JP2011059230A - マイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】常時高温の使用環境下にあっても、近年の高密度画像の表示を実現させるために集光性能に優れたマイクロレンズアレイを提供する。
【解決手段】基板の一方の面側に複数のマイクロレンズに対応する複数の凹部を有する凹部付き基板と、前記凹部付き基板の前記凹部に充填されるレンズ基材と、前記凹部付き基板の少なくとも前記凹部形成面を覆う表層とを含み、前記凹部付き基板は、前記マイクロレンズに囲まれ形成される突起部を有しているマイクロレンズアレイ。
【選択図】図１

Description

本発明はマイクロレンズアレイおよびマイクロレンズアレイの製造方法に関する。

スクリーン上に、画像を投影する投射型表示装置が知られている。このような投射型表示装置では、その画像形成に主として液晶パネル（液晶光シャッター）が用いられている。この液晶パネルは、例えば、各画素を制御する薄膜トランジスター（ＴＦＴ）と画素電極とを有する液晶駆動基板（ＴＦＴ基板）と、ブラックマトリックスや共通電極等を有する液晶パネル用対向基板とが、液晶層を介して接合された構成となっている。このような構成の液晶パネル（ＴＦＴ液晶パネル）では、液晶パネル用対向基板の画素となる部分以外のところにブラックマトリックスが形成されているため、液晶パネルを透過する光の領域は制限される。このため、光の透過率が下がる。

かかる光の透過率を高めるべく、液晶パネル用対向基板には、各画素に対応する位置に多数の微小なマイクロレンズが設けられたものが知られている。これにより、液晶パネル用対向基板を透過する光は、ブラックマトリックスに形成された開口に集光され、光の透過率が高まる。このようなマイクロレンズを形成する方法として、例えば、複数のマイクロレンズ形成用凹部を有する凹部付き基板に、未硬化の光硬化性樹脂を供給し、平滑な透明基板（カバーガラス）を接合し、押圧・密着させ、その後、樹脂を硬化させる方法、いわゆる２Ｐ法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１にかかる方法では、マイクロレンズ基板の形成に樹脂材料を用いるため、十分な耐久性を有するマイクロレンズ基板を得るのが困難であった。特に、２Ｐ法で用いられる光硬化性樹脂は、短波長の光による樹脂材料の劣化等が生じやすいため、十分な耐光性が得られない場合がある。また、光硬化性樹脂で構成された樹脂層と、カバーガラスと、凹部付き基板との３つの部材を用いてマイクロレンズ基板を形成することから、熱膨張率の違いによって歪み等が生じやすく、その結果、光学特性等の特性の低下が生じる可能性がある。例えば、カバーガラスの位置合わせ等の工程が必要であり、製造工程が煩雑であった。また、最適な光路長を出すためにカバーガラスの研磨を行った場合、研磨による汚れ等が生じるため、過度の洗浄工程も必要となるが、このような洗浄を行うことによって、樹脂層を構成する樹脂材料の劣化等が生じる可能性があった。その結果、品質が低下し、歩留り低下が生じる可能性があった。

また、マイクロレンズの光学特性と耐久性に優れるガラス材料をマイクロレンズ材料として使用するマイクロレンズアレイの製造方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、特許文献２にかかる方法であっても、選択できるレンズに用いられるガラス材料にはレンズ基板との線膨張係数の差を所定の値より縮めることが求められる。この要件を満たすために、より高屈折率を求められるレンズ材料であるにも拘わらず、レンズ機能を果たすための最低限の屈折率しか実現できないものであった。

特開２００１−９２３６５号公報 特開２００６−３１３２７９号公報

しかしながら、上述の従来技術であっても、投射型表示装置に装備される液晶パネルなどでは、常時高温の環境下で高密度画像の表示を実現させる、集光性能に優れたマイクロレンズアレイが望まれていた。

本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。

〔適用例１〕本適用例のマイクロレンズアレイは、基板の一方の面側に複数のマイクロレンズに対応する複数の凹部を有する凹部付き基板と、前記凹部付き基板の前記凹部に充填されるレンズ基材と、前記凹部付き基板の少なくとも前記凹部形成面を覆う表層とを含むマイクロレンズアレイであって、前記凹部付き基板は、前記マイクロレンズに囲まれ形成される突起部を有していることを特徴とする。

本適用例のマイクロレンズアレイによれば、マイクロレンズ部分の表層側表面部では、マイクロレンズに囲まれる凹部付き基板の突起部にはマイクロレンズ基材は充填されず、凹部付き基板が現出している。すなわち、マイクロレンズ部分の表層側表面部が網目状に形成されている。このことにより、凹部付き基板に対してマイクロレンズの線膨張係数が大きくなっても、熱膨張による凹部付き基板とマイクロレンズの変形量の差分を網目状部分で吸収し、マイクロレンズ部分の凹部付き基板からの剥離や、レンズ亀裂の発生を抑制することが可能となる。

〔適用例２〕上述の適用例におけるマイクロレンズアレイにおいて、前記突起部の前記表層に対向する端部に平坦部を有し、前記平坦部は、前記凹部付き基板の前記表層を載置し固着させる表層載置部との段差が、前記表層から前記凹部に向かって０以上０．１μｍ以下であることを特徴とする。

〔適用例３〕上述の適用例におけるマイクロレンズアレイにおいて、前記凹部付き基板の前記突起部の前記平坦部の面積の総和が、複数の前記凹部形成範囲の投影面積の２％以上であることを特徴とする。

〔適用例４〕上述の適用例におけるマイクロレンズアレイおいて、前記表層の線膨張係数と、前記凹部付き基板の線膨張係数との絶対値の差が、４０×１０^-7／℃以下であることを特徴とする。

上述の適用例によれば、凹部付き基板と表層との接着固定面積を多く確保することができ、かつ複数のマイクロレンズ配置範囲内に表層接着部が設けられることなり、表層と凹部付き基板との中間に配置されるマイクロレンズの熱膨張を、表層と凹部付き基板との両側から矯正することができる。このことにより、マイクロレンズアレイの熱による反りなどの変形を抑制することができる。

〔適用例５〕本適用例のマイクロレンズアレイの製造方法は、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ基板の製造方法であって、基板の一方の面側に複数のマイクロレンズに対応する複数の凹部と、前記凹部に囲まれた突起部とを形成し凹部付き基板とする凹部付き基板製造工程と、前記凹部にレンズ基材を導入する、レンズ基材導入工程と、前記レンズ基材を前記凹部へ固着しレンズ体を形成するレンズ形成工程と、前記レンズ体の前記レンズ基材側の面を、前記突起部の頂部が出現するまで研磨する研磨工程と、前記レンズ体の前記マイクロレンズ形成範囲を覆う表層を前記レンズ体に固着する表層固定工程とを含む、ことを特徴とする。

本適用例によれば、マイクロレンズ部分の表層側表面部が網目状に形成される。このことにより、凹部付き基板に対してマイクロレンズの線膨張係数が大きくなっても、熱膨張による凹部付き基板とマイクロレンズの変形量の差分を網目状部分で吸収し、マイクロレンズ部分の凹部付き基板からの剥離や、レンズ亀裂の発生を抑制することが可能となるマイクロレンズアレイを好適に製造できる。

第１実施形態におけるマイクロレンズアレイ。（ａ）は表層側からの概略平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＬ−Ｌ’部の概略断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ’部の概略断面図を示す。 第１実施形態における表層側からの概略平面図。 第１実施形態におけるＭ−Ｍ’断面における突起部詳細図。 第２実施形態における凹部付き基板の製造工程を示す概略断面図。 第２実施形態におけるマイクロレンズアレイ製造工程を示す概略断面図。 本発明が応用される投射型表示装置の光学系を示す模式図。 本発明が応用される液晶パネルを示す模式的な断面図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
（第１実施形態）

図１に示すように、マイクロレンズアレイ１０は、複数のマイクロレンズ１１と、マイクロレンズ１１に対応した複数の凹部１３を有する凹部付き基板１２と、凹部付き基板１２に接着固定される表層１４によって構成されている。

凹部付き基板１２は板状の、例えばガラス等の透明基材に、図１（ａ）に示す通り、複数の格子状に配置されたマイクロレンズ１１に対応する複数の凹部１３を備えている。この凹部１３の曲率は、マイクロレンズ１１が形成されるとマイクロレンズ１１の焦点距離が所定の値となる曲率で成形されている。

マイクロレンズ１１が隣り合う方向となる、図１（ａ）のＬ−Ｌ’方向の断面を示す図１（ｂ）のように、マイクロレンズ１１が隣接していることにより、表層１４側では、マイクロレンズ１１は連結部１１ａを形成する。しかし、隣接しない方向、いわゆる対角線上の図１（ａ）のＭ−Ｍ’方向の断面を示す図１（ｃ）のように、凹部１３に囲まれた突起部１５が形成される。この突起部１５によって、マイクロレンズアレイ１０のＭ−Ｍ’断面方向において、表層１４側では連結部１１ａは形成されずに各々のマイクロレンズ１１が形成されている。図２は表層１４側から表層１４を除いて見た平面図であり、ハッチング部がマイクロレンズ１１である。この図２が示す通り、マイクロレンズ１１に囲まれた突起部１５にはマイクロレンズ１１の素材が充填されず、隣接するマイクロレンズ１１は連結部１１ａが形成され、マイクロレンズ１１の表層１４に近接する部位ではいわゆる網目状に形成されている。

この網目状形状によって、マイクロレンズアレイ１０が高温域で使用されることがあっても、マイクロレンズ１１の線膨張量と凹部付き基板１２の線膨張量との差から生じる変形に対して、この変形を分散させる作用を有し、マイクロレンズアレイ１０の変形を抑制することが可能となる。

凹部付き基板１２の突起部１５は、表層１４に対向する端部に平坦部１５ａを備えている。この平坦部１５ａは、凹部付き基板１２の表層１４が載置され接着固定される表層載置部１２ａとほぼ同一平面上に形成されている。

さらに表層１４は、凹部付き基板１２と同一材料もしくは凹部付き基板１２と線膨張係数の絶対値の差が小さい材料を使用することが好ましい。しかし、表層１４が表層載置部１２ａで接着固定されることに加えて、凹部付き基板１２の突起部１５の平坦部１５ａにおいても同時に接着固定することが可能となり、凹部付き基板１２とマイクロレンズ１１の線膨張係数の違いによるマイクロレンズアレイ１０の変形を確実に抑制できる構成となる。このことで、従来は変形が発生しやすい線膨張量の差があっても、マイクロレンズアレイ１０の変形を抑制することが可能となる。

なお、マイクロレンズ１１の形成範囲の投影面積に対して、平坦部１５ａの面積の総和が２％以上であることが好ましい。これにより、凹部付き基板１２と表層１４との接合において、マイクロレンズ１１が配置される凹部付き基板１２の中央部分での接合面積を確保し、変形が発現し易い中央部分の変形の抑制を確実に行うことができる。

凹部付き基板１２の材料としては、例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどが挙げられる。中でも機械的強度、耐熱性が高く、また線膨張係数が非常に小さく熱による形状の変化の少ない石英ガラスが好適である。

また、マイクロレンズ１１の材料としては、凹部付き基板１２に対して屈折率が高い材料であれば、限定されない。後述する製造方法の一例においては、ガラス軟化点ＳＰが凹部付き基板１２の材料より低いことが、なお好ましい。例えば、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどから選択される。

表層１４の材質は上述した通り、凹部付き基板１２と同一の材料であることが最も好ましいが、線膨張係数の絶対値の差が４０×１０^-7／℃以下であることが好ましい。例えばソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどから選択されることが好ましい。

また表層１４と凹部付き基板１２との接着強度の確保という観点から、図３に示す通り、前記突起部１５の平坦部１５ａは凹部付き基板１２の表層１４を載置する表層載置部１２ａに対して、凹部１３形成側に向かって段差δが０．１μｍ以下の段差であることが好ましい。より好ましくは、段差δが０、すなわち同一平面状に形成されることである。

（第２実施形態）
次に上述のマイクロレンズアレイ１０の製造方法の一形態について図４および図５に基づいて説明する。
〔凹部付き基板の製造〕
＜マスク形成用膜形成工程＞
まず凹部付き基板１２を製造する。図４に凹部付き基板１２の製造方法の一例を示す。図４（ａ）に示すように、まず均一な厚さで傷が無く、表面を清浄化したガラス基板２０を用意し、ガラス基板２０の表面にマスク形成用膜２１を形成する。このマスク形成用膜２１は、後の工程において開口部（初期孔）が形成されることにより、マスクとして機能するものである。後述するが、マスク形成用膜２１はレーザー照射により初期孔２２が形成され、続いてエッチングにより初期孔２２よりガラス基板２０へ凹部を形成する。従って、マスク形成用膜２１は、エッチングに対する耐性を有するものであることが好ましい。すなわち、マスク形成用膜２１のエッチングレートはガラス基板２０に比べて小さくなるように構成されることが好ましい。

このことから、マスク形成用膜２１の材料は、例えばＣｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属、もしくはこれらから選択される２種以上を含む合金、Ｃｒ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の酸化物（金属酸化物）、シリコン、樹脂等が挙げられる。また、ＣｕとＡｕ、あるいは酸化ＣｒとＣｒのように異なる材料からなる複数の積層構造としてもよい。マスク形成用膜２１の形成方法は特に限定されないが、例えば蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などから、膜材料に対して最適なものが選択される。また膜厚に関しても０．０１〜０．２μｍ程度に設定され、初期孔の形成条件ならびにエッチング条件によって好適な厚みが設定されるものである。

＜初期孔形成工程＞
マスク形成用膜２１がガラス基板２０の表面に形成された後、図４（ｂ）に示すように、マスク形成用膜２１に、後述するエッチングの際のマスク開口となる初期孔２２を、対応するマイクロレンズ形成位置に形成する。これにより、所定の開口パターンを有するマスク２３が得られる。初期孔２２の形成方法としては、レーザー光照射、エッチング処理、サンドブラストなどのブラスト処理などが適用される。本実施形態では位置精度が高く維持でき、隣接する初期孔２２同士の間隔を正確に制御することが可能となるため、レーザー光照射を初期孔２２の形成に適用した。

＜エッチング工程＞
次に図４（ｃ）に示すように、マスク２３に形成された初期孔２２を通じてエッチングによりガラス基板２０に食刻部２４を形成する。エッチング方法は特に限定はされないが、例えばウエットエッチング、ドライエッチングなどが挙げられる。本実施形態ではウエットエッチングにより食刻部２４を形成した。エッチング液として限定されるものではないが、本実施形態ではフッ酸（フッ化水素）を含むフッ酸系エッチング液を用いた。フッ酸系エッチング液を用いることで、ガラス基板２０をより選択的に食刻（エッチング）することができ、食刻部２４を好適に形成することができる。

初期孔２２が形成されたマスク２３で被覆されたガラス基板２０に対して、エッチングを施すことにより、図４（ｃ）に示すように、ガラス基板２０は、マスク２３に形成された初期孔２２、すなわちマスク材が存在しない部分でエッチング液にガラス基板２０が食刻され、食刻部２４が形成される。エッチングの時間などを制御し徐々にガラス基板２０を食刻し、図４（ｄ）に示す所定深さの食刻部２４、すなわち凹部１３を備える凹部付き基板１２が形成される。このとき図１（ａ）の対角方向のＭ−Ｍ’断面においては、エッチングされずに突起状に残ったガラス基材２０が非食刻部２５として形成されるよう、エッチング量を制御する。さらに、非食刻部２５のマスク２３側端部にはガラス基板２０の平面部の一部が残り部分平面２５ａが形成されるようにエッチング量が制御される。

＜マスク除去工程＞
次にマスク２３をエッチング等により除去し、図４（ｅ）に示すように、凹部付き基板１２が得られる。すなわち多数の食刻部２４が凹部１３に、および非食刻部２５が突起部１５として形成された凹部付き基板１２が得られる。また突起部１５の頂部にはガラス基板２０の部分平面２５ａ、すなわち突起部１５の平坦部１５ａを有する。なお、平坦部１５ａは後述するマイクロレンズ形成における研磨工程において同時研磨、いわゆる共磨きによって平坦部１５ａを成形することも可能であるため、上述のエッチング工程においてエッチング過多によってガラス基板２０の部分平面２５ａが形成されなくても、不良品として廃棄するする必要は無い。しかし、エッチング工程でガラス基板２０の部分平面２５ａが形成されることが好ましい。

〔マイクロレンズの製造〕
上述の方法によって製造された凹部付き基板１２にレンズ基材を導入する製造方法について、図５に基づいて説明する。

＜加熱工程＞
本実施形態において、レンズ基材３０は圧接法により凹部付き基板１２に接合される。まず板状のレンズ基材３０が準備される。レンズ基材３０は凹部付き基板１２に対して軟化点ＳＰが低い材料が選択される。また、レンズとしての機能を確保するために、凹部付き基板１２に対して高屈折率を有する材料が選択されることは言うまでもない。例えばソーダガラス、結晶性ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスが好適に使用される。

このレンズ基材３０は図示しない加熱手段によって加熱され、凹部付き基板１２の凹部１３が形成された面側に載置される。この時、凹部付き基板１２も加熱されていることが好ましい。すなわち、後述するが、過熱されたレンズ基材３０は凹部付き基板１２の凹部１３に充填される方向に押圧される。その際、大きな押圧力がレンズ基材３０を通して凹部付き基板１２に掛かるため、応力が集中し易い角部、特に突起部１５周辺などに割れや欠けといった不具合が生じ易くなる。この割れ、欠けを防止するために、凹部付き基板１２においても軟化点以下の温度に加熱することで、脆性を緩和し欠けにくくすることが好ましい。

したがって加熱温度Ｔ［℃］は、レンズ基材３０の軟化点をＴ_SP1［℃］、凹部付き基板１２の軟化点をＴ_SP2［℃］としたとき、
Ｔ_SP1≦Ｔ≦Ｔ_SP2
の関係を満足するのが好ましい。さらに、レンズ基材３０の流動性（成形性）を高め凹部付き基板１２の損傷をより軽減させるには、
Ｔ_SP1＋２００［℃］≦Ｔ≦Ｔ_SP2−１００［℃］
の関係を満足するのがより好ましい。

＜圧接工程＞
上述の加熱工程により所定の温度に加熱された凹部付き基板１２とレンズ基材３０は、図示しないプレス装置により図５（ｂ）に図示した矢印方向に均一に加圧され、図５（ｃ）のように凹部１３にレンズ基材３０が導入され、凹部付き基板１２と接合される。

＜研磨工程＞
次に図５（ｄ）に示すように、圧接工程において接合されたレンズ基材３０には、確実に凹部１３にレンズ基材３０を充填させるため、余剰部分３０ａが生ずるようにレンズ基材３０の量を設定している。この余剰部分３０ａが図示しない研磨装置により除去研磨される。研磨方法としては、例えばラップ盤を使って平面度も同時に作り上げる方法が一般的であるが、エッチング法による研磨であっても同様の製品を得ることは可能である。

研磨工程では、凹部付き基板１２の突起部１５の端面の平坦部１５ａが表出するまで、余剰部分３０ａを除去する。この時、平坦部１５ａにガラス基材３０が僅かでも残存していると、残存部分からの破損が発生しやすく、マイクロレンズ全体に破損が進行するおそれがある。従って、突起部１５の平坦部１５ａからレンズ基材３０が完全に除去されるようにするため、凹部付き基板１２の凹部１３形成側の面全体を研磨してもよい。いわゆる、レンズ基材３０と凹部付き基板１２の共磨きを行ってもよい。その場合に、研磨量αは極力少なくするため、平坦部１５ａにおけるレンズ基材３０の残存状態を確認しながら研磨することが好ましい。

＜表層固着工程＞
上述の研磨工程を経て、図５（ｅ）に示すようなマイクロレンズ基板３１が完成する。完成したマイクロレンズ基板３１に、図５（ｆ）に示すように予め所定の厚さ、大きさに成形されたガラス平板の表層１４を接着固定し、マイクロレンズアレイ１０が完成する。表層１４の材料は、凹部付き基板１２と線膨張係数の絶対値の差が４０×１０^-7／℃以下であることが好ましい。すなわち、マイクロレンズアレイ１０に温度変化が負荷されても、凹部付き基板１２と異なる線膨張係数を有するレンズ基材３０が凹部付き基板１２と表層１４とにより挟み込まれ、レンズ基材３０と凹部付き基板１２および表層１４との線膨張量の差を矯正する作用を発揮し、マイクロレンズアレイ１０の変形を抑制することが可能となる。したがって、凹部付き基板１２と表層１４とに同一材料を使用することが最も好ましい。

また、凹部付き基板１２に突起部１５が形成されていることにより、凹部付き基板１２と表層１４との接着部位は、表層１４の外周部に加えて突起部１５の平坦部１５ａにおいても接着される。従って、上述のマイクロレンズアレイ１０の変形をマイクロレンズ１１が形成される中央部分においても効果的に矯正することが可能とる。

以下のように、複数の凹部を備えたマイクロレンズ用凹部付き基板を製造し、このマイクロレンズ用凹部付き基板を用いてマイクロレンズ基板を製造した。
〔凹部付き基板の形成工程〕
まず、ガラス基板として、厚さ２ｍｍの石英ガラス基板（軟化点：１６５０℃、屈折率：１．４６、線膨張係数：５．７×１０^-7／℃）を用意した。この石英ガラス基板を、８５℃に加熱した洗浄液（８０％硫酸＋２０％過酸化水素水）に浸漬して洗浄を行い、その表面を清浄化した。

次に、この石英ガラス基板上に、スパッタリング法にて、厚さ０．０３μｍのＣｒ膜を形成した。すなわち、石英ガラス基板の表面に、Ｃｒ膜のマスクおよび裏面保護膜を形成した。次に、マスクに対してレーザー加工を行い、多数の初期孔を形成した。

なお、レーザー加工は、ＹＡＧレーザーを用いて、エネルギー強度１ｍＷ、ビーム径３μｍ、照射時間６０×１０^-9秒という条件で行った。形成された初期孔の平均径は、５μｍであった。次に、石英ガラス基板にウエットエッチングを施し、石英ガラス基板上に多数の凹部を形成した。このウエットエッチングのエッチング時間は７２分に設定し、エッチング液には、フッ酸系のエッチング液を用いた。

次に、ＣＦガスによるドライエッチングを行い、マスクおよび裏面保護層を除去した。これにより、石英ガラス基板上に、多数の凹部が規則的に配列した凹部付き基板を得た。なお、形成された凹部の平均径は１５μｍ、曲率半径は７．５μｍであった。また、隣接するマイクロレンズ用凹部同士の間隔（凹部同士の中心間平均距離）は１５μｍであった。この時、凹部の対角線上に形成された突起部の平坦部分の総面積は、凹部形範囲の投影面積に対して、５％であった。

〔レンズ基材加熱、圧接〕
次にレンズ材料には上述の凹部付き基板材料の石英ガラスに対して高屈折率の酸化ケイ素と酸化ビスマスと参加ホウ素を主成分とした、いわゆるホウケイ酸ガラス（軟化点：７００℃、線膨張係数：４０×１０^-7／℃）を７００℃に加熱し、圧力５ＫＮにて凹部付き基板の凹部に圧接した。この際、凹部付き基板も７００℃に加熱した。レンズ基材圧接後、凹部つき基板の上面からレンズ基材が２０μｍから３０μｍの厚さで余剰分としてのはみ出し分をラップ研磨により、凹部つき基板の突起部の平坦部が出てくるまで研磨した。

〔表層固着〕
研磨後の、レンズ基材が圧接された凹部付き基板のレンズ基材側の面に表層を固着した。表層には凹部付き基板とおなじ石英ガラスの基板を使用し、研磨後のレンズ基材が圧接された凹部付き基板と表層を、レンズ基材の軟化点７００℃に加熱し、表層をレンズ基材に圧着し固着しマイクロレンズアレイを完成した。

実施例２は実施例１に対して、表層の材料と表層の固着方法のみ異なり、その他は実施例１と同じである。表層に酸化ケイ素を７０重量％とするホウケイ酸ガラスを使用し、その線膨張係数は４０×１０^-7／℃であった。また、表層の固着方法としてはＵＶ接着剤を使用し、レンズ基材側の面と表層の固着面全域にＵＶ接着剤を塗布し、ＵＶ硬化させマイクロレンズアレイを完成させた。

〔比較例１〕
比較例１は表層材料に誘電体ドライフィルムを使用し、その他は実施例２と同じである。使用した誘電体ドライフィルムは線膨張係数が７０×１０^-7／℃であった。

〔比較例２〕
比較例２は表層材料にビスマス系ガラスを使用し、その他は実施例２と同じである。使用したビスマス系ガラスは線膨張係数が４５×１０^-7／℃であった。

〔結果１〕
上述の実施例１、２と比較例１、２によって得られたマイクロレンズアレイを、３００℃に加熱し、常温まで冷却後観察した。その結果、実施例１と２にはクラックや割れ等の発生は無かった。比較例１と２には、表層にクッラクが発生しマイクロレンズアレイとして機能しないものとなった。このことから、表層の線膨張係数は４０×１０^-7／℃以下とすることが分かった。

〔比較例３〕
実施例２に対して、凹部付き基板の突起部端部の平面部の面積の総和を、凹部形成範囲の投影面積に対して２％未満となるように、凹部付き基板を製作しマイクロレンズアレイを製作した。その他は実施例２と同じである。

〔結果２〕
上述の実施例２と比較例３によって得られたマイクロレンズアレイを、３００℃に加熱し、常温まで冷却後観察した。その結果、実施例２にはクラックや割れ等の発生は無かった。比較例３には、表層にクラックが発生しマイクロレンズアレイとして機能しないものとなった。このことから、凹部付き基板の突起部端部の平面部の面積の総和が、凹部形成範囲の投影面積に対して５％以上必要であることが分った。また、隣接するマイクロレンズ形成部である凹部の距離は、レンズ機能としてのレンズ中心を確保する点から、凹部付き基板の突起部端部の平面部の面積の総和が、凹部形成範囲の投影面積に対して２％を超えなければならない。

上述の実施形態により得られるマイクロレンズアレイは、投射型表示装置における液晶ライトバルブとして、使用される液晶パネルの対向基板として好適に使用される。図６に投射型表示装置概念図を示す。本例の投射型表示装置４０は一般的に「液晶プロジェクター」と呼ばれ、光源４１から出射された白色光（白色光束）は、インテグレーターレンズ４２、４３を通過し、白色光の光強度（輝度分布）が均一化される。

インテグレーターレンズ４２、４３を通過した白色光は、ミラー４４により反射されダイクロイックミラー４５によって、青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）とは反射されダイクロイックミラー４９に向かう。赤色光（Ｒ）はダイクロイックミラー４５を通過し、ミラー４６で反射され集光レンズ４７により整形され赤色用の液晶ライトバルブ４８へ向かう。

ダイクロイックミラー４９に向かった青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）のうち、緑色光（Ｇ）はダイクロイックミラー４９で反射され集光レンズ５０により整形され、緑色用の液晶ライトバルブ５１に入射する。また、青色光（Ｂ）はダイクロイックミラー４９を通過し、集光レンズ５２、ミラー５３、集光レンズ５４、ミラー５５、集光レンズ５６を通過、整形され青色用の液晶ライトバルブ５７に入射される。

液晶ライトバルブ４８、５１、５７は、それぞれの色の画像信号に基づいて作動する駆動回路によりスイッチング制御し、それぞれの色の画像を形成させる。この形成されたそれぞれの色の画像をダイクロイックプリズム５８に入射し、ダイクロイックプリズム５８で合成され、投射レンズ５９を通してスクリーン６０へ画像が投射される。

上述の液晶ライトバルブ４８、５１、５７は、図７に示すＴＦＴ液晶パネル７０が用いられている。ＴＦＴ液晶パネル７０は、ＴＦＴ基板（液晶駆動基板）７１と、ＴＦＴ基板７１に接合された液晶パネル用対向基板７２と、ＴＦＴ基板７１と液晶パネル用対向基板７２との空隙に封入された液晶よりなる液晶層７３とを有している。

ＴＦＴ基板７１は、液晶層７３の液晶を駆動するための基板であり、ガラス基板７１ａと、ガラス基板７１ａに設けられた多数の画素電極７１ｂと、画素電極７１ｂの近傍に設けられ、各画素電極７１ｂに対応する多数の薄膜トランジスター（ＴＦＴ）７１ｃとを有している。この液晶パネル７０では、液晶パネル用対向基板７２の透明電極膜（共通電極）７２ａと、ＴＦＴ基板７１の画素電極７１ｂとが対向するように、ＴＦＴ基板７１と液晶パネル用対向基板７２とが、一定距離離間して接合されている。

この液晶パネル用対向基板７２に上述の実施形態により得られるマイクロレンズアレイ７２ｂが適用されている。マイクロレンズアレイ７２ｂ側から入射した入射光Ｐは、マイクロレンズ７２ｃを通過する際に集光され、マイクロレンズアレイ７２ｂ上に形成されたブラックマトリックス７２ｄの開口部７２ｅより液晶層７３を通過しＴＦＴ基板７１より出射される。この時、マイクロレンズアレイ７２ｂは入射光の光量を極力減衰させることなく出射させる作用を有しており、わずかな変形でも、所定の焦点距離あるいは焦点位置を維持することが困難となってしまう。しかし、図６における光源４１の光を受け非常に高温環境に置かれ、線膨張により変形が発生しやすいデバイスでありながら、上述の実施形態により得られるマイクロレンズアレイを適用することで安定した品質を維持できるものである。

１０…マイクロレンズアレイ、１１…マイクロレンズ、１２…凹部付き基板、１３…凹部、１４…表層、１５…突起部。

Claims (5)

1. 基板の一方の面側に複数のマイクロレンズに対応する複数の凹部を有する凹部付き基板と、
   前記凹部付き基板の前記凹部に充填されるレンズ基材と、
   前記凹部付き基板の少なくとも前記凹部の形成面を覆う表層とを含むマイクロレンズアレイであって、
   前記凹部付き基板は、前記マイクロレンズに囲まれ形成される突起部を有している
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
2. 前記突起部の前記表層に対向する端部に平坦部を有し、
   前記平坦部は、前記凹部付き基板の前記表層を載置し固着させる表層載置部との段差が、前記表層から前記凹部に向かって０以上０．１μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイ。
3. 前記凹部付き基板の前記突起部の前記平坦部の面積の総和が、複数の前記凹部形成範囲の投影面積の２％以上である、
   ことを特徴とする請求項１および２に記載のマイクロレンズアレイ。
4. 前記表層の線膨張係数と、前記凹部付き基板の線膨張係数との絶対値の差が、
   ４０×１０^-7／℃以下である、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロレンズアレイ。
5. 複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズ基板の製造方法であって、
   基板の一方の面側に複数のマイクロレンズに対応する複数の凹部と、前記凹部に囲まれた突起部とを形成し凹部付き基板とする凹部付き基板製造工程と、
   前記凹部にレンズ基材を導入する、レンズ基材導入工程と、
   前記レンズ基材を前記凹部へ固着しレンズ体を形成するレンズ形成工程と、
   前記レンズ体の前記レンズ基材側の面を、前記突起部の頂部が出現するまで研磨する研磨工程と、
   前記レンズ体の前記マイクロレンズ形成範囲を覆う表層を前記レンズ体に固着する表層固定工程と、を含む、
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。

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