JP2004017324A - Two-layer microlens array and manufacturing method therefor - Google Patents

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Yukiko Nagasaka
長坂　由起子
Noriaki Okada
岡田　訓明
Kazuya Kitamura
北村　和也
Yoshihiro Sekimoto
関本　芳宏
Yukio Kurata
倉田　幸夫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-layer microlens array and a manufacturing method therefor which simplify the method of manufacturing the microlens array, reduce the cost of equipment, shorten the manufacturing time and also reduce the manufacturing cost. <P>SOLUTION: After a first microlens array 15 is prepared on one end face part 24a in the thickness direction of a base 24, light from a light source is transmitted through the array 15. By this simple operation alone, first and second microlens arrays 15 and 11A are disposed with a high alignment accuracy ensured in the mutual positional relationship. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２層マイクロレンズアレイおよびその製造方法に関し、たとえば単板式の投影形カラー液晶テレビジョンシステムおよび情報表示システムなどに適用される技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、直視形と投影形とに大別されている。たとえば、液晶プロジェクターなどにおいては、レンズを用いてスクリーンに表示セルの内容を投影する投影形であって、大画面表示が容易な投影形のものが用られている。この投影形液晶表示装置は、投影形ブラウン管表示装置と比較すると、色再現範囲が広く、小形、軽量であるため可搬性に優れている。投影形液晶表示装置の光学系は、地磁気の影響を受けないので、投影形液晶表示装置においては、コンバージェンス調整つまり色ずれ補正が不要になる。投影形液晶表示装置は、前述の特長を備えるとともに、直視形のものと比べて大画面化も容易であるので、家庭用映像表示装置の主流になると考えられる。
【０００３】
液晶表示素子を用いたカラーの投影形画像表示方式には、三原色に応じて３枚の液晶表示素子を用いる三板式と、１枚の液晶表示素子を用いる単板式とがある。三板式の画像表示方式の構造は、白色光を赤、緑、青の三原色にそれぞれ分割する光学系と、各色の光束を制御して画像を形成する３枚の液晶表示素子とがそれぞれ独立に設けられ、各色の画像が光学的に重畳されてフルカラー表示される。
【０００４】
単板式の画像表示方式の構造においては、各画素に三原色のカラーフィルタを配置することによって、１枚の液晶表示素子でカラー画像を投影するようになっている。この単板式のものは、使用する液晶表示素子が一枚ですみ、かつ光学系の構造も三板式のものと比べて単純化するので、投影形液晶表示装置の部品点数を削減して製作コストを低減することができるうえ、その小形化を図ることが可能になる。
【０００５】
図１４は、単板式の投影形液晶表示装置における液晶表示素子１と、第１および第２のマイクロレンズアレイ２，３とを、光束４の主光線Ｌ１を含む仮想平面で切断して示す要部断面図である。この投影形液晶表示装置は、特開平７−１８１４８７号公報に開示されている。液晶表示素子１において、ガラス基板５の光入射側の一端面部には、第１のマイクロレンズアレイ２が貼付けられている。ガラス基板５の光出射側の他端面部には、第２のマイクロレンズアレイ３が貼付けられている。図示外の３枚のダイクロイックミラーによって、白色光源からの白色光は、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各色に分割される。分割された各色の光束６，７，８は、第１のマイクロレンズアレイ２によって、第２のマイクロレンズアレイ３の光出射位置近傍に集光させる。第２のマイクロレンズアレイ３は、入射された光束６，７，８の主光線Ｌ２，Ｌ１，Ｌ３を平行化して液晶表示素子１から出射させる。第１および第２のマイクロレンズアレイ２，３は、熱だれ法、イオン交換法、熱転写法、機械加工法などを用いてそれぞれ製造され、製造された第１および第２のマイクロレンズアレイ２，３の光軸を位置合わせしつつ基板５に貼付けることによって、２層マイクロレンズアレイが製造される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した三板式の従来技術においては、白色光源から放射される光を有効に利用することができ、かつ色の純度も高いが、色分離系と色合成系とが必要であるため、光学系が複雑化し部品点数が多くなる。したがってこの投影形液晶表示装置は、製作コストが高くなるだけでなく、製造方法が複雑化する。
【０００７】
単板式の従来技術では、製作コストの低減および小形化を図ることが可能になるが、カラーフィルタによる光の吸収または反射が起こるので、入射光のたとえば約１／３程度しか利用することができない。したがって、光の利用効率が悪く表示画面が暗くなる。
【０００８】
特開平７−１８１４８７号公報に記載の従来技術では、特に第２のマイクロレンズアレイ３を設けることによって、表示画面を明るくすることが可能になるが、第１および第２のマイクロレンズアレイ２，３を基板５に貼付けるとき、第１のマイクロレンズアレイ２の微細なレンズパターンの複数のレンズの中心と、対応する第２のマイクロレンズアレイ３の複数のレンズの中心とが一致するように位置合わせしなければならない。この第１および第２のマイクロレンズアレイ２，３の位置合わせは困難であり、高精度の位置決め装置および貼合わせ装置などが必要になるので、設備費用が高くなる。しかも一つの２層マイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイ２と、第２のマイクロレンズアレイ３とを機械的操作によって位置合わせする必要があるので、タクトタイムが長くなるだけでなく、不良品の発生によって歩留まりが低下する原因となる。また光学特性が悪化するという問題がある。
【０００９】
したがって本発明の目的は、２層マイクロレンズアレイの製造方法を簡単化し、設備費用の低減を図り、製造時間の短縮を図り、製造コストを低減することができる２層マイクロレンズアレイおよびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１のマイクロレンズアレイを基板の厚み方向一端面部に作製する工程と、
基板の厚み方向他端面部に、感光性材料から成る層を形成する工程と、
光源からの光を第１のマイクロレンズアレイを透過させて感光性材料から成る層に照射して第２のマイクロレンズアレイを形成する工程とを有することを特徴とする２層マイクロレンズアレイの製造方法である。
【００１１】
本発明に従えば、基板の厚み方向一端面部に、第１のマイクロレンズアレイを作製した後、基板の厚み方向他端面部に感光性材料から成る層を形成され、光源からの光が、第１のマイクロレンズアレイを透過して感光性材料から成る層に照射され、基板の厚み方向他端面部に、第２のマイクロレンズアレイが形成される。光源からの光は、第１のマイクロレンズアレイを透過させて感光性材料から成る層に照射されるので、第２のマイクロレンズアレイが、第１のマイクロレンズアレイの焦点位置付近に形成される。
【００１２】
このように、第２のマイクロレンズアレイを形成するための光を、第１のマイクロレンズアレイに透過させるだけの簡単な操作で、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置され、光学特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも一つの２層マイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイと、第２のマイクロレンズアレイとを機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。
【００１３】
また本発明は、第１のマイクロレンズアレイを作製する工程は、
第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ部を有するスタンパを用いて、スタンパ部に流動性を有する樹脂材料を塗布する段階と、
樹脂材料を塗布したスタンパに、近づくように樹脂材料を塗布した側から基板を押圧する段階と、
樹脂材料を硬化させる段階とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、第１のマイクロレンズアレイを作製する場合には、スタンパを用いて、スタンパ部に流動性を有する樹脂材料を塗布した後、このスタンパに近づくように樹脂材料を塗布した側から基板を押圧する。次にこの樹脂材料を硬化させて、第１のマイクロレンズアレイを作製することができる。このように、第１のマイクロレンズアレイを作製する際、第１のマイクロレンズアレイに対して基板を精密に位置合わせする必要もなく、高精度の機械加工なども不要となるので、第１のマイクロレンズアレイを簡単に作製することができる。したがって２層マイクロレンズアレイの製作費を低減することができる。
【００１５】
また本発明は、前記スタンパは、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイに透過させることによって、基板の厚み方向他端面部の感光性材料から成る層に、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で光を集光させるマスク部が一体に形成されており、第２のマイクロレンズアレイを形成する工程は、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて、感光性材料から成る層に照射することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、第１のマイクロレンズアレイを作製した後、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて、感光性材料から成る層に、マスク部によって第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で照射する。このように、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて、感光性材料から成る層に、マスク部によって第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で照射することで、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状部分を、第１のマイクロレンズアレイの焦点位置付近に簡単かつ確実に設けることができる。
【００１７】
また本発明は、感光性材料から成る層を形成する工程は、
基板の厚み方向他端面部に、レンズ形成層および感光性材料から成るレジスト層を有する積層体を、レンズ形成層を基板側に配置して形成する段階を含み、
第２のマイクロレンズアレイを形成する工程は、
レジスト層に、光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイを透過させて照射して、レジスト層を第２のマイクロレンズアレイに対応する形状に加工する段階と、
レジスト層の形状を、エッチングによってレンズ形成層に転写して、第２のマイクロレンズアレイを形成する段階とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、基板の厚み方向他端面部に、レンズ形成層および感光性材料から成るレジスト層を有する積層体を、レンズ形成層を基板側に配置して形成する。レジスト層に、光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイを透過させて照射して、レジスト層を第２のマイクロレンズアレイに対応する形状に加工し、次に、レジスト層のレンズ形状部分を、エッチングによってレンズ形成層に転写して、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。このように、レンズ形成層およびレジスト層を有する積層体を、基板の厚み方向他端面部に形成しておき、レジスト層のレンズ形状部分を、加工精度の高いエッチングによってレンズ形成層に転写して、第２のマイクロレンズアレイを形成しているので、最終的に第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状部分を精密に形成することができる。
【００１９】
また本発明は、感光性材料は、紫外線硬化樹脂であり、
第２のマイクロレンズアレイを形成する工程は、
第１のマイクロレンズアレイを透過した紫外光を、前記紫外線硬化樹脂から成る層に照射することによって、紫外線硬化樹脂を硬化させて第２のマイクロレンズアレイを形成する段階を含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、第２のマイクロレンズアレイを形成する場合には、第１のマイクロレンズアレイを透過した紫外光を、紫外線硬化樹脂から成る層に照射することによって、この紫外線硬化樹脂を硬化させて第２のマイクロレンズアレイを形成する。基板の厚み方向他端面部に、紫外線硬化樹脂から成る層を形成したうえで、この層に第２のマイクロレンズアレイを直接形成することができるので、２層マイクロレンズアレイの全体の製造時間を大幅に短縮することができる。
【００２１】
また本発明は、第１のマイクロレンズアレイと、
第１のマイクロレンズアレイに積層されるフレネルレンズ形状の第２のマイクロレンズアレイとを含むことを特徴とする２層マイクロレンズアレイである。
【００２２】
本発明に従えば、第２のマイクロレンズアレイは、第１のマイクロレンズアレイに積層されるフレネルレンズ形状であるので、この第２のマイクロレンズアレイを厚み方向に薄くて軽い形状にすることができる。第２のマイクロレンズアレイを薄くできるので、第２のマイクロレンズアレイを形成する際の製造時間を短縮することが可能となる。
【００２３】
また本発明は、第２のマイクロレンズアレイは、平坦面部が第１のマイクロレンズアレイの出射面部に対向するように配置されることを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、第１のマイクロレンズアレイの出射面部から第２のマイクロレンズアレイの平坦面部に収束して入射してくる光を、外部に放射状に発散させることなく有効に活用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。
【００２５】
また本発明は、液晶表示素子と、
液晶表示素子の画素位置に光源からの光を集光させる請求項６または７に記載の２層マイクロレンズアレイとを備えることを特徴とする投影形カラー液晶表示装置である。
【００２６】
本発明に従えば、前記２層マイクロレンズアレイを用いて、液晶表示素子の画素位置に集光させることができる投影形カラー液晶表示装置を容易に実現することができる。
【００２７】
また本発明は、第１および第２のマイクロレンズアレイを含む２層マイクロレンズアレイを形成するための光透過性材料から成るスタンパであって、
厚み方向一端面部に、第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状に形成されるスタンパ部と、
厚み方向他端面部に、露光用光源からこのスタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させる透過光を第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で集光させるマスク部とを有することを特徴するスタンパである。
【００２８】
本発明に従えば、２層マイクロレンズアレイのうち第１のマイクロレンズアレイは、厚み方向一端面部に形成されるスタンパ部を用いて形成される。露光用光源からの光は、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で集光させる。このように、露光用光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイおよびマスク部に透過させるだけの簡単な操作で、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置され、光学特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも一つの２層マイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイと、第２のマイクロレンズアレイとを機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。スタンパは繰返し使用することができるので、２層マイクロレンズアレイを容易に大量生産することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の投影形カラー液晶表示装置１０の第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成する工程を段階的に示し、２層マイクロレンズアレイ１２を、光束２３Ｇの主光線Ｌｇを含む仮想平面で切断して示す断面図である。図２は、投影形カラー液晶表示装置１０の全体構造を示す模式図である。図３は、投影形カラー液晶表示装置１０のダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと、第１のマイクロレンズアレイ１５との関係を示す模式図である。本実施形態は、たとえば単板式の投影形カラー液晶表示装置１０に、本発明の２層マイクロレンズアレイ１２を適用した場合の一例を示す。以下の説明は、２層マイクロレンズアレイ１２の製造方法についての説明をも含む。
【００３０】
この投影形カラー液晶表示装置１０は、白色光源１６と、球面鏡１７と、コンデンサレンズ１８と、ダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと、第１および第２のマイクロレンズアレイ１５，１１（１１Ａ）を含む２層マイクロレンズアレイ１２と、液晶表示素子１９と、フィールドレンズ２０と、投影レンズ２１と、スクリーン２２とを有する。
【００３１】
白色光源１６にはメタルハライドランプが用いられ、白色光源１６に所定間隔をあけて球面鏡１７が配置されている。この球面鏡１７の図示外の曲率中心部と、白色光源１６の発光部１３の中心部分とは一致するように配置されている。白色光源１６に関して、球面鏡１７が配置される方向とは反対方向である白色光源１６の発光方向一方には、コンデンサレンズ１８が配置されている。このコンデンサレンズ１８の焦点と、白色光源１６の発光部の中心部分とは一致するように配置されている。白色光源１６からコンデンサレンズ１８に向けて白色光が出射され、コンデンサレンズ１８から前記発光方向一方に略平行な白色光束２３が出射されるように構成されている。
【００３２】
コンデンサレンズ１８の発光方向一方には、３種類のダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが配置されている。これらダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの光反射方向に、液晶表示素子１９が配置され、液晶表示素子１９に所定間隔をあけてフィールドレンズ２０が配置されている。フィールドレンズ２０の光出射方向に、投影レンズ２１を介してスクリーン２２が配置されている。３種類のダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、それぞれ異なる角度で配置されている。ダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射した白色光束２３は、それぞれ赤、緑、青の三原色に分割され、分割された各光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、それぞれ異なる角度で第１のマイクロレンズアレイ１５に入射するように構成されている。
【００３３】
ダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、それぞれ赤、緑、青の色に対応する各波長域の光を選択的に反射し、他は透過する特性を有する。つまりダイクロイックミラー１４Ｒは、たとえば約６００ｎｍより長波長の可視光を反射し、ダイクロイックミラー１４Ｇは、たとえば約５００ｎｍより短波長の可視光を反射し、ダイクロイックミラー１４Ｂは、たとえば約５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲の可視光を反射するように設定されている。
【００３４】
これらダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、前記発光方向一方つまり光軸方向一方にこの順序で配置されている。ダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのうち、白色光源１６から最も近い位置に配置されるダイクロイックミラー１４Ｒは、白色光源１６からの光束２３が、たとえば約３０度前後の入射角度αで入射するように設けられている。この入射角度αは、ダイクロイックミラー１４Ｒの平面部に直交する垂線に対する角度である。ダイクロイックミラー１４Ｒの光軸方向一方に配置されるダイクロイックミラー１４Ｇは、ダイクロイックミラー１４Ｒを含む仮想平面に対し角度θ傾けて設けられている。ダイクロイックミラー１４Ｇの光軸方向一方に配置されるダイクロイックミラー１４Ｂは、ダイクロイックミラー１４Ｒを含む仮想平面に対し角度２θ傾けて設けられている。前述のようにダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを配置すると、赤波長域、緑波長域、青波長域のそれぞれの光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、第１のマイクロレンズアレイ１５に対して、角度２θずつずれて入射する。特に緑波長域の光束２３Ｇは、第１のマイクロレンズアレイ１５の光出射面部に対して垂直に入射する。
【００３５】
図４は、投影形カラー液晶表示装置１０の液晶表示素子１９と、２層マイクロレンズアレイ１２とを、光束２３Ｇの主光線Ｌｇを含む仮想平面で切断して示す断面図である。液晶表示素子１９は、一対の石英基板２４，２５（以下、単に基板２４，２５と呼ぶ）と、信号電極２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂと、走査電極２７と、液晶層２８と、図示外の偏光板および配向膜とを有する。液晶表示素子１９の光入射側には、基板２４が配置されている。この基板２４のうち、ダイクロイックミラー１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに臨む厚み方向一端面部２４ａ（一表面部２４ａともいう）には、第１のマイクロレンズアレイ１５が配置され、基板２４の厚み方向他端面部２４ｂには、第２のマイクロレンズアレイ１１が配置されている。液晶表示素子１９の光軸方向一端部には、基板２５が配置されている。第２のマイクロレンズアレイ１１と基板２５との間には、液晶が封入される液晶層２８が形成されている。
【００３６】
基板２５のうち、第２のマイクロレンズアレイ１１に臨む表面部２５ａには、液晶層２８に封入された液晶を単純マトリクス駆動させるための帯状の信号電極２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂが一定間隔おきに形成されている。第２のマイクロレンズアレイ１１のうち基板２５に臨む表面部には、信号電極２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂの長手方向に直交する帯状の走査電極２７が一定間隔おきに形成されている。信号電極２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂにはそれぞれ赤Ｒ，緑Ｇ，青Ｂの信号が入力される。第２のマイクロレンズアレイ１１は、赤波長域および青波長域の各光束２３Ｒ，２３Ｂの主光線Ｌｒ，Ｌｂを、緑波長域の光束２３Ｇの主光線Ｌｇと略平行になる方向に角度２θだけ屈折させる作用を与える。
【００３７】
図５は、第１および第２のマイクロレンズアレイ１５，１１と、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各光束２３Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに対応する画素との配置関係を示す説明図である。第１および第２のマイクロレンズアレイ１５，１１（１１Ａ）を含む２層マイクロレンズアレイ１２は、液晶表示素子１９の画素位置に光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを収束させる作用を有する。図４および図５に示すように、第１のマイクロレンズアレイ１５は、その厚み方向一方Ｄ１に凸状に突出する複数の球面レンズ１５ａ（マイクロレンズ１５ａともいう）を含み、各マイクロレンズ１５ａのうち基板２４に臨む外周部２９は、第１のマイクロレンズアレイ１５をその厚み方向に見て、正六角形に形成されている。各マイクロレンズ１５ａの外周部２９は、隣接するマイクロレンズ１５ａの外周部２９にそれぞれ当接されて、前記厚み方向に見て蜂の巣形状を成している。したがって複数のマイクロレンズ１５ａは一定間隔おきに配置されている。
【００３８】
第２のマイクロレンズアレイ１１は、四角錐台に形成される複数のマイクロレンズ１１ａを含み、その画素配列がデルタ配列になっている。つまり各マイクロレンズ１１ａは、第１のマイクロレンズアレイ１５によって集光される三原色の集光スポット３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂが、隣接する信号電極２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂに対応するように、第２のマイクロレンズアレイ１１は配置されている。
【００３９】
第２マイクロレンズアレイ１１の各マイクロレンズとして、図１１（ａ）に示すようなフレネルレンズ形状のマイクロレンズ１１ｂを用いることも可能である。フレネルレンズ形状のマイクロレンズ１１ｂを用いた第２のマイクロレンズアレイ１１Ａによれば、そのレンズ高さを、四角錐台のマイクロレンズ１１ａを含む第２のマイクロレンズアレイ１１のレンズ高さよりも、たとえば約１／３以下に薄くすることができる。第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを薄くすることができるので、後述する第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成する際のエッチング時間を短縮することができる。それ故、レンズ形状の輪郭部の「だれ」を、未然に防止することができる。
【００４０】
図６は、２層マイクロレンズアレイ１２を製造する製造方法を説明するフローチャートである。ここで、Ｓｉ（ｉ＝１，２，３，…）はステップを示す。図７は、第１のマイクロレンズアレイ１５を作製する工程を段階的に示す図１相当図である。図８は、感光性材料から成るレジスト層３２（ネガ形レジスト３２または単にレジスト３２ともいう）を用いて第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成する工程を段階的に示し、２層マイクロレンズアレイ１２を、光束２３Ｇの主光線Ｌｇを含む仮想平面で切断して示す断面図である。図９は、図８の工程からさらに進展した工程を段階的に示す図８相当図である。
【００４１】
図６のステップ１，２および図７に示すように、第１のマイクロレンズアレイ１５は、紫外線照射によって硬化する紫外線硬化樹脂３３を用いた、いわゆる２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ　Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）法によって、基板２４の厚み方向一端面部２４ａに作製される。先ず、第１および第２のマイクロレンズアレイ１５，１１Ａを成形するためのスタンパ３４を製造する。このスタンパ３４の製造方法に関しては後述する。スタンパ３４の厚み方向一端面部には、第１のマイクロレンズアレイ１５の形状と対応する形状に形成されるスタンパ部３５である凹部が形成されている。スタンパ３４の厚み方向他端面部には、露光用光源からの光に位相変調を付与し、露光用光源からこのスタンパ３４および第１のマイクロレンズアレイ１５を透過させる透過光を、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状に対応する強度分布で集光させるためのマスク部３６が形成されている。
【００４２】
前記スタンパ３４の複数の凹部３５に、流動性を有する樹脂材料である高屈折率の紫外線硬化樹脂３３を盛付け、盛付けられた紫外線硬化樹脂３３およびスタンパ３４に、たとえば厚さ約１００μｍの基板２４の一表面部２４ａを押付ける。これによって基板２４と、スタンパ３４の複数の凹部３５とで協働して前記所望の形状の紫外線硬化樹脂３３が成形される。次に、基板２４の厚み方向一方から、所望の形状に成形された紫外線硬化樹脂３３に対し、紫外線Ｕｒを照射する。これによって前記紫外線硬化樹脂３３を硬化させて第１のマイクロレンズアレイ１５を製造する。このときスタンパ３４の各凹部３５には、石英と樹脂との密着性を弱めるための離型剤を塗布しておき、基板２４の一表面部２４ａには、石英と樹脂との密着性を強めるカップリング剤を塗布しておくことが望ましい。このようにして製造された第１のマイクロレンズアレイ１５は、たとえば最大直径約３０μｍ、焦点距離約７０μｍに設定されている。
【００４３】
第１のマイクロレンズアレイ１５を製造した後、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造する場合には、図６のステップ３および図８（ａ）に示すように、基板２４の厚み方向他端面部２４ｂに、レンズ形成層３７および感光性材料から成るレジスト層３２を有する積層体を、レンズ形成層３７を基板２４側に配置して形成する。レンズ形成層３７は、具体的には高屈折率の紫外線硬化樹脂を塗布した層である。レジスト層３２は、具体的には光強度に依存して露光深さの変化するネガ形レジストを塗布した層である。第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを成形するためのマスク部３６の製造方法に関しては後述する。
【００４４】
その後、図６のステップ４，５および図８（ｂ）に示すように、レジスト層３２が感度を有するたとえば波長約３６５ｎｍ付近の光Ｒａを、スタンパ３４の厚み方向一方に配置される露光用光源から、第１のマイクロレンズアレイ１５を透過させてレジスト層３２に対し照射する。この結果、レジスト層３２のうち、第１のマイクロレンズアレイ１５の焦点位置付近のホログラムマスク形状に対応する部分３２ａのみが露光され、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａに対応するレンズ形状部分が設けられる。
【００４５】
次に図８（ｃ）に示すように、レジスト層３２のうち露光されていない部分３２ｂを除去する。その後、図８（ｄ）に示すように、レジスト層３２の露光された部分３２ａの形状を、ドライエッチングによってレンズ形成層３７に転写して、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造する。このとき、レジスト層３２のエッチングレートに対し、レンズ形成層３７のエッチングレートを大きくする条件、すなわちエジスト層３２に対するレンズ形成層３７の選択比を上げる条件を用いてドライエッチングを行う。これによって、レジスト層３２のエッチング深さに対して、レンズ形成層３７のエッチング深さを深くすることができる。
【００４６】
一般に、分解能の高いレジストは、膜厚を薄くしか塗布することができないので、前記レジストに、深さのあるレンズ形状部分を形成することは困難である。このように分解能の高いレジストを用いるために膜厚が薄くなる場合であっても、前記選択比を大きくとってエッチングを行うことで、レンズ形成層３７でもって形成する第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの厚みを高くすることができる。このようにして製造された第２のマイクロレンズアレイ１１Ａは、たとえば長さ約４５μｍ、幅約１５μｍ、厚み約６μｍに設定されている。レンズ形成層３７およびレジスト層３２を有する積層体を、基板２４の厚み方向他端面部２４ｂに形成しておき、レジスト層３２のレンズ形状部分を、加工精度の高いエッチングによってレンズ形成層３７に転写して、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成しているので、最終的に第２のマイクロレンズアレイ１１Ａのレンズ形状部分を精密に形成することができる。
【００４７】
図９（ａ）に示すように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造後、第１のマイクロレンズアレイ１５をスタンパ３４から離型する。次に図９（ｂ）に示すように、第１のマイクロレンズアレイ１５に、低屈折率の紫外線硬化樹脂３８を介してマイクロレンズアレイ基板３９を貼付ける。すなわち、マイクロレンズアレイ基板３９のうち第１のマイクロレンズアレイ１５に臨む一表面部３９ａに、前記紫外線硬化樹脂３８を塗布し、マイクロレンズアレイ基板３９の一表面部３９ａを、紫外線硬化樹脂３８を介して第１のマイクロレンズアレイ１５に密着させる。その後、前記紫外線硬化樹脂３８に紫外光Ｒａを照射して硬化させる。次に図９（ｃ）に示すように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａに、低屈折率の紫外線硬化樹脂４０を塗布し、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの平坦化を行う。その後、投影形カラー液晶表示装置１０の２層マイクロレンズアレイ１２として用いるため、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの光出射方向一方に、走査電極、液晶層、信号電極などを形成する。
【００４８】
第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造する場合には、レジスト層３２の代わりに高屈折率の紫外線硬化樹脂から成る層４１を用いることもできる。図１０は、図７の工程からさらに進展した工程であって、前記紫外線硬化樹脂を用いて第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成する工程を段階的に示す図１相当図である。ただし前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図７に示すように、第１のマイクロレンズアレイ１５を基板２４の厚み方向一端面部２４ａに作製した後、前記基板２４の厚み方向他端面部２４ｂに第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成する。ここで用いられる感光性材料である前記紫外線硬化樹脂は、光強度によって硬化深さが変化する特性を有する。つまり照射される光強度が大きい程、紫外線硬化樹脂から成る層４１の照射部分は深くまで硬化し、照射される光強度が小さければ、紫外線硬化樹脂から成る層４１の照射部分は浅いところで硬化が止まる。
【００４９】
図１０（ａ）に示すように、基板２４の厚み方向他端面部２４ｂに、高屈折率の紫外線硬化樹脂から成る層４１を塗布し、この層４１に対し、紫外線Ｒａをスタンパ３４の厚み方向一方から照射する。図１０（ｂ）に示すように、スタンパ３４のマスク部３６を透過してきた紫外線Ｒａは、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状と対応した光強度を持つように設定されているので、紫外線硬化樹脂から成る層４１は、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａのレンズ形状部分を残して硬化する。
【００５０】
図１０（ｃ）に示すように、紫外線硬化樹脂から成る層４１のうち硬化していない部分４１ａを、除去することで、基板２４の厚み方向他端面部２４ｂに第２のマイクロレンズアレイ１１Ａが製造される。その後、前記紫外線硬化樹脂の硬化をより進めるため、基板２４全体に紫外光を再度照射してもよい。このように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造する場合に、基板２４の厚み方向他端面部２４ｂに、紫外線硬化樹脂から成る層４１を形成したうえで、この層４１に第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを直接形成することができる。したがって、前述した２層から成る積層体を形成する工程と、エッチング工程とが不要となり、２層マイクロレンズアレイ１２の製造時間を大幅に短縮することができる。エッチング工程が不要となるので、製造設備も簡単になり、その設備費用および２層マイクロレンズアレイ１２の製造コストを低減することができる。
【００５１】
第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造後、図１０（ｄ）に示すように、第１のマイクロレンズアレイ１５をスタンパ３４から離型する。次に図１０（ｅ）に示すように、第１のマイクロレンズアレイ１５に、低屈折率の紫外線硬化樹脂４２を介してマイクロレンズアレイ基板４３を貼付ける。すなわち、マイクロレンズアレイ基板４３のうち第１のマイクロレンズアレイ１５に臨む一表面部４３ａに、前記紫外線硬化樹脂４２を塗布し、マイクロレンズアレイ基板４３の一表面部４３ａを、紫外線硬化樹脂４２を介して第１のマイクロレンズアレイ１５に密着させる。その後、前記紫外線硬化樹脂４２に、紫外光Ｒａを照射して硬化させる。次に図１０（ｆ）に示すように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａに、低屈折率の紫外線硬化樹脂４４を塗布し、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの平坦化を行う。その後、投影形カラー液晶表示装置１０の２層マイクロレンズアレイ１２として用いるため、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの光出射方向一方に、走査電極、液晶層、信号電極などを形成する。
【００５２】
図１１は、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの配置方向と光の進行方向とを示す説明図である。第２のマイクロレンズアレイ１１Ａは、図１１（ａ）に示すように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの平坦面部１１ｂに対し、第１のマイクロレンズアレイ１５の光出射面部から出射された各光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが入射するように配置されている。つまり、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの平坦面部１１ｂは、第１のマイクロレンズアレイ１５の光出射面部に対して対向するように配置されている。これによって、前記平坦面部１１ｂに入射してくる光を、外部に放射状に発散させることなく略平行化して有効に活用することができる。なお、図１１（ｂ）に示すように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの鋸歯形状面部１１ｃに対し、各光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが入射するように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａが配置された場合には、光の利用効率が低下する。具体的には、鋸歯形状面部１１ｃのうち、レンズ効果のない垂直壁部分１１ｄに入射する光は、平行化されずに発散されてしまうので、光の利用効率が低下する。
【００５３】
図１２は、第１のマイクロレンズアレイ形成用のスタンパ３４および、第２のマイクロレンズアレイ形成用のホログラムマスクの製造方法を段階的に示す説明図である。図１２（ａ）に示すように、基板２４とは異なる別の基板である石英基板４５（以下、単に基板４５と呼ぶ）の厚み方向一端面部４５ａにポジ形電子線レジスト層４６を塗布する。このポジ形電子線レジスト層４６に、電子線露光によって、第１のマイクロレンズアレイ１５形成用の複数の凹部４６ａを形成する。次に図１２（ｂ）に示すように、基板４５に、複数の凹部３５をドライエッチングによって転写する。このとき、石英に対してエッチングレートの遅い電子線レジストを用いるか、または、多層構造のレジスト層を用いる。これにより、レンズの直径方向の大きさＤ２は、レジスト層の形状を変えることなく、所望のレンズ高さの形状を得ることができる。このようにして得られる基板４５の各凹部３５の寸法は、たとえば最大直径約３０μｍ、深さ約１０μｍに設定されている。
【００５４】
基板４５の厚み方向一端面部４５ａにおいて、凹部３５から適当距離離れた位置には、アライメントマーク４７が付設されている。このアライメントマーク４７は、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成するためのマスク部３６を位置合わせして形成するためのものである。次に、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成するためのマスク部３６を形成する。第２のマイクロレンズアレイ１１Ａは、第１のマイクロレンズアレイ１５の各マイクロレンズ１５ａから出射された赤、緑、青の三原色の光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの主光線Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを略平行化する。
【００５５】
このような第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成するために、マスク部３６を基板４５の厚み方向他端面部４５ｂに形成する。マスク部３６は、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形成位置に、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状に対応する強度分布で光を集光させる位相分布のホログラムである。このホログラムは、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａに入射された赤、青の光束２３Ｒ，２３Ｂの主光線Ｌｒ，Ｌｂを、緑の光束２３Ｇの主光線Ｌｇと略平行になる方向に２θの角度だけ屈折させる作用を有する。前記マスク部３６を形成するため、図１２（ｃ）に示すように、ポジ形電子線レジスト４８を、基板４５の厚み方向他端面部４５ｂに形成する。次に図１２（ｄ）および図１２（ｅ）に示すように、このポジ形電子線レジスト４８にドライエッチングを行って、基板４５の表面部４５ｂに前記ホログラムを転写してマスク部３６を製造する。
【００５６】
このときの基板４５とマスク部３６との位置合わせ精度は、たとえば約１μｍ以下に設定されている。すなわちアライメントマーク４７を図示外の電子線露光機で検出してアライメントを行った状態で、ポジ形電子線レジスト４８を電子線露光するので、基板４５とマスク部３６との位置合わせ精度を高精度化することができる。スタンパ３４には、前述した離型および加圧による応力が作用するため、スタンパ３４は、凹部３５の寸法がたとえば約１０μｍピッチ、深さ約１０ｎｍのもので、たとえば２０００ショット以上３０００ショット以下毎に交換する。
【００５７】
以上説明した２層マイクロレンズアレイ１２の製造方法によれば、基板２４の厚み方向一端面部２４ａに、第１のマイクロレンズアレイ１５を作製した後、光源からの光は、第１のマイクロレンズアレイ１５を透過させて感光性材料から成るレジスト層３２に照射されるので、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａが、第１のマイクロレンズアレイ１５の焦点位置付近に形成される。このように、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成するための光を、第１のマイクロレンズアレイ１５に透過させるだけの簡単な操作で、第１および第２のマイクロレンズアレイ１５，１１Ａが相互に位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置され、光学特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも一つの２層マイクロレンズアレイ１２を製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイ１５と、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａとを機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。
【００５８】
また第１のマイクロレンズアレイ１５を作製する場合には、スタンパ３４を用いて、スタンパ部３５に流動性を有する樹脂材料３３を塗布した後、このスタンパ３４に近づくように樹脂材料３３を塗布した側から基板２４を押圧する。次にこの樹脂材料３３を硬化させて、第１のマイクロレンズアレイ１５を作製することができる。このように、第１のマイクロレンズアレイ１５を作製する際、第１のマイクロレンズアレイ１５に対して基板２４を精密に位置合わせする必要もなく、高精度の機械加工なども不要となるので、第１のマイクロレンズアレイ１５を簡単に作製することができる。したがって２層マイクロレンズアレイ１２の製作費を低減することができる。
【００５９】
光源からの光を、スタンパ３４および第１のマイクロレンズアレイ１５を透過させて、感光性材料から成るレジスト層３２に、マスク部３６によって第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状に対応する強度分布で照射することで、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａのレンズ形状部分を、第１のマイクロレンズアレイ１５の焦点位置付近に簡単かつ確実に設けることができる。
【００６０】
第２のマイクロレンズアレイ１１Ａのマイクロレンズは、フレネルレンズ形状であるので、この第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを厚み方向に薄くて軽い形状にすることができる。第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを薄くできるので、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成する際のたとえばエッチング時間を短縮することが可能となる。
【００６１】
また、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの平坦面部１１ｂが、第１のマイクロレンズアレイ１５の出射面部に対して対向するように配置されるので、第１のマイクロレンズアレイ１５の出射面部から平坦面部１１ｂに収束して入射してくる光を、外部に放射状に発散させることなく有効に用い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うえ、隣接する画素位置に迷光が入り混色することを防ぐことができる。また、このような２層マイクロレンズアレイ１２を用いて、液晶表示素子１９の画素位置に集光させることができる投影形カラー液晶表示装置１０を容易に実現することができる。
【００６２】
２層マイクロレンズアレイ１２のうち第１のマイクロレンズアレイ１５は、基板４５の厚み方向一端面部４５ａに形成されるスタンパ部３５を用いて形成される。露光用光源からの光は、基板４５および第１のマイクロレンズアレイ１５を透過させて第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状に対応する強度分布で集光させる。このように、露光用光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイ１５およびマスク部３６に透過させるだけの簡単な操作で、第１および第２のマイクロレンズアレイ１５，１１Ａが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置され、光学特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。スタンパ３４は繰返し使用することができるので、２層マイクロレンズアレイ１２を容易に大量生産することが可能となる。
【００６３】
図１３は、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを、ホログラムマスク４９と凸レンズ５０とを用いて形成する製造方法を説明する説明図である。ただし前記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。前記ホログラムマスク４９は、入射される光に位相変調を与える作用を有する。ホログラムマスク４９の厚み方向一端面部には、レンズ効果を有する鋸歯形状面部４９ａが形成され、ホログラムマスク４９の厚み方向他端面部には、平坦面部４９ｂが形成されている。凸レンズ５０の背面部５０ａに、ホログラムマスク４９の平坦面部４９ｂが当接されている。第１のマイクロレンズアレイ１５は、これらホログラムマスク４９と凸レンズ５０とに対し所定間隔をあけて配置され、かつ、凸レンズ５０の凸部５０ｂに臨んで配置される。
【００６４】
第１のマイクロレンズアレイ１５を基板の表面部２４ａに製造した後、基板の表面部２４ｂに、高屈折率の紫外線硬化樹脂３７を塗布し、さらに、光強度に依存して露光深さの変化するネガ形レジスト３２を塗布する。その後、ホログラムマスク４９の厚み方向一方に配置される露光用光源から、平行な紫外光Ｒａをホログラムマスク４９に対し照射する。この平行な紫外光Ｒａは、ホログラムマスク４９にて位相変調を受け、凸レンズ５０によって収束される。収束された光束は、反転して発散光となり、第１のマイクロレンズアレイ１５に入射される。
【００６５】
前記入射された光束は、第１のマイクロレンズアレイ１５によって再び平行光とされ、この平行光をレジスト層３２に対し照射する。この結果、レジスト層３２のうち、第１のマイクロレンズアレイ１５の焦点位置付近のホログラムマスク形状に対応する部分のみが露光され、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状が形成される。以下、前述した図８（ｃ）および図８（ｄ）に示す第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの製造方法に基づいて、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを製造する。ここで、ホログラムマスク４９の形状部分に対し、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状部分は、大きくなるように設計しているので、凸レンズ５０の焦点距離と、第１のマイクロレンズアレイ１５の焦点距離とは等しくなる。
【００６６】
ホログラムマスク４９の形状部分の大きさを、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形状部分の大きさよりも小さくなるように設定することも可能である。この場合には、凸レンズ５０の焦点距離を、第１のマイクロレンズアレイ１５の焦点距離よりも小さく設定する。つまり第２のマイクロレンズアレイ１１Ａの形成時に、凸レンズ５０および第１のマイクロレンズアレイ１５を拡大光学系として使用することもできる。このように、凸レンズ５０および第１のマイクロレンズアレイ１５を拡大光学系として使用することで、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａのうち、隣接するマイクロレンズ１１ｂの間隔を、前記実施形態のものよりも小さく作製することができる。したがって２層マイクロレンズアレイ１２の小形化を図ることができる。
【００６７】
本実施形態においては、位相形のホログラムであるマスク部３６を用いて、第２のマイクロレンズアレイ１１Ａを形成しているが、本発明の実施の他の形態として、マスク部３６と同じ作用を持つ屈折率変化を利用したホログラムを用いて、第２のマイクロレンズアレイを形成してもよい。白色光源として、メタルハライドランプ以外のたとえばハロゲンランプまたはキセノンランプなどを使用することも可能である。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板の厚み方向一端面部に、第１のマイクロレンズアレイを作製した後、光源からの光は、第１のマイクロレンズアレイを透過させて感光性材料から成る層に照射されるので、第２のマイクロレンズアレイが、第１のマイクロレンズアレイの焦点位置付近に形成される。
【００６９】
このように、第２のマイクロレンズアレイを形成するための光を、第１のマイクロレンズアレイに透過させるだけの簡単な操作で、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置され、光学特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも一つの２層マイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイと、第２のマイクロレンズアレイとを機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。
【００７０】
また本発明によれば、スタンパ部に流動性を有する樹脂材料を塗布した後、スタンパに、近づくように樹脂材料を塗布した側から基板を押圧し、その後この樹脂材料を硬化させて、第１のマイクロレンズアレイを作製することができる。このように、第１のマイクロレンズアレイを作製する際、第１のマイクロレンズアレイに対して基板を精密に位置合わせする必要もなく、高精度の機械加工なども不要となるので、第１のマイクロレンズアレイを簡単に作製することができる。したがって２層マイクロレンズアレイの製作費を低減することができる。
【００７１】
また本発明によれば、第１のマイクロレンズアレイを作製した後、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて、感光性材料から成る層に、マスク部によって第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で照射する。このように、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて、感光性材料から成る層に照射することで、第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状部分を、第１のマイクロレンズアレイの焦点位置付近に簡単かつ確実に設けることができる。
【００７２】
また本発明によれば、レジスト層に、光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイを透過させて照射して、レジスト層を第２のマイクロレンズアレイに対応する形状に加工し、次に、レジスト層のレンズ形状部分を、エッチングによってレンズ形成層に転写して、第２のマイクロレンズアレイを形成することができる。このように、レンズ形成層およびレジスト層を有する積層体を、基板の厚み方向他端面部に形成しておき、レジスト層のレンズ形状部分を、加工精度の高いエッチングによってレンズ形成層に転写して、第２のマイクロレンズアレイを形成しているので、最終的に第２のマイクロレンズアレイのレンズ形状部分を精密に形成することができる。
【００７３】
また本発明によれば、第２のマイクロレンズアレイを形成する場合には、第１のマイクロレンズアレイを透過した紫外光を、紫外線硬化樹脂から成る層に照射することによって、この紫外線硬化樹脂を硬化させて第２のマイクロレンズアレイを形成する。基板の厚み方向他端面部に、紫外線硬化樹脂から成る層を形成したうえで、この層に第２のマイクロレンズアレイを直接形成することができるので、２層マイクロレンズアレイの全体の製造時間を大幅に短縮することができる。
【００７４】
また本発明によれば、第２のマイクロレンズアレイは、第１のマイクロレンズアレイに積層されるフレネルレンズ形状であるので、この第２のマイクロレンズアレイを厚み方向に薄くて軽い形状にすることができる。第２のマイクロレンズアレイを薄くできるので、第２のマイクロレンズアレイを形成する際の製造時間を短縮することが可能となる。
【００７５】
また本発明によれば、第１のマイクロレンズアレイの出射面部から第２のマイクロレンズアレイの平坦面部に収束して入射してくる光を、外部に放射状に発散させることなく有効に活用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。
【００７６】
また本発明によれば、前記２層マイクロレンズアレイを用いて、液晶表示素子の画素位置に集光させることができる投影形カラー液晶表示装置を容易に実現することができる。
【００７７】
また本発明によれば、２層マイクロレンズアレイのうち第１のマイクロレンズアレイは、厚み方向一端面部に形成されるスタンパ部を用いて形成される。露光用光源からの光は、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で集光させる。このように、露光用光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイおよびマスク部に透過させるだけの簡単な操作で、第１および第２のマイクロレンズアレイが相互の位置関係における高い位置合わせ精度を確保して配置され、光学特性を向上することができ、不良品の発生による歩留まり低下を防止することができる。しかも一つの２層マイクロレンズアレイを製造する毎に、第１のマイクロレンズアレイと、第２のマイクロレンズアレイとを機械的操作によって位置合わせする必要がなくなり、タクトタイムを短縮することができる。また高精度の位置決め装置および貼合わせ装置が不要となり、設備費用を低減することができる。スタンパは繰返し使用することができるので、２層マイクロレンズアレイを容易に大量生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の投影形カラー液晶表示装置の第２のマイクロレンズアレイを形成する工程を段階的に示し、２層マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図２】投影形カラー液晶表示装置の全体構造を示す模式図である。
【図３】投影形カラー液晶表示装置のダイクロイックミラーと、第１のマイクロレンズアレイとの関係を示す模式図である。
【図４】投影形カラー液晶表示装置の液晶表示素子と、２層マイクロレンズアレイとを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図５】第１および第２のマイクロレンズアレイと、赤、緑、青の各光束に対応する画素との配置関係を示す説明図である。
【図６】２層マイクロレンズアレイを製造する製造方法を説明するフローチャートである。
【図７】第１のマイクロレンズアレイを作製する工程を段階的に示す図１相当図である。
【図８】ネガ形レジストを用いて第２のマイクロレンズアレイを形成する工程を段階的に示し、２層マイクロレンズアレイを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【図９】図８の工程からさらに進展した工程を段階的に示す図８相当図である。
【図１０】図７の工程からさらに進展した工程であって、紫外線硬化樹脂を用いて第２のマイクロレンズアレイを形成する工程を段階的に示す図１相当図である。
【図１１】第２のマイクロレンズアレイの配置方向と光の進行方向とを示す説明図である。
【図１２】第１のマイクロレンズアレイ形成用のスタンパおよび、第２のマイクロレンズアレイ形成用のホログラムマスクの製造方法を段階的に示す説明図である。
【図１３】第２のマイクロレンズアレイを、ホログラムマスクと凸レンズとを用いて形成する製造方法を説明する説明図である。
【図１４】従来の投影形カラー液晶表示装置の液晶表示素子と、第１および第２のマイクロレンズアレイとを、光束の主光線を含む仮想平面で切断して示す断面図である。
【符号の説明】
１０　投影形カラー液晶表示装置
１１Ａ　第２のマイクロレンズアレイ
１１ｂ　マイクロレンズ
１２　２層マイクロレンズアレイ
１５　第１のマイクロレンズアレイ
１５ａ　マイクロレンズ
１９　液晶表示素子
２３　光束
３２　レジスト層
３３　紫外線硬化樹脂
３４　スタンパ
３５　スタンパ部
３６　マスク部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-layer microlens array and a method of manufacturing the same, and relates to a technique applied to, for example, a single-panel projection color liquid crystal television system and an information display system.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display devices are roughly classified into a direct-view type and a projection type. For example, in a liquid crystal projector or the like, a projection type in which the contents of a display cell is projected on a screen using a lens, and a projection type in which a large-screen display is easy is used. This projection type liquid crystal display device is excellent in portability because it has a wide color reproduction range, is small and lightweight, as compared with the projection type CRT display device. Since the optical system of the projection type liquid crystal display device is not affected by terrestrial magnetism, convergence adjustment, that is, color shift correction is not required in the projection type liquid crystal display device. The projection type liquid crystal display device has the above-mentioned features and is easy to enlarge the screen as compared with the direct-view type, and is therefore considered to be the mainstream of home video display devices.
[0003]
Color projection image display methods using liquid crystal display elements include a three-panel type using three liquid crystal display elements according to three primary colors and a single-panel type using one liquid crystal display element. The structure of the three-panel image display system consists of an optical system that divides white light into three primary colors of red, green, and blue, and three liquid crystal display elements that control the luminous flux of each color to form an image. The images of the respective colors are optically superimposed and displayed in full color.
[0004]
In the structure of the single-panel image display system, a color image is projected by one liquid crystal display element by disposing three primary color filters in each pixel. This single-panel type requires only one liquid crystal display element, and the structure of the optical system is simpler than that of the three-panel type. Can be reduced, and the size can be reduced.
[0005]
FIG. 14 is a sectional view showing the liquid crystal display element 1 and the first and second microlens arrays 2 and 3 in the single-panel projection type liquid crystal display device cut along a virtual plane including the principal ray L1 of the light beam 4. It is a fragmentary sectional view. This projection type liquid crystal display device is disclosed in JP-A-7-181487. In the liquid crystal display element 1, a first microlens array 2 is attached to one end surface of the glass substrate 5 on the light incident side. The second microlens array 3 is attached to the other end surface on the light emission side of the glass substrate 5. White light from a white light source is divided into red R, green G, and blue B by three dichroic mirrors (not shown). The split light fluxes 6, 7, 8 of each color are condensed by the first micro lens array 2 near the light emission position of the second micro lens array 3. The second microlens array 3 collimates the principal rays L2, L1, L3 of the incident light fluxes 6, 7, 8 and emits them from the liquid crystal display element 1. The first and second microlens arrays 2 and 3 are manufactured using a heat dripping method, an ion exchange method, a thermal transfer method, a machining method, and the like, respectively, and the manufactured first and second microlens arrays 2 and 3 are manufactured. The two-layer microlens array is manufactured by affixing the optical axis 3 to the substrate 5 while aligning the optical axes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional three-plate system, light emitted from a white light source can be effectively used, and the color purity is high, but since a color separation system and a color synthesis system are required, an optical system is required. And the number of parts increases. Therefore, this projection type liquid crystal display device not only increases the manufacturing cost but also complicates the manufacturing method.
[0007]
According to the conventional single-plate technology, the manufacturing cost can be reduced and the size can be reduced. However, since light is absorbed or reflected by the color filter, only about 1/3 of the incident light can be used. . Therefore, the light use efficiency is poor and the display screen is dark.
[0008]
In the prior art described in JP-A-7-181487, the display screen can be made brighter by providing the second microlens array 3 in particular. When attaching 3 to the substrate 5, the centers of the plurality of lenses of the fine lens pattern of the first microlens array 2 and the centers of the corresponding plurality of lenses of the second microlens array 3 match. Must be aligned. It is difficult to align the first and second microlens arrays 2 and 3, and a high-precision positioning device and a bonding device are required, so that the equipment cost increases. Moreover, each time one two-layer microlens array is manufactured, the first microlens array 2 and the second microlens array 3 need to be aligned by mechanical operation, so that the tact time only becomes longer. Instead, the yield may decrease due to the occurrence of defective products. In addition, there is a problem that optical characteristics are deteriorated.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a two-layer microlens array capable of simplifying a method of manufacturing a two-layer microlens array, reducing equipment costs, shortening a manufacturing time, and reducing a manufacturing cost, and a method of manufacturing the same. It is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a step of forming a first microlens array on one end surface in a thickness direction of a substrate;
Forming a layer made of a photosensitive material on the other end in the thickness direction of the substrate;
Forming a second microlens array by transmitting light from a light source through the first microlens array to irradiate a layer made of a photosensitive material. Is the way.
[0011]
According to the invention, after a first microlens array is formed on one end surface in the thickness direction of the substrate, a layer made of a photosensitive material is formed on the other end surface in the thickness direction of the substrate. The second microlens array is formed on the other end in the thickness direction of the substrate by irradiating the layer made of a photosensitive material through one microlens array. The light from the light source passes through the first microlens array and irradiates the layer made of the photosensitive material, so that the second microlens array is formed near the focal position of the first microlens array. .
[0012]
As described above, the first and second microlens arrays have a high positional relationship with each other by a simple operation of merely transmitting light for forming the second microlens array to the first microlens array. Positioning is performed while ensuring alignment accuracy, optical characteristics can be improved, and a decrease in yield due to occurrence of defective products can be prevented. In addition, every time one two-layer microlens array is manufactured, it is not necessary to align the first microlens array and the second microlens array by mechanical operation, and the tact time can be reduced. In addition, a high-precision positioning device and a bonding device are not required, and equipment costs can be reduced.
[0013]
Further, in the present invention, the step of manufacturing the first microlens array includes:
Using a stamper having a stamper portion having a shape corresponding to the shape of the first microlens array, applying a resin material having fluidity to the stamper portion;
Pressing the substrate from the side on which the resin material has been applied so as to approach the stamper on which the resin material has been applied,
Curing the resin material.
[0014]
According to the present invention, when the first microlens array is manufactured, a resin material having fluidity is applied to the stamper using a stamper, and then the resin material is applied so as to approach the stamper. From the substrate. Next, this resin material is cured to produce a first microlens array. As described above, when the first microlens array is manufactured, it is not necessary to precisely align the substrate with the first microlens array, and high-precision machining is not required. A microlens array can be easily manufactured. Therefore, the manufacturing cost of the two-layer microlens array can be reduced.
[0015]
Further, in the invention, it is preferable that the stamper transmits light from a light source to the stamper and the first microlens array to form a second microlens on a layer made of a photosensitive material on the other end surface in the thickness direction of the substrate. A mask portion for condensing light with an intensity distribution corresponding to the shape of the array is integrally formed, and the step of forming the second microlens array includes: transmitting light from a light source to a stamper and the first microlens array. And irradiates the layer made of a photosensitive material.
[0016]
According to the present invention, after producing the first microlens array, the light from the light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, and is converted into a second layer made of a photosensitive material by the mask section. Irradiation is performed with an intensity distribution corresponding to the shape of the microlens array. As described above, the light from the light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, and is radiated to the layer made of the photosensitive material by the mask portion with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array. Thus, the lens-shaped portion of the second microlens array can be easily and reliably provided near the focal position of the first microlens array.
[0017]
In the present invention, the step of forming a layer made of a photosensitive material includes:
On the other end surface in the thickness direction of the substrate, a laminate having a lens forming layer and a resist layer made of a photosensitive material, including forming the lens forming layer disposed on the substrate side,
The step of forming the second microlens array includes:
Irradiating the resist layer with light from a light source through the first microlens array to process the resist layer into a shape corresponding to the second microlens array;
Transferring the shape of the resist layer to the lens forming layer by etching to form a second microlens array.
[0018]
According to the present invention, a laminate having a lens forming layer and a resist layer made of a photosensitive material on the other end surface in the thickness direction of the substrate is formed by disposing the lens forming layer on the substrate side. The resist layer is irradiated with light from a light source passing through the first microlens array to process the resist layer into a shape corresponding to the second microlens array. Can be transferred to the lens forming layer by etching to form a second microlens array. As described above, the laminate having the lens forming layer and the resist layer is formed on the other end surface in the thickness direction of the substrate, and the lens-shaped portion of the resist layer is transferred to the lens forming layer by etching with high processing accuracy. Since the second microlens array is formed, the lens-shaped portion of the second microlens array can be finally formed precisely.
[0019]
In the present invention, the photosensitive material is an ultraviolet curable resin,
The step of forming the second microlens array includes:
Irradiating the layer made of the ultraviolet curable resin with the ultraviolet light transmitted through the first microlens array, thereby curing the ultraviolet curable resin to form a second microlens array. .
[0020]
According to the present invention, when forming the second microlens array, the ultraviolet curable resin is cured by irradiating the layer made of the ultraviolet curable resin with the ultraviolet light transmitted through the first microlens array. Thus, a second microlens array is formed. The second microlens array can be directly formed on this layer after forming a layer made of an ultraviolet curable resin on the other end surface in the thickness direction of the substrate, so that the overall manufacturing time of the two-layer microlens array is reduced. It can be greatly reduced.
[0021]
The present invention also provides a first microlens array,
A second microlens array having a Fresnel lens shape laminated on the first microlens array.
[0022]
According to the present invention, since the second microlens array has a Fresnel lens shape laminated on the first microlens array, it is possible to make the second microlens array thin and light in the thickness direction. it can. Since the thickness of the second microlens array can be reduced, it is possible to reduce the manufacturing time when forming the second microlens array.
[0023]
Further, the invention is characterized in that the second microlens array is arranged such that the flat surface portion faces the emission surface portion of the first microlens array.
[0024]
According to the present invention, it is possible to effectively utilize light converging and entering the flat surface portion of the second microlens array from the emission surface portion of the first microlens array without radially diverging to the outside. This makes it possible to increase the light use efficiency.
[0025]
The present invention also provides a liquid crystal display element,
A two-layer microlens array according to claim 6 or 7, which condenses light from a light source at a pixel position of a liquid crystal display element.
[0026]
According to the present invention, it is possible to easily realize a projection type color liquid crystal display device capable of condensing light at a pixel position of a liquid crystal display element using the two-layer microlens array.
[0027]
The present invention is also a stamper made of a light-transmitting material for forming a two-layer microlens array including the first and second microlens arrays,
A stamper formed on one end surface in the thickness direction, the stamper having a shape corresponding to the shape of the first microlens array;
A mask portion for condensing light transmitted from the exposure light source through the stamper and the first microlens array with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array is provided on the other end surface in the thickness direction. It is a characteristic stamper.
[0028]
According to the present invention, the first microlens array of the two-layer microlens array is formed using a stamper formed on one end surface in the thickness direction. Light from the exposure light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, and is condensed with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array. As described above, the simple operation of transmitting the light from the light source for exposure to the first microlens array and the mask portion allows the first and second microlens arrays to have a high alignment accuracy in a mutual positional relationship. , The optical characteristics can be improved, and a decrease in yield due to the occurrence of defective products can be prevented. In addition, every time one two-layer microlens array is manufactured, it is not necessary to align the first microlens array and the second microlens array by mechanical operation, and the tact time can be reduced. In addition, a high-precision positioning device and a bonding device are not required, and equipment costs can be reduced. Since the stamper can be used repeatedly, it is possible to easily mass-produce the two-layer microlens array.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a step-by-step process of forming a second microlens array 11A of a projection type color liquid crystal display device 10 according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing cut | disconnected and shown by the virtual plane containing. FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall structure of the projection type color liquid crystal display device 10. FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the dichroic mirrors 14R, 14G, 14B of the projection type color liquid crystal display device 10 and the first microlens array 15. This embodiment shows an example in which the two-layer microlens array 12 of the present invention is applied to, for example, a single-panel projection type color liquid crystal display device 10. The following description includes a description of a method for manufacturing the two-layer microlens array 12.
[0030]
The projection type color liquid crystal display device 10 includes a white light source 16, a spherical mirror 17, a condenser lens 18, dichroic mirrors 14R, 14G, 14B, and first and second micro lens arrays 15, 11 (11A). It has a two-layer microlens array 12, a liquid crystal display element 19, a field lens 20, a projection lens 21, and a screen 22.
[0031]
A metal halide lamp is used as the white light source 16, and a spherical mirror 17 is arranged at a predetermined interval from the white light source 16. The center of curvature (not shown) of the spherical mirror 17 and the center of the light emitting section 13 of the white light source 16 are arranged so as to coincide with each other. With respect to the white light source 16, a condenser lens 18 is arranged in one of the light emitting directions of the white light source 16 which is opposite to the direction in which the spherical mirror 17 is arranged. The focal point of the condenser lens 18 and the central portion of the light emitting section of the white light source 16 are arranged so as to coincide with each other. The white light source 16 emits white light toward the condenser lens 18, and the condenser lens 18 emits a white light flux 23 substantially parallel to one of the light emitting directions.
[0032]
Three types of dichroic mirrors 14R, 14G and 14B are arranged on one side of the light emission direction of the condenser lens 18. A liquid crystal display element 19 is arranged in the light reflection direction of the dichroic mirrors 14R, 14G, 14B, and a field lens 20 is arranged at a predetermined interval on the liquid crystal display element 19. A screen 22 is arranged via a projection lens 21 in the light emitting direction of the field lens 20. The three types of dichroic mirrors 14R, 14G, 14B are arranged at different angles. The white luminous flux 23 incident on the dichroic mirrors 14R, 14G, 14B is divided into three primary colors of red, green, and blue, respectively, and the divided luminous fluxes 23R, 23G, 23B are respectively separated from the first microlens array 15 at different angles. It is configured to be incident on.
[0033]
The dichroic mirrors 14R, 14G, and 14B have a characteristic of selectively reflecting light in each wavelength region corresponding to red, green, and blue colors, and transmitting the other light. That is, the dichroic mirror 14R reflects visible light having a wavelength longer than, for example, about 600 nm, the dichroic mirror 14G reflects visible light having a wavelength shorter than, for example, about 500 nm, and the dichroic mirror 14B has a range of, for example, about 500 nm to 570 nm. Is set to reflect visible light.
[0034]
These dichroic mirrors 14R, 14G, 14B are arranged in this order in one of the light emitting directions, that is, one in the optical axis direction. Among the dichroic mirrors 14R, 14G, and 14B, the dichroic mirror 14R disposed closest to the white light source 16 is provided such that the light flux 23 from the white light source 16 is incident at an incident angle α of about 30 degrees, for example. Have been. The incident angle α is an angle with respect to a perpendicular line perpendicular to the plane portion of the dichroic mirror 14R. The dichroic mirror 14G disposed on one side in the optical axis direction of the dichroic mirror 14R is provided at an angle θ with respect to a virtual plane including the dichroic mirror 14R. The dichroic mirror 14B arranged on one side in the optical axis direction of the dichroic mirror 14G is provided at an angle 2θ with respect to a virtual plane including the dichroic mirror 14R. When the dichroic mirrors 14R, 14G, and 14B are arranged as described above, the luminous fluxes 23R, 23G, and 23B in the red, green, and blue wavelength ranges are respectively at an angle 2θ with respect to the first microlens array 15. Incidently shifted by In particular, the light beam 23G in the green wavelength region is perpendicularly incident on the light exit surface of the first microlens array 15.
[0035]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the liquid crystal display element 19 and the two-layer microlens array 12 of the projection type color liquid crystal display device 10 cut along a virtual plane including the principal ray Lg of the light flux 23G. The liquid crystal display element 19 includes a pair of quartz substrates 24, 25 (hereinafter simply referred to as substrates 24, 25), signal electrodes 26R, 26G, 26B, scanning electrodes 27, a liquid crystal layer 28, and a polarizing plate (not shown). And an alignment film. On the light incident side of the liquid crystal display element 19, a substrate 24 is arranged. A first microlens array 15 is disposed on one end surface 24a (also referred to as one surface portion 24a) of the substrate 24 in the thickness direction facing the dichroic mirrors 14R, 14G, and 14B, and the other end surface of the substrate 24 in the thickness direction. The second microlens array 11 is arranged at 24b. A substrate 25 is disposed at one end of the liquid crystal display element 19 in the optical axis direction. A liquid crystal layer 28 in which liquid crystal is sealed is formed between the second microlens array 11 and the substrate 25.
[0036]
Band-shaped signal electrodes 26R, 26G, and 26B for driving the liquid crystal sealed in the liquid crystal layer 28 in a simple matrix are formed at regular intervals on a surface portion 25a of the substrate 25 facing the second microlens array 11. Have been. On the surface of the second microlens array 11 facing the substrate 25, strip-shaped scanning electrodes 27 orthogonal to the longitudinal direction of the signal electrodes 26R, 26G, 26B are formed at regular intervals. Red R, green G, and blue B signals are input to the signal electrodes 26R, 26G, and 26B, respectively. The second microlens array 11 converts the principal rays Lr, Lb of the light fluxes 23R, 23B in the red and blue wavelength ranges by an angle 2θ in a direction substantially parallel to the principal ray Lg of the light flux 23G in the green wavelength range. Provides refraction.
[0037]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between the first and second microlens arrays 15 and 11 and pixels corresponding to the red R, green G and blue B light fluxes 23R, 26G and 26B. The two-layer microlens array 12 including the first and second microlens arrays 15 and 11 (11A) has a function of converging the light fluxes 23R, 23G and 23B at the pixel positions of the liquid crystal display element 19. As shown in FIGS. 4 and 5, the first microlens array 15 includes a plurality of spherical lenses 15a (also referred to as microlenses 15a) protruding in one thickness direction D1 in a thickness direction thereof. The outer peripheral portion 29 facing the substrate 24 is formed in a regular hexagon when the first microlens array 15 is viewed in the thickness direction. The outer peripheral portion 29 of each microlens 15a is in contact with the outer peripheral portion 29 of the adjacent microlens 15a, and forms a honeycomb shape when viewed in the thickness direction. Therefore, the plurality of micro lenses 15a are arranged at regular intervals.
[0038]
The second microlens array 11 includes a plurality of microlenses 11a formed in a truncated quadrangular pyramid, and the pixel arrangement is a delta arrangement. That is, each microlens 11a is arranged so that the condensed spots 31R, 31G, and 31B of the three primary colors condensed by the first microlens array 15 correspond to the adjacent signal electrodes 26R, 26G, and 26B. The lens array 11 is arranged.
[0039]
As each micro lens of the second micro lens array 11, a micro lens 11b having a Fresnel lens shape as shown in FIG. 11A can be used. According to the second microlens array 11A using the microlenses 11b having the Fresnel lens shape, the lens height is, for example, larger than the lens height of the second microlens array 11 including the truncated pyramid microlenses 11a, for example. The thickness can be reduced to about 1/3 or less. Since the thickness of the second microlens array 11A can be reduced, the etching time for forming the second microlens array 11A described later can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the "outline" of the contour of the lens shape.
[0040]
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the two-layer microlens array 12. Here, Si (i = 1, 2, 3,...) Indicates a step. FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 1, showing steps of manufacturing the first microlens array 15 in a stepwise manner. FIG. 8 shows step by step a process of forming the second microlens array 11A using a resist layer 32 (also referred to as a negative resist 32 or simply a resist 32) made of a photosensitive material. Is a cross-sectional view cut along a virtual plane including a principal ray Lg of a light beam 23G. FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8, which shows steps that have further advanced from the steps of FIG. 8.
[0041]
As shown in Steps 1 and 2 of FIG. 6 and FIG. 7, the first microlens array 15 is formed of a thickness of the substrate 24 by a so-called 2P (Photo Polymerization) method using an ultraviolet curing resin 33 which is cured by irradiation with ultraviolet light. It is formed on one end surface 24a in the direction. First, a stamper 34 for forming the first and second microlens arrays 15, 11A is manufactured. A method of manufacturing the stamper 34 will be described later. On one end surface in the thickness direction of the stamper 34, a concave portion which is a stamper portion 35 formed in a shape corresponding to the shape of the first microlens array 15 is formed. On the other end surface in the thickness direction of the stamper 34, a phase modulation is applied to the light from the light source for exposure, and the transmitted light transmitted through the stamper 34 and the first microlens array 15 is transmitted from the light source for exposure to the second micro-lens. A mask portion 36 for condensing light with an intensity distribution corresponding to the shape of the lens array 11A is formed.
[0042]
A high-refractive-index ultraviolet curable resin 33, which is a resin material having fluidity, is laid on the plurality of concave portions 35 of the stamper 34, and a substrate having a thickness of, for example, about 100 μm 24, one surface portion 24a is pressed. Thereby, the ultraviolet curable resin 33 having the desired shape is formed in cooperation with the substrate 24 and the plurality of concave portions 35 of the stamper 34. Next, from one side in the thickness direction of the substrate 24, the ultraviolet curable resin 33 formed into a desired shape is irradiated with ultraviolet light Ur. Thereby, the ultraviolet curing resin 33 is cured to manufacture the first microlens array 15. At this time, a release agent for weakening the adhesion between the quartz and the resin is applied to each recess 35 of the stamper 34, and the adhesion between the quartz and the resin is enhanced on one surface 24a of the substrate 24. It is desirable to apply a coupling agent. The first microlens array 15 manufactured in this manner is set, for example, to have a maximum diameter of about 30 μm and a focal length of about 70 μm.
[0043]
When manufacturing the second microlens array 11A after manufacturing the first microlens array 15, as shown in Step 3 of FIG. 6 and FIG. A laminate having a lens forming layer 37 and a resist layer 32 made of a photosensitive material is formed on 24b by disposing the lens forming layer 37 on the substrate 24 side. The lens forming layer 37 is specifically a layer coated with a high refractive index ultraviolet curable resin. Specifically, the resist layer 32 is a layer coated with a negative resist whose exposure depth changes depending on the light intensity. A method for manufacturing the mask portion 36 for forming the second microlens array 11A will be described later.
[0044]
Thereafter, as shown in Steps 4 and 5 of FIG. 6 and FIG. 8B, the light Ra having a sensitivity of the resist layer 32, for example, a wavelength of about 365 nm is emitted to one side of the stamper 34 in the thickness direction. After that, the light is transmitted through the first microlens array 15 to irradiate the resist layer 32. As a result, only the portion 32a of the resist layer 32 corresponding to the hologram mask shape near the focal position of the first microlens array 15 is exposed, and a lens shape portion corresponding to the second microlens array 11A is provided. .
[0045]
Next, as shown in FIG. 8C, the unexposed portion 32b of the resist layer 32 is removed. Thereafter, as shown in FIG. 8D, the shape of the exposed portion 32a of the resist layer 32 is transferred to the lens forming layer 37 by dry etching to manufacture the second microlens array 11A. At this time, dry etching is performed under conditions that increase the etching rate of the lens forming layer 37 with respect to the etching rate of the resist layer 32, that is, conditions that increase the selectivity of the lens forming layer 37 with respect to the edge layer 32. Thereby, the etching depth of the lens forming layer 37 can be made larger than the etching depth of the resist layer 32.
[0046]
In general, a resist having a high resolution can be applied only in a small film thickness, so that it is difficult to form a deep lens-shaped portion in the resist. Even in the case where the film thickness is reduced due to the use of a resist having a high resolution as described above, the second microlens array 11A formed by the lens forming layer 37 is formed by performing etching while increasing the selectivity. Can be made thicker. The second microlens array 11A manufactured in this way is set to, for example, about 45 μm in length, about 15 μm in width, and about 6 μm in thickness. A laminate having the lens forming layer 37 and the resist layer 32 is formed on the other end 24b in the thickness direction of the substrate 24, and the lens-shaped portion of the resist layer 32 is transferred to the lens forming layer 37 by etching with high processing accuracy. Then, since the second microlens array 11A is formed, the lens-shaped portion of the second microlens array 11A can be finally formed precisely.
[0047]
As shown in FIG. 9A, after manufacturing the second microlens array 11A, the first microlens array 15 is released from the stamper. Next, as shown in FIG. 9B, a microlens array substrate 39 is adhered to the first microlens array 15 via an ultraviolet curing resin 38 having a low refractive index. That is, the ultraviolet curing resin 38 is applied to one surface 39a of the microlens array substrate 39 facing the first microlens array 15, and the one surface 39a of the microlens array substrate 39 is coated with the ultraviolet curing resin 38. The first microlens array 15 is brought into close contact therewith. Thereafter, the ultraviolet curing resin 38 is irradiated with ultraviolet light Ra to be cured. Next, as shown in FIG. 9C, an ultraviolet curable resin 40 having a low refractive index is applied to the second microlens array 11A to flatten the second microlens array 11A. Thereafter, a scanning electrode, a liquid crystal layer, a signal electrode, and the like are formed on one side of the light emission direction of the second microlens array 11A for use as the two-layer microlens array 12 of the projection type color liquid crystal display device 10.
[0048]
When manufacturing the second microlens array 11A, a layer 41 made of a high-refractive-index ultraviolet curable resin can be used instead of the resist layer 32. FIG. 10 is a view which is a step further advanced from the step of FIG. 7 and corresponds to FIG. 1, which shows stepwise a step of forming the second microlens array 11A using the ultraviolet curing resin. However, the same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 7, after the first microlens array 15 is formed on one end surface 24a in the thickness direction of the substrate 24, the second microlens array 11A is formed on the other end surface 24b in the thickness direction of the substrate 24. The ultraviolet curable resin, which is a photosensitive material used here, has a property that the curing depth changes depending on the light intensity. In other words, the higher the intensity of the irradiated light, the deeper the irradiated portion of the layer 41 made of the ultraviolet curable resin is cured. If the lower the intensity of the irradiated light, the irradiated portion of the layer 41 made of the ultraviolet curable resin is cured at a shallower position. Stop.
[0049]
As shown in FIG. 10A, a layer 41 made of a high-refractive-index ultraviolet curable resin is applied to the other end 24b in the thickness direction of the substrate 24, and ultraviolet rays Ra are applied to this layer 41 in the thickness direction of the stamper 34. Irradiate from one side. As shown in FIG. 10B, the ultraviolet light Ra transmitted through the mask portion 36 of the stamper 34 is set to have a light intensity corresponding to the shape of the second microlens array 11A. The layer 41 made of resin is cured while leaving the lens-shaped portion of the second microlens array 11A.
[0050]
As shown in FIG. 10C, by removing the uncured portion 41a of the layer 41 made of the ultraviolet curable resin, the second microlens array 11A is formed on the other end surface 24b in the thickness direction of the substrate 24. Manufactured. Thereafter, in order to further promote the curing of the ultraviolet curable resin, the entire substrate 24 may be irradiated with ultraviolet light again. As described above, when manufacturing the second microlens array 11A, a layer 41 made of an ultraviolet curable resin is formed on the other end surface portion 24b in the thickness direction of the substrate 24, and then the second microlens is formed on this layer 41. Array 11A can be formed directly. Therefore, the steps of forming the above-described two-layer laminate and the etching step become unnecessary, and the manufacturing time of the two-layer microlens array 12 can be greatly reduced. Since the etching step is not required, the manufacturing equipment can be simplified, and the equipment cost and the manufacturing cost of the two-layer microlens array 12 can be reduced.
[0051]
After manufacturing the second microlens array 11A, the first microlens array 15 is released from the stamper 34 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 10E, a microlens array substrate 43 is attached to the first microlens array 15 via a low-refractive-index ultraviolet curable resin. That is, the ultraviolet curing resin 42 is applied to one surface 43a of the microlens array substrate 43 facing the first microlens array 15, and the one surface 43a of the microlens array substrate 43 is coated with the ultraviolet curing resin 42. The first microlens array 15 is brought into close contact therewith. Thereafter, the ultraviolet curing resin 42 is irradiated with ultraviolet light Ra to be cured. Next, as shown in FIG. 10F, an ultraviolet curable resin 44 having a low refractive index is applied to the second microlens array 11A, and the second microlens array 11A is flattened. Thereafter, a scanning electrode, a liquid crystal layer, a signal electrode, and the like are formed on one side of the light emission direction of the second microlens array 11A for use as the two-layer microlens array 12 of the projection type color liquid crystal display device 10.
[0052]
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the arrangement direction of the second microlens array 11A and the traveling direction of light. As shown in FIG. 11A, the second microlens array 11A is configured such that each light beam emitted from the light emission surface of the first microlens array 15 is placed on the flat surface 11b of the second microlens array 11A. 23R, 23G, and 23B are arranged so as to enter. That is, the flat surface portion 11b of the second microlens array 11A is disposed so as to face the light emission surface portion of the first microlens array 15. Thereby, the light incident on the flat surface portion 11b can be made substantially parallel without being radiated to the outside, and can be effectively used. As shown in FIG. 11B, the second microlens array 11A is arranged such that the light beams 23R, 23G, and 23B are incident on the sawtooth-shaped surface portion 11c of the second microlens array 11A. In such a case, the light use efficiency decreases. Specifically, the light incident on the vertical wall portion 11d having no lens effect in the sawtooth-shaped surface portion 11c is diverged without being parallelized, so that the light use efficiency is reduced.
[0053]
FIG. 12 is an explanatory view showing step by step a method of manufacturing the first microlens array forming stamper 34 and the second microlens array forming hologram mask. As shown in FIG. 12A, a positive type electron beam resist layer 46 is applied to one end surface 45a in the thickness direction of a quartz substrate 45 (hereinafter simply referred to as a substrate 45) which is another substrate different from the substrate 24. A plurality of recesses 46a for forming the first microlens array 15 are formed in the positive electron beam resist layer 46 by electron beam exposure. Next, as shown in FIG. 12B, the plurality of recesses 35 are transferred to the substrate 45 by dry etching. At this time, an electron beam resist having a low etching rate with respect to quartz is used, or a resist layer having a multilayer structure is used. Thereby, the shape having the desired lens height can be obtained without changing the shape of the resist layer for the size D2 in the diameter direction of the lens. The size of each recess 35 of the substrate 45 thus obtained is set, for example, to a maximum diameter of about 30 μm and a depth of about 10 μm.
[0054]
An alignment mark 47 is provided at a position at an appropriate distance from the recess 35 on one end surface 45 a in the thickness direction of the substrate 45. The alignment mark 47 is for aligning and forming a mask portion 36 for forming the second microlens array 11A. Next, a mask portion 36 for forming the second microlens array 11A is formed. The second microlens array 11A substantially parallels the principal rays Lr, Lg, and Lb of the three primary colors of light 23R, 23G, and 23B emitted from the respective microlenses 15a of the first microlens array 15. Become
[0055]
In order to form such a second microlens array 11A, a mask portion 36 is formed on the other end surface portion 45b in the thickness direction of the substrate 45. The mask section 36 is a hologram having a phase distribution that condenses light at a position where the second microlens array 11A is formed with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array 11A. This hologram converts the principal rays Lr and Lb of the red and blue light fluxes 23R and 23B incident on the second microlens array 11A by an angle of 2θ in a direction substantially parallel to the principal ray Lg of the green light flux 23G. Has the effect of refraction. In order to form the mask portion 36, a positive electron beam resist 48 is formed on the other end 45b in the thickness direction of the substrate 45, as shown in FIG. Next, as shown in FIGS. 12D and 12E, the hologram is transferred to the surface portion 45b of the substrate 45 by performing dry etching on the positive electron beam resist 48 to manufacture the mask portion 36. I do.
[0056]
At this time, the alignment accuracy between the substrate 45 and the mask portion 36 is set to, for example, about 1 μm or less. That is, the electron beam exposure is performed on the positive electron beam resist 48 in a state where the alignment mark 47 is detected by an electron beam exposure device (not shown) and the alignment accuracy between the substrate 45 and the mask portion 36 is improved. Can be Since the above-described stress due to mold release and pressurization acts on the stamper 34, the stamper 34 has a concave portion 35 having a dimension of, for example, about 10 μm and a depth of about 10 nm, and for example, every 2000 to 3000 shots. Exchange.
[0057]
According to the method for manufacturing the two-layer microlens array 12 described above, after the first microlens array 15 is formed on one end surface 24a in the thickness direction of the substrate 24, light from the light source is transmitted to the first microlens array. The second microlens array 11 </ b> A is formed near the focal position of the first microlens array 15 because the second microlens array 11 </ b> A is radiated to the resist layer 32 made of a photosensitive material through the first microlens array 15. In this manner, the first and second microlens arrays 15 and 11A can be connected to each other by a simple operation of transmitting the light for forming the second microlens array 11A to the first microlens array 15. In this case, the alignment is ensured with high alignment accuracy in the positional relationship, the optical characteristics can be improved, and the reduction in the yield due to the occurrence of defective products can be prevented. In addition, every time one two-layer microlens array 12 is manufactured, it is not necessary to align the first microlens array 15 and the second microlens array 11A by mechanical operation, and the tact time can be reduced. Can be. In addition, a high-precision positioning device and a bonding device are not required, and equipment costs can be reduced.
[0058]
When the first microlens array 15 is manufactured, a resin material 33 having fluidity is applied to the stamper portion 35 using the stamper 34, and then the resin material 33 is applied so as to approach the stamper 34. The substrate 24 is pressed from the side. Next, the resin material 33 is cured, so that the first microlens array 15 can be manufactured. As described above, when manufacturing the first microlens array 15, there is no need to precisely position the substrate 24 with respect to the first microlens array 15, and high-precision machining is not required. The first microlens array 15 can be easily manufactured. Therefore, the manufacturing cost of the two-layer microlens array 12 can be reduced.
[0059]
The light from the light source is transmitted through the stamper 34 and the first microlens array 15 and is applied to the resist layer 32 made of a photosensitive material by the mask portion 36 with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array 11A. By irradiating, the lens-shaped portion of the second microlens array 11A can be easily and reliably provided near the focal position of the first microlens array 15.
[0060]
Since the microlenses of the second microlens array 11A have a Fresnel lens shape, the second microlens array 11A can be made thin and light in the thickness direction. Since the second microlens array 11A can be made thin, it is possible to shorten, for example, the etching time when forming the second microlens array 11A.
[0061]
In addition, since the flat surface portion 11b of the second microlens array 11A is disposed so as to face the emission surface portion of the first microlens array 15, the flat surface portion from the emission surface portion of the first microlens array 15 It is possible to effectively use the light that is converged and incident on 11b without radially diverging to the outside, so that the light use efficiency can be improved, and stray light enters adjacent pixel positions and is mixed. Can be prevented. Further, by using such a two-layer microlens array 12, it is possible to easily realize the projection type color liquid crystal display device 10 capable of condensing light at the pixel position of the liquid crystal display element 19.
[0062]
The first microlens array 15 of the two-layer microlens array 12 is formed by using a stamper 35 formed on one end surface 45 a in the thickness direction of the substrate 45. Light from the light source for exposure passes through the substrate 45 and the first microlens array 15 and is condensed with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array 11A. As described above, the positional relationship between the first and second microlens arrays 15 and 11A is established by a simple operation of transmitting the light from the light source for exposure to the first microlens array 15 and the mask unit 36. In this case, the alignment is ensured with high alignment accuracy, the optical characteristics can be improved, and a decrease in yield due to the occurrence of defective products can be prevented. Since the stamper 34 can be used repeatedly, the two-layer microlens array 12 can be easily mass-produced.
[0063]
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing method for forming the second microlens array 11A using the hologram mask 49 and the convex lens 50. However, the same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The hologram mask 49 has a function of giving phase modulation to incident light. A hologram mask 49 has a sawtooth-shaped surface portion 49a having a lens effect on one end surface in the thickness direction, and a flat surface portion 49b on the other end surface in the thickness direction. The flat surface portion 49b of the hologram mask 49 is in contact with the rear surface portion 50a of the convex lens 50. The first microlens array 15 is arranged at a predetermined distance from the hologram mask 49 and the convex lens 50, and is arranged facing the convex portion 50 b of the convex lens 50.
[0064]
After the first microlens array 15 is manufactured on the surface portion 24a of the substrate, an ultraviolet curable resin 37 having a high refractive index is applied to the surface portion 24b of the substrate, and the exposure depth changes depending on the light intensity. A negative resist 32 is applied. After that, the hologram mask 49 is irradiated with parallel ultraviolet light Ra from an exposure light source arranged on one side in the thickness direction of the hologram mask 49. The parallel ultraviolet light Ra undergoes phase modulation by the hologram mask 49 and is converged by the convex lens 50. The converged light flux is inverted and becomes divergent light, and is incident on the first microlens array 15.
[0065]
The incident light beam is converted into parallel light again by the first microlens array 15, and the parallel light is applied to the resist layer 32. As a result, only the portion of the resist layer 32 corresponding to the hologram mask shape near the focal position of the first microlens array 15 is exposed, and the shape of the second microlens array 11A is formed. Hereinafter, the second microlens array 11A is manufactured based on the above-described method for manufacturing the second microlens array 11A shown in FIGS. 8C and 8D. Here, since the shape of the second microlens array 11A is designed to be larger than the shape of the hologram mask 49, the focal length of the convex lens 50 and the focus of the first microlens array 15 are different. It will be equal to the distance.
[0066]
It is also possible to set the size of the shape portion of the hologram mask 49 to be smaller than the size of the shape portion of the second microlens array 11A. In this case, the focal length of the convex lens 50 is set smaller than the focal length of the first micro lens array 15. That is, when forming the second microlens array 11A, the convex lens 50 and the first microlens array 15 can be used as a magnifying optical system. As described above, by using the convex lens 50 and the first microlens array 15 as a magnifying optical system, the interval between the adjacent microlenses 11b in the second microlens array 11A is set to be larger than that in the embodiment. It can be made small. Therefore, the size of the two-layer microlens array 12 can be reduced.
[0067]
In the present embodiment, the second microlens array 11A is formed using the mask portion 36, which is a phase-shaped hologram. However, as another embodiment of the present invention, the same operation as the mask portion 36 is performed. The second microlens array may be formed using a hologram utilizing a change in refractive index. As a white light source, for example, a halogen lamp or a xenon lamp other than the metal halide lamp can be used. In addition, various partial changes may be made to the embodiment without departing from the scope of the claims.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after forming the first microlens array on one end surface in the thickness direction of the substrate, light from the light source is transmitted through the first microlens array and is made of a photosensitive material. As the layer is illuminated, a second microlens array is formed near the focal position of the first microlens array.
[0069]
As described above, the first and second microlens arrays have a high positional relationship with each other by a simple operation of merely transmitting light for forming the second microlens array to the first microlens array. Positioning is performed while ensuring alignment accuracy, optical characteristics can be improved, and a decrease in yield due to occurrence of defective products can be prevented. In addition, every time one two-layer microlens array is manufactured, it is not necessary to align the first microlens array and the second microlens array by mechanical operation, and the tact time can be reduced. In addition, a high-precision positioning device and a bonding device are not required, and equipment costs can be reduced.
[0070]
Further, according to the present invention, after applying a resin material having fluidity to the stamper portion, the substrate is pressed from the side where the resin material is applied so as to approach the stamper, and then the resin material is cured to form the first resin. Can be manufactured. As described above, when the first microlens array is manufactured, it is not necessary to precisely align the substrate with the first microlens array, and high-precision machining is not required. A microlens array can be easily manufactured. Therefore, the manufacturing cost of the two-layer microlens array can be reduced.
[0071]
According to the invention, after the first microlens array is manufactured, the light from the light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, and the light is applied to the layer made of the photosensitive material by the mask unit. Irradiation with an intensity distribution corresponding to the shape of the microlens array. As described above, the light from the light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, and is irradiated on the layer made of the photosensitive material, so that the lens-shaped portion of the second microlens array is changed to the first microlens array. It can be easily and reliably provided near the focal position of the microlens array.
[0072]
Further, according to the present invention, the resist layer is irradiated with light from a light source through the first microlens array to process the resist layer into a shape corresponding to the second microlens array. The lens-shaped portion of the resist layer can be transferred to the lens forming layer by etching to form the second microlens array. As described above, the laminate having the lens forming layer and the resist layer is formed on the other end surface in the thickness direction of the substrate, and the lens-shaped portion of the resist layer is transferred to the lens forming layer by etching with high processing accuracy. Since the second microlens array is formed, the lens-shaped portion of the second microlens array can be finally formed precisely.
[0073]
Further, according to the present invention, when forming the second microlens array, the ultraviolet curable resin is irradiated with ultraviolet light transmitted through the first microlens array to irradiate the layer made of the ultraviolet curable resin. Curing to form a second microlens array. The second microlens array can be directly formed on this layer after forming a layer made of an ultraviolet curable resin on the other end surface in the thickness direction of the substrate, so that the overall manufacturing time of the two-layer microlens array is reduced. It can be greatly reduced.
[0074]
Further, according to the present invention, the second microlens array has a Fresnel lens shape laminated on the first microlens array, so that the second microlens array is thin and light in the thickness direction. Can be. Since the thickness of the second microlens array can be reduced, it is possible to reduce the manufacturing time when forming the second microlens array.
[0075]
Further, according to the present invention, it is possible to effectively utilize light that converges and enters the flat surface portion of the second microlens array from the emission surface portion of the first microlens array without radially diverging to the outside. And the light use efficiency can be improved.
[0076]
Further, according to the present invention, it is possible to easily realize a projection type color liquid crystal display device capable of condensing light at a pixel position of a liquid crystal display element using the two-layer microlens array.
[0077]
Further, according to the present invention, the first microlens array of the two-layer microlens array is formed using the stamper formed on one end surface in the thickness direction. Light from the exposure light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, and is condensed with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array. As described above, the simple operation of transmitting the light from the light source for exposure to the first microlens array and the mask portion allows the first and second microlens arrays to have a high alignment accuracy in a mutual positional relationship. , The optical characteristics can be improved, and a decrease in yield due to the occurrence of defective products can be prevented. In addition, every time one two-layer microlens array is manufactured, it is not necessary to align the first microlens array and the second microlens array by mechanical operation, and the tact time can be reduced. In addition, a high-precision positioning device and a bonding device are not required, and equipment costs can be reduced. Since the stamper can be used repeatedly, it is possible to easily mass-produce the two-layer microlens array.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a step-by-step process of forming a second microlens array of a projection type color liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, in which a two-layer microlens array is cut along a virtual plane including a principal ray of a light beam. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall structure of a projection type color liquid crystal display device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a dichroic mirror of a projection type color liquid crystal display device and a first microlens array.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display element of a projection type color liquid crystal display device and a two-layer microlens array cut along a virtual plane including a principal ray of a light beam.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between first and second microlens arrays and pixels corresponding to red, green, and blue light fluxes.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a two-layer microlens array.
FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 1, showing steps of manufacturing a first microlens array.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of forming a second microlens array using a negative resist in a stepwise manner, showing the two-layer microlens array cut along a virtual plane including a principal ray of a light beam. .
FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8, which shows, in a step-by-step manner, the steps further advanced from the steps of FIG.
FIG. 10 is a view, which is a step further advanced from the step of FIG. 7, and corresponds to FIG. 1, which shows stepwise a step of forming a second microlens array using an ultraviolet curable resin.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an arrangement direction of a second microlens array and a traveling direction of light.
FIG. 12 is an explanatory view showing step by step a method of manufacturing a first microlens array forming stamper and a second microlens array forming hologram mask.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing method for forming a second microlens array using a hologram mask and a convex lens.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display element of a conventional projection type color liquid crystal display device and first and second microlens arrays cut along a virtual plane including a principal ray of a light beam.
[Explanation of symbols]
10. Projection type color liquid crystal display
11A Second microlens array
11b micro lens
12 Two-layer microlens array
15 First micro lens array
15a Micro lens
19 Liquid crystal display device
23 luminous flux
32 resist layer
33 UV curable resin
34 Stamper
35 Stamper
36 Mask part

Claims (9)

第１のマイクロレンズアレイを基板の厚み方向一端面部に作製する工程と、
基板の厚み方向他端面部に、感光性材料から成る層を形成する工程と、
光源からの光を第１のマイクロレンズアレイを透過させて感光性材料から成る層に照射して第２のマイクロレンズアレイを形成する工程とを有することを特徴とする２層マイクロレンズアレイの製造方法。Forming a first microlens array on one end surface in the thickness direction of the substrate;
Forming a layer made of a photosensitive material on the other end in the thickness direction of the substrate;
Forming a second microlens array by transmitting light from a light source through the first microlens array to irradiate a layer made of a photosensitive material. Method. 第１のマイクロレンズアレイを作製する工程は、
第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状を有するスタンパ部を有するスタンパを用いて、スタンパ部に流動性を有する樹脂材料を塗布する段階と、
樹脂材料を塗布したスタンパに、近づくように樹脂材料を塗布した側から基板を押圧する段階と、
樹脂材料を硬化させる段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の２層マイクロレンズアレイの製造方法。The step of producing the first microlens array includes:
Using a stamper having a stamper portion having a shape corresponding to the shape of the first microlens array, applying a resin material having fluidity to the stamper portion;
Pressing the substrate from the side on which the resin material has been applied so as to approach the stamper on which the resin material has been applied,
2. The method of claim 1, further comprising the step of curing the resin material. 前記スタンパは、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイに透過させることによって、基板の厚み方向他端面部の感光性材料から成る層に、第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で光を集光させるマスク部が一体に形成されており、第２のマイクロレンズアレイを形成する工程は、光源からの光を、スタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させて、感光性材料から成る層に照射することを特徴とする請求項２に記載の２層マイクロレンズアレイの製造方法。The stamper transmits light from a light source to the stamper and the first microlens array to form a layer corresponding to the shape of the second microlens array on the layer made of a photosensitive material at the other end surface in the thickness direction of the substrate. A mask portion for condensing light with an intensity distribution is formed integrally, and in the step of forming the second microlens array, the light from the light source is transmitted through the stamper and the first microlens array, 3. The method for manufacturing a two-layer microlens array according to claim 2, wherein irradiation is performed on a layer made of a photosensitive material. 感光性材料から成る層を形成する工程は、
基板の厚み方向他端面部に、レンズ形成層および感光性材料から成るレジスト層を有する積層体を、レンズ形成層を基板側に配置して形成する段階を含み、
第２のマイクロレンズアレイを形成する工程は、
レジスト層に、光源からの光を、第１のマイクロレンズアレイを透過させて照射して、レジスト層を第２のマイクロレンズアレイに対応する形状に加工する段階と、
レジスト層の形状を、エッチングによってレンズ形成層に転写して、第２のマイクロレンズアレイを形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の２層マイクロレンズアレイの製造方法。The step of forming a layer made of a photosensitive material includes:
On the other end surface in the thickness direction of the substrate, a laminate having a lens forming layer and a resist layer made of a photosensitive material, including forming the lens forming layer disposed on the substrate side,
The step of forming the second microlens array includes:
Irradiating the resist layer with light from a light source through the first microlens array to process the resist layer into a shape corresponding to the second microlens array;
Transferring the shape of the resist layer to the lens forming layer by etching to form a second microlens array. 4. The two-layer microlens array according to claim 1, wherein Manufacturing method. 感光性材料は、紫外線硬化樹脂であり、
第２のマイクロレンズアレイを形成する工程は、
第１のマイクロレンズアレイを透過した紫外光を、前記紫外線硬化樹脂から成る層に照射することによって、紫外線硬化樹脂を硬化させて第２のマイクロレンズアレイを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の２層マイクロレンズアレイの製造方法。The photosensitive material is an ultraviolet curing resin,
The step of forming the second microlens array includes:
Irradiating the layer made of the ultraviolet curable resin with the ultraviolet light transmitted through the first microlens array, thereby curing the ultraviolet curable resin to form a second microlens array. A method for manufacturing a two-layer microlens array according to claim 1. 第１のマイクロレンズアレイと、
第１のマイクロレンズアレイに積層されるフレネルレンズ形状の第２のマイクロレンズアレイとを含むことを特徴とする２層マイクロレンズアレイ。A first microlens array;
A second microlens array having a Fresnel lens shape laminated on the first microlens array. 第２のマイクロレンズアレイは、平坦面部が第１のマイクロレンズアレイの出射面部に対向するように配置されることを特徴とする請求項６に記載の２層マイクロレンズアレイ。The two-layer microlens array according to claim 6, wherein the second microlens array is arranged so that a flat surface portion faces the emission surface portion of the first microlens array. 液晶表示素子と、
液晶表示素子の画素位置に光源からの光を集光させる請求項６または７に記載の２層マイクロレンズアレイとを備えることを特徴とする投影形カラー液晶表示装置。A liquid crystal display element,
A projection type color liquid crystal display device comprising: the two-layer microlens array according to claim 6 or 7, which condenses light from a light source at a pixel position of a liquid crystal display element. 第１および第２のマイクロレンズアレイを含む２層マイクロレンズアレイを形成するための光透過性材料から成るスタンパであって、
厚み方向一端面部に、第１のマイクロレンズアレイの形状と対応する形状に形成されるスタンパ部と、
厚み方向他端面部に、露光用光源からこのスタンパおよび第１のマイクロレンズアレイを透過させる透過光を第２のマイクロレンズアレイの形状に対応する強度分布で集光させるマスク部とを有することを特徴するスタンパ。A stamper comprising a light transmitting material for forming a two-layer microlens array including a first and a second microlens array,
A stamper formed on one end surface in the thickness direction, the stamper having a shape corresponding to the shape of the first microlens array;
A mask portion for condensing light transmitted from the exposure light source through the stamper and the first microlens array with an intensity distribution corresponding to the shape of the second microlens array is provided on the other end surface in the thickness direction. A characteristic stamper.
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JP2015523710A (en) * 2012-05-02 2015-08-13 ヘレーウス ノーブルライト ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテルハフツングＨｅｒａｅｕｓ Ｎｏｂｌｅｌｉｇｈｔ ＧｍｂＨ Method for producing an optical module having a polymer optical system, optical module and use thereof
WO2021194037A1 (en) * 2019-08-13 2021-09-30 주식회사 옵토전자 Micro-optical element and optoelectronic module comprising same

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