JP2007101834A

JP2007101834A - マイクロレンズの製造方法、マスク、マイクロレンズ、空間光変調装置及びプロジェクタ

Info

Publication number: JP2007101834A
Application number: JP2005290805A
Authority: JP
Inventors: Shunji Uejima; 俊司上島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】所望のレンズ形状とは異なる形状のマイクロレンズが形成される事態を低減でき
、良好な光学特性を備えたマイクロレンズを製造することを可能とするマイクロレンズの
製造方法等を提供すること。
【解決手段】基板１０１上にマスク層１０２を形成するマスク層形成工程と、マスク層１
０２のうち、基板１０１上の第１の領域に対応する部分にマスク開口部１０５を形成する
マスク開口部形成工程と、第１の領域に包含され、かつ第１の領域より小さい第２の領域
を開口領域とする凹部１１３を形成する凹部形成工程と、マスク開口部１０５を介して、
凹部１１３が形成された基板１０１にエッチングを施すことにより、レンズ形状１１４を
形成するレンズ形状形成工程と、を含む。
【選択図】図１−３

Description

本発明は、マイクロレンズの製造方法、マスク、マイクロレンズ、空間光変調装置及び
プロジェクタ、特に、プロジェクタの空間光変調装置に設けられるマイクロレンズを製造
する製造方法の技術に関する。

プロジェクタの空間光変調装置、特に、液晶型空間光変調装置には、複数のマイクロレ
ンズを有するマイクロレンズアレイが用いられている。液晶型空間光変調装置の表示領域
内には、データ線、走査線、容量線等の各種配線や、ＴＦＴ等の各種電子素子が形成され
ている。各画素において、実際に表示に寄与する光が透過又は反射する領域は、各種配線
や電子素子等の存在により限定される。液晶型空間光変調装置に用いられるマイクロレン
ズアレイは、各画素において、各種配線等が存在している非開口領域へ向かって進行する
光を、開口領域へ導く機能を有する。マイクロレンズを製造するための技術は、例えば、
特許文献１に提案されている。

特開２００２−６１１３号公報

従来の技術によると、基板上に設けられたマスク層にマスク開口部を形成し、マスク開
口部を中心として基板のエッチングを行うことで、曲面を備えるレンズ形状を形成する。
この場合、マスク開口部を中心として基板のエッチングを行うことで、マスク開口部の形
状がそのまま保存された状態のレンズ形状が基板に形成されてしまう。例えば、マスク開
口部を側面から見た側面形状が保存されると、マイクロレンズの裾部分に当たるレンズ形
状の外周部分に、基板面に略垂直な面が形成される。このように、製造プロセスに起因し
て、所望のレンズ形状とは異なる形状のマイクロレンズが形成されることで、良好な光学
特性を得ることが困難となるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、所望のレンズ形状とは異なる形状のマイクロレンズが形成される事態を低減で
き、良好な光学特性を備えたマイクロレンズを製造することを可能とするマイクロレンズ
の製造方法、その製造方法に用いられるマスク、その製造方法で製造されたマイクロレン
ズ、マイクロレンズを備える空間光変調装置、及びプロジェクタを提供することを目的と
する。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、基板上にマスク層を
形成するマスク層形成工程と、マスク層のうち、基板上の第１の領域に対応する部分にマ
スク開口部を形成するマスク開口部形成工程と、第１の領域に包含され、かつ第１の領域
より小さい第２の領域を開口領域とする凹部を形成する凹部形成工程と、マスク開口部を
介して、凹部が形成された基板にエッチングを施すことにより、レンズ形状を形成するレ
ンズ形状形成工程と、を含むことを特徴とするマイクロレンズの製造方法を提供すること
ができる。

凹部形成工程には、例えば、ドライエッチングを用いることができる。レンズ形状形成
工程には、例えば、ウェットエッチングを用いることができる。凹部を予め形成した後に
レンズ形状を形成することで、凹部の形状がレンズ形状に反映されることとなる。また、
レンズ形状形成工程では、第２の領域より大きい第１の領域に形成されたマスク開口部の
形状がレンズ形状に反映されることとなる。第１の領域にマスク開口部を設け、さらに第
２の領域に凹部を形成することで、レンズ形状の外周部分において、基板面に略垂直な面
を形成しにくくすることが可能となる。基板面に略垂直な面を形成しにくくし、レンズ形
状の外周部分を正確に形成することで、非球面等の曲面を備える所望のレンズ形状のマイ
クロレンズを製造することが可能となる。これにより、所望のレンズ形状とは異なる形状
のマイクロレンズが形成される事態を低減でき、良好な光学特性を備えたマイクロレンズ
を製造することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、レンズ形状形成工程において、基板上の第３の
領域にレンズ形状が形成され、第３の領域の面積をＡＬとし、第１の領域の面積をＡＤと
すると、式（１）を満足することが望ましい。
０．００１＜ＡＤ／ＡＬ＜０．９（１）

（１）を満足することにより、光軸に平行な光を多くでき、かつ光を効率良く所定の方
向へ導くことが可能なマイクロレンズを製造することができる。かかるマイクロレンズを
空間光変調装置に用いることで、高い光利用効率で、高コントラストな画像を形成するこ
とが可能となる。例えば、第３の領域が、一辺が２２μｍ〜４０μｍの略正方形形状であ
る場合、さらに式（２）を満足することが望ましい。
０．００１＜ＡＤ／ＡＬ＜０．６（２）

これにより、高い光利用効率と、高いコントラストとの両立が可能となる。さらに好ま
しくは、式（３）を満足することが望ましい。
０．０５＜ＡＤ／ＡＬ＜０．４５（３）

これにより、さらに高い光利用効率と、高いコントラストとを得ることができる。また
、第３の領域の一辺が６μｍ〜１８μｍである場合は、以下の式（４）を満足することが
望ましい。
０．００５＜ＡＤ／ＡＬ＜０．５（４）

これにより、高い光利用効率と、高いコントラストとの両立が可能となる。さらに好ま
しくは、以下の式（５）を満足することが望ましい。
０．００８＜ＡＤ／ＡＬ＜０．２（５）

これにより、さらに高い光利用効率と、高いコントラストとを得ることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、凹部の深さ方向の長さが、凹部の、深さ方向側
の先端部の幅より長いことが望ましい。これにより、レンズ形状の外周部分において基板
面に略垂直な面を形成しにくくし、レンズ形状を正確に形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の領域は、第１の方向の長さが、第１の方
向に略直交する第２の方向よりも長い形状を有することが望ましい。例えば、空間光変調
装置において、液晶層へ光を透過させる開口領域の形状が、第１の方向のほうが第２の方
向よりも長い形状であるとする。本態様によれば、第１の領域の形状を空間光変調装置の
開口領域の形状に合わせることで、空間光変調装置の開口領域へ効率良く光を導くことが
可能なマイクロレンズを製造することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の領域のうち、第１の領域の中心部におけ
る第１の方向の長さをｘとし、第１の領域の中心部における、第１の方向に略直交する第
２の方向の長さをｙとすると、第１の領域は、第１の方向の一辺がｘ、第２の方向の一辺
がｙである矩形形状の対角線方向について、（ｘ²＋ｙ²）^1/2以上の長さを有することが
望ましい。例えば、レンズ形状形成工程にて等方性エッチングを行う場合、矩形領域の全
体にレンズ形状を形成するためには、第１の方向及び第２の方向と比較して、対角線方向
へのエッチングを早く進ませる必要がある。対角線方向へのエッチングが遅れる場合、矩
形形状の対角線上において、レンズ特性を持たない平坦面が形成されることが考えられる
。レンズ特性を持たない平坦面が形成されると、光の利用効率が低下してしまう。矩形形
状の対角線方向について引き伸ばした形状のマスク開口部を予め形成することで、対角線
方向へのエッチングの遅れの影響を少なくすることが可能となる。これにより、レンズ特
性を持たない部分を少なくし、光利用効率の低下を低減可能なマイクロレンズを形成する
ことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１の領域と第２の領域とが略相似する形状を
なすことが望ましい。例えば、空間光変調装置において、液晶層へ光を透過させる開口領
域の形状に合わせて第１の領域を形成する場合、第２の領域を開口領域の形状と略相似す
る形状とすることが可能である。開口領域の形状と略相似する形状の領域に凹部を形成す
ることで、空間光変調装置の開口領域の形状に合わせた曲率分布のレンズ形状を形成する
ことが可能となる。これにより、空間光変調装置の開口領域の形状に合わせて効率良く光
を導くことが可能なマイクロレンズを形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、凹部の断面構成が、略階段形状を有することが
望ましい。これにより、所望のレンズ形状を形成するための凹部を予め形成することがで
きる。

また、本発明の好ましい態様としては、マスク開口部形成工程においてマスク開口部が
形成されたマスク層の上に、レジスト層を形成するレジスト層形成工程と、レジスト層に
レジスト形状を形成するレジスト形状形成工程と、を含み、凹部形成工程において、レジ
スト形状を基板に転写することで凹部を形成することが望ましい。これにより、基板に凹
部を形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、レジスト層の露光を行う露光工程と、レジスト
層の現像処理を行う現像工程と、を含むことが望ましい。これにより、レジスト層に所望
のレジスト形状を形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、露光工程において、凹部の形状に応じて、互い
に異なる大きさの開口部を備える複数のマスクを順次用いて光の照射を行うことが望まし
い。これにより、所望の形状を備える凹部を形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、露光工程において、凹部の形状に応じて、光の
透過率を変化させたマスクを用いて光の照射を行うことが望ましい。これにより、所望の
形状を備える凹部を形成することができる。

さらに、本発明によれば、上記のマイクロレンズの製造方法に用いられることを特徴と
するマスクを提供することができる。かかるマスクを用いた露光、及び現像により、所望
の形状を備える凹部を形成することができる。

さらに、本発明によれば、上記のマイクロレンズの製造方法により製造されることを特
徴とするマイクロレンズを提供することができる。上記のマイクロレンズの製造方法によ
り製造されることで、マイクロレンズは、良好な光学特性を備えた構成とすることが可能
である。これにより、良好な光学特性を備えたマイクロレンズを得られる。

さらに、本発明によれば、上記のマイクロレンズを備えることを特徴とする空間光変調
装置を提供することができる。上記のマイクロレンズを備えることにより、空間光変調装
置で変調させる光の進行方向を正確に制御することが可能である。例えば、液晶型空間光
変調装置の開口領域へ光を正確に導くことで、高い効率で光を利用することができる。空
間光変調装置で変調可能な角度範囲の光を増加させることで、高いコントラストを得るこ
とができる。さらに、例えば、空間光変調装置をプロジェクタに用いる場合に、空間光変
調装置より出射側の光学系にて取り込むことが可能な光を増加させることも可能である。
これにより、高い光利用効率で高コントラストな画像を表示させることが可能な空間光変
調装置を得られる。

さらに、本発明によれば、上記の空間光変調装置を備えることを特徴とするプロジェク
タを提供することができる。上記の空間光変調装置を備えることにより、高い光利用効率
で高コントラストな画像を表示することができる。これにより、高い光利用効率で高コン
トラストな画像を表示することが可能なプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１−１、図１−２及び図１−３は、本発明の実施例１に係るマイクロレンズの製造方
法の手順を示す。本実施例の製造方法により製造されるマイクロレンズは、非球面形状を
有する。まず、図１−１に示す工程ａにおいて、基板１０１上にマスク層１０２を形成す
る。工程ａは、マスク層形成工程である。基板１０１は、透明部材、例えば石英部材によ
り構成された平行平板である。マスク層１０２は、例えば、蒸着又はスパッタによりクロ
ム部材を０．１μｍ〜１μｍ程度の厚みで積層させることにより形成できる。この他、マ
スク層１０２は、多結晶シリコン部材を積層させることで形成することとしても良い。工
程ｂでは、マスク層１０２の上にレジスト層１０３を形成する。工程ｃでは、フォトリソ
グラフィ技術を用いて、レジスト層１０３をパターニングする。パターニングにより、レ
ジスト層１０３が取り除かれた溝部１０４が形成される。

次に、工程ｄにおいて、レジスト層１０３及びマスク層１０２のエッチングを行う。エ
ッチングにより、溝部１０４の形状がマスク層１０２に転写され、マスク層１０２が取り
除かれたマスク開口部１０５が形成される。マスク開口部１０５は、基板１０１上の第１
の領域に対応する部分に形成される。工程ｂ〜工程ｄは、マスク層１０２にマスク開口部
１０５を形成するマスク開口部形成工程である。マスク層１０２としてクロム膜を用いる
場合、例えば、１０％程度の硝酸溶液によるウェットエッチングを用いることができる。
マスク層１０２として多結晶シリコン層を用いる場合、例えば、５％程度のフッ酸溶液に
よるウェットエッチングや、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＦ_x等のＣＦ系ガスを用いたド
ライエッチングを用いることができる。

次に、図１−２に示す工程ｅにおいて、マスク開口部１０５が形成されたマスク層１０
２の上にレジスト層１０６を形成する。工程ｅは、レジスト層形成工程である。レジスト
層１０６の材料は特に限定されるものではなく、例えば、東京応化工業社製のＯＦＰＲシ
リーズや、クラリアント社製のＡＺシリーズ等を用いることができる。ここで、マスク層
１０２の形状の影響から、レジスト層１０６の表面に凹凸を生じる場合がある。かかる凹
凸の影響を低減するために、レジスト層１０６は、０．１μｍ〜０．３μｍの厚みで形成
することが望ましい。また、レジスト材料の塗布に先立ち、プラズマ処理によりマスク層
１０２上の濡れ性を向上させることが望ましい。これにより、略均一な厚みのレジスト層
１０６を形成することが可能となる。さらに、ノードソン社のスプレーコーター（商品名
）を用いたスプレーコートにより、レジスト材料を均一に塗布することとしても良い。

次に、工程ｆ及びｇにおいて、図示するようにレーザ光Ｌによるレジスト層１０６の露
光を行う。工程ｆ及びｇは、レジスト層１０６の露光を行う露光工程である。工程ｆでは
、第１フォトマスク１０７を介したレーザ光Ｌの照射を行う。レジスト層１０６には、第
１フォトマスク１０７のマスク開口部１０８の形状に応じた露光領域１０９が形成される
。工程ｇでは、第１フォトマスク１０７の開口部１０８より大きい開口部１１１を有する
第２フォトマスク１１０を介したレーザ光Ｌの照射を行う。第２フォトマスク１１０を介
するレーザ光Ｌの照射により、レジスト層１０６に形成される露光領域１０９は、開口部
１１１の形状に対応する形状となる。また、工程ｆにて露光領域１０９が形成されていた
部分について、露光領域１０９は、基板１０１に到達する深い位置にまで形成される。な
お、工程ｆ及びｇにおけるレジスト層１０６の露光は、Ｉ線又はＧ線を光源に用いた露光
装置により行うこととしても良い。

そして、図１−３に示す工程ｈにおいて現像処理を施すことにより、露光領域１０９が
取り除かれる。工程ｈは、レジスト層１０６の現像処理を行う現像工程である。このよう
にして、レジスト形状１１２を形成する。工程ｆ〜ｈは、レジスト層１０６にレジスト形
状１１２を形成するレジスト形状形成工程である。このように、開口部の大きさが異なる
複数のフォトマスクを用いてレジスト層１０６の露光を行うことにより、断面構成が略階
段形状を有するレジスト形状１１２を形成することができる。

なお、２つのフォトマスク１０７、１１０を用いた露光によって２つの段を有するレジ
スト形状１１２を形成する場合に限られない。３つ以上のフォトマスクを用いて、３つ以
上の段を有するレジスト形状を形成することとしても良い。また、互いに異なる大きさの
開口部を備える複数のマスクを順次用いてレーザ光の照射を行う場合に限られない。例え
ば、レジスト形状に応じて基板１０１へ与えるエネルギー量を変化させたレーザ光を照射
させることにより、断面構成が略階段形状を有するレジスト形状１１２を形成することと
しても良い。

次に、工程ｉにおいて、レジスト層１０６及び基板１０１のエッチングを行う。かかる
エッチングには、ドライエッチングである反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etchi
ng。以下、適宜「ＲＩＥ」という。）を用いることができる。ＲＩＥは、プラズマから生
成されたイオンを加速して被エッチング物に衝撃させるものである。ＲＩＥにより、工程
ｊに示す基板１０１に凹部１１３が形成される。工程ｉ及び工程ｊは、基板１０１上の第
２の領域を開口領域とする凹部を形成する凹部形成工程である。

図２は、凹部形成工程において用いられるＲＩＥ装置２００の概略構成を示す。レジス
ト形状形成工程において基板１０１上にレジスト形状１１２（図１−３参照。）が形成さ
れた材料基板２１０は、エッチング反応槽２０１内の第２平板電極２０５上に載置される
。エッチング反応槽２０１の内部は、排気部２０３からの排気によって、０．１３３Ｐａ
〜数百Ｐａの真空状態とされる。真空状態のエッチング反応槽２０１内には、ガス供給部
２０２から、例えば、数十ｓｃｃｍの流量の反応ガスが供給される。反応ガスとしては、
Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＦ_x等ＣＦ系ガスの混合ガスを用いることができる。

エッチング反応槽２０１内において、第１平板電極２０４は、第２平板電極２０５に対
向する位置に設けられている。第１平板電極２０４、第２平板電極２０５は、それぞれ、
陽極電極、陰極電極として機能する。第２平板電極２０５は、整合器２０７を介して高周
波電源２０６と接続されている。高周波電源２０６により、第１平板電極２０４及び第２
平板電極２０５に数十ＭＨｚ、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波が印加される。これに
より、第１平板電極２０４及び第２平板電極２０５の間にプラズマを発生させる。反応ガ
スは、励起状態であるラジカル状態、及び反応性イオン状態となる。材料基板２１０は、
プラズマから生じるラジカルによる化学的なエッチング効果のほか、プラズマから生じる
反応性イオンによる物理的なスパッタ効果により、エッチングされる。温度調節部２０９
は、例えば、第２平板電極２０５の内部に冷媒を循環させることにより、材料基板２１０
の温度を調節する。

なお、凹部形成工程では、ＲＩＥに代えて、ドライエッチングであるプラズマエッチン
グを用いることとしても良い。プラズマエッチングは、エッチング物にバイアスを印加せ
ずにプラズマより生成したラジカルにより被エッチング物のエッチングを行うものである
。また、工程ｉ及び工程ｊにおいて、レジスト層１０６は、全てをドライエッチングによ
り除去する場合に限らず、一部を剥離により除去することとしても良い。

図１−３に戻って、凹部形成工程では、レジスト形状１１２を基板１０１に転写するこ
とで、レジスト形状１１２と略同一の形状の凹部１１３が形成される。よって、断面構成
が略階段形状を有する凹部１１３を形成することができる。ここで、ドライエッチングに
おける選択比は、エッチング条件に応じて適宜設定することが可能である。選択比とは、
レジスト形状１１２の深さ方向の長さと、凹部１１３の深さ方向の長さｈ１との比を示す
。選択比が１対１となる条件でドライエッチングを行うことにより、レジスト形状１１２
と略同一の形状の凹部１１３を形成することができる。例えば、水素やアルゴンの添加量
が少ない反応ガスを用いることにより、選択比を１対１とすることができる。

また、選択比を大きくすることで、レジスト形状１１２の深さ方向の長さより、凹部１
１３の深さ方向の長さｈ１を長くすることとしても良い。例えば、反応ガスへのアルゴン
の添加量の増加や、エッチング反応槽２０１に強い電界を印加させることで、ｚ方向の長
さがレジスト形状１１２の１．５倍程度にまで伸びた凹部１１３を形成することが可能で
ある。

工程ｉにおいて、凹部１１３は、基板１０１上の第２の領域を開口領域として形成され
る。第２の領域は、第１の領域より小さく、かつ、マスク開口部１０５が形成される第１
の領域に包含されている。凹部１１３は、凹部１１３が形成される第２の領域の幅ｄ２が
、マスク開口部１０５が形成される第１の領域の幅ｄ３より小さくなるように形成されて
いる。さらに凹部１１３は、凹部１１３の深さ方向であるｚ方向の長さｈ１が、ｚ方向側
の先端部１１５の幅ｄ１より長くなるように形成される。発明者らは、先端部１１５の幅
ｄ１を０．２μｍ〜２．０μｍとするのに対し、凹部１１３のｚ方向の長さｈ１を０．３
〜４．０μｍとすることにより、後述する良好な光学特性のマイクロレンズが得られるこ
とを確認している。

次に、工程ｊにおいて、マスク開口部１０５を介したエッチングにより、基板１０１に
レンズ形状１１４を形成する。工程ｊは、レンズ形状形成工程である。レンズ形状形成工
程には、２５％フッ酸溶液に基板１０１を浸漬させるウェットエッチングを用いることが
できる。凹部１１３を基に、例えば等方性エッチングを施すことにより、基板１０１に非
球面であるレンズ形状１１４が形成される。工程ｋでは、レンズ形状形成工程の後、マス
ク層１０２が剥離される。その後、レンズ形状１１４内への透明部材の充填及び封止を行
うことで、マイクロレンズが完成する。

凹部１１３を予め形成した後にレンズ形状１１４を形成することで、凹部１１３の形状
がレンズ形状１１４に反映されることとなる。また、レンズ形状形成工程では、第２の領
域より大きい第１の領域に形成されたマスク開口部１０５の形状がレンズ形状に反映され
ることとなる。第１の領域にマスク開口部１０５を設け、さらに第２の領域に凹部１１３
を形成することで、レンズ形状１１４の外周部分において、基板１０１面に略垂直な面を
形成しにくくすることが可能となる。また、ｚ方向の長さｈ１が先端部１１５の幅ｄ１よ
り長くなるように凹部１１３を形成することによっても、レンズ形状１１４の外周部分に
おいて基板１０１面に略垂直な面を形成しにくくすることができる。

図３は、マスク開口部１０５が形成される第１の領域についてさらに説明するものであ
る。図３は、図１−１に示す工程ｄの状態を上から見た平面構成と、空間光変調装置に設
けられるブラックマトリックスＢＭの平面構成とを並べて表している。図３に示すマスク
層１０２は、レンズ形状１１４（図１−３参照。）が形成される基板１０１の第３の領域
上に形成されている。第３の領域は、略正方形形状を有する。マスク開口部１０５は、円
形状をなしている。マスク開口部１０５が形成される第１の領域は、第３の領域の中央部
に位置している。

空間光変調装置、特に、液晶型空間光変調装置の表示領域内には、各種配線や電子素子
等が配置されるブラックマトリックスＢＭが形成されている。光源からの光を液晶層へ透
過させる開口領域ＡＰは、ブラックマトリックスＢＭに取り囲まれて形成されている。一
つの開口領域ＡＰは、一つの画素に対応している。本実施例により形成されるマイクロレ
ンズは、各開口領域ＡＰに対応させて設けられる。開口領域ＡＰは、第１の方向であるｘ
方向に略平行な長辺と、第１の方向に直交する第２の方向であるｙ方向に略平行な短辺と
を備える長方形形状をなしている。

本実施例の製造方法により、一辺ｓが２２μｍ〜４０μｍである第３の領域にマイクロ
レンズを形成するとする。レンズ形状１１４が形成される基板１０１上の第３の領域の面
積をＡＬとし、マスク開口部１０５に対応する基板１０１上の第１の領域の面積をＡＤと
すると、式（１）を満足する。
０．００１＜ＡＤ／ＡＬ＜０．９（１）

図４〜図６は、第３の領域の面積に対する第１の領域の面積の比率ＡＤ／ＡＬと、マイ
クロレンズの光学特性との関係を説明するものである。光源からの光を効率良く空間光変
調装置の開口領域ＡＰへ入射させることが可能であるほど、高い光利用効率を実現できる
。また、空間光変調装置で変調可能な光の角度範囲には限りがあることから、光軸ＡＸ方
向に近い方向へ進行する光が多いほど、高いコントラストを得ることができる。このため
、良好な光学特性を備えるマイクロレンズとは、光を空間光変調装置の開口領域ＡＰへ多
く入射させることができ、かつ光軸ＡＸ方向に近い方向へ進行する光を多くすることがで
きるものであるといえる。

図４に示すマイクロレンズ４００は、式（１）の条件よりＡＤ／ＡＬが小さい場合に形
成されるマイクロレンズの一例である。マイクロレンズ４００の曲面は、略均一な曲率を
有している。マイクロレンズ４００の裾部に当たる外周部分には、光軸ＡＸに略平行な面
が形成されている。マイクロレンズ４００の外周部分に入射した、光軸ＡＸに略平行な平
行光Ｌｉｎは、光軸ＡＸに略平行な面にて、光軸ＡＸとは大きな角度をなす方向へ角度変
換される。このため、マイクロレンズ４００で屈折した光の多くをブラックマトリックス
ＢＭへ入射させてしまう。また、光軸ＡＸ方向に近い方向の光を減少させてしまう。

例えば、第３の領域が大型、例えば、一辺が２０μｍ以上である場合、マイクロレンズ
の中央部分に多くの光を入射させることが可能であるから、マイクロレンズ４００の外周
部分に入射した光Ｌｉｎの損失による影響は少ないものと考えられる。これに対して、第
３の領域が小型、例えば、一辺が１８μｍ以下である場合、マイクロレンズ全体に対して
外周部分が占める割合が大きくなることから、マイクロレンズ４００の外周部分に入射し
た光Ｌｉｎの損失の影響が大きくなると考えられる。

図５に示すマイクロレンズ５００は、式（１）の条件に適合するＡＤ／ＡＬにて形成さ
れたものの一例である。マイクロレンズ５００は、光軸ＡＸからの距離に応じて曲率が変
化するような非球面形状をなしている。図４に示すマイクロレンズ４００と比較すると、
マイクロレンズ５００は、外周部分においても光軸ＡＸに対して傾きをなす面が形成され
ている。マイクロレンズ５００の外周部分に入射した光Ｌｉｎは、光軸ＡＸに対して傾き
をなす面にて、開口領域ＡＰの方向へ角度変換される。また、光軸ＡＸに対して斜めに入
射する不図示の光についても、開口領域ＡＰへ効率良く導くことができる。このため、光
を開口領域ＡＰへ多く入射させることができる。また、マイクロレンズ４００の場合と比
較して、光軸ＡＸとの間で大きな角度をなす光を少なくすることも可能である。

図６に示すマイクロレンズ６００は、式（１）の条件よりＡＤ／ＡＬが大きい場合に形
成されるマイクロレンズの一例である。マイクロレンズ６００の曲面は、複数の凹面をつ
なぎ合わせたような形状を有する。各凹面には、光軸ＡＸに対して略直交する平坦部６０
１と、光軸ＡＸに対して略平行な平坦部６０２が形成されている。マイクロレンズ６００
の各凹面のうち、平坦部６０１へ入射した光軸ＡＸ方向の光については、開口領域ＡＰへ
導くことが可能である。これに対して、平坦部６０２へ入射した光軸ＡＸ方向の光につい
ては、光軸ＡＸとは大きな角度をなす方向へ角度変換される。光軸ＡＸに対して略平行な
平坦部６０２がマイクロレンズ６００全体に占める割合は大きいことから、マイクロレン
ズ４００で屈折した光の多くをブラックマトリックスＢＭへ入射させてしまう。また、光
軸ＡＸ方向に近い方向の光を減少させてしまう。以上から、良好な光学特性を備えるマイ
クロレンズを得るには、式（１）の条件に適合するＡＤ／ＡＬにてマイクロレンズを形成
することが望ましい。

図７は、一辺ｓが２２μｍ〜４０μｍである第３の領域にマイクロレンズを形成する場
合についての比率ＡＤ／ＡＬと、マイクロレンズを空間光変調装置に用いることで得られ
る効率Ｅ及びコントラストＣとの関係を表す。図７に示すグラフの縦軸は任意の効率Ｅ又
は任意のコントラストＣ、横軸は比率ＡＤ／ＡＬをそれぞれ示す。高い効率Ｅと高いコン
トラストＣとを得るためには、さらに、式（２）を満足することが望ましい。さらに好ま
しくは、式（３）を満足することが望ましい。
０．００１＜ＡＤ／ＡＬ＜０．６（２）
０．０５＜ＡＤ／ＡＬ＜０．４５（３）

式（２）、さらに式（３）を満足する条件でマイクロレンズを製造することにより、高
い光利用効率と、高いコントラストとの双方を得ることが可能である。

図８は、一辺ｓが６μｍ〜１８μｍである第３の領域にマイクロレンズを形成する場合
についての比率ＡＤ／ＡＬと、マイクロレンズを空間光変調装置に用いることで得られる
効率Ｅ及びコントラストＣとの関係を表す。一辺ｓが６μｍ〜１８μｍである第３の領域
にマイクロレンズを形成する場合についても、上記の式（１）を満足する条件でマイクロ
レンズを製造することにより、良好な光学特性を備えるマイクロレンズを形成することが
可能である。この場合、高い効率Ｅと高いコントラストＣとを得るためには、さらに、式
（４）を満足することが望ましい。さらに好ましくは、式（５）を満足することが望まし
い。
０．００５＜ＡＤ／ＡＬ＜０．５（４）
０．００８＜ＡＤ／ＡＬ＜０．２（５）

式（４）、さらに式（５）を満足する条件でマイクロレンズを製造することにより、高
い光利用効率と、高いコントラストとの双方を得ることが可能である。このように、良好
な光学特性を備えるマイクロレンズを製造するための条件は、マイクロレンズを形成する
第３の領域の大きさに応じて適宜設定することが可能である。

図９−１は、本実施例の変形例１に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す。図９
−１に示す工程ａは、図１−１及び図１−２を用いて説明した工程ａ〜工程ｅと同様であ
る。工程ｂに示すレジスト形状形成工程では、レジスト層１０６にレジスト形状９１２を
形成する。レジスト形状９１２は、上記の場合と同様に、露光工程、及び現像工程により
形成することができる。本変形例では、略矩形形状を有する断面を備えるレジスト形状９
１２を形成する。図１−２を用いて説明した手順では複数のマスクを順次用いて露光を行
うのに対して、本変形例では、単独のマスクを用いて露光を行うことが可能である。

次に、工程ｃに示す凹部形成工程において、ドライエッチングにより、レジスト形状９
１２を基板１０１に転写する。このようにして、工程ｄに示すように、レジスト形状９１
２と略同一の形状の凹部９１３を形成することができる。凹部９１３は、ｚ方向の長さｈ
２が先端部９１５の幅ｄ４より長くなるように形成されている。よって、図９−２の工程
ｅに示すレンズ形状形成工程において、幅ｄ５、ｚ方向の長さｈ３が以下の式（６）を満
たすレンズ形状９１４を形成することができる。
（ｄ５）／２＜ｈ３（６）

これにより、良好な光学特性を備えるマイクロレンズを製造することができる。なお、
ｚ方向の長さｈ２が先端部９１５の幅ｄ４より長い凹部９１３を基に等方性エッチングを
行うことにより必然的に式（６）を満足するレンズ形状９１４が形成されるわけではなく
、エッチングを停止させるタイミングを適宜調節する必要がある。

図１０は、本変形例における第１の領域と第２の領域とについて説明するものである。
図１０は、図９−１に示す工程ｄの状態を上から見た平面構成を表している。本変形例に
おいて、マスク開口部９０５は、矩形形状をなしている。かかる矩形形状のマスク開口部
９０５を介したエッチングを行う場合も、非球面形状のレンズ形状を形成することが可能
である。第１の領域は、マスク開口部９０５の領域に対応している。第２の領域は、凹部
９１３の先端部９１５の領域に対応している。

マスク開口部９０５に対応する基板１０１上の第１の領域は、第１の方向であるｘ方向
の長さｘ２が、第２の方向であるｙ方向の長さｙ２よりも長い形状をなしている。第１の
領域の形状は、図３に示す空間光変調装置の開口領域ＡＰの形状と略相似している。さら
に、基板１０１のうち凹部９１３が形成される第２の領域は、第１の領域を縮小させた形
状をなしている。よって、開口領域ＡＰ、第１の領域、第２の領域は、いずれも互いに略
相似する形状をなしている。第１の領域と第２の領域とについては、以下の関係が成立す
る。
ｘ１：ｙ１＝ｘ２：ｙ２

本変形例では、開口領域ＡＰに略相似する形状の第１の領域に対応させてマスク開口部
９０５を形成することで、開口領域ＡＰへ効率良く光を導くことが可能なマイクロレンズ
を製造することができる。さらに、開口領域ＡＰに略相似する形状の第２の領域に凹部９
１３を形成することで、開口領域ＡＰの形状に合わせた曲率分布のレンズ形状９１４を形
成することが可能となる。これにより、空間光変調装置の開口領域ＡＰの形状に合わせて
効率良く光を導くことが可能なマイクロレンズを形成することができる。

また、図１１に示すように、マスク開口部９２６は、ｘ方向に長軸、ｙ方向に短軸を有
する楕円形状としても良い。マスク開口部９２６に対応する基板１０１上の第１の領域は
、ｘ方向の長さｘ４が、ｙ方向の長さｙ４よりも長い形状をなしている。第１の領域は、
マスク開口部９２６の領域に対応している。第２の領域は、凹部９２３の先端部９２５の
領域に対応している。ここでは、第２の領域を円形状としているが、第２の領域は、第１
の領域と略相似する楕円形状としても良い。第２の領域を、第１の領域と略相似する楕円
形状とする場合、以下の関係が成立する。
ｘ３：ｙ３＝ｘ４：ｙ４

図１２は、図１０の構成を変形させた例について説明するものである。第１の領域は、
マスク開口部９３６の領域に対応している。第２の領域は、凹部９３３の先端部９３５の
領域に対応している。第１の領域は、２組の双曲線によって囲まれたような形状をなして
いる。第１の領域のうち、第１の領域の中心部におけるｘ方向の長さをｘ５、第１の領域
の中心部におけるｙ方向の長さをｙ５とする。ｘ５とｙ５との比は、空間光変調装置の開
口領域ＡＰの横の長さと縦の長さとの比と略一致する。

第１の領域は、ｘ方向の長さｘ５、ｙ方向の長さｙ５の矩形の四隅を、かかる矩形の対
角線９３８方向へ引き伸ばした形状をなしている。言い換えると、第１の領域は、対角線
９３８方向について、｛（ｘ５）²＋（ｙ５）²｝^1/2以上の長さを有する。また、凹部９
３３が形成される第２の領域は、第１の領域を縮小させた形状をなしている。

本実施例の製造方法におけるレンズ形状形成工程では、上述のように、等方性エッチン
グが行われる。等方性エッチングを行う場合、矩形形状をなす第３の領域の全体にレンズ
形状を形成するためには、ｘ方向及びｙ方向と比較して、対角線９３８方向へのエッチン
グを早く進ませる必要がある。対角線９３８方向へのエッチングが遅れる場合、矩形形状
の対角線９３８上において、レンズ特性を持たない平坦面が形成されることが考えられる
。レンズ特性を持たない平坦面が形成されると、光の利用効率が低下してしまう。

そこで、矩形形状の対角線９３８方向について引き伸ばした形状のマスク開口部９３６
を予め形成することで、対角線９３８方向へのエッチングの遅れの影響を少なくすること
が可能となる。これにより、レンズ特性を持たない部分を少なくし、光利用効率の低下を
低減可能なマイクロレンズを形成することができる。

図１３−１及び図１３−２は、本実施例の変形例２に係るマイクロレンズの製造方法の
手順を示す。図１３−１に示す工程ａは、図１−１及び図１−２を用いて説明した工程ａ
〜工程ｅと同様である。工程ｂに示すレジスト形状形成工程では、凹部に対応させて光の
透過率を変化させたマスク１３０１を用いた露光を行う。マスク１３０１としては、例え
ば、グレイスケールマスクを用いることができる。グレイスケールマスクは、光透過率を
異ならせることで階調を得るマスクであって、例えば、ＨＥＢＳマスクを用いることがで
きる。図１４に示すように、本変形例にて用いるマスク１３０１の変質領域１３０２は、
同じ光透過率を持つ領域が略同心円状に配置するように形成されている。これにより、一
度のレーザ光Ｌの照射により、非球面状のレジスト形状１３１２を形成することができる
。レジスト層１０６の露光には、クロムマスクに微小開口面積分布を持たせた面積階調マ
スクを用いることとしても良い。面積階調マスクは、所望の形状に合わせて段階的に露光
面積を異ならせる方法である。

次に、工程ｃに示す凹部形成工程において、ドライエッチングにより、レジスト形状１
３１２を基板１０１に転写する。このようにして、図１３−２の工程ｄに示すように、レ
ジスト形状１３１２と略同一の形状の凹部１３１３を形成することができる。さらに、レ
ンズ形状形成工程である工程ｅにおいてウェットエッチングを施すことにより、レンズ形
状１３１４を形成することができる。本変形例では、レンズ形状形成工程により形成され
るレンズ形状１３１４に応じて適宜レジスト形状１３１２を形成することが可能であるこ
とから、中心位置から外周部分に至るまで良好な光学特性を備えたマイクロレンズを製造
することが可能である。

図１５は、本実施例の変形例３に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す。工程ａ
では、マスク形成工程において、基板１０１上に第１マスク層１５０２を形成する。また
、第１マスク層１５０２のうちレンズ形状の中心位置となる部分に第１マスク開口部１５
０５が形成される。第１マスク開口部１５０５は、フォトリソグラフィによるレジスト層
のパターニング、及びレジスト形状の転写により形成される。工程ｂでは、第１マスク開
口部１５０５を中心とする基板１０１のエッチングが行われる。等方性エッチングを施す
ことにより、基板１０１には、凹部１５１１が形成される。

次に、工程ｃにおいて、第１マスク層１５０２を剥離した後、基板１０１上に第２マス
ク層１５１２を形成する。第２マスク層１５１２には、第１マスク層１５０２の場合と同
様にして、第２マスク開口部１５１５が形成される。上面から見ると、第２マスク開口部
１５１５は、凹部１５１１が形成された第２の領域より大きくなるように設けられる。第
２マスク開口部１５１５を形成した後再びエッチングを施すことにより、工程ｄに示すよ
うに、所望のレンズ形状１５１３が形成される。なお、本変形例では２段階のエッチング
によりレンズ形状１５１３を形成することとしているが、さらに多くの段階のエッチング
を経てレンズ形状１５１３を形成することとしても良い。

図１６は、本発明の実施例２に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ
１０は、観察者側に設けられたスクリーン２６に光を供給し、スクリーン２６で反射する
光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。光
源部１１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、
及び青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する超高圧水銀ランプである。イ
ンテグレータ１４は、光源部１１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化さ
れた光は、偏光変換素子１５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換
される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミ
ラー１６Ｒに入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光
透過ダイクロイックミラー１６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１７に入射する。反射ミ
ラー１７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、Ｒ光を画像
信号に応じて変調する空間光変調装置２０Ｒに入射する。空間光変調装置２０Ｒは、Ｒ光
を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラー
を透過しても、光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置２０Ｒに入射するＲ光は
、ｓ偏光光のままの状態である。

空間光変調装置２０Ｒは、λ／２位相差板２３Ｒ、硝子板２４Ｒ、第１偏光板２１Ｒ、
液晶パネル２５Ｒ、及び第２偏光板２２Ｒを有する。λ／２位相差板２３Ｒ及び第１偏光
板２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性の硝子板２４Ｒに接する状態で配置される。
これにより、第１偏光板２１Ｒ及びλ／２位相差板２３Ｒが、発熱により歪んでしまうと
いう問題を回避できる。なお、図１６において、第２偏光板２２Ｒは独立して設けられて
いるが、液晶パネル２５Ｒの出射面や、クロスダイクロイックプリズム２７の入射面に接
する状態で配置しても良い。

空間光変調装置２０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２３Ｒによりｐ偏光光に
変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、硝子板２４Ｒ及び第１偏光板２１Ｒをそのま
ま透過し、液晶パネル２５Ｒに入射する。液晶パネル２５Ｒに入射したｐ偏光光は、画像
信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル２５Ｒの変調により
、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板２２Ｒから出射される。このようにして、空
間光変調装置２０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリ
ズム２７に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１６Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折り
曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６
Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する
。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇで反射されたＧ光は、Ｇ光を画像信号に応じて変
調する空間光変調装置２０Ｇに入射する。空間光変調装置２０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応
じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置２０Ｇは、液晶パネル２５Ｇ
、第１偏光板２１Ｇ及び第２偏光板２２Ｇを有する。

空間光変調装置２０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装置
２０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル２５Ｇに
入射する。液晶パネル２５Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光
がｐ偏光光に変換される。液晶パネル２５Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が
、第２偏光板２２Ｇから出射される。このようにして、空間光変調装置２０Ｇで変調され
たＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１８と、
２枚の反射ミラー１７とを経由して、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置２
０Ｂに入射する。空間光変調装置２０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液
晶表示装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さ
がＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１８を用いることによ
り、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１６Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置２
０Ｂに導くことができる。空間光変調装置２０Ｂは、λ／２位相差板２３Ｂ、硝子板２４
Ｂ、第１偏光板２１Ｂ、液晶パネル２５Ｂ、及び第２偏光板２２Ｂを有する。空間光変調
装置２０Ｂの構成は、上述した空間光変調装置２０Ｒと同様の構成を有する。

空間光変調装置２０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装置
２０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ／２位相差板２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏
光光に変換されたＢ光は、硝子板２４Ｂ及び第１偏光板２１Ｂをそのまま透過し、液晶パ
ネル２５Ｂに入射する。液晶パネル２５Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調
により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル２５Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換
されたＢ光が、第２偏光板２２Ｂから出射される。空間光変調装置２０Ｂで変調されたＢ
光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７に入射する。このように、
色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１６ＲとＢ光透過ダイクロイック
ミラー１６Ｇとは、光源部１１から供給される光を、Ｒ光と、Ｇ光と、Ｂ光とに分離する
。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２７は、２つのダイクロイック膜２
７ａ、２７ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜２７ａは、
Ｂ光を反射し、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜２７ｂは、Ｒ光を反射し、Ｇ光を透過
する。このように、クロスダイクロイックプリズム２７は、空間光変調装置２０Ｒ、空間
光変調装置２０Ｇ、及び空間光変調装置２０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光
を合成する。投写光学系２８は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成された光をス
クリーン２６に投写する。これにより、スクリーン２６上にフルカラー画像を表示するこ
とができる。

なお、上述のように、空間光変調装置２０Ｒ及び空間光変調装置２０Ｂからクロスダイ
クロイックプリズム２７に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、空
間光変調装置２０Ｇからクロスダイクロイックプリズム２７に入射される光は、ｐ偏光光
となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム２７に入射される光
の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム２７において各色光用空
間光変調装置から出射される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜２７ａ、２７ｂは
、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜２７ａ、２７ｂで反
射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜２７ａ、２７ｂを透過するＧ光
をｐ偏光光としている。

図１７は、液晶パネル２５Ｒの要部斜視構成を示す。図１６で説明したプロジェクタ１
０は、３つの液晶パネル２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂを備えている。これら３つの液晶パネル
２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは変調する光の波長領域が異なるだけであり、基本的構成は同一
である。このため、液晶パネル２５Ｒを代表例として以後の説明を行う。一つの開口領域
ＡＰは、一つの画素に対応している。図１７では、液晶パネル２５Ｒのうち一つの画素に
対応する部分のみを示している。

光源部１１からのＲ光は、図１７の左側から液晶パネル２５Ｒに入射し、右側からスク
リーン２６の方向へ出射する。防塵硝子である入射側防塵プレート３１の出射側には、マ
イクロレンズアレイ基板３２と光学的に透明な接着剤層３４とでマイクロレンズ３３が形
成されている。一のマイクロレンズ３３は、一つの開口領域ＡＰに対応して設けられてい
る。液晶パネル２５Ｒの全体では、複数の開口領域ＡＰに対応して設けられた複数のマイ
クロレンズ３３が平面に配列されることにより、マイクロレンズアレイが構成されている
。マイクロレンズ３３は、上記実施例１の製造方法により、製造することができる。マイ
クロレンズアレイは、同一基板内に複数のレンズ形状を形成することで製造できる。

マイクロレンズ３３の出射側には、ＩＴＯ膜を備える透明電極３７等を有する対向基板
３６が形成されている。対向基板３６及び透明電極３７の間には、遮光部であるブラック
マトリックスＢＭが形成されている。ブラックマトリックスＢＭには、画素に対応する矩
形の開口領域ＡＰが設けられている。透明電極３７の出射側には、ラビング処理等の所定
の廃港処理が施された配向膜３８が設けられている。配向膜３８は、例えば、ポリイミド
膜等の透明な有機膜で構成されている。

出射側防塵プレート４３の入射側には、ＴＦＴ基板４２が形成されている。ＴＦＴ基板
４２の入射側には、透明電極やＴＦＴ形成層４１が設けられている。ＴＦＴ形成層４１の
さらに入射側には、配向膜４０が設けられている。配向膜３８、配向膜４０は、それぞれ
のラビング方向が互いに略直交するように配置されている。入射側防塵プレート３１及び
出射側防塵プレート４３は、対向基板３６とＴＦＴ基板４２とを対向させて貼り合わされ
ている。対向基板３６とＴＦＴ基板４２との間には、液晶層３９が封入されている。なお
、図１６で示した構成では、第１偏光板２１Ｒ及び第２偏光板２２Ｒを、液晶パネル２５
Ｒに対して別体として設けている。これに代えて、入射側防塵プレート３１と対向基板３
６との間や、出射側防塵プレート４３とＴＦＴ基板４２との間などに偏光板を設けること
としても良い。

図１８は、図１７に示した液晶パネル２５Ｒの断面構成を示す。マイクロレンズ３３は
、マイクロレンズアレイ基板３２と、接着剤層３４とにより構成されている。空間光変調
装置２０Ｒへ入射した、光軸ＡＸに略平行な平行光Ｌｉｎは、マイクロレンズアレイ基板
３２と、接着剤層３４との界面で屈折する。マイクロレンズ３３は、光軸ＡＸを中心とす
る複数の輪帯状部によって構成されている。例えば、マイクロレンズ３３は、図１９に示
すように、３つの輪帯状部Ｒ１０、Ｒ１５、Ｒ２０を形成している。各輪帯状部Ｒ１０、
Ｒ１５、Ｒ２０は、それぞれ異なる位置に焦点を形成する。

図１８に戻って、例えば、入射光Ｌｉｎのうち、マイクロレンズ３３の輪帯状部Ｒ１０
へ入射した光Ｌ１が焦点ｆ１を形成し、輪帯状部Ｒ２０へ入射した光Ｌ２が焦点ｆ２を形
成したとする。この場合、マイクロレンズ３３から焦点ｆ１までの距離は、マイクロレン
ズ３３から焦点ｆ２までの距離より長い。このように、マイクロレンズ３３は、光軸ＡＸ
に近い位置に入射する光ほど遠い位置に焦点を形成するような非球面形状をなしている。
マイクロレンズ３３の形状は、輪帯状部ごとに焦点位置が制御されて設計されている。ま
た、輪帯状部ごとに、液晶層３９へ入射する光の光線角度が光軸ＡＸに対して小さい角度
となるように最適化された形状が定められる。

光軸ＡＸから遠い位置に入射する光ほど強い屈折力を作用させることにより、光軸ＡＸ
から遠い位置に入射する光を効率良く開口領域ＡＰへ導くことが可能となる。これにより
、ブラックマトリックスＢＭで吸収される光を低減させ、光源部１１からの光を効率良く
利用することが可能となる。また、光軸ＡＸに近い位置に入射する光ほど弱い屈折力を作
用させることにより、光線角度が小さい光を増加させることができる。

光軸ＡＸに最も近い輪帯状部Ｒ１０、及び光軸ＡＸから最も遠い輪帯状部Ｒ２０は、焦
点ｆ１までの焦点距離を、焦点ｆ２までの焦点距離で除した値が１．２より大きいような
形状とすることが望ましい。好ましくは、焦点ｆ１までの焦点距離を、焦点ｆ２までの焦
点距離で除した値が１．３より大きいことが望ましい。これにより、液晶層３９における
光量分布を均一化でき、かつ高コントラストな画像を得ることができる。なお、マイクロ
レンズ３３は、３つの輪帯状部Ｒ１０、Ｒ１５、Ｒ２０で構成する場合に限られず、４つ
以上の輪帯状部で構成しても良い。

図２０は、液晶層３９に入射する光の光線角度と、コントラストとの関係を示すもので
ある。図２０において、実線の円に沿って記載された０、９０、１８０、２７０の各数値
は、光軸ＡＸに垂直な面内における入射光の向きを示すものである。また、破線の円を指
して記載された１０、２０の各数値は、入射光と光軸ＡＸとがなす光線角度を示すもので
ある。図中のハッチングは、コントラストの分布を表している。コントラストは、変調後
の光の最大輝度と最小輝度との比率により表している。高いコントラストで画像を表示す
るためには、入射光の光線角度が小さいこと、例えば１０度以下であることが望ましい。
よって、光線角度が小さい光を増加させることが可能であれば、高コントラストな画像を
得ることが可能となる。

図１８に戻って、さらに、マイクロレンズ３３は、ｘ方向に長辺、ｙ方向に短辺を備え
る長方形形状の開口領域ＡＰ（図３参照。）に合わせて、ｘ方向とｙ方向とで異なる曲率
を持つように形成されている。マイクロレンズ３３は、ｘ方向に比較してｙ方向について
狭い領域へ光を集めるような、非回転対称な形状をなしている。ｘ方向とｙ方向とで異な
る曲率を持つマイクロレンズ３３を形成することで、液晶層３９での光量分布の均一化を
図ることができる。これにより、高コントラストを維持しつつ、高い光利用効率を実現す
ることができる。

以上により、高い光利用効率で高コントラストな画像を表示することができるという効
果を奏する。さらに、輪帯状部ごとに焦点位置を異ならせることで、光の過度な集光を低
減することも可能となる。光の過度な集光を低減することで、液晶層３９や配向膜３８、
配向膜４０等の劣化を軽減することもできる。このように過度な集光による液晶パネル２
５Ｒの劣化を低減することで、液晶パネル２５Ｒの長寿命化も図れる。

図２１は、開口領域ＡＰ及びブラックマトリックスＢＭ上における光量分布６０の例を
示す。光量分布６０によると、ｘ方向に長辺、ｙ方向に短辺を備える長方形形状の開口領
域ＡＰに合わせて均一かつ明るい光を供給可能であることがわかる。このことは、開口領
域ＡＰへ効率良く光を導くことが可能であることを示している。また、液晶層３９での光
量分布の均一化を図ることが可能であることも示している。

良好な光学特性を備えるマイクロレンズ３３を用いることで、プロジェクタ１０は、安
価な構成により、高い光利用効率で高コントラストな画像を表示することができる。なお
、上記のプロジェクタは、光源部として超高圧水銀ランプを用いる構成に限られない。例
えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い。また、３つの透
過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板式のプロジェクタに限らず、例えば、１つの透
過型液晶表示装置を設けたプロジェクタや、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタと
しても良い。

以上のように、本発明に係るマイクロレンズの製造方法は、プロジェクタの空間光変調
装置に用いられるマイクロレンズを製造する場合に有用である。

本発明の実施例１に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。本発明の実施例１に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。本発明の実施例１に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。ＲＩＥ装置の概略構成を示す図。第１の領域について説明する図。ＡＤ／ＡＬと、マイクロレンズの光学特性との関係を説明する図。ＡＤ／ＡＬと、マイクロレンズの光学特性との関係を説明する図。ＡＤ／ＡＬと、マイクロレンズの光学特性との関係を説明する図。ＡＤ／ＡＬと、効率及びコントラストとの関係を説明する図。ＡＤ／ＡＬと、効率及びコントラストとの関係を説明する図。変形例１に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。変形例１に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。第１の領域と第２の領域とについて説明する図。楕円形状のマスク開口部を示す図。図１０の構成を変形させた例について説明する図。変形例２に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。変形例２に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。マスクの変質領域を示す図。変形例３に係るマイクロレンズの製造方法の手順を示す図。本発明の実施例２に係るプロジェクタの概略構成を示す図。液晶パネルの要部斜視構成を示す図。液晶パネルの断面構成を示す図。マイクロレンズの輪帯状部について説明する図。液晶層に入射する光の光線角度とコントラストとの関係を示す図。開口領域及びブラックマトリックス上における光量分布の例を示す図。

符号の説明

１０１基板、１０２マスク層、１０３レジスト層、１０４溝部、１０５マス
ク開口部、１０６レジスト層、１０７第１フォトマスク、１０８開口部、１０９
露光領域、１１０第２フォトマスク、１１１開口部、１１２レジスト形状、１１３
凹部、１１４レンズ形状、１１５先端部、２００ＲＩＥ装置、２０１エッチン
グ反応槽、２０２ガス供給部、２０３排気部、２０４第１平板電極、２０５第２
平板電極、２０６高周波電源、２０７整合器、２０９温度調節部、２１０材料基
板、ＡＰ開口領域、ＢＭブラックマトリックス、４００マイクロレンズ、ＡＸ光
軸、５００マイクロレンズ、６００マイクロレンズ、６０１、６０２平坦部、９０
５マスク開口部、９１２レジスト形状、９１３凹部、９１４レンズ形状、９１５
先端部、９２３凹部、９２５先端部、９２６マスク開口部、９３３凹部、９３
５先端部、９３６マスク開口部、９３８対角線、１３０１マスク、１３０２変
質領域、１３１２レジスト形状、１３１３凹部、１３１４レンズ形状、１５０２
第１マスク層、１５０５第１マスク開口部、１５１１凹部、１５１２第２マスク層
、１５１３レンズ形状、１５１５第２マスク開口部、１０プロジェクタ、１１光
源部、１４インテグレータ、１５偏光変換素子、１６ＲＲ光透過ダイクロイックミ
ラー、１６ＧＢ光透過ダイクロイックミラー、１７反射ミラー、１８リレーレンズ
、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ空間光変調装置、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ第１偏光板、２
２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ第２偏光板、２３Ｒ、２３Ｂ λ／２位相差板、２４Ｒ、２４Ｂ
硝子板、２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ液晶パネル、２６スクリーン、２７クロスダイ
クロイックプリズム、２７ａ、２７ｂダイクロイック膜、２８投写光学系、３１入
射側防塵プレート、３２マイクロレンズアレイ基板、３３マイクロレンズ、３４接
着剤層、３６対向基板、３７透明電極、３８配向膜、３９液晶層、４０配向膜
、４１ＴＦＴ形成層、４２ＴＦＴ基板、４３出射側防塵プレート、Ｒ１０、Ｒ１５
、Ｒ２０輪帯状部、６０光量分布

Claims

基板上にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記マスク層のうち、前記基板上の第１の領域に対応する部分にマスク開口部を形成す
るマスク開口部形成工程と、
前記第１の領域に包含され、かつ前記第１の領域より小さい第２の領域を開口領域とす
る凹部を形成する凹部形成工程と、
前記マスク開口部を介して、前記凹部が形成された前記基板にエッチングを施すことに
より、レンズ形状を形成するレンズ形状形成工程と、を含むことを特徴とするマイクロレ
ンズの製造方法。
前記レンズ形状形成工程において、前記基板上の第３の領域に前記レンズ形状が形成さ
れ、
前記第３の領域の面積をＡＬとし、前記第１の領域の面積をＡＤとすると、以下の式を
満足することを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズの製造方法。
０．００１＜ＡＤ／ＡＬ＜０．９
前記凹部の深さ方向の長さが、前記凹部の、前記深さ方向側の先端部の幅より長いこと
を特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロレンズの製造方法。
前記第１の領域は、第１の方向の長さが、前記第１の方向に略直交する第２の方向の長
さよりも長い形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイク
ロレンズの製造方法。
前記第１の領域のうち、前記第１の領域の中心部における第１の方向の長さをｘとし、
前記第１の領域の中心部における、前記第１の方向に略直交する第２の方向の長さをｙと
すると、前記第１の領域は、前記第１の方向の一辺がｘ、前記第２の方向の一辺がｙであ
る矩形形状の対角線方向について、（ｘ²＋ｙ²）^1/2以上の長さを有することを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
前記第１の領域と前記第２の領域とが略相似する形状をなすことを特徴とする請求項１
〜５のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
前記凹部の断面構成が、略階段形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか
一項に記載のマイクロレンズの製造方法。
前記マスク開口部形成工程において前記マスク開口部が形成された前記マスク層の上に
、レジスト層を形成するレジスト層形成工程と、
前記レジスト層にレジスト形状を形成するレジスト形状形成工程と、を含み、
前記凹部形成工程において、前記レジスト形状を前記基板に転写することで前記凹部を
形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方
法。
前記レジスト層の露光を行う露光工程と、
前記レジスト層の現像処理を行う現像工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載
のマイクロレンズの製造方法。
前記露光工程において、前記凹部の形状に応じて、互いに異なる大きさの開口部を備え
る複数のマスクを順次用いて光の照射を行うことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ
レンズの製造方法。
前記露光工程において、前記凹部の形状に対応させて光の透過率を変化させたマスクを
用いて光の照射を行うことを特徴とする請求項９に記載のマイクロレンズの製造方法。
請求項１１に記載のマイクロレンズの製造方法に用いられることを特徴とするマスク。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のマイクロレンズの製造方法により製造されるこ
とを特徴とするマイクロレンズ。
請求項１３に記載のマイクロレンズを備えることを特徴とする空間光変調装置。
請求項１４に記載の空間光変調装置を備えることを特徴とするプロジェクタ。