JP6450965B2 - マイクロレンズアレイ基板、マイクロレンズアレイ基板を備えた電気光学装置、及び投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズアレイ基板、マイクロレンズアレイ基板を備えた電気光学装置、及び投写型表示装置に関する。

上記マイクロレンズアレイ基板は、例えば、基板上に複数のマイクロレンズが配列されているものが知られている。マイクロレンズアレイ基板は、複数のマイクロレンズを有し、例えば、液晶プロジェクターにおいて、光源と液晶ライトバルブとの間などに配置して、光量のロスを抑制する、入射光を増加させるなど、多くの用途に利用されている。

例えば、特許文献１には、更なる光の利用効率を高める（明るくする）ために、複数の第１レンズと、更に、これら第１レンズの一つ一つと対になるように対向配置された複数の第２レンズと、を備えている構造のマイクロレンズアレイ（基板）が知られている。

特開２０１４−８９２３０号公報

しかしながら、マイクロレンズアレイ基板（マイクロレンズ）の厚みが厚くなると、熱膨張などによってマイクロレンズアレイ基板に反りが生じたり、撓みが生じたりする。その結果、ムラや黒浮きが発生し表示品質が低下するという課題がある。また、マイクロレンズ（第１レンズ及び第２レンズ）の加工ばらつきによって、マイクロレンズの品質に悪影響を及ぼし、画像品質が劣化するという課題がある。

本発明の態様は、上記課題の少なくとも一部を解決するため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ことが可能である。

［適用例１］本適用例に係るマイクロレンズアレイ基板は、一方側の基板面に凹曲面からなる第１レンズ面が形成された透光性基板と、前記一方側の基板面を覆い、前記透光性基板と屈折率が異なる透光性の第１レンズ層と、前記第１レンズ層を前記透光性基板とは反対側で覆う透光層と、前記透光層を前記透光性基板とは反対側で覆い、前記透光性基板とは反対側の面に凸曲面からなる第２レンズ面が形成された第２レンズ層と、を有し、前記透光層は、前記第１レンズ層及び前記第２レンズ層よりも屈折率及び熱膨張率が小さいことを特徴とする。

本適用例によれば、第１レンズ層及び第２レンズ層よりも屈折率が小さく熱膨張率が小さい透光層を、第１レンズ層と第２レンズ層との間に配置するので、透光層に斜め方向から入射した光線は、透光層の屈折率が小さいため角度がより斜め側に屈折する。よって入射光を大きく曲げることが可能となる。よって、マイクロレンズアレイ基板の総膜厚を薄くすることができる。これにより、レンズ間距離を広くすることなく透過率を向上させることができる。また、レンズ間距離を広くしたい場合でも、レンズ間距離を透光層で調整するので、第１レンズ層及び第２レンズ層を厚くして調整する場合と比較して、マイクロレンズアレイ基板の総膜厚を薄くするとともに、マイクロレンズアレイ基板に反りが生じたり撓みが生じたりすることを抑えることができる。その結果、表示品位の劣化を防止することができる。

［適用例２］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板において、前記第１レンズ層は、前記第１レンズ層と前記透光層との界面を平坦にするための第１厚みを有すると共に、前記第１レンズ層の屈折率が連続する第１平坦層を備え、前記第２レンズ層は、前記第２レンズ層と前記透光層との界面を平坦にするための第２厚みを有すると共に、前記第２レンズ層の屈折率が連続する第２平坦層を備えていることが好ましい。

本適用例によれば、第１平坦層及び第２平坦層を備えているので、界面を平坦にするための平坦化処理を行った場合に加工バラツキが生じた場合でも、第１レンズ面及び第２レンズ面に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。

［適用例３］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板において、前記第１レンズ層及び前記第２レンズ層は、屈折率が異なる複数の屈折率層を有することが好ましい。

本適用例によれば、複数の屈折率層によって所望の方向に光の進む方向を変え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。

［適用例４］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板において、前記第１レンズ面の曲率は、前記第２レンズ面の曲率より大きいことが好ましい。

本適用例によれば、所望の方向に光の進む方向を変え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。

［適用例５］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板において、前記第１レンズ層の前記複数の屈折率層は、前記第１レンズ面から前記透光層の側に向かって屈折率が低くなるように配置され、前記第２レンズ層の前記複数の屈折率層は、前記第２レンズ面から前記透光層の側に向かって屈折率が低くなるように配置されていることが好ましい。

本適用例によれば、複数の屈折率層によって所望の方向に光の進む方向を変え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。

［適用例６］上記適用例に係るマイクロレンズアレイ基板において、前記第２レンズ層の側に対して前記第１レンズ層の側が光の入射側であることが好ましい。

本適用例によれば、曲率が大きい第１レンズ面の側から光が入射するので、散乱光の光の方向を所望の方向に近づけることができる。

［適用例７］本適用例に係る電気光学装置は、上記に記載のマイクロレンズアレイ基板と、前記マイクロレンズアレイ基板及び電気光学層を介して配置されたアクティブマトリックス基板と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、表示品質を向上させることが可能な電気光学装置を提供することができる。

［適用例８］本適用例に係る投写型表示装置は、上記の電気光学装置を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、上記電気光学装置を備えているので、表示品質を向上させることが可能な投写型表示装置を提供することができる。

第１実施形態のマイクロレンズアレイ基板の構成を示す模式図であり、（ａ）はマイクロレンズアレイ基板の構成を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のマイクロレンズアレイ基板を上方から見た模式平面図。 図１（ａ）に示すマイクロレンズアレイ基板のＡ−Ａ線に沿う模式断面図。 電気光学装置としての液晶装置の構成を示す模式図。 第１実施形態のマイクロレンズアレイ基板と従来のマイクロレンズアレイ基板との構造を比較した模式断面図。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図。 液晶装置を備えた投写型表示装置の構成を示す概略図。 第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板の構成を示す模式断面図。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法の一部を工程順に示す模式断面図。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法の一部を工程順に示す模式断面図。 マイクロレンズアレイ基板の製造方法の一部を工程順に示す模式断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。

（第１実施形態）
本実施形態では、マイクロレンズアレイ基板を備えた電気光学装置の一例として薄膜トランジスター（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）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、後述する投写型表示装置（液晶プロジェクター）の光変調手段（液晶ライトバルブ）として好適に用いることができるものである。

＜マイクロレンズアレイ基板の構成＞
図１は、マイクロレンズアレイ基板の構成を示す模式図である。図１（ａ）は、マイクロレンズアレイ基板の構成を示す概略斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のマイクロレンズアレイ基板）を上方から見た模式平面図である。図２は、図１（ａ）に示すマイクロレンズアレイ基板のＡ−Ａ線に沿う模式断面図である。以下、マイクロレンズアレイ基板の構成を、図１及び図２を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０は、透光性基板１１と、複数のマイクロレンズ３１を有するレンズ層１２と、レンズ層１２を覆って設けられた保護層１３とを有している。

透光性基板１１は、複数のマイクロレンズ３１に対応する凹曲面からなる複数の第１レンズ面４１ａ１を有し、第１レンズ面４１ａ１の内部にマイクロレンズ３１を構成する第１レンズ層４１の形成材料が固着して第１レンズ層４１を形成している。

透光性基板１１は、耐熱性および耐光性が高い無機材料を形成材料としている。例えば、透光性基板１１としては、高い光透過率を有する石英ガラス基板などが好適に用いられる。

レンズ層１２は、第１レンズ層４１と、凸曲面からなる第２レンズ面４２ａ１を有する第２レンズ層４２と、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２とに挟持された透光層４３とを備えている。第２レンズ面４２ａ１の内部に第２レンズ層４２の形成材料が固着して第２レンズ層４２を形成している。

第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２は、光透過性を備え、透光層４３の屈折率より高い屈折率を有している。言い換えれば、透光層４３の屈折率が小さい。数値で限定されるものでないが、一般的に第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２の屈折率は波長５５０ｎｍの光に対し、１．５４〜１．８０程度であるのに対し、透光層は１．４５〜１．５４程度である。よって、透光層４３に斜め方向から入射した光線は、透光層の屈折率が小さいため角度がより斜め側に屈折する。その結果、第１レンズ面４１ａ１と第２レンズ面４２ａ１の間に第１レンズ層又は第２レンズ層のみが堆積されている場合と比較して、マイクロレンズアレイ基板に入射する主光軸と平行な光線が、第１レンズにより屈折して集光するまでの距離を短くする作用が得られ、透光層４３の厚みを薄くすることができる。

透光層４３は、第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２と比較して熱膨張率が小さい。また、第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２は、透光性基板１１及び保護層１３の屈折率より高い屈折率を有している。

第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２の屈折率の考え方は設計事項であり、明るさを向上させる、又はコントラストを考慮するなどの要求に応じて求めることが好ましい。

第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２は、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などの無機材料で形成されている。窒化シリコンは、酸素原子（Ｏ）と窒素原子（Ｎ）との組成（比率）によって、ＳｉＯ₂とＳｉ₃Ｎ₄との間の屈折率に制御することができる。

透光層４３は、光透過性を備えた無機材料を形成材料としている。透光層４３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。透光層４３の厚みを可変させることにより、光路長を任意の光路長に調整することができる。

複数のマイクロレンズ３１は、光の入射方向と光の射出方向の両方に凸形状を有する両凸形状を有している。また、隣り合うマイクロレンズ３１は、平面視で境界線が接触しており、平面視矩形を有している。このような複数のマイクロレンズ３１は、マトリクス状に配列してレンズ部３２を構成している。

なお、第１レンズ面４１ａ１の曲率は、第２レンズ面４２ａ１の曲率より大きい。このようにすることにより、所望の方向に光の進む方向を変え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。

マイクロレンズ３１は、透光性基板１１内に固着する部分である第１レンズ層４１と、保護層１３で覆われた部分である第２レンズ層４２と、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２との間に配置された透光層４３とを有している。

＜電気光学装置の構成＞
図３は、上記マイクロレンズアレイ基板を備えた電気光学装置としての液晶装置の構成を示す模式図である。図３（ａ）は、液晶装置の構成を示す模式平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す液晶装置のＢ−Ｂ線に沿う模式断面図である。図４は、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板と従来のマイクロレンズアレイ基板との構造を比較した模式断面図である。以下、液晶装置の構成を、図３及び図４を参照しながら説明する。

図３に示すように、液晶装置１００は、マイクロレンズアレイ基板１０とカラーフィルター基板１０１とが貼り合わせられ、更に、電気光学層としての液晶層が挟持された液晶パネル１０２が貼り合わされている。具体的には、アクティブマトリックス基板（素子基板）と対向基板との間に液晶層が挟持されている。

マイクロレンズ３１は、カラーフィルター基板１０１が有するブラックマトリクス１０３の平面視形状と同じく平面視矩形を有しており、隣り合うマイクロレンズ３１同士の境界線がブラックマトリクス１０３と平面的に重なるように配置されている。

図３（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ基板１０は、透光性基板１１側の外部から入射される光Ｌ１を、透光性基板１１と第１レンズ４１ａとの界面、第１レンズ４１ａと透光層４３との界面、および透光層４３と第２レンズ４２ａとの界面、第２レンズ４２ａと保護層１３との界面において屈折させる（図では省略）。

さらに、マイクロレンズアレイ基板１０は、透光層４３および保護層１３で、マイクロレンズ３１の焦点が最適位置になるように調整することにより、カラーフィルター基板１０１を介して光Ｌ１を液晶パネル１０２に入射させる。

もちろん、図３で示した構成は一例であって、例えば、カラーフィルター基板１０１を用いることなく、液晶パネル１０２に直接マイクロレンズアレイ基板１０を貼り合せる構成としてもよい。

図４（ａ）は、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板の構造を示す模式断面図である。図４（ｂ）は、従来のマイクロレンズアレイ基板の構造を示す模式断面図である。なお、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０、及び従来のマイクロレンズアレイ基板６０において、第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２の形状及び屈折率は同じである。

本実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０は、上記したように、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２との間に透光層４３が配置されている。従来のマイクロレンズアレイ基板６０は、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２とによって構成されている。

光Ｌ１が第１レンズ層４１に入射したポイントを、例えばＰ１とする。この光Ｌ１が、第２レンズ層４２のレンズ端から距離ｄ離れたポイントＰ２に到達する。どちらのマイクロレンズアレイ基板１０，６０も、ポイントＰ１及びＰ２を同じ位置に揃えようとすると（同一の機能を得ようとすると）、従来のマイクロレンズアレイ基板６０の第２レンズ層４２の厚みを厚くしなければならない。言い換えれば、第２レンズ層４２でレンズ間距離を確保している。

しかしながら、本実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０は、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２との間に透光層４３を配置しているので、レンズ間距離を、従来のマイクロレンズアレイ基板６０と比較して、短くすることができる。具体的には、透光層４３を介していることにより、斜め光線がより斜めに屈折されることにより、レンズ間距離を短くすることができる。

＜マイクロレンズアレイ基板の製造方法＞
図５〜図７は、マイクロレンズアレイ基板の製造方法を工程順に示す模式断面図である。以下、マイクロレンズアレイ基板の製造方法を、図５〜図７を参照しながら説明する。

まず、図５（ａ）に示す工程では、均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化した石英ガラスなどを形成材料とするガラス基板１１ａを用意し、ガラス基板１１ａの表面にマスク形成用膜５１ａを形成する。このマスク形成用膜５１ａは、後の工程において開口部が形成されることにより、マスクとして機能するものである。

マスク形成用膜５１ａは、エッチングに対する耐性を有するものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜５１ａのエッチングレートは、ガラス基板１１ａに比べて充分に小さい。このことから、マスク形成用膜５１ａの材料としては、例えばＣｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属、もしくはこれらから選択される２種以上を含む合金、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の酸化物（金属酸化物）、シリコン、樹脂等が用いられる。また、ＣｕとＡｕ、あるいは酸化ＣｒとＣｒのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。

マスク形成用膜５１ａの形成方法としては、特に限定されることなく、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法）などから膜材料に最適な方法が適宜選択され、用いられる。また、膜厚については、初期孔の形成条件ならびにエッチング条件によって適宜に設定されるものの、０．０１μｍ〜０．２μｍ程度に形成するのが好ましい。

図５（ｂ）に示す工程では、マスク５１を形成する。具体的には、マスク形成用膜５１ａにレーザー光照射やエッチング処理を施して開口部５２を形成する。レーザー光照射の場合には、位置精度を高く形成でき、隣接する開口部５２同士の間隔を正確に制御することができる。これにより、所定の開口パターンを有するマスク５１が完成する。

図５（ｃ）に示す工程では、ガラス基板１１ａに第１レンズ面４１ａ１を形成する。具体的には、マスク５１に形成された開口部５２を通じてガラス基板１１ａにエッチング処理を施して、第１レンズ面４１ａ１を形成する。エッチング処理は、例えば、等方的にエッチングされるウエットエッチングである。

エッチング液としては、特に限定されないものの、本実施形態では基板としてガラス基板１１ａを用いているため、フッ酸（フッ化水素）を含むエッチング液（フッ酸系エッチング液）が好適に用いられる。フッ酸系エッチング液を用いることにより、ガラス基板１１ａをより選択的に食刻することができ、第１レンズ面４１ａ１を好適に形成することができる。

図５（ｄ）に示す工程では、凹状の第１レンズ面４１ａ１を完成させる。具体的には、ウエットエッチングの時間などを制御することにより、所定深さの第１レンズ面４１ａ１を形成することができる。本実施形態では第１レンズ面４１ａ１を、半球状で、その深さが該半球の半径程度となるように形成する。

図５（ｅ）に示す工程では、マスク５１をエッチング等により除去することにより、上面１１ｂに複数の第１レンズ面４１ａ１を有する透光性基板１１を得る。

続いて、図６（ａ）に示す工程では、第１レンズ層４１となる前の第１レンズ層前駆体膜４１ｂを成膜する。第１レンズ層前駆体膜４１ｂの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。

図６（ｂ）に示す工程では、第１レンズ層前駆体膜４１ｂの表面に平坦化処理を行い、表面４１ｃが平坦化された第１レンズ層４１を形成する。平坦化処理としては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨）などを採用することができる。第１レンズ層前駆体膜４１ｂの材料は、上記したように、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。このようにすることにより、後の製造工程において複数のレンズを高い寸法精度で形成することができるため、高品質なマイクロレンズアレイ基板を製造することができる。

また、第１レンズ層４１は、透光層４３と第１レンズ４１ａとの間に、第１レンズ４１ａと同じ屈折率が連続する第１厚みの層（第１平坦層）を有するので、平坦化処理の際に、第１レンズ層４１を多く削ってしまった場合でも、第１レンズ４１ａが削れてしまうことを防ぐことができる。言い換えれば、レンズを保護することができる。

また、平坦化処理によって、第１レンズ層４１の厚さを制御することができる。第１レンズ層４１の厚さは、形成するマイクロレンズ３１の設計に応じて制御する。

図６（ｃ）に示す工程では、第１レンズ層４１を覆うように、透光層４３を形成する。具体的には、透光層４３は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。透光層４３の製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を挙げることができる。透光層４３の屈折率は、第１レンズ層４１の屈折率より小さい。なお、第１レンズ層４１と透光層４３との間に界面があるので、透光層４３の厚みをモニターすることができる。その結果、透光層４３の厚み調整を容易に行うことができる。また、膜厚検査工程で検査しやすい。

図６（ｄ）に示す工程では、透光層４３を覆うように、第２レンズ層４２を形成する。第２レンズ層４２の製造方法としては、例えば、公知の成膜技術及びフォトリソグラフィー法を用いることができる。

具体的には、まず、ＣＶＤ法などを用いて、透光層４３の上に第２レンズ層４２になる前の第２レンズ層前駆体膜４２ａを成膜する。第２レンズ層前駆体膜４２ａの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。第２レンズ層前駆体膜４２ａの材料は、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。

その後、第２レンズ層前駆体膜４２ａの表面４２ｂに複数の第１レンズ面４１ａ１に対応したマスク５３を形成する。図６（ｄ）では、上に凸形状を有するマスク５３を形成することとしている。

このようなマスク５３は、例えば、ポジ型フォトレジストを塗布し、複数の第１レンズ面４１ａ１の境界部と重なる位置に開口パターンを有するフォトマスクを通して露光し現像した後、残存するフォトレジストの軟化温度にまで透光性基板１１、第２レンズ層前駆体膜４２ａおよびフォトレジストを加熱することで成形することができる。

図７（ａ）に示す工程では、異方性ドライエッチング処理を施して、マスク５３の形状を第２レンズ層前駆体膜４２ａに転写し、複数のマイクロレンズ３１を構成する第２レンズ層４２を形成する。第２レンズ層４２の屈折率は、透光層４３の屈折率より大きい。ドライエッチングで用いるエッチングガスＥ１としては、例えば、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、ＳＦ₆などの含フッ素ガスを用いることができる。

また、第２レンズ層前駆体膜４２ａにマスク５３の形状を転写した際、第２レンズ４２ａと透光層４３との間に、第２レンズ４２ａと同じ屈折率が連続する第２厚みの層（第２平坦層）が残るので、レンズを加工する際に加工バラツキが生じた場合でも、確実に第２レンズ４２ａを形成することができる。言い換えれば、透光層４３をエッチングしてしまうことがない。また、第２平坦層は、ドライエッチングの残り代になるので、第２レンズ層４２を精度よく形成することができる。

図７（ｂ）に示す工程では、第２レンズ層４２を覆って、光透過性を有する無機材料を積層し、保護層１３ａを形成する。保護層１３ａの形成材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。保護層１３ａを形成する方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。

図７（ｃ）に示す工程では、保護層１３ａの表面に平坦化処理を施し、表面１３ｂが平坦化された保護層１３を形成する。平坦化処理としては、ＣＭＰやエッチングを採用することができる。このような操作を行うことにより、保護層１３の表面１３ｂでの光の乱反射や屈折の乱れを抑制し、高品質なマイクロレンズアレイ基板１０を製造することができる。

また、平坦化処理によって、保護層１３の厚さを制御することができる。これにより、表面１３ｂからマイクロレンズ３１の焦点位置までの距離を制御することができ、表面１３ｂに設けられる液晶パネル１０２などの部材において所望の位置に光を集光することができる。以上により、マイクロレンズアレイ基板１０が完成する。

これによれば、透光層４３の層厚を制御することで第１レンズ４１ａと第２レンズ４２ａとの離間距離を容易に制御可能である。

なお、本実施形態においては、製造されるマイクロレンズアレイ基板１０が有するマイクロレンズ３１の平面視形状が矩形であることとしたが、これに限らず、隣り合うマイクロレンズ３１が接することなく独立した形状であることとしても構わない。

＜投写型表示装置の構成＞
次に、本実施形態の投写型表示装置について、図８を参照しながら説明する。図８は、上記した液晶装置を備えた投写型表示装置の構成を示す概略図である。

図８に示すように、本実施形態の投写型表示装置１０００は、システム光軸Ｌに沿って配置された偏光照明装置１１００と、光分離素子としての２つのダイクロイックミラー１１０４，１１０５と、３つの反射ミラー１１０６，１１０７，１１０８と、５つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５と、３つの光変調手段としての透過型の液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０と、光合成素子としてのクロスダイクロイックプリズム１２０６と、投写レンズ１２０７とを備えている。

偏光照明装置１１００は、超高圧水銀灯やハロゲンランプなどの白色光源からなる光源としてのランプユニット１１０１と、インテグレーターレンズ１１０２と、偏光変換素子１１０３とから概略構成されている。

ダイクロイックミラー１１０４は、偏光照明装置１１００から射出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１１０５は、ダイクロイックミラー１１０４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１１０４で反射した赤色光（Ｒ）は、反射ミラー１１０６で反射した後にリレーレンズ１２０５を経由して液晶ライトバルブ１２１０に入射する。ダイクロイックミラー１１０５で反射した緑色光（Ｇ）は、リレーレンズ１２０４を経由して液晶ライトバルブ１２２０に入射する。ダイクロイックミラー１１０５を透過した青色光（Ｂ）は、３つのリレーレンズ１２０１，１２０２，１２０３と２つの反射ミラー１１０７，１１０８とからなる導光系を経由して液晶ライトバルブ１２３０に入射する。

液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０は、クロスダイクロイックプリズム１２０６の色光ごとの入射面に対してそれぞれ対向配置されている。液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０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１２０６に向けて射出される。

このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に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よって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、投写光学系である投写レンズ１２０７によってスクリーン１３００上に投写され、画像が拡大されて表示される。

液晶ライトバルブ１２１０は、上述した液晶装置１００が適用されたものである。液晶装置１００は、色光の入射側と射出側とにお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１２２０，１２３０も同様である。

このような投写型表示装置１０００によれば、液晶ライトバルブ１２１０，１２２０，１２３０を用いているので、高い表示品質を得ることができる。

以上詳述したように、第１実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０、液晶装置１００、及び投写型表示装置１０００によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）第１実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０、及び液晶装置１００によれば、第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２よりも屈折率が小さく熱膨張率が小さい透光層４３を、第１レンズ層４１と第２レンズ層４２との間に配置するので、透光層４３に斜め方向から入射した光線は、透光層の屈折率が小さいため角度がより斜め側に屈折する。よって入射光を大きく曲げることが可能となる。よって、マイクロレンズアレイ基板１０の総膜厚を薄くすることができる。これにより、レンズ間距離を広くすることなく透過率を向上させることができる。また、レンズ間距離を広くしたい場合でも、レンズ間距離を透光層４３で調整するので、第１レンズ層４１及び第２レンズ層４２を厚くして調整する場合と比較して、マイクロレンズアレイ基板１０の総膜厚を薄くするとともに、マイクロレンズアレイ基板１０に反りが生じたり撓みが生じたりすることを抑えることができる。その結果、表示品位の劣化を防止することができる。

（２）第１実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０、及び液晶装置１００によれば、第１平坦層及び第２平坦層を備えているので、界面を平坦にするための平坦化処理を行った場合、及びレンズ形成の際に加工バラツキが生じた場合でも、第１レンズ４１ａ及び第２レンズ４２ａに悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。また、第１レンズ層４１と透光層４３との間の界面、第２レンズ層４２と透光層４３との間の界面によって、透光層４３の厚みをモニターすることができる。

（３）第１実施形態の投写型表示装置１０００によれば、上記液晶装置１００を備えているので、表示品質を向上させることが可能な投写型表示装置を提供することができる。

（第２実施形態）
＜マイクロレンズアレイ基板の構成＞
図９は、第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板の構成を示す模式断面図である。以下、マイクロレンズアレイ基板の構成を、図９を参照しながら説明する。

第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板２０は、上述の第１実施形態のマイクロレンズアレイ基板１０と比べて、第１レンズ４１ａ及び第２レンズ４２ａが、異なる複数の屈折率層によって積層されている部分が異なり、その他の部分については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。

図９に示すように、第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板２０は、透光性基板１１と、複数のマイクロレンズ１３１を有する第１レンズ層１４１と、第１レンズ層１４１を覆って設けられた透光層４３と、透光層４３を覆って設けられた第２レンズ層１４２と、第２レンズ層１４２を覆うように設けられた保護層１３と、を有している。

第１レンズ層１４１及び第２レンズ層１４２の材料は、例えば、第１実施形態と同様に、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。透光性基板１１、透光層４３、及び保護層１３の材料も、第１実施形態と同様である。

透光層４３の屈折率も、第１実施形態と同様に、第１レンズ層１４１及び第２レンズ層１４２の屈折率よりも低い屈折率である。第１レンズ層１４１及び第２レンズ層１４２の屈折率は、透光性基板１１の屈折率及び透光層４３の屈折率よりも高い。

第１レンズ層１４１を構成する第１レンズ１４１ａは、屈折率の異なる複数のレンズ層が積層されて構成されている。具体的には、第１レンズ面１４１ａ１側から１層目のレンズ層１４１ｂ１、２層目のレンズ層１４１ｂ２、３層目のレンズ層１４１ｂ３、及び４層目のレンズ層１４１ｂ４が配置されている。

２層目のレンズ層１４１ｂ２の屈折率は、１層目のレンズ層１４１ｂ１の屈折率に比べて低い屈折率である。３層目のレンズ層１４１ｂ３の屈折率は、２層目のレンズ層１４１ｂ２の屈折率に比べて低い屈折率である。４層目のレンズ層１４１ｂ４の屈折率は、３層目のレンズ層１４１ｂ３の屈折率に比べて低い屈折率である。このように、透光性基板１１側から透光層４３側に向かって、高屈折率から低屈折率となるように順にレンズ層１４１ｂ１〜１４１ｂ４が配置されている。

それぞれの屈折率にするために、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）に含まれる窒素の量を変えることにより形成することができる。各屈折率の層の厚みは、例えば、１μｍ〜３μｍである。第１レンズ面１４１ａ１の深さＷ１は、例えば、１０μｍ以下程度である。

第２レンズ層１４２を構成する第２レンズ１４２ａも、第１レンズ１４１ａと同様に、屈折率の異なるレンズ層が積層されて構成されている。具体的には、透光層４３側から保護層１３側に向かって、１層目のレンズ層１４２ｂ１、２層目のレンズ層１４２ｂ２、及び３層目のレンズ層１４２ｂ３が配置されている。

２層目のレンズ層１４２ｂ２の屈折率は、１層目のレンズ層１４２ｂ１の屈折率に比べて高い屈折率である。３層目のレンズ層１４２ｂ３の屈折率は、２層目のレンズ層１４２ｂ２の屈折率に比べて高い屈折率である。このように、透光層４３側から保護層１３側に向かって、低屈折率から高屈折率となるように順にレンズ層１４２ｂ１〜１４２ｂ３が配置されている。

このように、段階的に屈折率が異なる複数の屈折率層を備えるマイクロレンズアレイ基板２０によって、所望の方向に光の進む方向を変え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。

＜マイクロレンズアレイ基板の製造方法＞
図１０〜図１２は、第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板の製造方法の一部を工程順に示す模式断面図である。以下、マイクロレンズアレイ基板の製造方法を、図１０〜図１２を参照しながら説明する。なお、第２実施形態の製造方法は、図６（ａ）〜（ｅ）までの工程は、第１実施形態と同様である。

図１０（ａ）に示す工程では、第１レンズ層１４１を構成する１層目のレンズ層１４１ｂ１を形成する。レンズ層１４１ｂ１の製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。

図１０（ｂ）に示す工程では、１層目のレンズ層１４１ｂ１を覆うように２層目のレンズ層１４１ｂ２を形成する。２層目のレンズ層１４１ｂ２の製造方法は、上記１層目のレンズ層１４１ｂ１の製造方法と同様である。２層目のレンズ層１４１ｂ２の屈折率は、１層目のレンズ層１４１ｂ１の屈折率と比較して小さい屈折率である。１層目のレンズ層１４１ｂ１と屈折率の異なる２層目のレンズ層１４１ｂ２の製造方法は、用いる材料である窒化シリコン（ＳｉＯＮ）に含まれる窒素の量を変えることにより形成することができる。

図１０（ｃ）に示す工程では、２層目のレンズ層１４１ｂ２を覆うように、３層目のレンズ層１４１ｂ３を形成する。３層目のレンズ層１４１ｂ３は、２層目のレンズ層１４１ｂ２と比較して小さい屈折率である。３層目のレンズ層１４１ｂ３も２層目のレンズ層１４１ｂ２と同様に、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）に含まれる窒素の量を変えることにより形成することができる。

図１０（ｄ）に示す工程では、４層目のレンズ層１４１ｂ４を形成する。４層目のレンズ層１４１ｂ４は、３層目のレンズ層１４１ｂ３と比較して小さい屈折率である。このように、透光性基板１１側から順に、高屈折率のレンズ層１４１ｂ１から低屈折率のレンズ層１４１ｂ４となるように形成する。なお、第１レンズ層１４１は、４層のレンズ層１４１ｂ１〜１４１ｂ４で構成するとしたが、これより少ないレンズ層、又は多いレンズ層で構成するようにしてもよい。

図１１（ａ）に示す工程では、４層のレンズ層１４１ｂ１〜１４１ｂ４で構成された第１レンズ層１４１の上面に平坦化処理を施す。平坦化処理としては、例えば、ＣＭＰである。これにより、表面が平坦化された複数のレンズ層１４１ｂ１〜１４１ｂ４で構成された第１レンズ層１４１を得ることができる。透光層４３の屈折率は、第１レンズ層１４１の屈折率より小さい。

図１１（ｂ）に示す工程では、第１レンズ層１４１を覆うように、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる透光層４３を形成する。透光層４３の製造方法は、第１実施形態の製造方法と同様である。

図１１（ｃ）に示す工程では、透光層４３を覆うように、第２レンズ層１４２となる前の第２レンズ層前駆体膜１４２ａを成膜する。具体的には、まず、ＣＶＤ法などを用いて、透光層４３の上に１層目のレンズ層１４２ｂ１になる前の第２レンズ層前駆体膜１４２ａを成膜する。第２レンズ層前駆体膜１４２ａの材料は、窒化シリコン（ＳｉＯＮ）である。

図１１（ｄ）に示す工程では、略半球状の１層目のレンズ層１４２ｂ１を形成する。なお、レンズ層１４２ｂ１の形状（高さなど）は、異方性ドライエッチング処理の時間を変えることにより調整することができる。

図１２（ａ）に示す工程では、１層目のレンズ層１４２ｂ１を覆うように、２層目のレンズ層１４２ｂ２及び３層目のレンズ層１４２ｂ３を形成する。具体的には、２層目のレンズ層１４２ｂ２、及び３層目のレンズ層１４２ｂ３の製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。なお、１層目のレンズ層１４２ｂ１と屈折率の異なる２層目のレンズ層１４２ｂ２、及び３層目のレンズ層１４２ｂ３の製造方法は、第１レンズ層１４１と同様に、用いる材料である窒化シリコン（ＳｉＯＮ）に含まれる窒素の量を変えることにより形成することができる。

図１２（ｂ）に示す工程は、第２レンズ層１４２を覆うように保護層１３を形成する。保護層１３は、光透過性を有する無機材料である。無機材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）である。保護層１３の製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法を用いることができる。その後、保護層１３の表面に平坦化処理を施す。平坦化処理としては、例えば、ＣＭＰである。以上により、第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板２０が完成する。

以上詳述したように、第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板２０（液晶装置）によれば、以下に示す効果が得られる。

（４）第２実施形態のマイクロレンズアレイ基板２０によれば、第１レンズ層１４１及び第２レンズ層１４２が屈折率の異なる複数の屈折率層を有するので、所望の方向に光の進む方向を変え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。

なお、本発明の態様は、上記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、本発明の態様の技術範囲に含まれるものである。また、以下のような形態で実施することもできる。

（変形例１）
上記したように、電気光学装置として液晶装置１００に適用することに限定されず、例えば、有機ＥＬ装置、プラズマディスプレイ、電子ペーパー（ＥＰＤ）、ＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像装置等に適用するようにしてもよい。

１０，２０…マイクロレンズアレイ基板、１１…透光性基板、１１ａ…ガラス基板、１２…レンズ層、１３…保護層、３１…マイクロレンズ、３２…レンズ部、４１…第１レンズ層、４１ａ…第１レンズ、４１ａ１…第１レンズ面、４１ｂ…第１レンズ層前駆体膜、４２…第２レンズ層、４２ａ…第２レンズ、４２ａ１…第２レンズ面、４３…透光層、５１…マスク、５１ａ…マスク形成用膜、５２…開口部、５３…マスク、１００…液晶装置、１０１…カラーフィルター基板、１０２…液晶パネル、１０３…ブラックマトリクス、１３１…マイクロレンズ、１４１…第１レンズ層、１４１ａ１…第１レンズ面、１４１ｂ…レンズ層、１４２…第２レンズ層、１４２ａ…第２レンズ、１４２ｂ…レンズ層、１０００…投写型表示装置、１１００…偏光照明装置、１１０１…ランプユニット、１１０２…インテグレーターレンズ、１１０３…偏光変換素子、１１０４，１１０５…ダイクロイックミラー、１１０６，１１０７，１１０８…反射ミラー、１２０１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５…リレーレンズ、１２０６…クロスダイクロイックプリズム、１２０７…投写レンズ、１２１０，１２２０，１２３０…液晶ライトバルブ、１３００…スクリーン。

Claims (7)

1. 一方側の基板面に凹曲面からなる第１レンズ面が形成された透光性基板と、
   前記一方側の基板面を覆い、前記透光性基板と屈折率が異なる透光性の第１レンズ層と、
   前記第１レンズ層を前記透光性基板とは反対側で覆う透光層と、
   前記透光層を前記透光性基板とは反対側で覆い、前記透光性基板とは反対側の面に凸曲面からなる第２レンズ面が形成された第２レンズ層と、
   を有し、
   前記透光層は、前記第１レンズ層及び前記第２レンズ層よりも屈折率及び熱膨張率が小さく、
   前記第１レンズ層及び前記第２レンズ層は、それぞれ屈折率が異なる複数の屈折率層を有することを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
2. 請求項１に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記第１レンズ層は、前記第１レンズ層と前記透光層との界面を平坦にするための第１厚みを有すると共に、前記第１レンズ層の屈折率が連続する第１平坦層を備え、
   前記第２レンズ層は、前記第２レンズ層と前記透光層との界面を平坦にするための第２厚みを有すると共に、前記第２レンズ層の屈折率が連続する第２平坦層を備えていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記第１レンズ面の曲率は、前記第２レンズ面の曲率より大きいことを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
4. 請求項３に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記第１レンズ層の前記複数の屈折率層は、前記第１レンズ面から前記透光層の側に向かって屈折率が低くなるように配置され、
   前記第２レンズ層の前記複数の屈折率層は、前記第２レンズ面から前記透光層の側に向かって屈折率が低くなるように配置されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板であって、
   前記第２レンズ層の側に対して前記第１レンズ層の側が光の入射側であることを特徴とするマイクロレンズアレイ基板。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のマイクロレンズアレイ基板と、
   前記マイクロレンズアレイ基板及び電気光学層を介して配置されたアクティブマトリックス基板と、を備えることを特徴とする電気光学装置。
7. 請求項６に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする投写型表示装置。

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