JP2015138165A - マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイの製造方法、電気光学装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率が高いマイクロレンズアレイとその製造方法とを提供する。
【解決手段】マイクロレンズアレイ１０は、セルＣＬに配置されたシリンドリカルレンズと球面レンズとを備え、セルＣＬは辺と角部と第一領域Ａ１と第二領域と第三領域とを少なくとも有し、第一領域Ａ１と辺との間に第二領域が配置され、第一領域Ａ１と角部との間に第三領域が配置され、シリンドリカルレンズは第二領域に形成され、球面レンズは第三領域に形成される。マイクロレンズＭＬの周辺部に入射した光はシリンドリカルレンズと球面レンズとで集光されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイ１０を実現する事ができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイの製造方法、電気光学装置、及び電子機器等に関する。

素子基板と対向基板との間に液晶等の電気光学材料を備えた電気光学装置が知られている。電気光学装置として、例えば、プロジェクターの液晶ライトバルブとして用いられる液晶装置等を挙げる事ができる。この様な液晶装置に於いては、高い光の利用効率を実現する事が求められている。

液晶装置は、素子基板上の画素に画素電極を駆動するＴＦＴ素子や配線等が設けられ、これらと平面的に重なる様に遮光層が設けられている。その為に、入射する光の一部は遮光層で遮光されて利用されない。そこで、特許文献１に記載されている様に、液晶装置の素子基板及び対向基板の少なくとも一方に、マイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを備える事により、入射した光をマイクロレンズで集光して光の利用効率を高める構成が知られている。

特開２００４−７０２８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイでは、光の利用効率が悪いという課題があった。マイクロレンズアレイを備えた液晶装置であっても、液晶装置から出射された光束の立体角が大きくなる事がある。斯うしたマイクロレンズアレイを備えた液晶装置をプロジェクターの液晶ライトバルブとして用いると、液晶装置から出射される光の広がり角度が、投射レンズのＦ値が規定する入射角を超える事がある。その場合、液晶装置から出射される光の一部は投射レンズに入射されず、その結果、スクリーンに投射される光量が低下する事になる。取り分け、特許文献１に記載のマイクロレンズアレイでは、この課題が深刻で、マイクロレンズアレイを用いても、明るさの向上が限られていた。換言すると、従来のマイクロレンズアレイでは、光の利用効率を十分に高め難いという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決する為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事が可能である。

（適用例１） 本適用例に係わるマイクロレンズアレイは、第１の凹部を有する基体と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズと、を含み、第１の凹部は、基体の表面から傾斜する面を含むことを特徴とする。

（適用例２） 上記適用例１に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第１のマイクロレンズは、第一領域と、第一領域の周囲に第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含む事が好ましい。

（適用例３） 上記適用例２に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第二領域はシリンドリカルレンズを含み、第三領域は球面レンズを含む事が好ましい。

（適用例４） 本適用例に係わるマイクロレンズアレイは、第１の凹部を有する基体と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズと、を含み、第１のマイクロレンズは、第一領域と、第一領域の周囲に第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、第二領域はシリンドリカルレンズを含み、第三領域は球面レンズを含むことを特徴とする。

（適用例５） 上記適用例２乃至４のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第一領域に入射した光は、ほぼ直進し、第二領域に入射した光は、第一領域の側に光路が曲げられ、第三領域に入射した光は、第一領域の側に光路が曲げられる事が好ましい。

（適用例６） 上記適用例１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイに於いて、表面と傾斜する面の間の角度は３５°から５３°の範囲にある事が好ましい。

（適用例７） 上記適用例１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイに於いて、基体が有する第２の凹部を覆う第２のマイクロレンズと、基体が有する第３の凹部を覆う第３のマイクロレンズと、をさらに含み、第１の凹部と第２の凹部とは第一方向に隣り合うように配置され、第２の凹部と第３の凹部とは第一方向に交差する第二方向に隣り合うように配置され、第１の凹部と第２の凹部との境界の基体の厚みは、第１の凹部と第３の凹部との間の基体の厚みより薄い事が好ましい。

（適用例８） 上記適用例７に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第１のマイクロレンズ、第２のマイクロレンズ、及び第３のマイクロレンズの各々は、第一領域と、第一領域の周囲に第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、第１のマイクロレンズの第二領域と第２のマイクロレンズの第二領域とは連続し、第１のマイクロレンズの第三領域と第３のマイクロレンズの第三領域とは離間している事が好ましい。

（適用例９） 上記適用例８に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第二領域はシリンドリカルレンズを含み、第三領域は球面レンズを含む事が好ましい。

（適用例１０） 本適用例に係わるマイクロレンズアレイの製造方法は、第１の凹部を有する基体を形成する工程と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズを形成する工程と、を含み、第１の凹部は、基体の表面から傾斜する面を含むことを特徴とする。

（適用例１１） 本適用例に係わるマイクロレンズアレイの製造方法は、第１の凹部を有する基体を形成する工程と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズを形成する工程と、を含み、第１のマイクロレンズは、第一領域と、第一領域の周囲に第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、第二領域はシリンドリカルレンズを含み、第三領域は球面レンズを含むことを特徴とする。

（適用例１２） 上記適用例１乃至９のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイを備えた事を特徴とする電気光学装置。
この構成によれば、光の利用効率が高く、明るい表示を可能とする電気光学装置を実現する事ができる。

（適用例１３） 上記適用例１０又は１１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法にて製造されたマイクロレンズアレイを備えた事を特徴とする電気光学装置。
この構成によれば、光の利用効率が高く、明るい表示を可能とする電気光学装置を実現する事ができる。

（適用例１４） 上記適用例１２又は１３に記載の電気光学装置を備えた事を特徴とする電子機器。
この構成によれば、光の利用効率が高く、明るい表示を可能とする電気光学装置を備えて電子機器を実現する事ができる。

実施形態１に係る液晶装置の構成を示す概略平面図。 実施形態１に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図。 実施形態１に係る液晶装置の構成を示す概略断面図。 実施形態１に係るマイクロレンズの構成を説明する平面図。 実施形態１に係るマイクロレンズを説明する平面図。 実施形態１に係るマイクロレンズの構成を示す断面図。 電気光学装置に於ける光の利用効率を説明した図。 実施形態１に係るマイクロレンズでの光の利用効率を説明した図。 実施形態１に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す概略断面図。 実施形態１に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す概略断面図。 実施形態１に係る電子機器としてのプロジェクターの構成を示す概略図。

（概要）
本発明の一態様のマイクロレンズアレイは、第１の凹部を有する基体と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズと、を含み、第１の凹部は、基体の表面から傾斜する面を含むことを特徴とする。
詳細は後述するが、基体の表面から傾斜する面を覆うようにマイクロレンズが配置されることにより、マイクロレンズを通過して液晶に入射する光の角度のばらつきを抑えることが可能になり、光の利用効率を高めることができる。

表面と傾斜する面の間の角度は３５°から５３°の範囲にあることが好ましい。

（例１） 本例に係わるマイクロレンズアレイは、セルに配置されたシリンドリカルレンズと球面レンズとを備え、セルは辺と角部と第一領域と第二領域と第三領域とを少なくとも有し、第一領域と辺との間に第二領域が配置され、第一領域と角部との間に第三領域が配置され、シリンドリカルレンズは第二領域に形成され、球面レンズは第三領域に形成される事を特徴とする。
この構成に依ると、マイクロレンズの周辺部に入射した光はシリンドリカルレンズと球面レンズとで集光されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

（例２） 上記例１に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第一領域に入射したセルの法線に平行な入射光は、ほぼ直進し、第二領域に入射したセルの法線に平行な入射光は、シリンドリカルレンズにより第一領域側に光路が曲げられ、第三領域に入射したセルの法線に平行な入射光は、球面レンズにより第一領域側に光路が曲げられる事が好ましい。
この構成に依ると、マイクロレンズの中央部に入射した光は直進し、マイクロレンズの周辺部に入射した光はシリンドリカルレンズと球面レンズとで集光されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

（例３） 上記例１又は２に記載のマイクロレンズアレイに於いて、辺は第一辺と第二辺と第三辺と第四辺とを含み、角部は第一角部と第二角部と第三角部と第四角部とを含み、第二領域は第１の第二領域と第２の第二領域と第３の第二領域と第４の第二領域とを含み、第三領域は第１の第三領域と第２の第三領域と第３の第三領域と第４の第三領域とを含む事が好ましい。
この構成に依ると、マイクロレンズの周辺部には４個のシリンドリカルレンズと４個の球面レンズとが配置されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

（例４） 本例に係わるマイクロレンズアレイは、セルに配置されたシリンドリカルレンズと球面レンズとを備え、セルは第一領域と第二領域と第三領域とを有し、第一領域と第二領域との境界は直線であり、第一領域と第三領域との境界は交差部であり、シリンドリカルレンズは第二領域に形成され、球面レンズは第三領域に形成される事を特徴とする。
この構成に依ると、マイクロレンズの周辺部に入射した光はシリンドリカルレンズと球面レンズとで集光されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

（例５） 上記例４に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第一領域に入射したセルの法線に平行な入射光は、ほぼ直進し、第二領域に入射したセルの法線に平行な入射光は、シリンドリカルレンズにより第一領域側に光路が曲げられ、第三領域に入射したセルの法線に平行な入射光は、球面レンズにより第一領域側に光路が曲げられる事が好ましい。
この構成に依ると、マイクロレンズの中央部に入射した光は直進し、マイクロレンズの周辺部に入射した光はシリンドリカルレンズと球面レンズとで集光されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

（例６） 上記例４又は５に記載のマイクロレンズアレイに於いて、第二領域は第１の第二領域と第２の第二領域とを含み、第一領域と第１の第二領域との境界は第１の直線であり、第一領域と第２の第二領域との境界は第２の直線であり、交差部にて第１の直線と第２の直線とが交差する事が好ましい。
この構成に依ると、マイクロレンズの周辺部には複数個のシリンドリカルレンズと複数個の球面レンズとが配置されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

本発明の別の一態様のマイクロレンズは、基体が有する第２の凹部を覆う第２のマイクロレンズと、基体が有する第３の凹部を覆う第３のマイクロレンズと、をさらに含み、第１の凹部と第２の凹部とは第一方向に隣り合うように配置され、第２の凹部と第３の凹部とは第一方向に交差する第二方向に隣り合うように配置され、第１の凹部と第２の凹部との境界の基体の厚みは、第１の凹部と第３の凹部との間の基体の厚みより薄いことを特徴とする。
このような構成により、マイクロレンズを効率的に配置することが可能となり、光の利用効率を高めることができる。

本発明の一態様のマイクロレンズアレイの製造方法は、第１の凹部を有する基体を形成する工程と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズを形成する工程と、を含み、第１の凹部は、基体の表面から傾斜する面を含むことを特徴とする。

本発明の別の一態様のマイクロレンズの製造方法は、第１の凹部を有する基体を形成する工程と、第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズを形成する工程と、を含み、第１のマイクロレンズは、第一領域と、第一領域の周囲に第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、第二領域はシリンドリカルレンズを含み、第三領域は球面レンズを含むことを特徴とする。
これらの製造方法により、上述したマイクロレンズを製造することができる。

（例７） 本例に係わるマイクロレンズアレイの製造方法は、基板上に第一透光性材を形成する工程と、第一透光性材上の単位領域に開口部を有するマスク層を形成する工程と、マスク層を介して第一透光性材に等方性エッチングを施す事に依り、第一透光性材に凹部を形成する工程と、凹部を第一透光性材の屈折率とは異なる屈折率を有する第二透光性材にて埋め込む工程と、を含み、開口部は、平面視にて、多角形である事を特徴とする。
この方法に依ると、マイクロレンズの平面視で開口部に相当する部位に入射した光は直進し、マイクロレンズの平面視で開口部の辺に沿った外側に入射した光はシリンドリカルレンズで集光され、マイクロレンズの平面視で開口部の角の外側に入射した光は球面レンズで集光されるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

（例８） 上記例７に記載のマイクロレンズアレイの製造方法に於いて、単位領域をなす少なくとも一つの辺と開口部をなす少なくとも一つの辺とは、平面視にて、ほぼ平行である事が好ましい。
この方法に依ると、マイクロレンズの平面視での形状と単位領域の形状とを揃える事ができるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイを実現する事ができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となる様に、適宜拡大、縮小、あるいは誇張して表示している。また、説明に必要な構成要素以外は図示を省略する場合がある。

尚、以下の形態に於いて、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接する様に配置される場合、又は基板の上に他の構成物を介して配置される場合、又は基板の上に一部が接する様に配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表す物とする。

（実施形態１）
「電気光学装置」
ここでは、電気光学装置として、薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）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、後述する投射型表示装置（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事ができる。

図１は、実施形態１に係る液晶装置の構成を示す概略平面図である。図２は、実施形態１に係る液晶装置の電気的な構成を示す等価回路図である。図３は、実施形態１に係る液晶装置の構成を示す概略断面図であり、詳しくは、図１のＡ−Ａ’線に沿った一部の概略断面図である。まず、実施形態１に係る液晶装置１について、図１と図２、及び図３を参照して説明する。

図１及び図３に示す様に、実施形態１に係る液晶装置１は、第一基板としての素子基板２０と、素子基板２０に対向配置された第二基板としての対向基板３０と、シール材４２と、電気光学材料としての液晶４０とを備えている。素子基板２０と対向基板３０とは、対向配置されている。図１に示す様に、素子基板２０は対向基板３０よりも大きく、両基板は、対向基板３０の縁部に沿って枠状に配置されたシール材４２を介して接合されている。

図１に示す様に、液晶４０は、素子基板２０と対向基板３０とシール材４２とに依って囲まれた空間に挟持されており、正又は負の誘電異方性を有している。シール材４２は、例えば熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂等の接着剤からなる。シール材４２には、素子基板２０と対向基板３０との間隔を一定に保持する為のスペーサー（図示省略）が混入されている。

枠状に配置されたシール材４２の内側には、枠状の周縁部を有する遮光部としての遮光層２２や遮光層２６、遮光層３２が設けられている。遮光層２２や遮光層２６、遮光層３２は、例えば遮光性の金属あるいは金属酸化物等からなる。遮光層２２や遮光層２６、遮光層３２の内側は、複数の画素Ｐが配列された表示領域Ｅとなっている。画素Ｐは、例えば、略矩形状を有し、行列状に配列されている。

表示領域Ｅは、液晶装置１に於いて、実質的に表示に寄与する領域である。図３に示す様に遮光層２２ａと遮光層２６ａとは、表示領域Ｅに於いて、画素Ｐを平面的に区画する様に、各画素Ｐの境界部に例えば格子状に設けられている。なお、液晶装置１は、表示領域Ｅの周囲を囲む様に設けられた、実質的に表示に寄与しないダミー領域を備えていても良い。

素子基板２０の第一外周辺に沿って形成されたシール材４２の表示領域Ｅと反対側には、第一外周辺に沿ってデータ線駆動回路５１及び複数の外部接続端子５４が設けられている。又、その第一外周辺に対向する他の第二外周辺に沿ったシール材４２の表示領域Ｅ側には、検査回路５３が設けられている。更に、これら二つの外周辺と直交し互いに対向する他の二つの外周辺に沿ったシール材４２の内側には、走査線駆動回路５２が設けられている。

検査回路５３が設けられた第二外周辺のシール材４２の表示領域Ｅ側には、２つの走査線駆動回路５２を繋ぐ複数の配線５５が設けられている。これらデータ線駆動回路５１、走査線駆動回路５２に繋がる配線は、複数の外部接続端子５４に接続されている。又、対向基板３０の四つの隅には、素子基板２０と対向基板３０との間で電気的導通を取る為の上下導通部５６が設けられている。尚、検査回路５３の配置はこの構成に限定されず、データ線駆動回路５１と表示領域Ｅとの間のシール材４２の内側に沿った位置に設けても良い。

以下の説明では、データ線駆動回路５１が設けられた第一外周辺に沿った方向を第一方向（Ｘ方向）とし、この第一外周辺と直交する方向を第二方向（Ｙ方向）とする。Ｘ方向は、図１のＡ−Ａ’線に平行な方向である。素子基板２０には、遮光層２２ａと遮光層２６ａ（図３参照）とで、Ｘ方向とＹ方向とに沿ったブラックマトリックスが格子状に設けられている。従って、画素Ｐは、遮光層２２ａと遮光層２６ａとからなるブラックマトリックスに依って格子状に区画されており、画素Ｐで遮光層２２ａと遮光層２６ａとに平面視で重ならない領域が画素Ｐに於ける開口領域（光変調部）となる。

尚、Ｘ方向及びＹ方向と直交し図１における上方に向かう方向をＺ方向とする。本明細書では、液晶装置１の対向基板３０側表面の法線方向（Ｚ方向）から見る事を「平面視」と称する。

図２に示す様に、表示領域Ｅには、走査線２とデータ線３とが互いに交差する様に形成され、走査線２とデータ線３との交差に対応して画素Ｐが設けられている。画素Ｐの其々には、画素電極２８とスイッチング素子であるＴＦＴ２４とが設けられている。

ＴＦＴ２４のソースドレインの一方は、データ線駆動回路５１から延在するデータ線３に電気的に接続されている。データ線３には、データ線駆動回路５１（図１参照）から画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎが供給される。ＴＦＴ２４のゲートは、走査線駆動回路５２から延在する走査線２の一部に電気的に接続されている。走査線２には、走査線駆動回路５２から走査信号Ｇ１，Ｇ２，…，Ｇｍが供給される。ＴＦＴ２４のソースドレインの他方は画素電極２８に電気的に接続されている。

画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎは、ＴＦＴ２４を一定期間だけオン状態とする事により、データ線３を介して画素電極２８に所定のタイミングで書き込まれる。画素Ｐには、画素電極２８に供給された画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎを維持する為に、走査線２に沿って形成された容量線４と画素電極２８との間に蓄積容量５が形成されている。蓄積容量５は液晶容量と並列に配置される。斯うして、各画素Ｐの液晶４０（図３参照）に画像信号Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎに応じた電圧が印加されると、印加された電圧により液晶４０の配向状態が変化し、液晶４０に入射した光が変調されて階調表示が可能となる。

図３に示す様に、液晶装置１は、素子基板２０と対向基板３０とを有しており、対向基板３０は、更に、マイクロレンズアレイ１０と、光路長調整層３１と、遮光層３２と、保護層３３と、共通電極３４と、配向膜３５とを備えている。尚、図３では、説明を判り易くする為に５画素分の断面を描いてある。

マイクロレンズアレイ１０は、第一透光性材１１と、第二透光性材１３とを備えている。第一透光性材１１と第二透光性材１３とは、互いに異なる屈折率を有し、光を透過させる材料である。

第一透光性材１１は酸化珪素膜（ＳｉＯ_X、Ｘは１以上２以下の値）等の光透過性を有する無機材料からなる。酸化珪素膜は、無害で透光性に優れ、製造も加工も容易であるので、第一透光性材を無害で透光性に優れ、製造も加工も容易な材料とする事ができる。第一透光性材１１をなす酸化珪素膜の屈折率は１．４６から１．５０の範囲にある。本実施形態では、第一透光性材１１は石英基板であり、対向基板３０の基板となっている。第一透光性材１１の液晶４０側の面を上面１１ａとすると、第一透光性材１１の上面１１ａからは複数個の凹部１２が形成されており、凹部１２の表面は、第一透光性材１１と第二透光性材１３との界面の一部となっている。各凹部１２はマイクロレンズアレイ１０のセルＣＬ（図４参照）を構成し、電気光学装置では、セルＣＬは画素Ｐに対応して設けられている。凹部１２は、その中央部に配置された平坦部１２ａと、平坦部１２ａの周囲に配置された曲面部１２ｂおよび周縁部１２ｃ（図６参照）とを有している。凹部１２の形状の詳細については後述する。

第二透光性材１３は、第一透光性材１１を覆い、凹部１２を埋め込む様に形成されている。第二透光性材１３は、光透過性を有し、第一透光性材１１とは異なる屈折率を有する材料からなる。より具体的には、第二透光性材１３は、第一透光性材１１よりも屈折率の高い無機材料からなる。この様な無機材料としては、例えば酸窒化珪素膜（ＳｉＯＮ）や窒化珪素膜（ＳｉＮ）、アルミナ膜（Ａｌ₂Ｏ₃）等が挙げられ、好ましい屈折率は１．６０程度である。酸窒化珪素膜や窒化珪素膜は、無害で透光性に優れ、製造も加工も容易であるので、第二透光性材を無害で透光性に優れ、製造も加工も容易な材料とする事ができる。本実施形態では、第二透光性材１３として酸窒化珪素膜が用いられている。第二透光性材１３にて凹部１２が埋め込まれ、凸状のマイクロレンズＭＬが構成される。マイクロレンズＭＬの製造方法に関しては後に詳述する。

第二透光性材１３の厚みは凹部１２の深さよりも厚く形成されており、第二透光性材１３の表面は略平坦な面となっている。即ち、第二透光性材１３は、凹部１２を埋めてマイクロレンズＭＬを構成する部分と、第一透光性材１１の上面とマイクロレンズＭＬの表面を覆う平坦化層の役割を果たす部分とを有している。第二透光性材１３の平坦な表面と凹部１２の平坦部１２ａとは、ほぼ平行である。尚、本明細書にて、「ほぼ平行」とか「ほぼ一致」、「ほぼ等しい」等と記述した場合、これらは、設計概念上で平行であるとか、設計概念上で一致する、設計概念上で等しい、などを意味し、製造上の誤差や計測に伴う誤差、微細な差などで異なっている場合も含まれる。

光路長調整層３１は、マイクロレンズアレイ１０を覆う様に設けられている。光路長調整層３１は、光を透過するものであり、例えば、第一透光性材１１とほぼ同じ屈折率を有する無機材料からなる。光路長調整層３１は、マイクロレンズＭＬから遮光層２６ａ迄の距離を調整し、マイクロレンズＭＬにて集光された光が遮光層２６ａや遮光層２２ａに遮られず画素Ｐの開口領域を通過する様に設定されている。従って、光路長調整層３１の厚みは、光の波長に応じたマイクロレンズＭＬの焦点距離等の光学条件に基づいて適宜設定される。

遮光層３２は、光路長調整層３１上（液晶４０側）に設けられている。遮光層３２は、素子基板２０の遮光層２２及び遮光層２６に平面視で重なる様に枠状に形成されている。遮光層３２に囲まれた領域（表示領域Ｅ）は、光が透過し得る領域となる。尚、平面視にて遮光層２２ａと遮光層２６ａとに重なる光路長調整層３１上に、遮光層３２と同じ材料にて更に不図示の遮光層を設けても良い。この不図示の遮光層は、各画素Ｐの隅若しくは各画素Ｐの周囲に配置され、マイクロレンズＭＬで集光しきれずに素子基板２０側の遮光層２２ａや遮光層２６ａに当たり得る光を対向基板３０側で反射して、液晶装置１の温度上昇を防ぐ効果をもたらす。

保護層３３は、光路長調整層３１と遮光層３２とを覆う様に設けられている。共通電極３４は、保護層３３を覆う様に設けられている。共通電極３４は、複数の画素Ｐに跨って形成されている。共通電極３４は、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、ＩＺＯ）等の透明導電膜からなる。配向膜３５は、共通電極３４を覆う様に設けられている。

尚、保護層３３は遮光層３２を覆って、共通電極３４の液晶４０側の表面を平坦とする物で、必須な構成要素ではない。従って、例えば、導電性の遮光層３２を共通電極３４が直接覆う構成としても良い。

素子基板２０は、基板２１と、遮光層２２及び遮光層２２ａと、絶縁層２３と、ＴＦＴ２４と、絶縁層２５と、遮光層２６及び遮光層２６ａと、絶縁層２７と、画素電極２８と、配向膜２９とを備えている。基板２１は、例えばガラスや石英等の光を透過する材料からなるか、または当該の材料を含む。

遮光層２２及び遮光層２２ａは基板２１上に設けられている。遮光層２２は、上層の遮光層２６に平面視で重なる様に枠状に形成されている。遮光層２２ａ及び遮光層２６ａは、素子基板２０の厚さ方向（Ｚ方向）に於いて、ＴＦＴ２４をこれらの間に挟む様に配置されている。遮光層２２ａ及び遮光層２６ａは、ＴＦＴ２４の少なくともチャネル形成領域と平面視で重なっている。遮光層２２ａ及び遮光層２６ａが設けられている事により、ＴＦＴ２４への光の入射が抑制される。平面視にて、遮光層２２ａと遮光層２６ａとに囲まれた領域は、画素Ｐの開口領域であり、画素Ｐにて光が透過する領域となる。

絶縁層２３は、基板２１と遮光層２２と遮光層２２ａとを覆う様に設けられている。絶縁層２３は、例えば、ＳｉＯ₂等の無機材料からなる。

ＴＦＴ２４は、絶縁層２３上に設けられている。ＴＦＴ２４は画素電極２８を駆動するスイッチング素子である。ＴＦＴ２４は、図示しない半導体層とゲート電極とソース電極とドレイン電極とを含んでいる。半導体層には、ソースとチャネル形成領域とドレインとが形成されている。チャネル形成領域とソース、又は、チャネル形成領域とドレインとの界面にはＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成されていても良い。

ゲート電極は、素子基板２０に於いて平面視で半導体層のチャネル形成領域と重なる領域に絶縁層２５の一部（ゲート絶縁膜）を介して形成されている。図示を省略するが、ゲート電極は、下層側に配置された走査線にコンタクトホールを介して電気的に接続されており、走査信号が印加される事に依ってＴＦＴ２４をオン／オフ制御している。

絶縁層２５は、絶縁層２３とＴＦＴ２４とを覆う様に設けられている。絶縁層２５は、例えば、ＳｉＯ₂等の無機材料からなる。絶縁層２５は、ＴＦＴ２４の半導体層とゲート電極との間を絶縁するゲート絶縁膜を含む。絶縁層２５により、ＴＦＴ２４に依って生じる表面の凹凸が緩和される。絶縁層２５上には、遮光層２６及び遮光層２６ａが設けられている。そして、絶縁層２５と遮光層２６及び遮光層２６ａとを覆う様に、例えば、無機材料からなる絶縁層２７が設けられている。

画素電極２８は、絶縁層２７上に、画素Ｐ毎に設けられている。画素電極２８は画素Ｐの開口領域に平面視で重なる様に配置され、画素電極２８のエッジ部は遮光層２２ａ又は遮光層２６ａと重なっている。画素電極２８は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電膜からなる。配向膜２９は、画素電極２８を覆う様に設けられている。液晶４０は、素子基板２０の配向膜２９と対向基板３０の配向膜３５との間に挟持されている。

尚、ＴＦＴ２４と、ＴＦＴ２４に電気信号を供給する電極や配線等（図示しない）とは、平面視で遮光層２２や遮光層２２ａ及び遮光層２６や遮光層２６ａに重なる領域に設けられている。これらの電極や配線等が遮光層２２や遮光層２２ａ及び遮光層２６や遮光層２６ａを兼ねる構成であっても良い。

実施形態１に係る液晶装置１では、例えば、光源等から発せられた光は、マイクロレンズＭＬを備える対向基板３０側から入射し、マイクロレンズＭＬに依って集光される。第一透光性材１１側から上面１１ａの法線方向に沿うようにマイクロレンズＭＬに入射する光のうち、マイクロレンズＭＬの平面視に於ける中央部（凹部１２の平坦部１２ａ）に入射した入射光Ｌ１は、マイクロレンズＭＬをそのまま直進し、液晶４０を通過して素子基板２０側に出射される。

一方、マイクロレンズＭＬの平面視に於ける周辺部（遮光層２２ａや遮光層２６ａと平面視にて重なる領域）に入射した入射光Ｌ２は、仮にそのまま直進した場合、破線で示す様に遮光層２６や遮光層２６ａ等で遮光されて仕舞うが、本実施形態の電気光学装置では、マイクロレンズＭＬ（第一透光性材１１と第二透光性材１３との屈折率差に依る屈折）にて、画素Ｐの平面的な中心側へと集光される。液晶装置１では、この様にマイクロレンズＭＬ間の境界への入射光も、境界に於ける集光作用に依って画素Ｐの開口領域内に入射させられ、液晶４０を通過する事ができる。この結果、素子基板２０側から出射される光量が増大し、光の利用効率が高められる訳である。

「マイクロレンズ」
続いて、実施形態１に係るマイクロレンズアレイ１０が備えるマイクロレンズＭＬの構成及び作用について、図４と図５と図６とを参照して説明する。図４は、実施形態１に係るマイクロレンズの構成を説明する平面図である。図５は、実施形態１に係るマイクロレンズを説明する平面図である。図６は、実施形態１に係るマイクロレンズの構成を示す断面図であり、（ａ）は図４や図５のＢ−Ｂ’線に沿った断面図であり、（ｂ）は図４や図５のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。

マイクロレンズアレイ１０は、複数個のセルＣＬを備え、これら複数個のセルＣＬは、Ｘ方向及びＹ方向に於いて隣り合うセルＣＬ同士が互いに接する様に行列状に配列されている。マイクロレンズアレイ１０が電気光学装置に組み込まれた場合、マイクロレンズアレイ１０のセルＣＬと電気光学装置の画素Ｐとが平面視にてほぼ一致する様にアライメントされている。尚、図４や図５には、マイクロレンズアレイ１０を構成する１つのセルＣＬが描かれている。又、図４や図５には図示されていないが、マイクロレンズアレイ１０が電気光学装置に組み込まれた場合、Ｘ方向及びＹ方向に於いて隣り合うセルＣＬ同士の境界に沿う様に、遮光層２２ａや遮光層２６ａが素子基板２０に配置されている。

図４に示す様に、セルＣＬは多角形の平面形状を有している。本実施形態ではセルＣＬは四角形で正方形であるが、長方形であっても構わないし、三角形や六角形で有っても構わない。セルＣＬの平面形状は画素Ｐの平面形状に合わせられる。

図４に示す様に、セルＣＬは、セルＣＬの境界となる辺（セル境界辺）と、セル境界辺が交わる角部（セル角部）と、第一領域Ａ１と、第二領域と、第三領域とを少なくとも有している。第一領域Ａ１はセルＣＬの中央部に配置され、第二領域と第三領域とは第一領域Ａ１の外側で、セルＣＬの周辺部に配置されている。即ち、第一領域Ａ１とセル境界辺との間に第二領域が配置され、第一領域Ａ１とセル角部との間に第三領域が配置されている。第一領域Ａ１と第二領域との境界は直線であり、第一領域Ａ１と第三領域との境界は交差部である。

本実施形態ではセルＣＬは四角形であるので、具体的に、セル境界辺は第１セル境界辺ＣＢ１と第２セル境界辺ＣＢ２と第３セル境界辺ＣＢ３と第４セル境界辺ＣＢ４とを含み、セル角部は第１セル角部ＣＣ１と第２セル角部ＣＣ２と第３セル角部ＣＣ３と第４セル角部ＣＣ４とを含んでいる。又、第二領域は第１の第二領域Ａ２−１と第２の第二領域Ａ２−２と第３の第二領域Ａ２−３と第４の第二領域Ａ２−４とを含み、第三領域は第１の第三領域Ａ３−１と第２の第三領域Ａ３−２と第３の第三領域Ａ３−３と第４の第三領域Ａ３−４とを含んでいる。

一例として、第一領域Ａ１は平面視にて多角形である。より好ましくは、第一領域Ａ１はセルＣＬよりも小さく、セルＣＬに相似な多角形で、セルＣＬをなす少なくとも一つの辺と第一領域Ａ１をなす少なくとも一つの辺とは、平面視にて、ほぼ平行である事が好ましい。斯うすると、マイクロレンズの平面視での形状とセルＣＬの形状とをセル角部を除いて揃える事ができるので、光の利用効率が高いマイクロレンズアレイ１０を実現する。即ち、マイクロレンズＭＬの境界となる辺がセル境界辺と一致する事になる。本実施形態では、第一領域Ａ１は四角形で正方形である。又、セルＣＬの平面視に於ける中心（セルＣＬの平面形状体の重心）と第一領域Ａ１の平面視に於ける中心（第一領域Ａ１の平面形状体の重心）とはほぼ一致している。

第一領域Ａ１と第１の第二領域Ａ２−１との境界は第１の直線（第１領域境界ＡＢ１）であり、第一領域Ａ１と第２の第二領域Ａ２−２との境界は第２の直線（第２領域境界ＡＢ２）であり、第一領域Ａ１と第３の第二領域Ａ２−３との境界は第３の直線（第３領域境界ＡＢ３）であり、第一領域Ａ１と第４の第二領域Ａ２−４との境界は第４の直線（第４領域境界ＡＢ４）である。各領域境界は交差部にて交差する。具体的に、第１交差部ＡＣ１にて第１の直線（第１領域境界ＡＢ１）と第２の直線（第２領域境界ＡＢ２）とが交差し、第２交差部ＡＣ２にて第２の直線（第２領域境界ＡＢ２）と第３の直線（第３領域境界ＡＢ３）とが交差し、第３交差部ＡＣ３にて第３の直線（第３領域境界ＡＢ３）と第４の直線（第４領域境界ＡＢ４）とが交差し、第４交差部ＡＣ４にて第４の直線（第４領域境界ＡＢ４）と第１の直線（第１領域境界ＡＢ１）とが交差する。

従って、第１の第二領域Ａ２−１は第一領域Ａ１の第１領域境界ＡＢ１と第１セル境界辺ＣＢ１との間に位置し、第２の第二領域Ａ２−２は第一領域Ａ１の第２領域境界ＡＢ２と第２セル境界辺ＣＢ２との間に位置し、第３の第二領域Ａ２−３は第一領域Ａ１の第３領域境界ＡＢ３と第３セル境界辺ＣＢ３との間に位置し、第４の第二領域Ａ２−４は第一領域Ａ１の第４領域境界ＡＢ４と第４セル境界辺ＣＢ４との間に位置している。又、第１の第三領域Ａ３−１は第一領域Ａ１の第１交差部ＡＣ１と第１セル角部ＣＣ１との間に位置し、第２の第三領域Ａ３−２は第一領域Ａ１の第２交差部ＡＣ２と第２セル角部ＣＣ２との間に位置し、第３の第三領域Ａ３−３は第一領域Ａ１の第３交差部ＡＣ３と第３セル角部ＣＣ３との間に位置し、第４の第三領域Ａ３−４は第一領域Ａ１の第４交差部ＡＣ４と第４セル角部ＣＣ４との間に位置している。

一例として、セルＣＬには非レンズ部とシリンドリカルレンズと球面レンズとが含まれるように配置される。具体的に、非レンズ部は第一領域Ａ１に形成され、シリンドリカルレンズは第二領域に形成され、球面レンズは第三領域に形成される。

第一領域Ａ１は図３に示した平坦部１２ａであり、第一領域Ａ１に入射したセルＣＬの法線に平行な入射光は、そのままほぼ直進する。

第二領域に入射したセルＣＬの法線に平行な入射光は、シリンドリカルレンズにより第一領域Ａ１側に光路が曲げられる。シリンドリカルレンズとは、一方向に屈折力を持って入射光を収束又は発散させ、この方向に直交する他方向では屈折力を持たないレンズである。従って、一方向に沿ったレンズ断面ではレンズ面は曲率を持って変化しているが、この方向に直交する他方向断面に沿ったレンズ断面ではレンズ面は直線となっている。実際に、第１の第二領域Ａ２−１と第３の第二領域Ａ２−３とに配置されたシリンドリカルレンズは、Ｘ軸に沿ってはレンズ面（凹部１２の表面）が曲率を持って変化して、Ｚ軸方向からの入射光を第一領域Ａ１側に集光するが、Ｙ軸に沿ってはレンズ面（凹部１２の表面）は直線である。又、第２の第二領域Ａ２−２と第４の第二領域Ａ２−４とに配置されたシリンドリカルレンズは、Ｙ軸に沿ってはレンズ面（凹部１２の表面）が曲率を持って変化して、Ｚ軸方向からの入射光を第一領域Ａ１側に集光するが、Ｘ軸に沿ってはレンズ面（凹部１２の表面）は直線である。

第三領域に入射したセルＣＬの法線に平行な入射光は、球面レンズにより第一領域Ａ１側に光路が曲げられる。第三領域に配置された球面レンズは凸レンズで、第一領域Ａ１の交差部にて球面レンズの厚み（第二透光性材１３の厚み）は最大となり、第一領域Ａ１の交差部から離れるに従い球面レンズは薄くなって行く。具体的に、第１の第三領域Ａ３−１に配置された球面レンズでは第１交差部ＡＣ１にて球面レンズの厚み（第二透光性材１３の厚み）は最大となり、第２の第三領域Ａ３−２に配置された球面レンズでは第２交差部ＡＣ２にて球面レンズの厚み（第二透光性材１３の厚み）は最大となり、第３の第三領域Ａ３−３に配置された球面レンズでは第３交差部ＡＣ３にて球面レンズの厚み（第二透光性材１３の厚み）は最大となり、第４の第三領域Ａ３−４に配置された球面レンズでは第４交差部ＡＣ４にて球面レンズの厚み（第二透光性材１３の厚み）は最大となっている。

図５に示す様に、セルＣＬの対角線の長さをＰ１とし、セルＣＬのＸ方向の１辺の長さをＰ２とする。Ｘ方向におけるセルＣＬの配置ピッチはＰ２となる。例えば、セルＣＬの平面形状が正方形であり、セルＣＬの配置ピッチＰ２が１０μｍであると、セルＣＬの対角線の長さＰ１は１４μｍ程度となる。セルＣＬの対角線に沿った方向をＷ方向とする。Ｗ方向は、Ｘ方向及びＹ方向で構成される平面に於いて、Ｘ方向及びＹ方向と交差する方向である。

図５に示す様に、マイクロレンズＭＬの凹部１２は、中央部に配置された第一領域Ａ１（平坦部１２ａ）と、平坦部１２ａの周囲に配置された曲面部１２ｂと、曲面部１２ｂの周囲に配置された周縁部１２ｃとを有している。第二領域と第三領域とは曲面部１２ｂと周縁部１２ｃとを含んでいる。平坦部１２ａと曲面部１２ｂと周縁部１２ｃとは、連続して形成されている。第一領域Ａ１（平坦部１２ａ）は矩形であり、交差部は、本実施形態では、平坦部１２ａの矩形形状の４つの角となっているが、交差部は円弧状に形成されていても良い。曲面部１２ｂ及び周縁部１２ｃは、第二領域では矩形の平面形状をなし、第三領域では交差部を中心とした同心円状に形成されている。尚、第一領域Ａ１の対角線の長さをＲ１にて表し、曲面部１２ｂの幅をＲ２にて表し、周縁部１２ｃの最大幅をＲ３にて表し、第二領域に於ける周縁部１２ｃの幅をＲ４にて表す。本実施形態では、平坦部１２ａの平面形状は正方形であるので、平坦部１２ａのＸ方向及びＹ方向における長さはＲ１／√２である。セルＣＬのＸ方向及びＹ方向における長さはＰ２＝Ｐ１／√２であり、４．０μｍから３０μｍ程度の範囲にある。斯うしたセルに対しては、Ｒ１／√２μｍは１．０μｍ以上３０μｍ未満の範囲とするのが好ましい。尚、本実施形態では、Ｐ１＝２２μｍ、Ｒ１＋２×（Ｒ２＋Ｒ３）＝２０μｍで、マイクロレンズＭＬの深さＤ（図６参照）はＤ＝４．６μｍである。

マイクロレンズアレイ１０に於いて、複数の凹部１２は、Ｘ方向及びＹ方向に於いて隣り合う凹部１２同士が互いに接する様に配列されている。従って、Ｘ方向及びＹ方向に於いて隣り合う凹部１２同士は、互いに接続されている。一方、Ｗ方向に於いて隣り合う凹部１２同士は互いに離間されている。離間部は上面１１ａである。マイクロレンズアレイ１０は第一透光性材１１に対する等方性エッチングに依り製造されるが、この事はその際の仮想的エッチング面ＥＦがセル角部近傍を除いてセルＣＬよりも大きくなっている事を意味する。仮想的エッチング面ＥＦは第一領域Ａ１の各領域境界や交差部からＲ２＋Ｒ３の長さとなる。従って、マイクロレンズＭＬでは、Ｒ２＋Ｒ４＜Ｒ２＋Ｒ３＜（Ｐ１−Ｒ１）／２の関係が満たされている。

図６（ａ）や（ｂ）に示す様に、平坦部１２ａは、第一透光性材１１の上面１１ａに略平行で略平坦な面となっている。平坦部１２ａは、レンズとしての集光機能を有していない。従って、上面１１ａの法線方向に沿って平坦部１２ａに入射する光は、そのまま直進する。マイクロレンズＭＬを用いた電気光学装置の場合、画素Ｐの中央部に位置する平坦部１２ａに入射する光は、そのまま直進しても遮光層２６（図３参照）で遮光されないので、画素Ｐの中心側へ集光しなくても良い。

又、平坦部１２ａに入射する光を画素Ｐの平面的な中心側へ集光しない事により、全域に於いて集光機能を有する従来の略球面状の凹部１２を有するマイクロレンズＭＬ（図７（ｂ）、（ｃ）参照）と比べて、画素Ｐの中央部に於いて液晶４０（図３参照）を通過する光の角度のばらつきが抑えられる。これにより、液晶４０の液晶分子の配向方向に対する、光の角度のばらつきが小さく抑えられるので、液晶装置１のコントラストが向上する。

曲面部１２ｂは、平坦部１２ａに連続して設けられており、円弧状の断面形状を有している。曲面部１２ｂは、レンズとしての集光機能を有しており、上面１１ａの法線方向に沿って曲面部１２ｂに入射する光は、セルＣＬの平面的な中心側へ集光される。従って、曲面部１２ｂにより、画素Ｐの中央部よりも外側に入射して、電気光学装置でそのまま直進すれば遮光層２６で遮光される光を、画素Ｐの開口領域内に入射させる事ができる。

周縁部１２ｃは、曲面部１２ｂに連続して設けられている。周縁部１２ｃは、Ｗ方向に於いては上面１１ａに接続されており、Ｘ方向に於いては隣り合う凹部１２の周縁部１２ｃに接続されている。周縁部１２ｃは、上面１１ａから曲面部１２ｂに向かって傾斜する傾斜面、いわゆるテーパー状の面となっている。従って、上面１１ａの法線方向に沿って周縁部１２ｃに入射する光は、セルＣＬの平面的な中心側へ屈折するので、電気光学装置でそのまま直進すれば遮光層２６で遮光される光を、画素Ｐの開口領域内に入射させる事ができる。

又、周縁部１２ｃは、レンズとしての集光機能を有していない。従って、上面１１ａの法線方向に沿って周縁部１２ｃに入射する光は略同一の角度で屈折するので、液晶４０に入射する光の角度のばらつきを抑える事ができる。

「原理」
図７は電気光学装置に於ける光の利用効率を説明した図で、（ａ）は本実施形態に係わるマイクロレンズを用いた場合であり、（ｂ）と（ｃ）とは従来技術に相当する比較例に係わるマイクロレンズを用いた場合である。次に本実施形態に係わるマイクロレンズＭＬが光の利用効率を向上させる事を、図７を参照して説明する。尚、図７（ｂ）と（ｃ）は、従来技術であるが、説明を分かり易くする為に、従来技術の要素や構成要件にも本実施形態と同じ名称や符番、記号を用いて説明する。

図６（ａ）に示す様に、周縁部１２ｃと上面１１ａとがなす角度をθとすると、θは３５°から５３°の範囲にある事が好ましく、本実施形態ではθ＝３７°である。一方、従来の球面形状のマイクロレンズＭＬでは、周縁部１２ｃが存在せず、マイクロレンズＭＬの端部に於ける曲面部１２ｂの接線と上面１１ａとがなす角度は９０°に近い角度となる。曲面部１２ｂと上面１１ａとがなす角度θが大きいほど、上面１１ａの法線方向に沿って曲面部１２ｂに入射する光は大きく屈折する。光の屈折角度が大きくなると、屈折した光が隣の画素Ｐとの間の遮光層２２ａや遮光層２６ａにて遮光されて仕舞い、光の利用効率は向上しない。そこで特許文献１に示す従来技術では、図７（ｂ）や（ｃ）に示す様に中央部が球面で周辺部が円錐台のレンズを用いている。

本願発明人が鋭意研究した所に依ると、従来のマイクロレンズＭＬを用いた電気光学装置で光の利用効率が低かった理由は、以下の様に説明される。即ち、特許文献１に記載されている様なマイクロレンズアレイ１０を用いた電気光学装置で画素サイズが２０μｍ以上と広い場合、図７（ｃ）に示す様に、マイクロレンズＭＬの周辺部に入射した入射光Ｌ２を投射レンズ１１７に入射される様にマイクロレンズＭＬを設計すると、中央部の周辺に入射した入射光Ｌ３は投射レンズ１１７に入射されなくなる事がある。反対に、特許文献１に記載されている様なマイクロレンズアレイ１０を用いた電気光学装置で画素サイズが１０μｍ以下と狭い場合、図７（ｂ）に示す様に、マイクロレンズＭＬの周辺部に入射した入射光Ｌ２を投射レンズ１１７に入射される様にマイクロレンズＭＬを設計すると、中央部の周辺に入射した入射光Ｌ３は遮光層２２ａや遮光層２６ａにて遮光される事がある。これに対して、図７（ａ）に示す様に、本実施形態に係わるマイクロレンズアレイ１０では、画素サイズが４．０μｍ以上３０μｍ以下の広い範囲に渡って、マイクロレンズＭＬの中央部に入射した入射光Ｌ１や中央部の周辺に入射した入射光Ｌ３は直進し、マイクロレンズの周辺部（第二領域や第三領域）に入射した光は複数個（本実施形態では４個）のシリンドリカルレンズと複数個（本実施形態では４個）の球面レンズとで集光されるので、光の利用効率が高まる訳である。

この様に、実施形態１に係るマイクロレンズアレイ１０が備えるマイクロレンズＭＬの構成によれば、従来のマイクロレンズと比べて、画素Ｐのサイズが広い範囲で、液晶装置１の光の利用効率を向上させる事ができる。又、従来のマイクロレンズと比べて、マイクロレンズＭＬを通過して液晶４０に入射する光の角度のばらつきを小さく抑える事ができる。これにより、従来よりも明るい表示と良好なコントラストとを得る事ができる。

「セルに於ける第一領域の割合」
図８は、実施形態１に係るマイクロレンズでの光の利用効率を説明した図である。次に本実施形態に係わるマイクロレンズＭＬにて、セルに於ける第一領域Ａ１の割合と光の利用効率との関係を、図８を参照して説明する。

図８は、従来の球面状のマイクロレンズを基準として、実施形態１に係るマイクロレンズＭＬで第一領域Ａ１（平坦部１２ａ）の大きさを異ならせた際に、画素ピッチ（Ｐ２）に応じて光の利用効率をシミュレーションにより比較したグラフである。図８の横軸は、画素Ｐに於ける平坦部１２ａの割合を表し、具体的には、画素ピッチ（Ｐ２）に対する第一領域Ａ１（平坦部１２ａ）の対角長Ｒ１の比率である。以下、この比率を開口割合と称する。図８の縦軸は、光利用効率であり、従来の球面状のマイクロレンズ（平坦部なし）を「１」としている。尚、ここで言う「光の利用効率」とは、マイクロレンズＭＬを備えた液晶装置１をプロジェクターの液晶ライトバルブとして用いてスクリーンに表示される画像の明るさを指す。

画素ピッチが８．５μｍと小さい場合、開口割合が２０％以上４５％以下で光の利用効率は球面レンズよりも向上する。これは小さい画素Ｐでも配線幅などの遮光層２２ａや遮光層２６ａは広い画素Ｐと同じで、小さい画素Ｐでは画素Ｐの開口領域が狭くなる為に球面レンズの重要性が増す事に由来する。不図示であるが画素ピッチが４．０μｍよりも小さい場合には、平坦部１２ａのもたらす効果は殆ど見られない。

画素ピッチが２１．０μｍと大きい場合、開口割合が２０％以上１１０％以下で光の利用効率は球面レンズよりも向上する。これは大きい画素Ｐでは画素Ｐの開口領域が広くなる為に球面レンズの重要性が低下する事に由来する。画素ピッチが３０μｍよりも広い場合には、マイクロレンズの必要性は小さくなる。即ち、実施形態１に係るマイクロレンズＭＬでは、画素ピッチが大きい場合に、従来の球面状のマイクロレンズよりも高い光利用効率を得る事ができる。

「電気光学装置の製造方法」
図９は、実施形態１に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す概略断面図である。図１０は、実施形態１に係るマイクロレンズアレイの製造方法を示す概略断面図である。詳しくは、図９及び図１０の各図は、図４や図５のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図に相当する。次に、実施形態１に係るマイクロレンズアレイ１０を有する液晶装置１の製造方法を、図９と図１０とを参照して、説明する。尚、図９と図１０とは、説明を分かり易くする為に、マイクロレンズアレイ１０が完成した際に、３個のマイクロレンズＭＬに相当する断面図を描いてある。又、図示しないが、マイクロレンズアレイ１０の製造工程では、マイクロレンズアレイ１０を複数枚取る事ができる大型の基板（マザー基板）で加工が行われ、最終的にそのマザー基板を切断して個片化する事に依り、複数のマイクロレンズアレイ１０が得られる。従って、以下に説明する各工程では個片化する前のマザー基板の状態で加工が行われるが、ここでは、マザー基板の中の個別のマイクロレンズアレイ１０に対する加工について説明する。

まず、基板上に第一透光性材１１を形成する工程を行う。本実施形態では、石英基板が第一透光性材１１の一部を兼用しているので、この工程は石英基板を準備する工程と、図９（ａ）に示す様に、第一透光性材１１の上面１１ａに、酸化珪素膜等からなる制御膜７０を形成する工程と、になる。制御膜７０は、凹部１２を形成する際におけるエッチングレートが石英基板と異なっており、凹部１２を形成する際の深さ方向（Ｚ方向）のエッチングレートに対して幅方向（Ｗ方向）のエッチングレートを調整する機能を有する。制御膜７０のエッチングレートが速い程、角度θは小さくなって曲面部１２ｂが小さくなる（Ｒ２が短くなる）と共に、周縁部１２ｃが大きくなる（Ｒ３が長くなる）。制御膜７０のエッチングレートが石英基板と同じであれば、角度θは９０°となって周縁部１２ｃは消失する（Ｒ３がゼロになる）ので、制御膜７０のエッチングレートは石英基板のエッチングレートよりも遅くなければならない。

制御膜７０を形成した後、所定の温度で制御膜７０のアニールを行う。制御膜７０のエッチングレートは、アニール時の温度により変化する。従って、アニール時の温度を適宜設定する事により、制御膜７０のエッチングレートを調整する事ができる。

次に、図９（ｂ）に示す様に、第一透光性材１１の制御膜７０上の単位領域に開口部を有するマスク層７１を形成する工程を進める。単位領域とはマイクロレンズアレイ１０が完成した際にセルＣＬとなる領域である。この様なマスク層７１は第一透光性材１１の上面に、例えば、多結晶シリコン等で形成される。マスク層となる多結晶シリコンは、例えば、化学気相堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）や物理気相堆積法（例えば、スパッタリング法等）等で堆積される。続いて、図９（ｃ）に示す様に、堆積された薄膜にはフォトリソグラフィー法とドライエッチング処理とが施されて、開口部７２を有するマスク層７１が形成される。開口部７２は、平面視にて、マイクロレンズアレイ１０が完成した際に平坦部１２ａと同じ平面形状である。従って、開口部７２は、平面視にて、多角形であり、単位領域をなす少なくとも一つの辺と開口部７２をなす少なくとも一つの辺とは、平面視にて、ほぼ平行である。

次に、図９（ｄ）に示す様に、マスク層を介して制御膜７０と第一透光性材１１とに等方性エッチングを施す事に依り、制御膜７０と第一透光性材１１に凹部１２を形成する工程を進める。即ち、マスク層を介して第一透光性材１１に、例えばフッ化水素酸水溶液等のエッチング液を用いたウエットエッチング等の等方性エッチング処理を施す。エッチング液には、前述の如く、制御膜７０のエッチングレートの方が第一透光性材１１のエッチングレートよりも大きくなる材料を用いる。このエッチング処理により、第一透光性材１１が上面側から開口部を中心として等方的にエッチングされる。この結果、制御膜７０と第一透光性材１１に、開口部に対応して凹部１２が形成される。図１０（ａ）に示す様に、等方性エッチングの進行に伴って凹部１２が拡大され、凹部１２のうち平面視でマスク層７１の開口部７２に対応する部分が略平坦な面となる。これにより、凹部１２の中央部に平坦部１２ａが形成される。又、平坦部１２ａの周囲を囲む様に曲面部１２ｂが形成される。もし、第一透光性材１１とマスク層７１との間に制御膜７０が設けられていないと、曲面部１２ｂが第一透光性材１１の上面１１ａに到達する事となる。但し、本実施形態では、第一透光性材１１とマスク層７１との間に制御膜７０が設けられており、制御膜７０の単位時間当たりのエッチング量は第一透光性材１１の単位時間当たりのエッチング量よりも多い。従って、制御膜７０の開口部７０ａの拡大量は凹部１２の深さ方向の拡大量よりも多くなるので、開口部７０ａの拡大に伴って、凹部１２の幅方向も拡大する事となる。そのため、第一透光性材１１の幅方向における単位時間当たりのエッチング量は、深さ方向における単位時間当たりのエッチング量よりも多くなる。これにより、曲面部１２ｂの周囲を囲む様にテーパー状の周縁部１２ｃが形成される。

上述した様に、凹部１２における平坦部１２ａの形状は、マスク層７１の開口部７２の形状により制御する事ができる。又、凹部１２における曲面部１２ｂ及び周縁部１２ｃのそれぞれの大きさは、第一透光性材１１の深さ方向のエッチングレートに対する幅方向のエッチングレートにより制御され、このエッチングレートの差は制御膜７０のアニール時の温度設定により調整できる。

次に、図１０（ｂ）に示す様に、第一透光性材１１からマスク層７１を除去した後、第一透光性材１１よりも屈折率が高い第二透光性材１３を、凹部１２を覆う様に形成する工程を進める。即ち、凹部１２を第一透光性材１１の屈折率とは異なる屈折率を有する第二透光性材１３にて埋め込む工程を進める。まず、第一透光性材１１の全領域を覆い凹部１２を埋め込む様に、光透過性を有し、第一透光性材１１よりも高い屈折率を有する無機材料からなる第二透光性材１３を成膜する。第二透光性材１３は、例えばＣＶＤ法を用いて形成する事ができる。第二透光性材１３は第一透光性材１１の上面に堆積する様に形成される為、第二透光性材１３の表面は第一透光性材１１の凹部１２に起因する凹凸が反映された凹凸形状となる。第二透光性材１３を堆積した後に、この膜に対して平坦化処理を施す。平坦化処理では、例えば、化学機械的研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等を用いて、第二透光性材１３の上層の凹凸が形成された部分を研磨して除去する事により、第二透光性材１３の上面が平坦化される。即ち、図１０（ｂ）に示す２点鎖線より上方の部分を研磨して除去する事により、第二透光性材１３の上面が平坦化される。斯うして、図１０（ｃ）に示す様に、第二透光性材１３の上面が平坦化されて、マイクロレンズアレイ１０が完成する。

次に、公知の技術を用いて、マイクロレンズアレイ１０上に、光路長調整層３１と、遮光層３２と、保護層３３と、共通電極３４と、配向膜３５とを順に形成して対向基板３０を得る。以降の工程は、詳細な図示を省略し、図３を参照して説明する。一方、基板２１上に、遮光層２２と、絶縁層２３と、ＴＦＴ２４と、絶縁層２５と、遮光層２６と、絶縁層２７と、画素電極２８と、配向膜２９とを順に形成して素子基板２０を得る。

次に、素子基板２０と対向基板３０との間に、熱硬化性又は光硬化性の接着剤をシール材４２（図１参照）として配置して硬化させる。これにより、素子基板２０と対向基板３０とが接合されて、液晶装置１が完成する。

「電子機器」
次に、電子機器について図１１を参照して説明する。図１１は、実施形態１に係る電子機器としてのプロジェクターの構成を示す概略図である。

図１１に示す様に、実施形態１に係る電子機器としてのプロジェクター（投射型表示装置）１００は、偏光照明装置１１０と、２つのダイクロイックミラー１０４，１０５と、３つの反射ミラー１０６，１０７，１０８と、５つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３，１１４，１１５と、３つの液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３と、クロスダイクロイックプリズム１１６と、投射レンズ１１７とを備えている。

偏光照明装置１１０は、例えば超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の白色光源からなる光源としてのランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とを備えている。ランプユニット１０１と、インテグレーターレンズ１０２と、偏光変換素子１０３とは、システム光軸Ｌｘに沿って配置されている。

ダイクロイックミラー１０４は、偏光照明装置１１０から出射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１０５は、ダイクロイックミラー１０４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１０４で反射した赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１０６で反射した後にリレーレンズ１１５を経由して液晶ライトバルブ１２１に入射する。ダイクロイックミラー１０５で反射した緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１１４を経由して液晶ライトバルブ１２２に入射する。ダイクロイックミラー１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１１１，１１２，１１３と２つの反射ミラー１０７，１０８とで構成される導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３に入射する。

光変調素子としての透過型の液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３は、クロスダイクロイックプリズム１１６の色光ごとの入射面に対して其々対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１，１２２，１２３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１１６に向けて出射される。

クロスダイクロイックプリズム１１６は、４つの直角プリズムが貼り合わされて構成されており、その内面には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依って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１１７に依ってスクリーン１３０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１２１は、上述した液晶装置１が適用されたものである。液晶ライトバルブ１２１は、色光の入射側と出射側とに於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１２２，１２３も同様である。

実施形態１に係るプロジェクター１００の構成によれば、複数の画素Ｐが高精細に配置されていても、入射した色光を効率よく利用可能なマイクロレンズＭＬを有する液晶装置１を備えているので、品質が高く明るいプロジェクター１００を提供する事ができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改良などを加えることが可能である。例えば、第一領域Ａ１の平坦部１２ａが曲率を有する構成である形態であっても本発明は適用可能である。

Ａ１…第一領域、Ａ２−１…第１の第二領域、Ａ２−２…第２の第二領域、Ａ２−３…第３の第二領域、Ａ２−４…第４の第二領域、Ａ３−１…第１の第三領域、Ａ３−２…第２の第三領域、Ａ３−３…第３の第三領域、Ａ３−４…第４の第三領域、ＡＢ１…第１領域境界、ＡＢ２…第２領域境界、ＡＢ３…第３領域境界、ＡＢ４…第４領域境界、ＡＣ１…第１交差部、ＡＣ２…第２交差部、ＡＣ３…第３交差部、ＡＣ４…第４交差部、ＣＢ１…第１セル境界辺、ＣＢ２…第２セル境界辺、ＣＢ３…第３セル境界辺、ＣＢ４…第４セル境界辺、ＣＣ１…第１セル角部、ＣＣ２…第２セル角部、ＣＣ３…第３セル角部、ＣＣ４…第４セル角部、Ｅ…表示領域、ＭＬ…マイクロレンズ、Ｐ…画素、１…液晶装置、２…走査線、３…データ線、４…容量線、５…蓄積容量、１０…マイクロレンズアレイ、１１…第一透光性材、１１ａ…上面、１２…凹部、１２ａ…平坦部、１２ｂ…曲面部、１２ｃ…周縁部、１３…第二透光性材、２０…素子基板、２１…基板、２２…遮光層、２２ａ…遮光層、２３…絶縁層、２４…ＴＦＴ、２５…絶縁層、２６…遮光層、２６ａ…遮光層、２７…絶縁層、２８…画素電極、２９…配向膜、３０…対向基板、３１…光路長調整層、３２…遮光層、３３…保護層、３４…共通電極、３５…配向膜、４０…液晶、４２…シール材、５１…データ線駆動回路、５２…走査線駆動回路、５３…検査回路、５４…外部接続端子、５５…配線、５６…上下導通部、７０…制御膜、７０ａ…開口部、７１…マスク層、７２…開口部、１００…プロジェクター、１０１…ランプユニット、１０２…インテグレーターレンズ、１０３…偏光変換素子、１０４…ダイクロイックミラー、１０５…ダイクロイックミラー、１０６…反射ミラー、１０７…反射ミラー、１０８…反射ミラー、１１０…偏光照明装置、１１１…リレーレンズ、１１２…リレーレンズ、１１３…リレーレンズ、１１４…リレーレンズ、１１５…リレーレンズ、１１６…クロスダイクロイックプリズム、１１７…投射レンズ、１２１…液晶ライトバルブ、１２２…液晶ライトバルブ、１２３…液晶ライトバルブ、１３０…スクリーン。

Claims (14)

1. 第１の凹部を有する基体と、
   前記第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズと、を含み、
   前記第１の凹部は、前記基体の表面から傾斜する面を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
2. 前記第１のマイクロレンズは、第一領域と、前記第一領域の周囲に前記第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含む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。
3. 前記第二領域はシリンドリカルレンズを含み、
   前記第三領域は球面レンズを含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズアレイ。
4. 第１の凹部を有する基体と、
   前記第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズと、を含み、
   前記第１のマイクロレンズは、第一領域と、前記第一領域の周囲に前記第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、
   前記第二領域はシリンドリカルレンズを含み、
   前記第三領域は球面レンズを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
5. 前記第一領域に入射した光は、ほぼ直進し、
   前記第二領域に入射した光は、前記第一領域の側に光路が曲げられ、
   前記第三領域に入射した光は、前記第一領域の側に光路が曲げられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ。
6. 前記表面と前記傾斜する面の間の角度は３５°から５３°の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ。
7. 前記基体が有する第２の凹部を覆う第２のマイクロレンズと、
   前記基体が有する第３の凹部を覆う第３のマイクロレンズと、をさらに含み、
   前記第１の凹部と前記第２の凹部とは第一方向に隣り合うように配置され、
   前記第２の凹部と前記第３の凹部とは前記第一方向に交差する第二方向に隣り合うように配置され、
   前記第１の凹部と前記第２の凹部との境界の基体の厚みは、前記第１の凹部と前記第３の凹部との間の前記基体の厚みより薄いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ。
8. 前記第１のマイクロレンズ、前記第２のマイクロレンズ、及び前記第３のマイクロレンズの各々は、第一領域と、前記第一領域の周囲に前記第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、
   前記第１のマイクロレンズの第二領域と前記第２のマイクロレンズの第二領域とは連続し、
   前記第１のマイクロレンズの第三領域と第３のマイクロレンズの第三領域とは離間していることを特徴とする請求項７に記載のマイクロレンズアレイ。
9. 前記第二領域はシリンドリカルレンズを含み、
   前記第三領域は球面レンズを含むことを特徴とする請求項８に記載のマイクロレンズアレイ。
10. 第１の凹部を有する基体を形成する工程と、
    前記第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズを形成する工程と、を含み、
    前記第１の凹部は、前記基体の表面から傾斜する面を含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
11. 第１の凹部を有する基体を形成する工程と、
    前記第１の凹部を覆う第１のマイクロレンズを形成する工程と、を含み、
    前記第１のマイクロレンズは、第一領域と、前記第一領域の周囲に前記第一領域と連続するように配置される第二領域及び第三領域と、を含み、
    前記第二領域はシリンドリカルレンズを含み、
    前記第三領域は球面レンズを含むことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
12. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイを含むことを特徴とする電気光学装置。
13. 請求項１０または１１に記載のマイクロレンズアレイの製造方法により製造されたマイクロレンズアレイを含むことを特徴とする電気光学装置。
14. 請求項１２または１３に記載の電気光学装置を含むことを特徴とする電子機器。

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