１０６及び２枚のダイクロックミラー１１０８によって、ＲＧＢの三原色に対応する光成分Ｒ、Ｇ及びＢに分けられ、各色に対応するライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂにそれぞれ導かれる。この際特に、Ｂ光は、長い光路による光損失を防ぐために、入射レンズ１１２２、リレーレンズ１１２３及び出射レンズ１１２４からなるリレーレンズ系１１２１を介して導かれる。そして、ライトバルブ１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂによりそれぞれ変調された三原色に対応する光成分は、ダイクロックプリズム１１１２により再度合成された後、投射レンズ１１１４を介してスクリーンにカラー画像として投射される。

本発明は、上述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、そのような変更を伴うマイクロレンズの製造方法、該製造方法により製造されるマイクロレンズ、該マイクロレンズを備えた電気光学装置及び該電気光学装置を具備してなる電子機器もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

図１（ａ）は、マイクロレンズアレイ板の概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面の構成を示す概略斜視図である。 図２（ａ）は、マイクロレンズに係る部分を拡大して示す部分拡大平面図であり、図２（ｂ）は、マイクロレンズアレイ板の部分拡大断面図であり、図２（ｃ）は、マイクロレンズのレンズ面の立体的な形状を概略的に示す拡大斜視図である。 図３（ａ）は、マイクロレンズの断面の形状を模式的に示す図であって、図３（ｂ）は、比較例のマイクロレンズの断面の形状を模式的に示す図である。 電気光学装置の全体構成を示す平面図である。 図１のＨ−Ｈ’断面図である。 電気光学装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素部における各種素子、配線等の等価回路である。 マイクロレンズアレイ板における、遮光膜及びマイクロレンズの配置関係を模式的に示す平面図である。 各マイクロレンズの機能について説明するための断面図である。 各マイクロレンズの配置について説明するための断面図である。 第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の製造方法を、順を追って示す製造工程断面図（その１）である。 マスクの平面的な構成を概略敵に示す図である。 第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の製造方法を、順を追って示す製造工程断面図（その２）である。 第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の製造方法を、順を追って示す製造工程断面図（その３）である。 第２実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の製造方法を示す製造工程断面図である。 第３実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の製造方法を、順を追って示す製造工程断面図である。 本発明の電子機器の実施形態である投射型カラー表示装置の一例たるカラー液晶プロジェクタを示す図式的断面図である。

符号の説明

２０…マイクロレンズアレイ板
２０ａ…レンズ形成領域
２００…カバーガラス
２１０、２１０ａ…透明基板
２３０…接着層
５００…マイクロレンズ
５００ａ…凹部
９１０…保護膜

Claims (11)

1. 透明基板の一面におけるレンズ形成領域に、夫々マイクロレンズのレンズ曲面を有する複数の凹部を形成する工程と、
   前記複数の凹部に夫々保護材料を充填して保護膜を形成する工程と、
   前記一面において前記レンズ形成領域の周辺に位置する非レンズ形成領域を前記保護膜と共に後退させるように、前記一面に対して研磨処理を施す工程と、
   前記研磨処理により後退させられた保護膜を除去して、前記複数の凹部に夫々、前記透明基板より屈折率の大きい透明な接着剤を充填して前記マイクロレンズを形成する工程と、
   前記接着剤を介して前記透明基板に透明板状部材を用いて構成されるカバー基板を接着させる工程と
   を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
2. 前記研磨処理を施す工程は、化学的機械研磨処理により行なわれること
   を特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
3. 透明基板の一面におけるレンズ形成領域に、夫々マイクロレンズのレンズ曲面を有する複数の凹部を形成する工程と、
   前記複数の凹部に夫々保護材料を充填して保護膜を形成する工程と、
   前記一面において少なくとも前記レンズ形成領域の周辺に位置する非レンズ形成領域を後退させるように、前記一面に対してエッチング処理を施す工程と、
   前記保護膜を除去して、前記複数の凹部に夫々、前記透明基板より屈折率の大きい透明な接着剤を充填して前記マイクロレンズを形成する工程と、
   前記接着剤を介して前記透明基板に透明板状部材を用いて構成されるカバー基板を接着させる工程と
   を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法。
4. 前記エッチング処理を施す非レンズ形成領域を後退させる工程は、ウエットエッチング又はドライエッチングにより行われること
   を特徴とする請求項３に記載のマイクロレンズの製造方法。
5. 前記保護膜を形成する工程は、前記各凹部内から該凹部外に連続して形成された前記保護膜のうち、前記各凹部外に形成された部分を除去して、前記各凹部内に形成された部分を残存させること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
6. 前記研磨処理を施す工程又は前記エッチング処理を施す工程により、前記各凹部の縁部を露出させること
   を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
7. 前記複数の凹部を形成する工程において、前記各凹部は、球面の一部をなす内表面を有すると共に矩形の平面形状を有し且つ各辺において他の前記凹部と隣接して形成されること
   を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
8. 前記複数の凹部を形成する工程は、
   前記透明基板上に、前記レンズ形成領域に対応する領域に、夫々前記凹部より平面的なサイズの小さい複数の開口部が設けられたマスクを前記レンズ形成領域から前記非レンズ形成領域に跨って形成する工程と、
   前記複数の開口部を介して前記透明基板に対して等方性エッチングを施すことにより、前記複数の凹部を形成する工程と、
   前記マスクを除去する工程と
   を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法によって製造されたことを特徴とするマイクロレンズ。
10. 請求項９に記載のマイクロレンズと、該マイクロレンズと対向する表示用電極と、該表示用電極に接続された配線又は電子素子とを備えたことを特徴とする電気光学装置。
11. 請求項１０に記載の電気光学装置を具備してなることを特徴とする電子機器。

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