JP2006119267A - 光導波路及び光導波路の製造方法並びに当該光導波路を用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光学性能に優れ光学表示装置への接合を容易におこなうことのできるマイクロレンズアレイなどの光導波路および当該光導波路を搭載した光学表示装置を提供すること
【解決手段】
本発明にかかる光導波路の製造方法は、表面に凹凸形状１２１を有することによってその厚さが変化している母型１２を、一対の平坦表面を有する基板１０の一方の面側に配置するステップと、母型１２を介して基板１０内部に不純物イオンを所定の運動エネルギーで注入するステップとを有し、母型１２の有する凹凸形状１２１に対応する不純物イオンの分布層１３を基板１０内部に形成するものである。
【選択図】 図２

Description

本発明はマイクロレンズアレイなどの微細な構造を持つ光導波路およびその製造方法に関する。

近年、液晶表示素子の輝度向上や消費電力低減のために、光導波路などの光学部品を応用した様々な工夫がなされている。例えば代表例としては、光が入射する側の液晶基板にマイクロレンズアレイを設けることにより、開口部に入射光を集中させて実質的な開口率を向上させた液晶パネルなどが挙げられる。

また、液晶パネルと組み合わせて用いるバックライトの薄型化や輝度向上の目的で、従来の蛍光管に換えてLEDや有機ELを光源に用いることも検討されている。この場合にも光取り出し効率向上のために、バックライトへのマイクロレンズアレイの搭載が望まれている。さらに液晶プロジェクタでは、明るい環境下でも鮮明表示を実現するために、輝度の向上が重要であり、ライトバルブとして用いられる液晶パネルへのマイクロレンズアレイの適用が不可欠となっている。

このようにマイクロレンズアレイはすでに光学部品としての確固たる地位を築きつつあるが、今後は一層の適用拡大を図るために、高性能、低価格化が強く望まれている。従来、マイクロレンズアレイの製法は、種々の技術が提案されている。代表例としては、２P法なる成型技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法を工程別に説明した断面図を図６に示す。まず図６（ａ）に示すように成型面に複数の略半球面状の凹部が形成された母型１０１の成型面側に、離形剤１０２および未硬化樹脂１０３を塗布する。次に図６（ｂ）に示すように未硬化樹脂１０３の面とガラス基板１００の面とを合せて、母型１０１をガラス基板１００側に押し付けて未硬化樹脂１０３を母型１０１の成型面でプレス成型する。その後、紫外線等で未硬化樹脂１０３を硬化させ、図６（ｃ）に示すようにガラス基板１００上に樹脂製のレンズ層１０３ａを備えたマイクロレンズアレイ１２０を形成する。

また、特許文献２には樹脂のリフローとドライエッチングを併用する転写法が開示されている。この方法を工程別に説明した断面図を図７に示す。図７（ａ）に示すようにガラス基板２００上に熱変形性の材料で矩形平面パターン２０１を形成した後、加熱処理して図７（ｂ）に示すように熱変形性の材料をリフローさせて半球状パターン２０１ａを形成する。次に半球状パターン２０１ａをマスクとしてガラス基板２００をドライエッチング加工することにより、ガラス基板２００に略半球状の凸形状２０２を転写し、図７（ｃ）に示すようにマイクロレンズアレイ２１０が形成される。

しかしながら、これらの方法では幾つかの問題点があげられる。一つは微細レンズ形状の再現性、均一性不良の問題である。２P成型法では母型の凹凸形状が均一であっても成型過程においては、母型と基板との熱膨張係数差などによる変形が生じ易く、あるいは母型と樹脂の間に空気などの異物混入によって、形状変形が起こり易い。

また、ドライエッチングによる転写法においても、熱変形樹脂と基板のエッチング速度および両部材のエッチング速度比を精密に制御しなければならず、少しでもエッチング速度にゆらぎや不均一性があるとレンズ形状にばらつきが生ずる。

このような問題を解決する方法が特許文献３及び特許文献４に開示されている。特許文献３に開示される方法は透明基板にマスクを介してイオンを注入し、その注入角度を制御することによって透明基板内部にイオン注入層と非注入層を形成するものである。これにより屈折率の変化を生じ、透明基板がレンズとして機能する。

また、特許文献４に開示される方法では、まず、ガラス基板の表面にＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、あるいはＣｒ等からなる金属薄膜をスパッタ法等の周知の薄膜形成技術で形成後、液晶表示パネル画素配列と対応した配置の微小開口窓を金属薄膜に周知のフォトリソグラフィ技術により形成することにより金属マスクを作成する。そして、このガラス基板をガラス基板内部に含まれるイオンよりも屈折率の高いイオンを含む溶液中に所定の時間浸すことにより、金属マスク開口窓の近傍から周囲に向かって屈折率が徐々に低くなる略半球状の屈折率分布型のマイクロレンズを形成する。
特開２００１−２０１６０９号公報 特開２００１−２４６５９９号公報 特開平５−１１１３１号公報 特開平３−１３６００４号公報

特許文献３に記載された方法の場合、２Ｐ法やリフローを用いる方法で生じるような問題はないが、透明基板とイオン注入面との角度制御が困難であり、所望の屈折率分布形状を得るのが難しかった。それに伴い、生産性としても優れたものではなかった。

また、特許文献４に記載された方法では、金属薄膜に形成された微小開口窓を介してイオンを浸透させているので、マイクロレンズ形状は略半球状に限定され、マイクロレンズ形状に自由度がない。また、ガラス基板への金属薄膜形成から微小開口窓形成を経てイオン交換に至るまでの工程が複雑で製造コストが高かった。

一方、特許文献１及び特許文献２に記載された方法の様にマイクロレンズアレイの表面に略半球状の凹凸があることに起因する問題もある。即ち、レンズ形成後に遮光膜を形成する場合には、表面に凹凸があるとレジスト膜厚の不均一やそれに伴うフォトリソグラフィでの解像不良などが生じ易く、歩留低下が懸念される。さらに、液晶表示パネルやバックライト部材にマイクロレンズアレイを搭載する場合には、上記凹凸面での貼り合わせや接着に制約を受けるだけでなく、光学特性の不良誘発の原因にもなっていた。

リフローを用いる方法の場合は、図７（ｂ）に示す半球状パターン２０１ａの弧がガラス基板２００表面を基点に形成されるため、例えば楕円形状のレンズを形成する場合は楕円形状の短径方向と長径方向とにおける弧中心点からの位置毎の曲率が異なってしまう。すると短径方向と長径方向でレンズ焦点距離がずれてしまう。すなわち、従来技術ではレンズ形状の均一性、再現性確保が難しく、如いてはマイクロレンズアレイの光学特性の性能確保が難しいという問題があった。

更に、図６に示した方法で形成されたマイクロレンズアレイ１２０は、レンズ層１０３ａとガラス基板１００との屈折率の違いによってはその境界面で反射が起こってしまい、光効率の向上にそぐわない場合がある。これらの問題は上記のようにマイクロレンズアレイにおいて特に顕著であるが、シート状のプリズムアレイ、構造性ＡＲシート、シート状の導波性アレイ等の光導波路一般において発生する。

本発明の目的は、光学性能に優れ、光学表示装置への接合を容易におこなうことのできるマイクロレンズアレイなどの光導波路および当該光導波路を搭載した光学表示装置を提供することにある。

本発明にかかる光導波路の製造方法は、表面に凹凸形状（例えば、本発明の実施の形態における凹部１２１）を有することによってその厚さが変化している母型（例えば、本発明の実施の形態における母型１２）を、一対の平坦表面を有する基板（例えば、本発明の実施の形態における基板部材１０）の一方の面側に配置するステップと、前記母型を介して前記基板内部に不純物イオンを所定の運動エネルギーで注入するステップとを有し、前記母型の有する凹凸形状に対応する前記不純物イオンの分布（例えば、本発明の実施の形態における不純物分布層１３）を前記基板内部に形成するものである。これにより、レンズ形状の均一性に優れ、光学表示装置への接合を容易におこなうことのできる光導波路（例えば、本発明の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ２０）を提供することができる。

ここで、前記不純物イオンが、水素、ヘリウム、リチウム、ベリリウム、ボロンの中から選ばれた少なくとも一種から成ることが好ましい。これらの物質が分布制御の自由度が高く、光学性能の向上を確実に図ることができる。

また、サイクロトロンによって前記不純物イオンを前記所定の運動エネルギーにまで加速することが好ましい。これにより、照射するイオンの加速制御を高精度に行うことができる。

さらにまた、前記基板は可視光領域で透明であることが好ましい。これにより、光学表示装置用の光導波路として最適な効果を奏することができる。

若しくは、前記基板は赤外線領域で透明であってもよい。これにより、赤外線用光学機器の光導波路を提供することができる。

具体的態様例としては、前記光導波路は液晶表示装置において用いられるマイクロレンズアレイとして用いると利用価値が高い。

ここで、上記のように当該光導波路を液晶表示装置用のマイクロレンズアレイとして用いる場合、前記光導波路上に少なくとも電極（例えば、本発明の実施の形態における透明電極３２）が形成されていることが好ましい。これにより、液晶パネル用の基板と当該光導波路とを同一部材とすることができ、薄型化に最適な液晶表示装置を提供することができる。

他方、本発明にかかる光導波路（例えば、本発明の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ２０）は、一対の平坦表面を有する基板（例えば、本発明の実施の形態における基板部材１０）の一表面からその内部に渡ってレンズ形状を有する不純物層（例えば、本発明の実施の形態における不純物分布層１３）が形成された光導波路であって、前記不純物層は前記基板の表面から離れるに従って連続的に不純物濃度が低くなるように形成されているものである。これにより、光学性能に優れ、光学表示装置への接合を容易におこなうことのできる光導波路を提供することができる。

若しくは、前記レンズ形状の少なくとも中央部において、前記基板の表面近傍よりも内側の領域に最も屈折率の高い部分が位置することが好ましい。これにより、基板内部から外部へかけてゆるやかに屈折率を分布させることができる。

更には、前記不純物層は少なくとも前記基板の平坦表面近傍には形成されていないことが好ましい。これにより、基板内部から外部へかけての屈折率分布をよりゆるやかにすることができる。

具体的態様例としては、前記光導波路はマイクロレンズアレイとして用いると利用価値が高い。

他方、本発明にかかる液晶表示装置は、上記の様な光導波路を備えたものである。これにより、光利用効率の向上を図りマイクロレンズアレイと液晶パネルの接着性の向上を図ることができる。

ここで、前記光導波路上に少なくとも電極（例えば、本発明の実施の形態における透明電極３２）が形成されていることが好ましい。これにより、液晶パネル用の基板と当該光導波路とを同一部材とすることができ、薄型化に最適な液晶表示装置を提供することができる。

本発明により、光学性能に優れ光学表示装置への接合を容易におこなうことのできるマイクロレンズアレイなどの光導波路および当該光導波路を搭載した光学表示装置を提供することができる。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。本実施形態においては、本発明に係る光導波路の製造方法及び当該方法で製造された光導波路を有する光学機器について説明する。また光学機器の例として液晶表示装置を、光導波路の例として液晶表示装置に搭載されるマイクロレンズアレイを用いる。図１は本実施形態における製造方法によって製造されるマイクロレンズアレイ２０の部分断面を示す鳥瞰図である。図１によると、透明性を有し一対の平坦な主表面を持つ基板部材１０の一方の主表面に、平面形状が略円形で深さ方向の形状が略半球状の不純物分布層１３が細密充填的に複数個設けられている。不純物分布層１３は、層内に不純物原子が所定濃度に分布しているため、基板部材１０よりも屈折率が高い。このような構成とすれば、不純物分布層１３がプリズム作用を持つので、レンズとして機能する。また、主表面が平坦であるので、例えば液晶パネルやバックライトへ接着または貼り合わせて使用する場合の工程上の制約や、機能上の不具合が無くなる。このため、液晶表示装置を高性能で安価に提供できる。

基板部材１０の材質は、可視光領域の場合には、透明なものであれば特に制限はなく、石英やフッ素（F）等を含むフリントガラス、あるいは硼珪クラウン（ＢＫ）やカリウム（Ｋ）等を含むクラウンガラスであってもよい。またアクリル、ポリカーボネートやポリオレフィンなどのプラスティックであってもよい。さらに、ガラスとプラスティックの積層体であってもよい。一方、赤外線領域の波長の光に対して用いられるレンズの場合には、ゲルマニウムやシリコンを基板部材１０に用いても本発明の効果を奏することができる。また、基板部材１０の厚さは５μｍ以上３００μｍ以下の範囲で強度と薄型化のバランスを考慮して決定される。ここで、基板部材１０の厚さはそのままマイクロレンズアレイ２０の厚さとなるので、基板部材１０の厚さを調整するだけでマイクロレンズアレイ２０の厚さを調整することが可能であり、より高精度にマイクロレンズアレイ２０の厚さを調整することが可能である。

不純物分布層１３の形状は、プリズム作用を有する形状であれば特に制限はなく、平面形状では略円形、略六角形、これらの変形であってもよいが、細密充填的に設ける観点では六角形が望ましい。断面形状においても制限はなく、球形の他に非球形であってもよく、矩形、円柱形などであってもよい。レンズ部に含まれる不純物は、屈折率を増加させる効果のある元素であれば特に制限はないが、所望形状の形成自由度の観点からは水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈｅ）、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ボロン（Ｂ）などの軽元素が望ましい。なお、本実施例では複数個のレンズが一体化されているマイクロレンズアレイ２０を例示したが、単体レンズであっても本発明の効果を奏する。

図２は、図１に示したマイクロレンズアレイ２０の製造方法を工程順に示す断面図である。まず図２（ａ）に示されるように３００μｍの厚みを持ち、一方の主表面に最大の深さが２０μｍの略半球状の凹部１２１を持つシリコンからなる母型１２を用意する。母型１２の厚さは本実施形態では３００μｍとしたが、基板部材１０内部に形成する不純物分布層１３の形状や位置によって適宜選択されるものであり、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲で調整される。凹部１２１の最大深さも同様であり、基板部材１０内部に形成する不純物分布層１３の形状によって適宜選択され、例えば５μｍ以上５０μｍ以下の範囲で調整される。また、凹部１２１の形状は略半球状以外でもよいが、不純物分布層１３をレンズ形状に分布させるためには略半球状が望ましい。

次に図２（ｂ）に示されるように基板部材１０に対して凹部１２１が対向するように母型１２を重ね、母型１２の凹部１２１とは反対の面から所望量のＨｅイオン（³Ｈｅ^２＋）を、例えば２４ＭｅＶの加速エネルギーで図中の矢印１１の方向に照射する。この場合のＨｅイオンのシリコン中の飛程は約２９５μｍであるから、凹部１２１以外では母型１２のシリコン中でイオンが留まるのに対して、凹部１２１を形成した領域では少なくとも一部のイオンが通過し基板部材１０に入射する。基板部材１０に入射したイオンは基板部材１０内で更に減衰し、その運動エネルギーを使い果たした時点で停止する。ここで、本実施形態においてはＨｅイオンを加速する加速エネルギーは２４ＭｅＶとしたが、それ以上でもそれ以下でもよく、母型１２の厚さや所望の不純物分布層１３の形状又は位置によって適宜選択される。不純物分布層１３の位置によって加速エネルギーを調整することについては実施の形態２で説明する。

ここで、照射されたイオンは母型１２を通過するに伴い、その運動エネルギーが減衰するが、減衰は一様ではなく通過した母型１２の厚さに応じて異なる。即ち、通過する母型１２の厚さによってイオンの運動エネルギーに変調が加えられる。従って凹部１２１を設けた領域における母型１２の形状が不純物分布層１３として基板部材１０内部に転写される。この例では、基板部材１０内部にピーク深さ約１５μｍのＨｅの分布層が高屈折率層として形成される。不純物分布層１３は、屈折率がガラス基板のそれより大きくなるので、不純物分布層１３中のレンズ形状の個々が集光・分光させる作用を持ち、全体でマイクロレンズアレイ２０として機能する。

矢印１１に表されるイオンの照射は、加速電圧が厳密に制御された例えばサイクロトロン加速器によってなされるので、イオンの照射深さは高精度に制御できる。従って、母型１２に設けられた凹部１２１の形状を忠実に転写した形状の不純物分布層１３が簡単な工程で形成できる。しかも、母型１２は全く損傷を受けないので再利用が可能である。よって、光学特性の均一性に優れたマイクロレンズアレイなどの光導波路を再現性よく安価に提供できる。

また、基板を物理的に加工する方法や微小開口窓を通してイオンを交換する方法に比べて、不純物分布層１３のパターンに制約を受け難い。すなわち、球面、非球面、矩形状あるいは円柱状であっても、その段差が大きくても母型１２の形状を調整することによって容易に精度よく作製できる特徴がある。従ってリフローを用いた方法のようにレンズ断面の曲率が断面の方向によって異なり、レンズの焦点がずれてしまう問題も解決することができる。なお、母型１２の材質は、形状の安定性が確保でき、イオン照射によって損傷を受け難い材質であれば何でもよく、シリコン以外に、ガラス、金属あるいはプラスティックなどであってもよい。

次に本発明によるマイクロレンズアレイ２０を適用した光学機器の例を説明する。図３は、本発明によるマイクロレンズアレイ２０をＴＦＴ液晶パネル５０に適用した場合の実施例を示す。図３に示されるＴＦＴ液晶パネル５０はマイクロレンズアレイ基板３３と、ＴＦＴ基板４３と、液晶層３４を有している。マイクロレンズアレイ基板３３は複数個の不純物分布層１３を有するマイクロレンズアレイ２０、マイクロレンズアレイ２０の主表面に開口部３１aを有するブラックマトリックス３１、ブラックマトリックス３１を覆うように設けられた透明電極３２を有している。ＴＦＴ基板４３は、ガラス基板４０の主表面に配置されたマトリックス状に設けられた複数の画素電極４１、画素電極４１に対応する複数のＴＦＴ４２を有している。液晶層３４はマイクロレンズアレイ基板３３とＴＦＴ基板４３の空隙に封入されている。なお、シール材、配向膜は図示していない。

このような液晶パネル５０は、不純物分布層１３と、ブラックマトリックスの開口部３１ａと、画素電極４１と、画素電極４１に対応するＴＦＴ４２とは、それぞれが一画素単位で構成されている。マイクロレンズアレイ基板３３側から入射した光は不純物分布層１３で集光されて、ブラックマトリックスの開口部３１ａ、透明電極３２、液晶層３４、画素電極４１、ガラス基板４０を通過する。通常、マイクロレンズアレイ基板３３の入射側には偏光板（図示せず）が配置されているので、入射光が液晶層３４を通過する際には直線偏光になっている。この偏光方向は液晶層３４の液晶分子の配光状態に対応して制御されるので、液晶パネル５０を透過した光を更に偏光板（図示せず）を通過させることにより、出射光の輝度を制御することができる。

このように本発明に係る液晶パネル５０では、マイクロレンズアレイ基板３３を有しているので、入射光が集光されてブラックマトリックスの開口部３１ａを効率よく通過し、他は遮光される。この結果、バックライト側からの開口率が向上し、小さい光量で明るく鮮明な画像を得ることができる。また、マイクロレンズアレイ基板３３は平坦な表面を有しているので、ＴＦＴ基板に液晶層を介して接続する際のレンズ凹凸による不具合が解消され、高品質な液晶パネルを安価に提供できる効果がある。

図４は、本発明によるマイクロレンズアレイ２０を適用した液晶パネル用等のバックライト７０を示す断面図である。図４によると、バックライト７０は有機ＥＬパネル６９とマイクロレンズアレイ２０とが間隙層６６を介して接合されている。有機ＥＬパネル６９は金属基板６０と、金属基板６０の表面に下地膜６１を介して設けられた電極膜６２と、該電極膜６２上に開口部６３ａを有する絶縁膜６３と、該絶縁膜６３を覆うように設けられた有機ＥＬ膜６４と、該有機ＥＬ膜６４上に設けられた透明電極６５とを有する。間隙層６６は有機ＥＬパネル６９とマイクロレンズアレイ２０とを接合する接合層である。

バックライト７０は、絶縁膜の開口部６３ａにおいて電極膜６２と透明電極６５に挟まれた領域の有機ＥＬ膜６４が通電時に白色に発光する。開口部６３ａで発光した光は、透明電極６５と間隙層６６を透過してマイクロレンズアレイ部材を構成するガラス基板を通って外部に導き出される。基板表面にレンズ部が形成されていない従来のバックライト構造では、発光した光の一部がガラス基板表面と外界の境界で反射するため、効率よく光が取り出せない。ガラス基板表面に不純物分布層１３を形成したマイクロレンズアレイ２０を積層した本発明の有機ＥＬバックライト７０では、レンズ部を設けたことにより有機ＥＬ層で発光した光を、反射されずに効率よく外部に取り出すことができる。この結果、小さな電力で均一かつ高い輝度分布を持ったバックライトを得ることができる。

また、マイクロレンズアレイ２０は平坦な表面を有しているので、バックライト部材に積層あるいは接続する際の不具合が解消され、高品質なバックライトを安価に提供できる効果がある。本発明では有機ＥＬ層を光源に例示したが、他の光源、例えばＬＥＤなどの無機ＥＬを発光源として用いてもよい。

本発明では、液晶パネルやバックライト用マイクロレンズアレイを例示したが、ＣＣＤ用マイクロレンズアレイおよび光通信用マイクロレンズアレイなどに各種用途に用いることができることは勿論、カメラ用撮影レンズやDVDのピックアップレンズなどの単体レンズにも適用できる。さらに、紫外〜可視光域に留まらず、赤外線カメラ用撮影レンズにも用いることができる。

以上説明したように本実施の形態にかかるマイクロレンズアレイでは、光学性能に優れ光学表示装置への接合を容易におこなうことのできるマイクロレンズアレイなどの光導波路および当該光導波路を搭載した光学表示装置を提供することができる。

実施の形態２．
本実施形態においては、本発明にかかる光導波路の構成例を示す。また光導波路の例として実施の形態１と同様に液晶表示装置に搭載されるマイクロレンズアレイを用いる。また、本実施形態におけるマイクロレンズアレイの材質等は、図１で説明したマイクロレンズ２０と同様であるため説明を省略する。図５は、本実施形態にかかるマイクロレンズアレイの断面概略図及び屈折率分布を示した図である。図５（ａ）は、図１及び図２と同じであって、母型１２の凹部１２１のみイオンが透過する条件で照射した場合の断面構造である。Ａ−Ａ´面での不純物分布層１３の深さ方向分布は基板部材１０表面にピークを持つガウス分布状となり、屈折率は不純物分布層１３の不純物濃度にほぼ比例して大きくなる。不純物分布層１３は基板部材１０の屈折率よりも大きくなるので、レンズ効果が得られる。

図５（ｂ）は、凹部１２１の形状はそのままに母型１２の厚みを薄くした場合の断面構造である。この場合、照射されたイオンが母型１２を通過した後に有する運動エネルギーは、母型１２を薄くすることにより大きくなる。その結果、凹部１２１以外の領域でもイオンが母型１２を通過し、基板部材１０へ入射する。また、全体的に基板部材１０の更に内部まで不純物が進入することとなる。その結果、Ｂ−Ｂ´面での不純物と屈折率の深さ方向分布は、図５（ｂ）に示されるように表面近傍で屈折率分布が小さく、所定の深さで屈折率のピークを持つ特殊な形態が得られる。

ここで、図５においては不純物分布層１３の境界を実線で表しているが、不純物分布層１３はあくまでも不純物濃度に分布を持つ。即ち、図５（ｂ）においては図に示す半ドーナツ形状の内部に不純物濃度のピークを持ち、不純物分布層１３の境界線に近づくにつれてその濃度は低くなっている。本実施形態においては母型１２の厚さを薄くすることでこのような構造を有する不純物分布層１３を形成したが、イオン照射の加速エネルギーを大きくすることによっても同様の構成を有する不純物分布層１３を形成できる。

同様に図５（ｂ）の場合よりも更に母型１２の厚みを薄くした場合には、イオンが更に基板部材１０の内部に到達する。図５（ｃ）はその場合のＣ―Ｃ´における屈折率分布を示した図である。図５（ｂ）の場合よりも更に母型１２の厚みを薄くした場合には、図５（ｃ）に示されるような、基板部材１０内部に高屈折率層である不純物分布層１３が形成され、基板部材表面近傍には不純物分布層１３の存在しないマイクロレンズアレイ２０が得られる。イオン照射の加速エネルギーを図５（ｂ）の場合よりも更に大きくすることによっても、同様の構造を有する不純物分布層１３を形成することが可能である。

図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すマイクロレンズアレイでは、ガラス基板のイオン注入側表面に低い屈折率層、即ち不純物濃度の低い層、若しくは不純物の存在しない層を持つ。従って高屈折率層である不純物分布層１３と基板部材１０外部（例えば空気）との間がゆるやかに変化した屈折率分布となる。このような屈折率分布となることによってプリズム作用が増加して光の活用効率が向上する効果がある。具体的には、例えば屈折率をゆるやかに変化させることによって屈折率の急激な変化を避け、反射を低減する等の効果が得られる。このように本発明の実施の形態１にかかる光導波路の製造方法により母型１２の厚さを調整することによって屈折率分布パターンを自在に形成できるので、用途に応じた様々な光導波路が簡単に作製できる。

以上説明したように、本実施形態にかかるマイクロレンズアレイでは、基板部材１０内部の高屈折率層と基板部材１０外部（例えば空気）との間がゆるやかに変化した屈折率分布を有することによって、光の活用効率が向上したマイクロレンズアレイ等の光導波路を提供することができる。

尚、図５においては不純物分布層１３の基板部材１０内部における分布態様として３つの場合を示したが、これに限定されるものではなく母型１２の形状やイオン照射の加速エネルギーを変化させることや、複数の異なる母型で不純物イオンを注入することによって様々な態様が可能となる。例えば図５に示される不純物分布層１３の断面形状は略半球形状以外にもフレネルレンズ形状等が考えられる。また、不純物分布層１３の濃度分布においては、図５に示されるようなゆるやかな連続的分布ではなく段階的な分布としてもよい。

本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの鳥瞰図である。 本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイを有する液晶表示パネルの断面図である。 本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイを有するバックライトユニットの断面図である。 本発明の実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの断面図とそれに対応する不純物濃度及び屈折率の分布図である。 従来技術にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す断面図である。 従来技術にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１０ 基板部材、１１ 矢印、１２ 母型、１３ 不純物分布層、
２０ マイクロレンズアレイ、３１ ブラックマトリックス、
３１a 開口部、３１ａ 開口部、３２ 透明電極、
３３ マイクロレンズアレイ基板、３４ 液晶層、４０ ガラス基板、
４１ 画素電極、４３ ＴＦＴ基板、５０ 液晶パネル、６０ 金属基板、
６１ 下地膜、６２ 電極膜、６３ａ 開口部、６３ 絶縁膜、
６４ 有機ＥＬ膜、６５ 透明電極、６６ 間隙層、６９ 有機ＥＬパネル、
７０ バックライト、１００ ガラス基板、１０１ 母型、１０２ 離形剤、
１０３ａ レンズ層、１０３ 未硬化樹脂、１１０ マイクロレンズアレイ、
１２１ 凹部、２００ ガラス基板、２０１ａ パターン、
２０１ 矩形平面パターン、２０１ａ 半球状パターン、２０２ 凸形状、
２１０ マイクロレンズアレイ

Claims (13)

1. 表面に凹凸形状を有することによってその厚さが変化している母型を、一対の平坦表面を有する基板の一方の面側に配置するステップと、
   前記母型を介して前記基板内部に不純物イオンを所定の運動エネルギーで注入するステップとを有し、前記母型の有する凹凸形状に対応する前記不純物イオンの分布を前記基板内部に形成する光導波路の製造方法。
2. 前記不純物イオンが、水素、ヘリウム、リチウム、ベリリウム、ボロンの中から選ばれた少なくとも一種から成ることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
3. サイクロトロンによって前記不純物イオンを前記所定の運動エネルギーにまで加速することを特徴とする請求項１又は２いずれかに記載の光導波路の製造方法。
4. 前記基板は可視光領域で透明であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光導波路の製造方法。
5. 前記基板は赤外線領域で透明であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光導波路の製造方法。
6. 前記光導波路は液晶表示装置において用いられるマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光導波路の製造方法。
7. 前記光導波路上に少なくとも電極が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光導波路の製造方法。
8. 一対の平坦表面を有する基板の一表面からその内部に亘ってレンズ形状を有する不純物層が形成された光導波路であって、
   前記不純物層は前記基板の表面から離れるに従って連続的に不純物濃度が低くなるように形成されている光導波路。
9. 一対の平坦表面を有する基板の内部に不純物層をレンズ形状に形成することによって屈折率に分布をもたせた光導波路であって、
   前記レンズ形状の少なくとも中央部において、前記基板の表面近傍よりも内側の領域に最も屈折率の高い部分が位置する光導波路。
10. 前記不純物層は少なくとも前記基板の平坦表面近傍には形成されていないことを特徴とする請求項９に記載の光導波路。
11. 前記光導波路はマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項８乃至１０いずれかに記載の光導波路。
12. 請求項１１記載の光導波路を備えた液晶表示装置。
13. 前記光導波路上に少なくとも電極が形成されたことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置。

Images