JP4670468B2 - マイクロレンズアレイ板及びその製造方法、基板のエッチング方法、電気光学装置及びその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、液晶装置等の電気光学装置に好適に用いられるマイクロレンズアレイ板及びその製造方法の技術分野に関する。本発明は更に、該マイクロレンズアレイ板を備えた電気光学装置及びその製造方法、並びに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。

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板を利用することで、電気光学装置では明るい表示が実現される。

液晶装置等の電気光学装置で明るい表示を可能とするためには、光源から出射された光を効率よく画素に集光することが重要な技術になり、マイクロレンズの集光性を高めるために、レンズの形状や曲率を工夫するための技術開発が盛んに行われている。特に、マイクロレンズの周辺部における集光性を高めることが重要となってきている。例えば、特許文献１によれば、面積の大きさの異なる複数のレンズからなるマイクロレンズの製造方法が開示されている。また、特許文献２によれば、同軸の２つの異なる曲率半径を有するレンズからなるマイクロレンズの製造方法が開示されている。

特開２００３−１３９９１５号公報 特開２００３−１８５８０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたマイクロレンズの製造方法では、複数のマイクロレンズは１回の工程で形成されるため、これらの曲率半径はすべて等しく形成されることになり、特にマイクロレンズの周辺部における集光性を十分に高めることができない。また、特許文献２に開示されたマイクロレンズの製造方法では、マイクロレンズの周辺部に、その中央部を形成するレンズの曲率半径に比べ、大きな曲率半径を持つレンズ曲面を形成することはできても、同軸であるためマイクロレンズの周辺部における集光性を高めるには限界がある。

このように、従来のマイクロレンズでは、特にその周辺部における集光性を十分に高めることができないという技術的な問題がある。

本発明は、例えば上述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えばマイクロレンズを複数のレンズから構成することによって画素に対する集光性を更に高めることが可能なマイクロレンズアレイ板及びその製造方法、電気光学装置及びその製造方法、並びに電子機器を提供することを課題とする。

本発明のマイクロレンズアレイ板は、上記課題を解決するために、複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ板であって、前記複数のマイクロレンズの夫々は、第１屈折率を持つ第１透明媒質から構成されており、第１レンズ曲面を規定すると共に凹及び凸のいずれか一方の形状を有する第１部分と、前記第１透明媒質から前記第１部分と一体的に形成されており、前記マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て前記第１レンズ曲面の周辺寄りに位置する第２レンズ曲面を夫々規定すると共に前記一方の形状と同種である凹及び凸のいずれか一方の形状を夫々有する複数の第２部分とを備え、前記第１レンズ曲面をなす球の中心が、前記マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て、前記複数のマイクロレンズの夫々の中央部に位置し、前記第２レンズ曲面をなす球の中心が夫々、前記マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て、前記第１レンズ曲面をなす球の中心から前記周辺寄りに外れて位置し、前記複数のマイクロレンズの夫々の四隅が夫々、前記第２レンズ曲面により占められており、前記第２レンズ曲面の曲率半径が、前記第１レンズ曲面の曲率半径よりも小さい。

本発明のマイクロレンズアレイ板は、例えば、複数の画素が配列されてなる画素アレイ領域を有する電気光学パネルに対向配置される。電気光学パネルは、例えば、電気光学装置の一例である液晶装置が備える液晶パネルであり、より一般的には、電気光学装置を構成する構成要素のうちバックライトの如き光源を有していない構成要素を含む。

本発明のマイクロレンズアレイ板上に配列されたマイクロレンズの夫々は、例えば、マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て、その中央部に第１レンズ曲面を規定する第１部分を備え、その周辺寄りに第２レンズ曲面を夫々規定する複数の第２部分を備える。第１部分と複数の第２部分とは、いずれも第１屈折率を有する第１透明媒質から一体的に構成されており、同種の凹及び凸のいずれか一方の形状、即ち凹凸状を有する。ここに第１及び第２部分について「同種である凹及び凸のいずれか一方」或いは「同種の凹凸状」とは、第１部分が凹であれば第２部分も凹であり、第１部分が凸であれば第２部分も凸であるという意味である。これらの両凹部（又は両凸部）は、好ましくは、滑らかに接続されるが、多少の段差や不連続があってもかまわない。典型的には、第１部分は、一つの第２部分よりも、マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て、広い領域を占めるように形成される。いわば、第１部分が主たるレンズとして、第２部分がその補助的な従たるレンズとして機能するように形成される。

仮にマイクロレンズの夫々が第１部分しか備えていない場合、マイクロレンズの周辺部における第１部分によって規定される第１曲面をなす球に接する平面と透明基板（即ちマイクロレンズアレイ板）の表面とのなす角度は、マイクロレンズの中央部における第１部分によって規定される第１レンズ曲面をなす球に接する平面と透明基板の表面とのなす角度よりも大きくなってしまう。このため、マイクロレンズアレイ板に入射する光に対するマイクロレンズの集光性は、マイクロレンズの周辺部では、その中央部における集光性よりも低下してしまう。或いは、マイクロレンズの周辺部では、入射する光に対して斜めに傾斜し過ぎている表面を有するが故に、適切にレンズとして機能しないか、画素の中央部に向けて適切に集光できない。

しかるに、本発明のマイクロレンズアレイ板によれば、第１レンズ曲面の周辺寄りには、複数の第２曲面が位置するので、マイクロレンズの周辺部におけるレンズ曲面、即ち第２曲面をなす球に接する平面と透明基板（即ちマイクロレンズアレイ板）の表面とのなす角度を、マイクロレンズの夫々が第１部分しか備えていない場合よりも小さくすることができる。言い換えれば、マイクロレンズの周辺部におけるレンズ曲面を、透明基板（即ちマイクロレンズアレイ板）に対してなだらかにする、或いは平行に近付けることができる。従って、マイクロレンズの周辺部に入射してくる光について、適切に集光することができる。即ち、例えば、所定屈折率の液晶層を介して対向配置された電気光学パネルの画素アレイ領域に配列された複数の画素の夫々に効率的に集光することができる。

加えて、マイクロレンズの夫々は、第１部分のみならず、複数の第２部分を更に設計パラメータとすることができるので、設計の自由度が高く、より集光性を高めるように設計することが可能である。
更に、本発明によれば、第２レンズ曲面の曲率半径が、第１レンズ曲面の曲率半径よりも小さいので、例えば、第１レンズ曲面をマイクロレンズの中央部に比較的大きく形成する場合などに、その周辺寄りに比較的小さな面積の第２レンズ曲面を容易に形成することができる。即ち、第１レンズ曲面の周辺寄りに複数の第２レンズ曲面を有するマイクロレンズを容易に製造することができる。

本発明のマイクロレンズアレイ板の一態様では、前記複数のマイクロレンズの夫々は、前記第１屈折率と異なる第２屈折率を持つと共に前記第１部分及び前記複数の第２部分を埋める若しくは覆う第２透明媒質を、更に備える。

この態様によれば、第１部分及び複数の第２部分は、第１屈折率と異なる第２屈折率を持つ第２透明媒質によって埋められ若しくは覆われているので、複数のマイクロレンズの各々のレンズとしての機能は、第１レンズ曲面及び第２レンズ曲面の凹凸状に加え、第１屈折率と第２屈折率の大小関係に依存することとなる。このため、設計の自由度が高く、第１屈折率と第２屈折率とを組み合わせることで、より集光性を高めるにように設計することができる。

例えば、第１屈折率を第２屈折率よりも大きく設計すれば、透明基板上に凸状に第１レンズ曲面及び第２レンズ曲面を形成し、これらの表面を低屈折率の第２透明媒質で覆うことにより、凸レンズ構造を得ることができる。

逆に、第１屈折率を第２屈折率よりも小さく設計すれば、透明基板上に凹状の第１レンズ曲面及び第２レンズ曲面を形成し、これらの内部を高屈折の第２透明媒質で満たすことにより、凸レンズ構造を得ることができる。

尚、第２透明媒質は、接着剤でもよいし、接着剤以外の樹脂、空気等でもよい。

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アレイ板を備えている。

本発明の電気光学装置によれば、本発明のマイクロレンズアレイ板と同様に画素への集光性を高めることができ、表示性能に優れた電気光学装置を提供することができる。また、本発明の電気光学装置は、上述したようにマイクロレンズアレイ板を具備してなるので、光の利用効率を高めることができ、且つ各画素に対する集光性及びコントラストを向上させることも可能である。従って、本発明の電気光学装置は、明るく且つ高コントラスト比を有する、高品質の表示を行うことも可能となる。

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を備えている。

本発明の電子機器によれば、上述した本発明の電気光学装置を具備してなるので、高品位の表示が可能な、投射型表示装置、液晶テレビ、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の他に、電子放出素子を利用した表示装置（Field Emission Display及びSurface-Conduction Electron-Emitter Display）、DLP（Digital Light Processing）等も実現することが可能である。

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、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
（マイクロレンズアレイ板の構成)
先ず、本実施形態のマイクロレンズアレイ板の概要について、図１から図３を参照して説明する。図１は、マイクロレンズアレイ板の概略構成を示した斜視図である。図２は、マイクロレンズアレイ板が備えるマイクロレンズのうち隣接する４つのマイクロレンズに係る部分を拡大して示した部分拡大平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。

図１において、本実施形態のマイクロレンズアレイ板２０は、透明基板２１０と、透明基板２１０上にマトリクス状に平面配列された複数のマイクロレンズ５００とを備えて構成される。透明基板２１０は、例えば石英板等であり、マトリクス状に多数の凹部が形成されている。透明基板２１０に掘られた凹部には例えば感光性樹脂材料からなる接着剤が充填されている。この接着剤を硬化させることによって接着層２３０が形成され、透明基板２１０を覆うように配置されたカバーガラス２００と透明基板２１０とが相互に接着されている。カバーガラス２００及び透明基板２１０を接着する接着剤は、例えば、透明基板２１０よりも高屈折率の透明な接着層である。ここで、透明基板２１０は、本発明に係る「第１透明媒質」の一例であり、接着層２３０は、本発明に係る「第２透明媒質」の一例である。

次にマイクロレンズ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及び図３において、マイクロレンズ５００のレンズ曲面は、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。マイクロレンズ５００は、図３において概ね下側に凸状に突出した、集光機能を有する所謂平凸レンズとして構築されている。

（マイクロレンズの構成）
続いて、マイクロレンズアレイ板に適用されるマイクロレンズの構成について、図４から図８を参照して、詳細に説明する。図４は、マイクロレンズを上側から見た平面図である。図５は、図４のＴ−Ｔ’線断面に相当するマイクロレンズの断面形状を模式的に示す模式図である。図６は、比較例における図５と同趣旨の模式図である。図７は、第１変形例における図４と同趣旨の平面図である。図８は、第２変形例における図４と同趣旨の平面図である。

図４及び図５に示すように、マイクロレンズ５００は、マイクロレンズアレイ板２０上で平面的に見て、その中央部に第１レンズ曲面ＣＳ１を規定する第１部分５１０を備えており、その周辺寄りに第２レンズ曲面ＣＳ２を夫々規定する４つの第２部分５２０を備えている。第１部分５１０と４つの第２部分５２０とは、透明基板２１０から一体的に構成されており、いずれもの凹状を有している。尚、第１レンズ曲面ＣＳ１と第２レンズ曲面ＣＳ２は、滑らかに接続されているが、多少の段差や不連続があってもかまわない。

図４に示すように、第１部分５１０は、一つの第２部分５２０よりも、マイクロレンズアレイ板２０上で平面的に見て、広い領域を占めるように形成されている。いわば、第１部分５１０が主たるレンズとして、第２部分５２０がその補助的な従たるレンズとして機能するように形成されている。ここで、図４中、点Ｃ１は第１部分５１０がレンズとして機能するレンズ中心を示しており、４つの点Ｃ２は、４つの第２部分５２０の夫々がレンズとして機能するレンズ中心を示している。

図６に示すように、仮にマイクロレンズ５００の夫々が第１レンズ曲面ＣＳ１を規定する第１部分５１０しか備えていない場合、マイクロレンズ５００の周辺部における第１部分５１０によって規定される第１曲面ＣＳ１をなす球Ｓ１に接する平面とマイクロレンズアレイ板２０（即ち透明基板２１０の平坦面）とのなす角度Θ２０は、マイクロレンズ５００の中央部における第１レンズ曲面ＣＳ１をなす球Ｓ１に接する平面とマイクロレンズアレイ板２０（即ち透明基板２１０の平坦面）とのなす角度よりも大きくなってしまう。このため、マイクロレンズアレイ板２０に入射する光に対するマイクロレンズ５００の集光性は、マイクロレンズ５００の周辺部では、その中央部における集光性よりも低下してしまう。或いは、マイクロレンズ５００の周辺部では、入射する光に対して斜めに傾斜し過ぎている表面を有するが故に、適切にレンズとして機能しないか、中央部に向けて適切に集光できない。

しかるに、図５に示すように、本実施形態のマイクロレンズアレイ板２０によれば、第１レンズ曲面ＣＳ１の周辺寄りには、複数の第２曲面ＣＳ２が位置するので、マイクロレンズ５００の周辺部におけるレンズ曲面、即ち第２曲面ＣＳ２をなす球Ｓ２に接する平面と透明基板２１０（即ちマイクロレンズアレイ板２０）の表面とのなす角度Θ１０を、マイクロレンズの夫々が第１部分５１０しか備えていない場合よりも小さくすることができる。言い換えれば、マイクロレンズ５００の周辺部におけるレンズ曲面を、マイクロレンズアレイ板２０に対してなだらかにする、或いは平行に近付けることができる。従って、マイクロレンズ５００の周辺部に入射してくる光について、適切に集光することができる。即ち、例えば、所定屈折率の液晶層を介して対向配置された電気光学パネルの画素アレイ領域に配列された複数の画素の夫々に効率的に集光することができる。

加えて、マイクロレンズ５００の夫々は、第１部分５１０のみならず、４つの第２部分５２０を更に設計パラメータとすることができるので、設計の自由度が高く、より集光性を高めるように設計することが可能である。

本実施形態では、マイクロレンズ５００の第１部分５１０及び４つの第２部分５２０は、それらを一体的に構成する透明基板２１０の屈折率と比べて高い屈折率を有する接着層２３０によって埋められているので、複数のマイクロレンズ５００の各々のレンズとしての機能は、第１レンズ曲面ＣＳ１及び第２レンズ曲面ＣＳ２の凹凸状に加え、接着層２３０の屈折率と透明基板２１０の屈折率の大小関係に依存することとなる。ここで、透明基板２１０の屈折率は、本発明に係る「第１屈折率」の一例であり、接着層２３０の屈折率は本発明に係る「第２屈折率」の一例である。このため、設計の自由度が高く、接着層２３０と透明基板２１０の各々の屈折率を組み合わせることで、より集光性を高めるにように設計することができる。

図５に示すように、本実施形態では、接着層２３０の屈折率は、透明基板２１０の屈折率よりも大きく設計されており、複数のマイクロレンズ５００は、集光機能を有する凸レンズとして構成されている。

図４及び図５に示すように、本実施形態では特に、第１レンズ曲面ＣＳ１をなす球Ｓ１の中心は、マイクロレンズアレイ板２０上で平面的に見て、複数のマイクロレンズ５００の夫々の中央部に位置する（図４中、点Ｃ１参照）。このため、複数のマイクロレンズ５００の夫々の中央部に入射される光は、第１レンズ曲面ＣＳ１を規定する第１部分５１０によって集光される。第１レンズ曲面ＣＳ１は、マイクロレンズ５００の中央部において、マイクロレンズアレイ基板２０の表面に対して、ゆるやかな曲率を持つので、効率的に集光することができる。

更に、図４及び図５に示すように、本実施形態では特に、第２レンズ曲面ＣＳ２をなす球Ｓ２の中心は夫々、マイクロレンズアレイ板２０上で平面的に見て、第１レンズ曲面ＣＳ１をなす球Ｓ１の中心から周辺寄りに外れて位置している（図４中、点Ｃ２参照）。このため、複数のマイクロレンズ５００の夫々の第１レンズ曲面ＣＳ１の周辺寄りに外れた位置に入射してくる光は、第２レンズ曲面ＣＳ２を規定する第２部分５２０によって集光される。ここで、第２レンズ曲面ＣＳ２をなす球Ｓ２の中心は夫々、マイクロレンズアレイ板２０上で平面的に見て、第１レンズ曲面ＣＳ１をなす球Ｓ１の中心から周辺寄りに外れて位置する。よって、第２曲面ＣＳ２は、マイクロレンズ５００の周辺部において、マイクロレンズアレイ基板２０の表面に対して、殆ど平行であるので、効率的に集光することができる。

加えて、図４及び図５に示すように、本実施形態では特に、第２レンズ曲面ＣＳ２が夫々、複数のマイクロレンズ５００の夫々の隅を占めている。即ち、一つのマイクロレンズ５００について、４つの第２レンズ曲面ＣＳ２が設けられ、一つのマイクロレンズ５００の四隅が夫々、第２レンズ曲面ＣＳ２により占められることになる。この場合、第２レンズ曲面ＣＳ２は、マイクロレンズ５００の四隅において、マイクロレンズアレイ基板２０の表面に対して、殆ど平行である或いはなだらかであるので、効率的に集光することができる。即ち、マイクロレンズの四隅に入射される光についても、第２レンズ曲面ＣＳ２によって確実に集光することができる。

図７に第１変形例として示すように、第２レンズ曲面ＣＳ２は、一つのマイクロレンズの四隅のうち、対角に位置する二隅を占めるように形成されてもよい。この場合にも、第１レンズ曲面５１０しか備えていない場合に比べて、マイクロレンズ５００の周辺部におけるレンズ曲面をマイクロレンズアレイ板２０に対してなだらかにすることができ、効率よく集光することができる。

或いは、図８に第２変形例として示すように、第２レンズ曲面ＣＳ２は、一つのマイクロレンズの四辺の中央部を占めるように形成されてもよい。この場合にも、マイクロレンズ５００の周辺部におけるレンズ曲面をマイクロレンズアレイ板２０に対してなだらかにすることができ、第１レンズ曲面５１０しか備えていない場合に比べて、効率よく集光することができる。

更に加えて、図４及び図５に示すように、本実施形態では特に、第２レンズ曲面ＣＳ２の曲率半径Ｒ２が、第１レンズ曲面ＣＳ１の曲率半径Ｒ１よりも小さい。このため、第１レンズ曲面ＣＳ１をマイクロレンズ５００の中央部に比較的大きく形成し、その周辺寄りに比較的小さな面積の第２レンズ曲面ＣＳ２を容易に形成することができる。即ち、第１レンズ曲面ＣＳ２の周辺寄りに複数の第２レンズ曲面ＣＳ２を有するマイクロレンズを容易に製造することができる。
（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の製造方法について、図９から図１１を参照して説明する。図９及び図１０は、本実施形態のマイクロレンズアレイ板の製造プロセスにおけるマイクロアレイ板の断面構造を、順を追って概略的に示す工程図である。法の各工程を示す工程断面図である。図１１は、本実施形態に係る第１マスク及び第２マスクの平面形状を示す平面図である。

先ず、図９（ａ）に示すように、石英基板、ガラス基板等からなる透明基板１１０上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等からなる膜１１１ａを形成する。

次に、図９（ｂ）に示すように、この膜１１１ａに対し、形成すべき複数のマイクロレンズの各々が有する第１レンズ曲面ＣＳ１に対応する第１の個所１４１ａ（図１１（ａ）参照）及び形成すべき複数の第２レンズ曲面ＣＳ２に対応する複数の第２の個所１４１ｂ（図１１（ａ）参照）に夫々、エッチングを施すことにより、複数の第１開口部１４１を開口し、第１マスク１１１を形成する。尚、図１１において、破線５１０ｅＣＳ１eは、第１レンズ曲面ＣＳ１が形成されることになる部分の輪郭を示したものであり、破線５２０ｅＣＳ２eは、第２レンズ曲面ＣＳ２が形成されることになる部分の輪郭を示したものである。

次に、図９（ｃ）に示すように、第１マスク１１１上に、クロム（Ｃｒ）等からなる第２マスク前駆体１１２ａをスパッタリング等により形成する。

次に、図９（ｄ）に示すように、第２マスク前駆体１１２ａに対し、硝酸第二セリウムアンモニウム等をエッチャントとしてエッチングを施すことにより、第１の個所１４１ａを含む領域に第２開口部１４２を開口し、第２マスク１１２を形成する。この際、硝酸第二セリウムアンモニウム等のエッチャントに対するエッチングレートは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等からなる第１マスク１１１よりもクロム（Ｃｒ）等からなる第２マスク前駆体１１２ａに対して高いので、第１マスク１１１は、殆ど或いは全くエッチングされない。

次に、図１０（ａ）に示すように、透明基板１１０に対し、第１マスク１１１及び第２マスク１１２を介してエッチングを施すことにより、第１レンズ曲面ＣＳ１を規定する第１凹部を部分的に形成する（図１０（ａ）中、符号１５１ａ）。

次に、図１０（ｂ）に示すように、第２マスク１１１に対し、硝酸第二セリウムアンモニウム等をエッチャントとしてエッチングを施すことにより、第２マスク１１１を除去する。

ここで、本実施形態では特に、第１マスク１１１の厚さは、第２マスク１１２の厚さよりも薄いので、第１マスク１１１に開口された第１開口部１４１に入り込んだ第２マスク１１２は、第２マスク１１２を除去する際に、容易に殆ど或いは好ましくは完全に除去される。このため、後述するように第１マスク１１１を介してエッチングする際に、第１開口部１４１に残存した第２マスク１１２の一部分によって、エッチングが十分にできなくなる或いは複数のマイクロレンズ間で均一にできなくなることを防止することができる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、透明基板１１０に対し、第１マスク１１１を介してエッチングを施し、第１凹部１５１及び、複数の第２レンズ曲面ＣＳ２を夫々規定する複数の第２凹部１５２を形成する。

次に、図１０（ｄ）に示すように、例えば有機アルカリ系剥離液等を用いて、第１マスク１１１を除去する。

その後、第１凹部１５１及び第２凹部１５２内に透明媒質を充填して、或いは、凹部を型に用いて、マイクロレンズアレイ板を製造できる。更に、このようなマイクロレンズが形成された基板を２枚用意して、相互に貼り合わせることにより、両凸レンズのマイクロレンズアレイ板を製造することもできる。

以上の結果、上述した本実施形態のマクロレンズアレイ板２０を製造することができる。特に、第１マスク１１１及び第２マスク１１２の２種類のマスクを用いるので、比較的容易に製造することができる。このようにして製造されるマイクロレンズアレイ板２０は、例えばアレイ状或いはマトリクス状に画素が配列された電気光学装置に好適に用いることができ、画素毎の表示輝度を均一に高めることができる。
（電気光学装置）
次に、本発明に係るマイクロレンズアレイ板が適用された電気光学装置について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２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マイクロレンズアレイ板側から見た平面図であり、図１３は、図１２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１２及び図１３において、液晶装置８０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１３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。

尚、図１２及び図１３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１４を参照して説明する。図１４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す回路図である。

図１４において、液晶装置８０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。

次に、上述した液晶装置８０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１５及び図１６を参照して説明する。図１５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１６は、複数の画素について、図１３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１６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１５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１５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１６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１６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１６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、液晶装置８０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１６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１６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１６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様子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、本実施形態では特に、マイクロレンズ５００のレンズ曲面は、上述したように第１レンズ曲面ＣＳ１とその周辺寄りの４つの第２レンズ曲面ＣＳ２を備えているので、マイクロレンズ５００の周辺部におけるレンズ曲面は、マイクロレンズアレイ板２１０に対してなだらかになっている。よって、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に効率よく入射させ、光の利用効率を高めることができ、且つ各画素に対する集光性及びコントラストを向上させることも可能である。従って、本実施形態に係る一例である液晶装置８０は、明るく且つ高コントラスト比を有する、高品質の表示を行うことができる。

以上説明した本実施形態に係る電気光学装置の一例である液晶装置８０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てもよい。

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５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１６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１７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１７は、この場合のマイクロレンズ５００の構成を示す、図１６と同様の断面図である。図１７において、カバーガラス２００上に遮光膜２３等が、例えば図１６と同様に形成される。

（電子機器）
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１８は、投射型カラー表示装置の図式的断面図である。

図１８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或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アレイ板、該マイクロアレイ板の製造方法、該マイクロアレイ板を備えた電気光学装置、該電気光学装置の製造方法、該電気光学装置を具備してなる電子機器、及び基板のエッチング方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ板の概略構成を示した斜視図である。 第１実施形態に係るマイクロレンズアレイ板が一部分を拡大した示す部分拡大平面図である。 図２のＡ−Ａ’線断面図である。 第１実施形態に係るマイクロレンズを上側から見た平面図である。 第１実施形態に係るマイクロレンズの断面形状を模式的に示す模式図である。 比較例における図５と同趣旨の模式図である。 第１変形例における図４と同趣旨の平面図である。 第２変形例における図４と同趣旨の平面図である。 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。 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実施形態に係る第１マスク及び第２マスクの平面形状を示す平面図である。 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マイクロレンズアレイ板側から見た平面図である。 図１２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における各種素子、配線等の等価回路を示す回路図である。 第１実施形態に係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。 図１３に示す断面の構成をより詳細に示した断面図である。 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。 本発明に係る電子機器の一例を示す断面図である。

符号の説明

２０…マイクロレンズアレイ板、１１０、２１０…透明基板、１１１…第１マスク、１１２…第２マスク、２３０…接着層、５００…マイクロレンズ、５１０…第１部分、５２０…第２部分、ＣＳ１…第１レンズ曲面、ＣＳ２…第２レンズ曲面

Claims (4)

1. 複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ板であって、
   前記複数のマイクロレンズの夫々は、
   第１屈折率を持つ第１透明媒質から構成されており、第１レンズ曲面を規定すると共に凹及び凸のいずれか一方の形状を有する第１部分と、
   前記第１透明媒質から前記第１部分と一体的に形成されており、前記マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て前記第１レンズ曲面の周辺寄りに位置する第２レンズ曲面を夫々規定すると共に前記一方の形状と同種である凹及び凸のいずれか一方の形状を夫々有する複数の第２部分と
   を備え、
   前記第１レンズ曲面をなす球の中心が、前記マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て、前記複数のマイクロレンズの夫々の中央部に位置し、
   前記第２レンズ曲面をなす球の中心が夫々、前記マイクロレンズアレイ板上で平面的に見て、前記第１レンズ曲面をなす球の中心から前記周辺寄りに外れて位置し、
   前記複数のマイクロレンズの夫々の四隅が夫々、前記第２レンズ曲面により占められており、
   前記第２レンズ曲面の曲率半径が、前記第１レンズ曲面の曲率半径よりも小さい
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイ板。
2. 前記複数のマイクロレンズの夫々は、前記第１屈折率と異なる第２屈折率を持つと共に前記第１部分及び前記複数の第２部分を埋める若しくは覆う第２透明媒質を、更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ板。
3. 請求項１又は２に記載のマイクロレンズアレイ板を備えたことを特徴とする電気光学装置。
4. 請求項３に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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