JP2010002925A5 - - Google Patents

Description

マイクロレンズアレイ基板とその製造方法、及びＴＦＴ基板、液晶パネル、液晶プロジェクタ、表示装置、照明装置

本発明は、マイクロレンズアレイ基板とその製造方法、及びこのマイクロレンズアレイ基板を有する、ＴＦＴ基板、液晶パネル、液晶プロジェクタ、表示装置、照明装置に関する。

ビジネス用途であったフロントＡＶプロジェクタ機器が、低価格な液晶プロジェクタの開発によりホームシアターなどのコンシューマー市場へ普及しつつある。液晶プロジェクタは、急激なスピードで小型化が進み、部品の集積度向上によって低価格を実現してきている。また、パーソナルコンピュータの発展によって、解像度もＶＧＡ、ＳＶＧＡ、ＸＧＡ、ＳＸＧＡと向上しており、その液晶プロジェクタに搭載される液晶モニタの解像度の向上もあいまって、光源からの光を効率良く使って液晶モニタの画像を投影するマイクロレンズアレイ基板が必要とされている。

このマイクロレンズアレイ基板は、液晶モニタの解像度向上に合わせてマイクロレンズの集積度も向上している。マイクロレンズは、高輝度化と同時に高精細化にも対応しなければならない、例えば、液晶表示素子のパネルサイズが小さくなると、これに比例して画素サイズが微細化するので、マイクロレンズ自身も配列ピッチが小さくなる。これに伴い、カバーガラスも薄くする必要が生じてくる。

従来、このようなマイクロレンズアレイ基板の作製には、石英基板あるいは各種ガラス基板を用い、ウェットエッチング法、２Ｐ（Photo−Polymerization）法などの適用が実用化されている。

図１０に、ウェットエッチング法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す。先ず、図１０Ａに示すように、ガラスあるいは石英からなる基板３１上にマイクロレンズアレイに対応するように複数の円形の開口３２ａを有したレジストマスク３２を形成する。次に、図１０Ｂに示すように、レジストマスク３２を介してＨＦ系エッチャントによる等方性エッチングを行い基板３１の表面に複数のレンズ形状の凹部（球面状の凹部）３３を形成する。次に、レジストマスク３２を除去した後、図１０Ｃに示すように、基板３１上に基板と異なる屈折率の樹脂３４を塗布し、樹脂３４を凹部３３内に充填する。この凹部３３の樹脂３４と基板３１とによって複数のマイクロレンズ３５が連続して配列されたマイクロレンズアレイ３６が形成される。次いで、図１０Ｄに示すように、樹脂３４を介して基板３１上にカバーガラス板３７を貼り合わせ、所要の厚さまで研磨し、さらにカバーガラス板３７上に例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）の透明電極３８を形成してマイクロレンズアレイ基板３９を作製する。

図１１に、２Ｐ法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法を示す。先ず、図１１Ａに示す複数のマイクロレンズ形状４２を配列してなるマイクロレンズアレイ形状４３が一体に形成されたスタンパー４１を用意する。次に、図１１Ｂに示すように、ガラス基板４４上に第１の樹脂層４５を形成し、この樹脂層４５にスタンパー４１のマイクロレンズアレイ形状４２を圧着する。次いで、図１１Ｃに示すように、スタンパー４１を剥離することにより、第１の樹脂層４５の表面にマイクロレンズアレイ形状の凹部４６が転写される。次に、図１１Ｄに示すように、第１の樹脂層４５上にこれとは屈折率の異なる第２の樹脂４７を塗布し、第２の樹脂４７を凹部４６内に充填する。この第１の樹脂層４５と第２の樹脂４７により複数のマイクロレンズ４８が配列されてなるマイクロレンズアレイ４９が形成される。次いで、図１１Ｅに示すように、第２の樹脂４７を介してガラス基板４４上にカバーガラス板５０を貼り合わせ、カバーガラス板５０を所要の厚さまで研磨する。その後、カバーガラス板５０上に例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）の透明電極５１を形成してマイクロレンズアレイ基板５２を作製する。

上述のウェットエッチング法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法については、特許文献１に記載されている。また、２Ｐ法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法については、特許文献２に記載されている。

特開２０００−２３１００７号公報 特開平９−２５８１９５号公報

上述の２Ｐ法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、スタンパー４１でレンズ形状を樹脂層４５に転写するため、量産性に優れている。しかし、樹脂層４５の硬化時の熱収縮によりマイクロレンズアレイのパターン寸法に制御が難しい。また、樹脂層４５に凹部４６を形成するため、隣り合う凹部４６の境界部分、すなわち頂部５３（図１１参照）では鋭角を維持できずに丸みを帯びてしまい、結果として境界部分が非レンズ領域となってしまう。特に高解像度化のためにマイクロレンズ自体を微細化していった場合、この非レンズ領域に割合が増えることになり、マイクロレンズアレイの形成が困難となる。また、２種類の樹脂を用いるので、耐熱性、耐光性に限界があった。

ウェットエッチング法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法では、等方エッチングであることから、マイクロレンズの形状が球面状にしかならず、他の非球面形状のマイクロレンズを形成することができない。すなわち、レンズ形状の制御性がない。

一方、従来ではカバー表層厚すなわち凹部状レンズの頂点部の樹脂層からカバーガラス板の表層までの厚みは３０μｍが限界で、これより薄く形成できなかった。その理由は、樹脂層を形成するときの樹脂の粘度（実際は粘度が１００ｃｐより高い粘度の樹脂を用いた）の影響で樹脂層が薄く形成できないためであった。

本発明は、上述の点に鑑み、高解像度化に適し、精密なマイクロレンズアレイを有したマイクロレンズ基板及びこのようなマイクロレンズアレイ基板を歩留り良く製造できるようにしたマイクロレンズアレイ基板の製造方法を提供するものである。
本発明は、このマイクロレンズアレイ基板を有する、ＴＦＴ基板、液晶パネル、液晶プロジェクタ、表示装置及び照明装置を提供するものである。

本発明に係るマイクロレンズアレイ基板は、石英基板またはガラス基板の表面内に、連続した複数のレンズ状凹部が形成され、レンズ状凹部内に樹脂が充填されてマイクロレン ズアレイが形成され、基板上に、樹脂を挟んでカバーガラス部材が形成され、カバーガラ ス部材上にシリコン酸化膜からなる透明保護層が設けられた構成とする。

本発明に係るマイクロレンズアレイ基板は、石英基板またはガラス基板の表面内に、連 続した複数のレンズ状凹部が形成され、レンズ状凹部内に樹脂が充填されてマイクロレン ズアレイが形成され、基板上に、樹脂を挟んでカバーガラス部材が形成され、カバーガラ ス部材上に透明保護層が設けられ、さらに透明保護層上に透明導電膜が設けられた構成と する。

本発明に係る好ましい形態としては、透明保護層がシリコン酸化膜であることが好まし い。透明導電膜は、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）であることが好ましい。マイクロレンズアレイは、隣り合うマイクロレンズの境界部分において非レンズ領域のない状態で形成されていることが好ましい。マイクロレンズは、球面状または非球面状に形成されていることが好ましい。カバーガラス部材と透明保護層の間のうち、隣り合うマイクロレンズの境界部分に一致した位置に遮光層が形成されていることが好ましい。遮光層は、アルミニウ ム膜からなることが好ましい。マイクロレンズの頂点からカバーガラスの表面までのカバー表層厚が１０μｍ以下であることが好ましい。マイクロレンズアレイ領域外にアライメ ントマークが形成されていることが好ましい。アライメントメークは、縦溝状パターンで あることが好ましい。マイクロレンズアレイおよび前記アライメントマークは、ドライエ ッチングによる転写法で同時に形成されたものであることが好ましい。

本発明に係るＴＦＴ基板は、マイクロレンズアレイ基板における前記透明保護層上に、 ＴＦＴ回路が形成され、前記ＴＦＴ回路に接続された画素電極を有する。
本発明に係る液晶パネルは、上記マイクロレンズアレイ基板と、上記ＴＦＴ基板とが、 所要の空間を挟んで対向配置され、前記空間内に液晶が注入された、ダブルマイクロレン ズ構造とした構成である。
本発明に係る液晶パネルは、上記のマイクロレンズアレイ基板を有する。
本発明に係る液晶プロジェクタは、上記のマイクロレンズアレイ基板を有する。
本発明に係る表示装置は、上記のマイクロレンズアレイ基板を有する。
本発明に係る照明装置は、上記のマイクロレンズアレイ基板を有する。

本発明に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、石英基板またはガラス基板の表面に、連続した複数のレンズ状凹部を有するレジスト層を形成し、前記レジスト層をドライエッチングして、前記レンズ状凹部を前記基板の表面に転写し、前記基板の表面に転写 されたレンズ状凹部内に樹脂を充填してマイクロレンズアレイを形成し、前記基板上に前 記樹脂を挟んでカバーガラス部材を形成し、前記カバーガラス部材上にシリコン酸化膜か らなる透明保護層を形成する。

本発明に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法は、石英基板またはガラス基板の表面に、連続した複数のレンズ状凹部を有するレジスト層を形成し、前記レジスト層をドライエッチングして、前記レンズ状凹部を前記基板の表面に転写し、前記基板の表面に転写 されたレンズ状凹部内に樹脂を充填してマイクロレンズアレイを形成し、前記基板上に前 記樹脂を挟んでカバーガラス部材を形成し、前記カバーガラス部材上に透明保護層を形成 し、前記透明保護層上に透明導電膜を形成する。

本発明に係るマイクロレンズアレイ基板によれば、石英基板またはガラス基板の表面内に、連続した複数のレンズ状凹部のマイクロレンズアレイが直接形成されるので、高解像度化に適し、パターン寸法精度のよい精密なマイクロレンズアレイを有するマイクロレンズアレイ基板を提供することができる。マイクロレンズアレイが、レンズ状凹部内に樹脂 を充填して形成されるので、使用材料を少なくし構造を簡単化することができる。基板上 に、樹脂を挟んで形成したカバーガラス部材上にシリコン酸化膜からなる透明保護層が設 けられるので、透明保護層が反射防止膜として作用し光透過率の向上を図ることができる 。

本発明に係る他のマイクロレンズアレイ基板によれば、石英基板またはガラス基板の表 面内に、連続した複数のレンズ状凹部のマイクロレンズアレイが直接形成されるので、高 解像度化に適し、パターン寸法精度のよい精密なマイクロレンズアレイを有するマイクロ レンズアレイ基板を提供することができる。マイクロレンズアレイが、レンズ状凹部内に 樹脂を充填して形成されるので、使用材料を少なくし構造を簡単化することができる。基 板上に、樹脂を挟んで形成したカバーガラス部材上に透明保護層が設けられるので、透明 保護層が反射防止膜として作用し光透過率の向上を図ることができる。さらに該透明保護 層上に透明導電膜が設けられるので、例えば液晶パネルに適用した場合、透明導電膜を対 向電極として有するマイクロレンズアレイ基板、すなわちＴＦＴ基板に対向するマイクロ レンズアレイ基板が得られる。

マイクロレンズアレイが、隣り合うマイクロレンズの境界部分において非レンズ領域のない状態で形成されるときは、境界部分もレンズ領域として形成されるので、集光効率のよいマイクロレンズアレイ基板となる。マイクロレンズアレイが、レンズ曲面として球面状あるいは非球面状に形成できるので、目的に合ったレンズ曲面のマイクロレンズアレイ基板を提供することができる。

カバーガラス部材と透明保護層の間のうち、隣り合うマイクロレンズの境界部分に一致した位置に遮光層が形成されるときは、遮光層はマイクロレンズに最も近い位置に形成されることになる。このような遮光層を有することにより、例えば液晶パネルを構成したときに、隣り合うマイクロレンズ間の境界部分の先鋭な頂点に光が照射され、迷光成分が発生したとしても、遮光層によって迷光成分のＴＦＴ回路側へ入射することを確実に阻止することができる。遮光層がカバーガラス部材と透明保護層の間に形成されるので、遮光層 を例えばＡｌ等の酸化し易い部材で形成しても、遮光層の酸化を防ぐことができる。すな わち、遮光層が長期に渡り酸化されなくなり、迷光を遮断することができる。因みに、遮 光層が酸化したときには遮光層にピンホールが発生し易くなり、遮光層としての信頼性が 低下する。

マイクロレンズの頂点からカバーガラスの表面までのカバー表層厚を１０μｍ以下に薄くするときは、高解像度化に伴ってマイクロレンズが微細化した場合にも、光を目的の領域に集光させることができる。すなわち、微細化したマイクロレンズのレンズ焦点深度を目的の領域に合わせることができる。石英基板またはガラス基板の表面のマイクロレンズ アレイ領域外に、アライメントマークが形成されるので、後工程での位置合わせを正確に 行うことができる。マイクロレンズアレイおよびアライメントマークを、ドライエッチン グによる転写法で同時に形成するときは、位置精度のよいアライメントマークが得られ、 また、このアライメントマークを別工程で形成する必要がないので、製造工程の簡素化が 図れる。

本発明に係るＴＦＴ基板によれば、上記のマイクロレンズアレイ基板における透明保護 層上に、ＴＦＴ回路を形成し、ＴＦＴ回路に接続された画素電極を有するので、高精度で かつ信頼性の高いＴＦＴ基板を提供することができる。

本発明に係る液晶パネルによれば、上記のマイクロレンズアレイ基板と、上記のＴＦＴ 基板とが、所要の空間を挟んで対向配置され、空間内に液晶が注入された、ダブルマイク ロレンズ構造として構成されるので、高解像度でかつ信頼性の高いダブルマイクロレンズ 構造液晶パネルを提供することができる。

本発明に係る液晶パネルによれば、上記のマイクロレンズアレイ基板を有するので、高解像度でかつ信頼性の高い液晶パネルを提供することができる。
本発明に係る液晶プロジェクタによれば、上記のマイクロレンズアレイ基板を有するので、高解像度でかつ信頼性の高い液晶プロジェクタを提供することができる。
本発明に係る表示装置によれば、上記のマイクロレンズアレイ基板を有するので、高解像度でかつ信頼性が高く、また輝度が向上しあるいは視野角が拡大した表示装置を提供することができる。
本発明に係る照明装置によれば、上記のマイクロレンズアレイ基板を有するので、輝度向上した照明装置を提供することができる。

本発明に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法によれば、石英基板またはガラス基板の表面に、ドライエッチングによりレジスト層のレンズ状凹部を転写し、基板の表面に 転写されたレンズ状凹部内に樹脂を充填してマイクロレンズアレイを形成している。石英基板またはガラス基板は工程中に寸法変化を起こさないので、パターン寸法精度の良いマイクロレンズアレイを形成することができる。さらに、基板上に前記樹脂を挟んでカバー ガラス部材を形成し、カバーガラス部材上にシリコン酸化膜からなる透明保護層を形成し ているので、透明保護層が反射防止膜として作用し光透過率の良いマイクロレンズアレイ 基板を製造することができる。

本発明に係る他のマイクロレンズアレイ基板の製造方法によれば、石英基板またはガラス基板の表面に、ドライエッチングによりレジスト層のレンズ状凹部と溝パターンを転写し、基板の表面に転写されたレンズ状凹部内に樹脂を充填してマイクロレンズアレイを形成している。従って、上記と同様に、パターン寸法精度の良いマイクロレンズアレイを形成することができる。さらに、基板上に樹脂を挟んでカバーガラス部材を形成し、カバー ガラス部材上に透明保護層を形成し、透明保護層上に透明導電膜を形成するので、例えば 液晶パネルにおけるＴＦＴ基板と対向するマイクロレンズアレイ基板の製造に適用した場 合、透明保護層が反射防止膜として作用し、透明導電膜が対向電極となり、光透過率の良 いマイクロレンズアレイ基板を製造することができる。

Ａ〜Ｅ 本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法の第１実施の形態を示す工程図（その１）である。 Ｆ〜Ｉ 本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法の第１実施の形態を示す工程図（その２）である。 Ａ〜Ｄ 本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法の第２実施の形態を示す工程図（その１）である。 Ｅ〜Ｇ 本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法の第２実施の形態を示す工程図（その２）である。 本発明に係るマイクロレンズ基板の製造方法の第３実施の形態を示す断面図である。 多重露光法の露光マスクを示すパターン図である。 マイクロレンズアレイ基板の要部の拡大図である。 Ａ〜Ｂ 本発明に係るマイクロレンズアレイ基板を用いて製造した液晶プロジェクタ用の液晶パネルの製造方法の一実施の形態を示す工程図（その１）である。 本発明に係るマイクロレンズアレイ基板を用いて製造した液晶プロジェクタ用の液晶パネルの製造方法の一実施の形態を示す工程図（その２）である。 Ａ〜Ｄ 従来のウェットエッチング法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法である。 Ａ〜Ｅ 従来の２Ｐ法を用いたマイクロレンズアレイ基板の製造方法である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
＜第１実施の形態＞
図１及び図２に、本発明に係るマイクロレンズアレイ基板およびその製造方法の一実施の形態を示す。本例は、液晶プロジェクタを構成する液晶パネル用のマイクロレンズアレイ基板について説明する。
先ず、図１Ａに示すように、透明基板である平行平板の石英基板またはガラス基板、本例では石英基板２を用意する。この平行平板の石英基板の表面上に所要の厚さのフォトレジスト層３ａを形成する。本例ではスピンコート法によりフォトレジスト層３ａを形成する。

次に、図１Ｂに示すように、フォトレジスト層３ａに対してフォトリソグラフィー処理（パターン露光、現像処理）を行うことによって、表面にマイクロレンズアレイの原型となる連続した複数のマイクロレンズ形状の凹状曲面（以下、レンズ状凹部という）４と、表示領域（いわゆるマイクロレンズアレイとなるレンズ状凹部４の領域）の外側に位置したステッパ用のアライメントマークに対応した縦溝パターン５を有したレジスト層３ｂを形成する。このフォトリソグラフィー処理においては、図６に示すように、フォトレジスト層３ａに対して、複数枚の露光マスク（多重マスク）６１［６１１、６１２、６１３、６１４、６１５］を用いて順次パターン露光６２［６２１、６２２、６２３、６２４、６２５］を行う多重露光法を用いる。露光量は、パターン露光６２１〜６２５の順に多くなる。多重露光は、例えばｉ線ステッパ装置を用いて行うことができる。この多重露光後に現像処理が行われる。この多重露光法によって、レンズ状凹部４の曲面形状を任意に制御することができ、目的のレンズ形状に合った例えば球面形状、非球面形状などの形成が可能になる。

次に、図１Ｃに示すように、レジスト層３ｂ上からの異方性エッチングによるドライエッチングにより、レジスト層３ｂの表面側に形成されたレンズ状凹部４及び縦溝パターン５を、石英基板２の表面に転写する。このドライエッチングでは、レジスト層３ｂと石英基板２のエッチング選択比が同じになるエッチングガスが選ばれる。エッチングガスとしては、例えばＣＦ_４、ＣＦ_３Ｈ、ＣＨ_２Ｈ_２、Ｃ_３Ｆ_８、ＳＦ_６等のガスを用いることができる。このドライエッチングにより、石英基板２の表面にはマイクロレンズアレイとなる連続した複数のレンズ状凹部６と、その外側に位置するステッパ用の縦溝状のアライメントマーク７が形成される。この場合、各レンズ状凹部６は、それぞれ曲面全面がレンズ形状に形成される。従って隣り合うレンズ状凹部６の境界部分では、両曲面が突き合わされるように先鋭状の頂点１８となる。

次に、図１Ｄに示すように、石英基板２の表面にレンズ状凹部６及びステッパ用のアライメントマーク７内に充填されるように石英基板２と屈折率が異なる樹脂層９を形成し、平坦化されている樹脂層９上に所要の厚さｄ１の平行平板のカバーガラス板１０を貼り合わせる。ここでの樹脂層９としては、石英基板２の屈折率より大きい屈折率を有する樹脂を用いる。樹脂層９としては、例えばエピスルフィド系、その他エポキシ系、アクリル系の樹脂を用いることができる。本例では、石英基板２の表面に例えば熱硬化性の樹脂９を注入し、すなわち滴下しカバーガラス板１０を載置した状態で、スピン回転させて樹脂９をレンズ状凹部６及びアライメントマーク７内に充填させる。その後、熱硬化処理でカバーガラス板１０が石英基板２に貼り合わされる。石英基板２とそのレンズ状凹部６に充填された樹脂層９とによって複数のマイクロレンズ１１が連続して配列されたマイクロレンズアレイ８を形成する。このマイクロレンズアレイ８を構成する連続したマイクロレンズ１１は、隣り合うマイクロレンズ１１の境界部分に非レンズ領域のない連続したマイクロレンズとなる。同時にこのマイクロレンズアレイ領域の外側に縦溝状パターン５に樹脂層９が充填されたアライメントマーク７が形成される。

次に、図１Ｅに示すように、カバーガラス板１０を研磨して凹状のマイクロレンズの頂点からカバーガラス表面までのカバー表層厚ｄ２を薄くする。このカバー表層厚ｄ２としては、５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ未満、より好ましくは１０μｍ以下の厚さとすることができる。また、マイクロレンズの頂点からカバーガラス裏面までの樹脂層９の厚さｄ３としては、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さとすることができる。このときの樹脂の粘度としては、１ｃｐ以上１００ｃｐ以下であればよく、本例では３０ｃｐ程度の粘度の樹脂を用いる。

ここで、カバー表層厚ｄ２が３０μｍを越えると、高解像度化に伴なってマイクロレンズ１１を微細化していったときに、マイクロレンズ１１の焦点深度を目的の位置に合わせることができず、集光効率が低下する。ｄ２が２０μｍ未満、１０μｍ以下と薄くして行くにしたがい、マイクロレンズの更なる微細化を可能にする。カバー表層厚ｄ２は、基板面内の厚さｄ２のばらつき発生を考慮すると、５μｍが製造可能な下限である。一方、樹脂層９の厚さｄ３は限りなく薄くすることが望まれるが、マイクロレンズを再現性よく作るには１μｍが下限となる。厚さｄ３が１０μｍを越えると、カバー表層厚ｄ２に影響し、液晶パネル等に適用したときの高解像度化を困難にする。

次に、図２Ｆに示すように、カバーガラス板１０上にいわゆるブラックマトリックスとなる金属膜等からなる遮光膜、本例ではアルミニウム（Ａｌ）膜１３を蒸着またはスパッタ等により成膜する。

次に、図２Ｇに示すように、石英基板２に形成したアライメントマーク７を読み取ることが出来るように、アライメントマーク７に対応する部分のアルミニウム膜１３を選択エッチングにより除去し、開口（いわゆるマーカー窓）１４を形成する。開口１４の形成はラフな精度で形成することができる。

次に、図２Ｈに示すように、アライメントマーク７を基準にｉ線ステッパ装置の露光マスクとの位置合わせを行い、リソグラフィ技術を用いてアルミニウム膜１３を選択エッチングによりパターニングしてブラックマトリックス１５を形成する。このブラックマトリックス１５は、図７に示すように、連続する各マイクロレンズ１１の境界部分を残すように格子状のパターンに形成する。この場合、アライメントマーク７が石英基板２に形成されているので、アライメントマーク７の位置が高精度に得られるため、マイクロレンズ１１を例えば一辺１０μｍの略四角形状としたとき、ブラックマトリックス１５は±１μｍ程度の位置合わせ精度で形成することができる。このブラックマトリックス１５のパターン時に、同時にアルミニウム膜１３によるアライメントマーク、すなわち後述する液晶パネルを構成する画素電極及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されたいわゆるＴＦＴ基板の貼り合わせ用のアライメントマーク１６を形成する。

次に、図２Ｉに示すように、ブラックマトリックス１５及びアライメントマーク１６が形成されたカバーガラス板１０上に透明導電膜、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜による対向電極１７を成膜して目的の平行平板のマイクロレンズアレイ基板１を得る。なお、本実施の形態におけるマイクロレンズアレイ基板１の画素ピッチは１０μｍ×１０μｍの高精細なものである。

上述の本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板１によれば、石英基板２の表面に直接レンズ状凹部６をドライエッチングによる転写法で形成し、このレンズ状凹部内に樹脂を充填することによって、連続して配列された複数のマイクロレンズ１１からなるマイクロレンズアレイ８が石英基板２の表面内に直接構成される。この構成では、石英基板の表面内の直接マイクロレンズアレイ８が形成されているので、パターン寸法精度のよい精密なマイクロレンズアレイ８を有するマイクロレンズアレイ基板１を提供することができる。

また、隣り合うマイクロレンズ１１間の境界部分では、非レンズ領域がない状態で形成されている。すなわち、レンズ状凹部６が石英基板２に形成されているので、境界部分が
だれることなく先鋭な頂点１８として形成され、境界部分もレンズ領域として形成されることになる。従って、集光効率のよいマイクロレンズアレイ基板となる。
マイクロレンズアレイ８が多重露光法を用いて形成されるので、レンズ曲面として球面状あるいは非球面状のものが得られ、目的に合ったレンズ曲面のマイクロレンズアレイ基板を提供することができる。

石英基板２にレンズ状凹部６と共に、ステッパ用のアライメントマーク７を一体に有するので、位置精度のよいアライメントマーク７が得られる。また、別工程で形成する必要がなく、製造工程の簡素化が図れる。
マイクロレンズアレイ８が形成された表面側に所要の薄い厚さのカバーガラス板１０が形成され、このカバーガラス板１０表面には隣り合うマイクロレンズ１１の境界部分に一致した位置にブラックマトリックス１５が形成されていることにより、ブラックマトリックス１５はマイクロレンズ１１に最も近い位置に形成されることになる。このようなブラックマトリックス１５を有することにより、液晶パネルを構成したときに、隣り合うマイクロレンズ１１間の境界部分の先鋭な頂点に光が照射され、迷光成分が発生したとしても、ブラックマトリックス１５によって迷光成分のＴＦＴ回路側へ入射することを確実に阻止することができる。
カバー表層厚ｄ２を５μｍ以上３０μｍ以下、さらに樹脂厚ｄ３を１μｍ以上５μｍ以下に薄くすることにより、高解像度化に伴ってマイクロレンズ１１が微細化した場合にも、光を目的の領域に集光させることができる。すなわち、微細化したマイクロレンズ１１のレンズ焦点深度を目的の領域に合わせることができる。つまり、光路設計の自由度が上がる。

本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法によれば、石英基板２の表面にドライエッチングによってレジスト層３ｂのレンズ状凹部４を転写して、レンズ状凹部６を形成し、このレンズ状凹部６内の樹脂層９を充填してマイクロレンズアレイ８を形成している。石英基板２自身は樹脂層のように収縮が起こらず、パターン寸法精度の良いマイクロレンズアレイ８を形成することができる。また、石英基板２に直接レンズ状凹部６を転写するので、隣り合うマイクロレンズ１１間のレンズ境界部分がレンズ領域として使える。すなわち、レンズ状凹部６も隣り合うマイクロレンズとの境界部分でだれる等の変形が起こらないので、非レンズ領域のないマイクロレンズアレイ８を形成することができる。従って、集光効率の良いマイクロレンズアレイ８を形成することができる。

フォトレジスト層３ａの表面にレンズ状凹部４を形成するめの露光として、多重露光法を用いることにより、レンズ状凹部４の曲面形状を任意に制御するもとができる。すなわち、マイクロレンズアレイ８のレンズ曲面やレンズ深さを自由自在に任意に設計することができ、石英基板２の表面に目的に合わせて球面状あるいは非球面状のレンズ状凹部６を形成することができる。従って、レンズ形状の制御性に優れる。

石英基板２の表面にレンズ状凹部６の転写と同時に、ステッパ用のアライメントマーク７を形成するので、位置精度の良いアライメントマーク７を形成することができ、ステッパ装置のマスク合わせを精度良く行える。これにより、ブラックマトリックス１５を隣り合うマイクロレンズ１１間の境界に対応した部分に精密に形成することができる。また、アライメントマークの形成工程を別途必要とせず、工程の簡素化を図ることができる。

カバーガラス板１０として、カバー表層厚ｄ２を５μｍ以上３０μｍ以下、さらに樹脂厚ｄ３を１μｍ以上１０μｍ以下に薄く形成することができるので、高解像度化に伴ってマイクロレンズ１１を微細化した場合にも、焦点深度に合わせてカバーガラス板１０を薄くすることが可能になり、高解像度に対応したマイクロレンズアレイ基板１を製造することができる。

マイクロレンズアレイ基板１において、マイクロレンズアレイ８に最も近いカバーガラス板１０表面にブラックマトリックス１５を一体に形成している。しかも、ブラックマトリックス１５は、連続するレンズ状凹部６の頂点１８に合わせるように形成する。これによって、液晶パネルを構成したときに、隣り合うマイクロレンズ１１間の境界部分の先鋭な頂点１８に入射した光により迷光成分が発生しても、ＴＦＴ回路側への入射を確実に阻止することがきる。

樹脂層としては１種類の樹脂層９だけを使用するので、耐熱性、耐光性に優れる。石英基板２のレンズ状凹部６に樹脂層９を充填してマイクロレンズアレイ８を形成するので、使用材料が少なく、工程数も少なくなり、構造の簡単なマイクロレンズアレイ基板１を製造することができる。

上述の本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板の製造方法では、多重露光法を適用したが、フォトリソグラフィー技術によるパターン露光としては、多重露光法に変えて１枚のマスクにおいてレンズ形状に合わせて光透過率を中央から周辺に向かって変化させた、いわゆるグレーマスクを用いて露光するグレーマスク法で行ってもよい。

＜第２実施の形態＞
次に、図３〜図４に、本発明に係るマイクロレンズアレイ基板及びその製造方法の他の実施の形態を示す。本例も、液晶プロジェクタを構成する液晶パネル用のマイクロレンズアレイ基板に適用した場合である。
本実施の形態においては、図３Ａから図３Ｃまでの工程は、前述の図１Ａから図１Ｃまでの工程と同じであるので、重複説明を省略する。

本実施の形態では、図３Ｃの工程の後、図３Ｄに示すように、石英基板２の表面にＴＦＴ基板貼り合わせ用のアライメントマーク１６を形成する。例えば、前述と同じように例えばアルミニウム膜を石英基板２の表面全面に成膜し、ステッパ用のアライメントマーク７に対応した部分にアルミニウム膜を選択的にエッチング除去して開口を形成する。次いで、アライメントマーク７を基準にｉ線ステッパ装置の露光マスクとの置合わせを行い、リソグラフィ技術を用いてアルミニウム膜を選択エッチングによりパターニングしてアライメントマーク１６を形成する。

次に、図４Ｅに示すように、石英基板２の表面にレンズ状凹部６及びステッパ用のアライメントマーク７内に充填されるように石英基板２と屈折率が異なる樹脂層９を形成し、平坦化されている樹脂層９上に所要の厚さｄ１の平行平板のカバーガラス板１０を貼り合わせる。ここでの樹脂層９としては、石英基板２の屈折率より大きい屈折率を有する樹脂を用いる。本例では、石英基板２の表面に例えば熱硬化性の樹脂９を滴下しカバーガラス板１０を載置した状態で、スピン回転させて樹脂９をレンズ状凹部６及びアライメントマーク７内に充填させる。その後、熱硬化処理でカバーガラス板１０が石英基板２に貼り合わされる。石英基板２とそのレンズ状凹部６に充填された樹脂層９とによって複数のマイクロレンズ１１が連続して配列されたマイクロレンズアレイ８を形成する。このマイクロレンズアレイ８を構成する連続したマイクロレンズ１１は、隣り合うマイクロレンズ１１の境界部分に非レンズ領域のない連続したマイクロレンズとなる。同時にこのマイクロレンズアレイ領域の外側に縦溝状パターン５に樹脂層９が充填されたアライメントマーク７が形成される。

次に、図４Ｆに示すように、カバーガラス板１０を研磨してマイクロレンズの頂点からカバーガラス表面までのカバー表層厚ｄ２を薄くする。前述と同様に、このカバー表層厚ｄ２としては、５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ未満、より好ましくは１０μｍ以下の厚さとすることができる。また、樹脂層９の厚さｄ３としては、１μｍ以上１０μｍ以下の厚さとすることができる。樹脂の粘度としては、１ｃｐ以上１００ｃｐ以下であればよく、本例では３０ｃｐの粘度の樹脂を用いる。

次に、図４Ｇに示すように、カバーガラス板１０上に透明導電膜、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜による対向電極１７を成膜して目的のマイクロレンズアレイ基板７１を得る。

本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板７１及びその製造方法では、カバーガラス板１０上にブラックマトリックスを形成しない点を除く、その他の構成及び製造方法は、前述のマイクロレンズアレイ基板１と同様である。従って、本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板７１及びその製造方法においても、ブラックマトリックスの効果を除いて、前述したマイクロレンズアレイ基板１と同様の効果を奏する。

＜第３実施の形態＞
図５に、本発明に係るマイクロレンズアレイ基板８１の第３の実施の形態を示す。
本例も、液晶プロジェクタを構成する液晶パネル用のマイクロレンズアレイ基板に適用した場合である。
本実施の形態においては、図１Ａから図２Ｈまでの工程は同じであるので、重複説明は省略する。

本実施の形態では、図２Ｈの工程の後、図５に示すように、ブラックマトリックス１５及びアライメントマーク１６が形成されたカバーガラス板１０上に透明保護層、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）１９を成膜し、さらに上層に透明導電膜、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜による対向電極１７を成膜して目的の平行平板のマイクロレンズアレイ基板８１を得る。

本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板及びその製造方法では、ブラックマトリックス１５及びアライメントマーク１６が形成されたカバーガラス板１０上にシリコン酸化膜１９を成膜している点を除いて、その他の構成及び製造方法は、前述のマイクロレンズアレイ基板１と同様である。本実施の形態によれば、例えば、Ａｌで成膜したブラックマトリックス１５及びアライメントマーク１６をシリコン酸化膜１９で覆うことにより、Ａｌの酸化を防ぐことができ、長期に渡りブラックマトリックス１５として使用することができる。また、透明保護層となるシリコン酸化膜１９が反射防止膜として作用し、光透過率を上げることができ、集光効率を向上することができる。その他、本実施の形態に係るマイクロレンズアレイ基板及びその製造方法においても、前述したマイクロレンズアレイ基板１と同様の効果を奏する。

次に、図８及び図９を参照して上述したマイクロレンズアレイ基板８１を用いて製造した液晶プロジェクタ用の液晶パネルを説明する。
図８Ａに示すように、前述の図５で得られたマイクロレンズアレイ基板８１を、図示せざるも分割線より分割して各液晶パネルに対応したマイクロレンズアレイ基板１０１を形成する。すなわち、表面側のレンズ状凹部６に樹脂層９を充填して連続した複数のマイクロレンズ１１からなるマイクロレンズアレイ８を形成した石英基板２上に、カバーガラス板１０を貼り合わせ、カバーガラス板１０上に格子状のブラックマトリックス１５を形成し、さらに透明保護層であるシリコン酸化膜１９と対向電極１７を形成したマイクロレンズアレイ基板１０１を用意する。

一方、図８Ｂに示すように、同様の製法を用いてマイクロレンズアレイを形成した透明基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び画素電極を形成したＴＦＴ基板１０２を形成する。すなわち、透明基板である例えば石英基板またはガラス基板、本例では石英基板１１２に、前述の図１Ａ〜図１Ｅと同様の工程を用いてレンズ状凹部１１６に石英基板１１２と屈折率の異なる樹脂層１１９を充填して連続した複数のマイクロレンズ１１７からなるマイクロレンズアレイ１１８を形成する。また、樹脂層１１９上に所要の厚さに研磨されたカバーガラス板１２０を貼り合わせる。このカバーガラス板１２０上に各マイクロレンズ１１７を囲むように、すなわち各画素領域の周縁に沿って前述の図２Ｈで説明したと同様の遮光膜となる格子状のブラックマトリックス１２１を形成する。次いで、このブラックマトリックス１２１を埋め込む状態でカバーガラス板１２０上に透明保護層であるシリコン酸化膜１２２を形成した後、層間絶縁膜１２６の表面を例えばＣＭＰ（化学機械研磨）法により平坦化する。次に、多結晶シリコンからなる半導体薄膜１２３を選択的に形成する。この半導体薄膜１２３にＳｉイオンを注入してアモルファス化した後、熱処理して固相成長させて多結晶化する。

次に、半導体薄膜１２３上にゲート絶縁膜１２４を介して及びキャパシタの上部電極１２５を形成する。次いで、層間絶縁膜１２６を形成した後、半導体薄膜１２３の一方のソース・ドレイン領域に接続する信号線１２７を形成し、他方のソース・ドレイン領域に引き出し線１２８を形成する。次いで、層間絶縁膜１２９を形成し、引き出し線１２８に接続する配線パターン１３０を形成する。さらに層間絶縁膜１３１を形成し、この層間絶縁膜１３１上に下層の配線パターン１３０に接続する画素電極１３２を形成する。上記各層間絶縁膜１２６、１２９、１３１は、例えばシリコン酸化膜などで形成することができる。このように画素電極１３２を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路１３３が設けられたＴＦＴ基板１０２を作製する。

そして、図９に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０１とＴＦＴ基板１０２を、前述したマイクロレンズアレイ基板１０１側に形成したアライメントマーク１６（図２Ｈ参照）を基準に位置合わせして、所要の空間を挟んで対向配置し、空間内に液晶１３５を注入して封止し、液晶パネル１４０を作製する。この液晶パネル１４０は、両基板１０１及び１０２にマイクロレンズアレイ８及び１１８を有する、いわゆるダブルマイクロレンズ構造の液晶パネルでる。なお、図示せざるも、マイクロレンズアレイ基板１０２の対向電極１７の表面、及びＴＦＴ基板１０２の画素電極１３２側の表面には、それぞれ配向膜を形成する。

この液晶パネル１４０によれば、マイクロレンズアレイ基板１０１及びＴＦＴ基板１０２のそれぞれのマイクロレンズアレイ８及び１１８が、石英基板２及び１１２の表面にドライエッチングによる転写法で直接形成されるので、精度のよい精密なマイクロレンズアレイを有することになる。しかも、石英基板２及び１１２に転写法でレンズ状凹部を形成するので、隣り合うマイクロレンズ１１間の境界部分及び隣り合うマイクロレンズ間の境界部分、即ちそれぞれの頂点部分がだれることなく、レンズ領域と形成される。すなわち非レンズ領域のないマイクロレンズアレイ８及び１１８が形成される。この精度の良いマイクロレンズアレイ８及び１１８を有することによって、効率よく光を各画素へ集光することができる。また、マイクロレンズアレイ基板１０２側に各マイクロレンズ１１の境界部分に対応した位置にブラックマトリックス１５が形成されるので、入射光が境界部分、すなわちレンズのエッジ部に照射され迷光成分が発生しても、この迷光成分がブラックマトリックス１５により遮光され、ＴＦＴ回路１３３側への入射を阻止できる。これによって、光リーク電流の発生や、フリッカやコントラストの低下などの画質上の不具合を防止することができる。

本実施の形態の液晶パネル１４０は、上述のマイクロレンズアレイ基板１０１を用いるので、高解像度化のためにマイクロレンズ自体を微細化していった場合にも、マイクロレンズアレイとして非レンズ領域がないので、マイクロレンズアレイとして有効に作用し、集光効率を上げることが可能になる。また、カバー表層厚が５μｍ以上３０μｍ以下、樹脂層の厚さを１μｍ以上１０μｍ以下と薄くすることにより、焦点距離を短くした微細なマイクロレンズの形成することができる。よって、高解像度でかつ信頼性の高い液晶プロジェクタ用の液晶パネルを提供することができる。

上例の液晶パネルでは、マイクロレンズアレイ基板８１を用いたが、図２Ｉのマイクロレンズアレイ基板１を用いて構成することもできる。また、図４Ｇのマイクロレンズアレイ基板７１を用いて構成することができる。この場合には、図９における層間絶縁膜１２９上に配線パターン１３０を挟んでＴＦＴ回路１３３への光入射を阻止するための遮光膜となるブラックマトリックスを形成する。
また、ＴＦＴ基板として、マイクロレンズアレイ１１８を省略した構成のＴＦＩ基板を用いて、本発明のマイクロレンズアレイ基板との組み合わせで液晶パネルを構成することもできる。

上例では、本発明に係るマイクロレンズアレイ基板を液晶パネルに適用したが、その他、輝度向上、あるいは視野角拡大のために、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬモニタ、フィールドエミッション（ＦＰＤ）等の表示装置にもレンズアレイの屈折率や形状を変えることで用いることができる。さらに、本発明のマイクロレンズアレイ基板を照明装置に適用することも可能である。

すなわち、本発明においては、上述のマイクロレンズアレイ基板を有する、ＴＦＴ基板、液晶パネル、液晶プロジェクタ、表示装置、照明装置を構成することができる。本発明では、高精度でかつ信頼性の高いＴＦＴ基板、高解像度でかつ信頼性の高い液晶パネル、液晶プロジェクタを提供することができる。本発明では、高解像度でかつ信頼性が高く、また輝度が向上しあるいは視野角が拡大した表示装置を提供することができる。本発明では、輝度が向上した照明装置を提供することができる。

１・・マイクロレンズアレイ基板、２・・石英基板、３ａ・・フォトレジスト層、３ｂ・・レジスト層、４・・レンズ状凹部、５・・縦溝パターン、６・・レンズ状凹部、７・・アライメントマーク、８・・マイクロレンズアレイ、９・・樹脂層、１０・・カバーガラス板、１１・・マイクロレンズ、１３・・アルミニウム膜、１４・・開口、１５・・ブラックマトリックス、１６・・アライメントマーク、１７・・対向電極、１８・・先鋭状の頂点、３１・・基板、３２・・レジストマスク、３２ａ・・開口、３３・・凹部、３４・・樹脂、３５・・マイクロレンズ、３６・・マイクロレンズアレイ、３７・・カバーガラス板、３８・・透明電極、３９・・マイクロレンズアレイ基板、４１・・スタンパー、４２・・マイクロレンズ形状、４３・・マイクロレンズアレイ形状、４４・・ガラス基板、４５・・第１の樹脂層、４６・・凹部、４７・・第２の樹脂、４８・・複数のマイクロレンズ、４９・・マイクロレンズアレイ、５０・・カバーガラス板、５１・・透明電極、５２・・マイクロレンズアレイ基板、６１［６１１、６１２、６１３、６１４、６１５］・・露光マスク（多重マスク）、６２［６２１、６２２、６２３、６２４、６２５］・・パターン露光、７１、８１・・マイクロレンズアレイ基板、１０２・・ＴＦＴ基板、１１２・・石英基板、１１６・・レンズ状凹部、１１７・・マイクロレンズ、１１８・・マイクロレンズアレイ、１１９・・樹脂層、１２０・・カバーガラス板、１２１・・ブラックマトリックス、１２２・・シリコン酸化膜、１２３・・半導体薄膜、１２４・・ゲート絶縁膜、１２５・・上部電極、１２６・・層間絶縁膜、１２７・・信号線、１２８・・引き出し線、１２９・・層間絶縁膜、１３０・・配線パターン、１３１・・層間絶縁膜、１３２・・画素電極、１３３・・薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路、１４０・・液晶パネル

Claims (20)

1. 石英基板またはガラス基板の表面内に、連続した複数のレンズ状凹部が形成され、
   前記レンズ状凹部内に樹脂が充填されてマイクロレンズアレイが形成され、
   前記基板上に、前記樹脂を挟んでカバーガラス部材が形成され、
   前記カバーガラス部材上にシリコン酸化膜からなる透明保護層が設けられた
   マイクロレンズアレイ基板。
2. 石英基板またはガラス基板の表面内に、連続した複数のレンズ状凹部が形成され、
   前記レンズ状凹部内に樹脂が充填されてマイクロレンズアレイが形成され、
   前記基板上に、前記樹脂を挟んでカバーガラス部材が形成され、
   前記カバーガラス部材上に透明保護層が設けられ、さらに該透明保護層上に透明導電膜 が設けられた
   マイクロレンズアレイ基板。
3. 前記透明保護層はシリコン酸化膜である
   請求項２に記載のマイクロレンズアレイ基板。
4. 前記透明導電膜はＩＴＯ（酸化インジウム錫）である
   請求項２または３に記載のマイクロレンズアレイ基板。
5. 前記マイクロレンズアレイが、隣り合うマイクロレンズの境界部分において非レンズ領域のない状態で形成されている
   請求項１乃至４のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板。
6. 前記マイクロレンズが、球面状または非球面状に形成されている
   請求項１乃至５のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板。
7. 前記カバーガラス部材と前記透明保護層の間のうち、隣り合う前記マイクロレンズの境界部分に一致した位置に遮光層が形成されている
   請求項１乃至６のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板。
8. 前記遮光層はアルミニウム膜からなる
   請求項７に記載のマイクロレンズアレイ基板。
9. 前記マイクロレンズの頂点から前記カバーガラスの表面までのカバー表層厚が１０μｍ以下である
   請求項１乃至８のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板。
10. 前記マイクロレンズアレイ領域外にアライメントマークが形成された
    請求項１乃至９のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板。
11. 前記アライメントメークは縦溝状パターンである
    請求項１０に記載のマイクロレンズアレイ基板。
12. 前記マイクロレンズアレイおよび前記アライメントマークは、ドライエッチングによる 転写法で同時に形成されたものである
    請求項１０または１１に記載のマイクロレンズアレイ基板。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板における前記透明保 護膜上に、ＴＦＴ回路が形成され、
    前記ＴＦＴ回路に接続された画素電極を有する
    ＴＦＴ基板。
14. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板と、請求項１３に記 載のＴＦＴ基板とが、所要の空間を挟んで対向配置され、
    前記空間内に液晶が注入された、ダブルマイクロレンズ構造の液晶パネル。
15. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板を有する液晶パネル。
16. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板を有する液晶プロジェクタ。
17. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板を有する表示装置。
18. 請求項１乃至１２のいずれか一に記載のマイクロレンズアレイ基板を有する照明装置。
19. 石英基板またはガラス基板の表面に、連続した複数のレンズ状凹部を有するレジスト層を形成し、
    前記レジスト層をドライエッチングして、前記レンズ状凹部を前記基板の表面に転写し、
    前記基板の表面に転写されたレンズ状凹部内に樹脂を充填してマイクロレンズアレイを形 成し、
    前記基板上に前記樹脂を挟んでカバーガラス部材を形成し、
    前記カバーガラス部材上にシリコン酸化膜からなる透明保護層を形成する
    マイクロレンズアレイ基板の製造方法。
20. 石英基板またはガラス基板の表面に、連続した複数のレンズ状凹部を有するレジスト層を形成し、
    前記レジスト層をドライエッチングして、前記レンズ状凹部を前記基板の表面に転写し、
    前記基板の表面に転写されたレンズ状凹部内に樹脂を充填してマイクロレンズアレイを 形成し、
    前記基板上に前記樹脂を挟んでカバーガラス部材を形成し、
    前記カバーガラス部材上に透明保護層を形成し、
    前記透明保護層上に透明導電膜を形成する
    マイクロレンズアレイ基板の製造方法。